FI122897B - Massan käsittely antrakinonilla - Google Patents

Description

Massan käsittely antrakinonilla

Keksinnön taustaa ja yhteenveto siitä 5

Samanaikaisessa, patenttihakemuksessa 09/248,009, nyt US-patentti 6,241,851 (jonka koko sisältö liitetään oheen tällä viittauksella) on julkaistu menetelmä hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin käsittelemiseksi edullisella lisäaineella ennen kemiallista keittoa. Tämä lisäaine on edullisesti lujuutta tai 10 saantoa parantava lisäaine kuten antrakinoni [AQ] tai polysulfidi [PS] sekä niiden johdannaiset tai vastaavat. Esillä olevan keksinnön kohteena on eräs muu menetelmä j a laitteisto hienoksij auhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin, tyypillisesti puulastujen, esikäsittelemiseksi (vaikka keksintöä voidaankin soveltaa yhtä hyvin myös muunlaisen selluloosan käsittelyyn) tuloksena olevan massan 15 ominaisuuksien [esimerkiksi lujuuden] parantamiseksi tai kuidutusprosessin tehokkuuden [esimerkiksi saannon] parantamiseksi.

On todettu, että hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin, esimerkiksi puulastujen, esikäsittely voi olla tehokkaampaa, jos muun muassa lastujen 20 kuumennus ja keitto esikäsittelyn jälkeen eristetään olennaisesti ^ esikäsittelyprosessista. Toisin sanoen, tehokkaampaan esikäsittelyyn voidaan o ^ päästä, jos esikäsittelyprosessi toteutetaan viileämmässä lämpötilassa, alkalin läsnä ^ ollessa tai edullisesti olennaisesti ilman alkalia, ja lastujen kuumentaminen 0X1 keittolämpötilaan tapahtuu sen jälkeen kun esikäsittely (selluloosamateriaalin

CC

25 kyllästäminen) on viety olennaisesti päätökseen. Tämän keksinnön erään piirteen 5 mukaisesti lisäaine lisätään käsittelyprosessiin aikaisemmin ja keittokemikaalin,

(M

§ esimerkiksi sulfaattivalkolipeän määrää pienennetään tai ohjataan muualle tästä o 0X1 esikäsittelyn aikaisemmasta vaiheesta ja lisätään esikäsittelyn myöhempien 2 vaiheiden aikana tai varsinaiseen keittokäsittelyyn. Näin ollen, esillä olevan keksinnön mukaisesti aikaan saadaan mahdollisesti pitempi, viileämpi, vähemmän alkalinen esikäsittely, jolloin keiton lisäaine käsittelee lastuja tehokkaammin ennen kuumentamista keittolämpötilaan, toisin sanoen yli 140 °C olevaan lämpötilaan.

5

Esillä olevan keksinnön erään piirteen mukaisesti aikaansaadaan menetelmä kemiallisen selluloosamassan jatkuvaksi tuottamiseksi hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin lietteestä, jossa menetelmässä olennaisen jatkuvasti: (a) materiaalia kyllästetään saantoa tai lujuutta parantavaa 10 antrakinoni(AQ)lisäainetta sisältävällä liuoksella tehollista alkalia ja lämpötilaa ajatellen sellaisissa olosuhteissa, joissa ei esiinny olennaisesti lainkaan selluloosan alkalihajoamista ja joissa hapanta hydrolyysia esiintyy vain vähän tai ei olennaisesti lainkaan. Ja (b) vaiheen (a) jälkeen materiaalia käsitellään alkalisella keittoliuoksella keittolämpötilassa kemiallisen selluloosamassan tuottamiseksi, 15 jonka massan saanto tai lujuus on parempi kuin siinä tapauksessa, ettei vaihetta (a) toteuteta.

Tässä menetelmässä (a) voidaan toteuttaa siten, ettei materiaalista myöskään liukene olennaisesti lainkaan ligniiniä. Vaiheen (a) päätyttyä materiaali on 20 kyllästynyt saantoa tai lujuutta parantavalla lisäaineella (kuten AQ:lla tai sen ^ j ohdannaisilla tai vastaavalla), jolioin vältetään ne ongelmat, j otka liittyvät ^ tavanomaiseen, suuremmassa lämpötilassa toteutettuun lisäaineella kyllästämiseen.

^ Mitä tulee erityisesti esimerkiksi AQ:iin, kyseessä on suuri molekyyli ja se

(M

χ tarvitsee pitemmän aikaa diffundoituakseen puulastuihin, tai samankaltaiseen

CC

25 selluloosamateriaaliin, kuin esimerkiksi alkali ja se on pelkistettävä, jotta se voisi 5 liueta j a diffundoitua. Tästä syystä AQ:ia käytetään j oskus pelkistyneessä

(M

8 muodossaan (johon viitataan yleisesti lyhenteellä SAQ). Kuitenkin, myöskin 0X1 tyypillisesti, noin 80 % AQ:sta reagoi liuenneen ligniinin kanssa eikä kykene siis 3 suorittamaan sille tarkoitettua, saantoa j a lujuutta parantavaa tehtäväänsä, j olioin siis vain noin 20 % AQ:sta jää jäljelle suorittamaan näitä toivottuja tehtäviä. Keksintöä käyttämällä paljon suurempi prosentuaalinen osuus lisätystä AQ:sta (j opa olennaisesti kaikki) kyllästää todella puulastuj aja suorittaa sille annetun, 5 saantoa tai lujuutta parantavan tehtävän, ja AQ:ia voidaan lisätä pelkistetyssä muodossa, mikä ei ole kuitenkaan välttämätöntä. Kun AQ kyllästää onnistuneesti lastut, niin se estää hemiselluloosan liukenemisen keiton aikana ja parantaa tällä tavalla saantoa, ja hyödyntää muita mekanismeja lujuuden parantamiseksi. Myös muita aineita kuten pinta-aktiivista ainetta voidaan käyttää helpottamaan lisäaineen 10 tunkeutumista lastuihin.

Edellä kuvatussa menetelmässä (a) voidaan toteuttaa alkalipitoisuudessa, joka NaOH:na ilmoitettuna on olennaisesti nolla, sekä lämpötilassa, joka on noin 80 -130 °C välillä, tyypillisesti noin alle 120 °C lämpötilassa ja edullisesti noin 110 15 °C:n lämpötilassa tai sen alapuolella. Alkalin määrä on toivottavimmin olennaisesti nolla.

Tässä menetelmässä vaihe (a) voidaan j äijestää tapahtuvaksi j atkuvatoimisen keittokattilan syöttöj ärj estelmässä j a vaihe (b) jatkuvatoimisessa keittokattilassa.

20 Se täsmällinen kohta, missä (a) toteutetaan syöttöjäq estelmässä, voi vaihdella ζΐ laajasti. Esimerkiksi, lastusäiliö on voitu sijoittaa puukentälle ja lisäaine voidaan o ^ ruiskuttaa tai levittää muulla tavalla puulastuihin jopa ennen niiden syöttämistä T lastusäiliöön tai niitä syötettäessä lastusäiliöön tai niiden ollessa lastusäiliössä.

00 Tämän j älkeen puulastut voidaan pumpata puukentältä keittokattilaan käyttäen ^ 25 pääasiassa tai olennaisesti yksinomaan vettä liettävänä väliaineena (ilman ς minkäänlaista tarkoituksellista olennaista alkalilisäystä) siten, että lastut ovat

Cvl § merkittävän ajanjakson ajan toivotuissa kyllästystä edistävissä olosuhteissa, joissa o ^ lämpötila on alhainen ja alkalipitoisuus pieni. Tyypillisessä tilanteessa kyllästys 4 vaiheessa (a) kestää vähintään noin 20 sekuntia, esimerkiksi noin 2-60 minuuttia ilmakehän painetta suuremmassa paineessa (joka ilmakehän painetta suurempi paine voidaan aikaansaada millä tahansa tavanomaisella tavalla, mukaan lukien lastujen yläpuolella olevan nestetason avulla, pumppaamalla ja/tai toimimalla 5 paineastiassa). Vaihtoehtoisesti lisäainetta voidaan lisätä lastusäiliön jälkeen ja ennen pumppua ja/tai suurpaineista syöttölaitetta erilliseen käsittelyastiaan kuten kyllästysastiaan, tai mihin tahansa syöttöjäqestelmän pisteeseen, joka osoittautuu jostakin syystä edulliseksi.

10 Tämän keksinnön puitteissa voidaan olennaisen välittömästi vaiheessa (a) toteutetun kyllästyksen jälkeen materiaaliin myös lisätä noin 35 - 100 % vaiheeseen (b) kuuluvaa materiaalin käsittelemiseksi käytettyä alkalia. Alkali voidaan vaihtoehtoisesti lisätä kauempana alavirrassa. Menetelmä voi edelleen käsittää vaiheiden (a) ja (b) välissä materiaalin käsittelyn (c) toisessa 15 vyöhykkeessä lisäainetta sisältävällä liuoksella, j ossa tehollisen alkalin pitoisuus vaihtelee noin arvosta 5 g/1 alle 15 g/1 olevaan arvoon, NaOH:na ilmoitettuna ja on suurempi kuin vaiheessa (a), noin alueella 110 - 130 °C olevassa lämpötilassa, joka on suurempi kuin vaiheessa (a).

20 Tässä menetelmässä (a) voidaan toteuttaa käyttäen lisäaineena vähintään yhtä ^ seuraavista AQ:ia tai sen johdannaista tai vastaavaa. Lisäainetta voidaan käyttää o ^ sopivana määränä; esimerkiksi mikäli käytetään AQ:ia tai sen johdannaisia tai ^ vastaavia, niin (a) toteutetaan tyypillisesti käyttäen noin alueella 0,02 - 0,5 %, ^ tyypillisesti noin 0,02 - 0,1 % olevaa lisäaineen kokonaispitoisuutta, puun suhteen 25 laskien.

δ

CM

o Lisäaine voidaan lisätä myös keittoprosessin aikana, mikä on tavanomaista, o

CM

5

Esillä olevan keksinnön eräänä muuna suoritusmuotona voi olla menetelmä hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin käsittelemiseksi, tämän menetelmän koostuessa seuraavista vaiheista tai sen käsittäessä seuraavat vaiheet, 5 joissa (a) hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin lietettä käsitellään (esikäsitellään) edullista lisäainetta sisältävällä nesteellä, alkalin ensimmäisessä pitoisuudessa, joka on olennaisesti nolla ensimmäisessä lämpötilassa; vaiheessa (b), vaiheen (a) jälkeen, lietettä käsitellään edullista lisäainetta sisältävällä toisella nesteellä, tehollisen alkalin toisessa pitoisuudessa yli nolla, toisessa lämpötilassa, 10 joka on suurempi kuin ensimmäinen lämpötila; sekä (c) vaiheen (b) jälkeen lietettä käsitellään [mahdollisesti, vaikkakaan ei välttämättä, sen jälkeen kun olennaisesti kaikki lisäaine on syrjäytetty siitä] kolmannella nestellä, jossa tehollisen alkalin pitoisuus on suurempi kuin ensimmäinen ja toinen tehollisen alkalin pitoisuus, ensimmäistä ja toista lämpötilaa suuremmassa lämpötilassa, joka on yli 130 °C 15 (esimerkiksi yli 140 °C), kemiallisen selluloosamassan tuottamiseksi.

Kuten edellä on kuvattu, vaiheissa (a) ja (b) käytetty edullinen lisäaine voi olla AQ (toivottavimmin SAQ), mahdollisesti yhdistelmänä polysulfidin, rikin tai jokin pinta-aktiivisen aineen kanssa.. Ensimmäinen alkalipitoisuus, josta käytetään 20 ilmaisua ’’tehollinen alkali [EA] yhdisteenä NaOH”, tarkoittaa että ensimmäinen T- neste ei sisällä välttämättä lainkaan alkalia. Ensimmäinen neste voi olla ^ esimerkiksi tehtaan vettä, höyrylaudetta, tai pesuhollanterin suodosta, joka sisältää T alkalia vain vähän tai ei lainkaan. Käsittelyn (a) ensimmäinen lämpötila on

CO

00 edullisesti suhteellisen viileä lämpötila, toisin sanoen alle 130 °C oleva lämpötila,

X

£ 25 edullisesti alle noin 120 °C oleva lämpötila, ensimmäinen lämpötila voi olla ^ esimerkiksi noin 90-110 °C tai tätäkin alhaisempi.

S

o o o

CM

6

Toimenpide (a) voidaan toteuttaa käyttäen menetelmiä ja laitteita, jotka on kuvattu US-patenttijulkaisuissa 5,476,572; 5,622,598; sekä 5,632,025, toisin sanoen jäijestelmää, jota yhtiö Andritz Inc, Glens Falls, NY, markkinoi tavaramerkkinä LO-LEVEL® -syöttöjäijestelmä. Tämä LO-LEVEL® -syöttöjäijestelmä, eli 5 j ärj estelmä, j ossa käytetään lastupumppua mutta ei käytetä makaavaa ’’höyrytysastiaa”, soveltuu erityisen hyvin esillä olevan keksinnön mukaiseen käsittelyyn, koska tämä j äq estelmä tekee mahdolliseksi lastuj en syötön j a käsittelyn alemmissa lämpötiloissa kuin joita käytetään tavanomaisissa syöttöjäqestelmissä. Muita tavanomaisia laitteita ja prosesseja voidaan myös 10 käyttää esillä olevan keksinnön toteuttamiseksi, esimerkiksi niitä, joissa ei ole lastupumppua j a j oissa on makaava höyrytysastia.

Vaiheen (b) toinen neste sisältää edullisesti vähintään jonkin verran alkalia, tämä toinen neste sisältää esimerkiksi alle 15 g/1 EA:ta, tyypillisesti noin 5 — 10 g/1 15 EA:ta. Tämä alkalipitoisuus voidaan saada sulfaattivalkolipeästä, -viherlipeästä tai -mustalipeästä tai valko-, viher- tai mustalipeän j a veden tai pesuhollanterin suodoksen yhdistelmistä. Toinen lämpötila on samoin edullisesti alle 140 °C, esimerkiksi vähemmän kuin noin 120 °C, ollen tyypillisesti noin 110 - 130 °C. Toimenpide (b) toteutetaan tyypillisesti jatkuvatoimisen keittokattilan, esimerkiksi 20 j atkuvatoimisen Kamyr® -keittokattilan yläosassa, j ollaisia kattiloita markkinoi samoin Andritz Inc, Glens Falls, NY.

o

CM

Y Toimenpide (c), eli varsinainen kuidutusprosessi voi olla mikä tahansa kemiallinen 00 kuidutusprosessi, mutta se on edullisesti yksi tai useampi sellaisista prosesseista, “ 25 jotka on kuvattu US-patenttijulkaisuissa 5,489,363; 5,536,366; 5,547,012; 5 5,575,890; 5,620,562; 5,662,775 ja muissa. Andritz markkinoi näissä <m § patenttijulkaisuissa kuvattuja prosesseja ja laitteistoja nimellä LO-SOLIDS® o ^ Pulping.

7

Esillä olevan keksinnön erään muun piirteen mukaisesti aikaan on saatu menetelmä kemiallisen selluloosamassan jatkuvaksi tuottamiseksi hienoksij auhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin lietteestä, j oka menetelmä 5 käsittää jatkuvasti: (a) materiaalin käsittelyn ensimmäisessä käsittelyvyöhykkeessä saantoa tai lujuutta parantavaa AQ-lisäainetta sisältävällä liuoksella sellaisissa tehollisen alkalin ja lämpötilan olosuhteissa, joissa ei esiinny olennaisesti lainkaan selluloosan alkalista hajoamista (ja joissa materiaali ja lisäaine virtaavat kosketuksessa toisiinsa tietyn ajanjakson ajan). Vaiheen (a) jälkeen materiaalia 10 käsitellään (b) toisessa vyöhykkeessä liuoksella, joka sisältää lisäainetta noin viidestä alle 15 g/1 olevaan arvoon tehollisen alkalin pitoisuudessa, yhdisteenä NaOH ilmoitettuna, ja noin alueella 110 - 130 °C olevassa lämpötilassa, joka on suurempi kuin vaiheessa (a). Ja vaiheen (b) jälkeen (ja mahdollisesti, ei kuitenkaan välttämättä toivotulla tavalla, sen jälkeen, kun olennaisesti kaikki lisäaine on 15 poistettu kosketuksesta materiaalin kanssa) materiaalia käsitellään (c) alkalisella keittoliuoksella keittolämpötilassa kemiallisen selluloosamassan tuottamiseksi suuremmalla (esim. vähintään 2 % suuremmalla) saannolla tai lujuuden ollessa parempi kuin siinä tapauksessa, ettei vaiheita (a) ja (b) olisi toteutettu.

20 Tässä menetelmässä edullisesti (a) toteutetaan jatkuvatoimisen keittokattilan ^ syöttöjäijestelmässä, (b) toteutetaan jatkuvatoimisen keittokattilan o 7 huippuvyöhykkeessä j a (c) toteutetaan j atkuVatoimisen keittokattilan v huippuvyöhykkeen alapuolella. Vaihe (a) toteutetaan alkalipitoisuudessa, joka on

C\J

olennaisesti nolla, yhdisteenä NaOH ilmoitettuna, j a j oka on vähemmän kuin j DC j “ 25 vaiheessa (b), ja noin alueella 80 - 110 °C olevassa lämpötilassa. Vähintään 50 % ! q liisäaineesta voidaan lisätä vaiheessa (a) tai noin 40 % voidaan lisätä vaiheessa (a) CM || o ja 60 % lisäaineesta voidaan lisätä muulloin, pääasiallisesti käytettäväksi vaiheessa o (b). Eräässä suoritusmuodossa lisäaine on AQ tai sen johdannainen tai vastaava, ja ) 8 ! (a) ja (b) toteutetaan massasta laskien noin alueella 0,05 - 0,15 % olevassa lisäaineen kokonaispitoisuudessa.

Esillä olevan keksinnön käytännön toteutuksessa käytetty laitteisto on pääasiassa 5 tavanomainen laitteisto lukuunottamatta eräitä piirteitä, lisäaineen lisäystä syöttöjäijestelmään ja jatkuvatoimisen keittokattilan huippuvyöhykkeeseen, sekä mahdollinen huippuvyöhykkeestä (johon kuuluu jatkuvatoimisen keittokattilan huippuvyöhykkeen ja keittovyöhykkeen välissä oleva seula) poistetun lisäaineen kierrätys ja lisäys syöttöjärjestelmään.

10

Esillä olevan keksinnön erään muun piirteen mukaisesti aikaan on saatu selluloosalietteen käsittely)äijestelmä, joka käsittää: pystyyn sijoitetun jatkuvatoimisen keittokattilan, jonka sisäänmeno on huipun vieressä ja ulostulo pohjan vieressä. Keittokattilan syöttöjärjestelmä käsittää lietepumpun. Saantoa tai 15 lujuutta parantavan lisäaineen linja tämän saantoa tai lujuutta parantavan lisäaineen lisäämiseksi lietteeseen ennen lietepumppua. Keittokattilan huipussa sijaitseva käsittelyvyöhyke sekä seulajäijestely tämän huipussa sijaitseva käsittely- vyöhykkeen pohjan vieressä sekä keittovyöhyke tämän seulajärjestelyn alapuolella. Seulajäijestely saa aikaan lämpötilasiirtoa keittokattilassa. Välineet 20 nesteiden lisäämiseksi tai kierrättämiseksi keittokattilaan siten, että saadaan aikaan ^ ylöspäin suuntautunut nestevirta keittokattilassa seulan yläpuolella. Sekä välineet δ ^ saantoa tai lujuutta parantavan lisäaineen lisäämiseksi keittokattilan V huippuvyöhykkeeseen ja/tai syöttöjärjestelmään.

CO

<M

cc 25 Tässä järjestelmässä välineet lisäaineen lisäämiseksi syöttöjärjestelmään saattavat £ käsittää tavanomaisia putkilinjoja, suuttimia, kuristuksia tai muita tavanomaisia

CM

§ rakenteita, j oiden avulla nestettä voidaan lisätä virtaavaan nesteeseen tai o ^ lietteeseen. Välineet nesteen lisäämiseksi keittokattilaan siten, että saadaan aikaan 9 ylöspäin suuntautunut nestevirta välittömästi seulajätjestelyn viereen (joka seulajärjestely käsittää keittokattilassa edullisesti toisen, huipusta pohjaan ulottuvan seulan), käsittävät minkä tahansa tavanomaisen rakenteen, joka sopii tähän tarkoitukseen, mukaan lukien kierrätyksen putkilinjat pumppuihin liitettyine 5 keskusputkineen, jne. Tämä keksintö käsittää edullisesti välineet keittokattilan huippuvyöhykkeestä poistetun lisäaineen kierrättämiseksi syöttöjäijestelmään liitettyyn lisäaineen lisäysvälineeseen. Tällainen kierrätysväline voi käsittää tavanomaisia putkilinjojaja/tai pumppuja, venttiilejä tai muita vastaavia, tähän tarkoitukseen sopivia nesterakenteita, ja siihen voi myös kuulua erotuslaitteisto 10 lisäaineen erottamiseksi osasta nestettä, jonka kanssa sitä kierrätettiin.

Esillä olevan keksinnön pääasiallinen tavoite on saada aikaan hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin tehokkaaksi käsittelemiseksi siten, että massan tai käsittelyprosessin lujuus, saanto ja/tai muut edulliset ominaisuudet paranevat. Keksinnön tämä ja muut ominaisuudet ovat ilmeisiä keksinnön yksityiskohtaisen 15 kuvauksen j a liitteenä olevien patenttivaatimusten perusteella.

Piirustusten lyhyt kuvaus

Kuvio 1 esittää kaavamaisesti esimerkkiä laitteistosta esillä olevan keksinnön 20 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, käsittäen esimerkin esillä olevan keksinnön mukaisesta j äij estelmästä.

0 C\l ^ Piirustusten yksityiskohtainen kuvaus

CM

cc “ 25 Kuvio 1 esittää esillä olevan keksinnön erästä edullista suoritusmuotoa. Kuvio 1 q esittää hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin käsittelyjärjestelmää

CM

8 10, joka koostuu olennaisesti tai johon kuuluu jatkuvatoiminen keittokattila 11 o sekä j atkuvatoimisen keittokattilan syöttöj ärj estelmä 12. Syöttöj ärj estelmä 12 voi i i i i 10 olla yhtiön Andritz markkinoima LO-LEVEL® -syöttöj äij estelmä, mutta käyttökelpoinen on mikä tahansa tavanomainen syöttöj äq estelmä hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin lisäämiseksi, höyryttämiseksi ja liettämiseksi; ja/tai yhtä tai useampaa erillistä kyllästysastiaa voidaan käyttää; ja/tai 5 epätavanomaiset jäqestelmät, kuten ne, joihin kuuluu puukentällä oleva laitteisto ja/tai lastusäiliö sekä pumppaus keittokattilaan. Samoin eräissä olosuhteissa voidaan käyttää lukuisia kyllästysaltaita, jolloin liete pumpataan tietystä altaasta sen j älkeen, kun kyllästys lisäaineella on päättynyt (tai päättyy pumppauksen aikana).

10

Esimerkiksi havupuulastuina 13 olevaa, hienoksijauhettua selluloosapitoista kuitumateriaalia lisätään sulkulaitteeseen 14, joka kuljettaa lastut astiassa 14 tapahtuvaan höyrykäsittelyyn, joka astia on edullisesti sellainen, joka on kuvattu US-patenttijulkaisuissa 5,500,083; 5,617,975; 5,628,873; 4,958,741; sekä 15 5,700,355, ja jollaisia Andritz markkinoi tavaramerkkinä DIAMONDBACK®, vaikka myös muuntyyppiset höyrytysastiat ovat käyttökelpoisia. Astiasta 14 lastut kulkevat annostelulaitteen 15 läpi putkilinjaan 16, joka on edullisesti yhtiöstä Andritz saatu Chip-putki. Lietenestettä lisätään lastuihin linjaa 16 pitkin putken 17 avulla siten, että nestetaso linjassa 16 säilyy. Lastuista ja nesteestä muodostuva 20 liete syötetään lastupumpun 18 sisäänmenoon, joka pumppu paineistaa lietteen ja ^ syöttää sen suuripaineisen siirtovälineen 20 sisäänmenoon linjaa 19 pitkin.

CM

^ Väline 20 on tyypillisesti yhtiön Andritz markkinoima High-pressure Feeder-

C\J

syöttöväline. Väline 20 paineistaa lietteen edelleen noin alueella 5-15 baaria

CC

25 olevaan paineeseen ja kuljettaa lietteen linjaa 21 pitkin jatkuvatoimisen 5 keittokattilan 11 huippuun. Lietteen sisältämä liiallinen neste poistetaan lietteestä

CM

8 keittokattilan 11 sisäänmenossa erotuslaitteen 22 avulla, joka on tyypillisesti ^ tavanomainen huippuerotin, j a tämä liiallinen neste poistetaan j a palautetaan 11 syöttöjäijestelmään 12 linjan 23 ja pumpun 24 kautta. Pumpusta 24 ja linjasta 25 saatu paineistettu liete tuottaa siirtävän voiman lietteen kuljettamiseksi syöttövälineesta 20 keittokattilaan 11.

5 Syöttöjäqestelmä 12 käsittää tyypillisesti tavanomaiset välineet kuten linjaan kytketyn suotautuslaitteen 26, tasaussäiliön 27 sekä korvaavan nesteen pumpun 28. Tasaussäiliöön 27 laitetaan tyypillisesti, tavanomaiseen tapaan keittolientä, esimerkiksi sulfaattivalkolipeää (WL).

10 Keittokattila 11 käsittää tyypillisesti lukuisia rengasmaisia seulakokonaisuuksia 31,32, 33, 34 ja 35. Vaikka kuviossa 1 onkin esitetty kaavamaisesti viisi tällaista seulakokonaisuutta, niin esillä oleva keksintö voidaan toteuttaa keittokattilassa, jossa seulojen lukumäärä on millainen tahansa, 2 - 5 tai jopa enemmän. Kukin seulakokonaisuus 31-35 käsittää tyypillisesti poiston ja kierrätyslinjan 36 - 40; 15 pumpun 41-45; sekä lämmönvaihtimen 46 - 50. Olennaisesti täydellisesti käsiteltyä massaa poistetaan linjaa 51 pitkin keittokattilan 11 pohjalta.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti keiton lisäainetta 60 lisätään syöttöjäijestelmään 12 yhtä tai useampaa linjaa 61,62 tai 63 pitkin. Alkalia 20 sisältävää nestettä, esimerkiksi sulfaattivalko-, -viher- tai -mustalipeää tai ^ pesuhollanterin suodosta syötetään syöttöjäijestelmään 12 linjaa 64 pitkin tai o ™ alkalin merkittävä lisääminen (eli 10 g/1 tai enemmän, tai 5 g/1 tai enemmän) T voidaan lykätä myöhempään aj ankoiltaan (eli syöttöj äij estelmään ei lisätä lainkaan 00 merkittävää määrää alkalia, paitsi ehkä syöttövälineen 20 tai vastaavan laitteen

CC

“ 25 voitelemiseksi). Alkalilähteistä saadaan tyypillisesti tehollisen alkalin ς pitoisuudeksi [AG] vähemmän kuin 10 g/1 yhdisteenä NaOH ilmoitettuna, CVJ f § edullisesti vähemmän kuin noin 5 g/1 yhdisteenä NaOH. Tämän keksinnön eräässä o ^ suoritusmuodossa linjaan 64 lisätty neste sisältää alkalia vain vähän tai ei lainkaan, 12 lisätty neste voi esimerkiksi olla vettä, lauhdetta, kuumaa mustalipeää tai heikkoa mustalipeää.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti syöttöjäijestelmässä 12 vallitseva lämpötila 5 pidetään edullisesti arvon 130 °C alapuolella, toisin sanoen edullisesti noin alueella 80-130 °C, sen ollessa kaikkein toivottavimmin vähemmän kuin noin 120 °C, tai jopa vähemmän kuin noin 110 °C, ja alkalipitoisuus on niin pieni, että selluloosan alkalihajoamista esiintyy vain vähän tai sitä ei esiinny lainkaan, kuten ei myöskään olennaisesti ligniinin liukenemista tällä lisäaineella kuten AQ:lla 10 käsittelyn aikana. Lisäaineen kanssa voidaan lisätä myös tunkeutumista parantavia aineita kuten pinta-aktiivisia aineita parantamaan käsittelyä tällä lisäaineella tai alkalin tunkeutumista lastuihin. Vaikka LO-LEVEL® -syöttöjärjestelmä soveltuu tämän kaltaiseen käsittelyyn alhaisessa lämpötilassa, niin käsittely voidaan kuitenkin toteuttaa myös tavanomaisessa syöttöjäijestelmässä alentamalla 15 syöttöjäijestelmässä vallitsevaa lämpötilaa, esimerkiksi alentamalla painetta makaavassa höyrytysastiassa ja/tai käyttämällä jäähdyttävää lämmönvaihdinta nesteen jäähdyttämiseksi syöttöjäijestelmässä ja sen ympärillä, millä estetään nesteen äkillinen höyrystyminen, tai myös muunlaiset laitteistot ovat käyttökelpoisia.

20 ^ Toivotusti tämän alhaisessa lämpötilassa ja vain vähän alkalia käyttäen tai sitä ™ käyttämättä toteutetun esikäsittelyn jälkeen materiaali keitetään yhdessä ^ tavanomaisen alkalia sisältävän keittoliemen kanssa (esim. sulfaatti-, sulfiitti- tai

CM

x muu alkaliprosessi) kemiallisen massan tuottamiseksi. Käsittely alkalin cc 25 keittopitoisuudessa (esimerkiksi aluksi yli 30 g/1 yhdisteenä NaOH ilmoitettuna) 5 voi tapahtua olennaisesti välittömästi lisäaineella kyllästämisen jälkeen, tai

CM

o kyseessä voivat olla välivaiheet tai -käsittelyt. Eräs tällainen välikäsittely nähdään ^ kuviosta 1.

13

Kuviossa 1, syöttöjäijestelmässä 12 toteutetun esikäsittelyn jälkeen, esikäsitelty liete siirretään linjaa 21 pitkin keittokattilaan 11 muuta esikäsittelyä varten (keittokattilan 11 huipussa, esimerkiksi vyöhykkeessä 29) ja muodollista keittoa 5 varten (keittokattilan 11 keskiosassa, seulan 32 lähialueen alapuolella).

Erotuslaitteen 22 läpimenon jälkeen lastuliete, jonka lämpötila on edelleen vähemmän kuin noin 120 °C, kulkee alaspäin nuolilla 65 kaavamaisesti esitetyllä tavalla, kunnes seula 31 saavutetaan. Seulalla 31 osa lietteen nesteestä poistetaan lietteestä. Osa poistetusta lietteestä voidaan poistaa linjaa 65 pitkin ja sitä voidaan 10 käyttää tai käsitellä muualla, ja/tai osa nesteestä voidaan poistaa ja kierrättää linjaa 36 pitkin takaisin seulan 31 lähistölle. Pumppu 41 pumppaa kierrätettyä lipeää, jota lämmönvaihdin 46 voi kuumentaa tai jäähdyttää, ei kuitenkaan välttämättä.

Linjassa 66 oleva neste sisältää tyypillisesti vähintään jonkin verran lisäainetta.

Tämä lisäaine voidaan palauttaa syöttöjärjestelmään 12, esimerkiksi syöttämällä 15 sitä linjaan 67. Linjassa 66 oleva neste voidaan jäähdyttää lämmönvaihtimella 68. Keittokemikaalia, lisäainetta, laimennusnestettä tai niiden yhdistelmää voidaan lisätä kiertoon 36 linjaa 69 pitkin.

Materiaaliliete kulkee seulan 31 läpi ja sitten se kohtaa seulan 32. Esillä olevan 20 keksinnön mukaisesti nesteen poistaminen seulalta 31 aiheuttaa edullisesti nesteen ^ vastavirtauksen suhteessa lastuvirtaan seulojen 31 ja 32 välillä, mitä on esitetty ^ kaavamaisesti nuolilla 70. Seulalla 32 nestettä poistetaan edelleen ja se ^ kierrätetään pumpun 42, linjan 37 ja lämmönvaihtimen 47 kautta sitä kuumentaen

CM I

x tai kuumentamatta. Nytkin lisäainetta, laimennusnestettä, keittolientä ja/tai niiden cc f 25 yhdistelmää voidaan lisätä kiertoon 37 linjaa 71 pitkin. Lämpöä voidaan lisätä j o kiertoon 47 siten, että lietteen lämpötila nousee yli 120 °C olevaan lämpötilaan, 1 CM !| o kun liete kulkee seulan 32 läpi. Eräässä toimintamallissa nestevirtaus seulan 32

CM

14 yläpuolella tapahtuu ylöspäin ja nestevirtaus seulan 32 alapuolella tapahtuu alaspäin, jolloin seulan 32 läheisyydessä tapahtuu lämpötilan erottuminen.

Vyöhykkeessä 29 liete sisältää lisäainetta (esim. AQ:ia) ja mikäli alkalilisäys on 5 asianmukainen, liete on toisessa alkalipitoisuudessa (esim. noin arvosta 5 g/1 alle arvoon 15 g/1 j a suurempi kuin ensimmäinen alkalipitoisuus syöttöj ärj estelmässä 12), ja toisessa lämpötilassa (esim. noin 110 - 130 °C), joka on suurempi kuin syöttöjäqestelmässä 12 vallinnut ensimmäinen lämpötila. Vyöhykkeessä 29 saattaa esiintyä vähäistä alkalihajoamista, mutta siinä tapahtuu myös tehokasta käsittelyä 10 lisäaineella.

Sen jälkeen, kun liete on läpäissyt seulan 32, se kuumennetaan tyypillisesti muodolliseen keittolämpötilaan, toisin sanoen yli 140 °C olevaan lämpötilaan ja muodollinen keittoprosessi alkaa. Osa lisäaineesta voi siirtyä keittoprosessiin, 15 mutta vaihtoehtoisesti lisäaine voidaan poistaa osittain tai olennaisen täydellisesti (esim. yli 90-prosenttisesti) ennen keittoprosessin aloitusta, esimerkiksi syrjäyttämällä linjaan 80.

Esillä olevan keksinnön mukaan esikäsittelyn lisäainetta lisätään 20 syöttöj äij estelmään 12 j a lastut käsitellään lisäaineella ennen lastulietteen ^ johtamista keittokattilaan 11. Tämä käsittely toteutetaan edullisesti alle 120 °C:n ^ lämpötilassa. AQ:n tapauksessa lisäaineen pitoisuus on tyypillisesti alle 0,20 % ^ massasta, ollen tyypillisesti noin 0,02 - 0,5 % massasta. Noin 50 % AQ:sta

CV

χ voidaan lisätä linjaa 61 pitkin ja noin 25 % voidaan lisätä linjoihin 69 ja 71. Kaikki

CC

α 25 AQ, toisin sanoen olennaisesti 100 %, voidaan myös lisätä syöttöj äijestelmään 12 j o (tai muutoin ennen merkittävää alkalilisäystä), ja keittokattilaan 11 lisätään vain

CM I

o vähän tai ei lainkaan AQ:ta. Eräässä toisessa suoritusmuodossa noin 40 % AQ:sta

^ lisätään syöttöjäqestelmään 12 ja noin 60 % lisätään keittokattilaan 11. I

15

Edullisessa suoritusmuodossa syöttöjäijestelmään 12 ei lisätä lainkaan alkalia, toisin sanoen, syöttöjäijestelmässä 12 toteutetun käsittelyn aikana lastut voivat olla olennaisesti alttiina vain lisäaineelle ja pääasiassa vedelle (joka voi olla tuoretta, 5 suodosta tai vastaavaa).

Käsittelyaika syöttöjärjestelmässä 12, keittokattilan 11 huippuvyöhykkeessä 29 ja keittokattilan 11 keittovyöhykkeessä (32:n alapuolella) voi vaihdella riippuen kyseessä olevasta käsiteltävästä materiaalista ja muista tekijöistä. Tyypillisen 10 havupuun tapauksessa lisäaineella toteutetun käsittelyn kesto syöttöjärjestelmässä 12 (toisin sanoen olosuhteissa, joissa ei esiinny olennaisesti selluloosan alkalihajoamista) on noin 2-60 minuuttia, kun taas vyöhykkeessä 29 tapahtuvan käsittelyn, mikäli sitä käytetään (jossa alkali- ja lämpötilaolosuhteet ovat hieman voimakkaammat kuin syöttöjäijestelmässä 12), käsittelyaika on noin 20 - 60 15 minuuttia ja keittoaika on tavanomainen, esimerkiksi noin 1-3 tuntia.

Kuhunkin seulakokonaisuuteen 33 - 35 on voitu liittää poistolinjat 81-83, jotka voidaan j ohtaa äkkihaihdutussäiliöihin j a kemikaalien talteenottoon, tai j oilla yksinkertaisesti poistetaan nestettä, johon on liuennut suhteellisen suuria määriä 20 orgaanista ainesta LO-SOLIDS® -keittoprosessien aikana. Vain yhden säiliön ^ käsittävän j äij estelmän sij asta voidaan käyttää lukuisia säiliöitä (sisältäen ^ kyllästyssäiliön) käsittäviä jäijestelmiä sekä merkittävää alkalilisäystä ^ (lukuunottamatta laitteiston vapaan toiminnan takaamista) vasta kyllästyssäiliön

(M

x lopussa tai sen jälkeen.

CC .1 25 ( o Edellä esitetyssä kuvauksessa kaikki kuhunkin laajaan alueeseen sisältyvät

CM

o erityiset alueet sisällytetään myös erityisesti oheen. Pelkästään esimerkkinä, alle

CM

16 10 g/1 oleva EA voi olla 0 — 1 g/1,0,2 — 5 g/1,3 — 8 g/1 sekä mikä tahansa muu lamaan alueeseen sisältyvä kapeampi alue.

Vaikka keksintö onkin kuvattu käytännöllisimmäksi ja edullisimmaksi katsotun 5 suoritusmuotonsa avulla, niin alan asiantuntijoille on kuitenkin selvää, että siihen voidaan tehdä keksinnön puitteissa monia muokkauksia, keksinnön laajuuden ollessa liitteenä olevien patenttivaatimusten laajimman mahdollisen tulkinnan mukainen siten, että kaikki vastaavat prosessit j a j äij estelmät kuuluvat sen piiriin.

δ

(M

00

CM

X

tr 0- o 1

CM

O I

O O CM

Claims (14)

1. Menetelmä kemiallisen selluloosamassan jatkuvaksi tuottamiseksi hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin lietteestä, joka menetelmä 5 käsittää olennaisen jatkuvasti: (a) materiaalin kyllästämisen antrakinoni(AQ)-liuoksella, joka sisältää AQ-lisäainetta alkalin olennaisesti puuttuessa olennaisesti 0-tasoa olevan tehollisen alkalipitoisuuden aikaansaamiseksi, ja lämpötilaolosuhteissa niin että selluloosan alkalihaj oamista ei olennaisesti tapahdu ja niin että hapanta hydrolyysia esiintyy 10 vain vähän tai ei olennaisesti lainkaan; ja (b) vaiheen (a) jälkeen materiaalin käsittelemisen alkalisella keittoliuoksella keitto-lämpötilassa kemiallisen selluloosamassan tuottamiseksi, jonka massan saanto tai lujuus on parempi kuin siinä tapauksessa, ettei vaihetta (a) toteuteta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa (a) toteutetaan jatkuvatoimisen keittokattilan syöttöjäijestelmässä ja (b) toteutetaan jatkuvatoimisessa keittokattilassa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa (a) toteutetaan noin 80-130 20 °C:n lämpötilassa. o

^ 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, jossa (a) toteutetaan ilmakehän 7" painetta suuremmissa paineolosuhteissa sellaisen ajanjakson ajan, jonka pituus on 00 noin 20 sekunnista 60 minuuttiin. X CC “ 25 ς

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa vähintään 50 % käytetystä (M § lisäaineesta lisätään vaiheeseen (a) ja jossa lisäaine on SAQ. o OM

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa (a) toteutetaan AQ-lisäaineen kokonaislisäyksen ollessa vesiliuoksessa noin 0,02 - 0,5 % puusta.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa vaihe (a) toteutetaan noin alle 5 120 °C:n lämpötilassa.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa (a) toteutetaan saannon parantamiseksi vähintään yhden prosentin verran.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa (a) toteutetaan noin alle 110 °C:n lämpötilassa.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa (a) toteutetaan siten, ettei materiaalista liukene olennaisesti lainkaan ligniiniä. 15

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa edelleen olennaisesti välittömästi vaiheessa (a) toteutetun kyllästämisen jälkeen materiaaliin lisätään noin 35 - 100 % vaiheessa (b) materiaalin käsittelemiseksi käytetystä alkalista.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa edelleen vaiheiden (a) ja (b) ^ välissä materiaalia käsitellään (c) toisessa vyöhykkeessä AQ-lisäainetta sisältävällä δ ^ AQ-liuoksella, jossa tehollisen alkalin pitoisuus vaihtelee noin arvosta 5 g/1 alle 15 V g/1 olevaan arvoon, NaOH:na ilmoitettuna, ja on suurempi kuin vaiheessa (a), noin 00 alueella 110 ~ 130 °C olevassa lämpötilassa, joka on suurempi kuin vaiheessa (a). I S α 25 { ς

13. Selluloosalietteen käsittelyjäijestelmä (10), joka käsittää: CM I g - pystyyn sijoitetunjatkuvatoimisenkeittokattilan (11), jonka sisäänmeno on o ^ huipun vieressä ja ulostulo pohjan vieressä; - keittokattilan (11) syöttöjäijestelmän (12), johon kuuluu lietepumppu (18); - antrakinoni(AQ)-liuoksen lähteen, joka liuos sisältää AQ:a alkalin olennaisesti puuttuessa; - lisäainelinjan (61, 62) AQ-liuoksen syöttämiseksi lietteeseen ennen mainittua 5 lietepumppua (18) - mainitun keittokattilan (11) huipussa olevan käsittelyvyöhykkeen (29) ja seulajärjestelyn (32) tämän huipussa olevan käsittelyvyöhykkeen pohjan vieressä sekä tämän seulajärjestelyn alapuolella olevan keittovyöhykkeen; - mainitun seulajaijestelyn (32) saadessa aikaan lämpötilasiirtoa mainitussa 10 keittokattilassa (11); j - välineet nesteiden lisäämiseksi tai kierrättämiseksi keittokattilaan (11) siten, että saadaan aikaan ylöspäin suuntautunut nestevirta (7a) mainitussa keittokattilassa (11) seulan (32) yläpuolella; sekä - välineet (36,69,61,62, 63) AQ-liuoksen lisäämiseksi mainitun keittokattilan 15 (11) mainittuun huippuvyöhykkeeseen (29) ja/tai syöttöjärjestelmään (12) alkalin olennaisesti puuttuessa olennaisesti 0-tasoa olevien tehollisen alkalin olosuhteiden aikaansaamiseksi.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, joka käsittää edelleen välineet 20 (66, 67) AQ-liuoksen kierrättämiseksi mainitun keittokattilan (11) huippu- j ^ vyöhykkeestä (29) mainittuun lisäainelinjaan (61, 62), jolla AQ-liuosta lisätään o ^ lietteeseen ennen mainittua lietepumppua (18). i '1 00 i (M | 1 ' j ;i δ I CM I! O * O t O ä CM S