СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ НАКИПИ Российский патент 2019 года по МПК D21H21/02 D21C3/22 D21H17/65 

Настоящее изобретение относится к способу предотвращения образования накипи на технологических поверхностях в процессе производства бумаги, картона и т.п., согласно ограничительной части независимого пункта прилагаемой формулы изобретения.

Образование накипи означает образование неорганических отложений на технологических поверхностях, и это часто является серьезной проблемой в промышленных процессах, в которых используют большое количество воды, например, в производстве бумаги и картона. В производстве бумаги и картона, особенно в недавно наметившейся тенденции к использованию замкнутого процесса циркуляции воды, усилились проблемы, связанные с образованием накипи.

Одним из наиболее часто встречающихся соединений при образовании накипи в производстве бумаги и картона является карбонат кальция. Карбонат кальция обычно используют в качестве наполнителя в бумажной массе, а также в качестве минерального пигмента в композициях для мелования. Когда повторно используемое волокно и отходы производственного процесса используют в качестве волокнистого сырьевого материала, уровень содержания карбоната кальция в технологических потоках повышается, а также возрастает риск образования накипи из карбоната кальция на технологических поверхностях.

Проблемы, связанные с образованием накипи, обычно решают посредством добавления различных антинакипинов или ингибиторов накипи в потоки технологической воды. Типичными антинакипинами являются, например, различные фосфонаты и поликарбоксилаты. Однако существует постоянная потребность в новых эффективных способах и соединениях для снижения уровня образования накипи в производстве бумаги и картона.

Целью данного изобретения является снижение до минимума или даже полное исключение недостатков, имевших место в известном уровне техники.

Другой целью настоящего изобретения является создание эффективного и безопасного способа предотвращения образования накипи на технологических поверхностях в процессе производства бумаги и картона.

Дополнительной целью настоящего изобретения является создание безвредного для окружающей среды способа предотвращения образования накипи на технологических поверхностях в процессе производства бумаги и картона.

Эти цели достигаются посредством использования изобретения, характеризующегося отличительными особенностями, представленными ниже в отличительных частях независимых пунктов формулы изобретения.

Некоторые из предпочтительных вариантов осуществления изобретения представлены в этих независимых пунктах формулы изобретения.

Согласно типичному способу предотвращения образования накипи на технологических поверхностях в процессах производства бумаги, картона и т.п., в соответствии с настоящим изобретением, в качестве агента, препятствующего образованию накипи, используют пермуравьиную кислоту.

В настоящее время установлено, что посредством добавления пермуравьиной кислоты можно эффективно предотвращать или по меньшей мере уменьшать образование накипи на технологических поверхностях в процессах производства бумаги и картона. Результаты, полученные на целлюлозно-бумажных предприятиях, на которых сталкивались с серьезными проблемами, связанными с образованием накипи, оказались неожиданно хорошими. Оказалось крайне неожиданным то, что даже при использовании небольших количеств пермуравьиной кислоты можно с успехом снижать и предотвращать образование накипи. Кроме того, пермуравьиная кислота является продуктом реакции муравьиной кислоты и перекиси водорода, и она является полностью биоразлагаемым и безопасным соединением, с точки зрения вызывания коррозии. Таким образом, ее использование в качестве агента, препятствующего образованию накипи, является благоприятным, так как она не наносит вреда окружающей среде или технологическому оборудованию.

Пермуравьиную кислоту (CH₂O₃) используют согласно изобретению в виде водного раствора. Обычно пермуравьиная кислота обладает концентрацией, составляющей по меньшей мере 10 об.% (т.е. ее доли в занимаемом объеме), обычно - около 13,5 об.%. Предпочтительно водный раствор пермуравьиной кислоты используют в виде равновесного раствора, содержащего пермуравьиную кислоту, муравьиную кислоту и перекись водорода.

Пермуравьиную кислоту можно добавлять в технологическую воду во время осуществления технологического процесса производства бумаги или картона по меньшей мере в одном месте технологического процесса, содержащего: машинный бассейн, смесительный бассейн, канал для оборотной воды, проволочный бункер, короткую циркуляционную петлю, резервуар для хранения оборотной воды, систему восстановления волокна и/или систему воды для опрыскивания. Возможно также добавление пермуравьиной кислоты в технологическую воду в нескольких различных местах, выбранных в объектах, перечисленных выше.

Установка для приготовления пермуравьиной кислоты, пригодная для использования согласно настоящему изобретению, была создана компанией Kemira Oyj (Финляндия). Пермуравьиная кислота может, таким образом, быть приготовлена в непосредственной близости от места осуществления технологического процесса, где ее добавляют в технологическую воду. Этим гарантируется высокая химическая эффективность пермуравьиной кислоты. Пермуравьиную кислоту направляют к месту введения в технологический процесс через пригодные соединения и подают в соответствующий поток технологической воды посредством использования пригодных питающих средств.

Пермуравьиную кислоту предпочтительно используют во время осуществления нормального технологического процесса производства бумаги или картона, не только во время остановов для чистки для чистки технологических поверхностей. Это означает, что добавление пермуравьиной кислоты может быть постоянным, т.е. пермуравьиную кислоту можно добавлять постоянно в технологическую воду по меньшей мере в одном месте технологического процесса во время осуществления технологического процесса производства бумаги или картона. Альтернативно, пермуравьиную кислоту можно добавлять в технологическую воду в течение точно определенных периодов времени через предварительно определенные интервалы времени.

Добавление пермуравьиной кислоты может быть полностью автоматизировано. Может быть установлен по меньшей мере один датчик, с помощью которого можно определять количество пермуравьиной кислоты, находящейся в технологической воде, и добавление пермуравьиной кислоты можно автоматически регулировать согласно информации, получаемой по меньшей мере от одного датчика. Согласно одному варианту осуществления концентрацию пермуравьиной кислоты в технологической воде определяют либо постоянно, либо через предварительно определенные интервалы времени, и добавление пермуравьиной кислоты автоматически регулируют согласно информации, касающейся концентрации пермуравьиной кислоты. С помощью системы такого типа улучшают управление процессом добавления количества пермуравьиной кислоты и гарантируют обеспечение требуемой эффективной концентрации пермуравьиной кислоты в технологической воде.

Пермуравьиную кислоту можно добавлять в нефильтрованную технологическую воду и/или в свежую воду, подаваемую в технологический процесс. Можно также добавлять пермуравьиную кислоту в фильтрованную технологическую воду.

Количество пермуравьиной кислоты, требующееся для получения положительного эффекта предотвращения образования накипи, является небольшим, что является благоприятным фактором для достижения общего экономического эффекта технологического процесса. Добавление пермуравьиной кислоты может составлять в диапазоне от 0,1 мг/л до 150,0 мг/л, предпочтительно - от 0,3 мг/л до 100,0 мг/л, более предпочтительно - от 0,5 мг/л до 50,0 мг/л, еще более предпочтительно - от 0,7 мг/л до 20,0 мг/л. Эти объемы указаны как конечные значения концентрации пермуравьиной кислоты в технологическом потоке. Это означает, что, если пермуравьиную кислоту добавляют в технологическую воду в нескольких различных местах, то добавление в одном месте может быть меньшим, чем определено выше, до тех пор, пока конечное значение добавленного количества находится внутри диапазонов, определенных выше.

Обычно pH технологической воды, до добавления пермуравьиной кислоты в поток технологической воды, больше 7,0; предпочтительно - больше 7,3; более предпочтительно - в диапазоне от 7,5 до 8,5. Наблюдения показали, что добавление пермуравьиной кислоты не ведет к значительному изменению pH технологической воды, т.е. pH технологической воды остается на том же уровне после добавления пермуравьиной кислоты в технологическую воду. Это означает также, что эффект предотвращения образования накипи, достигаемый при использовании настоящего изобретения, происходит не в результате снижения значения pH, а имеет некоторую другую основу, которая еще не полностью понята. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, значение pH технологической воды изменяется меньше, чем на 1; предпочтительно - меньше, чем на 0,5; более предпочтительно - меньше, чем на 0,3 единицы pH после добавления пермуравьиной кислоты. Это означает, что разница между значением pH технологической воды до и после добавления пермуравьиной кислоты меньше 1; предпочтительно - меньше 0,5; более предпочтительно - меньше 0,3; еще более предпочтительно -меньше 0,2 единицы pH.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, пермуравьиную кислоту особенно целесообразно использовать для предотвращения образования накипи из карбоната кальция. Отложение карбоната кальция в виде накипи является общей проблемой в производствe бумаги и картона, особенно - в производствe сортов мелованной бумаги, а также в производствe бумаги или картона, в котором в качестве сырьевого материала используют повторно используемые волокна и/или размолотые бумажные отходы. Настоящее изобретение является благоприятным для технологических процессов производства бумаги или картона, где концентрация кальция в циркулирующей технологической воде находится в диапазоне от 100 мг/л до 1000 мг/л, предпочтительно - от 200 мг/л до 800 мг/л, более предпочтительно - от 400 мг/л до 600 мг/л.

Согласно одному варианту осуществления, изобретение пригодно для использования в технологическом процессе производства, в котором используют волокнистую бумажную массу, содержащую по меньшей мере 50 масс.%, предпочтительно - по меньшей мере 75 масс.% повторно используемого волокнистого материала, в расчете на сухую волокнистую массу. Например, волокнистый материал может содержать от 50 масс.% до 100 масс.%; предпочтительно - от 65 масс.% до 100 масс.%; более предпочтительно - от 75 масс.% до 100 масс.%; повторно используемого волокнистого материала, в расчете на сухую волокнистую массу.

Согласно другому варианту осуществления, изобретение пригодно для использования в технологическом процессе производства, в котором используют волокнистую бумажную массу, содержащую 100 масс.% повторно используемого волокнистого материала. Согласно еще одному варианту осуществления, изобретение пригодно для использования в технологическом процессе производства, в котором используют волокнистую бумажную массу, содержащую 100 масс.% натурального волокнистого материала.

Как было описано выше, пермуравьиная кислота эффективно предотвращает или уменьшает образование накипи. Возможно, что Технологический процесс производства бумаги или картона может быть освобожден от этапов промывки с использованием кислоты. Обычно технологические поверхности очищают от образовавшейся накипи и отложений посредством использования кислотной промывки, которую производят время от времени. При использовании настоящего изобретения нет необходимости в отдельных кислотных промывках, и технологический процесс может быть полностью свободен от кислотных промывок. Благодаря этому удается экономить время и обеспечивать более эффективный технологический процесс производства.

Наблюдали также, что с помощью пермуравьиной кислоты можно даже удалять старые отложения карбонатной накипи с технологических поверхностей. Благодаря этому неожиданно может быть обеспечен существенный контроль за образованием накипи и более высокая чистота, так как эффект не основан на понижении pH циркулирующей технологической воды.

Пермуравьиную кислоту можно использовать в качестве агента, препятствующего образованию накипи в производствe печатной бумаги, писчей бумаги, оберточной бумаги или туалетной бумаги, предпочтительно - туалетной бумаги. Обычно туалетная бумага может обладать массой 1 м² в диапазоне от 10 г/м² до 40 г/м², предпочтительно - от 15 г/м² до 35 г/м². Кроме того, согласно одному варианту осуществления, пермуравьиную кислоту можно использовать в качестве агента, препятствующего образованию накипи в производствe сортов мелованной или немелованной бумаги, или картона, предпочтительно - в производствe сортов немелованной бумаги или картона.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения пермуравьиную кислоту используют в качестве агента, препятствующего образованию накипи, для предотвращения образования накипи на технологических поверхностях, которые выбирают из поверхностей бумагоделательной машины, поверхностей валов, сеток и/или сукна. Наблюдения показали, что проницаемость сеток и/или сукна в технологическом процессе дополнительно повышается при использовании пермуравьиной кислоты в качестве агента, препятствующего образованию накипи.

ЭКСПЕРИМЕНАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В следующих примерах, не ограничивающих объем изобретения, описаны некоторые варианты осуществления изобретения.

Пример 1. Полномасштабные испытания в бумагоделательной машине для изготовления бумаги тиссью

На бумагоделательной машине для изготовления бумаги тиссью в Западной Европе получают сорта бумаги тиссью из 100% обесцвеченной макулатурной массы. При работе машины наблюдались большие подтеки грязи на готовой бумаге тиссью из-за обширного образования карбонатной накипи на технологических поверхностях. С поверхностей машины соскребали образцы твердой накипи и установили, что она состоит на 96,8% из карбоната кальция.

Пермуравьиную кислоту дозированно подавали в канал для оборотной воды, в машинный бассейн и в систему восстановления волокна бумагоделательной машины, т.е. в циркулирующую технологическую воду только в циркуляционный контур. Пермуравьиную кислоту не добавляли в поток размолотых бумажных отходов или в другие системы для хранения. Во время проведения эксперимента вели визуальные наблюдения, которые показали, что образование накипи снижалось, и проводившиеся ранее регулярные промывки машины с использованием кислоты могли быть исключены.

Значения pH технологической воды до проведения эксперимента определяли в три различных дня в течение пяти месяцев, предшествовавших обработке пермуравьиной кислотой. Значения pH во время обработки пермуравьиной кислотой определяли в течение около 40 отдельных дней в течение первых девяти месяцев обработки. В Таблице 1 показано, что среднее значение pH в бумагоделательной системе увеличилось после начала обработки пермуравьиной кислотой. Это указывает на то, что имел место неожиданный эффект снижения образования карбонатной накипи при использовании пермуравьиной кислоты не из-за того, что снижалось значение pH в системе.

Таблица 1. pH до и во время обработки пермуравьиной кислотой

Среднее значение pH До обработки Во время обработки Конечный бассейн для бумажной массы 7,1 7,5 Машинный бассейн 7,0 7,4 Напорный ящик 7,4 7,9 Оборотная вода 7,5 8,1 Система 1 восстановления
волокна; подача 7,4 7,7 Система 1 восстановления
волокна; чистый фильтрат 7,2 7,6 Система 2 восстановления
волокна; подача 7,5 8,0 Система 2 восстановления
волокна; чистый фильтрат 7,2 8,0 Среднее значение 7,3 8,0

Даже если изобретение было описано со ссылками на варианты осуществления, которые в настоящее время кажутся наиболее практически применимыми и предпочтительными, следует понимать, что изобретение не ограничено вариантами осуществления, описанными выше, и что оно направлено на охват также различных модификаций и эквивалентных технических решений, подпадающих под объем действия прилагаемой формулы изобретения.

Настоящим изобретением создан способ предотвращения или уменьшения образования накипи на технологических поверхностях в процессе производства бумаги, картона и т.п., согласно которому используют пермуравьиную кислоту в качестве агента, препятствующего образованию накипи. 13 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ предотвращения или уменьшения образования накипи из карбоната кальция на технологических поверхностях в процессе производства бумаги или картона, где pH технологической воды составляет больше 7,0, отличающийся тем, что используют пермуравьиную кислоту в качестве агента, препятствующего образованию накипи, при этом значение pH технологической воды изменяется после добавления пермуравьиной кислоты меньше, чем на 1 единицу pH.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пермуравьиную кислоту добавляют в технологическую воду по меньшей мере в одном месте технологического процесса, содержащего: машинный бассейн, смесительный бассейн, канал для оборотной воды, проволочный бункер, короткую циркуляционную петлю, резервуар для хранения оборотной воды, систему восстановления волокна и/или систему воды для опрыскивания.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что пермуравьиную кислоту добавляют в нефильтрованную технологическую воду и/или свежую воду, подаваемую в технологический процесс.

4. Способ по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что пермуравьиную кислоту добавляют постоянно в технологическую воду по меньшей мере в одном месте технологического процесса.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что pH технологической воды составляет от 7,5 до 8,5.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что значение pH технологической воды изменяется после добавления пермуравьиной кислоты меньше чем на 0,5 единицы pH.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что пермуравьиную кислоту добавляют в диапазоне от 0,1 до 150,0 мг/л.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация кальция в циркуляционной воде находится в диапазоне от 100 до 1000 мг/л.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что технологический процесс не содержит этапов промывки с использованием кислоты.

10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что определяют концентрацию пермуравьиной кислоты в технологической воде и регулируют добавление пермуравьиной кислоты автоматически согласно получаемой информации, касающейся концентрации пермуравьиной кислоты.

11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что пермуравьиную кислоту используют в качестве агента, препятствующего образованию накипи в производствe печатной бумаги, писчей бумаги, оберточной бумаги или бумаги тиссью, предпочтительно бумаги тиссью.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что бумага тиссью имеет массу 1 м² в диапазоне от 10 до 40 г/м².

13. Способ по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что в технологическом процессе производства используют волокнистую бумажную массу, содержащую по меньшей мере 50 мас.% повторно используемого волокнистого материала, в расчете на сухую волокнистую массу.

14. Способ по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что пермуравьиную кислоту используют в качестве агента, препятствующего образованию накипи, для предотвращения образования накипи на технологических поверхностях, которые выбраны из поверхностей бумагоделательной машины, поверхностей валов, на технологических тканях, сетках и/или сукне.