FI113187B

FI113187B - Menetelmä massan käsittelemiseksi

Info

Publication number: FI113187B
Application number: FI991220A
Authority: FI
Inventors: Mikael Svedman
Original assignee: Metso Paper Pori Oy
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2007-09-25
Also published as: AU4759300A; CA2373490C; WO2000073575A1; EP1268924A1; US6719878B1; CA2373490A1; EP1268924B1; FI991220A; BR0010977A; FI991220A0; JP2003500568A

Description

# 113187

Menetelmä massan käsittelemiseksi Keksinnön ala

Keksintö koskee alkalista selluloosan keittoa ja erityisesti prosessivaiheita, 5 jotka seuraavat alkalikeittovaihetta ja edeltävät myöhempiä delignifiointi-vaiheita.

Keksinnön tausta

Alkalikeittoprosessit ja erityisesti kraftkeitto ovat vallitsevia selluloosan valio mistuksessa, koska alkalikeitto tuottaa massakuituja, jotka ovat vahvempia kuin muiden kaupallisten keittoprosessien tuottamat. Teollisissa alkalikeit-toprosesseissa esiintyy kuitenkin kuidun vahingoittumista. On todettu, että samasta hake-erästä valmistetun laboratoriomassan lujuus on parempi verrattuna kaupalliseen alkalimassaan.

15

Esillä oleva keksintö koskee parannettua menetelmää delignifioidun lignosel-luloosamateriaalin käsittelemiseksi delignifioinnin jälkeen alkalisessa keitto-liuoksessa ja keitetyn materiaalin jäähdyttämistä. Keksintö koskee menetelmää, jossa keitetylle materiaalille saadaan paremmat lujuusominaisuudet 20 verrattuna materiaaliin, jota on käsitelty tavanomaisissa teollisissa olosuhteissa alkalikeiton jälkeen ja keiton jäähdyttämisen jälkeen.

*;·] Alkalikeittoprosesseissa lignoselluloosamateriaali reagoi alkalikeittoliuosten ; ; kanssa tietyn ajan määrätyssä lämpötilassa. Keittoliuos voi olla kraftliuosta, * I 25 soodaa, alkalista sulfiittia, polysulfidia, alkalista liuotinta tai muita muunnel-mia, sisältäen esim. lisätyn antrakinonin. Keiton lopussa, kun määrätty delig-. nifiointiaste on saavutettu, keittomateriaali on korkeassa lämpötilassa ja paineessa keittimen sisällä. Tämä pitää paikkansa sekä jatkuvissa että erä-,**·. keittoprosesseissa.

> I I

····; 30

Keitetty materiaali voidaan sitten jäähdyttää käyttämällä kylmempiä jäte-liemiä syrjäyttämään keittimen sisällä delignifioitua materiaalia ympäröivää kuumaa jätelientä. Tämä tapahtuu rutiininomaisesti monien jatkuvatoimisten 2 113187 keittimien vastavirtapesuvyöhykkeessä, mutta on vähemmän tavallista tavanomaisissa eräkeittimissä. Joko esijäähdytystä käyttäen tai ilman esijääh-dytystä delignifioitu selluloosamateriaali voidaan poistaa paineen alaisena keittimestä putkijohtoa käyttäen olennaisesti ilmakehän paineessa olevaan 5 vastaanottoastiaan. Tämän vuoksi keitettyyn materiaaliin kohdistuu voimakas paineen ja/tai lämpötilan aleneminen erittäin alkalisessa ympäristössä sen siirtyessä useiden kuljetus- ja paineenalennuslaitteiden kautta keittimestä vastaanottoastiaan. Puhalluksen aikana tapahtuvan mekaanisen vaikutuksen seurauksena on tavallisesti huonompi massan ja kuidun lujuus verrattuna 10 lignoselluloosamateriaalin lujuuspotentiaaliin. Tämä todettiin esimerkiksi hankkimalla näytteitä koreista, jotka oli sijoitettu tavanomaisiin teollisiin erä-keittimiin. Näin saatiin vertailumassaa, johon ei ollut kohdistunut voimakasta, puhallustyhjennykseen liittyvää käsittelyä. Tämän massan lujuus oli verrattavissa koekeittimistä peräisin olevan massan lujuuteen. Näin ollen pääteltiin, 15 että lujuushäviö tapahtui keittimen puhallustyhjennyksessä.

1980-luvulla kehitettiin nestesyrjäytysmenetelmiä eräkeittimissä. Tätä tekniikka vauhdittivat energianäkökohdat, ja sillä saatiin myös aikaan delignifi-oidulle selluloosamateriaalille parempi lujuusjakauma keittoon verrattuna, 20 sekä mahdollisuus jatkaa delignifiointia keittämällä. Täten keitossa ja keittimen tyhjennyksessä vahingoittui vähemmän kuitua. Tämä saavutettiin (1) : muunnellulla keittokemialla, (2) yhtenäisellä kemikaali-ja lämpötilaprofiililla : keittimessä ja (3) keittimen varovaisella tyhjennyksellä. Esimerkkejä eräkei- • · ·:··· ton liemensyrjäytyksessä käytetyistä varovaisista tyhjennystekniikoista ovat 25 "kylmäpuhallus” ja pumppaustyhjennys. US-patentissa 4,814,042 on kuvattu T; menetelmä delignifioidun selluloosamateriaalin poistamiseksi keittimestä varovaisesti alkalikeiton lopusssa. Keitetty materiaali jäähdytetään alle :,,,: 100°C:seen, ja keittimessä oleva ylipaine vapautetaan olennaisesti ilmake- hän paineeseen tai lähelle ilmakehän painetta. Sen jälkeen selluloosamate-:*·: 30 riaali siirretään juoksevana suspensiona vastaanottosäiliöön käyttäen pump- :··! pua. Pumppaus suoritetaan säädetyllä virtausnopeudella fysikaalisen kuitu- vaurion vähentämiseksi verrattuna tavanomaiseen keittimien tyhjennykseen, 3 113187 jonka tuloksena massalle saadaan parannetut lujuusomainaisuudet. Pump-paustyhjennystekniikkaa käytetään nykyään rutiininomaisesti nestesyrjäytys-eräkeittimissä alle 100°C:n lämpötiloissa välttämään suuria paine-eroja keittimen ja vastaanottoastian välillä, liemen kiehumista keittimestä vastaan-5 ottoastiaan johtavassa putkessa, kiehumista vastaanottoastiassa, kavitaatiota pumpuissa jne. Syynä alle 100°C:n tai likimain 100°C:n lämpötilojen käytölle on se, että se tekee mahdolliseksi käyttää ilmakehän paineessa olevia vas-taanottosäiliöitä, jotka ovat halvempia kuin paineastiat. Tämä tekniikka mahdollistaa vähäisen paine-eron keittimen ja vastaanottosäiliön välillä, mikä on 10 edullista massan lujuudelle. Toinen syy on, että vältetään kiehuminen ilman-kehän paineessa, jos käytetään liemen kiehumispistettä alhaisempia lämpötiloja (alle 100eC). Tämä alentaa vapautettujen hajukaasujen määrää. Näistä syistä nykyaikaisissa teollisissa nestesyrjäytyseräkeitinkuitulinjoissa käytetyt lämpötilat ovat tyypillisesti 90 -100eC. Alempia lämpötiloja ei toistaiseksi ole 15 vaadittu. Jatkuvatoimisissa keittimissä tyhjennyslämpötila on normaalisti 80 ja 100° C:n väliltä, kun keitintä seuraa vastaanottosäiliö tai ilmankehän paineessa oleva diffuusiopesuri. Lämpötila voi olla 80 - 120°C, jos keitintä seuraa vastaanottosäiliö tai painediffuusiopesuri. Optimaalinen tyhjennyslämpötila jatkuvassa keitossa, jota seuraa diffuusiopesuri, on seurausta voimalli-20 sesta tyhjennyksestä jatkuvatoimisesta keittimestä, kun keitetty materiaali altistuu suurelle välittömälle paineen alenemiselle, mikä saa aikaan esim.

,·, : vaahtoa, paisuntaa, ja määrää siten keittimen jälkeisen ensimmäisen pesu- . : laitteen maksimaalisen käyttölämpötilan. Voimallinen tyhjennys ja käsittely :·*: jatkuvatoimisessa keitossa vahingoittaa myös kuitua. Näin ollen korkealaa- 25 tuista massaa ei valmisteta jatkuvassa keitossa.

• ·

Toinen kehitysreitti on ollut nostaa lämpötilaa keitetyn kuidutetun materiaalin pesussa. Pesussa käytetty korkeampi lämpötila parantaa veden suotautu-vuutta massamaton läpi ja parantaa hajotetun materiaalin suotoliukenemista :··· 30 ympäröivään liemeen. Tavanomaisia tyhjöpesureita, jotka ovat yleisimmin käytettyjä laitteita ruskean massan pesussa ja valkaisulaitoksissa, korvataan . ··. nykyään sellaisilla uusilla tehokkaammilla pesulaitteilla kuten painepesureilla, 4 113187 rumpusyrjäytyspesureilla (drum displacement (DD) washers), pesupuristimilla ja diffuusiopesureilla. Tyhjöpesureita ei normaalisti voida käyttää yli 85°C:n lämpötiloissa. Yllämainittu uusi pesulaite voi kuitenkin toimia yli 85°C:n lämpötiloissa. Täten pesutekniikan uusin kehitys mahdollistaa korkeampien 5 lämpötilojen käytön ja parannetun pesutehon. Kyseinen laite toimii olennaisesti ilmakehän tai sitä korkeammassa paineessa. Näin ollen tyhjöä ei käytetä paine-eron aikaansaamiseksi massamattoon nähden. Uudella pesutekniikalla saadaan myös parempi pesuteho samassa lämpötilassa.

io Olemme havainneet, että vastaanottosäiliön sisääntulosta otetulla massalla, kun käytettiin keittimen pumpputyhjennystä alle 100°C:n lämpötiloissa, mikä tyypillisesti tarkoittaa 100 ja 90°C:n väliltä, käyttäen olennaisesti paineesta vapautettua keitintä, todetaan lujuusjakauma, joka on tyypillisesti likimain 100 %. Olemme kuitenkin myös havainneet, että tämä lujuus ei ole säilynyt 15 ennallaan myöhemmän ruskean massan käsittelyn jälkeen, vaikka käytetään edellä mainitussa US-patentissa no. 4,814,042 ja julkaisussa Tappi, J. lokakuu 1987, sivut 157-163, kuvattua menetelmää.

Näin ollen, vaikka kraftkeitin tyhjennetään varovasti alhaisella virtausno-20 peudella, myös tyhjennyksen jälkeisten prosessivaiheiden olosuhteet tulee ·. ottaa huomioon massan maksimaalisen lujuuden aikaansaamiseksi.

Tekniikan tason mukaisessa normaalissa käytännössä keitetty selluloosama- ;·· teriaali käy läpi sarjan mekaanisia prosessivaiheita paineenalennuslaitteissa, 25 venttiileissä, sekoittimissa, erottelulaitteissa ja pumpuissa ennen valkaisua ja delignifiointia esim. hapella, kloorilla tai klooridioksidipitoisilla kemikaaleilla.

Olemme havainneet, että merkittäviä lujuuden häviöitä voi tapahtua delig- nifioidun selluloosamateriaalin kattilan tyhjennystä seuraavien kuumakäsitte- lyvaiheiden aikana, so. varastoinnin aikana vastaanottosäiliössä 90 - ·:*! 30 100°C:ssa, oksanpoiston, seulonnan ja pesun aikana.

» 5 113187

Eräkeiton ja tyhjennyksen jälkeen massalietettä varastoidaan yleensä vas-taanottosäiliössä syntyvissä lämpötiloissa, jotka ovat tyypillisesti 90 - 100°C, ja delignifioidun selluloosamateriaalin sitä seuraava käsittely tapahtuu olennaisesti pH-arvon ollessa yli 10. Tämä on ilmeistä mitattaessa massaa ym-5 päröivän liemen pH:ta eri kohdissa alkalikeiton ja ensimmäisen delignifiointi-/valkaisuvaiheen välillä. Normaalissa pesussa alkalikeiton jälkeen pH pysyy alkalisena (Pulp and Paper Chemistry and Chemical Technology, kolmas painos, 1. osa, James P. Casey, ed., sivu 446). Myös lämpötila pysyy lähellä liemen kiehumispistettä keittimen tyhjennyksessä. Julkaisusssa Tappi J.

10 lokakuu 1989, s. 157-161, on osoitettu, että keittimen tyhjennyslämpötila on 85 - 100°C:n alueella eräkeittimen täydellisen syrjäytyksen jälkeen pesu-liemellä. Tyypillisesti suurin osa keittimen sisällä olevasta materiaalista jäähdytetään suunnilleen 100eC:seen sen jälkeen kun liemi on syrjäytetty pesu-liemellä (s. 159). Lämpötila voi myös pysyä lähellä kiehumislämpötilaa väli-15 vaiheissa, jos keitetyn materiaalin pesussa ja laimennuksessa käytettyjen vastavirtaliemien lämpötilaa ei ole säädelty. Esimerkiksi järjestelmässä, jossa käytetään nestesyrjäytyskeittoa, keittimen tyhjennystä varastointisäiliöön 95°C:ssa, ruskean massan pesua painesuodattimilla, seulontaa ja happide-lignifiointia 100°C:ssa, vallitsee keittimen ja ensimmäisen delignifiointi/val-20 kaisuvaiheen välisellä alueella suunnilleen 95°C:n lämpötila. Olemme kuitenkin havainneet, että keitetyn materiaalin käsittely likimain 100°C:n lämpö- .·, : tiloissa yhdessä tai useammassa vaiheessa sai aikaan kuidun vahingoittu- • · : mistä, mikä on seurausta mekaanisesta käsittelystä yhdessä alkalisessa

» I

•; * f delignifioidussa selluloosamateriaalissa ja sen ympärillä alkalikeiton jälkeen T: 25 olevan liemen korkeiden lämpötilojen, alkalisuuden, ionivahvuuden ja epä- puhtauksien kanssa. Tekijöiden Cyr et ai artikkelissa (Tappi J. lokakuu 1989, s. 162) on mainittu, että muuttuvat suureet kuten lämpötila, paineen alenemi-nen, puhallusjärjestelmän geometria ja jäteliemen alkalisuus, voivat muuttaa kuituvaurion määrää eri laitoksissa. Artikkelin kirjoittajat esittävät kuitenkin, - 30 että sopiva massalietteen nopeus kaksivaiheisessa virtauksessa voi toden- ;*·: näköisesti minimoida massan lujuuden häviöitä kaikissa tapauksissa.

6 113187

Kuitenkin, kuten alan asiantuntijat tietävät, alkalista massaa (brownstock) käsitellään keittimen tyhjennyksen jälkeen edelleen ja varastoidaan, jolloin sillä on edessään epäpuhtaan alkalisen massan myöhempi delignifiointi ja/tai valkaisu. Siten on monia prosessivaiheita, jotka sisältävät mekaanista käsit-5 telyä, joka yhä voi vahingoittaa kuitua. Myös prosessiolosuhteet lämpötilan, pH:n ja ionivahvuuden yhdistelmänä ovat tärkeitä massanlujuuden tulokselle.

Ruskean massan pesu on vallitseva toimenpide keiton ja myöhempien delig-nifiointivaiheiden välillä. Monet tekijät vaikuttavat pesureiden toimintaan.

10 Käyttölämpötilan valinta on tärkeätä, koska korkeampi lämpötila alentaa liemen viskositeettiä ja parantaa täten liemen suotautumista. Kuten edellä on mainittu, yleisimmin käytetty laite on tavanomainen tyhjöpesuri. Tyhjöpesuris-sa liian korkea lämpötila kuitenkin lisää höyrypainetta ja vähentää siten tyhjöä tyhjöpesurin laskuputkessa. Tavanomaisessa ruskean massan pesu-15 järjestelmässä, jossa on pyöriviä tyhjöpesureita, lämpötila pidetään noin 60 -70° C:ssa lopullisen vaiheen pesurissa kuumaa vettä käyttäen (Pulp and Paper Chemistry and Chemical Technology, kolmas painos, 1. osa, James P. Casey, ed., s. 448). Tämän vuoksi tavanomaisten tyhjö- pesureiden sijaan ovat tulossa painepesurit, rumpusyrjäytyspesurit (drum displacement(DD) 20 washers), pesupuristimet, ilmakehän paineessa olevat diffuusiopesurit ja painediffuusiopesurit, koska nykyaikaiset pesulaitteet pystyvät toimimaan :' , j korkeammissa lämpötiloissa ja ovat tehokkaampia pesureita.

Korkeampien lämpötilojen ylläpitämisen syyt tekniikan tason mukaisissa väli-/.· 25 vaiheissa ovat tavallisesti parempi pesuteho ja parempi kapasiteetti, kun esim. painesuodatin toimii korkeammissa lämpötiloissa. Jos korkeammat lämpötilat ovat sallittuja, massan tai liemen esijäähdytys ei ole tarpeen. Kor-keiden lämpötilojen käytön toisena syynä on happidelignifioinnin lisääntynyt käyttö. Happidelignifiointi suoritetaan tyypillisesti 90 - 105°C:n lämpötiloissa, i 30 ja tästä on seurauksena lämpötilan nousu ruskean massan pesuvaiheessa : (so. esi-happidelignifiointipesuvaiheessa), koska ruskean massan pesussa käytetään jälki-happidelignifiointipesussa tuotettuja suodoksia.

7 113187

Massan sakeus vaihtelee 1,5-35 %:n välillä keittimen tyhjennyksen ja ensimmäisen sitä seuraavan delignifiointivaiheen välillä.

Keksinnön yhteenveto 5 Esillä olevan keksinnön päätavoite on saada aikaan menetelmä delignifoidun selluloosamateriaalin käsittelemiseksi alkalikeiton päättymisen ja myöhemmän delignifiointivaiheen alkamisen välisten prosessivaiheiden aikana, jonka avulla estetään massakuitujen voimakas vahingoittuminen. Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä tuottaa massaa, jota voidaan käyttää sello laisten paperimateriaalien valmistukseen, jotka ovat lujuusominaisuuksiltaan parempia verrattuna tekniikan tason mukaisesti valmistetusta massasta tehtyihin materiaaleihin.

Piirustusten lyhyt selostus 15 Kuvio 1 esittää tyypillistä tekniikan tason mukaista ruskean massan valmistuslinjaa ilman happidelignifiointivaihetta.

Kuvio 2 esittää tekniikan tason mukaista ruskean massan valmistuslinjaa, joka käsittää kaksivaiheisen happidefignifioinnin.

Kuvio 3 esittää ruskean massan valmistuslinjaa, joka käsittää kaksivaiheisen 20 happidelignifioinnin ja keittimen syrjäyttämiseen käytetyn pesuliemen jäähdytyksen.

Kuvio 4 esittää keksinnön mukaista järjestelmää, joka on varustettu järjes- * »· .·. : telyillä alhaisempien lämpötilojen saavuttamiseksi kuvion 1 mukaisessa jär- » · jestelmässä.

25 Kuvio 5 esittää keksinnön mukaista järjestelmää, joka on varustettu järjes-telyillä alhaisempien lämpötilojen saavuttamiseksi kuvion 3 mukaisessa järjestelmässä.

i i ·

Keksinnön yksityiskohtainen selitys 30 Esillä olevan keksinnön mukaan kehitetään menetelmä, jossa prosessi siolosuhteita säädetään delignifioidun selluloosamateriaalin tyhjennyksen . > aikana keittimestä tai vastaanottoastiasta ja alkalisen ja kationipitoisen keite- 8 113187 tyn materiaalin käsittelyn aikana ennen myöhempää delignifiointia ja/tai valkaisua. Menetelmä käsittää delignifioidun selluloosamateriaalin jäähdyttämisen noin 60 ja noin 85°C:n välille ennen keittimen tyhjennystä, ja sanotun lämpötilatason ylläpitämisen keitetyn selluloosamateriaalin käsittelyn ja val-5 mistelun aikana myöhempää delignifiointia ja/tai valkaisua varten. Lisäksi menetelmä käsittää paineen alenemisten ja virtausnopeuksien minimoinnin keitetyn materiaalin käsittelyssä ennen myöhempää delignifiointia ja/tai valkaisua. Menetelmä käsittää jäähdytetyn alkalisen delignifioidun selluloosamateriaalin käsittelyn alhaisen ionivahvuuden omaavassa jäteliemessä ennen 10 myöhempiä delignifiointi- ja/tai valkaisuvaiheita. Keittimen ja ensimmäisen -sitä seuraavan delignifiointivaiheen välisten prosessivaiheiden aikana massaa ympäröivän liemen pH pidetään edullisesti alle 13. Siinä tapauksessa, että ensimmäinen delignifiointivaihe on happivaihe, sanottu pH pidetään edullisesti noin 10 ja noin 13 välillä. Keittimen ja ensimmäisen sitä seuraa-15 van delignifiointivaiheen välisten prosessivaiheiden aikana massan ioni-vahvuus pidetään edullisesti noin 0,01 ja noin 1,5 mol/l:n välisellä alueella. Edullisimmin ionivahvuus pidetään noin 0,01 ja noin 1 mol/l:n välisellä alueella. Jos massaa ympäröivän liemen pH pysyy sanottujen vaiheiden aikana yli 11, kattilan ja ensimmäisen sitä seuraavan delignifiointi-/valkaisuvaiheen 20 välisten prosessivaiheiden kestoajat ovat edullisesti alle noin 180 minuuttia, edullisemmin alle noin 120 minuuttia.

* ·

Menetelmä vähentää merkittävästi kuitujen fysikaalista vahingoittumista, jota ·· tapahtuu keittimien tavanomaista tai pumpputyhjennystä seuraavan massan 25 käsittelyn aikana, jonka avulla myöhempiin prosessivaiheisiin tulevalle massalle saadaan paremmat lujuusominaisuudet, jotka prosessivaiheet käsittävät valkaisun hapella, kloorilla, klooridioksidipitoisilla kemikaaleilla, sekä vastaa-.vat keiton jälkeen käytetyt valkaisu- ja delignifiointivaiheet. Alhainen tyhjen-nyslämpötila vähentää myös tyhjennyspumpun ja sen imuputken kavitaatiota. i 30 Täten alhaisempi tyhjennyslämpötila voi olla myös edullinen tyhjennysajan ja : massan sakeuden vaihtelun suhteen sitä seuraavissa prosesseissa.

113187 9

Keittimestä poistettavan keitetyn materiaalin lämpötilan alentaminen ja alhaisen lämpötilan ylläpitäminen välikäsittelyn aikana ennen seuraavaa deligni-fiointia on sinänsä tärkeä tekijä paremman massan lujuuden aikaansaamiseksi. Lisää parannusta saadaan aikaan, kun keitettyyn materiaaliin kohdis-5 tuu minimaalinen määrä mekaanista vaikutusta. Ratkaisuna on minimoida paineenaienemisten, paineenalennuslaitteiden, venttiilien, sekoitusvaiheiden, erotuslaitteiden ja pumppujen lukumäärää, sekä minimoida mekaanisen vaikutuksen voimakkuutta, jota tapahtuu alkalisen massan välttämättömien siirto- ja erotustoimenpiteiden aikana ennen valkaisua ja delignifiointia esim.

10 hapella, kloorilla tai klooridioksidipitoisilla kemikaaleilla. Mekaaniset erotus-prosessit, kuten seulonta, sijoitetaan edullisesti olosuhteisiin, joissa ympäröivän liemen ionivahvuus on alhainen (alle 0,4 mol/l). Nopeussäätöiset pumput toimivat tehokkaana välineenä paineenaienemisten ja mekaanisen vaikutuksen minimoimiseksi. Lisää parannusta saadaan käsittelemällä mas- 15 saa alhaisilla pH-tasoilla aiheuttamatta liuenneen materiaalin olennaista saostumista kuitujen pinnalle, ja käsittelemällä massaa mahdollisimman alhaisella ionivahvuudella. Ratkaisuna on käyttää lauhteita tai vettä ruskean massan pesussa ja keittimen syrjäyttämisessä delignifiointi-/valkaisuvaiheista kierrätettyjen liemien sijasta. Tämä voi käsittää esimerkiksi jäteliemien haih- 20 dutuksen tai muun puhdistusmenetelmän ja puhtaampien lauhteiden uudelleenkäytön. Keksinnön toisena etuna on, että se voidaan helposti yhdistää ruotsalaisen patenttihakemuksen 9503720-6 mukaiseen happidelignifiointi- : ; tekniikkaan (OxyTrac menetelmään), jossa ensimmäinen happivaihe suorite- 1 · · * »· * taan alle 90°C:n ja toinen vaihe yli 90°C:n lämpötilassa, jolloin lämpötilaero » 25 näiden vaiheiden välillä on vähemmän kuin 20°C. OxyTrac käyttää tyypil-:·. lisesti 80 - 85°C ensimmäisessä tornissa ja 90 - 105eC toisessa vaiheessa.

Siten keksinnön mukaisessa menetelmässä lämpötila voidaan säätää hel-*. posti syötössä happivaiheen ensimmäiseen reaktoriin.

• 30 Keksintöä selitetään lähemmin oheisten piirustusten ja alla esitettyjen esi-merkkien avulla. Kuvio 1 esittää tyypillistä ruskean massan tuotantolinjaa, joka käsittää keittimen (2) puulastujen (1) vastaanottamiseksi; tyhjennysjoh- » 10 113187 don (4), jossa on pumppu (3), joka tyhjennysjohto johtaa tyhjennyssäiliöön (5). Tyhjennyssäiliön jälkeen tulevat oksanpoistoyksikkö (7) ja seulontayksik-kö (9), sekä useita ruskean massan pesureita (8, 10). Kuvioissa esitettyjen pesuvaiheiden on tarkoitettu käsittävän mahdollisesti useita erityyppisiä yksi-5 köitä. Matkallaan varastointitorniin (11) keitetty massa pestään vastavirtavir-tauksella, joka alkaa syöttövedellä (12), jota kuljetetaan suodosputkilla (13,6); pesusuodosta voidaan käyttää lopuksi keittoliemen syrjäyttämiseen keittimestä (1). Kuviossa on esitetty eri prosessivaiheiden tyypilliset lämpötilat. Vastavirtapesuvirtauksesta voi jakaantua laimennusvirtauksia tuotevir-10 taukseen kuten on esitetty (26, 27).

Lisäksi ruskean massan tuotantolinjan perässä voi olla esim. kaksivaiheinen happidelignifiointivaihe kuten kuviossa 2 on esitetty. Jäjestelmään kuuluu ensimmäinen ja toinen happidelignifiointireaktori (14, 15) sekä jälki-happi-15 pesuriyksiköt 17. Pesuvesisyöte tulee sisään kohdassa (19) ja sitä kuljetetaan putken (18) avulla aikaisempiin vastavirtapesuvaiheisiin.

Kuten kuviossa 3 on esitetty, kuvion 2 järjestelmään voidaan kohdissa 22 ja 23 sisällyttää jäähdytys lämmönvaihtimien avulla käyttäen verraten kylmää 20 vettä 21 ja 23. Viimeisestä pesuvaiheesta ennen ensimmäistä delignifiointi-vaihetta peräisin oleva kylmempi laimennusliemi voidaan tuoda massan lai-j mennusvirtaukseen halutun lämpötilan ja konsistenssin aikaansaamiseksi ,· ensimmäisessä reaktoriyksikössä 14. Kohdassa 20 tapahtuvaa jäähdytystä * käytetään 90 - 95°C:n tyhjennyslämpötilatavoitteen saavuttamiseksi, t.s.

25 käyttämällä vähemmän lientä ja/tai nopeampaa syrjäytystä.

t

Kuviossa 4 esitetyssä keksinnön mukaisessa järjestelmässä pesuvesi tulee vastavirtapesuvirtaukseen noin 70 - 75°C:n lämpötilassa. Sen lämpötila ♦ f * .! nousee koska se vaihtaa lämpöä vastavirtatuotevirtauksen kanssa. Jääh- 30 dytys tapahtuu kohdassa (20) ennen kuin pesusuodos tulee keittimeen kei-”i ton lopussa, jolloin saadaan syrjäytyslientä, jonka lämpötila on noin 60 - noin 80°C:n väliltä, edullisesti noin 70 - noin 75°C. Lisäksi syrjäytysaika ja . > t » 11 113187 -virtaus säädetään niin, että saavutetaan tehokkain jäähdytys. Edullisesti käytetään virtausta, joka on noin 10 ja noin 50 dm3/min keittimen tilavuuden m3 kohti. Edullisemmin käytetään virtausta, joka on noin 10 ja noin 35 dm3/min keittimen tilavuuden m3 kohti.

5

Kuviossa 5 esitetyssä keksinnön mukaisessa järjestelmässä pesusuodoksen jäähdyttäminen on sisällytetty kohtaan (25) jälki- ja esi-happidelignifiointi-pesureiden välissä. Täten happidelignifiointiin tuleva virtaus pitää lämpötilan noin 80 ja noin 85°C:n välillä. Lisäksi halutun jäähdytystehon saavuttamisek-io si käytetään ensimmäisen ruskean massan pesuyksikön jälkeen tapahtuvaa pesusuodoksen jäähdytystä. Täten keitetty massa poistuu keittimestä noin 80°C:ssa ja säilyttää alle 85eC:n lämpötilan kaikkien keittimen ja happidelig-nifioinnin välisten vaiheiden aikana. Happidelignifiointi suoritetaan ensimmäisessä reaktorissa 80-85°C:ssa ja toisessa reaktorissa 100°C:ssa. Seulonta 15 (9) on myös sijoitettu sellaiseen asemaan, jossa ionivahvuus on tyypillisesti alle 0,4 mol/l ja pH on tyypillisesti alle 11.

Esimerkki 1

Teollisessa nestesyrjäytyseräkeitinlaitoksessa havupuulastuja (Pinus syl-20 vestris ja Picea abies) keitettiin kappalukuun 23, ja kattila tyhjennettiin. Massan lämpötila keittimen tyhjennyksestä ensimmäiseen sitä seuraavaan delig-nifiointivaiheeseen oli tasolla, jolla nestesyrjäytyseräkeittimet normaalisti * · · .·. : tyhjennetään, so. 90 - 95°C:n lämpötilassa.

,·*:*. 25 Koelaitoksen massojen todettiin olevan vahvempia kuin tehtaan massat.

Todettiin, että oksanerottimen syötöstä otetun tehtaan erämassan kuitulujuus oli 94% koelaitoksen massan kuitulujuudesta. Lisäksi toisesta pesurista otetun tehtaan erämassan kuitulujuus oli vain 88% koelaitoksen massan * kuitulujuudesta. Ensimmäiseen delignifiointivaiheeseen pesun jälkeen siirty- 30 nyt tehdasvalmisteinen erämassa oli selkeästi heikompaa kuin vertailtavana ·:··: olevat koelaitoksen massat, jotka on valmistettu tehdashakkeesta.

12 113187

Esimerkki 2

Samassa teollisessa syrjäytyseräkeitinlaitoksessa kuin esimerkissä 1 havupuulastuja (Pinus sylvestris ja Picea abies) keitettiin kappalukuun 22 samalla tavalla kuin esimerkissä 1 seuraavin poikkeuksin: Kattilan tyhjennys 5 suoritettiin huomattavasti alhaisemmassa lämpötilassa lisäämällä syrjäytyksen jäähdystehoa alentamalla syrjäytysvirtausta, nostamalla syrjäytysaikoja ja käyttämällä syrjäytyksessä vain jäähdytettyä syrjäytysmustalipeää. Käytetyt muutokset eivät vaikuttaneet laitoksen tuotantonopeuteen.

10 Tehtaan massojen todettiin omaavan keittämisen, keittimen tyhjennyksen ja keitetyn materiaalin varastoinnin jälkeen tyhjennyssäiliössä lähes saman vahvuuden kuin koelaitoksen massat. Oksanerottimen syötöstä otetun tehtaan erämassan kuituvahvuus oli 100 % koelaitoksen massan kuituvahvuu-desta, kun keittimen tyhjennys ja massan varastointi tyhjennyssäiliössä suo-15 ritettiin alle 85°C:ssa. Toisen pesurin suodoksen lämpötila oli 88°C. Toisesta pesurista otetun tehtaan erämassan kuitulujuus oli 93% koelaitoksen massan kuitulujuudesta. Täten pesun jälkeen ensimmäiseen happidelignifiointivaihee-seen siirtynyt tehdasvalmisteinen erämassa oli tässäkin esimerkissä heikompaa kuin vertailtavana olevat koelaitoksen massat jotka oli valmistettu teh-20 taan lastuista. Lujuus oli kuitenkin huomattavasti parantunut verrattuna esi-merkkiin 1.

• · • * · • * ·

Esimerkki 3 :··: Kolmannessa koesarjassa, joka oli muissa suhteissa esimerkkejä 1 ja 2 '/· 25 vastaava, keittimen tyhjennystä seuraavien vaiheiden aikana lämpötilaa alen- v ·' nettiin edelleen käyttämällä alemman lämpötilan omaavaa pesusuodosta, toisen pesurisuodoksen lämpötilan ollessa 73°C. Tehtaan massoilla todettiin olevan melkein sama lujuus kuin koelaitoksen massoilla. Todettiin, että toisesta pesurista otetun tehtaan erämassan kuitulujuus oli 99% koelaitoksen 30 massan kuitulujuudesta kun keittimen tyhjennys ja massan varastointi säi- * liössä sekä pesu oli suoritettu alle 85°C:n lämpötilassa. Näin ollen ensim-mäiseen delignifiointivaiheeseen keittämisen, massan varastoinnin, seulon-

1 · · * I

13 113187 nan ja pesun jälkeen siirtyneellä tehdasvalmisteisella erämassalla oli tässä esimerkissä suunnilleen sama lujuus kuin koelaitoksen vertailumassat, jotka oli valmistettu tehdashakkeesta.

5 Taulukossa 1 on esitetty esimerkeistä 1-3 kootut tulokset. Pulmac FS arvo on mitattu Pulmac 3000 laitteella käyttäen uudelleen kastellun nolla-jännevälin analyysiperiaatetta. Uudelleen kastelua käytetään poistamaan olennaisesti kuitujen väliset sidosvoimat. Kasteltua nolla-jänneväliä (Pulmac FS) käytetään kuvaamaan yksittäisten kuitujen lujuutta.

10 * » 1 * · · * · · • 1 • · • ·« * » · * · * · * · · 113187 ' — ..... I il till

C

O -3 CM 3 w to § ä 2 ro S I o m m fcS ° g> m Q_ a CO N N CM T- CO 0Ϊ ® > ro_____________ o ro _ = E £ £ £ £

=ro π ^ 2 I I I

WW °OQ- *σ ** 22 S

/h 5 k. r Λ 40 !ffl 40 40

.2, C |«« E h. EE EE

CO *S W S E a § R ” ? ί ® ® δ Φ >» ro_____________ c *- C .>* J. -έ ΐ έ ro ‘2 ,± ® «se *o =-> m — «i *» tm -C φ £ E Ä Ei E £> n j£J o 51 m ia s · f · 1 S · Ä SS 22 « CO_____________ ro .2, ” o. _ * o. c - ^ s E.= Φ c g- n £ = c ^ o 3 ’o ,<* o o σ> (N co 1-0 o m S2 f*l f-! ^ Q_ O- h- CO CO CN T- CO 0> 0)0) ____________ c äj----- ro ^ .

£ 3 CB

— “ m c ~ <S o S 3 CD L- :0 E s- ® δ £ £ r-~ o cd o -¾ > i§ 2. R S § cn 1= SS 2° > §-------------

CO CO

ro ™ g = c c c ^c *- o s * 2 * * « __. 13 +Z 5 ω -Ξ <o *o *« o ® ro | o f·» O .1 ^ If CN CD o o o C0-3T Ei CD JD CO ID JS · ΐ CM φ B CD r- 1-T- ro o is------------- o * ' C CM 3 ro 'F 5o 3 °- g

(On - S 3 it> σι co co en 2& SS

O 5 ® a o. tn co <n cm o coo> cj> co *; -t± §_____________

ro ^ E

E '

:ro ro § S

H) 0) C

Q) -= m * o »n ro ™ o o> g

>, 3= e S § S O

O ” ξ 5 E 9 e» o I-.* ^ Q. ΐ >>2 s co en m 5?, ° feS 2® *ro ^ cd cd o. a> co O) cm 1— corn <- CT' CO _______________ >, C «· *··. CO 3 3 ·. · ro ä 2 „ Φ . x : . w 2 f =8 ä 5 S ™ • ·: C ro I Φ e g If If s If g § 2 2 . . <u o 3 o 3 cd 3 10 o> . : eö ro"------------- -* Έ ώ ..e • · - O I _ ID CD CD Λ ,<2 .CD CD ‘

,Ξ3 " | S JS J2 _ f s JS § I

<ϋ i5 e .gi-S-S-gggg,, g f |

ό *! f H I". I" ! \ 1 § f !| ϊ II

3 e? S c| '51 " 5? ϊ 5 5 i » » ?!

2 S 5 i <o £ _ 2.C (Le « -o - -g - o S

2®-ro is ί»«" r» ris ί έ,ϊ j > > i iS

‘‘. e™ ro_________il il , 1— ‘^3 1_ 11==^=^=====^======^===3====^=== ·*·' m O ιλ O m

,_l H N CS

> I t 15 113187

Esimerkki 4. Keitetyn havupuukraftmassan mekaaninen käsittely eri lämpötiloissa 5 Keitto suoritettiin laboratorionestesyrjäytyskraferäkeittimessä käyttäen havupuun haketta (Pinus sylvestris ja Picea abies). Keitossa käytettiin 4 kg haketta ja tehtaan musta- ja valkolipeää. Keitto suoritettiin käyttäen mustalipeäkyl-lästystä (10 g (loppualkalisuus) NaOH/l, 80°C) ja kuumaa mustalipeäkäsitte-lyä (28 g (loppualkalisuus) NaOH/l, 160°C) ennen keittämistä valkolipeällä 10 (sulfidisuus 38-40%) kappalukuun 22. Tavoiteltu H-tekijä oli 1150 ja keiton lopussa jäljellä oleva loppualkalisuus oli 19 g NaOH/l. Keittämisen jälkeen vaadittuun H-tekijään keittin syrjäytettiin tehtaan pesulipeällä (7g (loppualkali-suus)NaOH/l, 80°C). Syrjäytyksen jälkeen keittimen sisältöä kierrätettiin tunnin ajan keittimessä. Kierrätyksen jälkeen keittimestä poistettiin neste sam-15 mioon jäähdyttämättä, jonka jälkeen lämpimät keitetyt lastut tyhjennettiin samaan sammioon. Tämän jälken keitetyt lastut sekoitettiin yhdessä sammiossa olevan liemen kanssa yhtenäisten näytekappaleiden turvaamiseksi. Keitettyjen lastujen erä jaettiin kolmeen osaan. Samaa pesuliuosta, jota oli käytetty keitoissa, esikuumennettiin ja käytettiin laimennuksessa ja massan 20 sakeuden muuttamisessa 3,2%:iksi. Nämä keitettyjen lastujen kolme osaa märkähajotettiin sitten käyttäen massan sauvahajotinta. Käytettiin kulloinkin 95°C:n, 70°C:n ja 50°C:n lämpötiloja. Näytteet otettiin hajotusaikojen ollessa .·. · 2, 5 ja 15 minuutta. Näytteiden massalujuus määriteltiin Pulmac FS.n avulla.

• * · ....: Kolmen eri lämpötiloissa hajoitetun massan analyysin tulokset on ilmoitettu 25 kuviossa 6. On selvästi nähtävissä, että 72°C:ssa tapahtuneen hajotuksen jälkeen saatu massan lujuus on huomattavasti parempi kuin 95°C:ssa tapahtuneen hajotuksen jälkeen, mutta vastaavaa etua ei saada enää alentamalla lämpötilaa edelleen. On myös nähtävissä, että korkeampiasteinen mekaani-nen käsittely johtaa heikompaan kuituun.

30 ! * > *« 16 113187

Esimerkki 5. Havupuun kraftmassan mekaaninen käsittely eri kemiallisissa ympäristöissä

Keitto suoritettiin syrjäytyskrafteräprosessin mukaisesti laboratoriokeittimessä 5 käyttäen havupuun haketta (Pinus sylvestris ja Picea abies). Keitossa käytettiin 4 kg haketta ja tehtaan musta lipeää ja valkolipeää. Keitto suoritettiin käyttäen mustalipeäkyllästystä (9 g (loppualkalisuus) NaOH/l, 80eC) ja kuumaa mustalipeäkäsittelyä (28 g (loppualkalisuus) NaOH/l, 160°C) ennen keittämistä valkolipeällä (sulfidisuus 38-40%) kappalukuun 19. Tavoiteltu H-10 tekijä oli 1150, ja keiton lopussa jäljellä oleva loppualkalisuus oli 20g

NaOH/l. Keittämisen jälkeen vaadittavaan H-tekijään, keittimen sisältö syrjäytettiin erilaisilla pesuliemillä, mukaanlukien puhdas vesi, 80°C:ssa. Kun syrjäytys oli saatettu loppuun, keittimen sisältöä kierrätettiin tunnin ajan. Kierrättämisen jälkeen keittimestä poistettiin neste sammion jäähdyttämättä, 15 jonka jälkeen lämpimät keitetty hake tyhjennettiin samaan sammioon. Tämän jälkeen keitetty hake sekoitettiin yhdessä sammiossa olevan liemen kanssa yhtenäisten näytekappaleiden turvaamiseksi. Kutakin erää varten sama pesuliemi, jota oli käytetty syrjäytykseen, esikuumennettiin ja käytettiin laimennuksessa ja massan konsistenssin muuttamisessa 3%:iksi. Sitten keitet-20 ty hake märkähajotettiin massan sauvahajotinta käyttäen 70°C:n lämpötilas-sa 5 minuuttia kestävän hajotuksen ajan. Analyysin tulokset on esitetty taulu-kossa 5.

t · 25 30 17 113187

Taulukko 5. Massan hajotuksen tuloksia keiton jälkeen eri ympäristöissä.

Pesuliemityyppi pH EA Na, g/l D.S.% Pulmac FS

___g NaOH/l____ 5 Tehtaan 1. pesu- 13,3 12,6 32,2 12,8 112 liemi 12 g (EA)NaOH/l______

Tehtaan 1. pesu- 13,1 6,5 29,5 13,0 113 liemi 7 g 10 (EA)NaOH/l______

Tehtaan 2. pesu- 13,1 7,4 22,4 9,3 113 liemi 8 g (EA)

NaOH/l______

Puskuriliuos 12,5 1,0 8,0 3,1 113 15 2g (EA) NaOH/l 4g (Na2 S)NaOH/l 5g Na2C03/l

Vesi 11,1 0,0 1,2 0,8 121 20

Esimerkit 4 - 5 osoittavat lämpötilan ja pH:n (alkalin) merkityksen keittimessä tapahtunutta keittoa seuraavissa käsittelyvaiheissa, so. kattilan tyhjennyksessä, massan varastoinnissa, pumppauksessa, seulonnassa ja pesussa.

25 Esimerkit osoittavat, että epäpuhdas massa, jonka pH-arvo on korkea, ei kestä voimallista mekaanista käsittelyä edes varovaisen keiton jälkeen, ja * · · *; ’· mitä korkeampi käsittelylämpötila on, sitä enemmän tapahtuu vaurioitumista.

* ; Myös lämpötilan merkitys alemmilla mekaanisen käsittelyn asteilla on nähtä- '••tl vissä. Kuten esimerkissä 4 on osoitettu, selkeä lämpötilan alentaminen pa- • · 30 ransi kuidun lujuutta huomattavasti. Esimerkki 5 osoittaa, että kuitu on sitä heikompaa mitä vähemmän puhdasta massa on (massan liemen suurempi ,···. ionivahvuus) alkalisen mekaanisen käsittelyn aikana. Kaikissa teollisissa * · .··. keittojärjestelmissä, sekä annoksittain toimivissa että jatkuvatoimisissa, epä puhtaus, ionivahvuus ja alkalitaso ovat tyypillisesti korkeita keittovaiheen it , 35 jälkeen. Näin ollen tärkeitä keiton jälkeen valvottavia parametrejä ovat me- ;t kaanisen käsittelyn taso (virtausnopeus, paineen alenemiset) sekoitusvoi- 18 113187 makkuus, lämpötila sekä kemialliset ympäristöt pH:n, alkalitason ja ionivah-vuuden osalta.

t • «* * · · 1 ·

Claims

113187

1. Parannettu menetelmä kemiallisen massan valmistamiseksi lignoselluloo-5 samateriaalista alkalikeiton avulla, käsittäen materiaalin keittämisen massaksi keittolämpötilassa eräkeittimessä, keitetyn materiaalin lämpötilan alenta-sen keiton lopussa, ylipaineen olennaisen vapauttamisen, ja tämän jälkeen keitetyn materiaalin poistamisen keittimestä pumppauksen avulla, sekä massan käsittelyn tämän jälkeen olennaisesti ilmakehän tai korkeammassa 10 paineessa toimivassa laitteistossa, tunnettu siitä, että keitetty materiaali jäähdytetään noin 60°C:n - noin 85°C:n lämpötilaan käyttäen pesulientä ennen kuin sanottu keitetty materiaali pumpataan keittimestä juoksevana lietteenä, ja että sanottu lämpötila ylläpidetään keittimen ja ensimmäisen pääasiallisen delignifiointi/valkaisuvaiheen välisten käsittelyvaiheiden aikana. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdy-tysvaihe suoritetaan keittimessä käyttäen lämpötilaltaan noin 60 - noin 80°C:eista pesusuodosta tai vettä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanotun pesusuodoksen ionivahvuus on alle 1,5 mol/l.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, : *: että sanotun pesusuodoksen pH on noin 9 ja noin 13 väliltä. v": 25 v

*’ 5. Jonkin patenttivaatimuksista 1 - 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytysvaihe keittimessä suoritetaan käyttäen nesteen syrjäytystä kes-kimääräisen virtauksen ollessa noin 10 ja noin 50 dm3/min. keittimen tilavuuden m3 kohti, edullisesti noin 10 - noin 35 dm3/min keittimen tilavuuden m3 ·"; 30 kohti. 113187

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä tapauksessa, että massaa ympäröivän liemen pH pysyy keittimen ja ensimmäisen pääasiallisen delignifiointi/valkaisuvaiheen välisten käsittelyvaiheiden aikana yli 11, sanotut vaiheet suoritetaan käyttäen alle noin 180 5 minuutin, mielellään alle noin 120 minuutin kestoaikaa.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että keittimen ja ensimmäisen pääasiallisen delignifiointi/valkaisuvaiheen välisten käsittelyvaiheiden aikana pH-taso pidetään alle noin 13. 10

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että keittimen ja ensimmäisen pääasiallisen delignifiointi/valkaisuvaiheen välisten prosessivaiheiden aikana keitettyä materiaalia ympäröivän liemen ionivahvuus pidetään olennaisesti 0,01 ja 1,5 mol/l välillä. 15

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1 - 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että keittimen ja ensimmäisen pääasiallisen delignifiointi/valkaisuvaiheen välisten prosessivaiheiden aikana lämpötila säädetään lämmönvaihtimien (20,24) avulla.

· ·, 10. Jonkin patenttivaatimuksista 1 - 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, I * « | että ensimmäinen pääasiallinen delignifiointi/valkaisuvaihe on happidelignifi- 4 » ;**,! ointivaihe. • · T: 25

11. Jonkin patenttivaatimuksista 1 - 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, T: että vaiheiden väliseen massan siirtoon käytetään yhtä tai useampaa nopeus- säätöistä pumppua. • I » 4 • 1 »

12. Jonkin patenttivaatimuksista 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ! 30 että yksi tai useampia seulontavaiheita suoritetaan ionivahvuuden ollessa "i alle 0,4 mol/l. » * t > > « I · 2' 113187