CN1839227B

CN1839227B - 碱性过氧化物机械制浆的方法

Info

Publication number: CN1839227B
Application number: CN2003801104737A
Authority: CN
Inventors: 艾里克·超·徐
Original assignee: Andritz Inc
Current assignee: Andritz Inc
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2003-10-02
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2023-10-02
Also published as: SE0600722L; JP4580343B2; WO2005042830A1; AU2003279120A1; JP2007521404A; SE532130C2; CA2533535C; CA2533535A1; SE0950616L; BR0318520A; FI20060305A; CN1839227A

Abstract

本发明结合了磨浆后向中间管线加入化学物质如碱性过氧化物的步骤和在初级磨浆前用化学物质如碱性过氧化物预处理的步骤，以及和/或在初级磨浆机中使用化学物质如碱性过氧化物的步骤。优选的实施例在罐中实施，其中原料在压力磨浆机中被磨浆成纸浆，并且在磨浆喷放管道之后加入化学物质。

Description

碱性过氧化物机械制浆的方法

技术领域

本发明涉及一种通过化学-机械制浆的方式从木质纤维物质如木片或类似物中生产纸浆的工艺。

背景技术

在机械制浆系统中应用碱性过氧化物化学物质(APMP)可以追溯到1962年。从那以后，就有许多不同的工艺设计发展成在磨浆机磨浆的前期之前或之间的阶段应用化学物质。近几年，对磨浆机的机械制浆中不同化学处理如何影响纸浆性能和工艺过程进行了广泛而又系统的研究。对于硬木，和其它常规的化学物质预处理如碱性亚硫酸盐和苛性钠相比，碱性过氧化物(AP)的预处理一般使其具有更好的光学性能、更好的漂白率和在类似强度下的较高纸浆产量。和过氧化氢后漂白工艺相比，在磨浆前应用碱性过氧化物使一些硬木品种在给定的抗张强度下具有更高的比体积(bulk)。

从广义上说，碱性过氧化物磨浆机机械制浆的制浆工艺中，在磨浆机脱纤维和纤丝化期间或之前，过氧化氢、不同类型的碱和不同量的不同过氧化氢稳定剂一起应用于木质纤维物质。这种制浆工艺的发展初期，使用了两种方法。其中的一种是在木片上应用碱性过氧化物的工艺，并在漂白前完成或接近完成漂白反应；另外的一种方法是在磨浆机中使用所有的碱性过氧化物，在磨浆机的碱性过氧化物应用之前，要么不经过预处理或和稳定剂或用其它碱性一起进行预处理。

通常，在磨浆机之前加入化学物质如硅酸盐将导致在处理设备上形成垢的情形。由于硅酸盐沉淀的形成，磨浆机自身区域也会形成垢，特别是在处理软木材时会导致磨浆机的盘面磨光。

也提出了在磨浆机下游的某个位置应用化学物质。不过，这些方案没有绕开使用化学预处理或木片的情况。另外，这种在下游加入化学物质也和磨浆的高压不相适应。

发明内容

和在磨浆机的位置或其上游位置应用化学物质时相比，为了获得相对较好的漂白效率，本发明在磨浆后立即直接在木质纤维物质中引入化学物质。

磨浆机下游的化学物质的引入和使用化学物质的工艺如磨浆前用碱性过氧化物预处理木质纤维物质一起应用，其中磨浆机可以是一级、二级和/或三级磨浆机。优选的，为了获得高压磨浆的优点，磨浆机设有一高压容器。

根据本发明，磨浆机下游化学物质的引入可以选择性的和用于APMP、称之为P-RC(预处理后的搅拌机化学处理)的工艺一起应用，该工艺结合两种观念，一种观念是在初次磨浆之前对木质纤维进料使用化学物质如碱性过氧化物进行预处理，另一种观念是在一级磨浆机中应用化学物质如碱性过氧化物。

本发明的优选实施例包括在或接近后置磨浆机的中间管线的放空阀(blow valve)处使用超过三分之一的全部碱性过氧化物(和/或本领域公知用于漂白的化学物质或其它将木质纤维物质加工成纸浆或纸浆前体的化学物质)，并在磨浆机和磨浆机上游的薄片的化学浸透中加入化学物质，从而产生更加节约能量的工艺，以及使化学物质从磨浆机中排出之前有一个更好的漂白效率。

和常规技术相比，本发明的主要好处是将更多的化学反应移到下游，从而具有很好的化学效率，因而在后置磨浆机喷放管道中进行相对重的或更多的化学物质的添加和/或化学稳定剂的添加。

本发明的进一步好处是降低了在高压初级磨浆期间或之前的高温和/或其它条件产生的不良影响，这种不良影响公知为影响纸浆的亮度和形成。

由于在高压系统中进行，和其它类型的P-RC的APMP系统相比，本发明的另一个好处是可以得到更多的高质量的蒸汽和/或热，其中初级磨浆机是完全通大气的或进口是通大气的。

附图说明

通过下述附图对本发明进行更好的解释和说明，其中：

图1显示的是一般P-RC的APMP工艺的流程图。

图1A显示的是将木质纤维物质在大气压时输送到设有容器的磨浆机的步骤、以及在大气压时排出的流程图。

图1B显示的是将木质纤维物质在大气压时输送到设有压力容器的磨浆机的步骤、以及在压力时排出的流程图。

图1C显示的是在常压下将设有容器的磨浆机中生成的初级纸浆通过输送设备输送到高浓塔中的流程图。

图1D显示的是直接在常压下将设有容器的磨浆机中生成的初级纸浆输送到高浓塔中的流程图。

图1E显示的是将设有压力容器的磨浆机中生成的初级纸浆通过输送设备输送到高浓塔中的流程图。

图1F是本发明相关实施例的流程图，显示的是将设有压力容器的磨浆机中生成的初级纸浆输送到高浓塔中的步骤。

图2是两种现有技术和P-RC比较的对照表。

图3是两种现有技术和P-RC中能量消耗和打浆度(freeness)的关系曲线。

图4是两种现有技术和P-RC中能量消耗和密度的关系曲线。

图5是两种现有技术和P-RC中张力进展的曲线。

图6是两种现有技术和P-RC中破裂进展的曲线。

图7是两种现有技术和P-RC中亮度进展的曲线。

图8是两种现有技术和P-RC中纸浆的光散射系数作为打浆度的函数的曲线。

图9是根据P-RC，常压和压力容器处理山杨木片的对照表。

图10是根据P-RC，常压和压力容器处理白桦木片的对照表。

图11是本发明实施例的流程图，显示的是将磨浆机压力容器中产生的初级纸浆输送到扩散塔中的步骤，并在其后具有控制阀的中间管线中加入化学物质。

图12是本发明实施例的流程图，显示的是将磨浆机压力容器中产生的初级纸浆输送到扩散塔中的步骤，并在分离器进口之前的中间管线中加入碱性过氧化物的化学物质。

图13是本发明实施例的流程图，显示的是将磨浆机压力容器中产生的初级纸浆输送到扩散塔中的步骤，并在分离器的中间管线中加入碱性过氧化物的化学物质。

图14是本发明实施例的流程图，显示的是将磨浆机压力容器中产生的初级纸浆输送到扩散塔中的步骤，并在分离器排出的中间管线中加入碱性过氧化物的化学物质。

图15是根据本发明，添加化学物质加工白桦和枫木木片的喷放管道和磨浆机孔眼的对照表。

图16是根据本发明，添加化学物质加工云杉和红松木片的喷放管道和磨浆机孔眼的对照表。

图17是根据本发明，在较高压力下添加化学物质加工木片的喷放管道和磨浆机孔眼的对照表。

图18是本发明实施例的流程图，显示的是将压力容器中产生的初级纸浆通过中间管线输送到塔中的步骤。

具体实施方式

图1介绍了P-RC碱性过氧化物机械制浆(APMP)工艺的简化流程图。P-RC工艺一般在木片预处理/木片浸透步骤/阶段1，2中使用碱性过氧化物，同时物料输送到初级磨浆机3中。

图1中的阶段1和2中完成的预处理步骤优选包括一种或两种常压压缩设备，如螺旋压榨机。薄片物料通过进口送入，至少经过一个压缩区域和一个扩张区域，然后排出。化学活性溶液(预处理溶液)加入到物料中，通常是在或接近排出时解压，从而有利于溶液渗透到物料中。

磨浆步骤3可以包括一个常规尺寸和形状的初级磨浆机，以及公知的化学机械制浆的操作条件。根据是否加入化学物质和加入什么类型的化学物质这些因素，磨浆机的尺寸、结构和操作可以调整，从而使化学物质不超温或超时。在本发明的一个实施例中，压力的范围约为15psi-45psi。任何在磨浆机中加入的化学物质称之为磨浆机溶液。

初级磨浆之后进行的步骤可以由不同水平的化学物质在磨浆机的下游进行，或者在其它工艺的上游进行。在本发明的一个实施例中，后置的磨浆化学条件通过中间管线溶液添加物或添加至中间管线的溶液的添加物进行改进。中间管线设于磨浆机和扩散塔之间。例如，如图11所示，从磨浆机中排出或暴露之后，碱性过氧化物溶液用于喷放管道30中间管线的纸浆。化学物质可以在喷放管道30附近或沿着喷放管道30的点应用。

喷放管道30可以在中间管线的放空阀和分离器之间伸展。如图18所示，化学物质也可以在紧接放空阀40的中间管线应用，在分离器44之前的分离器42和放空阀之间应用，以及在分离器46和/或立即在分离器48之后应用。分离器，例如旋风分离器(cyclone)，可以用于分离蒸汽/热/液体或纸浆中其它物质的结合。在进入分离器之前，纸浆的浓度(consistency)约为20％-60％，温度约为80℃-150℃。

在中间管线的位置注入化学物质可以通过中间管线上的孔或与管线关联的注射器如喷嘴注入。喷嘴可以不同的方式沿着或在中间管线附近设置，以利于控制化学添加物。例如，控制取决于添加物在漂白过程和/或工艺处理中的效果。因而纸浆流中的化学物质可以通过注射顺序、流速、组分和/或持续时间进行改性维持。其它的变量因素如注射器在流程中注入的深度、注射器的角度、注射器开口的结构和注射器安装的其它因素可以进行改进以获得理想的结果。通过在磨浆中使用的压力改变化学物质的引入位置可以改变化学物质的引入。例如，碱性过氧化物可以在放空阀后立即引入(小于几英寸到几英尺)，特别在压力小于45psi的情况下的低压磨浆中。碱性过氧化物也可以在放空阀之后的旋风分离器之前(小于几英寸到几英尺)立即引入，特别在压力大于45psi的情况下的高压磨浆中使用。在其它情况下，碱性过氧化物可以在旋风分离器和放空阀之间，甚至在旋风分离器中引入。

磨浆机可以是初级、二级和/或三级的，并设有压力容器或从预热到磨浆机排出完全加压。磨浆机中的压力有助于在排出时将纸浆从磨浆机中排出。排出可以通过如放空阀进行改变或控制。帮助纸浆排出到中间管线的压力可以使纸浆在部分中间管线中的保留时间为几秒到几分钟。纸浆在流过中间管线时有很高的速度和剧烈的扰动。这些情况增强了化学物质和纸浆之间的混合。纸浆流终端强烈扰动和高的温度梯度也有助于将化学物质输送到单独的纸浆纤维中和纤维壁中。

在实例中，纸浆可以约为100℃或更高，化学液体可以约为40℃或更低。中间管线中的溶液优选范围约为10℃-25℃，但是可以高至80℃。中间管线中碱性过氧化物的应用可以降低碱性过氧化物在高温中的暴露时间，特别是磨浆是提高了温度和/或压力时。这种通过注射于后置磨浆时在纸浆中添加物质有助于和方便过氧化氢的稳定和增强功效。在本发明的中间管线中应用高于大气压的磨浆机系统也能够使纸浆中的蒸汽/热/液体能够更好的再利用。这种蒸汽可以通过蒸汽管道36转移。这些特点也可以使纸浆有高的打浆度，并含有低含量的碎木片，本领域公知的是较高的磨浆压力可以产生低含量碎木片或干净的纸浆。在某些实例中，压力可以包括在旋风分离器32中或代替旋风分离器32。压力有助于增加纸浆中的蒸汽/热/液体的再利用。

在本发明的一实施例中，当初级磨浆为完全加压时能够实现影响过氧化氢效率和亮度进展的最优工艺。在一个特定结构中称之为P-RC APTMP，这和初级磨浆机中的容器压力完全为常压或进口压力为常压的P-RC APMP不同。

图1A到图1F表示的是图1所示的P-RC工艺的不同实施例。例如，图1A、1B表示的是在物料在1和/或2中预处理后，在木质纤维物质中加入溶液可以更加明显的在横向输送器10、螺旋压榨机的下游和磨浆机3附近、或磨浆机本身中发生，磨浆机本身的部件如平行传输线12、磨浆机盘上的进孔14和/或磨浆机盘板16的进口区域。此处所用的化学添加物是“加入到磨浆机中的物质”，在位置10、12、14和16附近。P-RC工艺中的磨浆机可以设有常压容器3A或加压容器3B，但是磨浆机的进口通常是常压。从初步磨浆的加压容器20a的排出可以通过重力落下。不管怎样，磨浆机的排出直接或间接输送到本领域公知的高浓度漂白塔24中(但是受到温度控制的影响)。

在本发明的一个实施例中，预处理溶液、磨浆机溶液(如果有)和中间管线溶液在木质纤维物质中发生化学反应。根据木质纤维物质和加工设备，为了优化工艺，和/或消除或降低不希望的化学效应和破坏，修正物料在化学试剂中的暴露是有好处的。这种化学修正可以通过整个工艺中顺序加入化学添加物完成，并可以结合其它变化的条件如温度、浓度、压力和进一步提高有益效果的持续时间。

用P-RC工艺处理的木质纤维物质可以从初级磨浆机容器(常压排出20或加压排出20a)中排出4作为具有可测打浆度的初级纸浆，可以合适的称之为能够形成手抄纸的纸浆。如图1C和D所示，磨浆机中的常压排出可以通过传输设备22如螺杆输送设备传输到塔24中，或通过斜道或类似设备更加直接的传输道28。如图1E和F所示，在加压容器中，精练的纸浆通常可以通过放空阀排出，直接或间接输送到塔中。可选择的，如图1C和E所示，塔中漂白的纸浆能够进一步在如二级磨浆机中进一步处理。扩散塔24的高浓度可以允许化学漂白反应从塔的上游一直持续进行。

在本发明的一个实施例中，如图15所示，放空阀中的排出物可以通过分离器和/或压力间接的输送道扩散塔中。

初级磨浆机中的大量碱性过氧化物(使大量的化学反应转移到磨浆机的化学处理阶段)改善了效率。这是因为木片形状和质量的变化，除了木片和纤维的天然性质的不同外，并非不可能，经常使木片的预处理/浸泡阶段很难获得很好的化学分布。在这些情况下，初级磨浆机中的混合反应有助于改善化学分布，从而改善了化学效率。

根据本发明的一实施例，在后置磨浆中间管线中加入化学物质可以使用加压磨浆机和较高温度磨浆。例如，在喷放管道的中间管线中加入化学物质有助于提供快的和更直接的化学物质的分布，如将过氧化氢分布到截色体位置以有效漂白。由于目标过氧化氢反应在有益的反应位很快反应，并没有扩展到工艺前部分中比较均匀的位置，从而能够获得这种效率。通常，磨浆机板之间的进口温度除去了截色体，并使得半纤维素碱反应很快进行，从而pH过早的降低。根据本发明的另一实施例，在后置磨浆的中间管线进行化学混合使得化学物质很快分布，从而在很大程度上足够克服纸浆温升。例如这种温升约为80℃-155℃。

在本发明的一实施例中，纸浆可以保持在级间高浓度扩散塔中。高浓度扩散塔中的纸浆的浓度约为20％-40％，优选约为30％。高浓度扩散塔中的纸浆的温度约为60℃-95℃。根据化学处理所需要的化学反应，纸浆可以在扩散塔中保持约30分钟到2个小时。保持条件包括但不限于温度、压力、pH、化学浓度、固体浓度和时间，这些条件可以控制和/或漂白纸浆，从而持续限制与纸浆漂白不相干的反应引起的漂白试剂的分解。这种不相关的反应可以是无生产意义的、低效的和/或对纸浆漂白有害的。例如，根据工艺中使用的木质纤维物质的状况和类型，以及根据设备自身的类型、尺寸和操作条件，对一些和/或所用条件的控制可能需要，也可能不需要。例如，温度的条件可以通过工艺过程中化学物质的加入、加压气体和其它加热或冷却方法进行改变。温度的改变途径可以在初级纸浆设备22的输送期间使用，在纸浆混合和输送到塔时利用混合螺杆加入水实现。如果初级纸浆直接排出到塔28中，初级纸浆的温度也可以通过本领域公知的方式在塔中加热调整。例如，纸浆可以通过加入液体或气体进行热量的调整，和/或使用热交换器如管式、塔式等热交换器进行调整。

此处所用的术语“控制”应该理解为包括主动的和被动的。因而，控制可以通过静态硬件结构或一种或多种工艺参数的连续测试，以及控制一种或多种工艺变量实现。

本发明中创造性的工艺中的化学条件可以通过添加剂阻止不相关的反应进行修正。例如，这种修正可以在预处理步骤1和/或2中进行，以及在横向输送器10、平行传输线12、磨浆机盘14的进孔、磨浆机盘16上的板、放空阀20a、喷放管道30、分离器32，以及和/或分离器之后进行。稳定剂的实例可以是络合作用试剂。络合作用试剂指的是能够与木质纤维物质合初级中纸浆中的金属形成称之为络合物联合体的化合物。这些金属包括单价金属钠和钾、碱土二价金属钙、镁和钡，以及重金属如铁、铜和锰。加工过程中保留在物料中的金属离子使得氧化漂白(如过氧化氢)效果较差，从而导致现有技术中公知的化学物质的过量消耗。为了降低或消除这些金属离子在工艺中的影响，可以使用络合物如二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、乙烯二胺四乙酸(EDTA)和氮川三乙酸(NTA)。本领域其它公知的络合剂可以根据工艺条件单独或组合使用。此外，本领域公知硅酸盐和硫酸盐可以作为稳定剂，同时具有其它功能。

本发明进一步的实施例和方案可以通过下述实例进行说明。

实施例

A组实施例

下述实施例中显示了几种不同的试验工艺。除非特别说明，下述实例的物料和条件如下：木料；本研究中50％白杨和50％椴木的混合。白杨中心已腐烂，因而比通常预料的要难漂白。木料都来自美国的威斯康星，在进一步加工前先去树皮、削片和初选。

化学浸泡：木片先用蒸汽预处理10分钟，然后在用碱性过氧化物化学液体浸泡钱，用Andritz的560GS单动盘磨机以压缩比4∶1进行压制。化学液体在压力释放时引入，并在磨浆前允许有30分钟的保留时间。

磨浆：在所有的磨浆过程中，使用的是Andritz 92cm(36″)型号401双盘常压磨浆机，常规转速为1200rpm。在初级和二级之间有15分钟或更多的保留时间，在初级之后二级之前没有溶液。磨浆浓度在初级和二级为20％。

纸浆测试：除了打浆度，所用的纸浆测试采用的是纸浆造纸与工业协会(Tappi)的标准，打浆度遵循的是加拿大标准打浆度(CSF)的测试方法。

比较三种工艺。在第一个工艺中，在木片的浸泡(预处理)阶段使用了所有的碱性物质(3.3％的总碱度、(TA)和2.4％的H₂O₂，以及0.2％DTPA、0.07％MgSO₄和3％Na₂SiO₃)(只使用一个阶段的木片浸泡)，然后在常压下磨浆。因此，这种“工艺”称之为“木片”。第二种工艺在木片浸泡阶段几乎使用了三分之二的总的过氧化氢化学物质(或2.4％TA、1.6％H₂O₂、0.08％DTPA、0.04％MgSO₄和2.4％Na₂SiO₃)，并在初级磨浆机的孔眼中使用了约三分之一的化学物质(1.0％TA、1.0％H₂O₂、0.19％DTPA、0.05％MgSO₄和0.9％Na₂SiO₃)；该工艺称之为“木片+磨浆机”，代表本发明。在称为“磨浆机”的第三种工艺中，木片首先用前述工艺中的方法进行压制，然后所有的碱性过氧化物化学物质(4.2％TA、3.3％H₂O₂、0.36％DTPA、0.11％MgSO₄ 和4.3％Na₂SiO₃)在初级磨浆机的孔眼中使用。在所有的工艺中，在第二阶段的磨浆前，初级磨浆得到的纸浆在鼓盖内保留15分钟(温度约为80-90℃)。没有中间清洗。

图2总结了每种工艺的一些工艺条件和结果。纸浆是第二阶段磨浆得到的。在机械制浆的过氧化氢漂白阶段，较低的TA/H₂O₂比率通常在高温下优选为防止或降低碱性暗色化反应的可能性。由于这种原因，如表1所示，最低的TA/H₂O₂比率1.27用于“磨浆机”工艺，第二低的1.31用于“木片+磨浆机”工艺，最高的1.37用于“木片”工艺。在“磨浆机”工艺中，更多的TA(4.2％)用于防止pH由于高温和磨浆产生的热在磨浆期间下降的太快或太慢。图2中，每种工艺中保持合理量的过氧化氢和pH。

从化学的角度，“木片“和”木片+磨浆机“之间的主要差别是，后者更加倾向于将更多的过氧化氢化学物质转移到磨浆机的化学处理阶段。

考查的不同工艺中的二级磨浆后收集的数据显示在图3-8的曲线中。图3显示的是不同化学物质对纸浆打浆度的影响与能量消耗率(SEC)的关系，能量消耗率包括在木片预处理阶段消耗的能量。“木片+工艺”的SEC稍微小于“木片”工艺，但是两种工艺平均消耗的SEC约为200kwh/odmt，小于磨浆机漂白工艺，尽管和前述的两种工艺相比，后者“磨浆机”使用了更多的腐蚀性化学物质，但是和“木片+磨浆机”工艺具有相同的残余物pH值，即8.2。因此，高温时在磨浆机孔眼中加入碱性化学物质导致在非生产性的消耗更多的碱，或者产生对纸浆性能进展无关的副反应。

应该指出的是，在商业生产中，硬木的化学机械制浆的SEC一般小于实验室中得到的结果。因此，图3中的SEC值最好用于对照，而不是使用其绝对值。

由于许多纸浆的性能，特别是强度性能，取决于手抄纸的密度，这种性能也用SEC进行了分析，结果如图4所示。在这种情况下，对于更强烈的磨浆机化学处理P-RC APMP工艺，“木片+磨浆机”工艺对于手抄纸密度的改善具有最好的效率，这在“木片”和“磨浆机”工艺中也一样。这些结果表明在化学机械制浆中，加工能量效率不仅取决于使用多少化学物质，也取决于怎样使用这些化学物质。

不过，对于纸浆的固有性质，在这三种工艺中有些差别，如图5和6所示，这表明只要在磨浆前加入化学物质，影响纤维强度性能的机理仍然是一样的。

对于纸浆的光学性能，在机械制浆中，纸浆的亮度通常和打浆度相关。图7表明每种工艺中不同打浆度的亮度。有趣的是，“木片+磨浆机”工艺和“磨浆机”工艺对亮度的影响类似，即使前述使用了较少的漂白物质，即2.6％H₂O₂/3.4％TA对照3.3％H₂O₂/4.2％TA。在浸泡阶段加入所有的化学物质，“木片”工艺中有2个或更多个点的漂白效率低于“木片+磨浆机”工艺。这表明漂白效率对于P-RCAPMP过程中木片浸泡和磨浆之间的化学物质如何分布是敏感的。在这种情况下木片浸泡阶段或磨浆机孔眼中加入所有的化学物质的比较在漂白和过氧化氢消耗中是最有效的。

图8显示在所有研究的工艺中，光散射性能没有差别，这表明只要在磨浆前加入化学物质，纸浆的表面形成机理仍保持一致。

B组试验

下述实例显示的是一种不同的磨浆结构，其中初级磨浆机进口的压力测试可以忽略，容器中的压力(近140KPa)。这种结构的优点为：

1)磨浆机排出时更好的进行蒸汽处理，特别是高容量的磨浆机(300t/d或更高)；

2)方便将初级纸浆从磨浆机中输送到中间的高浓度(HC)塔中；

3)可以使用初级磨浆中产生的一些蒸汽(通过旋风分离器分离蒸汽和纸浆纤维)；

4)易于将现有的TMP系统转化程P-RC APMP工艺。

这些实例表明：在低压(140KPa)容器和进口为常压的情况下使用初级磨浆机和容器和进口都为常压时得到的漂白效率相同。在纸浆离开容器和磨浆机板之前，进口的温度和初级磨浆机板间的温度可以除去截色体和使半纤维素碱性水解反应足够快，从而pH相当低。从初级磨浆机排出的、旋风分离器中的纸浆在下述实例中进行了测试，pH值范围为9.3-9.7，其中过氧化氢即使在观察到的高温(80-90℃)下也易于稳定。

下述试验的材料和条件如下：

木材：本研究中用的木材是从加拿大东部的纸浆厂购买的白杨和白桦木片。

木片浸泡：本研究中采用常规的试验木片浸渍系统。在所有研究的P-RC APMP中，只有DTPA在木片浸泡的第一阶段使用。然后木片在第二阶段用碱性过氧化物(AP)浸泡。在磨浆前，AP的处理木片保留30-45分钟(没有蒸汽)。

常压磨浆机系统：在考查的P-RC APMP工艺中通常使用Andritz36″直径(92cm)的双盘401系统。该系统包括开口测量皮带、倾斜的双螺杆进料器、磨浆机和开口皮带排放物。该系统用于初级和随后的磨浆。当用于初级磨浆时，排出的纸浆用鼓形圆筒收集，并用盖盖住，在高温下(通常为80-90℃)放置一段时间。

加压磨浆机系统：Andritz单盘36″直径(92cm)加压系统改装成常压进口/加压容器的结构。原始的磨浆机系统具有常规TMP系统的标准特征。为了使该系统运行时进口处为常压，在垂直蒸汽管的顶部设有一阀门，在磨浆时阀门保持开放。试验时，螺塞进料器(PSF)运转速度为50rpm(TMP的正常转速为10-20rpm)，从而确保化学浸泡的木片不被压缩。AP浸泡的木片放置在木片库中，木片库将木片输送到鼓风机(blower)中。然后木片吹送到旋风分离器中，并排送到向PSF进料的传送装置中。然后木片在进入磨浆机前落入垂直蒸汽管中。在磨浆期间，初级磨浆机进口的压力控制为零，容器中的压力为140KPa。初级纸浆吹送到旋风分离器中，并排出收集于鼓形圆桶中，然后用常压磨浆类似的方式进行处理。

纸浆测试：亮度测试采用TAPPI标准。过氧化氢残余物用标准碘滴定进行测定。

对购买的白桦和白杨木片在设有加压容器和常压进口的初级磨浆机中的磨浆和P-RC APMP中的磨浆进行比较。结果表明这两种磨浆的漂白效率相近。对于某些设备，用加压容器能够大大简化工艺、工程和P-RC APMP工艺的运行。

图9表示的是白杨在P-RC APMP中使用的化学条件，以及加压和常压容器初级磨浆机获得的亮度。在两种容器中应用相似的AP化学物质，以及相近量的总化学消耗量(总碱的5.2-5.4％、TA、3.7-3.9％的H₂O₂)，常压和加压容器获得相似的亮度，分别获得84.2％ISO和84.7％的ISO。

两个容器中的残余物pH(8.8-9.0)稍微高于理想值(近7.0-8.5)，H₂O₂残余物(o.d.纸浆上的1.5-2.0％)也高于正常值(0.5-1.0％)，这表明如果化学处理进行优化，则在两个容器中的纸浆性能可以进一步得到改善。

需要指出的是，表1所示的漂白效率(3.7-3.9％H₂O₂，消耗4％的TA，得到的ISO亮度为84.2-84.7％)对照或好于TMP或CTMP纸浆在H₂O₂中的漂白效率。

图10表示的是白桦的P-RC APMP磨浆的结果和条件。这种特殊的白桦木片稍微比白杨难漂白。再次用相似的AP化学方法、常压和压力容器，得到相近的漂白效率：3.1-3.2％TA和3.4-3.6％H₂O₂，ISO的亮度达到82.4-82.6％。在这个方案中，剩余化学物质(0.1-0.2％TA，0.5-0.6％H₂O₂和pH为8)在理想的H₂O₂的漂白条件内。

C组试验

这组试验表明，在其它因素中，当化学配方和分布得到优化，在磨浆机化学处理阶段的碱性过氧化物化学物质可以在加压磨浆机系统的中间管线中应用，从而获得和进口常压的P-RC APMP相近的漂白效率。由于在中间管线中的保留时间很短，相同的工艺也可以用于高压磨浆系统，利于在4bar或更高压力下运行的磨浆系统。

木材

在进一步处理之前，所有的硬木(白桦和枫木)加工成木片形状，并分别混合。所有的软木(云杉、松木和软木混合物)在进一步处理之前，加工成圆木、并剥皮和混合。

木片浸泡

除非特别说明，木片用Andritz 560GS单动盘磨机系统中在AP化学物质(包括氢氧化钠、过氧化氢、DTPA、硫酸镁和硅酸钠)中浸泡两次。在某些情况下，RT-螺旋压榨机在第一浸泡阶段使用(在压制前用1.4bar蒸汽处理20秒)。

磨浆

Andritz 36″直径(91cm)单盘36-1CP磨浆机系统用于所有加压和常压进口/加压容器中，Andritz 36″直径(91cm)双盘401系统用于所有的常压磨浆中。通常，除了特别说明，401磨浆机用于所有的二级和三级磨浆。

工艺说明

P-RC(用磨浆机化学处理进行预处理，其中AP化学物质在木片预处理和磨浆机阶段之间分布)工艺在所有进行的试验中运用。对于AP化学物质在中间管线中填充时，根据磨浆机中使用的具体磨浆能量、化学物质的电荷和原料的性能，从喷放管道中排出的纸浆在圆形圆桶的塑料袋中盖住，并保持85-95℃。

纸浆测试

所有的打浆度测试用加拿大标准打浆度(CSF)，所有的光学性能测试(亮度Tappi T218 OM-83、光散射和光吸收系数Tappi T425OM-86(对手抄纸Tappi 205 OM-88)用Tappi方法。

图15显示的是磨浆机化学(RC)处理阶段在磨浆机孔眼或中间管线应用AP化学物质得到的结果。本试验中使用了白桦和枫木。对于每种木材品种，在其木片上进行一些化学预处理(预处理)。对于白桦木片，在初次浸泡阶段用0.3％DTPA处理，然后在第二浸泡阶段用0.2％MgSO₄、4.4％硅酸盐、2.8％TA和2.8％H₂O₂处理。对于枫木木片，在初次浸泡阶段用0.5％DTPA处理，然后在第二浸泡阶段用0.1％MgSO₄、2.0％硅酸盐、1.6％TA和2.6％H₂O₂处理。预处理的木片然后在磨浆机化学(RC)处理阶段用相似量的AP化学物质处理，但是在不同的位点：一个在磨浆前的磨浆机孔眼，另一个紧随磨浆后的中间管线。

对于白桦，两种工艺(A1和A2)共用5.2％的H₂O₂和4.6％的总碱度(TA)，并具有相近量的H₂O₂残留物(1.0％-1.1％)和最终的pH(8.9-9.0)。最终的pH相对高，如果使用较长的保留时间，则表明将获得较高的亮度。和在中间管线加入AP化学物质(A2)相比，在磨浆机孔眼(A1)中加入AP添加物得到的样品亮度相近，如84.8％对84.2％ISO。亮度上的细微差别至少部分可能是其打浆度的细微差别，前者的容器为285ml，后者为315ml。从化学的角度看，两种工艺具有相近的光吸收系数，前者为0.27m²/kg，后者为0.25m²/kg。

对于枫木，在中间管线中加入AP化学物质(A4)事实上有较高的亮度，即81.9％ISO，高于在磨浆机孔眼(A3)中应用AP化学物质的亮度，即79.2％ISO。这种情况下的差异是前者较低打浆度(295对320mL)和较低吸收系数(0.32对0.5m²/kg)的结合。

软木，即云杉和红松，也用于了考察不同AP化学应用的影响。图16总结了这些结果，并再次显示在磨浆机孔眼或中间管线应用AP化学物质得到近似的亮度。对于云杉，木片首先用0.3％DTPA、0.05％MgSO₄、0.7％硅酸盐、0.2％TA和0.5％H₂O₂浸泡，然后用0.1％DTPA、0.08％MgSO₄、1.8％硅酸盐、1.4％TA和1.9％H₂O₂进行第二次浸泡。对于红松，木片首先用0.4％TA、0.5％H₂O₂、0.3％DTPA、0.04％MgSO₄ 和0.5％硅酸盐浸泡，然后用0.4％TA、0.6％H₂O₂、0.14％DTPA、0.05％MgSO₄和0.4％硅酸盐进行第二次浸泡。对于云杉，例如如图16所示，在喷放管道工艺(A6)中使用与工艺A5相近量AP化学物质，得到近似或略高的亮度，即78.8％ISO对78.2％ISO，其中A5中后一阶段的AP化学物质用于磨浆机孔眼。这种亮度的细微差别再次可能是它们略有差别的打浆度，即47ml对49ml，以及细微差别的吸收系数0.56对0.60m²/kg的综合影响。

对于红松，喷放管道工艺，即A8，和磨浆机孔眼工艺A7相比，具有略高的亮度，即71.8对71.2％ISO，较低的光吸收系数，即0.84对1.01m²/kg，但有较高的打浆度，即99对82mL。对于这种情况，由于对亮度的影响，光吸收系数的差异可能是其打浆度的差异导致的。AP化学处理的量在这种两种工艺中一致。

如图17所示，云杉和松树的软木组合在磨浆机化学处理阶段用高压处理。在这种情况下，RT-螺旋压榨机在浸泡的第一阶段使用，Andritz型号560GS单动盘磨机在第二阶段使用。对于这种化学处理，第一浸泡阶段用0.4％TA、0.6％H₂O₂、0.18％DTPA、0.03％MgSO₄ 和0.3％硅酸钠；第二浸泡阶段用0.4％TA、0.7％H₂O₂、0.15％DTPA、0.05％MgSO₄和0.4％硅酸钠；在磨浆机化学处理阶段用0.9％TA、1.5％H₂O₂、0.18％DTPA、0.09％MgSO₄和1.8％硅酸钠，要么在A9的磨浆机孔眼中使用，或者在A10的中间管线中使用。对于使用的工艺A9和A10，两者具有相近的化学电荷和配方，但是A9在初级磨浆机中的压力为2.1bar，在另一A10中的压力为4.2bar。图17表示的结果表明在较高的压力工艺A10中能够获得近似的漂白效率和亮度(用1.7％TA和2.8％H₂O₂，并达到73.7-73.4％ISO)。样品具有相近的光吸收系数(0.96-1.1m²/kg)。这些结果表明，当化学方法优化后，相近的漂白效率和亮度(范围至少为70-75％ISO)甚至可以在很高的压力(4.2bar或60psi)下得到。和低压相比，高压磨浆可以以更好的效率再利用高质量的蒸汽，同时对于高打浆度纸浆来说，有机会降低碎片(纤维束)。

Claims

1.一种碱性过氧化物机械制浆的方法，其中：木质纤维物质至少在一压力机中预处理，从压力机中排出的木质纤维物质膨胀时用碱性过氧化物溶液浸泡，在磨浆机容器中两个相对旋转的盘之间对预处理的物料进行磨浆，形成温度至少为80℃的初级纸浆；

将初级纸浆在至少80℃时从压力容器中输送到中间管线中；

在初级纸浆温度至少为80℃时，向中间管线的初级纸浆中加入碱性过氧化物中间管线溶液；

混合中间管线溶液和初级纸浆，在中间管线中形成反应混合物；

将温度至少为80℃的反应混合物排放到保留容器中；

在保留容器中保持反应混合物，生成漂白过的物质。

2.根据权利要求1所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中的磨浆机容器处于高压中。

3.根据权利要求1所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中的磨浆机容器为常压。

4.根据权利要求1所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中的磨浆机为初级磨浆机。

5.根据权利要求1所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中的磨浆机为二级磨浆机。

6.根据权利要求1所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中的中间管线设有进口部分，碱性过氧化物溶液从所述的进口部分注入。

7.根据权利要求1所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中的中间管线连接压力容器和纸浆保留容器，纸浆在进一步处理之前保持在保留容器中。

8.根据权利要求1所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中的纸浆在进一步处理之前在中间管线中保持一保留期。

9.根据权利要求1所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于将压制后用碱性过氧化物溶液浸泡的物料再次压制和膨胀，在所述磨浆机中磨浆前用碱性过氧化物溶液再次浸泡。

10.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于磨浆机中也注入碱性过氧化物溶液。

11.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于在中间管线的放空阀之后立即向中间管线中的纸浆加入碱性过氧化物溶液。

12.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中所述的浸泡溶液含有碱、过氧化物和稳定剂；所述的中间管线溶液含有碱、过氧化物和稳定剂；所述的中间管线溶液的温度小于80℃。

13.根据权利要求1所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于：

当纸浆温度至少为80℃时将纸浆从容器中输送到中间管线；

当纸浆温度至少为80℃时向中间管线中的纸浆加入碱性过氧化物；以及

混合中间管线溶液和纸浆，在中间管线中形成反应混合物。

14.根据权利要求13所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于将温度至少为80℃的反应混合物从中间管线中排放到保留容器中。

15.根据权利要求14所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于中间管线中的混合后，紧接着将混合物输送到纸浆分离器中，然后将分离的纸浆排放到所述的保留容器中。

16.根据权利要求15所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于向纸浆中加入碱性过氧化物溶液的步骤包括在分离器之前立即加入中间管线溶液。

17.根据权利要求1或14所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于从容器中输送到中间管线的纸浆的温度范围为80℃-155℃，浓度为20-60％。

18.根据权利要求17所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于保持在保留容器中的混合物的温度为60℃-95℃，浓度为20-40％。

19.根据权利要求18所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中所述的反应混合物保持在温度为85℃-95℃的保留容器中，浓度为30％。

20.根据权利要求7所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于：

木质纤维物质为木片；

磨浆机为初级磨浆机；以及

保留容器为漂白塔。

21.根据权利要求20所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于设有放空阀的中间管线后设有分离器，向中间管线中的初级纸浆中加入碱性过氧化物中间管线溶液的步骤包括在分离器之前立即加入碱性过氧化物中间管线溶液。

22.根据权利要求20所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于设有放空阀的中间管线后设有分离器，向中间管线中的初级纸浆中加入碱性过氧化物中间管线溶液的步骤包括在分离器处加入碱性过氧化物中间管线溶液。

23.根据权利要求20所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于设有放空阀的中间管线后设有分离器，向中间管线中的初级纸浆中加入碱性过氧化物中间管线溶液的步骤包括在分离器之后加入碱性过氧化物中间管线溶液。

24.根据权利要求20所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中漂白塔中漂白的初级纸浆进一步加工成漂白的二级纸浆。

25.根据权利要求24所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于漂白的二级纸浆通过下述步骤生产：

再次磨浆初级漂白纸浆；

将二级纸浆从二级磨浆机中排出到设有至少一溶液进口部分的中间管线中；

通过至少一溶液进口部分注入碱性过氧化物中间管线溶液；

混合中间管线溶液和中间管线中的二级纸浆；

从中间管线中排出物料；以及

将以木质纤维素为主体的物料保持一反应期。

26.根据权利要求9所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中所述的浸泡的溶液含有0.3％的DTPA；所述的再次浸泡的溶液含有0.2％的MgSO₄、4.4％的硅酸盐、2.8％的TA和2.8％的H₂O₂；以及所述的中间管线溶液含有0.16％的DTPA、0.16％的MgSO₄、2.3％的硅酸盐、含有0.5％残余物的1.8％的TA和含有1.1％残余物的2.4％的H₂O₂。

27.根据权利要求9所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中所述的浸泡的溶液含有0.5％的DTPA；所述的再次浸泡的溶液含有0.2％的DTPA、0.1％的MgSO₄、2.0％的硅酸盐、1.6％的TA和2.6％的H₂O₂；以及所述的中间管线溶液含有0.13％的DTPA、0.13％的MgSO₄、2.5％的硅酸盐、含有0.1％残余物的1.2％的TA和含有2.1％残余物的2.1％的H₂O₂。

28.根据权利要求9所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中所述的浸泡的溶液含有0.3％的DTPA、0.05％的MgSO₄、0.7％的硅酸盐、0.2％的TA和0.5％的H₂O₂；所述的再次浸泡的溶液含有0.1％的DTPA、0.08％的MgSO₄、1.8％的硅酸盐、1.4％的TA和1.9％的H₂O₂；以及所述的中间管线溶液含有0.22％的DTPA、0.11％的MgSO₄、1.1％的硅酸盐、含有0.2％残余物的0.9％的TA和含有1.7％残余物的1.2％的H₂O₂。

29.根据权利要求9所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中所述的浸泡的溶液含有0.4％的TA、0.5％的H₂O₂、0.2％的DTPA、0.04％的MgSO₄和0.5％的硅酸盐；所述的再次浸泡的溶液含有0.14％的DTPA、0.05％的MgSO₄、0.5％的硅酸盐、0.4％的TA和0.6％的H₂O₂；以及所述的中间管线溶液含有0.18％的DTPA、0.06％的MgSO₄、1.8％的硅酸盐、含有0.1％残余物的1.2％的TA和含有1.1％残余物的1.8％的H₂O₂。

30.根据权利要求9所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中所述的浸泡的溶液含有0.4％的TA、0.6％的H₂O₂、0.18％的DTPA、0.03％的MgSO₄和0.3％的硅酸盐；所述的再次浸泡的溶液含有0.15％的DTPA、0.05％的MgSO₄、0.4％的硅酸盐、0.4％的TA和0.7％的H₂O₂；以及所述的中间管线溶液含有1.7％的TA和含有1.1％残余物的2.8％的H₂O₂。

31.根据权利要求2所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中磨浆机容器中的压力保持在至少为240KPa。

32.根据权利要求31所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于从容器中输送到中间管线的纸浆的温度范围为80℃-155℃，浓度为20-60％。

33.根据权利要求32所述的碱性过氧化物机械制浆的方法，其特征在于其中所述的浸泡溶液含有碱、过氧化物和稳定剂；所述的中间管线溶液含有碱、过氧化物和稳定剂；所述的中间管线溶液的温度小于80℃。