專利名稱：在紙漿漂白車間中存在的含臭氧氣體的再加工方法
相互參照本申請(qǐng)要求1995年8月7日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?0/001945的、題目為“在紙漿漂白操作中脫除臭氧氣體的方法”的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及制漿與造紙工業(yè)用木素纖維材料的漂白，并且更具體地涉及一種在紙漿漂白車間中存在的含臭氧的氣體的再加工方法。
相關(guān)技術(shù)臭氧氣體已被廣泛地應(yīng)用于包括水與廢水處理和半導(dǎo)體制造方法的的各種工業(yè)應(yīng)用中。此外，近年來還設(shè)法利用臭氧作為木漿與其他木素纖維材料的漂白劑，以避免在這樣的漂白過程中使用氯(以及隨之而引起的環(huán)境問題)。雖然臭氧初看起來是一種漂白木素纖維材料的理想材料，但是臭氧的異常的氧化性質(zhì)及其較高的使用成本限制了臭氧漂白木素纖維素材料用的令人滿意的設(shè)備與方法的發(fā)展。
臭氧是很不穩(wěn)定的、腐蝕性的和甚至在低濃度下是非常有毒的。環(huán)境保護(hù)署(EPA)空氣質(zhì)量指標(biāo)規(guī)定在大氣中的臭氧濃度應(yīng)低于0.12ppm(體積)。此外，職業(yè)防護(hù)與保健局(OSHA)指標(biāo)規(guī)定，在臭氧中人可允許的暴露時(shí)間為八小時(shí)相當(dāng)于空氣中的臭氧最大濃度為0.1ppm(體積)。在完成加工后含有臭氧氣體的埸所，臭氧的腐蝕性可能會(huì)引起隨之而產(chǎn)生的利用含臭氧氣體的問題。因此，在各種情況下均希望從臭氧已與紙漿反應(yīng)的紙漿漂白步驟排放出的氣體中除掉殘留的臭氧。
一種已知的從木漿漂白的排放氣中除掉存在的殘留臭氧的方法是熱分解。在此方法中，將含臭氧的排放氣體供入到熱分解裝置中并加熱到一般為高于350℃，以便將臭氧離解為二原子的氧。另一種已知的分解殘留臭氧的方法是使用能引起臭氧分解的固體催化劑。雖然這些方法可被有利地應(yīng)用于使用較少體積的含臭氧的氣體的工業(yè)設(shè)備中，但是當(dāng)被應(yīng)用于紙漿漂白時(shí)它們受到下列的限制。在紙漿漂白中使用熱分解臭氧可能是非常昂貴的，因?yàn)樵谶@樣的應(yīng)用中要求較高的氣體體積并要求相應(yīng)大的電能來操作熱分解裝置以分解在氣體中的殘留的臭氧。此外，由于許多理由之故，在未發(fā)出警告的情況下，紙漿漂白裝置中的紙漿流常常被阻斷。在這樣的情況下，熱分解裝置可能需要加工來自紙漿漂白過程中排出的氣體和來自臭氧發(fā)生器的高濃度臭氧的附加體積的新鮮的漂白氣體。由于臭氧分解是放熱的，突然加入新鮮的漂白氣體可能會(huì)引起熱分解裝置內(nèi)部溫度快速增加。這反過來會(huì)在熱分解裝置上產(chǎn)生嚴(yán)重的熱應(yīng)力而使組件破壞。
在臭氧與木漿的反應(yīng)期間，可能會(huì)產(chǎn)生使被用來分解殘留臭氧的固體催化劑中毒的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)，由此嚴(yán)重地降低固體催化劑的效果。此外，在被供入到固體催化劑床的排出氣體中存在的任何殘留的紙漿纖維可能會(huì)積聚在催化劑床中而妨礙氣體流動(dòng)并且還會(huì)降低氣-固接觸面積。
上述內(nèi)容說明分解存在于被用于木漿漂白操作中的含臭氧氣體中的殘留臭氧的現(xiàn)有方法中的各種限制。于是，提供一種克服上述的一種或多種限制的替代方法顯然是有利的。因此，在下文中將更充分地公開所提供的適用的替代方法的各種特征。
發(fā)明簡(jiǎn)述在本發(fā)明的一個(gè)方面中，通過提供一種再加工存在于紙漿漂白車間中的含臭氧的氣體方法來實(shí)現(xiàn)的，它包括向滌氣器供入含臭氧的氣體隨著含臭氧氣體穿過滌氣器，減少了含臭氧氣體的臭氧濃度，其中該減少步驟包括向滌氣器供入堿性介質(zhì)；在滌氣器中，含臭氧的氣體以與堿性介質(zhì)逆向關(guān)系流動(dòng)以致在滌氣器中在含臭氧的氣體與堿性介質(zhì)之間形成緊密的接觸，由此使含臭氧的氣體轉(zhuǎn)變成基本上無臭氧的氣體；其中該方法還包括分別從滌氣器排出基本上無臭氧的氣體與堿性介質(zhì)。
附圖的簡(jiǎn)要說明結(jié)合附圖，本發(fā)明各方面可以從下面說明書的詳細(xì)描述中將變得更加清楚。
該


包括本發(fā)明再加工含臭氧氣體方法的紙漿漂白工廠部分示意圖。
現(xiàn)參看附圖，該圖說明根據(jù)本發(fā)明用包含臭氧的氣體漂白劑漂白木素纖維素材料，例如中或高稠度的木漿的部份的漂白車間10。紙漿漂白車間10被設(shè)置在制漿工廠中，制漿工廠還包括漂前漿洗滌車間(未示出)和氧脫木素車間(未示出)，在制漿工廠中它們的每一個(gè)均處于車間10之前。如本技術(shù)領(lǐng)域中所知，木漿是從蒸煮木片、回收紙的再漿化或其他來源得到的，并且通常在制漿和造紙工廠諸如在車間10中由水淤漿形式被加工的。此處所用的術(shù)語“稠度”被用來表示測(cè)定的干漿纖維與水的比例，或更具體說是，干燥的紙漿纖維在給定量的紙漿淤漿或“漿料”中的重量的百分率。所用的各種定義有例如氣干稠度“a.d.％”或烘干稠度(o.d.％)，無水份稠度(m.f.％)。測(cè)定這些值的實(shí)驗(yàn)室方法可參考本技術(shù)領(lǐng)域中公知的方法，例如TAPPI標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)。被廣泛地用來說明在制漿與造紙車間中稠度范圍的術(shù)語如下低稠度-低于約4～6％o.d.
中稠度-約9～18％o.d.
高稠度-約在18～20％之上，但更常用為約25％o.d.
紙漿漂白車間10包括慣用的臭氧發(fā)生器12，它能在載體氣體例如氧或空氣中有效地產(chǎn)生臭氧。進(jìn)料氣14被供入到臭氧發(fā)生器并且可以是空氣也可以是富氧的氣體。如本技術(shù)領(lǐng)域中所知，由于產(chǎn)生臭氧的方式之故，臭氧通常是在載體中以較低濃度形式得到的。一般說，就當(dāng)前工業(yè)上可得到的工藝來說，當(dāng)氧被作為載體時(shí)臭氧的濃度范圍為約6％～約14％(重量)。此處所使用的術(shù)語“排出的氣體”是指臭氧在氧載體氣，和其他氣體和蒸汽，例如作為臭氧與紙漿副產(chǎn)品而產(chǎn)生的以平衡狀態(tài)存在的氣體中的混合物。術(shù)語“新鮮的漂白氣體”被用來指由臭發(fā)生器12供應(yīng)的、尚未與紙漿反應(yīng)而因此不含副產(chǎn)品氣體的、其臭氧濃度范圍為約6％～約14％的臭氧在氧載體氣中的混合物。
包含由臭氧發(fā)生器12產(chǎn)生的新鮮的漂白氣體的含臭氧的氣體通過導(dǎo)管20從臭氧發(fā)生器12被供入到閥18的入口16。在紙漿漂白車間10的正常操作期間，新鮮的漂白氣體通過排放閥18的第一出口22并通過導(dǎo)管26被供入到紙漿漂白段24。中稠度或高稠度的木漿28也被供入到紙漿漂白段24。所說的紙漿漂白段包括至少一個(gè)并且可以包括許多的反應(yīng)器(未示出)，而在每個(gè)反應(yīng)器中在新鮮的漂白氣體中的至少一部份的臭氧與紙漿反應(yīng)。由于在紙漿漂白段24的反應(yīng)器中臭氧與紙漿反應(yīng)之故，被供入到紙漿漂白段24的新鮮的漂白氣體轉(zhuǎn)化成排出氣體，排出氣體包括未與紙漿反應(yīng)的殘留的臭氧和副產(chǎn)品的反應(yīng)氣體(含二氧化碳)。從紙漿漂白段24排放的排出氣體通過導(dǎo)管34被供入到閥32的第一入口30。在紙漿漂白車間10的正常操作期間，排出氣體通過閥32的出口34從閥32排出并通過導(dǎo)管40將其供入到滌氣器38的氣體入口36，而在滌氣器38中殘留的臭氧基本上完全被分解，這將在隨后作更詳細(xì)的討論。在滌氣器38中分解殘留臭氧的方法構(gòu)成本發(fā)明的主要特征。在紙漿漂白車間10的正常停工期間，由臭氧發(fā)生器12供應(yīng)的新鮮的漂白氣體可用來穿過紙漿漂白段24進(jìn)行清洗并在其中被轉(zhuǎn)化成較低臭氧濃度，然后通過閥32的導(dǎo)管34和40被供入到滌氣器38的入口36。然而，在某些情況中，當(dāng)流向紙漿漂白段24的木漿突然中斷時(shí)，閥18的第一出口22被關(guān)閉而引起由臭氧發(fā)生器12供應(yīng)的新鮮的漂白氣體流經(jīng)閥18的入口16并從閥18通過第二出口42被排放。然后新鮮的漂白氣體流過導(dǎo)管44到閥32的第二入口46以使新鮮的漂白氣體旁路通過紙漿漂白段24。然后新鮮的漂白氣體通過閥32的出口34和導(dǎo)管40被供入到滌氣器38的氣體入口36。因此，在這些情況中，在被供入到滌氣器38的含臭氧的氣體中的臭氧濃度可以大大地高于在車間10的正常操作和正常停工期間被供入到滌氣器38的排出氣體中的臭氧濃度。
滌氣器38最好是基本上垂直取向的并包括一般的園筒形外殼48，園筒形外殼48形成處于其中的內(nèi)室50。如在圖中所示，滌氣器38的氣體入口36是與內(nèi)室50的下部52以流體相通的。滌氣器38還包括氣體出口54和液體入口56，它們中的每一個(gè)與內(nèi)室50的上部58以流體相通的，而液體出口60是與內(nèi)室50的下部52以流體相通的。在圖所示的說明性的實(shí)施方案中，滌氣器38還包括許多垂直相隔的塔板62，而每塊塔板62被連接到外殼48的內(nèi)壁并且從內(nèi)壁向內(nèi)作徑向延伸。另外，可以從滌氣器38中取消塔板62并用填充介質(zhì)(未示出)取代，填充介質(zhì)優(yōu)選包括許多由耐臭氧和堿性介質(zhì)66的材料制成的環(huán)、馬鞍形填料、珠或球。然而，只要能夠提供充分的接觸面積的話可以使用其他合適的填充介質(zhì)。
堿性介質(zhì)流66被供入到滌氣器38的液體入口56。堿性介質(zhì)66優(yōu)選包括一種下列物質(zhì)氫氧化鈉溶液；主要由氫氧化鈉，硫化鈉和碳酸鈉組成的燒堿液；來自車間10的Eo段(氧化提取段，未示出)的濾液；來自車間10之前的氧脫木素車間的后氧段的濾液；或由在氧脫木素車間和車間10之前的漂前漿洗滌車間供應(yīng)的漂前漿洗滌濾液，漂前漿洗滌濾液在本技術(shù)領(lǐng)域中另外被稱為弱黑液。上列的堿性介質(zhì)可從相關(guān)的制漿工廠中的各種來源(未示出)方便地獲得并且每種堿性介質(zhì)的堿濃度范圍為約1克堿/升溶液～約100克堿/升溶液之間。被供到滌氣器38的氣體入口36的含臭氧的氣體向上流經(jīng)滌氣器38而被供到滌氣器38的液體入口56的堿性介質(zhì)66在重力作用下向下流經(jīng)滌氣器38。因此，在滌氣器38中，含臭氧的氣體與堿性介質(zhì)66彼此以逆向關(guān)系流動(dòng)以致在滌氣器38中為含臭氧的氣體與堿性介質(zhì)66之間提供緊密的接觸。在圖所示的說明性實(shí)施方案中，含臭氧的氣體與堿性介質(zhì)66通過滌氣器38的流路由垂直相隔的塔板62確定。另外，當(dāng)塔板62被填充介質(zhì)所代替時(shí)，含臭氧的氣體與堿性介質(zhì)66通過滌氣器38的流路由填充介質(zhì)確定。使用的填充介質(zhì)為環(huán)、馬鞍形填料、珠或球提供促進(jìn)含臭氧的氣體與堿性介質(zhì)66之間緊密接觸的非常高的表面積。由于含臭氧氣體和堿性介質(zhì)66的緊密接觸，臭氧被離解成為二原子的氧，在氣體中存在的臭氧基本上完全被破壞，由此將含臭氧的氣體轉(zhuǎn)化成基本上無臭氧的氣體。因此，通過滌氣器38的氣體出口54排出的基本上無臭氧的氣體具有符合允許限度的被降低的臭氧濃度。此處所用的術(shù)語“基本上無臭氧的氣體”還被用來包括至少在慣用的設(shè)備測(cè)定可檢測(cè)的限度之內(nèi)氣體是無臭氧的。作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)含臭氧的氣體包括排出氣體，堿性介質(zhì)66包含氫氧化鈉溶液或燒堿液時(shí)，在滌氣器38中含臭氧的氣體與堿性介質(zhì)66之間的緊密接觸導(dǎo)致含臭氧的氣體中的任何二氧化碳被堿性介質(zhì)66所基本上吸收。經(jīng)過出口54從滌氣器38排出的氣體可以通過導(dǎo)管70和72被供入到車間10的紙漿漂白段68或者可以被供入到或通過導(dǎo)管70和74(以虛線所示)再循環(huán)到臭氧發(fā)生器12。注意，紙漿漂白段68可被配置在車間10的紙漿漂白段24的上游或下游。如果排出氣體被再循環(huán)到臭氧發(fā)生器12的話，重要的是吸收二氧化碳以避免對(duì)臭氧發(fā)生器效果的負(fù)面影響，并且當(dāng)被供入到紙漿漂白段68時(shí)它還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對(duì)此段中的紙漿操作造成負(fù)面影響。通過液體出口60從滌氣器38排出的堿性介質(zhì)并可被供應(yīng)到相關(guān)的制漿工廠的其他部份(如流向箭頭76所指)作進(jìn)一步加工。
本發(fā)明提供一種分解在紙漿漂白車間中使用的含臭氧的氣體中殘留臭氧的成本有效的方法。避免了與已知的臭氧熱分解裝置相連的較高的電費(fèi)。作為另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，在某些情況中，本發(fā)明的方法還(通過堿性介質(zhì))基本上完全吸收氣體中存在的任何二氧化碳，這是使用已知的熱或催化劑分解裝置所不可能達(dá)到的。另外，每一種的堿性介質(zhì)是通?？蓮闹茲{工廠內(nèi)的各種來源(包括紙漿漂白車間10)獲得的，這進(jìn)一步增大了本發(fā)明方法的經(jīng)濟(jì)效果。
盡管上述的說明已詳細(xì)地提供了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，但是應(yīng)該明白，在不背離如所附的權(quán)利要求書的真實(shí)的精神與范圍的前提下可以作許多的改型、替換和變化。因此本發(fā)明并不限于上述的具體的優(yōu)選的實(shí)施方案，本發(fā)明僅受下面的權(quán)利要求書所確定。
權(quán)利要求
1.一種再加工存在于紙漿漂白車間中的含臭氧氣體的方法，所說的方法包括以下步驟向滌氣器供應(yīng)含臭氧的氣體；隨著含臭氧氣體流經(jīng)滌氣器而減少其臭氧的濃度，其中該減少臭氧濃度的步驟包括向滌氣器供應(yīng)堿性介質(zhì)；在滌氣器中含臭氧的氣體以與堿性介質(zhì)逆向關(guān)系流動(dòng)以致在滌氣器中使含臭氧的氣體與堿性介質(zhì)之間形成緊密的接觸，由此使含臭氧的氣體轉(zhuǎn)變成基本上無臭氧的氣體；其中所說的方法還包括分別從滌氣器排出基本上無臭氧的氣體與堿性介質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中堿性介質(zhì)包括氫氧化鈉溶液。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中堿性介質(zhì)包括燒堿液。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中堿性介質(zhì)包括后氧段濾液。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中堿性介質(zhì)包括弱黑液。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中堿性介質(zhì)包括來自紙漿漂白車間的Eo段的濾液。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中堿性介質(zhì)的堿濃度范圍為約1克堿/升溶液～約100克堿/升溶液之間。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中含臭氧的氣體包含已在紙漿漂白車間的紙漿漂白段中與紙漿部份反應(yīng)的排出氣體；所說的供應(yīng)含臭氧的氣體的步驟包將從紙漿的漂白段排出的氣體供向滌氣器。
9.權(quán)利要求8的方法，還包括如下的步驟隨著排出的氣體流經(jīng)滌氣器而降低排出氣體的二氧化碳濃度。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中含臭氧的氣體包含新鮮的漂白氣體，并且當(dāng)新鮮的漂白氣體進(jìn)入到滌氣器之前，在載氣中新鮮的漂白氣體的臭氧濃度范圍為約6％重量～約14％重量；所說的供應(yīng)含臭氧的氣體步驟包括，在沒有任何干涉新鮮的漂白氣體與紙漿反應(yīng)的情況下，從臭氧發(fā)生器向滌氣器供應(yīng)新鮮的漂白氣體。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中所說的分別排出步驟包括以下的步驟從滌氣器的液體出口排出堿性介質(zhì)；從滌氣器的氣體出口向臭氧發(fā)生器排放基本上無臭氧的氣體。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中所說的分別排出步驟包括以下的步驟從滌氣器的液體出口排出堿性介質(zhì)；從滌氣器的氣體出口向紙漿漂白車間的紙漿漂白段排放基本上無臭氧的氣體。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中滌氣器基本上是垂直取向的，并包括一般的園筒形外殼，該園筒形外殼形成處于其中的內(nèi)室，該內(nèi)室具有上部和下部，滌氣器還包括與內(nèi)室的下部以流體相通的氣體進(jìn)口和液體出口，和與內(nèi)室的上部以流體相通的氣體出口和液體入口；所說的供應(yīng)含臭氧的氣體步驟包括向滌氣器的氣體進(jìn)口供應(yīng)含臭氧的氣體；所說的供應(yīng)堿性介質(zhì)步驟包括向滌氣器的液體進(jìn)口供應(yīng)堿性介質(zhì)；所說的分別排出步驟包括以下步驟從滌氣器的氣體出口排出基本上無臭氧的氣體；和從滌氣器的液體出口排出堿性介質(zhì)。
全文摘要
一種再加工存在于紙漿漂白車間中的含臭氧的氣體方法,包括以下步驟:向滌氣器供應(yīng)含臭氧的氣體,和隨著氣體流經(jīng)滌氣器而減少氣體的臭氧濃度。減少步驟包括下步驟:向滌氣器供應(yīng)堿性介質(zhì),和在滌氣器中使含臭氧的氣體與堿性介質(zhì)以逆向關(guān)系流動(dòng)以便在含臭氧的氣體與堿性介質(zhì)之間形成緊密的接觸,由此使含臭氧的氣體轉(zhuǎn)化成基本上無臭氧的氣體。堿性介質(zhì)可以包含一種下列的物質(zhì):氫氧化鈉溶液;燒堿液;后氧段濾液;弱黑液;或來自紙漿漂白車間的E
文檔編號(hào)B01D53/46GK1198786SQ96197410
公開日1998年11月11日 申請(qǐng)日期1996年8月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月7日
發(fā)明者杰弗里·朗斯維爾, 南修介 申請(qǐng)人:貝洛特工藝技術(shù)公司