抑制鈣鹽污垢的組合物及方法技術

改進在化學制漿工藝條件下抑制鈣鹽結垢的組合物和方法，按照該方法，有效用量選擇的膦酸酯或磷酸酯共混物在蒸煮階段與化學制漿工藝的蒸煮器組合物進行摻混。該組合物和方法尤其適用于硫酸鹽制漿工藝。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及用于抑制化學制漿工藝的含水堿性體系中結垢的組合物和方法。更具體地說，本專利技術涉及用于抑制化學制漿工藝設備中鈣鹽污垢沉積物的形成、沉積和粘附的組合物和方法。
技術介紹
紙在世界上被廣泛用于商業和家庭，具有各種各樣的用途。因而，制漿在全世界以大工業規模實施，生產著足夠用量的紙。所以，此種制漿操作若能以符合成本效益的高效操作方式實施，其制造設備停工時間極短、制漿工藝設備低效工作的時間極短，那將是所期望的。工業制漿的基本步驟是將植物纖維轉化為木片，將木片轉變為漿泊，(任選地)漂白漿泊，洗滌漿泊并將漿泊轉化為適合使用的紙產品形式的紙，例如，書寫紙、新聞紙和單據紙。就典型而言，有幾種化學制漿方法可用于工業制漿操作。著名的工業堿性化學制漿方法包括硫酸鹽法、蘇打和堿性亞硫酸鹽法。硫酸鹽法制造出所有制漿方法當中纖維強度最高的漿泊，其之所以是使用最廣的制漿方法部分地因為它能高效地回收蒸煮化學品。雖然本專利技術適用于任何上述堿性化學制漿法，但它尤其適用于硫酸鹽法并，因此，在下面較詳細地描述硫酸鹽法。首先，收獲合適的樹木，去皮，隨后削片成尺寸適當的薄片或木片。這些木片經過選料，除掉小的和大的木片。留下的合適木片隨后投入到蒸煮器(它是一種裝有木片和含水蒸煮組合物的容器或罐，此種罐可設計成間歇或連續操作方式的)。舉例說，在間歇型蒸煮器中，木片和“稀黑液”，即，來自以前蒸煮器蒸煮的廢液，以及“白液”，即一種氫氧化鈉和硫化鈉溶液，可以是新配制的或者來自化學回收裝置的混合物，用泵送入到蒸煮器中。在蒸煮工藝中，將木纖維結合在一起的木素溶解在白液中，從而形成漿泊和黑液。將蒸煮器密封，蒸煮器組合物在高壓下加熱到適宜的蒸煮溫度。在蒸煮器內特定溫度和壓力(H-系數)下經過規定時間以后，蒸煮器物料(漿泊和黑液)轉移到停留罐中。在停留罐中的漿泊轉移到漂前洗漿機中，而液體(在蒸煮器中形成的黑液)則送往黑液回收工序，即黑液蒸發器。黑液采用，例如多效蒸發器，蒸發到高固體含量，通常介于60～80％固體。固體含量越高，泵抽吸黑液越困難，制漿廠遇到的污垢問題就越多。最麻煩的問題之一是在制漿廠各個工序，包括蒸煮器、黑液蒸發工序和漂前洗漿工序中形成的碳酸鈣污垢。大多數工業造紙廠采用多效蒸發器(MEE)作為黑液蒸發器。這些蒸發器一般從4到8效長。一般而言，討厭的碳酸鈣結垢僅出現在一或兩效中。目前，多數工廠不使用任何污垢抑制劑，而是通過停下黑液蒸發器工段并用熱酸沖洗掉碳酸鈣污垢，即酸洗來對付污垢問題。此種熱酸煮沸對紙廠生產產生負面影響，并且由于使用的酸對工廠管道和設備有腐蝕，故而是個隱患。硫酸鹽法蒸煮為高堿性，一般具有10～14，特別是12～14的pH值。蒸煮器組合物含有大量硫化鈉，被用作增加蒸煮的脫木素速率的加速劑。其作用的結果是釋放出木片中的木素從而使纖維素得以變成漿泊。硫酸鹽法中諸操作條件的組合有利于污垢的形成和沉積并加劇碳酸鈣污垢形成、沉積和粘附到金屬及它所接觸到的其它表面上的傾向。在此種工藝條件下，水中存在和從硫酸鹽法的木材中瀝濾出來的鈣能夠與碳酸根起反應并相當快地結垢，產生碳酸鈣污垢沉積。此種污垢經常沉積在蒸煮器、管道、熱交換器等凡是具有碳酸鈣能沉積和粘附的表面的設備中。此種沉積隨時間推移而積累，并可造成制漿生產線下游過早停車，為的是用熱酸洗除掉污垢沉積。若干專利和技術文章曾公開過結垢問題。在“一種高效螯合劑在控制蒸煮器結垢方面的應用”，R.H.Windhager，《造紙業雜志》pp.42～44，1973-11-05一文中，公開少量單氨基亞甲基膦酸(ATMP)作為蒸煮器中的碳酸鈣污垢抑制劑抑制來自蒸煮器蒸煮液的結垢的應用。美國專利4,799,995(授予Druce K.Crump等人，1989-01-24)公開，漿泊蒸煮器內部條件下鈣污垢的抑制已通過在制漿液中加入聚氨基(聚亞烷基膦)酸與非離子表面活性劑的混合物實現。該美國專利還公開，膦酸酯如次氮基三(亞甲基膦酸)(“NTMP”或“ATMP”)、1-羥基乙烷-1，1-二膦酸(“HEDP”)和1-羥基乙烷-1，1-二膦酸鈉(“NaHEDP”)據說已共同地被用來控制污垢。然而，’995專利卻公開，HEDP在黑液中的使用實際上促進了結垢，并且二亞乙基三胺五(亞甲基膦酸)(“DTPMP”)在黑液中使用，當不存在非離子表面活性劑時僅產生有限的污垢減少效果。雖然’995專利公開了非離子表面活性劑的應用可改善減少污垢的作用，但優選避免在化學制漿方法中使用表面活性劑，特別是在蒸煮器中。本專利技術的組合物，當加入到堿性化學制漿工藝蒸煮器中時，能有效地抑制鈣鹽在化學制漿生產中的結垢，而不需要非離子表面活性劑。加拿大專利1,069,800(Philip S.Davis等人，1980-01-15)公開在黑液中加入有機膦酸酯，例如，1-羥基乙叉-1，1-二膦酸(HEDP)與氨基-有機膦酸酯，例如，氨基三(亞甲基膦酸)(AMP)、亞乙基二胺四(亞甲基膦酸)(EDTPA)和六亞甲基二胺四(亞甲基膦酸)(HMDTA)的共混物，以減少在pH高于9的黑液蒸發器體系中碳酸鈣的結垢。該專利還公開，采用單一膦酸酯，而不是所公開的共混物，則對于在pH值高于9的條件下抑制碳酸鈣結晶無效。美國專利4,851,490(授予Fu Chen等人，1989-07-25)公開一種含羥基亞烷基氨基亞烷基磷酸酯官能度的水溶性聚合物，據說可用作沉積控制劑，對多種水體系如冷卻、鍋爐、轉化涂層、紙和制漿加工以及氣體淋洗等都有效。美國專利5,534,157(授予Craig D.Iman等人，1996-07-09)公開一種在高pH加工水中采用聚醚多胺亞甲基膦酸酯抑制結垢鹽形成、沉積和粘附的方法。在其說明書的列4，行35～51中，該專利公開，抑制劑如HEDP和ATMP，作為污垢抑制劑在堿性pH條件下無用。美國專利5,562,830(授予Davor F.Zidovec等人，1996-10-08)公開一種通過加入多環氧琥珀酸或其鹽和膦酰羧酸或其鹽的組合來抑制水體系的腐蝕和結垢以及沉積的方法。美國專利5,552,018(授予Johan Devenyns，1996-09-03)公開一種方法，其中用過氧酸來改進經過在化學試劑存在下的脫木素處理，例如，硫酸鹽法蒸煮之后的化學紙漿的脫木素選擇性。公開了用磷酸酯作為該方法中的穩定劑。盡管有上面所述的專利和技術文章，目前仍然迫切需要用于抑制污垢在金屬表面，特別是工業化學制漿工藝設備中的生成、沉積和粘附的改良方法和組合物。專利技術概述本專利技術的目的是提供一種抑制鈣鹽污垢在化學制漿工藝設施的設備、容器和/或管道中金屬和其他表面上形成、沉積和粘附的組合物。本專利技術另一個目的是提供一種抑制鈣鹽污垢在化學制漿工藝設施的設備、容器和/或管道中各種表面上形成、沉積和粘附的方法。這些以及其他目的可由本專利技術實現，然而下面有關本專利技術細節的描述乃屬非限定性的。按照本專利技術，提供一種用于抑制鈣鹽在化學制漿工藝的堿性含水混合物中結垢的污垢抑制組合物，其中該組合物加入到化學制漿工藝的蒸煮器中，該組合物含有有效抑垢用量的至少一種膦酸酯，選自以下通式的化合物X2NCH2PO3M2(I)以下通式的化合物 通式(I)膦酸酯的胺氧化物，或其混合物，其中M獨立地選自氫、堿金屬本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于抑制鈣鹽在化學制漿工藝的堿性含水混合物中結垢的污垢抑制組合物，其中所述組合物被加入到所述化學制漿工藝的蒸煮器中，所述組合物含有有效抑垢用量的至少一種膦酸酯，選自以下通式的化合物：　　　　Ｘ↓［２］ＮＣＨ↓［２］ＰＯ↓［３］Ｍ↓［２］　　（Ⅰ）　　　　以下通式的化合物：　　　　Ｙ－＊－ＯＨ　　（Ⅱ），　　　　通式（Ⅰ）膦酸酯的胺氧化物，　　　　或其混合物；　　　　其中Ｍ獨立地選自氫、堿金屬、堿土金屬或銨，Ｘ獨立地選自氫、Ｒ或－ＣＨ↓［２］ＰＯ↓［３］Ｍ↓［２］，其中Ｒ是２～６個碳原子的烷基基團或－ＮＸ↓［２］取代的烷基基團，Ｒ’是１～１７個碳原子的烷基基團并且Ｒ’是任選支化和任選不飽和的，并且Ｙ選自－ＰＯ↓［３］Ｍ↓［２］、Ｈ或Ｒ’；　　　　條件是，當膦酸酯是Ｎ（ＣＨ↓［２］ＰＯ↓［３］Ｍ↓［２］）↓［３］時，按活性酸計的所述膦酸酯的用量大于２５ｐｐｍ，以加入到所述蒸煮器的總藥液重量為基準。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：JO湯普森，SP弗雷特，SJ西弗森，JE洛伊，
申請(專利權)人：索羅蒂亞公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]