FI110327B

FI110327B - Menetelmä sellumassan valmistamiseksi

Info

Publication number: FI110327B
Application number: FI992132A
Authority: FI
Inventors: Mikael Svedman; Paeivi Uusitalo; Asko Paakki
Original assignee: Metso Chemical Pulping Oy
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2002-12-31
Also published as: FI19992132A; EP1242674A1; ATE472630T1; US6939439B1; BR0013839A; CA2381414C; EP1242674B1; AU7666500A; JP2003511569A; CA2381414A1; DE60044613D1; WO2001025531A1

Description

1 110327

MENETELMÄ SELLUMASSAN VALMISTAMISEKSI

Keksinnön tausta 5

Sulfaattikeittoprosessissa selluloosamateriaalia, tavallisimmin hakkeen muodossa, käsitellään kohotetuissa lämpötiloissa, tyypillisesti 160-180 °C:ssa, alkalisella keittoliuoksella, joka sisältää natriumhydroksidia ja natriumsulfidia. Tuoretta epäorgaanista lipeää kutsutaan valkolipeäksi, ja jätelipeää, joka 10 sisältää liuennutta puumateriaalia, kutsutaan mustalipeäksi.

Sulfaattikeittoprosessin esiintymisestä lähtien tähän päivään asti eräs tärkeimmistä tavoitteista on ollut yritys vähentää keittoprosessin energian kulutusta. Prosesseja on tämän vuoksi kehitetty muun muassa energian säästä-15 mistarkoitukseen. Jatkuvissa prosesseissa tämä voi tapahtua kuumentamalla I hakemateriaalia kuuman mustalipeän polttamisesta saadulla toisiohöyryllä.

Eräkeitossa käyttökelpoisin tekniikka on ottaa talteen kuuma mustalipeä keiton lopussa ja käyttää sen energiaa uudelleen 1) suorana lämmitysväliai-neena pumpattavaksi keittimeen seuraavan erän aikana, ja 2) kuumentaa 2 0 valkolipeä lämmönvaihtimien avulla. Hyviä esimerkkejä tästä kehityksestä . . ovat eräkeittoprosessit, joita on kuvattu esim. US- patenttijulkaisussa nro • · 5,578,149, Fagerlund, ja US-patenttijulkaisussa nro 4,764,251, Östman.

• ·

Syrjäytettyjä lipeitä, joiden lämpötila on yli 100 °C, varastoidaan yhdessä tai I · ; useassa paineistetussa kokoojassa, jotka sisältävät lisäksi jatkuvan lämmön- • < · 25 talteenottojärjestelmän (ks. esim. US-patenttijulkaisu nro 5,643,410). Tämän seurauksena eräkeiton energiahyötysuhde on parantunut.

*;··· Toinen tärkeä tavoite on ollut parantaa tuotetun sellumassan ominaisuuksia ja • laatua. Lipeänsyrjäytyserämetelmä, jossa vältetään keittimen tyhjentämistä 30 voimakkaalla kuumapuhallustekniikalla, on tehnyt tämän mahdolliseksi. Varo- ; . vainen keittimen tyhjentäminen suoritetaan tyypillisesti jäähdyttämällä keitin * *»* 110327 2 ennen tyhjennystä, vähentämällä ylipainetta keittimessä ja pumppaamalla tämän jälkeen keitetty materiaali pois keittimestä (ks. esim. US-patent-tijulkaisu 4,814,042). Lipeänsyrjäytyseräkeiton jatkokehittämiseen on myös sisältynyt energiahyötysuhteen ja jätekeittokemikaalien ja tuoreiden keittoke-5 mikaalien tehokkaan hyväksikäytön yhdistäminen parantamaan delignifiointia ja massan lujuutta (ks. esim.US-patenttijulkaisu 5,183,535 ja US-patentti-julkaisu 5,643,410). Tämä voidaan toteuttaa suorittamalla syrjäyttäminen keiton lopussa niin, että ensin otetaan talteen kuuma ja hyvin jäterikkipitoinen emämustalipeä yhteen kokoojaan ja sen jälkeen otetaan talteen pesusuo- 10 doksen likaannuttama ja kiintoainepitoisuudeltaan ja lämpötilaltaan alhaisempi mustalipeäosuus toiseen kokoojaan. Talteen otetut mustalipeät käytetään tämän jälkeen uudelleen päinvastaisessa järjestyksessä seuraavan puuhake-erän kyllästämiseksi, vastaavasti reagoimaan sen kanssa ennen I keiton viimeistelyä valkolipeällä. Täten on mahdollista aloittaa sulfaattikeitto 15 suuremmalla rikkipanoksella ja pienemmällä alkalipanoksella ja suorittaa näin tärkeät rikki-ligniinireaktiot aikaisessa vaiheessa, erityisesti kuumassa mustalipeäkäsittelyssä, sitä seuraavan delignifioinnin helpottamiseksi tuoreella keittolipeällä.

20 Täten energiansäästöihin ja delignifioidun selluloosamateriaalin ominaisuuk-. . siin, so. lujuuteen ja tasaisuuteen liittyvät parannukset ovat olleet tunnus- .. * omaista edellä mainitulle eräkeittotekniikan kehittämiselle • ) M » • ; Tärkeätä keittoprosessissa on myös, että prosessi sopii hyvin siihen liittyviin • · · 25 prosesseihin, kuten esim. jätelipeän haihduttamiseen ja sellumassan pesuun. Mustalipeän haihduttamisen, polttamisen, sulatteen valamisen vesiliuokseen -ja saadun lipeän kaustisoimisen avulla valkolipeä regeneroidaan mustali-•;..: peässä olevista kemikaaleista. Tämä muodostaa alkalisten jätelipeiden tai- •" ’; teenottamisen lähtökohdan.

30 . · ··. Perinteisesti sekä eräkeittoprosesseissa että jatkuvatoimisissa keittopro- • •tl I 3 110327 sesseissa haihdutukseen johdettu mustalipeä on peräisin kohotetussa lämpötilassa tapahtuvasta pääkeittovaiheesta. Parannetun energiahyöty-suhteen ja delignifioidun selluloosamateriaalin parannettujen ominaisuuksien tutkimuksessa on kehitetty keittomenetelmiä, joissa haihduttamoon johdettu 5 mustalipeä on kierrätetty mustalipeä, joka on peräisin keittojakson aikaisemmista vaiheista. Sellaisia prosesseja on kuvattu esim. US-patenttijulkaisussa nro 5,643,410.

On havaittu, että keiton alkuvaiheista peräisin olevan mustalipeän ominai-10 suudet eroavat perinteisestä keitosta peräisin olevan mustalipeän ominaisuuksista. Kierrätetty, keittojakson alkuvaiheista peräisin oleva mustalipeä voi hankaloittaa mustalipeän haihduttamista. Erityinen ongelma on lämmönsiirto-pintojen likaantuminen haihduttamossa, mikä johtaa lämmönsiirron heikkenemiseen. Likaantuminen voi olla niin voimakasta, että lämmönsiirtopintoja on 15 puhdistettava toistuvasti, mikä edellyttää erityisiä menettelyjä, vaatii haihdut-tamon pysäytystä ja saattaa jopa rajoittaa tuotantoa. Keittoprosessin alkuvaiheista peräisin olevan mustalipeän likaantumisongelmat haihduttamossa liittyvät tyypillisesti kalsiumiin.

20 Alkalisen keiton alkuvaiheessa kalsiumpitoinen materiaali liukenee musta-lipeään lignoselluloosamateriaalista. Perinteisessä keitossa keitto etenee •. **: kuumentamalla, lämpötila nousee eikä tapahdu olennaista lipeän vaihtamista.

: V Tämän jälkeen suurin osa keittolipeään liuenneesta kalsiumpitoisesta materi- ‘ ‘ aalista hajoaa, muodostuu kalsiumkarbonaattia ja tämän seurauksena suurin '; ': 25 osa kalsiumista imeytyy uudelleen keittimessä olevaan lignoselluloosamateri- ’;' > * aaliin. Tavallisesti tällaista keittoprosessia seuraava mustalipeän ’ ·' * haihduttaminen voidaan suorittaa ilman ongelmia, jotka aiheutuvat kalsiumin saostumisesta lämmönsiirtopintoihin, koska haihduttamoon johdettu musta-lipeä on peräisin kohotetussa lämpötilassa suoritetusta keittovaiheesta.

.Λ 30 » · · » · • · · · 4 110327

Keiton alkuvaiheista peräisin olevien mustalipeiden haihdutusongelmat liittyvät tyypillisesti sellaiseen kalsiumpitoiseen materiaaliin, joka on liuennut keiton alkuvaiheissa. Liuennut kalsiumpitoinen materiaali ei ole hajonnut, ja liuenneeseen materiaaliin sitoutuneen kalsiumin määrä mustalipeässä on 5 suuri. Seuraavassa haihdutusprosessissa mustalipeän kiintoainepitoisuus kohoaa ja tyypillisesti haihdutuslämpötila nousee. Täten liuennut materiaali hajoaa edelleen kun haihdutus etenee ja kiintoainepitoisuus ja lämpötila kohoavat. Tällöin mustalipeässä olevaan liuenneeseen materiaaliin sitoutunut kalsium vapautuu. Vapautunut kalsium reagoi mustalipeässä olevan kar- 10 bonaatin kanssa muodostaen kalsiumkarbonaattia. Huomattava määrä kiteytymistä tapahtuu haihduttamon lämmönsiirtopinnoilla, jolloin haihduttamon veden haihduttamiskapasiteetti vähenee merkittävästi. Kiteytyminen voi olla niin voimakasta, että lämmönsiirtopintoja täytyy puhdistaa toistuvasti.

15 On osoittautunut, että lipeän potentiaali kalsiumkarbonaatin saostumiselle riippuu lipeän lämpötilahistoriasta. Fredrick ja Grace (Southern Pulp and Paper Manufacture 42 (1979) 8:16-23) ovat esittäneet, että liuenneen kalsiumin määrä lisääntyy, koska kalsium muodostaa mustalipeässä kompleksin ligniinin kanssa. Tämä kompleksi on epästabiili korkeammissa lämpötiloissa.

20 Korkeammissa lämpötiloissa kompleksi hajoaa, ja jos kalsiumionit vapautuvat lähellä kuumaa pintaa, kalsiumioni reagoi lipeässä olevien karbonaatti-ionien ’ · kanssa ja pinnalle muodostuu saostumaa.

! ! Frederick ja Grace ovat ehdottaneet, että kalsiumin saostumista voidaan vä- • · · ’ 25 hentää tai estää kuumentamalla mustalipeä haihdutusvaiheiden välillä 150- 160 °C:n lämpötiloihin ja 10-20 minuutin ajoiksi. Edellä mainittua menetelmää ei kuitenkaan ole käytetty laajasti, koska se nostaa investointi- ja käyttö-kuluja.

« 30 Magnusson, Sjölander ja Liden ovat ehdottaneet, että liuenneen kalsiumin » » esiintyminen sulfaattimustalipeissä voidaan selittää läsnä olevan liuenneen »tl» s 110327 hiilen suurella määrällä (Tappi 1998 International Chemical Recovery Conference Proceedings, Tampa, FL, USA, 1-4. kesäkuuta 1998, Voi. 1. s. 379-383). Kalsiumin liuenneiden muotojen johtaminen mustalipeään nostaa ylikyl-lästysastetta. Koska tämä kalsiummuoto on termodynaamisesti epästabiili 5 kalsiumkarbonaatin muodostumisen suhteen, aiheuttaa sellaisten liuosten kuumentaminen, hieman korotetussa lämpötilassa nopeata saostumista. He osoittivat, että kalsiumkarbonaatin saostumista tapahtuu 110 - 145°C:n lämpötila-alueella, ja he esittivät myös, että kattilakiviongelmien potentiaalinen vaara haihduttamoissa voitaisiin estää kuumakäsittelyllä, joka laukaisee kallo siumkarbonaatin saostumisen sellaisen prosessivaiheen aikana, jossa se ei johda haitalliseen kattilakiven muodostumiseen.

Toiset ovat ehdottaneet haihduttamoon johdettujen mustalipeiden suoraa kuumentamista 110-145 °C:n lämpötilassa 1-20 minuutin ajan (Fl-patent-15 tihakemus 980387). Tämäkin menetelmä lisää kuitenkin investointikuluja.

Keksinnön selitys Tämän keksinnön mukaan nämä ja muut tavoitteet on nyt saavutettu keksi- 20 mällä uusi menetelmä sellumassan valmistamiseksi. Yksityiskohtaisemmin tämä keksintö koskee prosesseja sellumassan valmistamiseksi, jossa sellu- loosamateriaalia käsitellään yhdessä tai useassa impregnointi- ja esikäsitte- ’ ·.’ lyvaiheessa ennen kuumennetun selluloosamateriaalin delignifiointia tuoreella . . alkalikeittolipeällä kohotetuissa lämpötiloissa. Erityisesti tämä keksintö koskee • 1 · 25 lipeän vaihtamista keittoprosessissa, joka tuottaa korkealaatuista sellumas-. saa, on energiaa säästävä ja tuottaa jätelipeää, joka lipeä voidaan käsitellä haihduttamossa ilman niukkaliukoisen kattilakiven muodostumista.

··". Tätä pohdintaa varten "kalsiumpitoisella jätelipeällä" ymmärretään prosessili- 30 peää, joka sisältää liuenneeseen orgaaniseen materiaalin sitoutunutta kai- 6 110327 siumia. Kalsiumpitoisuus on laskettu kalsiumin perusteella liuoksen kuiva-ainepitoisuudessa.

Tämän keksinnön mukaan on saatu aikaan prosessi sellumassan valmistami-5 seksi ligniinipitoisesta selluloosamateriaalista käyttämällä alkalikeittoa, joka prosessi käsittää vaiheet: a) lignoselluloosapitoisen materiaalin syöttämisen keittimeen, b) tämän lignoselluloosapitoisen materiaalin käsittelyn aluksi imp-regnointilipeällä, ja tämän jälkeen kuumemmilla lipeillä, kalsiumpitoisen jätelipeän syrjäyttämisen keittimestä, c) mainitun lignoselluloosapitoisen mate-10 riaalin kuumentamisen ja keittämisen keittolämpötilassa ja -paineessa keitetyn lignoselluloosapitoisen materiaalin ja keittolipeän tuottamiseksi, d) tämän keittolipeän syrjäyttämisen käyttäen ainakin osaa mainitusta kal-siumpitoisesta jätelipeästä, jolloin tätä kalsiumpitoista jätelipeää kuumennetaan keittoastian sisällöllä.

15

Vaihe b) käsittää edullisesti impregnointiliuoksen, kuuman mustalipeän ja esikuumennetun valkolipeän perättäisen syöttämisen sopivissa suhteissa. Lopullisen syrjäyttämisvaiheen viimeinen osa vaiheessa d) suoritetaan edullisesti käyttäen pesusuodosta alavirran prosessista.

20

Keksinnön mukaisen prosessin erään suoritusmuodon mukaan impregnointili-·.’·· peän lämpötila on noin 20 - 100°C, ja kuumempien lipeiden lämpötilat ovat ί V noin 120 - 180°C, ja syrjäytetyn kalsiumpitoisen jätelipeän lämpötila on noin 20-16O0C.

25

Keksinnön mukaisen prosessin erään suoritusmuodon mukaan menetelmä ‘ käsittää syrjäytetyn jätelipeän kalsiumpitoisuuden valvonnan sopivien raja- arvojen määrittämiseksi syrjäytetyn kalsiumpitoisen jätelipeän eristämiseksi, t... joka saattaa aiheuttaa kalsiumin saostumista korkeammissa lämpötiloissa 30 ja/tai kuiva-ainepitoisuuksissa. 1 7 'i 1D ? 2 7

Keksinnön mukaisen prosessin erään toisen suoritusmuodon mukaan menetelmä käsittää syrjäytetyn jätelipeän lämpötilan valvonnan sopivien raja-arvojen määrittämiseksi syrjäytetyn kalsiumpitoisen jätelipeän eristämiseksi.

5 Keksinnön mukaisen prosessin erään toisen suoritusmuodon mukaan syrjäytetyn kalsiumpitoisen jätelipeän lämpötila on noin 20 - 100°C.

Erään toisen keksinnön mukaisen suoritusmuodon mukaan on aikaansaatu alkalikeittoa käyttävä prosessi sellumassan valmistamiseksi ligniinipitoisesta 10 selluloosamateriaalista, joka prosessi käsittää a) lignoselluloosapitoisen materiaalin syöttämisen keittimeen; b) tämän lignoselluloosapitoisen materiaalin käsittelyn aluksi impregnointilipeällä ja sen jälkeen kuumemmilla lipeillä, kalsiumpitoisen jätelipeän ensimmäisen osan ja ainakin toisen osan sellaista kalsiumpitoista jätelipeää, jonka kalsiumpitoisuus on alhaisempi kuin kalsium-15 pitoisen jätelipeän mainitun ensimmäisen osan kalsiumpitoisuus, syrjäyttämisen keittimestä viimeksi mainittujen käsittelyjen aikana, c) mainitun lignoselluloosapitoisen materiaalin kuumentamisen ja keittämisen keitetyn lignosellu- j loosapitoisen materiaalin ja keittolipeän tuottamiseksi, d) mainitun keittolipeän syrjäyttämisen ensin kalsiumpitoisen jätelipeän edellä mainitulla ensim-20 mäisellä osalla, jolloin tämä kalsiumpitoinen jätelipeä kuumennetaan keittimen sisällöllä ja sen jälkeen pesusuodoksella jätelipeän syrjäyttämiseksi ja kattilasisällön jäähdyttämiseksi, ja e) keittimen tyhjentämisen.

Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan kalsiumpitoisen jätelipeän 25 useita osia, jotka sisältävät eri määriä kalsiumia, käytetään keittolipeän syr-jäyttämiseen, peräkkäin tai yhdessä pesusuodoksen kanssa.

Keksinnön mukaan on aikaansaatu alkalikeittoa käyttävä prosessi sellumas- . · · ·. san valmistamiseksi ligniinipitoisesta selluloosamateriaalista, joka prosessi •»· .. *. 30 käsittää seuraavat vaiheet: a) lignoselluloosapitoisen materiaalin syöttämisen • » φ • · keittimeen; b) tämän lignoselluloosamateriaalin käsittelemisen aluksi impreg-

» I

♦ » * * 8 11CI27 nointilipeällä ja sen jälkeen kuumemmilla lipeillä syrjäyttäen tällöin keittimestä kalsiumpitoisen jätelipeän ensimmäinen osa ja ainakin toinen kalsiumpitoinen jätelipeäosa, jonka kalsiumpitoisuus on alhaisempi kalsiumpitoisen jätelipeän mainittuun ensimmäiseen osaan verrattuna; c) tämän lignoselluloosapitoisen 5 materiaalin kuumentamisen ja keittämisen keitetyn lignoselluloosapitoisen materiaalin ja keittolipeän tuottamiseksi; d) tämän keittolipeän syrjäyttämisen aluksi mainitun kalsiumpitoisen jätelipeän yhdellä osalla, jolloin tämä kalsiumpitoinen jätelipeä kuumennetaan keittimen sisällöllä ja tämän jälkeen pesu-suodoksella keittolipeän ensimmäisen osan syrjäyttämiseksi, jolloin keittolipe-10 än ensimmäisen osan lämpötila ja kuiva-ainepitoisuus vastaavat olennaisesti keittolipeän lämpötilaa ja kuiva-ainepitoisuutta keiton lopussa; ja keittolipeän toisen osan syrjäyttämiseksi, jolloin tämän toisen keittolipeäosan lämpötila ja kuiva-ainepitoisuus ovat olennaisesti alhaisemmat kuin keittolipeän lämpötila ja kuiva-ainepitoisuus keiton lopussa; keittolipeän ensimmäisen ja toisen osan 15 pitämisen erillään toisistaan; kalsiumpitoisen lipeän toisen osan ja keittolipeän | toisen osan yhdistämisen; keittolipeän ensimmäisen osan käyttämisen seuraavan erän lignoselluloosamateriaalin esikäsittelemiseen ja kuumentamiseen; ja kalsiumpitoisen lipeän ja keittolipeän keskenään yhdistettyjen toisten osien käyttämisen lämmön syöttämiseksi lignoselluloosapitoisen 20 materiaalin seuraavaan erään.

, '·· Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa menetelmä sisältää kalsiumpitoisen · lipeän ja keittolipeän keskenään yhdistettyjen toisten osien siirtämisen lipeä-säiliöön ilman paineessa sen jälkeen kun lignoselluloosapitoisen materiaalin • « ’ 25 seuraavaan erään on syötetty lämpöä. Menetelmään sisältyy edullisesti ‘ yhdistetyissä lipeäosissa olevan saippuan erottaminen ja poistaminen.

» · · * » ·

Keksinnön mukaisen menetelmän edullisessa suoritusmuodossa menetelmä sisältää kalsiumpitoisen lipeän ja keittolipeän keskenään yhdistettyjen toisten » · 30 osien siirtämisen haihduttamoon keittokemikaalien talteenottamiseksi, sen t M | 9 11ΘΙ27 jälkeen kun lignoselluloosapitoisen materiaalin seuraavaan erään on syötetty lämpöä.

Tämän keksinnön mukaisen menetelmän erään suoritusmuodon mukaan 5 menetelmä sisältää pesusuodoksen ja kalsiumpitoisen lipeän ja keittolipeän keskenään yhdistettyjen toisten osien käytön lignoselluloosapitoisen materiaalin impregnointiin impregnointivaiheessa.

Eräässä edullisessa suoritusmuodossa pesusuodos käsittää myöhemmästä 10 sulfaattisellumassan pesemöstä peräisin olevan suodoksen.

Tämän keksinnön mukaisen menetelmän erään toisen suoritusmuodon mukaan menetelmä sisältää kalsiumpitoisen lipeän ja keittolipeän keskenään 15 yhdistettyjen toisten osien käytön keittimeen syötetyn tuoreen alkalikeitto-lipeän esikuumentamiseen.

Kun kalsiumpitoinen jätelipeä on johdettu keittimeen keittovaiheen jälkeen, kun keittolämpötilassa oleva keittolipeä on syrjäytetty, prosessin alkuvaiheis-20 sa uutettu kalsiumpitoinen materiaali hajoaa, kun kalsiumpitoinen lipeä saapuu kuumaan keittoastiaan. Näin liuenneeseen materiaaliin sitoutunut kalsium •, ’·· vapautuu keittimessä korkean lämpötilan johdosta. Vapautunut kalsium reagoi karbonaatti-ionin kanssa, ja kalsiumkarbonaattia muodostuu keitti-' messä, jossa ei voi muodostua kattilakiveä lämmönsiirtopinnoille. Täten ‘ 25 muodostunut kalsiumkarbonaatti jää sellumassaan eikä sitä kulkeudu sanot- v tavasti haihduttamoon.

> i · . Yleisesti esillä olevalla keksinnöllä saadaan aikaan menetelmä, jolla poiste- • · taan tekniikan tason mukaisissa matalaenergisissä sulfaattieräkeittoproses- • · 30 seissa esiintyvä haitta. Keksinnön mukaisessa prosessissa valmistetaan sul- * * » : ** faattisellumassaa, jolloin syntyy jätelipeää, jota voidaan, sen jälkeen kun se * · ! * * · 10 110327 johdettu haihduttamoon, käsitellä ilman niukkaliukoisen kattilakiven muodostumista. Olennainen etu on se, että menetelmä ei vaadi olennaisia investointeja eikä se vaikuta viipymäaikoihin eikä tuotantotehoon.

5

Yksityiskohtainen selitys

Kuvio 1 esittää lohkokaaviota keksinnön mukaisesta lipeänsyrjäytyssulfaat-tieräkeittoprosessista. Kuvio määrittelee vaaditut säiliöt, virrat ja keitto-10 sekvenssin. Sulfaattikeitto alkaa keittimen syöttämisellä puuhakkeella ja keittimen evakuoinnilla. Hake voidaan tiivistää höyryllä tai esihöyryttää, ennen kuin keitin täytetään olennaisesti impregnointilipeällä A impregnointilipeäsäi-liöstä 5, joka kastelee ja kuumentaa hakkeen. Puuhakkeen syöttöjä impreg-nointilipeän syöttö limittyvät suositeltavasta Ylivuoto A1 mustalipeätankkiin, 15 kohta AB, suoritetaan ilman ja laimennetun ensimmäisen lipeärintaman poistamiseksi. A1 :n tilavuutta pidetään edullisesti alhaisena. Sen jälkeen kun virtaus on suljettu, keitin paineistetaan ja impregnointi suoritetaan loppuun. Impregnoinnin aikana suhteellisen alhaista lämpötilaa pidetään edullisena, koska korkeampi impregnointilämpötila kuluttaa jäännösalkalia liian nopeasti, 20 mikä aiheuttaa suurempia rejektejä ja epähomogeenista keittoa. Edullisesti tämän impregnointivaiheen lämpötila on alle 100°C. Käytännössä voidaan käyttää noin 20°C - 100°C:n lämpötiloja.

1 · *

Seuraavassa vaiheessa puuhaketta käsitellään edelleen kuumemmilla lipeillä • · « 25 ennen varsinaista keittoa. Kuumempien lipeiden lämpötilat ovat 120®C - * * * ... 180°C. Kuviossa 1 on esitetty menetelmä, jossa kuumaa mustalipeää B pum- * » · pataan kuumamustalipeätankista 1. Tankista 1 tulevan mustalipeän lämpötila, ....: kuivakiintoainepitoisuus ja jäännösalkali ovat muuttumattomia, minkä ansiosta .···. on helppoa pitää keitot yhdenmukaisina. Tämä on erittäin tärkeätä, koska 30 kuumalla mustalipeällä on suurin kemiallinen vaikutus puuainekseen ja se * * · ► · säätelee selektiivisyyttä ja keiton kinetiikkaa valkolipeällä tapahtuvassa pää- 110327 11 keittovaiheessa. Viileämpi ja osittain laimennettu impregnointiliuos A2, joka on syrjäytetty kuumalla mustalipeällä, johdetaan pääasiallisesti musta-lipeätankkiin 4, kohta AB. Jätelipeäosissa A1 ja A2 liuenneella materiaalilla on tyypillisesti suurin kalsiumpitoisuus. Keittojaksoa jatketaan pumppaamalla 5 sisään kuumaa valkolipeää, kohta C, kuumavalkolipeätankista 3 ja pienempi määrä kuumaa mustalipeää, B, 1) samanaikaisesti kuuman valkolipeän kanssa tuoreen valkolipeän erittäin korkean alkalipitoisuuden laimentamiseksi ja 2) valkolipeän syötön jälkeen keittimen putkijohtojen huuhtomiseksi. Lipeä D2, joka on syrjäytetty kuumalla lipeällä, edullisesti yli suunnilleen atmosfäärisen 10 kiehumispisteen, johdetaan kuumamustalipeäsäiliöön 2.

Esim. US-patenttijulkaisussa nro 5,643,410 esitetyn tekniikan tason mukaan syrjäytetyt lipeät A1 ja A2 on pääasiallisesti johdettu haihduttamoon. Tämä menettely siirtää kuitenkin kalsiumpitoisen liuenneen materiaalin, joka ei vielä 15 ole hajonnut keittoprosessissa, haihduttamoon. Seuraavassa haihdutus-prosessissa, jonka aikana kiintoainepitoisuus ja lämpötila tyypillisesti kohoavat, mustalipeässä olevaan liuenneeseen materiaaliin sitoutunut kalsium vapautuu. Tämän seurauksena haihdutusyksikköjen lämmönsiirtopin-noille muodostuu kalsiumkarbonaatin kerrostumista, jolloin haihduttamon 2 0 haihdutusteho huononee huomattavasti.

’ « . ’·· Tämän keksinnön mukaan säiliö 4 on jätekeittolipeäosien varastointia varten, ; V jotka sisältävät keittojakson aikaisemmista impregnointi- ja esikäsittelyvai- ‘ : heistä vapautunutta kalsiumpitoista materiaalia, joilla tipeillä on taipumus * · • * · '· 25 muodostaa kalsiumsaostumia korkeammissa lämpötiloissa ja kuiva-ainepi- * * t * * · ‘;'> ’ toisuuksissa. Edullisesti säiliössä 4 varastoidaan suurimman kalsiumpitoisuu-

< I I

‘ den omaava osa. Säiliö 4 on edullisimmin ilmakehän paineessa oleva säiliö.

. Täsmällistä säiliöön kerättävää määrää säädellään sopivimmin valvomalla i * » » • t keittimestä poistuvan syrjäytetyn lipeän kalsiumpitoisuutta, kuiva-ainepitoi- • · 30 suutta ja lämpötilaa. Sen jälkeen kun on havaittu, että liuenneeseen materiaa- * · » * » liin sitoutuneen kalsiumin pitoisuus on selkeästi alentunut, syrjäytetty lipeä * · I · > 1 · » » 'It* 12 110327 kytketään siirtymään mustalipeäsäiliöön 2. Kytkeminen tapahtuu edullisesti ennen kuin syrjäytetyn lipeän atmosfäärinen kiehumispiste ylittyy.

On myös mahdollista jakaa kalsiumpitoinen syrjäytetty lipeä edelleen riippuen käytössä olevasta säiliökapasiteetista. Näitä jako-osuuksia käytetään sitten 5 edullisesti lopulliseen syrjäytykseen samassa järjestyksessä, kuten myöhemmin kuvataan.

Edellä kuvatun täyttövaiheen jälkeen keittimen lämpötila on lähellä lopullista keittolämpötilaa. Lopullinen keittolämpötila voi olla noin 140°C - 180°C riip-10 puen puuraaka-aineesta. Lopullinen kuumennus suoritetaan käyttäen suoraa [ tai epäsuoraa höyrykuumennusta ja keittimessä tapahtuvaa kierrätystä.

Keiton aikana voidaan lisätä lisää tuoretta keittolipeää C säiliöstä 3 alkalipro-fiilin tasoittamiseksi. Jätelipeä B2 poistetaan tämän jälkeen keittimestä säili- | öön 1 tai säiliöön 2.

15

Halutun keittoajan jälkeen, kun delignifiointi on edennyt haluttuun reaktioas-teeseen, juuri käytetty keittolipeä on valmis syrjäytettäväksi viileällä lipeällä, jonka tehtävänä on pysäyttää keittoreaktiot ja jäähdyttää ja pestä keittimen sisältö. Keksinnön mukaan keittolipeä syrjäytetään ainakin osittain lipeäosalla 2 0 E mustalipeäsäiliöstä 4. Edullisesti johdetaan ensin sisään osa E ja sen jälkeen pesusuodos, kohta F, pesusuodossäiliöstä 6. Tällä tavalla mene- I · * t telmän alkuvaiheissa muodostuneet kalsiumpitoiset lipeät, so. osa E säiliöstä ·[ 4, joka sisältää suurimman määrän liuenneeseen materiaalin sitoutunutta * > M · , I kalsiumia, ja jolla on suurin taipumus aiheuttaa kattilakivisaostumia tekniikan 25 tason menetelmien mukaisessa haihdutuksessa, tuodaan keittimeen silloin * I ·

1 » I

t λ, kun keittimen sisältö on kuumassa alkulämpötilassa. Tämän johdosta liuennut • * · materiaali hajoaa ja kalsiumkarbonaattia muodostuu pääasiallisesti lipeän sisässä ja pysyy lipeässä kalsiumkarbonaattikiteinä tai imeytyy massaan.

.··. Tällöin keittoprosessista haihduttamoon johdettu jätelipeä on olennaisesti 30 vapaa liuenneeseen materiaaliin sitoutuneesta ongelmallisesta kalsiumista.

1 · t

* I

I · * « · ' * · > s * · · 110327 13

Jos on tapahtunut keittimestä syrjäytettyjen kalsiumpitoisten Upeiden muita alajakoja, näitä osia voidaan käyttää samassa järjestyksessä lopulliseen syrjäytykseen, jolloin näillä asteittain alemman kalsiumpitoisuuden omaavilla osilla on asteittain alhaisemmat lämpötilat.

5

Mikään tekniikan tason mukainen tekniikka, joka käyttää edellä kuvattuja impregnointi- ja esikäsittelymenetelmiä, ei kykene tuottamaan jätelipeää I haihduttamoa varten ilman kalsiumkarbonaattiin liittyviä ongelmia. Mustali- peäsäiliöllä 4 on nyt uusi rooli keittoprosessissa. Ensiksi se kerää ongelmalli-10 simmat kalsiumpitoiset jätelipeät ja siirtää sitten nämä lipeät kuuman keittoli-| peän loppusyrjäytykseen, edullisesti loppusyrjäytyksen alkuvaiheisiin.

Keksintö ei vaikuta olennaisesti loppusyrjäytyksen pesutehoon, koska osa E sisältää hakevettä ja vähän laimennettua jätelipeää. Täten osan E liuenneen 15 kiintoaineen pitoisuus on samaa luokkaa kuin pesusuodoksen F. Loppusyrjäytyksen jäähdytysteho paranee, koska osalla E on matala lämpötila, edullisesti 20 - 100°C.

Loppusyrjäytyksessä poistuvan kuuman mustalipeän ensimmäinen osa B1 20 vastaa täyttövaiheissa tarvittavia kokonaismääriä B. Edullisesti loppusyrjäytys suoritetaan tuottamaan sellainen jätekeittolipeän syrjäytetty osa, jonka lämpö- * · , ’*tila ja kuiva-ainepitoisuus vastaavat olennaisesti keittolipeän ennalta määritel- · tyä lämpötilaa ja kuiva-ainepitoisuutta. Syrjäytetyn jätekeittolipeän toinen osa ’ ; D1, joka on laimennettu syrjäytyssuodoksella, mutta joka on edelleen atmos- • » » ' ‘; 25 fäärisen kiehumispisteen yläpuolella, johdetaan kuumamustalipeäsäiliöön 2.

> I · ; i ( * Sen jälkeen kun lopullinen syrjäytys on suoritettu loppuun, keittimen sisältö * · » ' ' tyhjennetään massan jatkokäsittelyä varten. Edellä kuvattu keittojakso voi- , daan tämän jälkeen toistaa.

1 »

* « I 1 I

* 30 Keittoprosessia varten tarvittava laitteisto käsittää säiliöalueen, jossa tuoreet I I | ; ‘ lipeät ja jätelipeät varastoidaan ja jossa lämpöä otetaan talteen. Impregnointi- ’ » ♦ » » ' I · • * » * » · » 110327 14 ί j liuossäiliö on varustettu pesulaitoksen pesulipeällä. Kuumamustalipeäsäiliö 2 syöttää käytettyä mustalipeää haihduttamoon kuituerottelun kautta, ja syöttää myös osittain jäähdytettyä impregnointimustalipeää impregnointilipeäsäiliöön siirtäen lämpöä valkolipeään ja veteen lämmönsiirron avulla. Keksinnön 5 mukaan haihduttamoon siirretty jätelipeä on näin ollen peräisin olosuhteista, joissa vallitsevat korkeammat lämpötilat kuin tekniikan tason mukaisessa tekniikassa, jota on kuvattu US-patenttijulkaisussa no. 5,643,410.

Keksinnön mukaan säiliön 2 tehtävänä on myös kalsiumpitoisen liuenneen materiaalin hajottaminen, koska säiliöön 2 on järjestetty 10-60 minuutin 10 viipymäaika ja noin 100 - 135°C :n lämpötila. Säiliön 2 lämpötila riippuu, muiden tekijöiden lisäksi, loppusyrjäytyksen järjestelystä, syötetyn lignosellu-loosamateriaalin lämpötilasta, ja ajankohdasta, jolloin esikäsittelyvaiheessa kytketään keräily säiliöön 4 keräilyksi säiliöön 2. Keksinnön lisäetu tekniikan tasoon, kuten US-patentin 5,643,410 mukaiseen menetelmään nähden, on, 15 että haihduttamoon johdetun jätelipeän lämpötilaa voidaan säädellä. Tämä on erityisen tärkeätä, kun ulkopuoliset lämpötilat ovat alhaisia, esim. talven aikana kun keittojärjestelmään syötetyn lignoselluloosamateriaalin lämpötilat ovat alle veden jäätymispisteen. Tekniikan tason menetelmissä haihdutus-lipeän lämpötila on laskenut talviolosuhteissa aiheuttaen säätövaikeuksia ja 20 lisääntynyttä lämmitystarvetta haihduttamossa. Keksinnön toisena etuna on, että haihduttamoon johdetun jätelipeän kuituerottelu voi tapahtua korkeam- • · ,; , ; missä lämpötiloissa, mikä parantaa saippualiukoisuutta ja vähentää saippuan ' siirtymistä erotettuun kuituosaan. Saippua johdetaan edullisesti jätelipeän . . kanssa haihduttamoon, jossa saippuaa voidaan poistaa edelleen.

, *: ·. Säiliöt 4, 5, ja 6 on varustettu tekniikan tason erottelutekniikan mukaisella • * » saippuan erottelulaitteella. Käytännön kokemus tehdasmittakaavassa on osoittanut, että saippuan poisto mustalipeän siirtojakson näissä kohdissa on • ’ ‘; erittäin tärkeätä erityisesti käsiteltäessä saippuapitoisia havupuuraaka-aineita.

: v, 30 On erittäin tärkeätä käyttää vain alhaisen saippuapitoisuuden omaavaa mus- . · · ·. talipeää impregnointiin tai muihin keittimen täyttötarkoituksiin.

»· · 110327 15

Vaikka keksintöä on tässä kuvattu tiettyihin suoritusmuotoihin viitaten, näiden suoritusesimerkkien on tarkoitus vain valaista tämän keksinnön periaatteita ja sovellutuksia. Siksi kuvattuihin suoritusmuotoihin voidaan tehdä lukuisia muunnelmia ja suunnitella muita järjestelyjä poikkeamatta oheen liitetyissä 5 patenttivaatimuksissa määritellyn keksinnön perusajatuksesta ja suojapiiristä.

i • * » · 1 · » · • · * I « » t % % » * » · I k * » » »

* I

Claims

16 110? 27

1. Menetelmä kemiallisen sellumassan tuottamiseksi alkalisen keiton avulla, 5 joka käsittää seuraavat vaiheet: a) lignoselluloosapitoisen materiaalin syöttämisen keittimeen; b) tämän lignoselluloosapitoisen materiaalin käsittelemisen aluksi impreg-nointilipeällä ja sen jälkeen kuumemmilla tipeillä, jolloin sanotun käsittelyn aikana keittimestä syrjäytetään kalsiumpitoista jätelipeää; 10 c) mainitun lignoselluloosapitoisen materiaalin kuumentamisen ja keittämisen keittolämpötilassa ja -paineessa keitetyn lignoselluloosapitoisen materiaalin ja keittolipeän tuottamiseksi; d) tämän keittolipeän syrjäyttämisen keittimestä; tunnettu siitä, että tämä keittolipeä syrjäytetään käyttämällä ainakin osaa 15 vaiheesta b) peräisin olevasta syrjäytetystä kalsiumpitoisesta jätelipeästä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen b) kalsiumpitoinen jätelipeä syrjäytetään ja kerätään ainakin kahteen eri ·, : osaan, jolloin jälkimmäisen(sten) osan(ien) kalsiumpitoisuus, kuiva-ainepitoi- : \ 20 suuteen perustuen, on alhaisempi kuin ensimmäisen osan kalsiumpitoisuus.

*. : 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalsium- ‘ pitoisen jätelipeän jokin jälkimmäinen osa yhdistetään syrjäytetyn keittolipeä- “·' osan kanssa ja näitä yhdistettyjä lipeitä käytetään lämmön viemiseksi johon- 25 kin seuraavaan erään.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syrjäyte-: tyn kalsiumpitoisen jätelipeän ensimmäistä osaa käytetään keittolipeän syr jäyttämiseen keittovaiheen jälkeen. ,·'/ 30

' ·: 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu 1W327 17 ' ~ ensimmäinen osa on ensimmäinen keittimeen syrjäyttämistä varten lisätty lipeäosa.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin 5 yhtä kalsiumpitoisen jätelipeän jälkimmäisistä osista käytetään keittolipeän syrjäyttämiseen.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalsiumpitoisen jätelipeän kalsiumpitoisuutta, kuiva-ainepitoisuuteen 10 perustuen, valvotaan sen syrjäyttämisen aikana.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1 - 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalsiumpitoisen jätelipeän lämpötilaa valvotaan sen syrjäyttämisen aikana. 15 ί ! Patentkrav