FI122838B - Menetelmä massan valmistamiseksi lignoselluloosamateriaalista - Google Patents

Description

Menetelmä massan valmistamiseksi lignoselluloosamateriaalista Keksinnön ala 5 Esillä oleva keksintö koskee menetelmää massan valmistamiseksi. Tarkemmin keksintö koskee parannettua menetelmää ligniinimakromolekyylien hajottamiseksi ja selluloosakui-tujen vapauttamiseksi lignoselluloosamateriaalissa käyttäen delignifiointireaktantteja, jossa menetelmässä kaasumaista orgaanista ainetta käytetään kuumennusväliaineena ja reaktiota nopeuttavana aineena.

10

Keksinnön tausta

Suurin osa maailmassa nykyään tuotetusta paperinvalmistusmassasta valmistetaan niin kutsutulla kraftmenetelmällä. Kraftmassanvalmistuksella saadaan aikaan vahvoja kuituja, mikä seikka on antanut menetelmälle sen nimen. Menetelmän haittana on kuitenkin se, että 15 se on erittäin pääomaintensiivinen. Tämä johtuu siitä, että kemikaalien talteenottamiseksi tarvitaan erittäin monimutkainen järjestelmä ja erittäin suuria reaktoreiden yksikkökokoja. Reaktorit ovat itse asiassa tulleet niin suuriksi, että varsinaisten reaktioiden ja nestekierto-jen säätäminen on tullut erittäin vaikeaksi. Valtavat yksikkökoot prosessin kaikissa osissa johtavat myös hyvin suureen välivarastoon, ja prosessiin, joka reagoi erittäin hitaasti esim. 20 laatumuutoksiin jne. Mikä tahansa parannus, joka johtaisi nopeampaan prosessiin lyhy emmillä prosessiviiveillä, tulisi siksi nähdä suurena edistysaskeleena.

Toinen kraftmenetelmään liittyvä ongelma on rikin käyttö, joka johtaa suurempiin kierrossa oleviin kemikaalimääriin, hajuongelmiin ja tekee käytettyjen kemikaalien talteenottami-S 25 sen erityisen monimutkaiseksi. Menetelmällä ilman rikkiä olisi mahdollista saada aikaan

CM

^ liuenneen orgaanisen materiaalin menetelmässä paljon tehokkaampia palamisprosesseja.

o

CM

Hitaiden ja vaivalloisten menetelmien ongelmien ratkaisemiseksi ja jotta rikistä, ja usein cc kaikista prosessin epäorgaanisista kemikaaleista, päästäisiin eroon, ovat useat tutkijat eh-oo ^ 30 dottaneet orgaanisten liuottimien käyttöä keittokemikaalina j a selluloosakuituj a puussa

LO

g yhdessä pitävän ligniinin liuottamiseksi, o

CM

2

Teoksen J. Gullichsen, C-J Fogelholm, Papermaking Science and Technology, Book 6A, Fapet, 1999, Helsinki, Finland, s. B411, mukaan orgaanisia liuottimia käyttävät massan-valmistusmenetelmät voidaan luokitella seuraavasti: 5 * autohydrolyysimenetelmät, joissa puusta lämpökäsittelyn avulla vapautetut or gaaniset hapot toimivat delignifointiaineina • happokatalysoidut menetelmät, joissa materiaaliin lisätään happamia aineita • menetelmät, joissa käytetään fenoleita • alkaliset organosolvmenetelmät 10 · sulfiitti- ja sulfidikeitto orgaanisissa liuottimissa ® ligniinin hapetusta orgaanisessa liuottimessa käyttävä keitto

Autohydrolyysin perusajatuksena on, kuten esimerkiksi julkaisussa US 3,585,104 (Klei-nert) on selitetty, keittää puuta liuottimessa korkeassa lämpötilassa. Korkea lämpötila joh-15 taa puussa läsnä olevien sokereiden hydrolyysiin, jolloin vapautuu happoja. Näiden happo jen uskotaan sitten hajottavan ja liuottavan ligniiniä yhdessä liuottimen kanssa. Tämän menetelmän haittana on, että tarvitaan erittäin rankat olosuhteet ligniinin poistamiseksi puusta kunnolla.· Tämä johtaa tuotantohäviöihin ja huonoon massan laatuun. Toiset ovat yrittäneet parannella perusajatusta massan laadun parantamiseksi. Eräs sellainen yritys on 20 niin kutsuttu IDE-menetelmä, jota on kuvattu julkaisussa EP 0 635 080. Ajatuksena on rajoittaa pH:n alenemista massan laadun pelastamiseksi. Menetelmän on tarkoitus saada tämä aikaan keittämällä käyttäen liuotinta vastavirtaperiaatteella, jolloin keiton alussa muodostuneet hapot poistetaan, ja lisäämällä alkalia pitämään pH haluttuna. Menetelmää ei ole koskaan voitu toteuttaa kaupallisessa mittakaavassa, mahdollisesti vastavirtauksen yl-o 25 läpitämiseen tarvittavan suuren liuotinmäärän vuoksi. Lisäksi edes laboratoriossa se ei so-

CM

d) vellu hyvin kaikille puulajeille, o i C\l x Jos massan laatua ei pidetä pääkriteerinä (painotus sivutuotteen arvossa), happoa voidaan O. .....

lisätä järjestelmään massanvalmistusmenetelmän nopeuttamiseksi. On esimerkiksi kehitet-oo ^ 3 0 ty menetelmiä, j oissa delignifiointiaineina käytetään etikka- j a muurahaishappoa. Näiden o menetelmien haittana on, että huonolaatuiselle massalle ei ole markkinoita, ja että laitteis-

C\J

tossa syntyy vakavia korroosio-ongelmia.

3

Niin kutsuttu Organocell-menetelmä on liuotinta käyttävistä massanvalmistusmenetelmistä ollut lähimpänä laajaa kaupallistamista. Tämä menetelmä on eräs alkalisen organosolvmas-sanvalmistuksen muunnelma, jossa käytetään sooda-antrakinonin ja orgaanisen liuottimen 5 samanaikaista vaikutusta ligniiniin. Menetelmä näytti antavan laboratoriossa hyväksyttävän massan laadun, mutta kun sitä kokeiltiin tehdasmittakaavassa, tulokset eivät olleet tyydyttäviä.

Kaikki aikaisemmat massanvalmistusmenetelmät, joissa käytetään orgaanisia liuottimia, 10 ovat olleet yrityksiä kehittää korvikkeita nykyään vallitsevassa asemassa olevalle kraft-massanvalmistusmenetelmälle. Kraftmassanvalmistusmenetelmää on kuitenkin jatkuvasti parannettu viimeisten 100 vuoden aikana ja se on nykyään melko tehokas ja siksi sen kanssa on vaikea kilpailla. Tämä on nähtävissä siitä seikasta, että mikään liuotinta käyttävä massanvalmistusmenetelmä ei ole osoittautunut kaupallisesti toteuttamiskelpoiseksi. Itse 15 kraftmenetelmässä on kuitenkin vielä parantamisen varaa. Esimerkiksi menetelmän aiheuttamat hajut nähdään ongelmana, kuten myös se seikka, että reaktorit tulevat yhä suuremmiksi ja vaikeasti säädeltäviksi. Erilaisia toimenpiteitä alkalisen kraftmassanvalmistuksen parantamiseksi on suoritettu. Eräs sellainen menetelmä on nopean höyryfaasin käyttöön perustuva massanvalmistus. Ajatuksena on impregnoida puu kaikilla impregnointivaiheen 20 reaktioihin tarvittavilla aikalisillä kemikaaleilla, ja kuumentaa sen jälkeen vesihöyryfaasis-sa. Tämä tekisi reaktorit pienemmiksi ja poistaisi osittain hajuongelmat kuten kanadalaisessa patentissa 725.072 on kuvattu. Tämä menetelmä ei kuitenkaan ole osoittautunut riittävästi paremmaksi nestefaasin käyttöön perustuvaan kraftmenetelmään verrattuna - saannon lisäys on ollut erittäin vähäinen ja reaktorit edelleen erittäin suuria, mikä johtaa liian ^ 25 suureen hakepatsaaseen höyryfaasissa, mikä puolestaan johtaa keittimen sisällön tiivisty-

<M

^ miseen ja luhistumiseen, tukkien siten virtauksia j a tuhoten massan laatua.

o

(M

Esillä olevan tutkimuksen valossa on selvää, että aikaisempi tutkimus on epäonnistunut

CC

“ suureksi osaksi sen vuoksi, että orgaanisen liuottimen todellista merkitystä ei ole tunnistet- oo ^ 30 tu. Esillä olevassa tutkimuksessa on havaittu selvästi, että orgaaniset liuottimet eivät itse

LO

g osallistu reaktioihin ligniinin liuottimena tai aktiivisena kemikaalina, vaan ne vaikuttavat o

CM

4 itse asiassa vain sellaisen reaktioympäristön syntymiseen, joka edistää muiden delignifi-ointikemikaalien tehoa.

Keksinnön yhteenveto 5 Esillä olevan keksinnön mukaan on saatu aikaan parannettu menetelmä massan valmistamiseksi lignoselluloosamateriaalista.

Esillä olevan keksinnön mukaan lignoselluloosamateriaali impregnoidaan ensin reaktantti-kemikaaleilla. Tämä voidaan suorittaa upottamalla materiaali mainittuja kemikaaleja sisäl-10 tävään liuokseen, jonka jälkeen ylimääräinen neste poistetaan. Neste voi olla mikä tahansa delignifointiainetta sisältävä liuos. Esimerkkejä sellaisista nesteistä ovat hydroksidin, sulfi-din, sulfiitin, bisulfiitin, karbonaatin (esim. natriumyhdisteiden), rikkidioksidin, antrakino-nin, amiinien tai happojen vesiliuokset. Impregnointi voidaan suorittaa myös saattamalla materiaali kosketukseen delignifointikemikaalien kanssa kaasufaasissa. Eräs esimerkki 15 tästä on rikkidioksidikaasu, jonka hakkeen kosteus ottaa vastaan.

Tämän jälkeen delignifointireaktioita varten tarvittava energia tuotetaan kuumentamalla kaasumaisella orgaanisella aineeella, joka kondensoituu ja vapauttaa energiaa kiinteään lignoselluloosamateriaaliin. Tämän selityksen tarkoitusta varten kaasumainen orgaaninen 20 aine on mikä tahansa orgaaninen aine, joka on kiehumislämpötilansa yläpuolella kyseisessä prosessivaiheessa vallitsevassa paineessa. Kaasumainen orgaaninen aine voi sisältää erilaisia määriä höyryä tai pieniä pisaroita, ts. sen ei tarvitse olla täydellisesti kaasumaisessa tilassa. Esimerkkejä ovat aiemmat alkyyliaikohoiit, ketonit ja aidehydit. Voidaan käyttää orgaanisten aineiden seoksia, ja aine voi sisältää vettä. Teollisessa prosessissa ei ole käy-^ 25 tännöllistä puhdistaa kierrätetyn orgaanisen aineen virtausta. Sen vuoksi koostumus muut-

(M

^ tuu ajan myötä ja siitä tulee useiden haihtuvien yhdisteiden seos. Esillä olevan keksinnön o ^ tarkoitusta varten katsotaan, että käytetty kuumennusväliaine on samaa kuin alunperin on käytetty niin kauan kuin vähintään 50 (paino)-% kuumennusvirtauksesta muodostuu alku-

CC

“ peräisestä orgaanisesta aineesta tai aineista. Edullisesti, orgaanisen aineen (aineiden) pai- co ^ 30 noprosentti kuumennusvirtauksessa on vähintään 60, edullisemmin vähintään 75 ja edulli- uö g simmin vähintään 90.

o C\l 5

Edullisiin aineisiin kuuluvat metanoli, etanoli, propanoli, butanoli, asetoni ja mikä tahansa näiden seos.

Impregnointivaiheen aikana lämpötila on edullisesti välillä 20-130 °C, ja tämän vaiheen 5 kesto on välillä 10-130 min. Kaasumaisella orgaanisella aineella tapahtuvan kuumennus-vaiheen aikana lämpötila on korkeampi kuin impregnointivaiheen aikana.

Kuumennusvaiheen aikana lämpötila on edullisesti alueella 120 -200 °C; paine vaiheen aikana vastaa ilmeisesti käytetyn orgaanisen aineen tai aineiden seoksen fysikaalisia omi-10 naisuuksia. Tämä vaihe kestää edullisesti 2-400 minuuttia.

Yllättävä etu on havaittavissa, kun esi-impregnoitua materiaalia kuumennetaan tällä tavoin. Edullisiin vaikutuksiin kuuluvat erittäin nopeat reaktiot, korkea saanto, alhaisempi energiankulutus, keittokemikaalien alhaisempi kulutus ja vähäisempi rejekti verrattuna tavan-15 omaiseen kraftmassanvalmistukseen. Verrattuna aikaisempaan työhön niin kutsutuilla organosolvmenetelmillä, esillä oleva keksintö ei sisällä orgaanisen aineen käyttöä ligniinin liuottamiseksi tai saattamiseksi reagoimaan ligniinin kanssa, vaan sen sijaan orgaaninen aine antaa käyttöön uudenlaisen ei-vesipohjaisen aineen nopeasti tapahtuvaksi kuumentamiseksi ja impregnoidun hakkeen sisällä tapahtuvien reaktioiden nopeuttamiseksi.

20

Delignifiointinopeuden yllättävästä kasvusta saatavaa etua voidaan käyttää hyödyksi useilla tavoilla, mukaan lukien alla mainitut. Esimerkiksi selluloosatehdas, jonka kemikaalien talteenottokapasitcetti on rajoittava tekijä, pystyisi paremman massan saannon ja keittokemikaalien vähäisemmän kulutuksen ansiosta tuottamaan paljon enemmän massaa.

- 25 o C\1 ^ Toisaalta, selluloosatehdas j ossa keitintilavuus on raj oittava tekij ä voisi saada paremman o ^ tuotoksen nopeamman prosessin ansiosta. Se voisi käyttää alhaisempia lämpötiloja ja saada hyötyä kuumennuksen tehokkuudesta. Tehdas, jonka valkaisulinja on rajoittava tekijä, voi-

CC

“ si poistaa enemmän ligniiniä puusta keitossa j a lisätä siten tuotantoa.

5 30

LO

LO

O

o

C\J

6

Keksinnön selitys

Seuraavassa keksinnön mukaista menetelmää selitetään yksityiskohdittain kaikkien viite-numeroiden koskiessa kuviota 1, joka esittää menetelmän olennaiset vaiheet.

5 Lignoselluloosamateriaalia, kuten mitä tahansa puuta, olkea tai bambua, hienonnetaan helposti työstettäviksi osiksi (hakkeeksi, silloin kun kyse on puusta; seuraavassa viitataan hakkeeseen) tavalliseen tapaan. Hake höyrystetään ilman poistamisen helpottamiseksi. Höyrystetty hake (1) saatetaan sen jälkeen kosketukseen ligniiniä hajottavia reaktantteja sisältävän nesteen kanssa edellä esitetyllä tavalla korkeassa pitoisuudessa (2). Hake im-10 pregnoidaan mainitulla nesteellä sellaisissa olosuhteissa, että hakkeeseen siirtyy riittävästi reaktantteja mahdollistamaan ligniinin hajoamisen halutulle tasolle. Reaktanttien annostus ja ajan ja lämpötilan yhdistäminen sekä impregnointi- että delignifiointivaiheessa valitaan halutun delignifiointiasteen perusteella.

15 Impregnointia, jossa käytetään kaasumaista yhdistettä, voidaan käyttää myös hakkeessa olevaan kosteuteen rikastunutta kemikaalia käyttäen.

Impregnoinnin jälkeen ylimääräinen lipeä poistetaan ja väkevöidään uudelleenkäyttöä (4) varten, ja hake saatetaan kosketukseen kaasumaisen orgaanisen aineen kanssa edullisessa 20 lämpötilassa. Tämä muodostaa kuumennusvaiheen (3), johon kaasumainen orgaaninen aine tuodaan johdon 5 kautta. Kuumennetun kaasumaisen aineen kondensoituessa hakkeen pinnalle vapautuu energiaa, joka kuumentaa hakkeen reaktiolämpötilaan, jossa haketta pidetään ennalta määritellyn ajan vaiheessa 6. Lämpötilaa ylläpidetään lisäämällä orgaanista ainetta tarpeen mukaan. Reaktioaj an jälkeen hake pestään ja jäähdytetään vaiheessa 7 q 25 alan asiantuntijoille tunnetuilla menetelmillä. Pesuveden, käytettyjen kemikaalien

(M

cf, ja orgaanisen aineen seos poistetaan pesuvaiheesta virtauksessa 9. Tämä seos kuumenne- o ¢(, taan orgaanisen aineen höyrystämiseksi, joka palautetaan sen jälkeen kuumennusvaihee- x seen. Käytetyt delignifiointikemikaalit otetaan talteen käyttäen sopivaa tekniikkaa, kuten

CC

nykyisiä uudelleenkaustisointimenetelmiä, ja palautetaan takaisin impregnointivaiheeseen. co ^ 30 tn tn o o

(M

7

Edullisten suoritusmuotojen selitys

On olemassa useita mahdollisia tapoja hyödyntää esillä olevaa keksintöä riippuen siitä, mitä kemiallisen massanvalmistuksen näkökantaa pidetään arvokkaimpana. Alla on esitetty joitakin esimerkkejä menetelmän tavoitteista, ja mikä olisi mahdollinen suoritusmuoto ky-5 seisen tavoitteen saavuttamiseksi.

Esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän eräässä muunnelmassa, jonka tavoitteena on eräkeittimen fysikaalisen koon minimoiminen, menetelmä on seuraavanlainen.

Keitin täytetään hakkeella tekniikan tason menetelmien mukaisesti. Keitin täytetään sen 10 jälkeen valkolipeällä, ja impregnointi suoritetaan 10-120 minuutin aikana 20-130°C:ssa. Impregnoinnin jälkeen käytetty impregnointilipeä poistetaan ja palautetaan kiertoon. Sen jälkeen hake (ilman vapaata lipeää) kuumennetaan 140 ja 200°C:n välille sallimalla kaasumaisen metanolin kondensoitua hakkeen pinnalle ja pitämällä keitin tässä lämpötilassa reaktioiden kestoajan lisäämällä kaasumaista metanolia.

15

Jatkuvan prosessin eräässä edullisessa suoritusmuodossa hake höyrystetään ja tuodaan impregnointiastiaan, jossa se impregnoidaan valkolipeällä 20-130°C:ssa 10—120 minuutin ajan. Impregnointiastia voi olla tehty joko lipeän myötä- tai vastavirtauksella alan asiantuntijalle tunnettujen periaatteiden mukaisesti. Impregnointiastiasta hake siirretään keittimeen, 20 jonka yläosassa vapaa lipeä poistetaan hakkeesta tekniikan tason mukaisilla menetelmillä. Kun lipeä on poistettu, hake syötetään eteenpäin niin että se tulee kosketukseen metanoli-höyryatmosfäärin kanssa 140-200°C:ssa ja pidetään tässä lämpötilassa reaktioajan keston ajan. Käytetty keitin voi olla samanlainen kuin nykyiset jatkuvatoimiset kraftkeittimet tai se voi olla rakennettu varta vasten esillä olevaa keksintöä varten.

S 25

(M

^ Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa, jonka tavoitteena on minimoida (erä- tai o ^ jatkuvatoimisen) keittolaitoksen höyrynkulutusta, impregnointi suoritetaan 30-130°C:sssa x ja käytetään 120-140°C:n reaktiolämpötilaa, jolloin reaktiolämpötila on kuitenkin korke-

CC

ampi kuin impregnointilämpötila.

CO

2 30

LO

g Eräässä edullisessa suoritusmuodossa, j onka tavoitteena on saavuttaa maksimaalinen mas- o ^ sanvalmistuskapasiteetti tietylle kemikaalien talteenottokapasiteetille, impregnointi suorite- 8 taan käyttäen laimennettua valkolipeää ja reaktioaikaa pidennetään vastaamaan nykyisen keitinsukupolven reaktioaikaa.

Eräässä edullisessa suoritusmuodossa, jonka tavoitteena on kemikaalien talteenoton yksin-5 kertaistaminen, parannettua keittotehoa voidaan käyttää mahdollistamaan rikittömän keiton käyttö, joka ei vaadi niin kutsutun kalkkikierron käyttöä kemikaalien talteenotossa. Sellaisia menetelmiä ovat viherlipeämassanvalmistus, karbonaatteja käyttävä massanvalmistus tai autokaustisointi boorihydridejä käyttäen.

10 Eräässä esillä olevan keksinnön edullisessa suoritusmuodossa massan valmistukseen käytetään muita raaka-aineita kuin puuta, kuten olkea, ruokoa (kaislaa) tai bambua. Kaasumaisen orgaanisen aineen käytön avulla tapahtuvalla kuumentamisella aikaansaadun prosessin tehostamisen ansiosta menetelmässä voidaan käyttää vähemmän voimakkaita ligniiniä hajottavia kemikaaleja, kuten karbonaattia.

15

Edellä esitettyjen, vallitsevassa asemassa olevaan massanvalmistusmenetelmään, kraftkeit-toon, perustuvien suoritusmuotojen lisäksi keksintö tehostaa mitä tahansa keittomenetel-mää, kuten sulfiitti- ja bisulfiittikeittoa.

20 Esimerkkejä

Menetelmää voidaan käyttää hyvin monilla raaka-aineilla ja keittomenetelmillä. Seuraavis-sa esimerkeissä esitetään numerotietoja sekä puu- että olkimassanvalmistuskokeille. Kaikki kokeet on suoritettu käyttäen samaa laboratonornittakaavaista keitintä. ’’Höyry” tarkoittaa höyryfaasissa olevaa vettä.

i 25 cv ^ Käytetty keitin on rakennettu varta vasten helpottamaan höyryfaasimenetelmien testausta, o ^ Rakenne käsittää erityisen kuumennusvaipan, joka estää höyryn kuumennustehon kulumi- sen itse keittimen kuumentamiseen. Tätä ongelmaa, joka on tyypillinen laboratoriomitta-cc kaavaisille järjestelmille, ei synny teollisissa sovelluksissa, koska puun suhde laitteiston co ^ 30 painoon on paljon suurempi.

tn tn o o cv 9

Puu raaka-aineena Koetietoja

Puu: tuore havupuutehdashake, kuiva-ainepitoisuus 50%

Eräkoko: 400 g puuta uunikuivapainoisena 5 Kemikaalit: tehdasvalkolipeää

Keittimen koko: 2200 ml

Taulukko 1. Havupuumassanvalmistuskokeissa käytetyn lipeän määrät

Keittolipeä erämassanvalmistuksessa (sama lipeä läsnä läpi koko prosessin) ______________ Höyryfaasi & nykyinen keksintö:

Impregnointilipeä: 1500 ml

Poistettu impregnointilipeä 800 ml Järjestelmään syötetty kuumennusväliaine: 600 ml 10 Taulukko 2. Havupuumassanvalmistuksessa käytettyjen menetelmäolosuhteiden vertailu tekniikan tason mukaista teknologiaa ja esillä olevaa keksintöä käyttäen

Tavanomainen Eräkraft metanolil- Krafthöyryfaasi Esilläoleva __eräkraft__la_____keksintö_

Impregnointi- 90 ^5 ^ lämpötila (°C)________ ____

Impregnointiaika 60 ^0 ^0 60 (min)____________

Reaktiovaiheeseen 25% 25% 19% 19% syötetty alkali (EA:ta puusta

NaOHma)1______

Kuumennits- i— väliaineen o cv koostumus:_________ § -H20-höyry 100% c\i -nestemäinen H20 100% ^0% x -nestemäinen 60% cc o- orgaaninen aine__ oo -kaasumainen 100% sj- orgaaninen aine____ q Reaktiolämpötila 175 ^75 ^ 17^ ° Leo_J___L_ 10 1 Tavanomaisessa massanvalmistuksessa termiä alkalisyöttö käytetään määrittelemään kuinka paljon kemikaalia on käytetty. Höyryfaasimassanvalmistuksessa tärkeä muuttuja on puuhun ennen reaktiovaihetta imeytynyt alkalimäärä. Tavanomaisen kraftkeiton ja erä-kraftkeiton esimerkeissä luku viittaa alkalisyöttöön; höyryfaasia ja esillä olevaa keksintöä 5 koskevissa esimerkeissä luku on laskettu vähentämällä käytettyyn impregnointilipeään alunperin syötetystä alkalista jäänyt alkalisyöttö.

Tuloksia 10 Taulukko 3. Havupuumassanvalmistuksessa tekniikan tason mukaista tekniikkaa ja esillä olevaa kek sintöä käyttäen saatuja tuloksia

Tavanomainen Eräkraft metanolil- Krafthöyryfaasi Esillä oleva kek- eräkraft la sintö

Kappaluku 23 23 23 23

Reaktioaika (min) 80 73 74 38

Alkalin kulutus 17,4% 18,9% 16,9% 15,5% (EA:ta puusta NaOHrna)

Kokonaissaanto 44,6 45,7 48,7 49,8 (% puusta) rejektejä 0,1 0,2 0,1 0,1 (% puusta)

Kuten taulukosta 3 ilmenee, esillä olevan keksinnön edut ovat selkeät. Nestefaasimenetel-miin (tavanomaiseen eräkraftkeittoon ja eräkraftkeittoon metanolilla) verrattuna keittimes-15 sä reaktiovaiheessa tarvittavien kemikaalien määrä on paljon vähäisempi. Verrattuna höy-ryfaasiin ilman metanolia, esillä oleva keksintö tarjoaa myös valtavan edun kokonaissaan-T- nossa ja alkalin kulutuksessa. Reaktioajassa saatu etu voidaan myös siirtää reaktiovaihee- cm seen syötettävän alkalin vähäisempään tarpeeseen, tai alhaisempaan reaktiolämpötilaan i 0 käytettäessä samaa reaktioaikaa kuin muille menetelmille, mikä edelleen lisää menetelmän ^ 20 joustavuutta.

cc

CL

co Edellä esitetyssä esimerkissä kaikki keitot suoritettiin samassa reaktiolämpötilassa. Sen ίο vuoksi nopeutetun keittokinetiikan etu voidaan nähdä suoraan reaktioajan vähenemisenä, o Käytännön kemiallisessa massanvalmistuksessa aika j a lämpötila yhdistetään tavallisesti 25 yhdeksi muuttujaksi, niin kutsutuksi H-tekijäksi. Vaihtelevissa lämpötiloissa suoritetuissa 11 kokeissa on nähty, että esillä olevan menetelmän edut ovat havaittavissa tietyn delignifi-ointiasteen saavuttamiseksi tarvittavan H-tekijän melkein 50%:n vähenemisenä, lämpötilasta huolimatta.

5 Muita kuin puuraaka-aineita

Esillä oleva keksintö sopii myös käytettäväksi muilla raaka-aineilla kuin puulla ja mahdollistaa myös sellaisten keittokemikaalien käytön, joilta normaaleissa olosuhteissa puuttuu delignifiointiteho hyväksyttävän massan tuottamiseksi. Taulukko 5 esittää höyryfaasimas-sanvalmistuksen ja esillä olevan keksinnön käytön vertailua oljen delignifiointiin käyttäen 10 vain karbonaattia massanvalmistuskemikaalina. Molemmat keitot on suoritettu samalla tavalla lukuun ottamatta kuum ennus väli ai neen valintaa.

Koetietoja

Raaka-aine: ilmakuivattu vehnänolki, kuiva-ainepitoisuus 90% 15 Eräkoko: 250 g uunikuivana olkena

Esikäsittely: olki leikattiin noin 5 cm pituisiksi paloiksi helpompaa käsittelyä varten Laitteisto: esillä oleva keksintö ja höyryfaasi-massanvalmistus suoritettiin samassa keittimessä kuin havupuukokeet. Taulukossa 6 esitetyt tavallisen massan valmistuksen kokeet suoritettiin yksinkertaista ilmakuumennettua autoklaa-20 vikeitintä käyttäen.

Taulukko 4. Olkimassanvalmistuskokeisssa käytetyt lipeämäärät

Keittolipeä eramassanvalmistuksessa 2000 ml (sama lipeä läsnä läpi prosessin)____ o Höyryfaasi & esillä oleva keksintö: en Impregnointilipeä: 2000 ml o__

Poistettu impregnointilipeä: 1000 ml x Järjestelmään syötetty kuumennusväliaine: 600 ml

CL

CO

- 25 m m o o c\j 12

Table 5. Vehnänolkimassanvalmistuksen suorittamisen vertailu höyryfaasimassanvalmistuksella ja 5 esillä olevalla keksinnöllä käyttäen Na2C03:a delignifiointireagenssina

Karbonaatti AQ- Esillä oleva keksintö höyryinäsi

Impregnointilämpötila (°C) 80 80

Impregnointiaika (min) 60 60

NaOH:n pitoisuus impregnoin- 0 0 ti/keittolipeässä (g/1)

Reaktiovaiheeseen syötetty alkali 107 99 (% Na2C03:a oljesta) AQ-impregnoinnissa (% oljesta) 0,2 0,2

Reaktiolämpötila (°C) 160 160

Aika reaktiolämpötilassa (min) 71 69

Kappaluku 58 18

Kokonaissaanto (% oljesta) 58,3 52,4

Rejektiä (% oljesta) 15,3 2,9

Taulukosta 5 nähdään selvästi, kuinka orgaanisen aineen nopeuttava vaikutus tekee mahdolliseksi valmistaa alhaisen rejektimäärän sisältävää massaa käyttäen vain karbonaattia massanvalmistuskemikaalina. Höyryfaasimenetelmällä valmistettu massa on käyttökelvo-10 tonta paperinvalmistusmassana korkean rej ektimäärän ja korkean ligniinipitoisuuden vuok-g si. Se seikka, että esillä olevassa keksinnössä ei tarvita natriumhydroksidia, merkitsee val- g tavaa etua nykyisiin teollisiin prosesseihin verrattuna, koska kemikaalien talteenottoa voi- ^ daan yksinkertaistaa merkittävästi.

X

cc

CL

CO

LO

LO

o o

(M

13

Table 6. Vertailu, jossa verrataan esillä olevan keksinnön mukaisen vehnänolkimassanvalmistuksen suorittamista Na2C03:a käyttäen ja tekniikan tason mukaisen teknologian suorittamista NaOH:ta käyttäen

Tavanomainen Esillä oleva keksintö eräsooda-AQ- menetelmä

Impregnointilämpötila (°C) Ei erillistä impreg- 90 nointia

Impregnointiaika (min) Ei erillistä impreg- 60 nointia

Kuumennusaika (min)1 45 9

NaOH:n pitoisuus impregnoin- 31 0 ti/keittolipeässä (g/1) 2

Na2C03:n pitoisuus impregnoin- 9,3 212 ti/keittolipeässä (g/1)2 AQ-impregnoinnissa/keitossa 0,1 0,2 (% oljesta)

Reaktiolämpötila (°C) 160 160

Aika reaktiolämpötilassa (min) 10 69

Kappaluku 17 18

Kokonaissaanto (% oljesta) 49,1 52,4

Rejektiä (% oljesta) 3,4 2,9 5 1 Kuumentaminen 25-160°C tavanomaiselle, 90-160°C esillä olevalle keksinnölle 2 Tavanomaisessa kaikki keitossa käytetty lipeä, esillä olevassa keksinnössä impregnoinnin o jälkeen poistettu lipeä i

CD

10 Taulukossa 6 on esitetty keksinnön mukaisen j a nykyään teollisesti tärkeän sooda-AQ-

(N

menetelmän vertailu. Kuten on nähtävissä, esillä olevassa keksinnössä massan saanto on

X

£ parempi eikä natriumhydroksidia tarvita. Esillä olevan keksinnön edut ovat täten kaksin- ^ kertaiset. Uuden tehtaan investointikulut pysyvät alhaisina, koska kemikaalien talteenotto [£ on yksinkertaistunut, ja käyttökulut ovat alhaisemmat, koska tietyn massamäärän tuottami- o 15 seksi tarvitaan vähemmän raaka-ainetta.

Claims (8)

1. Menetelmä massan valmistamiseksi hiennonnetusta lignoselMoosamateriaalista, joka menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: 5 a) hienonnettu lignoselluloosamateriaali impregnoidaan tuoreita reaktantteja sisältävässä nestefaasissa, jonka jälkeen suurin osa lignoselluloosamateriaalia ympäröivästä nesteestä poistetaan, b) impregnoitu hienonnettu lignoselluloosamateriaali kuumennetaan haluttuun reaktiolämpötilaan käyttäen lignoselluloosamateriaalin kanssa kosketuksessa olevan 10 kaasumaisen orgaanisen aineen kondensoitumisen seurauksena vapautunutta lämpöä, ja saavutettua lämpötilaa ylläpidetään halutun reaktioajan ajan, jolloin lämpötila on vaiheen b) aikana korkeampi kuin vaiheen a) aikana.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen a) neste on 15 liuos, joka sisältää vähintään yhden ryhmästä joka koostuu hydroksidista, sulfidista, antrakinonista, karbonaatista, polysulfidi-ioneista tai sulfiitista tai haposta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen b) orgaaninen aine on alifaattinen alkoholi, ketoni tai aldehydi. 20

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että orgaaninen aine on metanoli, etanoli, propanoli, butanoli, asetoni tai mikä tahansa näiden seos yli 50% :n puhtautena, lopun ollessa vettä tai epäpuhtauksia. o 25

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen a) lämpötila on CM d> 20 ja 130°C:n välillä, o J i CM

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen b) aikana cc CL saavutettu maksimilämpötila on 120 ja 200 °C välillä. - 30 m

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen a) kesto on 10 CM ja 120 minuutin välillä. 5

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen b) kesto on 2 ja 400 minuutin välillä. δ (M σ> o i (M X en CL CO sj- δ m o o (M