способ и система для варки полуцеллюлозы

Формула изобретения

1. Способ ингибирования забивания экстракционного сита для черного щелока в варочной емкости для варки полуцеллюлозы, при этом способ включает в себя стадии:

введения лигноцеллюлозного материала и зеленого щелока в варочную емкость для варки полуцеллюлозы,

варки лигноцеллюлозного материала в варочной емкости для варки полуцеллюлозы, так, что некоторая часть лигнина или весь он отделяется от лигноцеллюлозного материала, и при этом лигнин растворяется в варочной жидкости,

извлечения с помощью экстракционного сита черного щелока, содержащего растворенный лигнин, где черный щелок образуется во время процесса варки полуцеллюлозы, из варочной емкости, и

добавления белого щелока или основания в варочную емкость на экстракционное сито или вблизи него, так что pH на экстракционном сите или вблизи него поднимается и ингибирует прилипание лигнина к экстракционному ситу.

2. Способ по п.1, в котором стадия добавления белого щелока или основания включает в себя добавление белого щелока и основания в варочную емкость.

3. Способ по п.1, в котором основание содержит NaOH.

4. Способ по п.1, в котором стадия введения лигноцеллюлозного материала в варочную емкость дополнительно включает в себя введение по меньшей мере одного вещества из NaOH, Na₂CO ₃, Na₂SO₃ или белого щелока в варочную емкость.

5. Способ по п.1, в котором стадию добавления белого щелока или основания в варочную емкость на экстракционное сито или вблизи него осуществляют в конце варки, когда большая часть лигнина экстрагируется из лигноцеллюлозного материала.

6. Способ по п.1, в котором стадию добавления белого щелока или основания в варочную емкость на экстракционное сито или вблизи него осуществляют с использованием центральной трубы, проходящей через центр варочной емкости.

7. Способ по п.1, в котором стадию добавления белого щелока или основания в варочную емкость на экстракционное сито или вблизи него осуществляют с использованием циркуляционной петли, содержащей смесь белого щелока или NaOH и черного щелока, содержащего растворенный лигнин.

8. Способ по п.1, в котором стадия добавления белого щелока или основания в варочную емкость на экстракционное сито или вблизи него создает локальное повышение pH на экстракционном сите или вблизи него, более высокое, чем pH варочного щелока над экстракционным ситом.

9. Способ по п.1, в котором pH варочного щелока в конце варки составляет 10 или выше.

10. Способ по п.1, в котором pH варочного щелока в конце варки находится в пределах между 10 и 13.

11. Способ по п.1, в котором pH варочного щелока в конце варки находится в пределах между 10 и 12.

12. Варочная емкость для процесса варки полуцеллюлозы из лигноцеллюлозного материала, который ингибирует забивание экстракционного сита для черного щелока в варочной емкости, при этом варочная емкость содержит:

первый входной проход в варочную емкость, который переносит зеленый щелок,

второй входной проход в варочную емкость, который переносит лигноцеллюлозный материал,

полость, в которой лигнин отделяется от лигноцеллюлозного материала и растворяется в варочном щелоке,

экстракционное сито, соединенное с экстракционным проходом, которое извлекает черный щелок, содержащий растворенный лигнин, где черный щелок образуется во время процесса варки полуцеллюлозы, из варочной емкости, и

третий входной проход для доставки белого щелока или основания в варочную емкость на экстракционное сито или вблизи него, так что pH на экстракционном сите или вблизи него поднимается и ингибирует прилипание лигнина к экстракционному ситу.

13. Варочная емкость по п.12, в которой третий входной проход доставляет белый щелок и основание.

14. Варочная емкость по п.12, в которой основание включает в себя NaOH.

15. Варочная емкость по п.12, в которой первый и второй входные проходы составляют единый входной проход.

16. Варочная емкость по п.12, дополнительно содержащая четвертый входной проход для введения в варку по меньшей мере одного вещества из NaOH, Na₂CO₃, Na ₂SO₃ или белого щелока.

17. Варочная емкость по п.12, в которой экстракционное сито располагается вблизи конца варки, где большая часть лигнина извлекается из лигноцеллюлозного материала.

18. Варочная емкость по п.12, в которой третий входной проход включает в себя центральную трубу, проходящую через центр варочной емкости.

19. Варочная емкость по п.12, в которой третий входной проход включает в себя циркуляционную петлю для рециркуляции части черного щелока со смесью белого щелока или основания.

20. Варочная емкость по п.12, в которой третий входной проход располагается на экстракционном сите или вблизи него с тем, чтобы создавать локальное повышение pH на экстракционном сите или вблизи него, более высокое, чем pH варочного щелока над экстракционным ситом.

Описание изобретения к патенту

Уровень техники и сущность изобретения

Изобретение в целом относится к способу и к системе получения полуцеллюлозной массы из лигноцеллюлозного материала.

Способы варки полуцеллюлозы известны (см., например, патент U.S. № 4229251, Temler; патент U.S. № 4073678, Hammond et al.). Способы варки полуцеллюлозы имеют иные требования и иные рабочие условия, чем способы варки целлюлозы, включающие в себя Lo-Solids® Cooking, такие как те, которые описаны в патенте U.S. № 5489363, Marcoccia et al.

Когда получают полуцеллюлозные массы (целлюлозные массы, которые дают выход в пределах выхода 65-85%, как правило, используемые для производства гофрированных материалов, используемых при изготовлении коробок), может использоваться несколько различных химикатов, таких как NaOH, Na₂CO₃, Na₂SO₃ , сульфатный белый щелок или сульфатный зеленый щелок. В некоторых случаях, высокие температуры (выше чем 160°C) и короткое время варки (час или меньше) могут использоваться для получения полуцеллюлозной массы.

На отдельном целлюлозном заводе, для получения полуцеллюлозы NaOH, Na₂CO ₃ и Na₂SO₃ могут использоваться по отдельности, или в комбинациях, или субкомбинациях. Эти химикаты могут быть преимущественными, поскольку они имеют минимальный запах и могут регенерироваться в относительно простых системах извлечения, как правило, используемых для сульфатного щелока, в особенности, когда используется NaOH и/или Na₂CO ₃. Каждый химикат или их сочетание может давать свои собственные характеристики целлюлозной массы из различных типов используемой древесины (например, различных типов твердой древесины). Соответственно, конкретная комбинация или субкомбинация может выбираться на основе индивидуальных критериев производителя.

Простой способ и относительно короткое время удерживания могут сделать непрактичными попытки осуществления многостадийных способов варки целлюлозы.

Когда производственное оборудование для получения полуцеллюлозы работает на сульфатном целлюлозном заводе, является целесообразным, с точки зрения химического восполнения, использование зеленого щелока. Зеленый щелок производят посредством сжигания сульфатного черного щелока и растворения полученного расплава в белом щелоке. Белый щелок в целом содержит смесь NaOH и Na₂S, а зеленый щелок содержит эти химикаты в дополнение к химикатам в расплаве, полученном от сжигания черного щелока. При использовании зеленого щелока в варочном котле, снабженном экстракционными ситами, с помощью которых извлекается отработанный щелок, экстракционные сита очень часто покрываются лигнином.

Это забивание или возникновение покрытия может вызываться лигнином, который выпадает из раствора из-за понижения pH в конце варки. Понижение pH может возникать из-за потребления карбонатного иона (CO₃ ^2-). Поскольку растворимость лигнина, который был подвергнут щелочным условиям варки, понижается с понижением pH, он может образовывать липкое смолообразное вещество, которое покрывает сита варочного котла и может сделать их нефункционирующими до такой степени, что варочный котел необходимо выключить и чистить.

Для преодоления этой потенциальной проблемы, множество заводов с этим типом оборудования могут добавлять достаточные количества сульфатного белого щелока к зеленому щелоку (например, до 20-30% от общей загрузки химикатов), для поддержания более высокого pH в конце варки. Повышение pH в начале варки, однако, может оказывать отрицательное воздействие на выход целлюлозной массы и может сделать работу менее экономичной, поскольку белый щелок дороже в производстве, чем зеленый щелок.

Краткое описание изобретения

В одном из аспектов, определенные варианты осуществления настоящего изобретения в целом относятся к способу ингибирования забивания сита для извлечения черного щелока в варочной емкости для варки полуцеллюлозы. Способ может включать в себя стадии: введения лигноцеллюлозного материала и зеленого щелока в варочную емкость для варки полуцеллюлозы; варки лигноцеллюлозного материала в варочной емкости для варки полуцеллюлозы, так что некоторая часть лигнина или весь он отделяется от лигноцеллюлозного материала и лигнин растворяется в варочной жидкости; извлечения с помощью экстракционного сита черного щелока, содержащего растворенный лигнин, где черный щелок образуется во время процесса варки полуцеллюлозы, из варочной емкости и добавления белого щелока или основания в варочную емкость на экстракционное сито или вблизи него, так что pH на экстракционном сите или вблизи него поднимается и ингибирует прилипание лигнина к экстракционному ситу.

В одном из аспектов, определенные варианты осуществления настоящего изобретения в целом относятся к варочной емкости для процесса варки полуцеллюлозы из лигноцеллюлозного материала, который ингибирует забивание экстракционного сита для черного щелока в варочной емкости. Варочная емкость может содержать: первый входной проход в варочную емкость, который переносит зеленый щелок; второй входной проход в варочную емкость, который переносит лигноцеллюлозный материал; полость, в которой лигнин отделяется от лигноцеллюлозного материала и растворяется в варочном щелоке; экстракционное сито, соединенное с экстракционным проходом, которое извлекает черный щелок, содержащий растворенный лигнин, где черный щелок образуется во время процесса варки полуцеллюлозы из варочной емкости; и третий входной проход для доставки белого щелока или основания в варочную емкость на экстракционное сито или вблизи него, так что pH на экстракционном сите или вблизи него поднимается и ингибирует прилипание лигнина к экстракционному ситу.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 иллюстрирует варочный котел в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 иллюстрирует варочный котел в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

В одном из аспектов, некоторые варианты осуществления настоящего изобретения в целом относятся к увеличению pH в конце варки. Это может поддерживать сита более чистыми в течение более продолжительного периода времени. Повышение pH может достигаться посредством добавления белого щелока или NaOH (или любого другого основания) через циркуляционную и/или центральную трубу в конце варки.

pH варочной жидкости (например, черного щелока с лигнином) в конце варки должен составлять 10 или выше, предпочтительно, должен находиться в пределах между 10 и 13, наиболее предпочтительно, между 10 и 12.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, pH на экстракционном сите (ситах) или вблизи него может повышаться, по сравнению с pH щелока над экстракционными ситами. Это, в свою очередь, может увеличить растворимость лигнина на экстракционном сите (ситах) или вблизи него.

В некоторых вариантах осуществления, уровень pH повышается в жидкости на экстракционном сите или вблизи него, в емкости, в которой осуществляется варка полуцеллюлозы. В некоторых вариантах осуществления, это может вызвать увеличение растворимости лигнина и может также уменьшить тенденцию экстракционного сита к забиванию.

Фиг.1 показывает часть системы 100 для варки полуцеллюлозы, которая содержит варочный котел 110. Входы в варочный котел 110 включают в себя проход 102, который, как правило, содержит по меньшей мере зеленый щелок и сырую целлюлозную массу, содержащую лигноцеллюлозный материал. Проход 102 (или другой проход) может подавать другие химикаты, такие, например, как NaOH, Na₂CO₃ , Na₂SO₃ и/или белый щелок, в варочный котел 110. Входы в варочный котел 110 также включают в себя проход 108, который подает белый щелок, NaOH (и/или другие основания) и/или другие агенты, которые могут увеличить растворимость лигнина и/или уменьшить вероятность забивания экстракционного сита.

Целлюлозная масса варится в варочном котле 110, который содержит различные экстракционные сита. Хотя варочный котел 110 может содержать различные экстракционные сита на разной высоте, иллюстрируется экстракционное сито 112, где отработанный или использованный щелок (то есть черный щелок) удаляется или извлекается из варочного котла 110. Черный щелок извлекается через проход 114, который разделяется на проход 116 и проход 106. Содержимое потока прохода 116 смешивается с содержимым потока прохода 108 (например, белым щелоком и/или NaOH) и рециклируется обратно в варочный котел 110 через проход 118. Эта петля рециркуляции может облегчить эффективное извлечение лигнина в черном щелоке, в то же время, возможно, понижая требуемое количество белого щелока и/или NaOH.

Конец прохода 118 располагается на экстракционном сите 112 или вблизи него. Конец прохода 118 может доставлять содержимое прохода 118 в концентрированном положении на экстракционном сите 112 или вблизи него или может доставлять содержимое по существу на всю поверхность экстракционного сита 112 или вблизи нее в варочном котле. Альтернативно, конец прохода 118 может встраиваться в экстракционное сито 112. Расстояние от точки добавления до экстракционного сита может быть таким, чтобы pH увеличивался по существу по всей поверхности экстракционного сита с тем, чтобы ингибировать прилипание лигнина к экстракционному ситу.

Фиг.2 показывает часть другой системы для варки полуцеллюлозы 200, которая содержит варочный котел 210. Входы в варочный котел 210 включают в себя проход 202, который, как правило, содержит по меньшей мере зеленый щелок и сырую целлюлозную массу. Проход 202 может также подавать другие химикаты, такие, например, как NaOH, Na₂CO₃, Na₂ SO₃ и/или белый щелок. Входы в варочный котел 210 также содержат щелок, такой как белый щелок, NaOH (и/или другие основания) и/или другие агенты, через проход 208, которые могут увеличивать растворимость лигнина и/или уменьшать вероятность забивания экстракционного сита.

Целлюлозная масса варится в варочном котле 210, который содержит различные экстракционные сита. Хотя варочный котел 210 может содержать различные экстракционные сита на различной высоте, иллюстрируется экстракционное сито 212, где отработанная или использованная жидкость (то есть черный щелок) удаляется или извлекается из варочного котла 210. В иллюстрируемом варианте осуществления, черный щелок извлекается через проход 206.

Проход 208 для подачи щелока входит (как иллюстрируется) в центральную трубу 220 варочного котла и/или проходит через нее. Конец прохода 208 для подачи щелока и/или центральной трубы 220 располагается на экстракционном сите 212 или вблизи него. Конец прохода 208 для подачи щелока и/или центральной трубы 220 может доставлять содержимое прохода 208 для подачи щелока и/или центральной трубы 220 в концентрированное положение на экстракционном сите 212 или вблизи него или может доставлять содержимое по существу на всю поверхность экстракционного сита 212 или вблизи нее. Альтернативно, конец прохода 208 для подачи щелока и/или центральной трубы 220 может встраиваться в экстракционное сито 212. Расстояние от точки добавления до экстракционного сита может быть таким, чтобы pH повышался по существу по всей поверхности экстракционного сита с тем, чтобы ингибировать прилипание лигнина к экстракционному ситу.

В некоторых вариантах осуществления, кроме того, может быть возможным объединение петли рециркуляции и центральной трубы в одном способе или емкости.

Хотя настоящее изобретение описывается в связи с тем, что в настоящее время считается наиболее практичным и предпочтительным вариантом осуществления, следует понимать, что настоящее изобретение не должно ограничиваться описываемым вариантом осуществления, но наоборот, предполагается что оно охватывает различные модификации и эквивалентные системы, находящиеся в рамках идеи и объема прилагаемой формулы изобретения.