Способ мониторинга и ингибирования образования отложений в выпарных аппаратах и концентраторах целлюлозного завода

Способ мониторинга и ингибирования образования отложений в выпарных аппаратах и концентраторах целлюлозного завода

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится в общем к способам мониторинга и ингибирования образования отложений. Более конкретно, данное изобретение относится к способу мониторинга и ингибирования образования отложений из отработанного щелока выпарных аппаратов и концентраторов целлюлозного завода. Данное изобретение является особенно существенным в отношении способа мониторинга и ингибирования образования отложений в выпарных аппаратах и концентраторах целлюлозных заводов с целью повышения эффективности процесса при операциях получения целлюлозной массы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Способ сульфатной варки целлюлозы является одним из основных способов получения целлюлозы в целлюлозно-бумажной промышленности. Полученный в результате сульфатной варки целлюлозы отработанный щелок (черный щелок или «ЧЩ») содержит различные органические материалы, а также неорганические соли, отложение которых снижает эффективность цикла регенерации химикатов. Применяемые для получения целлюлозы неорганические химические вещества и энергию регенерируют при сжигании ЧЩ в котлах-утилизаторах. Для эффективного сжигания в рекуперационной печи ЧЩ, поступающий из варочных котлов с относительно низкими концентрациями твердых веществ, следует выпарить и сконцентрировать по меньшей мере до содержания твердых веществ 60%, обычно в многостадийном процессе (то есть, в выпарной батарее).

Способ натронной варки целлюлозы отличается от способа сульфатной варки тем, что при натронной варке не применяют сульфид натрия, что приводит к меньшему содержанию сульфата натрия в отработанном щелоке. В противоположность этому, в сульфитном способе применяют некоторые количества бисульфита натрия, аммония, магния или кальция, что приводит к высокой концентрации сульфата в отработанном щелоке. В нейтрально-сульфитном способе получения полуцеллюлозы («НСПП») применяют и сульфит натрия, и карбонат натрия. Хотя соотношение между образующими отложения неорганическими компонентами в этих способах различаются, сами компоненты по существу являются одними и теми же.

Образование отложений неорганических солей в выпарных аппаратах и концентраторах для отработанного щелока продолжает быть одной из самых устойчивых проблем, существующих в целлюлозно-бумажной промышленности. Концентрированный щелок содержит ионы кальция, натрия, карбоната и сульфата в достаточно высокой концентрации, чтобы образовать отложения, которые выпадают из раствора и осаждаются на нагретых поверхностях. Наиболее важными типами отложений в выпарных аппаратах являются твердые отложения, такие как карбонат кальция (CaCO₃), и мягкие отложения, такие как буркеит (2(Na₂SO₄):Na₂CO₃). Растворимость обоих типов отложений снижается с повышением температуры, что вызывает налипание отложений на теплопроводных поверхностях, что резко снижает общую эффективность выпарного аппарата (См. Smith, J.В. & Hsieh, J.S., Preliminary investigation into factors affecting second critical solids black liquor scaling (Предварительное исследование факторов, влияющих на второе критическое образование отложений из черного щелока), TAPPI Pulping/Process, Prod. Qual. Conf., pp.1-9. 2000; и Smith, J.В. & Hsieh, J.S., Evaluation of sodium salt scaling in a pilot falling film evaporator (Оценка образования отложений солей натрия в опытном выпарном аппарате с падающей пленкой), TAPPI Pulping/Process, Prod. Qual. Conf., pp.1013-1022, 2001; и Smith, J.В. et al., Quantifying burkeite scaling in a pilot falling film evaporator (Количественное определение образования отложения буркеита в опытном выпарном аппарате с падающей пленкой), TAPPI Pulping Conf., pp.898-916, 2001).

Растворимость карбоната кальция в воде очень низка, в то время как буркеит является растворимым. Осадки карбоната кальция образуются в значительной степени на многих стадиях процесса изготовления бумаги. Контроль по карбонату кальция - это довольно развитая область вне применения выпарного аппарата. С другой стороны, буркеит, который выпадает в осадок, когда общая концентрация твердых веществ достигает примерно 50%, представляет специфическую проблему выпарных аппаратов и концентраторов. В то время как буркеит в значительной степени влияет на производительность, не существует ни способов мониторинга, ни химических продуктов для эффективного регулирования содержания буркеита.

Влиять на осаждение из супернасыщенного раствора неорганических солей, так хорошо растворимых в воде, как буркеит, очень трудно (см. Патенты США №№5716496; 5647955; 6090240). Однако известно, что полиакрилат натрия действует для буркеита как модификатор роста кристаллов (См. EP 0289312). Кроме того, полиакриловые кислоты и сополимеры метил-виниловый эфир/малеиновый ангидрид могут действовать как ингибиторы для мягких отложений, таких как буркеит (См. Патенты США №№4255309 и 4263092). Предполагали также, что агентами для контроля отложений в выпарных аппаратах могут быть также смеси анионно/катионных полимеров (См. Патенты США №№5254286 и 5407583).

Обычно мониторинг неорганических отложений наиболее эффективно осуществляют с применением способов, основанных на использовании микровесов с кварцевыми кристаллами («ККМ»). Однако возможность применения приборов на основе ККМ определяется стабильностью сенсорного кристалла в условиях процесса. Такие приборы нельзя применять при высокой температуре и/или в условиях высокой щелочности. Это ограничение делает этот способ бесполезным в варочных котлах и выпарных аппаратах. Кроме простого гравиметрического способа и неколичественного способа определения с применением Lasentec-FBRM®, для щелоков с содержанием твердых веществ выше 55% был предложен лабораторный способ, основанный на накоплении осадка на нагретой поверхности. Для применения в выпарных аппаратах или концентраторах для отработанного щелока при нормальных рабочих условиях не было предложено никаких способов.

Таким образом, все еще существует потребность в разработке альтернативных и более эффективных способов мониторинга и ингибирования осаждения буркеита и других отложений в целлюлозно-бумажной промышленности. Такое ингибирование имеет особенное значение в выпарных аппаратах и концентраторах целлюлозных заводов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В данном описании предложен способ ингибирования и/или мониторинга образования отложений из отработанного щелока в выпарном аппарате или концентраторе целлюлозного завода в процессе изготовления бумаги. Типы отложений обычно включают буркеит (мягкие отложения), сульфат натрия и карбонат натрия (обычно оба они являются компонентами мягких отложений) и т.п., а также, в некоторых случаях, захваченный органический материал. В одном из примеров реализации отложения также включают твердые отложения, такие как карбонат кальция. Описанный способ можно равным образом применять в любом типе выпарных аппаратов или концентраторов целлюлозного завода, например, при сульфатной, натронной, сульфитной и НСПП варке целлюлозы.

Способ включает измерение изменений теплопроводности на поверхности сенсора или датчика с регулируемой температурой. Теплопроводность зависит от уровня образования отложений на датчике. В одном из примеров реализации теплопроводность измеряют только на внешней поверхности датчика. Обратная зависимость растворимости образующих отложения осадков от температуры позволяет применять такой способ мониторинга отложений. Теплопроводность обратно пропорциональна массе скопившегося осадка.

В одном из примеров реализации способ включает введение датчика, имеющего внешнюю поверхность с регулируемой температурой, в трубопровод выпарного аппарата/концентратора целлюлозного завода. В одном из примеров реализации способ включает также измерение теплопроводности внешней поверхности с регулируемой температурой. Теплопроводность зависит от количества отложений, осажденных на внешней поверхности с регулируемой температурой. Уровень образования отложений в системе определяют на основе измеренной теплопроводности. В одном из примеров реализации измеренную величину теплопроводности передают на блок управления. В соответствии с одним из примеров реализации, если определенный уровень образования отложений выше заданного уровня, то к отработанному щелоку добавляют эффективное количество ингибирующей образование отложений композиции.

В альтернативных примерах реализации данное изобретение включает добавление к отработанному щелоку одного или более ингибирующих образование отложений или регулирующих образование осадка химических веществ. Представители таких химических веществ включают жирные кислоты растительного происхождения, органические жирные кислоты, ароматические кислоты, такие как ароматические кислоты с низкой молекулярной массой и полимерные ароматические кислоты; органические поликарбоновые кислоты, сложные эфиры, ангидриды и амиды органических кислот; алифатические и ароматические сульфоновые кислоты - с низкой молекулярной массой и полимерные; амины - с низкой молекулярной массой и полимерные; поли(акриловую/малеиновую) кислоту и т.п., а также любые их сочетания. При использовании жирных кислот растительного происхождения в сочетании с поли(акриловой/малеиновой) кислотами наблюдали неожиданно сильный синергический эффект.Другие предпочтительные химические вещества включают некоторые "зеленые" химические вещества, такие как жидкие смеси твердых жирных кислот и их сложных эфиров, или одних жирных кислот (обычно полученные из биопродуктов, включая побочные продукты получения биодизельного топлива).

В одном из аспектов данное изобретение включает применение устройства для постоянного наблюдения за отработанным щелоком с целью мониторинга образования отложений. Устройство включает датчик, имеющий механизм или устройство для регулирования температуры и механизм или устройство для измерения теплопроводности на внешней поверхности датчика. Измеренная теплопроводность на внешней поверхности связана с образованием осадка на внешней поверхности. В одном из примеров реализации датчик способен передавать измеренное значение теплопроводности на блок управления. В одном из примеров реализации устройство является термочувствительным, и теплопроводность на внешней поверхности устройства возрастает с увеличением уровней образования осадка. Предполагают, что это устройство можно также использовать в комплекте лабораторного оборудования для проведения испытаний эффективности ингибиторов образования отложений.

Низкое содержание твердых веществ в разбавленном черном щелоке (например, ниже 55%) не создает ограничения для использования описанного устройства в способе по данному изобретению. Проблемы образования отложений начинают возникать в отработанном щелоке, имеющем содержание твердых веществ ниже 50%, поэтому важной характерной особенностью данного изобретения является то, что оно не имеет таких ограничений и является эффективным в черном щелоке, имеющем широкий диапазон содержания твердых веществ, который обычно присутствует в выпарных аппаратах и концентраторах целлюлозного завода.

Преимуществом данного изобретения является то, что оно обеспечивает способ мониторинга различных типов образования отложений из отработанного щелока в выпарных аппаратах и концентраторах целлюлозных заводов.

Дополнительным преимуществом данного изобретения является то, что оно обеспечивает способ ингибирования осаждения мягких отложений из отработанного щелока в выпарных аппаратах и концентраторах целлюлозных заводов.

Дополнительным преимуществом данного изобретения является то, что оно обеспечивает способ ингибирования осаждения твердых отложений из отработанного щелока в выпарных аппаратах и концентраторах целлюлозных заводов.

Еще одним преимуществом данного изобретения является то, что оно предотвращает потери эффективности производства в выпарных аппаратах целлюлозных заводов, связанные с выпариванием, вызванные образованием отложений.

Еще одним преимуществом данного изобретения является то, что оно обеспечивает способ непрерывного мониторинга влияния технологических изменений на образование отложений из отработанного щелока в выпарных аппаратах и концентраторах целлюлозных заводов.

Еще одним преимуществом данного изобретения является то, что оно обеспечивает способ непрерывного мониторинга реализации программы по контролю образования отложений в выпарных аппаратах и концентраторах целлюлозных заводов.

Еще одним преимуществом данного изобретения является то, что оно обеспечивает способ мониторинга концентрации ингибирующей образование отложений композиции в отработанном щелоке путем применения инертного флуоресцентного трассера.

Дополнительные характерные особенности и преимущества приведены в тексте настоящего описания, и они станут очевидными из последующего подробного описания и Примеров.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из аспектов данный способ включает устройство для мониторинга образования мягких отложений в выпарных аппаратах и концентраторах целлюлозных заводов. Хотя можно предположить любое пригодное устройство, предпочтительным устройством является монитор для отслеживания образования осадков из отработанного или черного щелока (МОЧЩ). МОЧЩ включает металлический датчик или сенсор (например, из нержавеющей стали, сплава или любого другого пригодного материала), снабженный нагревателем и системой регулирования нагрева, например, электрическими, электронными, твердофазными или любыми другими нагревателями и/или системами регулирования нагрева. Теплопроводность на внешней поверхности устройства изменяется в соответствии с образованием отложений. Можно отслеживать и контролировать действительную температуру поверхности металла. В одном из примеров реализации МОЧЩ включает внешний металлический кожух и поверхностную термопару, вставленную под внешний металлический кожух. В одном из примеров реализации температуру датчика контролируют и регулируют с использованием компонентов на пульте управления. В предпочтительном примере реализации МОЧЩ представляет собой часть системы управления, или же находится в соединении с ней.

"Система управления", "блок управления" и т.п. термины относятся к устройству с ручным управлением или к электронному устройству, имеющему такие компоненты, как процессор, устройство памяти, электронно-лучевая трубка, жидкокристаллический дисплей, плазменная панель, сенсорный экран или другой монитор, и/или другие компоненты. В некоторых случаях блок управления может быть объединен с одной или более специфичных в применении интегральных схем, программ или алгоритмов, одним или более устройств, реализованных на схемах, или же одним или более механических устройств. Некоторые или все функции системы управления могут располагаться в центре управления, таком как сетевой сервер, для соединения по локальной сети, глобальной сети, беспроводной сети, Интернету, микроволновой связи, инфракрасной связи и т.п. Кроме того, для облегчения алгоритмов обработки сигнала можно включить другие компоненты, такие как формирователь сигналов или системный монитор. В одном из примеров реализации блок управления объединен с пультом управления процесса изготовления бумаги.

В одном из примеров реализации схема управления является автоматизированной. В другом примере реализации схема управления является ручной или полуручной, где оператор интерпретирует измеряемые сигналы теплопроводности и определяет химические вещества, загружаемые в трубопровод с отработанным щелоком, например, дозировку ингибирующей образование отложений композиции. В одном из примеров реализации измеренный сигнал теплопроводности интерпретирует система управления, которая регулирует количество ингибирующей образование отложений композиции, которое нужно ввести в систему, чтобы поддерживать измеренную скорость изменения теплопроводности в заданном диапазоне или на заданном значении. В одном из примеров реализации блок управления интерпретирует сигнал и регулирует количество ингибирующей образование отложений композиции, которое нужно ввести в линию отработанного щелока, чтобы поддержать скорость изменения измеряемой теплопроводности.

Причиной образования осадка на МОЧЩ обычно является градиент температуры между раствором отработанного щелока и нагретым датчиком. Поверхностную температуру регулируют с применением блока управления, который регулирует подаваемую на датчик мощность, что приводит к постоянному профилю температуры поверхности при заданном наборе условий в не вызывающей образования отложений среде. Отслеживают повышение поверхностной температуры из-за образования осадка на поверхности теплопереноса. Слой отложений создает изолирующий барьер между поверхностью металла и объемом воды, препятствуя достаточному охлаждению, вызывая тем самым повышение температуры поверхности металла. Поверхностную термопару датчика обычно соединяют с блоком управления/монитором температуры, который соединен с системой регистрации данных. В одном из примеров реализации датчик включает термопару для измерений внутренней температуры, соединенную с блоком управления/монитором температуры.

В одном из примеров реализации теплопроводность измеряют и/или передают на блок управления периодически. В одном примере реализации теплопроводность измеряют и/или передают на блок управления непрерывно. В другом примере реализации теплопроводность измеряют и/или передают в соответствии с заданной временной программой. В еще одном примере реализации теплопроводность измеряют в соответствии с одной программой и передают в соответствии с другой программой. В альтернативных примерах реализации теплопроводность может быть измерена и/или передана любым пригодным образом.

В одном из примеров реализации данное изобретение включает способ ингибирования образования отложений из отработанного щелока в выпарном аппарате или концентраторе целлюлозного завода. Термин "отработанный щелок" относится к черному щелоку после получения целлюлозы по сульфатному, щелочному, сульфитному способу, или в соответствии с нейтрально-сульфитным способом получения полуцеллюлозы (НСПП). Отложения могут включать буркеит, сульфат натрия, карбонат натрия и захваченные ими органические материалы. Другие отложения могут включать карбонат кальция и/или органический материал. Предполагают, что этот способ можно осуществить для ингибирования образования любого типа отложений в многообразии различных систем.

В условиях, когда количество отложений определяют, чтобы гарантировать добавление ингибирующей образование отложений композиции, данный способ включает введение в отработанный щелок эффективного количества ингибирующей образование отложений композиции. Композиция может включать одно или более соединений, таких как органические моно- и поликарбоновые кислоты (например, жирные кислоты и ароматические кислоты с низкой и высокой молекулярной массой); полимерные ароматические кислоты; сложные эфиры, ангидриды и амиды органических кислот; алифатические и ароматические сульфоновые кислоты с низкой и высокой молекулярной массой, а также полимерные; амины с низкой и высокой молекулярной массой, а также полимерные; и т.п.

Кислоты можно применять в том виде, в котором они существуют, или же в виде предшественников, которые приводят к образованию кислотных функциональных групп при нахождении в среде обработки. Представители предшественников включают сложные эфиры, соли, ангидриды или амиды. Можно также применять комбинации этих соединений, причем некоторые комбинации дают синергический эффект.Например, комбинация может включать сополимер малеиновой кислоты/акриловой кислоты, смешанный с жирными кислотами и/или сложными эфирами жирных кислот, как это показано в нижеприведенных примерах.

В одном из примеров реализации, жирные кислоты и/или сложные эфиры жирных кислот получены из процесса получения биодизельного топлива. На некоторых стадиях в ходе производства биодизельного топлива, включая фазу переработки неочищенного глицерина, могут образовываться нежелательные побочные продукты. Такие побочные продукты получаются также при реакциях переэтерификации с использованием триглицеридов. Эти побочные продукты обычно представляют собой смесь жирных кислот и сложных эфиров жирных кислот. Например, они могут представлять собой смесь жирных кислот и сложных эфиров жирных кислот в соотношении 1:1 с вязкостью, позволяющей осуществить подачу их в отработанный щелок с использованием стандартного оборудования. В соответствии с одним из примеров реализации, побочный продукт, состоящий из жирных кислот, можно получить при добавлении кислоты к раствору солей жирных кислот фазы неочищенных алкильных сложных эфиров жирных кислот в процессе получения биодизельного топлива. Иначе его можно получить при добавлении кислоты к раствору солей жирных кислот фазы неочищенного глицерина. Например, побочный продукт на основе жирных кислот можно получить путем добавления кислоты к кубовому остатку стадии этерификации и/или путем добавления кислоты к промывной воде (т.е. мыльной воде) эфирового продукта.

Побочный продукт на основе жирных кислот можно также получить при подкислении любого технологического потока процесса получения биодизельного топлива, содержащего один или более компонентов солей жирных кислот. Например, добавление кислоты к раствору солей жирных кислот фазы неочищенных алкильных сложных эфиров жирных кислот; добавление кислоты к раствору солей жирных кислот фазы неочищенного глицерина и подкисление по меньшей мере одного технологического потока процесса получения биодизельного топлива, содержащего по меньшей мере один компонент из солей жирных кислот.

В одном из примеров реализации побочный продукт на основе жирных кислот включает примерно от 1 до 50% масс, одного или более сложных метиловых эфиров и примерно от 50 до 99% масс, одной или более жирных кислот. В соответствии с альтернативными примерами реализации побочный продукт на основе жирных кислот включает один или более сложных метиловых эфиров, органических солей, неорганических солей, метанол, глицерин и воду. Остальные компоненты могут включать, например, неомыляемые вещества.

Следует понимать, что описанные способы получения приведены для примера, и не предполагают, что они являются ограничивающими. Например, Патентная Заявка США №11/355468, во всем объеме включенная в текст настоящего описания посредством ссылки, предлагает более подробное описание таких побочных продуктов получения биодизельного топлива.

Представители свободных жирных кислот, получаемых из побочных продуктов производства биодизельного топлива, включают пальмитиновую кислоту, пальмитолеиновую кислоту, стеариновую кислоту, олеиновую кислоту, линолевую кислоту, линоленовую кислоту, арахиновую кислоту, эйкозеновую кислоту, бегеновую кислоту, лигноцериновую кислоту, тетракозеновую кислоту и т.п., а также их сочетания. Побочный продукт на основе жирных кислот обычно включает одну или более C6-C24 насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, солей C6-C24 насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, сложные метиловые эфиры, сложные этиловые эфиры и т.п., а также их сочетания. Побочный продукт на основе жирной кислоты может дополнительно включать один или более компонентов, таких как C1-C6 одно-, двух- и трехатомных спиртов, а также их сочетания.

В другом примере реализации пригодные жирные кислоты и сложные эфиры жирных кислот получают из таллового масла, побочного продукта переработки древесины. Типичный состав жирных кислот таллового масла включает примерно 1% пальмитиновой кислоты; примерно 2% стеариновой кислоты; примерно 48% олеиновой кислоты; примерно 35% линолевой кислоты; примерно 7% линолевой кислоты с сопряженными связями (С₂(CH₂)_xCH=CHCH=CH(CH₂)_yCOOH, где x обычно равно 4 или 5, y обычно равно 7 или 8, а x+y равно 12); примерно 4% других кислот, таких как 5, 9, 12-октадекатриеновой кислоты, линоленовой кислоты, 5, 11, 14-эйкозатреновой кислоты, цис,цис-5,9-октадекадиеновой кислоты, эйкозадиеновой кислоты, элаидиновой кислоты, цис-11-октадекановой кислоты и C-20, C-22, C-24 насыщенных кислот; и примерно 2% неомыляемых веществ.

В одном из примеров реализации ингибирующая образование отложений композиция включает органическую карбоновую кислоту, например, сополимер акриловой и малеиновой кислот в соотношении 1:1, имеющую молекулярную массу примерно от 1000 до 50000. В одном из примеров реализации эта композиция включает отдельную карбоновую кислоту или смесь жирных кислот и/или сложных эфиров жирных кислот с длиной цепи примерно от 5 до 50, и может происходить из побочных продуктов получения биодизельного топлива, как было разъяснено выше. В одном из примеров реализации композиция включает сополимер этилена-винилацетата-метакриловой кислоты с молекулярной массой примерно от 1000 до 50000. В другом примере реализации композиция включает фталевую кислоту и другие ароматические вицинальные дикарбоновые кислоты. В еще одном примере реализации композиция включает один или более полимеров, полученных из льняного масла. Соответствующие полимеры из льняного масла получают посредством термической полимеризации льняного масла в присутствии малеинового ангидрида, возможно, с дополнительным сшиванием посредством пентаэритритола.

В одном из примеров реализации ингибирующая образование отложений композиция включает ангидрид или амид органической кислоты. Представители ангидридов или амидов включают ангидриды моно- или дикарбоновых кислот, такие как октадеценил/гексадеценил-янтарный ангидрид, октадеценил/изооктадеценил-янтарный ангидрид, смеси ангидридов жирных кислот, амиды 1,8-нафталиндикарбоновой кислоты, полиизобутенил янтарные ангидриды и т.п., а также их сочетания. Пригодные полиизобутенил янтарные ангидриды обычно имеют молекулярную массу в диапазоне примерно от 400 Да до 10 КДа.

В одном из примеров реализации ингибирующая образование отложений композиция включает сульфоновые кислоты, такие как сополимер стиролсульфомалеиновой кислоты, имеющий соотношение 1:1, с молекулярной массой примерно от 1000 до 50000. В одном из примеров реализации сульфоновая кислота представляет собой сульфированный продукт конденсации нафталина и формальдегида. В другом примере реализации сульфоновая кислота представляет собой алкил- или алкенилсульфоновую кислоту, имеющую длину алкильной цепи примерно от C5 до C24.

В еще одном примере реализации ингибирующая образование отложений композиция включает амин, например, линейный или сшитый полиэтиленимин с молекулярной массой примерно от 1000 до 100000. В одном из примеров реализации амин представляет собой карбоксиметильную или дитиокарбаматную производную линейного или сшитого полиэтиленимина с молекулярной массой примерно от 1000 до 100000. В одном из примеров реализации амин представляет собой сополимер N-винилпирролидон-диаллилдиметиламмония. В другом примере реализации амин представляет собой 4-пиперидинол, например, 2,2,6,6-тетраметил-4-пиперидинол, или же другой алифатический или циклический амин.

Не привязываясь к какой-либо конкретной теории, можно предположить, что сложные эфиры, ангидриды и амиды некоторых органических кислот проявляют активность из-за их быстрого гидролиза и высвобождения свободных кислот. Кроме того, неожиданной была активность описанных сульфоновых кислот и аминов. Механизм их действия отличается от механизма действия карбоновых кислот, таким образом, их можно использовать в качестве компонентов синергических композиций или в качестве автономной композиции. Например, вероятна комбинация из сополимера акриловой кислоты-малеиновой кислоты и из жирных кислот/сложных эфиров, из-за различных механизмов действия поликарбоксилатов (заблокированный рост кристаллов) и жирных кислот/сложных эфиров с длинными цепями (повышенная агломерация в объеме раствора снижает вероятность осаждения частиц на поверхностях). Следует понимать, что можно применять все возможные комбинации описанных типов химических веществ.

В альтернативных примерах реализации температура внутри выпарного аппарата или концентратора целлюлозного завода может изменяться в широких пределах. Например, в некоторых применениях температура отработанного щелока может составлять примерно от 90 до 120°C, и градиент стиролсульфомалеиновой кислоты, имеющий соотношение 1:1, с молекулярной массой примерно от 1000 до 50000. В одном из примеров реализации сульфоновая кислота представляет собой сульфированный продукт конденсации нафталина и формальдегида. В другом примере реализации сульфоновая кислота представляет собой алкил- или алкенилсульфоновую кислоту, имеющую длину алкильной цепи примерно от C5 до C24.

В еще одном примере реализации ингибирующая образование отложений композиция включает амин, например, линейный или сшитый полиэтиленимин с молекулярной массой примерно от 1000 до 100000. В одном из примеров реализации амин представляет собой карбоксиметильную или дитиокарбаматную производную линейного или сшитого полиэтиленимина с молекулярной массой примерно от 1000 до 100000. В одном из примеров реализации амин представляет собой сополимер N-виниллирролидон-диаллилдиметиламмония. В другом примере реализации амин представляет собой 4-пиперидинол, например, 2,2,6,6-тетраметил-4-пиперидинол, или же другой алифатический или циклический амин.

Не привязываясь к какой-либо конкретной теории, можно предположить, что сложные эфиры, ангидриды и амиды некоторых органических кислот проявляют активность из-за их быстрого гидролиза и высвобождения свободных кислот. Кроме того, неожиданной была активность описанных сульфоновых кислот и аминов. Механизм их действия отличается от механизма действия карбоновых кислот, таким образом, их можно использовать в качестве компонентов синергических композиций или в качестве автономной композиции. Например, вероятна комбинация из сополимера акриловой кислоты-малеиновой кислоты и из жирных кислот/сложных эфиров, из-за различных механизмов действия поликарбоксилатов (заблокированный рост кристаллов) и жирных кислот/сложных эфиров с длинными цепями (повышенная агломерация в объеме раствора снижает вероятность осаждения частиц на поверхностях). Следует понимать, что можно применять все возможные комбинации описанных типов химических веществ.

В альтернативных примерах реализации температура внутри выпарного аппарата или концентратора целлюлозного завода может изменяться в широких пределах. Например, в некоторых применениях температура отработанного щелока может составлять примерно от 90 до 120°C, и градиент температуры между отработанным щелоком и нагретым датчиком составляет примерно от 70 до 80°C. Для датчика предпочтительными являются температуры примерно от 170 до 190°C, хотя более предпочтительным диапазоном является примерно от 180 до 185°C. Типичные скорости потока в выпарном аппарате или концентраторе целлюлозного завода составляют примерно от 1,89 до 11,34 л/мин (от 0,5 до 3 гал/мин.) На градиент температуры влияют расход и температура отработанного щелока, и обычно его устанавливают для каждого применения. Расход и состав отработанного щелока влияют на массо- и теплоперенос к/от нагретой поверхности датчика. Таким образом, соответственно регулируют время осаждения (то есть, накопления осадка) и требуемый градиент температуры. Эти параметры являются специфическими для условий в конкретном выпарном аппарате, и их следует определять эмпирически или теоретически для каждого применения. Поддержания постоянного расхода обычно достигают с помощью автоматического регулятора потока, например, регулятора противодавления.

Предпочтительный диапазон содержания ингибирующей образование отложений композиции для обработки отработанного щелока составляет примерно от 1 до 2000 частей на миллион, в расчете на отработанный щелок. Более предпочтительной дозировкой является примерно от 20 ppm до 1000 ppm. Наиболее предпочтительно, диапазон дозировки составляет примерно от 50 ррт до 500 ppm, в расчете на отработанный щелок.

В других примерах реализации мониторинг дозировки композиции и концентрации в системе включает применение молекул, имеющих флуоресцирующие или абсорбирующиеся частицы (то есть, трассеров). Такие трассеры обычно являются инертными, и их добавляют к системе в известных соотношениях к ингибирующей образование отложений композиции. "Инертный", как это используют в тексте настоящего описания, означает, что на инертный трассер (например, на инертный флуоресцентный трассер) не влияют, в заметной или значительной степени, какие-либо другие химические вещества в отработанном щелоке, или же другие параметры системы, такие как температура, давление, щелочность, концентрация твердых веществ и/или другие параметры. "Не влияет в заметной или значительной степени" означает, что, в условиях, существующих обычно в отработанном щелоке, флуоресцентный сигнал инертного флуоресцентного соединения изменяется не более чем примерно на 10 процентов.

Представители инертных флуоресцентных трассеров, пригодных для использования в способе по данному изобретению, включают тетранатриевую соль 1,3,6,8-пирентетрасульфоновой кислоты (реестр CAS №59572-10-0); моносульфированные антрацены и их соли, включая, но не ограничиваясь этим, натриевую соль 2-антраценсульфоновой кислоты (реестр CAS №16106-40-4); дисульфированные антрацены и их соли (см. Патентную Заявку США №2005/0025659 A, и Патент США №6966213 B2, каждый из которых полностью включен в текст настоящего описания посредством ссылок); другие пригодные флуоресцентные соединения; и их сочетания. Эти инертные флуоресцентные трассеры или имеются в продаже под торговым наименованием TRASAR® от Nalco Company® (Naperville, IL), или же их можно синтезировать с использованием известных специалистам в области органической химии способов.

Мониторинг концентрации трассеров с использованием легкой абсорбируемости или флуоресценции позволяет осуществить точный контроль дозировки ингибирующей образование отложений композиции. Например, флуоресцентный сигнал инертного флуоресцентного химического вещества можно использовать для того, чтобы определить концентрацию композиции или соединения, ингибирующих образование отложений, в системе. Таким образом, флуоресцентный сигнал инертного флуоресцентного химического вещества используют для того, чтобы определить, присутствует ли в отработанном щелоке желаемое количество ингибирующей образование отложений композиции или продукта, а затем можно отрегулировать подачу композиции, чтобы обеспечить присутствие желаемого количества ингибитора образования отложений в отработанном щелоке. Такая комбинация с мониторингом концентрации на основе флуоресценции обеспечивает полное описание характеристик системы.

ПРИМЕРЫ

Предшествующее описание может быть лучше понято со ссылкой на следующие примеры, которые, как предполагают, приведены для иллюстративных целей и не ограничивают объем данного изобретения.

Протокол экспресс-испытаний

Насыщенный синтетическим буркеитом черный щелок был получен путем растворения предварительно смешанных в массовом соотношении 1:2,68 безводного карбоната натрия/сульфата натрия, в течение 3 часов, в примерно 40% черном щелоке (разбавленном из 50% черного щелока для снижения вязкости). Использовали 1,5 кг безводной твердой смеси на 5-литровый образец. Раствор использовали повторно, после повторного насыщения твердым синтетическим буркеитом. Насыщенный буркеитом синтетический черный щелок хранили до тех пор, пока из раствора не осадятся все твердые вещества, а затем декантировали.

Экспресс-испытание на выпадение в осадок и отложение буркеита включало помещение 600 мл образца синтетического насыщенного буркеитом черного щелока в цилиндр из нержавеющей стали, снабженный термопарой и нагревающим элементом. Нагревающий элемент представлял собой нагревающий стержень из нержавеющей стали мощностью 100 Ватт. Стержень нагревали до полной мощности в течение 20 минут, чтобы дать возможность образцу достичь конечной температуры примерно