一定品質的木素磺酸鹽以及製備一定品質的木素磺酸鹽的方法

2023-10-11 05:05:29

專利名稱：一定品質的木素磺酸鹽以及製備一定品質的木素磺酸鹽的方法
技術領域：
本發明涉及一定品質的木素磺酸鹽以及製備一定品質的木素磺酸鹽的方法。這種在製備本發明木素磺酸鹽中構成原料的以及在本發明方法中的木素磺酸鹽從在酸性方法、中性方法或弱鹼性方法中蒸煮木素纖維素如木 料獲得，其中蒸煮液含有分子S02、HSOf和SOf中的至少一種。木素磺酸鹽的其他來源為強鹼方法如硫酸鹽或蘇打方法中的蒸煮液的木素。然而，木素必須使用合適的磺化化學品進行磺化，如在這些情況中的亞硫酸氫根(HSO3O。
背景技術：
木素磺酸鹽是非常有用的。因此，對其存在需求。更高品質的木素磺酸鹽帶來更好的性能，並由此帶來更高的需求和更高的市場價格。在下文中，提供了木素磺酸鹽應用的(非窮盡)列表。木素磺酸鹽用作各種應用中的分散劑。在混凝土的製備中，木素磺酸鹽用作減水齊IJ，其單獨使用或者與其他磺酸鹽(如萘或三聚氰胺)或聚羧酸酯(鹽)組合使用。木素磺酸鹽還可以用作在(焦炭、白堊或礦石的)各種類型礦物漿料中、在其他無機化學品中以及在陶瓷材料中(例如在製造磚瓦中)的分散劑。所關注的化學品還可以用來分散農業中使用的化學品。在水泥的製備(溼磨法)中可以使用木素磺酸鹽。木素磺酸鹽可以用作紙(瓦楞紙)中的絡合劑和強度改進劑，以及用作有機膠粘劑(如苯酚或三聚氰胺樹脂)的添加劑。木素磺酸鹽可以在例如蠟、浙青或各種油的製備中用作乳化劑。另一應用為在製備化學改性的木素磺酸鹽中作為原料，化學改性的木素磺酸鹽用於探油或分散顏料中。木素磺酸鹽主要在由木素纖維素材料如木料製備化學紙漿中形成，如上文所述。最合適的蒸煮方法為亞硫酸鹽蒸煮，其通常為酸性的方法，有時為部分中性的方法。活性蒸煮化學品的一種為亞硫酸氫(HS03_)。在製備化學紙漿時，例如根據亞硫酸鹽方法製備化學紙漿時，在纖維素纖維中存在的並且一定程度上在纖維壁中存在的木素發生溶解。在蒸煮過程中，亞硫酸氫根與木素反應，並形成木素磺酸鹽。在升高的溫度和壓力下實施蒸煮。在蒸煮結束時，對所加工的材料吹氣。即，打開蒸煮器底部的閥，並且當加工的木素纖維材料(通常為碎屑形式)離開蒸煮器且在壓力下降至大氣壓時，釋放出纖維，即，經加工的木素纖維素材料(所述碎屑)轉化為纖維素紙漿。紙漿纖維在該點被所使用的蒸煮液包圍,所述蒸煮液含有大量溶解的含木素磺酸鹽的物質。其他物質的實例為各種糖類(衍生自例如木素纖維素的半纖維素)、樹脂化合物和無機化學品。該液體稱為廢液(spent liquor) 0將纖維從廢液中分離出來，並且這兩種物質採取不同的途徑。將廢液蒸發至幹含量高於60%，從而獲得濃稠的廢液。該濃稠廢液在蘇打回收汽鍋中燃燒(combust)形成熱(能)和無機化學品的熔融體，後者為製備新鮮蒸煮液的原料。在製漿廠、主要是亞硫酸鹽紙漿廠(其不僅製備銷售用紙漿也售賣木素磺酸鹽)中，一定量的廢液從回收廢液、生產濃稠廢液、在蘇打回收中燃燒以獲得熔融體和將熔融體轉化成新鮮蒸煮液的循環中轉移出來。從回收和後續銷售木素磺酸鹽的循環中轉移的蒸煮液廢液的比例由大量的條件和參數來確定。用於木素磺酸鹽回收的蒸煮液廢液在形成廢液(可與漂白廢液混合)直至形成濃稠廢液的任一點均可以轉移。一個重要的參數是蒸煮液廢液在轉移位置的幹含量。一方面，有利的是限制蒸煮液廢液或木素磺酸鹽的水含量，這是因為運輸水含量高的物質(非活性物質)是昂貴的，並且消費者對獲得含有許多非活性物質的大塊材料不感興趣。另一方面，當乾物質含量過高時，木素磺酸鹽的處理變得更加困難。含水木素磺酸鹽溶液的一個非常重要的參數是粘度，這將在下文進一步討論。粘度隨著溶液溫度的下降而增加。有時，這需要從製漿廠處的裝載至消費者處的卸載連續加熱溶 液，這樣費用很高。在全規模時，即在工業上，木素磺酸鹽的品質改進已經受限於在一個步驟中使用具有較低截留如5-20kD的膜的水溶液的超濾法。

發明內容
技術問題即使部分市場接受天然的即未精煉的木素磺酸鹽，對於精煉的即改進品質的木素磺酸鹽也存在需求。隨著時間推移，該需求日益增加。解決方案本發明提供了一種以至少兩個步驟改進木素磺酸鹽品質的方法，所述木素磺酸鹽至少部分地衍生自亞硫酸鹽蒸煮液廢液，所述方法包括一個步驟，其中所述至少部分地衍生自亞硫酸鹽蒸煮液廢液的含木素磺酸鹽部分在該步驟的壓力、流速和溫度下使用截留為40-150kD(高截留)的膜進行過濾，並且回收滲透物；和另一步驟，其中所述至少部分地衍生自亞硫酸鹽蒸煮液廢液的含木素磺酸鹽部分在該步驟的壓力、流速和溫度下使用截留為l-20kD(低截留)的膜進行過濾，並且回收滯留物。以此方式，將分子量過高或過低的物質從流經該過程的物質中除去。精煉的材料流可以經歷進一步的加工，如大部分剩餘水的除去。在大多數情況中，有利的是在材料流運送至第一步超濾之前該材料流流經機械濾器如篩。由此除去了固體汙染物，如纖維素纖維或其部分。在超濾步驟之前或其間設置的泵主要用來驅使材料流向前，但是也用來形成適於超濾的材料流壓力。超濾的參數為材料流的溫度。根據一個實施方案，最大溫度為150°C，這是由於一些膜不是為較高溫度設計的。合適的溫度為50-140°C，優選的溫度為85-100°C。從能量觀點來看，優選的是儘可能使用材料流的原始溫度/進入溫度，條件是該溫度足夠高。材料流的最佳溫度足夠高以使得促進通過膜的流動並使得生產能力高，該溫度又不高至使得存在木素磺酸鹽分子縮合(condensation)的風險。
在此，還注意到溫度在過濾步驟期間通常增加約10_15°C，如果向液體加壓(例如，泵壓(pumped))。存在多種類型的超濾膜，所有這些超濾膜都可以用於本發明的方法中。佔主要地位的類型是由有機聚合物或陶瓷材料構成的超濾膜。有機聚合物的實例由聚醯胺類、醋酸纖維素、聚丙烯腈、聚醚磺酸鹽、聚磺酸酯和聚偏二氟乙烯(PVDF)。陶瓷材料的實例為氧化鋁(Al2O3)。在市場上，有一種膜稱為atech 37/3. 6，其在實踐中已經顯示性能很好。這種膜由Al2O3構成，但是孔壁被氧化鋯(ZrO2)或氧化鈦(TiO2)的薄層覆蓋。市場上其他合適的陶瓷膜為那些稱為 KERASER high flux rate ceramic monolits 和 KERASERtmDiamond的陶瓷膜。這些陶瓷膜僅有管狀形狀。在高於85°C的材料流溫度下，由有機聚合物構成膜較為不合適，並且在一些情況中是不可以使用的。由於優選的是85-100°C的材料流溫度，自然的且優選的使用陶瓷膜。 即使可以在第一超濾步驟中使用低截留的膜，優選的是在第一步驟中使用高截留的膜和在第二步驟中使用低截留的膜。優選的順序帶來了以下優勢。首先除去高分子材料的主要優勢在於可以顯著提高在後續超濾步驟中的容量(與相反順序的步驟相比)。該優勢引起了木素磺酸鹽產量的增加和/或木素磺酸鹽純度的改進。材料流的兩步超濾法導致乾物質含量的增加。所關注的乾物質含量取決於多種因素，其中一個重要的因素為原料的乾物質含量。如果原始蒸煮液廢液的乾物質含量為16-20%，那麼超濾步驟後的乾物質含量可以為約27-33%。這種產品可以在市場上直接銷售(給用戶)。還可以甚至優選在其於市場上銷售前進一步增加木素磺酸鹽水溶液的乾物質含量。然而，應當記住的是木素磺酸鹽混合物在乾物質含量為40-45%時變得粘稠和甚至難以處理。如上所述，該品質改進的產品可以用作製備進一步精煉的產品中的原料，例如通過所關注的木素磺酸鹽與各種化學品反應進行的製備中。即使到目前為止所描述的品質改進的木素磺酸鹽，例如以粘稠水溶液形式，是可以接受的，並且在市場上是高度需求的，所關注的木素磺酸鹽也可以通過將其從粘稠水溶液轉化成固體如粉體而得到進一步改進。這可以通過使已經在兩個步驟中被超濾的含水材料流經歷蒸發並接著噴霧乾燥以得到大於90%的乾物質而實現。當將木素磺酸鹽轉化成粉末時，可以避免上述可能的產品缺陷(降低的可使用性和作為無活性物質的水的運輸)。品質改進的木素磺酸鹽的粉體形式也可以根據上述例如以化學方式進一步精煉。本發明還包括含木素磺酸鹽的產品，其含有基於乾物質小於4重量％的硫酸根(SO42-)，所述產品通過包括以下步驟的方法得到一個步驟，其中所述至少部分地衍生自亞硫酸鹽蒸煮液廢液的含木素磺酸鹽部分在該步驟的壓力、流速和溫度下使用截留為40-150kD (高截留)的膜進行過濾，並且回收滲透物；和另一步驟，其中所述滲透物在該步驟的壓力、流速和溫度下使用截留為l-20kD(低截留)的膜進行過濾，並且回收滯留物。必須解釋的一個條件是，從化學觀點來看，回收的蒸煮液廢液(或蒸煮液廢液與漂白液廢液的混合物)形式的原始木素磺酸鹽實際上在一定程度是上不確定的。但是，木素磺酸鹽作為單個化學實體就數量而言是佔主導地位的。蒸煮液廢液含有大量的各種量的化學品，有機物質和無機物質均有。例如，蒸煮液廢液含有高水平的硫酸根(so42_)。已經顯示硫酸根的濃度應當低於4重量％，基於乾物質。如果含水的木素磺酸鹽溶液允許流經具有低截留值的膜，那麼大多數的木素磺酸鹽分子會被截留，並且包含在濃縮物中，而大多數的原始硫酸根通過膜並包含在滲透物中。通過膜的硫酸根的量部分取決於硫酸根離子在原始溶液如酸性蒸煮液中的量。在所有的環境中，至少一半的硫酸根的原始量應當被除去。優選的是，木素磺酸鹽的硫酸根濃度小於2重量％，基於乾物質。 糖類，包括五碳糖(如木糖)以及六碳糖(主要為甘露糖和葡萄糖)，一般以顯著量存在於蒸煮液廢液中，即原始溶液中。本發明的超濾將木素磺酸鹽溶液中的糖含量降低至低於10重量％,如低於5重量％,基於乾物質。蒸煮液廢液中的另一個引起問題的物質是樹脂，本發明的超濾法將樹脂含量降低至低於I重量％，如低於0. 5%,基於乾物質。下面將解釋上述不期望的化學品為什麼損害了木素磺酸鹽的性質。在此提供了以下項的本發明的一些示例性實施方案I.改進木素硫酸鹽品質的方法，包括在壓力下使含木素硫酸鹽的水基液體(材料流)經歷含膜超濾器，其特徵在於，所述材料流在兩個步驟中經超濾，一個步驟其中超濾膜具有高截留、如最多為或接近IOOkD(在一定壓力、一定流速和一定溫度下)，和一個步驟其中超濾膜具有低截留，如5kD或接近5kD (在一定壓力、一定流速和一定溫度下)，使得分子量過高或過低的物質從材料流中除去，接著回收該經精煉的材料流，或使經精煉的材料經歷進一步加工，例如除去大部分的剩餘水。2.根據項目I的方法，其特徵在於，材料流在超濾之前流經機械濾器如篩以除去固體汙染物。3.根據項目I和2的方法，其特徵在於，材料流在超濾之前或期間流經泵，該泵產生適於超濾的材料流壓力。4.根據項目1、2和3的方法，其特徵在於，當材料流的溫度為50-140°C、優選為85-100°C時實施超濾。5.根據項目4的方法，其特徵在於，控制超濾中的最佳溫度，使得其足夠高以促進流動並因此提高生產能力，但是又不如此高使得產生木素硫酸鹽縮合的風險。6.根據項目1、2、3、4和5的方法，其特徵在於，在第一步中的材料流使用高截留的膜進行超濾，並且接著在第二步中使用低截留的膜進行超濾。7.根據項目1、2、3、4、5和6的方法，其特徵在於，所使用的超濾膜由陶瓷材料構成。8.根據項目1、2、3、4、5、6和7的方法，其特徵在於，使已經經歷兩步超濾的材料流經歷蒸發並接著噴霧乾燥以生成乾物質含量大於90重量％的粉體。9.木素硫酸鹽，其基於乾物質包含小於4重量％的硫酸根(SO/—)，其特徵在於將木素硫酸鹽的分子量限制到以下範圍其上限通過一般由截留值最多為或接近IOOkD的超濾膜(在一定壓力、一定流速和一定溫度下)截留的分子所限定，其下限通過一般由截留值為5kD或接近5kD的超濾膜(在一定壓力、一定流速和一定溫度下)截留的分子所限定。10.根據項9的木素硫酸鹽，其特徵在於，糖類的總量低於10重量％，基於乾物質。
11.根據項9或10的木素硫酸鹽，其特徵在於，樹脂的量低於I重量％，基於乾物質。對於非本領域技術人員而言，表述「一般由超濾膜截留的分子」可能看上去是不清楚的。然而情況並非如此，這是因為在超濾領域中不存在精確的極限值。例如，如果選擇截留為5kD的膜，那麼不是每個分子量在5kD以上 過。優勢本發明的木素磺酸鹽不期望的組分(如硫酸鹽、糖類和樹脂)的含量低，這獲得了市場上大多數應用所需的產品。該產品特別適合於作為分散劑、特別是在製備稍後硬化的液體混凝土中的分散劑。在以液體形式即作為溶液運輸木素磺酸鹽期間，液體的高粘度是個問題。本發明的方法降低了木素磺酸鹽的水溶液的粘度。這可以以兩種方式利用，假定乾物質含量一定，通過提供粘度更低的液體，即使用性更好；假定粘度一定，通過降低水含量。根據本發明一個特別優選的實施方案，本發明木素磺酸鹽的回收連接至/整合至化學紙漿如亞硫酸鹽紙漿的製備。在這種情況中，從本發明的木素磺酸鹽中除去的不期望的組分，如穿透較低kD超濾膜的硫酸根離子、糖類和一些短鏈木素磺酸鹽，以及不能穿透較高kD超濾膜的樹脂膠束和長鏈木素磺酸鹽，可以被回收並與廢液混合，經歷初步蒸發、接著通過在蘇打回收單元內進行最終燃燒(combustion)。長鏈木素磺酸鹽對產品的性能一般沒有正面作用，如果這種材料保留在回收的木素磺酸鹽中，那麼在最好的情況中，其作為無害的石渣(ballast)起作用。


在圖I中顯示了本發明方法的優選實施方案的流程圖。在圖2中顯示了多種木素磺酸鹽水溶液的粘度(cP)對溫度(V )的依賴關係。其中包括根據本發明的木素磺酸鹽水溶液和常規的水溶液。在圖3中顯示了根據本發明的兩種產品的分子量分布。X軸顯示分子量(kD)，y軸顯示響應(mV)。響應對應於整體質量。因此，圖下面積對應於產品中的質量分布。最佳實施方式下面參考圖I描述本發明方法的優選實施方案。接著，下面更詳細地描述與I相關的一些亞步驟。此外，還更詳細地描述了本發明方法的一些備選實施方案。最後，提供了大量的示意性實施方案，其中在實驗室模擬本發明方法，並且分析所得到的產物的性質。如上文所解釋的，原木素磺酸鹽優選從亞硫酸鹽紙漿的製備得到。在亞硫酸鹽製漿過程中，回收蒸煮液廢液。該液體收集在大型槽中，一般為亞硫酸鹽廢液槽。這種槽在流程圖中的附圖標記為I。一般而言，術語蒸煮液廢液單獨使用，但是在工業上在槽I中收集的液體可以為蒸煮液廢液(其為主要部分)和一種或多種漂白液廢液(例如來自氧或過氧化物漂白)的混合物。該液體稱為「酸性亞硫酸鹽廢液」。(在不很常見的連接至亞硫酸鹽製漿工藝的乙醇工廠的情況中，所述酸性亞硫酸鹽廢液可以被來自發酵罐(fermenter)的醪液(mash)代替。其優勢在於原材料中降低的單糖含量導致最終產品中不期望的糖含量有所降低。)酸性亞硫酸鹽廢液從槽I經管道2輸送。原始流分離成兩個一個主要流，經管道3輸送至蒸發單元4 ;一個次要流，經管道5輸送至機械濾器6，其為在製漿領域中任何適合的類型，例如篩型。篩6除去了固體，如纖維素纖維或纖維殘餘物。含木素磺酸鹽的液體(其可以具有幹固體含量為16-20%)的純化使得超濾膜的使用壽命比不實施純化時的時間更長，並且延長了超濾膜的各必要清潔步驟之間的時間。通過進料泵7，液體的壓力增加至例如800kPa，然後將液體給料至第一超濾步驟8，該步驟包括截留更高(最大為IOOkD)的膜。其他有效的截留值在60-100kD範圍。在該圖中，示意性示出了超濾步驟8 (堆疊(stack))。實際上，即在工業上，該步驟或堆疊由多個(如兩個)包括膜的模塊構成。在各模塊之間(或在任一模塊之前)，通過泵(未示出)，含木素磺酸鹽的液體重複地通過模塊循環。通過循環泵，壓力進一步增加，例如增加至llOOkPa。存在連續的液體至超濾步驟的流入以及濃縮物(滯留物)和濾液(滲透物)的流出。濃縮物富集為高分量的分子，而濾液中高分子量中的分子含量顯著降低。將濃縮物經由管道9輸送至管道3，在此其與酸性亞硫酸鹽廢液的原始流混合，其接著運送至初步蒸發4。該濃縮物不僅含有高分子量的木素磺酸鹽，而且還含有其他成分，如樹脂和脂質的酸。在酸性環境中，這些酸形成被膜截留的膠束。這些試劑即高分子量的木素磺酸鹽和提取物(樹脂)的除去導致品質的改進。高分子量的木素磺酸鹽一般對木素磺酸鹽的分散能力沒有有利的作用，其為有利的性質，並且進一步地，其導致了木素磺酸鹽水溶液的粘度增加，而這是不利的影響。提取物對木素磺酸鹽在混凝土中的性能具有不利作用，例如，因為它們含有導致成泡的空氣，這降低了混凝土的強度。主要含有木素磺酸鹽所需部分的濾液經由管道5輸送至第二超濾步驟10。該步驟也示意性地呈現。實際上，即在工業上，該步驟可以包括由三個串聯(connected inseries)的模塊構成，包括低截留(如5kD或接近)的膜。在該步驟中，來自第一模塊的濃縮物構成了進入第二模塊的流入物，等。同樣在此，循環泵連接至各模塊。來自三個模塊的濾液(滲透物)合併，並且經由管道5運送至管道3，在此其與酸性亞硫酸鹽廢液的原始流混合，其接著運送至初步蒸發4。該濾液含有大量的小分子試劑。在本文中，硫酸根離子是重要的。只要可能，同樣期望從最終產品即高品質的木素磺酸鹽中除去硫酸根。在最終產品中也應當避免大量糖類，其經由濾液除去。也經由濾液除去一些小分子的木素磺酸鹽。上述兩個步驟的超濾處理帶來了增加的乾物質含量，如27-33%。濃縮物經由管道11回收。可以在市場上銷售該產品(可能在略微進行進一步的濃縮之後)。優選的備選方案是經由管道11將濃縮物運送至蒸發步驟12，這將乾物質含量增加至例如45-50%。然後，將材料運送至噴霧乾燥器14，將乾物質含量增加至大於90%，並得到粉體形式的木素磺酸鹽。從噴霧乾燥器，經由管道15將材料運送至例如包裝單元。如上所述的製備/回收高品質木素磺酸鹽的方法是非常有利的，因為沒有材料或材料流被浪費，因此不產生沉積問題。兩個材料流從該過程中轉移經由管道9運送出的濃縮物(廢棄材料)，經由管道5運送出的滲透物(廢棄材料)。這兩個均以自然方式回收，通過在去蒸發步驟4的途中將它們混合入酸性亞硫酸鹽廢液的原始流中
膜的截留值不是普遍性的。相反地，截留取決於各超濾的具體條件。相關的參數為液體滲透膜的壓力、流速和溫度。不幸的是，沒有國際標準解釋應當如何確定截留值的方式。作為膜的使用者，必須依賴於膜的製造商(使用其選擇的參數)所公布的分析數據。
實施例I從亞硫酸鹽製漿廠得到酸性亞硫酸鹽廢液，並運送至實驗室。酸性亞硫酸鹽廢液由廢液(數量上佔主要部分)和過氧化物漂白液廢液的混合物組成。酸性亞硫酸鹽廢液的乾物質含量為16. 4%。在兩個步驟中使用實驗室設備對該含有例如木素磺酸鹽的水溶液進行超濾。所使用的超濾膜為陶瓷，並且為Atech 37/3. 6型。一個膜的截留為60kD，另一個的截留為5kD。步驟I使用60kD膜將酸性亞硫酸鹽廢液加熱至95°C，並且該廢液的部分用於將膜加熱至相同溫度。將操作參數調節至合適的條件 溫度95°C液體在膜通道中的流速5m/s濃縮開始時的壓力25kPa體積濃縮因子(VCF) :3. 0製備滲透物直到得到合適的濃縮因子，即3. O。此時，啟動從超濾回收濃縮物。控制濃縮物和滲透物的回收使得維持濃縮因子。製備足量的滲透物以用於第二超濾步驟中。步驟2使用5kD膜將在步驟I製備的滲透物加熱至95°C，該液體的部分用於將膜加熱至相同溫度。操作參數為溫度95°C液體在膜通道中的流速5m/s濃縮開始時的壓力240kPa體積濃縮因子(VCF) :6. 0製備滲透物直到得到合適的VCF，即6. O。此時，啟動回收濃縮物。控制濃縮物和滲透物的回收使得維持濃縮因子。只要獲得足量的本發明產品需要，就持續濃縮物(所需最終產品)的製備。該產品的乾物質含量為28. 9%。為了研究本發明產品的水溶液的粘度與不是根據本發明製備的另一產品比較的情況，將部分所得到的材料濃縮成乾物質含量為41. 5%。從全規模超濾廠得到的產品用作對照樣品，其中該產品如上所述的相同來源的酸性亞硫酸鹽廢液已經在使用截留為5kD的Atech 37/3. 6型陶瓷膜的一個步驟中經過超濾。操作參數為溫度95°C液體在膜通道中的流速5m/s濃縮開始時的壓力IIOOkPa體積濃縮因子(VCF) :6.0在上述產品製備單元中，將所得到的木素磺酸鹽濃縮成乾物質含量為43. 5%。在實驗室中，該產品用蒸餾水稀釋，使得兩個樣品的乾物質含量分別為41. 8%和39. 6%。在25_80°C的溫度範圍測量這些溶液的粘度。使用Viscosimeters UK Ltd.的粘度計確定粘度(單位為釐泊(cP))，20r. p. m,根據手冊使用不同的振子錘(bob)。在MoDoResearch Ornskcjldsvik AB根據內部標準實施測量。
在圖2中呈現了所獲得的結果。菱形標記的曲線代表43. 5%的乾物質含量。方形標記的曲線代表41. 8%的乾物質含量。三角形標記的曲線代表39. 6%的乾物質含量。使用已知的技術回收這三條曲線相關的木素磺酸鹽。十字標記的曲線(重複兩次)代表根據本發明回收的乾物質含量為41. 5%的木素磺酸鹽。如圖2中的曲線所示，本發明的木素磺酸鹽在基本上所有的溫度下都具有最低的粘度。與本發明木素磺酸鹽水溶液最接近的已知類型的木素磺酸鹽水溶液的乾物質含量為
39.6%，相比之下，本發明的木素磺酸鹽水溶液的乾物質含量為41. 5%。換言之，本發明木素磺酸鹽的乾物質含量可以增加2%，並且仍然保持與已知木素磺酸鹽的水溶液相同的粘度。實際上,這對於木素磺酸鹽溶液的使用性而言意義重大。實施例2
如本文開始時所述，木素磺酸鹽有各種應用。一個要求較大量的重要應用為其在混凝土的製備中作為減水/分散添加劑的用途。因此，實施了實驗室實驗，其中將各種類型和品質的木素磺酸鹽添加至由水泥、沙、集料和水製備混凝土漿料的過程中。實施例I所得到的產品，S卩，根據本發明的產品，為所測試的產品。另一該根據本發明的產品，基本上與第一個相同，也進行了測試。對於該產品的製備，參見實施例I。僅有的差異在於具有截留60kD的第一步驟的陶瓷膜被具有截留IOOkD的相同類型的膜所替代。兩種產品均以水溶液形式即液體形式提供。在第二超濾步驟後不蒸發木素磺酸鹽溶液，溶液的乾物質含量分別為28. 2%和26. 8%。通過添加氫氧化鈉將前一溶液的pH調節為6. 5。不調節後一溶液的PH，維持在2. 2。由材料混合物與添加的減水劑(見下文)製備混凝土漿料，並標記為I和2。零樣品(對照樣品)在不添加減水劑的條件下製備，並標記為O。根據上述在實驗室中處理上述的酸性亞硫酸鹽廢液，差異在於使用截留為20kD的陶瓷膜的僅一個超濾步驟。對未滲透但是被膜截留的酸性亞硫酸鹽廢液的部分進行收集。乾物質含量為28.9%，不進行中和。製備含有該木素磺酸鹽產品的混凝土漿料，並標記為3。對具有兩種非常不同的乾物質含量的、未精煉酸性亞硫酸鹽廢液(未超濾)形式的木素磺酸鹽進行回收，並且混合進入漿料中。在第一種情況中，使用氫氧化鈉水溶液將酸性亞硫酸鹽廢液的PH調節至6. 5，並蒸發至乾物質含量為48. 6%。在第二種情況中，再次將pH調節至6. 5，並蒸發至乾物質含量為97.0%。即，該產物為固體，即，粉體。將這兩種產品混合成材料混合物，由此製備混凝土漿料。將這兩種漿料分別標記為4和5。將第六個木素磺酸鹽產品混入材料混合物中，並且接著進行混凝土漿料製備。該產品不同於其他產品，因為其包括從硫酸鹽製漿的廢液中回收的木素，並且與磺化化學試劑反應從而得到了乾物質含量為16. 9%的木素磺酸鹽溶液。所製備的混凝土漿料標記為6。在所有的情況中，以基於添加的幹水泥量的0. 2%(乾物質)的量將木素磺酸鹽產品添加至物質混合物中。根據標準SS-EN 480-1測量混凝土眾料的兩種性能、沉降(settlement)和空氣量。所使用的水泥的類型為建築水泥CEM 11/A-L 42. 5R，由Cementa AB製造。所使用的沙的類型為Riksten 0/8 (Jehander AB),所使用的集料的類型為Vendels 8/16 (SwerockAB)。物質混合物如下所示，並且量以kg/m3計。表1
使用Zyklos ZK30E型槳式攪拌器以20L的批次製備混凝土漿料。使用以下順序的步驟I.添加沙和集料和一半的水2.攪拌時間2分鐘3 靜置時間2分鐘4.添加水泥和木素磺酸鹽和剩餘的水5.兩分鐘期間的最終攪拌在製備完成後，金屬片的桶形容器填充有部分混凝土漿料。容器的高度為300mm，並且固定底部的直徑為100mm，而開放頂部的直徑為200mm。在容器被混凝土漿料填充至邊緣後，將其顛倒並置於防水錶面上。然後，除去容器使混凝土漿料暴露，並形成截椎形的柱體。當暴露所述混凝土漿料時，其開始沉降，降低(lowering)的程度或量度稱為沉降量度，以毫米測量。在三個點進行測量。第一個點在直接除去容器後，並且由於從將混凝土添加至材料混合中後計算時間，所以第一點為4分鐘。其他點分別為在添加水泥後的30和60分鐘。上述測量沉降量度的方法根據瑞典標準SS-EN12350-2。在對第三次沉降測量評分後，根據SS-EN 12350-7的說明測量混凝土漿料的空氣含量。測量值呈現在下表2中。表權利要求
1.以至少兩個步驟改進木素磺酸鹽品質的方法，所述木素磺酸鹽至少部分地衍生自亞硫酸鹽蒸煮液廢液，所述方法包括 一個步驟，其中所述至少部分地衍生自亞硫酸鹽蒸煮液廢液的含木素磺酸鹽部分在該步驟的壓力、流速和溫度下使用截留為40-150kD(高截留)的膜進行過濾，並且回收滲透物；和 另一步驟，其中所述至少部分地衍生自亞硫酸鹽蒸煮液廢液的含木素磺酸鹽部分在該步驟的壓力、流速和溫度下使用截留為l_20kD(低截留)的膜進行過濾，並且回收滯留物。
2.根據權利要求I的方法，其中從膜過濾步驟回收的物質通過除去水、如蒸發水進行濃縮。
3.根據權利要求2的方法，其中對經濃縮的物質進行噴霧乾燥以生成乾物質含量大於90%的粉末。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的方法，其中在所述膜過濾步驟之前除去衍生自所述亞硫酸鹽蒸煮液廢液的固體汙染物。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的方法，其中一個步驟或兩個步驟均包括泵送以實現各步驟的合適壓力。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的方法，其中各步驟中的溫度是50-140°C，如85-100。。。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的方法，其中所述使用低截留膜進行過濾的含木素磺酸鹽部分為使用高截留膜進行過濾的滲透物。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的方法，其中一個膜或兩個膜均為陶瓷膜。
9.根據權利要求1-8中任一項所述的方法，其中所述高截留為50-140kD，如50-120kD，如 55-105kD，如 60-100kD。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的方法，其中所述低截留為l_15kD，如I-IOkDjn3-8kD，如約或接近5kD。
11.含木素磺酸鹽的產品，其含有基於乾物質小於4重量％的硫酸根(S042—)，所述產品通過包括以下步驟的方法得到 一個步驟，其中所述至少部分地衍生自亞硫酸鹽蒸煮液廢液的含木素磺酸鹽部分在該步驟的壓力、流速和溫度下使用截留為40-150kD(高截留)的膜進行過濾，並且回收滲透物；和 另一步驟，其中所述滲透物在該步驟的壓力、流速和溫度下使用截留為l_20kD(低截留)的膜進行過濾，並且回收滯留物。
12.衍生自亞硫酸鹽蒸煮液廢液的含木素磺酸鹽的產品，其包含小於4重量％的硫酸根(SO/—)，基於所得到的乾物質，其中所述產品中小於4重量％的木素磺酸鹽分子具有大於60kD的分子量。
13.根據權利要求12的含木素磺酸鹽的產品，其中在所述產品中小於3重量％、如小於2重量％的所述木素磺酸鹽分子具有大於60kD的分子量。
14.根據權利要求11-13中任一項所述的含木素磺酸鹽的產品，其中糖類的總量小於10重量％，基於乾物質。
15.根據權利要求11-14中任一項所述的含木素磺酸鹽的產品，其中樹脂的量小於I重量％，基於乾物質。
16.根據權利要求11-15中任一項的含木素磺酸鹽的產品作為分散劑的用途。
17.根據權利要求11-15中任一項的含木素磺酸鹽的產品作為紙、如瓦楞紙中的強度改進劑的用途。
.16.根據權利要求11-15中任一項的含木素磺酸鹽的產品作為有機膠粘劑中的添加劑的用途。
.17.根據權利要求11-15中任一項的含木素磺酸鹽的產品作為乳化劑的用途。
18.用於改進亞硫酸鹽蒸煮液廢液的品質的系統，其包含至少兩個膜過濾單元，其中一個所述膜過濾單元包括至少一個設計為在操作期間具有40-150kD截留(高截留)的膜，另一個所述膜過濾單元包括至少一個設計為在操作期間具有l_20kD截留(低截留)的膜，所述膜過濾單元連接至亞硫酸鹽打漿車間的蒸煮器，使得來自所述蒸煮器的亞硫酸鹽蒸煮液廢液可以被運送至膜過濾單元。
19.根據權利要求18所述的系統，其中機械過濾器如篩設置在所述蒸煮器和所述膜過濾單元之間的連接部，使得固體汙染物可以在亞硫酸鹽廢液到達所述膜過濾單元之前被除去。
20.根據權利要求18或19所述的系統，其中所述高截留膜過濾單元設置在低截留膜單元的上遊，使得所述亞硫酸鹽蒸煮液廢液可以首先被運送至高截留膜過濾單元，並且接著來自所述高截留膜過濾單元的滲透物可以被運送至低截留膜單元。
21.根據權利要求18-20中任一項所述的系統，進一步包括乾燥單元，其設置在所述膜過濾單元的下遊用於降低來自所述低截留膜單元的滯留物的水含量。
22.根據權利要求21所述的系統，其中所述乾燥單元包括蒸發器和/或噴霧乾燥器。
23.根據權利要求18-22中任一項所述的系統，其中所述高截留為50-140kD，如50-120kD，如 55-105kD，如 60_100kD。
24.根據權利要求18-23中任一項所述的系統，其中所述低截留為l_15kD，如l_10kD，如3-8kD，如約或接近5kD。
全文摘要
本發明提供了一種以至少兩個步驟改進木素磺酸鹽品質的方法，所述木素磺酸鹽至少部分地衍生自亞硫酸鹽蒸煮液廢液，所述方法包括一個步驟，其中所述至少部分地衍生自亞硫酸鹽蒸煮液廢液的含木素磺酸鹽部分在該步驟的壓力、流速和溫度下使用截留為40-150kD(高截留)的膜進行過濾，並且回收滲透物；和另一步驟，其中所述至少部分地衍生自亞硫酸鹽蒸煮液廢液的含木素磺酸鹽部分在該步驟的壓力、流速和溫度下使用截留為1-20kD(低截留)的膜進行過濾，並且回收滯留物。本發明還提供了產品、其用途以及系統。
文檔編號D21H21/14GK102656214SQ201080057554
公開日2012年9月5日 申請日期2010年12月15日 優先權日2009年12月16日
發明者A.古斯塔夫森, B.喬恩森, H.格倫德伯格 申請人:多姆斯喬工廠股份公司