專利名稱:回收水解產物的方法
技術領域:
本發明涉及一種與紙漿生產相關的糖類生產方法。具體地說,本發 明涉及一種對于經濟上可行的下游操作而言充分濃縮的預水解產物的回 收。
背景技術:
通常,糖類可以通過多糖和寡糖的水解由木質纖維素天然材料生產。 除了僅剩下木質素殘渣的總水解法之外,已經開發了一種結合水解和纖維 素紙漿蒸煮的方法,稱作預水解制漿。主要強調的是紙漿,這反映了商業 動機。在現有技術的方法中,半纖維素水解為水解產物,并且木質素通過 蒸煮法溶解以釋放纖維素纖維。生產的紙漿具有高含量的Ot纖維素并且可
以用作例如溶解紙漿。
從歷史的角度看,有兩種方法用于生產具有高含量a纖維素的特殊紙 漿廣為推廣的酸性亞硫酸氫鹽蒸煮和預水解-硫酸鹽(牛皮漿)蒸煮。前者 是在20世紀初開發的且后者是在二十世紀三十年代開發的,參見例如 Rydholm, S.E., 制裝工藝(Pulping Processes), p649-672, Interscience Publisher,紐約,1968。兩種方法的基本思想都是從纖維素纖維中除去盡 量多的半纖維素,并且進行去木質素作用以獲得高含量的ot纖維素。這是 必需的因為這類紙漿的各種最終用途,例如溶解紙漿,均不能耐受具有無 規接枝的分子結構的短鏈半纖維素分子。牛皮紙預水解制漿方法在例如加 拿大專利申請1,173,602 (Arhippainen等)和美國專利5,589,033(Tikka和 Kovasin)、 5,676,795 ( Wizani等)和4,436,586(Elmore)中公開。
在傳統的亞硫酸鹽方法中,半纖維素的除去發生在蒸煮過程中,同 時有木質素的溶解。蒸煮條件是高酸性的并且溫度從約14(TC到150'C變 化,由此加重水解。然而,結果總是與去木質素作用的折衷。沒有獲得高含量的OC纖維素。另一個缺點是纖維素聚合度的降低和產量的損失,其也
限制了水解的可能性。在美國專利5,139,617(Tikka和Virkola)中公開了蒽 醌-中性亞硫酸鹽制漿方法。已經提出各種改進,例如蒸煮條件的更改和 甚至在預水解步驟后進行堿性亞硫酸鹽蒸煮階段。
在預水解中釋放的水解糖類的利用已被忽視,并且沒有報道基于水 解材料的商業化生產,盡管這種選擇在例如上述專利中提及。在目前的工 業實踐中,在紙漿廠的能量和化學品回收工藝的回收鍋爐中,將水解產物 中和、與廢蒸煮液結合、蒸發并且燃燒。
進一步調查忽視糖類物質的任何其他合理用途的原因,揭露出實際 問題預水解法的步驟大多實際上是在蒸汽相中進行,向蒸煮器中的木屑 柱引入直接蒸汽。由于物質和能量的平衡,產生非常少(如果產生的話)的 液體水解產物相,因為全部冷凝物都捕集在木質材料的孔中。在預水解和 蒸煮步驟之間在蒸煮器中使用洗滌液的單獨洗滌階段需要時間,降低了產 量,對能量平衡非常不利并且會產生非常稀的糖類溶液,該溶液在任何合 理的使用前均需要進一步昂貴的蒸發處理。另 一個可能的方法是在液相中 進行預水解步驟。在這種情況下,同樣地,大量的液體和產生的低濃度糖 類妨礙了任何合理的生產經濟的發展。結果,缺乏充分的糖類去除方法已 經排除了對該天然來源的可再生原材料的利用。
在美國專利申請2005/0065336中,公開了一種制漿方法,其包括對 木屑進行機械處理,并使用無機酸處理對得到的.物質進行預水解并且之后 汽蒸。據報道在逆流洗滌后,a纖維素和半纖維素均有良好的產量。該方 法需要進一步粉碎木屑和用于水解和分離操作的特殊工藝設備。
發明內容
本發明的目的是提供一種用于處理木質纖維素材料的改進方法,該 方法包括預水解-傳質過程,其在自身水解所需的時間內產生濃縮的水解 產物量。本文中的"水解產物"是指含有來自木質纖維素材料的水解產物 的液相。在該低體積的水解產物已從仍然熱的蒸煮器中排出后,可通過本 領域中已知的中和-蒸煮方法繼續該過程。根據本發明,該改進的方法包
括(l)通過直接蒸汽將蒸煮器和木屑內容物加熱至所需的水解溫度,(2)向 木屑床的頂部啟動熱的、儲存水解產物的物流以形成水解產物的滴流床型
向下物流(下文中稱為滴流),(3)收集向下滴流的水解產物的第一餾分作為 產品餾分,(4)添加提取液并且繼續滴流以收集第二水解產物餾分,該第 二水解產物餾分將會(5)從蒸煮器排入熱水解產物儲罐中以用作下一批次 的第一滴流液。
本文中的滴流表示液體的向下物流,其體積不足以填充木屑間的空 隙。由于滴流包括相對小體積的液體,其克服了稀釋的問題。待用作滴流 介質的水解產物的回流部分進一步提高了產品的濃度和保存了能量。損失 生產時間的問題通過以下方法克服在任何情況下所需的水解反應時間 內,在直接蒸汽加熱后立刻啟動滴流過程階段。
圖1是根據本發明方法的示意圖。
具體實施例方式
在圖1中,顯示了根據本發明的方法,間歇蒸煮器和其中發生的過 程階段示意性地如用l所示。按照時間順序的各階段從上到下表示,并且 各種進入和離開蒸煮器的物流用箭頭相對于各按照時間順序的階段顯示。 在蒸煮器已用木質纖維素材料(這里稱為"木屑",雖然該材料可為任何適 合于預水解的木質纖維素材料)填充后,所述方法從汽蒸開始。在這個階 段期間,從木質纖維素材料釋放出酸,在不添加外部化學品的情況下顯著 降低pH。糖類的水解開始,但是在蒸煮器的較低部分中并不一定形成明
150-180°C;優選地,木屑溫度約為170°C。
的容器,該稀水解產物通常來"自于較早的批次。當已完成汽蒸階段后,即 當壓力增量顯示木屑柱已達到所需的水解溫度時,將來自容器2的稀水解 產物泵送至蒸煮器中,通過噴嘴布置等從木屑柱上方進入。根據技術人員
的知識設計噴嘴布置,以提供液體在橫過木屑柱頂部上的均勻分布。稀水 解產物優選在基本上與預水解反應溫度對應的溫度下進入,其形成液相, 該液相不填充木屑間的空隙,而是通過木屑柱向蒸煮器底部均勻地滴流。 來自木屑柱的水解產物濃縮在該液相中,并且在蒸煮器底部收集水解產物 的濃度高于進入蒸煮器時的濃度的所述液體。在已收集到足以提供合理的
液位的體積后,可以開始通過泵5傳輸液體。如果需要長的水解時間,液
體可以循環到蒸煮器的頂部(如虛線所示)以繼續滴流水解,或者該液體可
以排入濃縮水解產物容器3中(實線)。
離開蒸煮器的液體的溫度通常處于高于其大氣壓沸點的溫度。優選
地,在進入容器3之前,4吏液體在4處壓力^^于對應于該液體沸點的壓力
下閃蒸。所得的蒸汽可用于隨后的批次。
將要泵入容器3的液體體積對應于該間歇過程的液體平衡(liquid balance),即以下的體積總和補充液體、可能存在的pH調節液體、以 及來自直接新鮮蒸汽加熱和來自木質纖維素進料中水分的水。補充液體的 體積通過該間歇過程的液體平衡并最終由容器3中水解產物的所需濃度 確定。當已在容器3中回收到由此確定的濃縮水解產物體積時,通過向柱 子的頂部提供物流,以繼續滴流并使已水解溶解的材料傳送至液體而繼續 從木屑柱提取水解產物。優選地,如圖1所示循環蒸煮器底部收集的液體。 離開蒸煮器的物流轉至泵5(利用本領域的技術人員已知的閥布置),并通 過管線6提供補充提取液體。該液體可為例如根據本發明方法的可任選階 段的洗滌液(以下描述)、冷凝物、熱水、蒸發裝置冷凝物、或任何可用的 非堿性液體。基于例如糖類溶解的量,繼續循環至所需的水解程度。如果 需要,補充液體的pH可在7處通過添加水解劑調節,所述水解劑例如無 機酸或有機酸,以在循環階段后在容器2中達到所需的最終pH。此時其 它有用的添加劑包括二氧化硫和亞硫酸氫鹽化學品。可進行溫度調節,該 溫度調節優選利用直接蒸汽添加。
當第二滴流階段完成時,可開始根據現有技術的蒸煮過程,通常通 過? 1入堿性蒸煮液。水解階段的總的持續時間通常是在20-60分鐘范圍內。
任選地,當第二滴流階段完成時且在引入蒸煮化學品之前,在一端
向蒸煮器中注入一定體積的洗滌液并且在相反的一端回收。因此, 一定體 積的洗滌液可在蒸煮器的頂部引入并且在蒸煮器的底部排出。或者, 一定 體積的洗滌液可在蒸煮器的底部引入,在蒸煮器的頂部被從底部引入的下 -———液體部分(例如蒸煮液)所替代。
在以這種方式通過蒸煮器后,洗滌液可有利地用作循環階段中的補 充液體。
權利要求
1. 一種用于在預水解制漿過程中回收糖類的方法,其特征在于包括以下階段:a)提供含有木質纖維素材料柱子的蒸煮器,b)通過直接蒸汽將所述蒸煮器和其內容物加熱至預定的水解溫度,c)向所述柱子的頂部提供熱水解產物的物流,形成液體體積小于所述木質纖維素材料柱子中空隙的向下物流,d)從所述蒸煮器底部收集由所述向下物流得到的水解產物的第一餾分,e)向提供至所述柱子頂部的所述物流中添加液體,并且繼續液體體積小于所述木質纖維素材料柱子中空隙的所述向下物流,收集第二水解產物餾分并將所述第二水解產物餾分從所述蒸煮器排出到熱水解產物儲罐中。
2. 根據權利要求1的方法,其特征在于在b)階段中將所述蒸煮器和其內 容物加熱至150-180。C范圍內的溫度。
3. 根據權利要求1的方法,其特征在于在c)階段中將液體從所述蒸煮器 底部排放至所述柱子的頂部進行循環。
4. 根據權利要求1的方法,其特征在于在e)階段中將液體從所述蒸煮器 底部排放至所述柱子的頂部進行循環。
5. 根據權利要求1的方法,其特征在于在e)階段向提供至所述柱子頂部 的所述物流中添加水解劑。
6. 根據權利要求1的方法,其特征在于包括以下附加步驟f) 向所述蒸煮器中引入一定體積的洗滌液g) 從與引入端相反的蒸煮器端除去所述體積的洗滌液。
7. 根據權利要求6的方法,其特征在于所述洗滌液在所述蒸煮器的頂部 引入。
8. 根據權利要求6的方法,其特征在于所述洗滌液在所述蒸煮器的底部 引入。
全文摘要
一種用于處理木質纖維素材料的改進方法,包括預水解-傳質過程,其在自身水解所需時間內產生濃縮的水解產物量。該改進方法包括通過直接蒸汽將蒸煮器和木屑內容物加熱至所需水解溫度,向木屑床的頂部啟動熱的、儲存水解產物的物流以形成水解產物的滴流床型向下物流,收集向下滴流的水解產物的第一餾分作為產品餾分,添加提取液并且繼續滴流以收集第二水解產物餾分,其將從蒸煮器排入熱水解產物儲罐以用作下一批次中的第一滴流液。
文檔編號D21C1/04GK101379242SQ200780004839
公開日2009年3月4日 申請日期2007年1月26日 優先權日2006年2月10日
發明者佩維·尤西塔羅, 潘努·蒂卡 申請人:梅特索紙業公司