专利名称：在纸浆漂白车间中存在的含臭氧气体的再加工方法
相互参照本申请要求1995年8月7日申请的申请号为60/001945的、题目为“在纸浆漂白操作中脱除臭氧气体的方法”的优先权。
背景技术：
发明领域本发明一般涉及制浆与造纸工业用木素纤维材料的漂白，并且更具体地涉及一种在纸浆漂白车间中存在的含臭氧的气体的再加工方法。
相关技术臭氧气体已被广泛地应用于包括水与废水处理和半导体制造方法的的各种工业应用中。此外，近年来还设法利用臭氧作为木浆与其他木素纤维材料的漂白剂，以避免在这样的漂白过程中使用氯(以及随之而引起的环境问题)。虽然臭氧初看起来是一种漂白木素纤维材料的理想材料，但是臭氧的异常的氧化性质及其较高的使用成本限制了臭氧漂白木素纤维素材料用的令人满意的设备与方法的发展。
臭氧是很不稳定的、腐蚀性的和甚至在低浓度下是非常有毒的。环境保护署(EPA)空气质量指标规定在大气中的臭氧浓度应低于0.12ppm(体积)。此外，职业防护与保健局(OSHA)指标规定，在臭氧中人可允许的暴露时间为八小时相当于空气中的臭氧最大浓度为0.1ppm(体积)。在完成加工后含有臭氧气体的埸所，臭氧的腐蚀性可能会引起随之而产生的利用含臭氧气体的问题。因此，在各种情况下均希望从臭氧已与纸浆反应的纸浆漂白步骤排放出的气体中除掉残留的臭氧。
一种已知的从木浆漂白的排放气中除掉存在的残留臭氧的方法是热分解。在此方法中，将含臭氧的排放气体供入到热分解装置中并加热到一般为高于350℃，以便将臭氧离解为二原子的氧。另一种已知的分解残留臭氧的方法是使用能引起臭氧分解的固体催化剂。虽然这些方法可被有利地应用于使用较少体积的含臭氧的气体的工业设备中，但是当被应用于纸浆漂白时它们受到下列的限制。在纸浆漂白中使用热分解臭氧可能是非常昂贵的，因为在这样的应用中要求较高的气体体积并要求相应大的电能来操作热分解装置以分解在气体中的残留的臭氧。此外，由于许多理由之故，在未发出警告的情况下，纸浆漂白装置中的纸浆流常常被阻断。在这样的情况下，热分解装置可能需要加工来自纸浆漂白过程中排出的气体和来自臭氧发生器的高浓度臭氧的附加体积的新鲜的漂白气体。由于臭氧分解是放热的，突然加入新鲜的漂白气体可能会引起热分解装置内部温度快速增加。这反过来会在热分解装置上产生严重的热应力而使组件破坏。
在臭氧与木浆的反应期间，可能会产生使被用来分解残留臭氧的固体催化剂中毒的挥发性有机化合物(VOC)，由此严重地降低固体催化剂的效果。此外，在被供入到固体催化剂床的排出气体中存在的任何残留的纸浆纤维可能会积聚在催化剂床中而妨碍气体流动并且还会降低气-固接触面积。
上述内容说明分解存在于被用于木浆漂白操作中的含臭氧气体中的残留臭氧的现有方法中的各种限制。于是，提供一种克服上述的一种或多种限制的替代方法显然是有利的。因此，在下文中将更充分地公开所提供的适用的替代方法的各种特征。
发明简述在本发明的一个方面中，通过提供一种再加工存在于纸浆漂白车间中的含臭氧的气体方法来实现的，它包括向涤气器供入含臭氧的气体随着含臭氧气体穿过涤气器，减少了含臭氧气体的臭氧浓度，其中该减少步骤包括向涤气器供入碱性介质；在涤气器中，含臭氧的气体以与碱性介质逆向关系流动以致在涤气器中在含臭氧的气体与碱性介质之间形成紧密的接触，由此使含臭氧的气体转变成基本上无臭氧的气体；其中该方法还包括分别从涤气器排出基本上无臭氧的气体与碱性介质。
附图的简要说明结合附图，本发明各方面可以从下面说明书的详细描述中将变得更加清楚。
该
包括本发明再加工含臭氧气体方法的纸浆漂白工厂部分示意图。
现参看附图，该图说明根据本发明用包含臭氧的气体漂白剂漂白木素纤维素材料，例如中或高稠度的木浆的部份的漂白车间10。纸浆漂白车间10被设置在制浆工厂中，制浆工厂还包括漂前浆洗涤车间(未示出)和氧脱木素车间(未示出)，在制浆工厂中它们的每一个均处于车间10之前。如本技术领域中所知，木浆是从蒸煮木片、回收纸的再浆化或其他来源得到的，并且通常在制浆和造纸工厂诸如在车间10中由水淤浆形式被加工的。此处所用的术语“稠度”被用来表示测定的干浆纤维与水的比例，或更具体说是，干燥的纸浆纤维在给定量的纸浆淤浆或“浆料”中的重量的百分率。所用的各种定义有例如气干稠度“a.d.％”或烘干稠度(o.d.％)，无水份稠度(m.f.％)。测定这些值的实验室方法可参考本技术领域中公知的方法，例如TAPPI标准手册。被广泛地用来说明在制浆与造纸车间中稠度范围的术语如下低稠度-低于约4～6％o.d.
中稠度-约9～18％o.d.
高稠度-约在18～20％之上，但更常用为约25％o.d.
纸浆漂白车间10包括惯用的臭氧发生器12，它能在载体气体例如氧或空气中有效地产生臭氧。进料气14被供入到臭氧发生器并且可以是空气也可以是富氧的气体。如本技术领域中所知，由于产生臭氧的方式之故，臭氧通常是在载体中以较低浓度形式得到的。一般说，就当前工业上可得到的工艺来说，当氧被作为载体时臭氧的浓度范围为约6％～约14％(重量)。此处所使用的术语“排出的气体”是指臭氧在氧载体气，和其他气体和蒸汽，例如作为臭氧与纸浆副产品而产生的以平衡状态存在的气体中的混合物。术语“新鲜的漂白气体”被用来指由臭发生器12供应的、尚未与纸浆反应而因此不含副产品气体的、其臭氧浓度范围为约6％～约14％的臭氧在氧载体气中的混合物。
包含由臭氧发生器12产生的新鲜的漂白气体的含臭氧的气体通过导管20从臭氧发生器12被供入到阀18的入口16。在纸浆漂白车间10的正常操作期间，新鲜的漂白气体通过排放阀18的第一出口22并通过导管26被供入到纸浆漂白段24。中稠度或高稠度的木浆28也被供入到纸浆漂白段24。所说的纸浆漂白段包括至少一个并且可以包括许多的反应器(未示出)，而在每个反应器中在新鲜的漂白气体中的至少一部份的臭氧与纸浆反应。由于在纸浆漂白段24的反应器中臭氧与纸浆反应之故，被供入到纸浆漂白段24的新鲜的漂白气体转化成排出气体，排出气体包括未与纸浆反应的残留的臭氧和副产品的反应气体(含二氧化碳)。从纸浆漂白段24排放的排出气体通过导管34被供入到阀32的第一入口30。在纸浆漂白车间10的正常操作期间，排出气体通过阀32的出口34从阀32排出并通过导管40将其供入到涤气器38的气体入口36，而在涤气器38中残留的臭氧基本上完全被分解，这将在随后作更详细的讨论。在涤气器38中分解残留臭氧的方法构成本发明的主要特征。在纸浆漂白车间10的正常停工期间，由臭氧发生器12供应的新鲜的漂白气体可用来穿过纸浆漂白段24进行清洗并在其中被转化成较低臭氧浓度，然后通过阀32的导管34和40被供入到涤气器38的入口36。然而，在某些情况中，当流向纸浆漂白段24的木浆突然中断时，阀18的第一出口22被关闭而引起由臭氧发生器12供应的新鲜的漂白气体流经阀18的入口16并从阀18通过第二出口42被排放。然后新鲜的漂白气体流过导管44到阀32的第二入口46以使新鲜的漂白气体旁路通过纸浆漂白段24。然后新鲜的漂白气体通过阀32的出口34和导管40被供入到涤气器38的气体入口36。因此，在这些情况中，在被供入到涤气器38的含臭氧的气体中的臭氧浓度可以大大地高于在车间10的正常操作和正常停工期间被供入到涤气器38的排出气体中的臭氧浓度。
涤气器38最好是基本上垂直取向的并包括一般的园筒形外壳48，园筒形外壳48形成处于其中的内室50。如在图中所示，涤气器38的气体入口36是与内室50的下部52以流体相通的。涤气器38还包括气体出口54和液体入口56，它们中的每一个与内室50的上部58以流体相通的，而液体出口60是与内室50的下部52以流体相通的。在图所示的说明性的实施方案中，涤气器38还包括许多垂直相隔的塔板62，而每块塔板62被连接到外壳48的内壁并且从内壁向内作径向延伸。另外，可以从涤气器38中取消塔板62并用填充介质(未示出)取代，填充介质优选包括许多由耐臭氧和碱性介质66的材料制成的环、马鞍形填料、珠或球。然而，只要能够提供充分的接触面积的话可以使用其他合适的填充介质。
碱性介质流66被供入到涤气器38的液体入口56。碱性介质66优选包括一种下列物质氢氧化钠溶液；主要由氢氧化钠，硫化钠和碳酸钠组成的烧碱液；来自车间10的Eo段(氧化提取段，未示出)的滤液；来自车间10之前的氧脱木素车间的后氧段的滤液；或由在氧脱木素车间和车间10之前的漂前浆洗涤车间供应的漂前浆洗涤滤液，漂前浆洗涤滤液在本技术领域中另外被称为弱黑液。上列的碱性介质可从相关的制浆工厂中的各种来源(未示出)方便地获得并且每种碱性介质的碱浓度范围为约1克碱/升溶液～约100克碱/升溶液之间。被供到涤气器38的气体入口36的含臭氧的气体向上流经涤气器38而被供到涤气器38的液体入口56的碱性介质66在重力作用下向下流经涤气器38。因此，在涤气器38中，含臭氧的气体与碱性介质66彼此以逆向关系流动以致在涤气器38中为含臭氧的气体与碱性介质66之间提供紧密的接触。在图所示的说明性实施方案中，含臭氧的气体与碱性介质66通过涤气器38的流路由垂直相隔的塔板62确定。另外，当塔板62被填充介质所代替时，含臭氧的气体与碱性介质66通过涤气器38的流路由填充介质确定。使用的填充介质为环、马鞍形填料、珠或球提供促进含臭氧的气体与碱性介质66之间紧密接触的非常高的表面积。由于含臭氧气体和碱性介质66的紧密接触，臭氧被离解成为二原子的氧，在气体中存在的臭氧基本上完全被破坏，由此将含臭氧的气体转化成基本上无臭氧的气体。因此，通过涤气器38的气体出口54排出的基本上无臭氧的气体具有符合允许限度的被降低的臭氧浓度。此处所用的术语“基本上无臭氧的气体”还被用来包括至少在惯用的设备测定可检测的限度之内气体是无臭氧的。作为本发明的另一个优点，当含臭氧的气体包括排出气体，碱性介质66包含氢氧化钠溶液或烧碱液时，在涤气器38中含臭氧的气体与碱性介质66之间的紧密接触导致含臭氧的气体中的任何二氧化碳被碱性介质66所基本上吸收。经过出口54从涤气器38排出的气体可以通过导管70和72被供入到车间10的纸浆漂白段68或者可以被供入到或通过导管70和74(以虚线所示)再循环到臭氧发生器12。注意，纸浆漂白段68可被配置在车间10的纸浆漂白段24的上游或下游。如果排出气体被再循环到臭氧发生器12的话，重要的是吸收二氧化碳以避免对臭氧发生器效果的负面影响，并且当被供入到纸浆漂白段68时它还可以有利地吸收任何存在的二氧化碳。例如，段68可以包括Eo段，并且任何二氧化碳的存在可能对此段中的纸浆操作造成负面影响。通过液体出口60从涤气器38排出的碱性介质并可被供应到相关的制浆工厂的其他部份(如流向箭头76所指)作进一步加工。
本发明提供一种分解在纸浆漂白车间中使用的含臭氧的气体中残留臭氧的成本有效的方法。避免了与已知的臭氧热分解装置相连的较高的电费。作为另一个优点，在某些情况中，本发明的方法还(通过碱性介质)基本上完全吸收气体中存在的任何二氧化碳，这是使用已知的热或催化剂分解装置所不可能达到的。另外，每一种的碱性介质是通常可从制浆工厂内的各种来源(包括纸浆漂白车间10)获得的，这进一步增大了本发明方法的经济效果。
尽管上述的说明已详细地提供了本发明的优选的实施方案，但是应该明白，在不背离如所附的权利要求书的真实的精神与范围的前提下可以作许多的改型、替换和变化。因此本发明并不限于上述的具体的优选的实施方案，本发明仅受下面的权利要求书所确定。
权利要求
1.一种再加工存在于纸浆漂白车间中的含臭氧气体的方法，所说的方法包括以下步骤向涤气器供应含臭氧的气体；随着含臭氧气体流经涤气器而减少其臭氧的浓度，其中该减少臭氧浓度的步骤包括向涤气器供应碱性介质；在涤气器中含臭氧的气体以与碱性介质逆向关系流动以致在涤气器中使含臭氧的气体与碱性介质之间形成紧密的接触，由此使含臭氧的气体转变成基本上无臭氧的气体；其中所说的方法还包括分别从涤气器排出基本上无臭氧的气体与碱性介质。
2.如权利要求1的方法，其中碱性介质包括氢氧化钠溶液。
3.如权利要求1的方法，其中碱性介质包括烧碱液。
4.如权利要求1的方法，其中碱性介质包括后氧段滤液。
5.如权利要求1的方法，其中碱性介质包括弱黑液。
6.如权利要求1的方法，其中碱性介质包括来自纸浆漂白车间的Eo段的滤液。
7.如权利要求1的方法，其中碱性介质的碱浓度范围为约1克碱/升溶液～约100克碱/升溶液之间。
8.如权利要求1的方法，其中含臭氧的气体包含已在纸浆漂白车间的纸浆漂白段中与纸浆部份反应的排出气体；所说的供应含臭氧的气体的步骤包将从纸浆的漂白段排出的气体供向涤气器。
9.权利要求8的方法，还包括如下的步骤随着排出的气体流经涤气器而降低排出气体的二氧化碳浓度。
10.如权利要求1的方法，其中含臭氧的气体包含新鲜的漂白气体，并且当新鲜的漂白气体进入到涤气器之前，在载气中新鲜的漂白气体的臭氧浓度范围为约6％重量～约14％重量；所说的供应含臭氧的气体步骤包括，在没有任何干涉新鲜的漂白气体与纸浆反应的情况下，从臭氧发生器向涤气器供应新鲜的漂白气体。
11.如权利要求1的方法，其中所说的分别排出步骤包括以下的步骤从涤气器的液体出口排出碱性介质；从涤气器的气体出口向臭氧发生器排放基本上无臭氧的气体。
12.如权利要求1的方法，其中所说的分别排出步骤包括以下的步骤从涤气器的液体出口排出碱性介质；从涤气器的气体出口向纸浆漂白车间的纸浆漂白段排放基本上无臭氧的气体。
13.如权利要求1的方法，其中涤气器基本上是垂直取向的，并包括一般的园筒形外壳，该园筒形外壳形成处于其中的内室，该内室具有上部和下部，涤气器还包括与内室的下部以流体相通的气体进口和液体出口，和与内室的上部以流体相通的气体出口和液体入口；所说的供应含臭氧的气体步骤包括向涤气器的气体进口供应含臭氧的气体；所说的供应碱性介质步骤包括向涤气器的液体进口供应碱性介质；所说的分别排出步骤包括以下步骤从涤气器的气体出口排出基本上无臭氧的气体；和从涤气器的液体出口排出碱性介质。
全文摘要
一种再加工存在于纸浆漂白车间中的含臭氧的气体方法,包括以下步骤:向涤气器供应含臭氧的气体,和随着气体流经涤气器而减少气体的臭氧浓度。减少步骤包括下步骤:向涤气器供应碱性介质,和在涤气器中使含臭氧的气体与碱性介质以逆向关系流动以便在含臭氧的气体与碱性介质之间形成紧密的接触,由此使含臭氧的气体转化成基本上无臭氧的气体。碱性介质可以包含一种下列的物质:氢氧化钠溶液;烧碱液;后氧段滤液;弱黑液;或来自纸浆漂白车间的E
文档编号B01D53/46GK1198786SQ96197410
公开日1998年11月11日 申请日期1996年8月6日 优先权日1995年8月7日
发明者杰弗里·朗斯维尔, 南修介 申请人:贝洛特工艺技术公司