СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ РАСТВОРИМОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 2019 года по МПК D21C3/00 

Изобретение относится к способу снижения вязкости целлюлозы при производстве растворимой целлюлозы в соответствии с преамбулами прилагаемого независимого пункта формулы изобретения.

Растворимая целлюлоза представляет собой отбеленную целлюлозную массу, которая производится в процессе химической варки целлюлозы, где щепу из окоренной древесины готовят со смесью химикатов для варки, чтобы удалить из целлюлозы лигнин, экстракторы и гемицеллюлозу. После варки целлюлозу промывают, отбеливают и сушат. Полученная растворимая целлюлоза имеет высокое содержание целлюлозы и высокий уровень яркости. В качестве сырья для технологического процесса можно использовать древесину или хлопковый пух.

Растворимая целлюлоза не используется для производства пухлой бумаги или картона, но для конечных целей, которые имеют особые требования к химической чистоте и к низкому содержанию гемицеллюлозы в целлюлозе. Растворимая целлюлоза растворяется либо растворителем, либо дериватизацией в гомогенный раствор, который может быть использован для прядения текстильных волокон, для производства производных целлюлоз, таких как триацетат целлюлозы, или для производства простых эфиров целлюлозы, таких как карбоксиметилцеллюлоза.

Важными параметрами качества при производстве растворимой целлюлозы являются высокая чистота, то есть высокое содержание и яркость целлюлозы, а также низкая вязкость целлюлозы. Если вязкость целлюлозы слишком высока, цена выпускаемой целлюлозы уменьшается. Поэтому вязкость целлюлозы является одним из ключевых интересов в ее производстве. Традиционно вязкость целлюлозы контролируется добавлением гипохлорита на отдельной стадии отбелки. Однако, когда использование соединений хлора в производстве целлюлозы снижается из-за экологических проблем, существует постоянная потребность в эффективных решениях для контроля вязкости получаемой целлюлозы.

Целью настоящего изобретения является сведение к минимуму или даже ликвидация недостатков, существующих на известном уровне техники.

Одной из целей настоящего изобретения является создание эффективного способа регулирования вязкости растворяющейся целлюлозы.

Эти цели достигаются с помощью признаков, раскрытых в независимом пункте формулы изобретения.

Изобретение определяется признаками прилагаемого независимого пункта формулы изобретения. Некоторые предпочтительные варианты способа осуществления настоящего изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Типичный способ в соответствии с настоящим изобретением для снижения вязкости целлюлозы при производстве растворяющей целлюлозы включает в себя

- получение целлюлозной массы, в результате чего полученная целлюлозная масса имеет содержание целлюлозы не менее 90%,

- отбеливание полученной целлюлозной массы и

- обработка полученной целлюлозной массы после отбеливания с помощью надмуравьиной кислоты.

Теперь неожиданно было обнаружено, что добавление надмуравьиной кислоты к отбеленной целлюлозе после стадии отбелки приводит к уменьшению вязкости целлюлозы. Даже относительно малые дозы надмуравьиной кислоты способны значительно снизить вязкость растворимой целлюлозы. Кроме того, надмуравьиная кислота является продуктом реакции муравьиной кислоты и перекиси водорода, и она полностью биоразлагается и защищает от коррозии. Таким образом, применение надмуравьиной кислоты является выгодным, так как она или ее продукты разложения не вредят окружающей среде или технологическому оборудованию.

Надмуравьиная кислота, CH₂O₃, используется в изобретении в виде водного раствора. Как правило, надмуравьиная кислота имеет концентрацию, по меньшей мере, 10%, рассчитанную как вес к объему, обычно около 13,5%, рассчитанную как вес к объему. Предпочтительно в качестве равновесного раствора используют водный раствор надмуравьиной кислоты.

Обычно целлюлозу получают из отбеливания в виде водной суспензии, которая имеет консистенцию 5-15%, предпочтительно 7-12%, рассчитанную на содержание сухого вещества. Отбеливание может включать в себя одну или несколько стадий отбеливания, где целлюлоза приводится в контакт с отбеливающим химическим веществом. Целлюлозу можно обработать надмуравьиной кислотой непосредственно и сразу же после окончания последней стадии отбеливания. Это означает, что надмуравьиную кислоту добавляют к водному раствору целлюлозы после последней стадии отбеливания.

Согласно одному варианту способа осуществления настоящего изобретения надмуравьиную кислоту используют в количестве 0,1-7 кг/т сухой целлюлозы, предпочтительно 0,5-5 кг/т сухой целлюлозы, более предпочтительно 1-3 кг/т сухой целлюлозы. Доза определяется в расчете на 100% надмуравьиную кислоту.

Добавление надмуравьиной кислоты не обеспечивает значительного улучшения яркости целлюлозы. Таким образом, функция надмуравьиной кислоты заключается не в улучшении яркости целлюлозы, а в уменьшении вязкости. Снижение вязкости может составлять, по меньшей мере, 30 дм³/кг, предпочтительно, по меньшей мере, 50 дм³/кг, измеренное в соответствии со стандартом CAN-CM 15:99 или стандартом ISO 5351. Под уменьшением вязкости понимают разницу между величиной вязкости целлюлозы, измеренной до обработки надмуравьиной кислотой, и величиной вязкости целлюлозы, измеренной после обработки надмуравьиной кислотой. Изменения яркости обычно составляет менее 2% ISO, предпочтительно менее 1% ISO, измеренное согласно стандартам ISO 3688, ISO 2470. Изменение яркости представляет собой разницу между яркостью целлюлозы, измеренной до обработки надмуравьиной кислотой, и яркостью целлюлозы, измеренной после обработки надмуравьиной кислотой.

Величина рН целлюлозы во время обработки надмуравьиной кислотой составляет, по меньшей мере, 5, предпочтительно, по меньшей мере, 6. Предпочтительно рН во время обработки с помощью надмуравьиной кислоты составляет менее 11, предпочтительно менее 10. Обычно рН во время обработки с помощью надмуравьиной кислотой может находиться в диапазоне от 5 до 10, предпочтительно от 6 до 8. Предпочтительно рН суспензии целлюлозы не изменяется во время обработки с помощью надмуравьиной кислоты, обычно изменение рН составляет меньше единицы рН.

Температура во время обработки надмуравьиной кислотой может находиться в диапазоне 30-100°С, предпочтительно 40-70°С. Таким образом, нет необходимости в дополнительном нагревании или охлаждении для обработки суспензии целлюлозы, а суспензию целлюлозы можно обрабатывать непосредственно и сразу после окончания отбеливания. Другими словами, способ предпочтительно не требует дополнительного нагрева или охлаждения целлюлозы перед обработкой надмуравьиной кислотой.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом способа осуществления изобретения надмуравьиную кислоту получают на месте и непосредственно направляют на стадию обработки надмуравьиной кислотой. Это означает, что полученная надмуравьиная кислота используется непосредственно для обработки целлюлозной массы после отбеливания. Устройство подготовки для надмуравьиной кислоты, которое подходит для использования в настоящем изобретении, было разработано Kemira Oyj, Финляндия. Таким образом, надмуравьиная кислота может быть получена в непосредственной близости от места процесса, где она добавляется к целлюлозе. Это гарантирует высокую химическую эффективность надмуравьиной кислоты. Надмуравьиная кислота подводится к месту процесса через соответствующие соединения и подается в желаемый поток суспензии целлюлозы с использованием подходящих средств подачи. Надмуравьиную кислоту можно подавать непосредственно в технологический поток суспензии пульпы, и смешивание надмуравьиной кислоты достигается турбулентным потоком.

В соответствии с одним вариантом способа осуществления изобретения, помимо надмуравьиной кислоты, также можно добавлять в суспензию целлюлозы дистиллированную надуксусную кислоту после стадии отбеливания. Дистиллированную надуксусную кислоту можно добавлять в суспензию целлюлозы в количестве 0,01-30 кг/т сухой целлюлозы, предпочтительно 10-20 кг/т сухой целлюлозы. Добавление дистиллированной надуксусной кислоты может быть сделано до или после добавления надмуравьиной кислоты, то есть до или после обработки целлюлозы надмуравьиной кислотой. Дистиллированная надуксусная кислота обеспечивает эффект делигнификации и/или осветления и, таким образом, формирует стадию после отбеливания, которая может быть использована для уменьшения изменений яркости целлюлозы или пожелтения целлюлозы после отбеливания.

Описанный способ может быть использован для снижения вязкости растворимой целлюлозной массы, которую получают крафт-процессом, опционально со стадией предварительного гидролиза. Во время стадии предварительного гидролиза, по меньшей мере, часть, предпочтительно большая часть, гемицеллюлоз в содержащем целлюлозу сырье, разрушается и/или растворяется. После стадии предварительного гидролиза сырье далее обрабатывают в крафт-процессе гидроксидом натрия или водной смесью гидроксида натрия и сульфида натрия, в результате чего лигнин разлагается и солюбилизируется. Это приводит к освобождению целлюлозных волокон. В качестве альтернативы способ согласно настоящему изобретению может быть использован для снижения вязкости растворимой целлюлозной массы, которая получается с использованием способа кислотной сульфитной варки целлюлозы с использованием раствора бисульфита в качестве варочного раствора. Сульфитный способ может также содержать стадию предварительного гидролиза для растворения гемицеллюлоз.

Целлюлозная масса, которая обрабатывается надмуравьиной кислотой, имеет содержание целлюлозы, по меньшей мере, 92%, предпочтительно, по меньшей мере, 95%.

В соответствии с одним из вариантов способа осуществления настоящего изобретения измеряется вязкость целлюлозы после отбеливания, то есть, после последней стадии отбеливания, и целлюлоза обрабатывается надмуравьиной кислотой в случае, если значение вязкости целлюлозы выше, чем заданное значение вязкости. Также возможно регулировать количество надмуравьиной кислоты, которая используется для обработки пульпы на основе полученного или измеренного значения вязкости.

Согласно еще одному варианту способа осуществления изобретения целлюлозную массу обрабатывают непрерывным добавлением надмуравьиной кислоты к целлюлозе после отбеливания. Добавление надмуравьиной кислоты может быть полностью автоматизировано.

ЭКСПЕРИМЕНТЫ

Некоторые варианты способа осуществления изобретения более подробно описаны в следующем неограничивающем примере.

ПРИМЕР 1

Некондиционная растворимая целлюлоза крафт производства подвергалась раздельной обработке при уменьшении вязкости после отбеливания. Стадию снижения вязкости проводили при температуре 60°С, времени пребывания 120 мин. Консистенция целлюлозы составляла 10%, а использованная доза для надкислоты составляла 2 кг/т сухой целлюлозы. Уровень pH пульпы составлял 8. Были испытаны две разные надкислоты, а именно надмуравьиная кислота (PFA) и надуксусная кислота (PAA).

Результаты примера 1 показаны в таблице 1.

Таблица 1 Результаты примера 1.

Сравнительный
Образец Образец 2 Образец 3 Использованная надкислота - PAA PFA Конечное значение рН 8 5,7 7,0 Остаточная PAA, кг/тонну целлюлозы - 0,69 0 Вязкость, дм³/кг 507 470 447 Яркость, % ISO
(стандарт ISO 2470) 90,4 91,3 90,8 Желтизна 5,5 5,1 5,4 Белизна CIE D65/10+UV
(стандарт CIE 15:2004) 80,1 81,8 80,9 L * 97,8 98 97,9 a* -0,36 -0,32 -0,28 b* 3,23 2,97 3,13

Из таблицы 2 видно, что обработка целлюлозы с помощью надмуравьиной кислоты снижала вязкость на 60 дм³/кг, что более чем достаточно, чтобы превратить некондиционную целлюлозу в кондиционную целлюлозу. Такое же значительное снижение вязкости не наблюдалось при использовании надуксусной кислоты.

Даже если изобретение было описано со ссылкой на то, что в настоящее время представляется наиболее практичным и предпочтительным вариантом способа осуществления, понятно, что изобретение не должно ограничиваться вариантами способа осуществления, описанными выше, но изобретение предназначено также для охвата различных модификаций и эквивалентных технических решений в рамках прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к способу снижения вязкости целлюлозы при производстве растворимой целлюлозы. Способ включает получение целлюлозной массы, причем полученная целлюлозная масса имеет содержание целлюлозы по меньшей мере 90%, и отбеливание полученной целлюлозной массы. Целлюлозную массу обрабатывают после отбеливания с помощью надмуравьиной кислоты. 14 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ снижения вязкости целлюлозы при производстве растворимой целлюлозы включает

- получение целлюлозной массы, в результате чего полученная целлюлозная масса имеет содержание целлюлозы не менее 90%,

- отбеливание полученной целлюлозной массы,

отличающийся

обработкой целлюлозной массы после отбеливания с помощью надмуравьиной кислоты.

2. Способ по п.1, отличающийся применением надмуравьиной кислоты в количестве 0,1-7 кг/т целлюлозы, предпочтительно 0,5-5 кг/т целлюлозы, более предпочтительно 1-3 кг/т целлюлозы.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что рН во время обработки с помощью надмуравьиной кислоты составляет по меньшей мере 5, предпочтительно по меньшей мере 6.

4. Способ по пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что во время обработки рН надмуравьиной кислотой целлюлоза изменяет рН менее чем на единицу.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что температура во время обработки с помощью надмуравьиной кислоты находится в диапазоне от 30 до 100°С, предпочтительно от 40 до 70°С.

6. Способ по любому из предшествующих пп. 1-5, отличающийся тем, что способ не требует дополнительного нагревания или охлаждения целлюлозы перед обработкой надмуравьиной кислотой.

7. Способ по любому из предшествующих пп. 1-6, отличающийся тем, что целлюлозу обрабатывают надмуравьиной кислотой непосредственно и сразу после окончания последней стадии отбеливания.

8. Способ по любому из предшествующих пп. 1-7, отличающийся тем, что целлюлоза после отбеливания имеет консистенцию 5-15%, предпочтительно 7-12%, рассчитанную от ее сухого содержания.

9. Способ по любому из предшествующих пп. 1-8, отличающийся тем, что надмуравьиную кислоту получают на месте и используют непосредственно для обработки целлюлозной массы после отбеливания.

10. Способ по любому из предшествующих пп. 1-9, отличающийся тем, что к целлюлозе после отбеливания дополнительно добавляют дистиллированную надуксусную кислоту в количестве 0,01-30 кг/т сухой целлюлозы, предпочтительно 10-20 кг/т сухой целлюлозы.

11. Способ по любому из предшествующих пп. 1-10, отличающийся тем, что целлюлозную массу получают крафт-способом со стадией предварительного гидролиза.

12. Способ по любому из предшествующих пп. 1-11, отличающийся тем, что полученная целлюлозная масса, которая обрабатывается надмуравьиной кислотой, имеет содержание целлюлозы по меньшей мере 92%, предпочтительно 95%.

13. Способ по любому из предшествующих пп. 1-12, отличающийся

- измерением вязкости целлюлозы после отбеливания,

- обработкой целлюлозы надмуравьиной кислотой в случае, если значение вязкости целлюлозы выше, чем заданное значение вязкости.

14. Способ по любому из предшествующих пп. 1-13, отличающийся тем, что целлюлозную массу обрабатывают непрерывным добавлением надмуравьиной кислоты к целлюлозе после отбеливания.

15. Способ по любому из предшествующих пп. 1-14, отличающийся тем, что снижение вязкости целлюлозы составляет по меньшей мере 30 дм³/кг, предпочтительно по меньшей мере 50 дм³/кг.