FI120649B - Hakkeen esikäsittely ennen keittoa - Google Patents

Description

HAKKEEN ESIKÄSITTELY ENNEN KEITTOA

Kraftmassan valmistuksessa varsinkin vuokeitolla puuhake tai vastaava hienonnettu selluloosakuitumateriaali tavallisesti esi-5 höyrytetään ilman poistamiseksi hakkeesta ja hakkeen lämmittämiseksi noin 100 - 120 °C:een. Korkeammasta lämpötilasta seuraa sekä hiilihydraattihydrolyysi että lipeän kondensoituminen (Ryd-holm: "Pulp Processes"). Tämän jälkeen hake tyypillisesti johdetaan korkeapainesyöttimeen liittyvään hakekouruun, jossa se 10 sekoittuu keittolipeään noin 115 - 130 °C:ssa, ja keittolipeää imeytetään hakkeeseen mainitussa lämpötilassa tyypillisesti noin 15 - 30 minuutin ajan sekä siirron aikana että joko keittimen yläosassa tai erillisessä impregnointiastiassa. Tämän jälkeen suspensio kuumennetaan noin 150 - 170 °C:een varsinaista keittoa 15 varten, joka tapahtuu keittimessä. Noin 400 vuokeitintä ympäri maailman toimii tällä periaatteella, jota on kauan pidetty tarkoituksenmukaisena tapana esikäsitellä hake keittoon sopivaksi ja sen jälkeen suorittaa vuokeitto.

20 Keksinnön mukaisesti on havaittu, että tämä tavanomainen laajalti käytetty menetelmä käsitellä haketta kraftkeittoa ·;··· varten voi itse asiassa huonontaa massan lujuusominaisuuksia varsinkin tuotettaessa kappaluvultaan normaalia alhaisempaa • · .·. : massaa. Tavanomainen tekniikan tason tietämys on jättänyt • · · . . 25 ottamatta huomioon sen tosiasian, että hakkeen ollessa ta- • · · • · · vanomaisessa impregnointilämpötilassa happamia aineosia pääsee • · · • φ · *” muodostumaan esim. hydrolyysireaktioissa ja delignifioinnissa • · · *·* * sellaisia määriä, että ne voivat ennen impregnoinnissa alkali- sella nesteellä tapahtuvaa hakkeen neutralointia vahingoittaa • · *.·.· 30 hakkeessa olevaa selluloosaa ja/tai aiheuttaa ligniinin kon- • · · :,,t* densoitumista, jotka molemmat ovat haitallisia seuraaville massanvalmistusprosesseille ja ainakin hapon vaikutus sellu- • · · · ,···, loosaan huonontaa massan lujuusominaisuuksia. Keksinnön mukai- • · *1’ sesti on huomattu, että alkalin diffuusio hakkeeseen ei ole * * 35 riittävän nopeaa, jotta se pystyisi neutraloimaan happamat • · 2 aineosat, ja siksi ongelma on ratkaistava eri tavalla, jos halutaan saada selluloosaraaka-aineesta valmistetulle massalle mahdollisimman hyvä loppulujuus.

5 Sen sijaan, että hake kuumennettaisiin noin 110 - 130 °C:een, jossa hydrolyysi, delignifiointi ja muut kemialliset happoa tuottavat reaktiot alkavat, keksinnön mukaisesti hake "kyl-mäimpregnoidaan". Toisin sanoen hake impregnoidaan siten, että happoa tuottavat kemialliset reaktiot ovat niin hitaita ja 10 alkalin diffuusio impregnointinesteestä on niin nopeaa, että alkali ehtii neutraloida muodostuneen hapon ennen kuin happo vahingoittaa selluloosaa ja/tai aiheuttaa ligniinin kondensoitumista. Jos kemiallisia reaktioita ei tapahdu, alkali ehtii levitä huokosiin siten, että hapon muodostuessa alkalia on heti 15 läsnä neutraloimassa hapon. On yllättäen todettu, että keksinnön mukaisesti suhteellisen alhaisella alkalipitoisuudella päästään tyydyttäviin tuloksiin ja voidaan tuottaa lujuudeltaan parempaa massaa kuin tavanomaisilla impregnointimenetelmillä.

20 Keksinnön eräs edullinen suoritusmuoto on menetelmä hienonnetun selluloosakuituaineksen (esim. havupuuhakkeen ja myös monien ····· muiden selluloosamateriaalien kuten lehtipuun, bagassin ja maataloudesta peräisin olevien materiaalien) impregnoimiseksi, • » .·. : johon kuuluu mm. seuraavia perättäisiä jatkuvatoimisia vaiheita: • · · . 25 a) ilmaa poistetaan hienonnetusta selluloosakuitumateriaalista • · ♦ .* ja materiaali esilämmitetään ympäröivää lämpötilaa kuumemmaksi; • · ♦ • · ♦ *** b) materiaalia liotetaan alkalisessa nesteessä (joka sisältää • · · *·* * edullisesti sulfidia) lämpötilassa, jossa happoja muodostavat kemialliset reaktiot, mikäli niitä tapahtuu, ovat niin hitaita, • · • ♦ · *.·.* 30 että alkalinen neste neutraloi hapot ennen kuin ne ehtivät ··» ·...· vahingoittaa selluloosamateriaalia tai aiheuttaa ligniinin kondensoitumista; tällöin alkalipitoisuus nesteessä on riittävän .···. korkea neutraloimaan syntyneet hapot ja käsittelyaika on • · !* riittävä, jotta selluloosamateriaali impregnoituu alkalilla « * * 35 olennaisesti kokonaan; c) syrjäytetään ainakin osa liuenneesta • · 3 orgaanisesta aineesta vaiheen b) jälkeen valkolipeällä, laimennetulla valkolipeällä, valkaisimon jäteliemellä, massanpesun jätevedellä tai vastaavalla; ja d) alkalilla impregnoidun selluloosa-aineksen lämpötila nostetaan olennai-5 sesti keittolämpötilaan ja selluloosamateriaali keitetään vuokeitolla selluloosamassan tuottamiseksi. Keitto tapahtuu edullisesti normaalia matalampaan kappalukuun, t.s. kraftmassa kappalukuun alle 25, jopa alle 20.

10 Edellä kuvatun menetelmän toteuttamiseksi vaihe a) suoritetaan tyypillisesti esihöyryttämällä hake tavanomaiseen tapaan, paitsi että höyrytyksessä käytettävä maksimilämpötila on noin 110 °C. Hakkeen esihöyrytys, jonka tarkoitus on esilämmittää hake ja poistaa siitä ilmaa, tapahtuu edullisesti noin 80 - 110 °C:n 15 lämpötilassa (edullisemmin 90 - 105 °C:ssa, ja ehkä edullisimmin noin 90 - 100 °C:ssa) ja se kestää tyypillisesti noin 5-60 min. (tyypillisesti noin 10 - 30 min.). Höyrytyksessä on edullista mutta ei välttämätöntä olla läsnä alkalia. Tällä tavalla höyrytyksessä muodostuneet kondensaatit tulevat emäksisiksi.

20 Alkalia voidaan lisätä hakkeeseen ennen höyrytystä tai sen aikana, esim. tuhkaa tai jauhetta, valkolipeää, mustalipeää tai muuta vastaavaa ainetta. Vaihe d) suoritetaan edullisesti vuokeittimessä noin 145 - 180 °C:n keittolämpötilassa.

• · · • · • · • · · • · · l I 25 Vaihe b), joka on esillä olevan keksinnön oleellisin osa, • · · ’ .* suoritetaan useimmilla selluloosakuituaineksilla noin lämpöti- • · · *·· lassa 80 - 100 °C. Käsittelyaika on tyypillisesti ainakin puoli • · · *·’ * tuntia ja se voi olla olennaisesti rajoittamaton, mikäli tehdas sallii prosessin etenemisen hyvin hitaasti ja mikäli • · *.*.* 30 selluloosamateriaalille ei aiheudu haittavaikutuksia; tyypil- lisesti materiaali ei vahingoitu, koska alkalinen neste on suhteellisen mietoa. Käytännössä käsittelyaika on harvoin yli 72 S··' tuntia, edullisesti se on noin 1-4 tuntia ja optimi on noin 2 • · *!* - 3 tuntia. Liotuksen ei tarvitse tapahtua korkeassa paineessa; ***** 35 itse asiassa ainoa syy ilmakehän painetta korkeamman paineen • · 4 käytölle on mahdollisten ilmakuplien kokoon puristaminen hakkeen uppoamisen helpottamiseksi. Tavanomaisessa impregnoinnissa paine on noin 10 - 20 bar. Esillä olevan keksinnön mukaisesti vaihe b) suoritetaan paineen ollessa 0-15 baria, edullisesti 0 5 - 5 baria tai 1-5 baria.

Vaihe b) suoritetaan tyypillisesti, jotta puuaineksesta liukenisi vähintään noin 8 %, edullisesti noin 10 - 20 %, ja ligniinistä vähintään noin 15 %, tyypillisesti noin 20 - 40 %. 10 Olennaisesti kaikki liuennut ligniini ja muu orgaaninen kiintoaines, kuten hemiselluloosa, tai ainakin suurin osa niistä voidaan poistaa ennen vaihetta d), millä on etuja koko käsittelyä ajatellen.

15 Vaiheiden c) ja d) välissä voi olla lisävaihe, jossa sellu-loosamateriaali lämmitetään noin 110 - 150 °C:een ja käsittelyaika on noin 10 - 90 min. (edullisesti lämpötila 120 - 140 °C ja aika 10 - 30 min.). Vaiheessa b), jossa voidaan käyttää korkeampia alkalipitoisuuksia, ei tarvita suurempia alkalipitoi-20 suutta kuin 1,0 mol NaOH/1 (tai vastaavasti muita alkaleja) ja itse asiassa alkalipitoisuus noin.0,75 mol/1 tai alle on hyvin • •••ί tehokas.

• · t · • · · • · · • · .·. ; Keksintö koskee myös järjestelmää, jolla selluloosakuitumateri- • · · . I 25 aalia käsitellään kemiallisen massan tuottamiseksi. Järjes- • · · • · · telmään kuuluu seuraavia osia: elimet, joilla ilmaa poistetaan • · · • · · ·** hienonnetusta selluloosakuituaineksesta ja materiaali esilämmi-

• · * J

• · · *·* * tetään ympäröivää lämpötilaa kuumemmaksi; ensimmäinen astia, jossa ilmaa poistavasta elimestä tulevaa materiaalia liotetaan • « ·.·.· 30 ja jonka on tarve kestää vain noin 5 barin tai alhaisempi paine • · · ja jossa on alkalista nestettä lämpötilassa noin 110 °C tai alle; jatkuvatoiminen keitin ensimmäisestä astiasta saadun ... selluloosa-aineksen keittämiseksi; ja elimet selluloosa-aineksen • · *!* siirtämiseksi ensimmäisestä astiasta keittimeen. Keitin on ***** 35 edullisesti jatkuvatoiminen ja siirtoelin myös paineistaa mate- • · 5 riaalin siirron aikana (siihen voi kuulua esim. tavanomainen korkeapainesyöttölaite) . Ensimmäisen astian ja keittimen välissä voi olla ainakin yksi impregnointiastia, varsinkin retrofit-tapauksissa, tai kylmäliotus voidaan suorittaa yk-5 siastiaisen hydraulisen keittimen yläosassa (esim. impregnoin-tivyöhykkeessä). Järjestelmään kuuluu myös elimet ensimmäisen nesteen poistamiseksi ensimmäisestä astiasta, joka neste sisältää liuennutta ligniiniä/kiintoainetta, ja ensimmäisen nesteen korvaamiseksi ensimmäisessä astiassa toisella nesteellä 10 (esim. pesemön tai valkaisimon suodoksilla), jonka ligniini/kiintoainepitoisuus on alhaisempi kuin ensimmäisen nesteen. Keksinnön mukaisesti voi olla mahdollista jopa jättää perinteinen korkeapainesyötin kokonaan pois jatkuvatoimisista kraftjärjestelmistä. Esimerkiksi ilmanpoistoelin voi olla 15 höyrytyksellä varustettu hakesäiliö, ja hakesäiliö ja ensimmäinen astia voivat sijaita siirtoelimen yläpuolella ja siirtoelin voi olla maan tason yläpuolella ja muodostua olennaisesti pumpusta (ilman korkeapainesyötintä).

20 Esillä olevan keksinnön ensisijainen tarkoitus on parantaa yksinkertaisesti mutta kuitenkin tehokkaasti kemiallisen, erityisesti vuokeitolla tuotetun massan lujuutta. Tämä ja keksinnön muut päämäärät käyvät ilmi sen yksityiskohtaisesta • · · kuvauksesta ja oheisista patenttivaatimuksista.

: : 25 • · · * / Keksintöä selitetään seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaa- • · · *···1 maila oheisiin piirustuskuvioihin, joista • · · • · · *·1 1 kuvio 1 esittää diagrammina alkalin kulutusta ajan funktiona kokeissa, jotka osoittavat keksinnön mukaisen mene- • · 30 telmän käyttökelpoisuuden; • · · kuvio 2 vastaa kuviota 1 mutta se kuvaa imeytynyttä • alkalia; • · · *11! kuvio 3 esittää diagrammina liuenneen puuaineksen • · • · *!1 määrää kokeissa, jotka osoittavat keksinnön mukaisen menetelmän • · :1’: 35 käyttökelpoisuuden; 6 kuvio 4 esittää diagrammina alkalipitoisuuden vaikutusta keksinnön mukaisessa esikäsittelyssä lämpötilassa noin 100 °C; kuvio 5 esittää kaaviollisesti esimerkkinä ensim-5 mäistä keksinnön suoritusmuotoa, johon kuuluu useita eri laitteita, joita esimerkiksi voidaan käyttää keksinnön mukaisessa järjestelmässä; ja kuvio 6 vastaa kuviota 5 mutta esittää vaihtoehtoista suoritusmuotoa laitteista, joita voidaan käyttää.

10

Kuten edellä keksinnön yhteenvedossa on kuvattu, keksintö koskee pääasiassa menetelmää hienonnetun selluloosakuituaineksen impregnoimiseksi siten, että perättäisesti ilmaa poistetaan hienonnetusta selluloosakuitumateriaalista ja materiaali esiläm-15 mitetään ympäröivää lämpötilaa kuumemmaksi (tyypillisesti höyryttämällä noin 80 - 110 °C:ssa, edullisesti noin 90 - 105 °C:ssa tai 90 - 100 °C:ssa käsittelyajan ollessa noin 5-60 min, edullisesti noin 10 - 30 min), materiaalia kylmäliotetaan alkalissa aineksen impregnoimiseksi alkalilla ja alkalilla impreg-20 noidun selluloosamateriaalin lämpötila nostetaan olennaisesti keittolämpötilaan ja lopulta selluloosamateriaali keitetään vuokeitolla kemiallisen massan tuottamiseksi.

• · t · • · · • · · . Keksinnön mukaisesti kylmäliotus, jossa materiaalia liotetaan • · * I 25 alkalisessa nesteessä, tapahtuu lämpötilassa, jossa happoja • · · */ muodostavat reaktiot (esim. hydrolyysi), mikäli niitä tapahtuu, • · · *···' ovat niin hitaita, että alkalinen neste, jossa haketta pidetään, • · · • · · *.* * neutraloi hapot ennen kuin ne ehtivät vahingoittaa selluloosama- teriaalia tai aiheuttaa ligniinin kondensoitumista. Jos • · 30 kemiallisia reaktioita ei tapahdu, alkalilla on riittävästi aikaa levitä soluihin, jolloin hapon syntyessä alkalia on heti valmiina neutraloimaan hapon. Alkalipitoisuus impregnointines- ‘HI teessä on niin korkea, että se riittää neutraloimaan tuotetun • · • · **· hapon ja liotusaika on riittävän pitkä, jotta "**: 35 selluloosamateriaali impregnoituu olennaisesti kokonaan aika- • · 7 lilla. Seuraava esimerkki, ja kuviot 1 ja 4, kuvaavat labora-toriokoetta, joka osoittaa keksinnön mukaisen menetelmän tehokkuuden.

5 Esimerkki

Havupuuhaketta, jossa lastunpaksuus vaihteli, laitettiin ilman esihöyrytystä alkaliliuokseen, jonka väkevyys oli noin 1,0 mol/1 NaOH ja lämpötila noin 100 °C ja alkalinkulutus (NaOH) mitattiin. Tässä kokeessa käytettiin rikitöntä nestettä mutta 10 edullisesti liotukseen/impregnointiin käytettävä alkalinen neste sisältää hydrosulfidia, sulfidi-ioneja tai natriumsulfidia. Kuvioiden pylväät 10 kuvaavat tuloksia (erilaisilla käsittelyajoilla) hakkeen lastunpaksuuden ollessa noin 3 mm, pylväät 11 paksuuden ollessa noin 4 - 6 mm ja pylväät 12 15 paksuuden ollessa 6-8 mm. Kuviosta 1 voidaan nähdä, että näillä lastunpaksuuksilla tunti ei ole riittävä aika alkalin täydelliselle impregnoitumiselle mutta noin kahden tunnin ja selvästi noin kolmen tunnin kuluttua kulutus impregnoinnin ja

V

diffuusion aikana tasoittuu ja on merkkinä siitä, että tämän 20 ajan, noin kahden - kolmen tunnin, kuluttua hake voidaan kuumentaa ja keittää. (Jos hake esihöyrytetään, höyrytysaika luultavasti lyhenee jonkin verran) . Kuviossa 1 esitetyistä • · • · tuloksista samoin kuin muista saatavilla olevista tiedoista • · · # · · ! *. voidaan nähdä, että käytetystä selluloosamateriaalista, lämpö- • · · • · · ) * 25 tilasta, hakkeen lastunpaksuudesta ja vastaavista tekijöistä • · · • ’· riippuen keksinnön mukaisen alkalissa tapahtuvan liotuksen • · · *·!·* sopiva kesto on noin 1-72 tuntia, edullisesti noin 1-4 tun- • · · • · · *.* * tia ja tyypillisesti noin 2-3 tuntia.

• · 30 Kuvio 2 vahvistaa edellä selitetyt tulokset. Kuvio esittää kuvion 1 tapaan pylväsdiagrammeja, joista pylväät 15 - 17 • · · vastaavat samoja puulastunpaksuuksia kuin pylväät 10 - 12 *1** samassa järjestyksessä. Kuvio 2 kuvaa imeytynyttä alkalia, t.s.

• · kulutettua alkalia ja nesteessä olevaa alkalia, joka siirtyy ”’*! 35 hakkeeseen.

• · 8

Kuviosta 3 ilmenee, että keksinnön mukaisen kylmäimpregnoinnin aikana huomattava määrä puuainesta liukenee. Pylväät 21 - 23 vastaavat kuvion 1 pylväitä 10 - 12 samassa järjestyksessä ja 5 samoilla lastunpaksuuksilla. Kuviosta 3 ja muista saatavilla olevista tiedoista käy ilmi, että keksinnön mukaisen alkukä-sittelyn aikana puuaineksesta liukenee noin 15 - 20 %. Impreg-nointinesteen ligniinipitoisuus kasvaa liukenevan ligniinin takia. Kuviosta 3 saatavan ja muun saatavilla olevan tiedon 10 perusteella on toivottavaa liuottaa keksinnön mukaisesti ainakin noin 8 % puusta impregnoinnin aikana, ja edullisesti noin 10 -20 % ja tyypillisesti ainakin noin 15 % ligniinistä, edullisesti noin 20 - 40 %. Nämä määrät puuta ja ligniiniä voidaan keksinnön mukaisesti liuottaa "kylmäimpregnoinnin” aikana ilman 15 kuituvaurioiden riskiä.

Kuvio 4 esittää alkalipitoisuuden vaikutusta esikäsittelyssä noin 100 °C:n lämpötilassa. Pylväät 26 - 28 esittävät vastaavan paksuisilla lastuilla saatuja tuloksia kuin pylväät 10 - 12 20 vastaavassa järjestyksessä. Vasemmanpuoleisten pylväiden tapauksessa alkalipitoisuus on noin 0,75 mol/1 (kaikki alkali-pitoisuudet on ilmaistu NaOH:na tai vastaavana), keskimmäisten • · . . pylväiden noin 1,0 mol/1 ja oikeanpuoleisten noin 1,5 mol/1.

• · · • *. Kuviossa 4 esitetyt graafiset tulokset antavat ymmärtää, että • · · • * 25 alkalipitoisuudella ei ole merkittävää vaikutusta ja siksi • · · *· alkalia on tarpeen olla läsnä kuitumateriaalin soluissa vain sen • · · *.ί.* verran kuin tarvitaan sivutuotteena syntyvien happojen • · · ·.· · tehokkaaseen neutralointiin ja estämään happamien alueiden syntymisen, jotka voisivat huonontaa kuitujen ominaisuuksia.

: 30 Varsinaisessa keitossa tarvittava alkali voidaan siten lisätä • · ·”’· tämän esikäsittelyn jälkeen ja/tai keiton aikana, toisin sanoen • · · *. korkeaa alkalipitoisuutta ei tarvita impregnoinnissa. Kuvion 4 • · · *··· ja muiden tietolähteiden perusteella voidaan itse asiassa todeta • · *···’ olevan toivottavaa, että alkalipitoisuus keksinnön mukaisessa t · • · 9 kylmäimpregnointivaiheessa on vain noin 1,0 mol NaOH/1 tai vähemmän, edullisesti noin 0,75 mol/1 tai vähemmän.

Edellä olevan esimerkin ja muun saatavilla olevan tiedon 5 perusteella on keksinnön mukaisesti päädytty siihen, että hake on edullista impregnoida sen ollessa noin 110 °C:n lämpötilassa tai kylmempää. Tyypillisesti keksinnön mukainen kylmäimpreg-nointi tapahtuu noin 80 - 100 °C:n lämpötilassa. Käsittelyaika on edullisesti vähintään puoli tuntia ja edullisimmin noin 1-4 10 tuntia, optimaalisesti noin 2-3 tuntia. Paine voi olla 0-15 bar, edullisesti 0-5 bar ja edullisimmin 1-5 bar, koska lievä paineistus puristaa hakkeessa mahdollisesti olevat kaasukuplat kokoon, jolloin hake uppoaa nesteeseen helpommin; paineistus ei ole kuitenkaan tarpeellista muuten kuin kaasu-15 kuplien koon pienentämiseksi. Keksinnön mukaisesti voidaan siten käyttää halvempia laitteita ja astioita, koska niiden ei tarvitse olla paineenkestäviä.

Keksinnön mukaisesti voi myös olla toivottavaa lisätä prosessiin 20 lisäalkalia keittoreaktion alussa ja nostaa hakkeen lämpötila vähitellen keittolämpötilaan lisäämällä kylmäimpregnoinnin ja hakkeen keittolämpötilaan kuumentavan vaiheen väliin vaihe, • · . . jossa selluloosamateriaalin lämpötila nostetaan noin 110 - 150 • · · * °C:een (edullisesti 120 - 140 °C) käsittelyajan ollessa noin 10 -• · · ’* ** 25 90 min. (edullisesti noin 10 - 30 min.).

• · • · · • · · • · • · · *.!.* Keksintö soveltuu erityisen hyvin käytettäväksi kraft- ja • · · V · soodavuokeittoprosesseissa mutta sitä voidaan käyttää muissakin kemiallisissa keittoprosesseissa.

30 * · :***: Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti on edullista ainakin ··· *. osittain syrjäyttää liuennut ligniini ja/tai muu orgaaninen ··· ***· kiintoaines (esim. hemiselluloosa) esikäsittelyn jälkeen mutta • · *·"* ennen keittoa, liuenneen aineksen määrän vähentämiseksi varsi- *;·*: 35 naisessa keitossa (edullisia syitä tälle esitetään esim. US- • · 10 patentissa 5,489,363, johon viitataan tekniikan tasona). Ligniiniä/kiintoainetta sisältävän lipeän syrjäyttämiseen ligniini/kiintoainepitoisuudella matalammalla lipeällä voidaan käyttää esim. valkolipeää, laimennettua valkolipeää, mustalipeää 5 (esim. kuviossa 6 alemmalta sihdiltä 52) , valkaisimon jätelientä, massanpesun jätevettä, tai vastaavaa. Jos ainakin suurin osa liuenneesta ligniinistä/kiintoaineesta saadaan poistetuksi, on hyvinkin mahdollista, että keksinnön mukaisesti liuenneen ligniinin/kiintoaineen määrä varsinaisessa keitossa on 10 30 - 50 % pienempi kuin tavanomaisessa prosessissa, mikä pienentää ligniinin kondensoitumisvaaraa keitossa.

Keksinnön toteuttamiseen käytettävän alkalinesteen alkuperällä ei ole suurta merkitystä; edullisesti se kuitenkin sisältää 15 ainakin jonkin verran sulfidia. Tarkoitukseen voidaan käyttää mustalipeää, viherlipeää, valkolipeää, alkalista valkaisimon jätelientä, tai näiden seosta (erityisesti valkolipeän ja mustalipeän seosta) tai muuta helposti saatavaa alkalista nestettä. Nämä nesteet voivat sisältää lisäaineita, esim.

20 polysulfidia, antrakinonia, tai kompleksinmuodostajia (kelaat- teja). On toivottavaa käyttää nestettä, jonka natriumsulfidi-pitoisuus on korkea (esim. kuvion 6 sihdiltä 51); sulfidipi- • · . . toinen neste voidaan lisätä liotukseen tai liotuksen ja keiton • · · • · · I *. väliin.

• · · *· 25 • · • · · *· Kuvio 5 esittää kaaviollisesti erilaisia laitteita, joita • · · *.J.* voidaan käyttää eräässä esimerkkinä esitetyssä keksinnön # · · *.· · mukaisessa järjestelmässä ja joilla edellä kuvattua menetelmää voidaan soveltaa käytäntöön ja tuottaa keksinnön mukaisesti • · ί^ϊ ϊ 30 lujuudeltaan parempaa massaa. Kuviossa 5 viitenumero 30 viittaa : tavanomaiseen hakesäiliöön, jossa esihöyrytys tapahtuu, tai *. vaihtoehtoisesti hakesäiliö 30 voi olla DIAMONDBACK®-hakesäiliö, ··· ' *::: jota myy Andritz Inc., Glens Falls, New York, ja jollainen on • ♦ • · *1* kuvattu US-patentissa 5,500,083, johon viitataan tekniikan *·**· 35 tasona. Säiliö 30 voi olla ilmakehänpaineinen tai siinä voi • · 11 olla hieman korotettu paine, noin 0,1-3 bar, ja höyrytyksellä tyypillisesti nostetaan hakkeen lämpötilan noin 80 - 100 C:een käsittelyajan ollessa noin 10 - 30 min.

5 Höyrytetty hake säiliöstä 30 syötetään esim. käyttäen tavanomaista hakepumppua 31 (tai matala- tai korkeapainesyötintä tai vastaavaa) kanavan 32 kautta liotus/impregnointiastian 33 yläosaan keksinnön mukaisesti. Astian 33 ei tarvitse olla paineastia, eli keksinnön mukainen impregnointi voi tapahtua 10 ilmakehän paineessa astiassa 33. Kuitenkin on toivottavaa, että astiassa 33 vallitsee hieman korotettu paine, tyypillisesti noin 1-5 bar, jolloin kaasukuplat puristuvat kokoon ja hake uppoaa helpommin. Siten astia 33 voi olla halvempi kuin tavanomaiset impregnointiastiat, joissa vaaditaan noin 10 - 20 barin paine.

15

Hakesäiliö 30 ja esikäsittelyastia 33 voidaan yhdistää yhdeksi astiaksi. Ilmakehänpaineinen höyrytys voidaan suorittaa astian yläosassa ja astiassa pidetään yllä tietty nesteen pinnankorkeus, jotta esikäsittely voidaan aloittaa. Jos hake on 20 pidettävä nesteeseen upotettuna, astia voidaan paineistaa.

. Liotus/impregnointiastiassa 33 voi olla ensimmäinen vyöhyke 34 • · .. ja toinen vyöhyke 35 tai enemmänkin vyöhykkeitä. Impregnoinnissa • · · • · · • \ en vyöhykkeissä 34, 35 voidaan käyttää erilaisia nesteitä, • · · *· ** 25 kuten US-patentissa 5,660,686 kuvataan, johon julkaisuun • · · *· *ί viitataan tekniikan tasona. Toisessa vyöhykkeessä 35 käytettävä lipeä voi olla kuumempaa tai rikkipitoisempaa kuin vaiheessa 34 • ·« S,! · käytettävä lipeä. Lämpötila vyöhykkeessä 34 on edullisesti 80 - 100 °C, ja materiaalia pidetään vyöhykkeessä 34 vähintään puoli ·*:*; 30 tuntia, tyypillisesti noin 1-4 tuntia. Vyöhykkeen 35 • · .***. lämpötila voidaan nostaa noin 110 - 150 °C:een, esim. 120 - • · * ·. 140 °C:een, ja materiaali voidaan pitää vyöhykkeessä 35 noin 10 ··· ···· - 90 min, tyypillisesti noin 10 - 30 min. Vaihtoehtoisesti » · *···* vyöhykkeiden 34, 35 lämpötila voi olla alle 110 °C ja ·:*·· 35 kokonaisimpregnointiaika vyöhykkeissä 34, 35 noin 2-4 tuntia.

• · 12

Kuvio 5 esittää tavanomaista sihtijärjestelyä, johon viitataan yleisesti numerolla 36 ja jolla poistetaan vyöhykkeen 34 jälkeen osa impregnoitua haketta ympäröivästä nesteestä, jonka liuenneen 5 ligniinin/kiintoaineen pitoisuus on korkea. Tämä neste voidaan korvata nesteellä, jota lisätään missä tahansa halutussa kohdassa astiassa 33 ja jonka liuenneen ligniinin/kiintoaineen pitoisuus on merkittävästi alhaisempi kuin sihdeillä 36 linjaan 37 poistetun nesteen vastaava pitoisuus, jolloin massan 10 liuenneen ligniinin/kiintoaineen pitoisuus sen tullessa vuokeittimelle 40 on noin 30 - 50 % pienempi kuin tavallisissa vuokeitinjärjestelmissä.

Astian 33 pohjalta linjaa 41 pitkin poistettu massa johdetaan 15 edullisesti tavanomaisella korkeapainesyöttimellä 42, joka sekä siirtää selluloosasuspensiota että nostaa sen painetta, vuokeittimen 40 yläosaan. Keksinnön mukaisesti tavanomainen korkeapainesyötin 42 voidaan tietyissä olosuhteissa korvata hakepumpulla. Joka tapauksessa keittimen 40 yläosassa on oltava 20 vähintään noin 5-10 barin paine, joka estää keittoläm-pötilassa, noin 145 - 180 °C, olevan keittolipeän kiehumisen. Koska keksinnön mukaisesti käytetään kaksivaiheista pumppausta (pumput tai vaiheet 31, 42) astiassa 33, paine yläosassa voi • · · #!#*. olla 3-8 baria, jos korkeapainesyöttimen sijaan käytetään • · · I * 25 hakepumppua vaiheessa 42.

• · · • · · • · • # · *···* Keitin 40 on edullisesti tavanomainen jatkuvatoiminen keitin, • · · *.* * esim. MCC®, EMCC®, tai Lo-Solids®, joita myy Andritz, Inc, Glens

Falls, New York. Keitto tapahtuu tyypillisesti vyöhykkeessä 44 • · ί,ί.ί 30 ja pesu vyöhykkeessä 45 -ennen kuin tuotettu lujuudeltaan #9· : : korkeatasoinen kemiallinen massa (edullisesti kraftmassa) • · · |;e poistetaan linjan 46 kautta. (Keitin 40 voi toimia kokonaan *11! myötävirtaan.) Järjestelmään kuuluu erotussihtejä, joihin • · • · ”· viitataan yleisesti numerolla 47. Suspensiota kuumennetaan “*" 35 astioiden 33 ja 40 välillä suoralla lämmönsiirrolla • · 13 siirtojärjestelmässä astioiden 33 ja 40 välissä. Lämpötaloutta voidaan parantaa hyödyntämällä sihdiltä 47 saatavan lipeän lämpö valkolipeän (tai muun keittolipeän) esilämmityksessä ennen sen lisäystä keittimeen 40.

5

Kuvion 6 järjestelmä on vastaavanlainen kuin kuvion 5, mutta siinä esitetään jo olemassa olevaan (eikä äskettäin rakennettua) laitos, jossa jo on impregnointiastia. Tässä suoritusmuodossa viitataan kuviossa 5 esitettyjä laitteita vastaaviin laitteisiin 10 samoilla viitenumeroilla kuin kuviossa 5 mutta numeroiden eteen on lisätty "1".

Kuvion 6 suoritusmuodossa sellutehtaan jo olemassa oleva impregnointiastia on astia 50. Keksinnön mukainen kylmäim-15 pregnointi suoritetaan astiassa 133 (noin 110 °C:n maksimilämpötilassa) ja astiassa 50 tapahtuu välikäsittely, jossa hakkeen lämpötila nostetaan asteittain esim. noin 110 - 150 °C:een, edullisesti 120 - 140 °C:een, jolloin keitto-olosuhteet voivat olla laimeammat keittimessä 40 ja myös vähemmän liuennutta 20 puuainesta on läsnä keitossa, jos vyöhykkeistä 51, 52 poistetaan tai syrjäytetään nestettä tai sitä poistetaan ennen keitintä 50. Järjestelmään kuuluu astiaan 50 liittyvä, toinen hakepumppu 53 vaikka hake voidaankin liettää keittimen 140 yläosasta palautus- • · · . kanavan kautta tulevalla lipeällä. Olemassa oleva • · * I I 25 korkeapainesyötin 142 on järjestetty astioiden 133 ja 50 väliin.

• · · • · · • · • · · *···* Vaihtoehtona kuvioiden 5 ja 6 järjestelmille voidaan käyttää • · · *·* * esim. US-patenteissa 5,476,572 ja 6,622,598 kuvattuja laitteita, joihin julkaisuihin viitataan tekniikan tasona. Voidaan • · ·,:.ί 30 esimerkiksi käyttää julkaisun 5, 942,498 kuvioissa 4-9 tai ϊφ><ϊ julkaisun 5,622,598 kuviossa 1 esitettyjä järjestelmiä ja keksinnön mukaisesti pitää haketta astioissa ennen korkeapaine-syötintä tai pumppua riittävän kauan (esim. 1-4 tuntia). Tällä • · '** tavoin ja esillä olevan keksinnön mukaisesti voi olla *·*” 35 mahdollista jättää jatkuvatoimisissa kraftjärjestelmissä • · 14 tavallisesti tarvittava korkeapainesyötin pois järjestelmästä varsinkin, jos hakesäiliössä vallitsee ylipaine pumpun yläpuolella pidetään suspensiopatsas ja keitin toimii kokonaan myötävirtaan, tai ainakaan siinä ei ole vastavirtapesuvaihetta 5 ja/tai hakesäiliö ja liotusastia sijaitsevat korkealla siten, että ne ovat lähempänä keittimen kantta kuin maata.

Edellä olevasta huomataan, että keksinnön mukaisesti on kehitetty edullinen menetelmä ja laitteisto lujuudeltaan parannetun 10 kemiallisen massan (varsinkin kraftmassan) tuottamiseksi.

Parannettu lujuus on erityisen tärkeää käytettäessä kraftkeit-tomenetelmiä. Vaikka keksintöä on edellä kuvattu ja selitetty sen mukaan, mitä tällä hetkellä pidetään sen käytännöllisimpänä ja edullisimpana suoritusmuotona alan ammattilaiselle on selvää, 15 että sitä voidaan muunnella monin tavoin poikkeamatta keksinnön suojapiiristä, joka on tulkittava mahdollisimman laajaksi oheisten patenttivaatimusten mukaan, jotta se kattaa kaikki vastaavat menetelmät, massat ja järjestelmät.

• · • · • · · • · · • · • · • · · * · · • · • · • · · • · · • · • · · • · · • · · • · · • · · • · · • · • · · • ♦ · • · • ♦ « * · • · • · · «·· ···· ··· • · • · • · · 1 • · ·

Claims (17)

1. Menetelmä hienonnetun selluloosakuitumateriaalin impreg-noimiseksi, tunnettu siitä, että siihen kuuluu seuraavia 5 perättäisiä jatkuvatoimisia vaiheita: a) hake höyrytetään ilman poistamiseksi ja hakkeen lämmittämiseksi noin 80 - 100°C:een; b) materiaalia liotetaan alkalisessa nesteessä, jonka alkalipitoisuus on noin 1,0 mol NaOH/1 tai vähemmän, noin 0,5 - 10 72 tuntia lämpötilassa noin 80 - 100°C, jolloin hake impreg- noituu alkalilla ja orgaanista ainetta liukenee; c) syrjäytetään ainakin osa liuenneesta orgaanisesta aineesta vaiheen b) jälkeen valkolipeällä, laimennetulla valkolipeällä, valkaisimon jäteliemellä, massanpesun jätevedellä 15 tai vastaavalla; ja d) selluloosamateriaalin lämpötila nostetaan olennaisesti keittolämpötilaan ja selluloosamateriaali keitetään vuokeitolla selluloosamassan tuottamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihe b) toteutetaan paineessa noin 0-15 bar.

• · • . 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • · · • » i 1. että vaihe b) toteutetaan, jotta ainakin 8 % selluloosamateri- • » · • 2 3 · • ’ 25 aalin puuaineksesta ja ainakin noin 15 % ligniinistä liukenee. • · · • · · • · • · ·

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • · · * että vaihe b) toteutetaan, jotta ainakin 10-20 % sellu loosamateriaalin puuaineksesta liukenee. 30

• · :***; 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • · · että vaihe d) toteutetaan selluloosakuitumateriaalin lämmittä- • · · ”” miseksi ainakin lämpötilaan noin 145 - 180°C. • · • · • · · • · 2 · · · · 3 • ·

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siihen kuuluu lisäksi vaiheiden c) ja d) välissä vaihe, jossa hienonnettu selluloosakuitumateriaali lämmitetään lämpötilaan noin 110 - 150°C käsittelyajan ollessa noin 10 - 90 min. 5

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu lisävaihe toteutetaan noin 120 - 140°C:n lämpötilassa käsittelyajan ollessa noin 10 - 30 min.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihe b) toteutetaan alkalipitoisuudessa noin 0,75 mol NaOH/1 tai vähemmän, jolloin alkalinen neste sisältää sulfidia.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että vaihe b) toteutetaan käyttäen alkalisena lipeänä mustali- peää, viherlipeää, alkalista valkaisimon jätevettä, valkolipeää tai niiden seoksia.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 20 että vaiheessa b) käsittelyaika on noin 2-4 tuntia, jolloin noin 10 - 20 % puusta liukenee.

• · . . 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • · · ' ' • · · I *. että vaiheessa a) käsittelyaika on noin 5-60 min. • · · • · · * * 25

• · • · · *· *· 12. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • · · että vaihe d) toteutetaan selluloosamassan keittämiseksi • · · • · · *.* · jatkuvatoimisella kraftkeitolla kappalukuun alle 25. • · ϊ^ϊ 30

13. Järjestelmä, jolla selluloosakuitumateriaalia käsitellään :***: kemiallisen massan tuottamiseksi jatkuvatoimisesti, tunnettu • · e siitä, että järjestelmään kuuluu seuraavia osia: • · · *!’* elimet (30), joilla ilmaa poistetaan höyryttämällä • · *" hienonnetusta selluloosakuitumateriaalista ja materiaali esiläm- 35 mitetään ympäröivää lämpötilaa kuumemmaksi; • · ensimmäinen astia (33; 133), jossa ilmaa poistavasta elimestä tulevaa materiaalia liotetaan ja jonka on tarve kestää vain noin 5 barin tai alhaisempi paine ja jossa on alkalista nestettä lämpötilassa noin 110°C tai alle; 5 elimet (37) ensimmäisen nesteen, joka sisältää liuennutta ligniiniä ja orgaanista kiintoainetta, poistamiseksi mainitusta ensimmäisestä astiasta ja ensimmäisen nesteen korvaamiseksi ensimmäisessä astiassa toisella nesteellä, jonka liuenneen ligniinin ja orgaanisen kiintoaineen pitoisuus on 10 alhaisempi kuin ensimmäisen; jatkuvatoiminen keitin (40; 140) mainitusta ensim mäisestä astiasta saadun selluloosamateriaalin keittämiseksi; ja elimet (42; 53) selluloosamateriaalin siirtämiseksi mainitusta ensimmäisestä astiasta keittimeen. 15

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että siihen kuuluu ainakin yksi impregnointiastia (50) mainitun ensimmäisen astian (133) ja keittimen välissä (140).

15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mainittuihin siirtoelimiin kuuluu laitteet (42), joilla selluloosamateriaali siirretään mainitusta ensimmäisestä • · SS' (33) astiasta mainittuun keittimeen (40) ja materiaali • · · I paineistetaan siirron aikana. • · · • · · : : 25 • · · *· 1·

16. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, tunnettu • · · *·ϊ·1 siitä, että mainittuihin ilmanpoistoelimiin kuuluu höyrytyksellä • · · *.1 1 varustettu hakesäiliö (30; 130) ja että mainittu hakesäiliö ja ensimmäinen astia (33; 133) ovat mainittujen siirtoelinten ylä- • » 30 puolella ja mainitut siirtoelimet ovat lattiatason yläpuolella : : ja muodostuvat olennaisesti pumpusta ilman korkeapainesyötintä. # · ♦ ···

17. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, tunnettu • · • · *** siitä, että mainittuihin ilmanpoistoelimiin kuuluu höyrytyksellä 35 varustettu hakesäiliö (30; 130) ja että mainittu hakesäiliö ja • · ensimmäinen astia (33; 133) ovat mainittujen siirtoelinten yläpuolella ja mainitut siirtoelimet ovat lattiatason yläpuolella ja muodostuvat olennaisesti pumpusta. • · • · • · · • · · • · • · • · · • · · • · • · • · · • · · • · * · · • · · • · · • · · • · · • · · • · • · · • · · • · • · · • · • · • · · • · · • · · · • · · • · • · • · · 1 • · · · · · • ·