專利名稱：用于制漿預處理過程及制漿過程的高效催化劑的制作方法
技術領域：
本發明屬于制漿造紙領域。
背景技術：
在現代制漿技術中，借助化學方法從植物纖維原料中脫除木素從而分離植物纖維是主要的制漿方法，稱之為化學制漿。硫酸鹽法又是化學制漿的主流方法。然而，在制漿過程中高能量消耗，高化學藥品消耗以及較低的制漿得率成為制漿工業的主要特點。在過去一個世紀中，降低制漿能耗及化學藥品用量及提高制漿得率成為制漿技術發展及研究的主要課題。上個世紀八十年代瑞典科學家提出指導硫酸鹽法制漿的四項原則1)恒定的堿濃度，2)蒸煮初期高硫氫根離子濃度，3)蒸煮末期低的木素與鈉離子濃度，4)低蒸煮溫度。其中，在現有工業條件下有可能實現的主要為在蒸煮初期保持盡可能高的硫含量。利用含硫液體在蒸煮前對原料進行預處理，從而使原料吸收硫化物是實現這一原則的主要手段。國外對這一課題已進行了許多研究。其中利用綠液進行預處理技術展示了良好的工業應用前景。這一技術已經被列入美國能源部工業應用重大項目研究計劃(Agenda 2020)。國內目前在此課題方面的研究仍屬空白。
本發明在預處理過程中加入催化劑，對硫化物的吸收及與木素的化學反應進行強化，從而大幅度降低制漿能耗及化學藥品用量，并有效地提高紙漿質量。
發明內容
本發明為用于將植物纖維原料生產為纖維漿料的工藝技術過程。本技術包括以下工藝過程(1)用含硫化物液體對植物纖維原料進行預處理。液體含硫脲基化合物或其衍生物。用量0.1％-10％(基于干基植物纖維原料重量)，預處理溫度80℃-200℃，預處理時間10-600分鐘，預處理液對植物纖維原料比例0.5-10(升/公斤干原料)。
(2)預處理完成后，移除或保留預處理液，繼續加入化學品對植物纖維原料進行蒸煮。蒸煮條件為氫氧化鈉用量5％-30％(對干基物料)，硫化鈉用量0-30％(對干基物料)，亞硫酸鈉用量0-30％(對干基物料)，蒸煮最高溫度100℃-200℃，在最高溫度下保溫時間0-600分鐘，蒸煮液對植物纖維原料比例0.5-10(升/公斤干原料)。
(3)對蒸煮后植物纖維漿料進行必要的機械磨漿(或打漿)處理，得到所要求的植物纖維漿料。
本發明中所應用的植物纖維原料包括木材原料與各種非木材原料，木材原料包括各種針葉材與闊葉材種以及木材加工余料，如鋸末、枝丫材、刨花、板皮等，非木材原料包括各種農作物秸稈類副產品，如稻、麥草等；各種經濟作物，如棉稈麻類；草類植物，如葦、荻；工業過程下腳料，如蔗渣以及竹子等。
預處理液含硫脲或其衍生物，衍生物包括硫脲氫原子取代物，取代基包括烷基，芳基，氨基，烷氧基等。取代基數目1-4。
含硫預處理液包括綠液(原始綠液或經結晶、離子交換等方法去除碳酸鹽后的綠液)、硫化物溶液、白液、黑液以及含多硫化物液體。
預處理液中硫化物濃度范圍5％-100％(重量比)，堿濃度范圍0-50％(重量比)。
預處理液中硫脲基化合物用量0.1％-10％(基于干基植物纖維原料重量)，較好的用量范圍在0.5％-2.0％(基于干基植物纖維原料重量)。首選的含硫脲基化合物為硫脲或烷基硫脲，其取代基數目1-4，各取代基含碳原子。
在完成用含硫化物液體對植物纖維原料進行預處理過程后，移除預處理液，加入蒸煮藥液繼續對植物纖維原料進行蒸煮至所要求得脫木素水平。對于半化學制漿，在預處理或蒸煮后進行磨漿處理。
在堿法制漿范圍內應用本發明方法，主要經濟效益包括大幅度降低制漿化學品用量；加快脫木素速率；提高制漿得率；降低制漿中能耗。
為更明確地闡明本發明的特性，以下實例闡述了本發明的工藝過程。然而，這些實例僅僅為本發明實施的具體范例，并不描述本發明的全部范圍及涵括本發明的權益要求。
實施例1為闡明本發明的效益，本發明方法同時與傳統硫酸鹽法制漿及綠液預處理改良硫酸鹽法制漿工藝進行比較。
在三個10立升蒸煮器中，一組三個硫酸鹽法蒸煮試驗被同時進行。使用原料為南方松。蒸煮器升溫方式采用電加熱，將蒸煮藥液加熱后在蒸煮器內進行循環。升溫速度與蒸煮時間為計算機自動控制。溫度誤差為±2℃。
預處理過程為將以風干木片進行篩選，留取長度16-32mm，厚度小于10mm組分，置于塑料袋中，平衡水分備用。準確稱取1公斤木片(絕干計)置于蒸煮器內，加入試驗規定量的藥液，預處理條件為每個蒸煮器每次試驗木片用量為1公斤(絕干計)。預處理條件為綠液用量1升/公斤木片，催化劑用量2#實驗0，3#實驗2％(對絕干木片量)。液比(預處理液對絕干物料)4∶1(體積比重量)，預處理溫度120℃，預處理時間60分鐘。預處理完成后，排出預處理液，加入蒸煮藥液繼續進行蒸煮。
傳統硫酸鹽法制漿試驗不進行預處理，直接進行蒸煮實驗。
蒸煮條件為液比4∶1(預處理液體積對絕干物料重量)，在90分鐘升溫時間內，升溫至最高蒸煮溫度170℃，在最高溫度下保溫時間90分鐘。蒸煮用堿量為傳統硫酸鹽法18％(活性堿用量，Na2O計)，綠液預處理改良硫酸鹽法及本發明方法均為15％(活性堿用量，Na2O計)。
蒸煮過程完成后，減壓，冷卻，排出蒸煮液。將脫木素后的木片轉移至分散器中進行分散，分散后的漿料在篩漿機中進行篩漿。將篩后漿料移至離心機中除去多余水分。風干后貯存于密封塑料袋中平衡水分，24小時后，稱量風干漿的總重量并測量漿料水分，計算得篩分漿得率。按照TAPPI標準實驗方法(T236cm-85)測定漿硬度(Kappa值)。實驗結果列于表1中。
表1
實施例2為闡明硫脲化合物的功效，不同用量的硫脲化合物被用于綠液預處理過程中。三個試樣的預處理及蒸煮過程同時在三個10升蒸煮器中進行。每個試驗的木片用量1公斤(絕干原料記)，預處理過程同例1。
預處理條件為預處理液比4∶1(預處理液體積對絕干物料重量)，升溫時間60分鐘，預處理溫度120℃，保溫時間60分鐘。
預處理完成后，蒸煮過程與條件與例1所描述蒸煮過程相同。蒸煮后漿料的分散與篩選過程與例1描述相同。實驗結果列于表2。實驗結果表明增加添加劑用量，可有效的提高制漿得率。
表2
實施例3為闡明對不同的紙漿性能要求范圍內，不同制漿條件下，本發明技術的有效性，三組共計13個試樣在兩個相同型號的10升蒸煮器中進行制漿。三組制漿方法分別為傳統硫酸鹽法，綠液預處理硫酸鹽法；添加催化劑的強化綠液預處理改良硫酸鹽法(本發明方法)。實驗結果按紙漿得率與硬度的關系繪于附錄
圖1中。實驗方法與例1描述相同。實驗條件與實驗結果如表3-表5所示表3 本發明方法
表4 綠液預處理硫酸鹽法
表5 傳統硫酸鹽法
實施例4應用本發明方法，可有效地提高制漿過程的脫木素選擇性(紙漿粘度與硬度值的比值)。表6比較了傳統硫酸鹽法與本發明方法在不同紙漿硬度水平下脫木素選擇性的比較。在Kappa值30與40兩種水平下，運用本發明方法所的紙漿比較傳統硫酸鹽法所得紙漿，其脫木素選擇性分別提高23.67％及58.81％。制漿實驗過程如例3所述。
表6
實施例5為闡明本發明技術的經濟效益，對各種制漿方法進行能量與物料恒算，結果列于表7。實驗方法與例1描述相同。
表7 經濟效益比較
權利要求
1.一種用于從植物纖維原料制造纖維漿料的制漿工藝過程的催化劑。其特征為硫脲基化合物或其衍生物。它具有如下通式 式中R1與R2為H或烷基，芳基，氨基，烷氧基。
2.根據權利要求1所述方法，其特征在于；工藝過程包括以下工藝程序1)用含硫化物液體對植物纖維原料進行預處理。液體含硫脲基化合物或其衍生物。用量0.1％-10％(基于干基植物纖維原料重量)，預處理溫度80℃-200℃，預處理時間10-600分鐘，預處理液對植物纖維原料比例0.5-10(升/公斤干原料)。2)預處理完成后，移除或保留預處理液，繼續加入化學品對植物纖維原料進行蒸煮。蒸煮條件為氫氧化鈉用量5％-30％(對干基物料)，硫化鈉用量0-30％(對干基物料)，亞硫酸鈉用量0-30％(對干基物料)，蒸煮最高溫度100℃-200℃，在最高溫度下保溫時間0-600分鐘，蒸煮液對植物纖維原料比例0.5-10(升/公斤干原料)。3)對蒸煮后植物纖維漿料進行必要的機械磨漿(或打漿)處理，得到所要求的植物纖維漿料。
3.根據權利要求1所述方法，其特征在于；硫脲基化合物為硫脲。
4.根據權利要求1所述方法，其特征在于；硫脲基化合物衍生物包括由硫脲分子中氨基衍生物或硫原子衍生物，或兩者的衍生物。
5.根據權利要求3所述方法，其特征在于；由取代硫脲分子中的氫原子所生成的衍生物，其取代基包括烷基，芳基，氨基，烷氧基。
6.根據權利要求2所述方法，其特征在于；堿性蒸煮液體包括硫酸鹽法制漿藥液，堿性亞硫酸鹽法制漿藥液，燒堿法制漿藥液。
7.根據權利要求2所述方法，其特征在于；含硫化物液體為綠液或白液或黑液。
8.根據權利要求2所述方法，其特征在于；含硫化物液體為任何含硫化物液體。
9.根據權利要求2所述方法，其特征在于；制漿方法為硫酸鹽法或燒堿法或亞硫酸鹽法或半化學法。
全文摘要
一種用于化學制漿的高效脫木素催化劑及一種用于從植物纖維原料制造纖維漿料的工藝過程。催化劑具有如右式，式中R
文檔編號D21C1/00GK1704528SQ20041002064
公開日2005年12月7日 申請日期2004年5月31日 優先權日2004年5月31日
發明者班衛平 申請人:大連輕工業學院