FI122951B - Menetelmä ja laitteisto selluloosamassan valmistamiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä ja laitteisto selluloosamassan valmistamiseksi

Keksinnön ala 5 Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä selluloosamassan valmistamiseksi. Keksinnön kohteena on myös laitteisto em. menetelmän toteuttamiseksi oheisen patenttivaatimuksen 11 johdanto-osan mukaisesti.

10 Keksinnön tausta

Selluloosan keiton tarkoituksena on poistaa ligniinipitoisesta raaka-aineesta kuituja toisiinsa sitova ligniini ja saada kuidut erilleen toisistaan, jotta ne voidaan hyödyntää sellun- ja/tai paperin valmistuksessa. 15 Käytettäessä puuta raaka-aineena, edeltää keittoa raaka-aineen haketus eli puun pilkkominen keittoprosessin vaatimaan optimikokoon. Sulfaattikeitossa, eli kraft-keitossa keitto tapahtuu käyttämällä keitto-liuoksena vahvasti alkalista valkolipeää, jonka koostuu pääosin natriumhydroksidista (NaOH) ja natriumsulfidista (Na2S).

20

Sulfaattikeitossa huomattava osa selluloosamateriaalin sisältämästä hemiselluloosasta menee osittain hukkaan. Tämä johtuu siitä, että valkolipeän kanssa tapahtuvissa reaktioissa hemiselluloosa altistuu alkaliselle pilkkoutumisreaktiolle, depolymeroitumiselle, jolloin hemi-25 selluloosaa liukenee orgaanisia happoina keittolipeään. Depolymeroitu-minen kiihtyy alkalipitoisuuden noustessa ja lämpötilan noustessa. ™ Hemiselluloosan hajoamista pyritään vähentämään käyttämällä poly- 9 sulfidia sisältävää keittolipeää. Polysulfidin on nimittäin huomattu stadiin loivan hemiselluloosaa, joka kestää siten paremmin keittolipeää sellun- ϊ 30 keitto-olosuhteissa. Tämän seurauksena keiton saanto paranee. Poly- sulfidikäsittely tulee suorittaa mahdollisimman aikaisessa vaiheessa S keittoa, eli jo keittolipeän imeytysvaiheessa, jotta sen vaikutukset olisi- m g vat suurimmat. Lisäksi on huomattu, että mitä aikaisemmin imeytys- ° vaiheessa polysulfidikäsittely suoritetaan, keitossa tapahtuva ligniiniin 35 liukeneminen eli delignifikaatio on täydellisempää ja sellun viskositeetti 2 tietyllä Kappaluku-arvolla on korkeampi. Antrakinonin lisääminen poly-sulfidikeittoon parantaa myös saantoa.

Polysulfidivalkolipeän, tai oranssilipeän, joksi polysulfidia sisältävää 5 valkolipeää myös kutsutaan, käyttäminen sulfaattikeitossa on siis tunnettua. Normaali valkolipeä muutetaan polysulfidivalkolipeäksi ja tätä lipeää käytetään samalla tavalla kuin normaalia valkolipeää. Imeytys-vaiheessa tapahtuvan puuhakkeeseen imeyttämisen jälkeen ja lämpötilan noston aikana yli 100 °C:een polysulfidi reagoi hakkeen sisältä-10 mien hiilihydraattien kanssa, jolloin ne ovat muuttuneet vähemmän alttiiksi alkaliselle hajoamiselle. Myöhemmin keiton aikana, kun lämpötila on noussut yli 140 °C:n, polysulfidin loppuosa hajoaa nopeasti lämpöhajoamisen vaikutuksesta 15 Polysulfidia sisältävää valkolipeää saadaan kemikaalien talteenotto-laitoksessa tuotetusta valkolipeästä erilaisilla menetelmillä, jotka esimerkiksi osittain hapettavat lipeän sisältämää natriumsulfidia polysulfi-diksi. Näissä menetelmissä käytetään tyypillisesti hapetuskatalyytteja valkolipeän sisältämän vetysulfidin polymeroimiseksi. Tällainen mene-20 telmä on esitetty esimerkiksi patenttijulkaisuissa WO 97/42372 ja US 6,866,748.

Polysulfidia voidaan valmistaa myös suoraan lisäämällä valkolipeään alkuainerikkiä. Valkolipeässä olevat sulfidi-ionit reagoivat sopivissa olo-25 suhteissa alkuainerikin kanssa ja muodostavat polysulfidia.

C\J

δ ™ Polysulfidia on myös mahdollista muodostaa keitosta saatavasta 9 mustalipeästä. VVO-julkaisussa 93/22493 on esitetty menetelmä, jossa ° mustalipeästä vapautuneita rikkipitoisia kaasuja käsitellään vetysulfidin g 30 muodostamiseksi. Muodostunut vetysulfidi johdetaan valkolipeään, jossa tapahtuu polysulfidin muodostuminen. VVO-julkaisussa 99/14423 S mustalipeä kaasutetaan rikkipitoisten kaasujen, lähinnä vetysulfidi- m g pitoisten kaasujen muodostamiseksi, jotka kaasut poltetaan. Polton ° seurauksena muodostuneesta happamasta vetysulfidipitoisesta kaa- 35 susta muodostetaan kuumaan nestemäistä elementaaririkkiä, joka se- 3 koitetaan sulfidipitoiseen lipeään, esimerkiksi valko- tai viherlipeään polysulfidin muodostamiseksi.

Ongelmana nykyisissä polysulfidia valkolipeän joukossa käyttävissä 5 selluloosanvalmistusmenetelmissä on, että ne tarvitsevat erillisiä laitteistoja, jotka aiheuttavat investointi- ja käyttökustannuksia.

Sulfaattikeiton saantoon vaikuttaa myös imeytysvaiheessa käytettävän keittoliuoksen vetysulfidikonsentraatio. Saanto paranee imeytysliuok-10 sen vetysulfidikonsentraation noustessa. Imeytysvaiheessa käytettävän keittoliuoksen vetysulfidikonsentraatiota on pyritty nostamaan esimerkiksi tuomalla keittovaiheesta saatavaa mustalipeää imeytykseen, kuten on esitetty US-patentissa 5,053,108. WO-julkaisussa 03/062524 keittovaiheen vetysulfidikonsentraatiota on esitetty kohotettavan nosta-15 maila keittovaiheen kuiva-ainepitoisuutta, jossa keitosta otettua musta-lipeää haihdutetaan ja palautetaan se takaisin keittovaiheen alkuun. Keittovaiheen lopusta viedään näin muodostunutta mustalipeää imeytykseen. Edelleen, SE-patentissa 521678 imeytysvaiheen sulfidi-konsentraatiota nostetaan tuomalla imeytysvaiheeseen sellun keitosta 20 mustalipeää, jonka kuiva-ainepitoisuutta on nostettu haihduttamalla siitä vettä. Nämä kaikki menetelmät saavat toki aikaan jonkinasteista vetysulfidikonsentraation nousua imeytysliuoksessa, mutta niillä aikaansaatu absoluuttinen vetysulfidikonsentraatio ole välttämättä kovin korkea verrattuna esimerkiksi valkolipeään.

25 ^ Keksinnön lyhyt selostus

(M

9 Nyt esitettävän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan parannettu ° menetelmä ja laitteisto sulfaattiselluloosan valmistamiseksi, joka välttää g 30 tunnetussa tekniikassa ilmenevät ongelmat ja jonka ansiosta keiton

CL

saanto, erityisesti havupuumassaa valmistettaessa, paranee.

cö tn

LO

g Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmäl- ° le on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisen 35 patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

4

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on puolestaan pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisen patenttivaatimuksen 11 tunnus-merkkiosassa.

5 Muissa, epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty eräitä keksinnön edullisia suoritusmuotoja.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että imeytyksessä käytettävää imeytyslipeää konsentroidaan ja sen polysulfidipitoisuutta nostetaan 10 ennen imeytyslipeän johtamista imeytykseen. Imeytyslipeän konsentroiminen, eli veden haihduttaminen siitä, nostaa sen vetysulfidi-konsentraation korkeaksi. Myös imeytyslipeän hydroksyyli-konsentraa-tio pysyy riittävän korkeana hiilihydraattien purkautumisreaktioista huolimatta. Lisäksi konsentroitua imeytyslipeää kierrätetään, jolloin imey-15 tyksen alussa tapahtuvan hydrolyysin yhteydessä liuenneet hiilihydraatit saadaan takaisin imeytykseen, mikä parantaa prosessin kokonaissaantoa massavaikutuslain mukaisesti. Lisäksi näin säästyneillä hiilihydraateilla on todettu olevan katalysoiva vaikutus keittoon.

20 Imeytyslipeän konsentroiminen mahdollistaa myös aikaisempaa korkeamman imeytyslämpötilan käyttämisen, mikä keksinnön mukaisessa menetelmässä vaihtelee välillä 100 - 170 °C, ollen edullisesti imeytyk-sen alussa 100 - 135 °C ja imeytyksen lopussa 120- 150 °C. Korkean imeytyslämpötilan ansiosta imeytyslipeässä oleva vetysulfidi reagoi 25 ligniinin kanssa ja kiinnittyy kemiallisesti hakepalojen puumatriisiin. ^ Tämän seurauksena varsinainen keitto nopeutuu ja keiton kokonais- ™ saanto kasvaa. Korkea imeytyslämpötila paitsi tehostaa imeytymistä, o jolloin imeytymistä ei enää tapahdu keittovaiheessa, saa se myös ? aikaiseksi sen, että hiilihydraattien purkautumisessa muodostuvat ha- 30 pot neutralisoidaan jo imeytysvaiheessa eikä keittovaiheessa, jolloin itse keittovaiheessa tarvitaan vähemmän selluloosaa pilkkovaa alkalia ^ eli keitto on selektiivisempi.

LO

LO

O

° Imeytyslipeän konsentroiminen eli veden poistaminen siitä voi tapahtua 35 millä tahansa lipeän haihduttamiseen soveltuvalla menetelmällä, esimerkiksi paisuttamalla lämmitettyä lipeää tai haihduttamalla sitä. Kun 5 imeytyslipeästä poistetaan vettä, siinä olevan natriumsulfidin määrä nousee suhteessa natriumhydroksidin määrään, eli sen sulfiditeetti kasvaa. Imeytyslipeän konsentroimisessa haihdutetaan vapaata vettä imeytysliuoksesta, jolloin imeytyksessä tapahtuvan diffuusion vaatimat 5 konsentraatioerot pysyvät korkeina ja diffuusionopeus hakkeen sisällä kasvaa. Menetelmän avulla imeytyslipeän vetysulfidikonsentraatio saadaan nostettua kaksinkertaiseksi verrattuna tunnetun tekniikan mukaiseen, mustalipeää imeytyksessä käyttävään prosessiin.

10 Veden poiston jälkeen konsentroitunut imeytyslipeä johdetaan imeytys-lipeäsäiliöön, jossa sen viipymäaika on säädetty sellaiseksi, että imeytyslipeässä oleva suopa tai vastaava nousee säiliössä olevan imeytyslipeän pinnalle ja voidaan erottaa siitä. Näin voidaan pienentää imeytysvaihetta seuraavien keitto- ja pesuvaiheiden COD-kuormaa.

15

Konsentroidun imeytyslipeän polysulfidipitoisuutta nostetaan ennen imeytyslipeän kierrättämistä takaisin imeytykseen. Polysulfidi hapettaa hiilihydraattien reaktiiviset pääteryhmät alkalistabiileiksi ja parantaa keiton saantoa. Imeytyslipeän polysulfidipitoisuuden nostaminen voi 20 tapahtua lisäämällä suoraan konsentroituun im eytys lipeään elementaarista rikkiä tai sopivaa polysulfidiyhdistettä. Imeytyslipeän polysulfidipitoisuuden nostaminen voi tapahtua myös lisäämällä konsentroituun im eytys lipeään polysulfidia muodostavia reagensseja. Im eytys lipeään voidaan esimerkiksi lisätä hapetettua mustalipeää. Tähän tarkoituk- 25 seen voidaan käyttää keitosta saatavaa mustalipeää, johon on lisätty ^ happea. Happi saa aikaan sen, että mustalipeässä olevia rikkiyhdisteitä ™ hapettuu sulfidiksi. Lisäksi happi saa mustalipeän ligniinirakenteet 9 hapettumaan kinoniyhdisteiksi, jotka pelkistävät mustalipeässä olevaa ° sulfidia että imeytyslipeässä olevaa vetysulfidia polysulfidiksi. Mustani 30 lipeän hapettumisreaktiota voidaan kuvata pelkistetysti reaktioyhtälöllä seuraavasti:

CO

m g mustalipeässä oleva ligniini + 02 -»kinoni + ... (1) o

CM

35 Kinonin sulfidin pelkistysreaktiota voidaan kuvata seuraavasti: 6 kinoni + (n + 1) S2' -» SnS2' + 2 ne' (2)

Pelkistysreaktio on katalyyttinen reaktio, jossa kinonit toimivat katalyytteinä. Polysulfidi voidaan siten saada aikaan massanvalmistuslaitteis-5 tossa, eikä niitä tarvitse tuoda prosessin ulkopuolelta.

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla saadaan aikaan imeytys-olosuhteet, joissa imeytyslipeän liuenneen orgaanisen ja epäorgaanisen kuiva-aineen konsentraatiot ovat korkeita verrattuna tekniikan 10 tason mukaisiin menetelmiin. Lisäksi keksinnön etuna on, että sen avulla imeytysvaiheessa käytettävän imeytyslipeän vetysulfidikonsen-traatio saadaan nostettua mahdollisimman korkeaksi verrattuna valko-lipeän vetysulfidikonsentraatioon, jolloin imeytysvaihetta seuraavan keittovaiheen saanto paranee. Lisäksi imeytysvaiheessa tapahtuneiden 15 ligniinin ja sulfidin välisten reaktioiden ansiosta keiton bulkkivaihe nopeutuu. Edelleen, keittovaiheeseen siirtyy imeytetyn hakkeen mukana vähemmän vettä, mikä tehostaa keittoa.

Imeytyslipeän korkea vetysulfidikonsentraatio lisää myös polysulfidin 20 määrää imeytyslipeässä, kun imeytyslipeän polysulfidipitoisuutta nostetaan keittovaiheesta saatavan, hapetetun mustalipeän avulla. Musta-lipeästä muodostuneiden kinoniyhdisteiden katalysoimille reaktioille sulfidin kanssa on eduksi, että imeytyslipeän sulfidipitoisuus on korkea. Imeytyslipeän viipymä imeytyslipeäsäiliössä takaa kinonireaktioille riit-25 tävän reaktioajan. Keitosta saatavan mustalipeän käyttäminen pölyni sulfidin muodostamisessa tuo mukanaan myös muita etuja: polysulfidin ™ muodostamisessa tarvittava reagenssi, eli mustalipeä on valmiina saa- 9 tavilla sellutehtaassa, eikä tarvita kalliita ostokemikaaleja. Lisäksi pölyin sulfidin valmistamisessa ei tarvita erillisiä kalliita reaktoreita. Menetellä 30 män implementointi jo olemassa olevaan massanvalmistusprosessiin on helppoa ja yksinkertaista, eikä vaadi tilaa vievien prosessiin laitteistojen asentamista sellutehtaalle. Keksintö parantaa erityisesti LT) g havupuusellun saantoa. Käytännön kokeissa on saannon havaittu ° paranevan jopa 2-5 %.

35 7

Kuvioiden lyhyt selostus

Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin viittaamalla oheiseen kuvioon 1, joka esittää kaavamaisesti erästä keksinnön mukaista sellu-5 loosamassanvalmistuslaitteistoa.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus Tässä selostuksessa termillä imeytyslipeä tarkoitetaan imeytysvai-10 heessa käytettävää alkalista liuosta, joka koostuu pääosin valkolipe-ästä. Valkolipeän vaikuttavat aineet ovat natriumhydroksidi (NaOH) ja natriumsulfidi (Na2S). Termillä linja tarkoitetaan mitä tahansa nesteen, kaasun tai suspension siirtämiseen soveltuvaa putkea, yhdettä tai kanavaa.

15

Kuviossa 1 on esitetty kaavamaisesti eräs keksinnön mukainen sellu-loosamassanvalmistuslaitteisto. Selluloosamassan raaka-aineena käytettävä hake tuodaan ensin kaasunpoistovaiheeseen. Kaasunpoisto-vaiheessa haketta käsitellään kaasunpoistolaitteessa 2 kuumalla, 20 kaasumaisella väliaineella, kuten esimerkiksi höyryllä hakepalojen sisällä ja niiden välissä olevien kaasujen poistamiseksi. Kaasunpoiston jälkeen hake siirretään siirtolaitteen 3 avulla linjan 4 kautta imeytysvai-heeseen. Linjaan 4 syötetään myös imeytyslipeää imeytyslipeäsäiliöstä 6 linjan 7 kautta.

25

Kuvion 1 suoritusmuodossa imeytysvaihe on kuvattu kaksivaiheisena, ™ mikä on tyypillistä erityisesti jatkuvatoimisille sellunkeittoprosesseille.

9 Imeytys suoritetaan imeytysvaiheessa, imeytysastiassa 5, jossa tyypilli- ° sesti imeytyksen ensimmäinen vaihe 5a ja toinen vaihe 5b ovat yhtey- ϊ 30 dessä toisiinsa, esimerkiksi samassa astiassa päällekkäin niin, että hakevirtaus kulkee vaiheiden läpi ylhäältä alaspäin. Hake tuodaan S imeytykseen ensimmäisen imeytysvaiheen 5a yläpäästä, yhdessä LT) g imeytyslipeän kanssa, kulkee ko. vaiheen läpi ja jatkaa alaspäin toi- ° seen imeytysvaiheeseen 5b. Ensimmäisessä imeytysvaiheessa 5a 35 imeytys tapahtuu myötävirrassa ja sen aikana hakepalan sisällä olevassa imeytyslipeässä tapahtuu vetysulfidikonsentraation nousua siitä 8 syystä, että imeytysliuoksessa oleva hydroksidi kuluu nopeasti imey-tyksen alussa. Hakkeessa oleva vesi diffundoituu ulos hakepalasista imeytyslipeään laimentaen sitä. Tätä laimentunutta imeytyslipeää johdetaan ensimmäisen imeytysvaiheen 5a lopusta konsentroitavaksi lin-5 jaa 15 pitkin. Imeytyksen ensimmäinen vaihe kestää 15 - 120 min, edullisesti 15-45 min.

Imeytysvaiheen toisessa vaiheessa 5b hake imeytetään imeytyslipeä-säiliöstä 6 linjan 8 kautta tulevan imeytyslipeän avulla vastavirrassa. 10 Imeytyslipeä lämmitetään lämmönvaihtimessa 9 ennen sen johtamista imeytyksen toiseen imeytysvaiheeseen 5b. Imeytyslipeän lämmittäminen nostaa toisen imeytysvaiheen 5b lämpötilaa, jolloin sulfidin ja ligniinin väliset reaktiot nopeutuvat. Toinen imeytysvaihe 5b voidaan myös haluttaessa järjestää tapahtuvaksi myötävirtaan. Toisen vaiheen yhte-15 nä tarkoituksena on nostaa alkalikonsentraatiota hakepalojen sisällä niin, että myös hakepalan sisällä on riittävästi alkalia keittovaihetta varten. Lisäksi toisen imeytysvaiheen tarkoituksena on syrjäyttää loputkin hakkeen joukossa olevasta vedestä ja saada se konsentroitavaksi yhdessä toisesta vaiheesta 5b saatavan imeytyslipeän kanssa. Vesi-20 pitoinen imeytysliuos johdetaan toisesta vaiheesta konsentroitavaksi linjaa 15 pitkin. Imeytyksen toinen vaihe 5b kestää 5-60 min, edullisesti 10-45 min. Imeytysvaihe voi olla myös ainoastaan yksivaiheinen, jolloin hakkeen imeytys tapahtuu imeytysastiassa myötävirrassa. Lämpötila imeytysvaiheessa 5 on 100 - 170 °C. Edullisesti ensimmäi-25 sen imeytysvaiheen 5a lämpötila on alhaisempi kuin toisen imeytys-^ vaiheen 5b lämpötila. Ensimmäisen imeytysvaiheen 5a lämpötila on ^ edullisesti 100 - 135 °C ja toisen imeytysvaiheen 5b lämpötila on edul- o lisesti 120- 150 °C.

o g 30 Linjaan 15, joka siis johtaa imeytyslipeää konsentroitavaksi ensimmäi sestä imeytysvaiheesta 5a ja toisesta imeytysvaiheesta 5b, johdetaan S valkolipeää linjan 18 kautta. Valkolipeälisäys on tarpeellinen paitsi g haihdutettavan imeytyslipeän kuohumisen estämiseksi ja vedenerotuk- ° sen tehostamiseksi, myös keiton vaatiman alkalipitoisuuden saavutta- 35 miseksi.

9

Imeytysvaiheessa tapahtuu keittoliuoksen imeytyminen hakkeeseen ja uutosdelignifiointi. Imeytysvaiheesta hake johdetaan yhdessä osan imeytyslipeän kanssa linjan 10 kautta keittovaiheeseen, jossa tapahtuu bulkkidelignifiointi ja haluttaessa myös jäännösdelignifiointi, eli varsi-5 nainen keitto. Keitto tapahtuu keittoastiassa 11 puuraaka-aineesta riippuen 130 - 190 °C:n lämpötilassa ja se kestää 30 - 150 min. Keitto-vaihe voi käsittää sekä myötävirtaisen että vastavirtaisen osuuden, joiden alkalikonsentraatioita ja lämpötilaa voidaan säätää. Keitossa vapautuneet, eli toisistaan erottuneet kuidut siirretään linjan 12 kautta 10 pestäväksi pesuastiaan 13 eli pesuvaiheeseen. Pesussa tarvittava pesuneste johdetaan pesuastiaan 13 linjan 19 kautta. Pesun tarkoituksena on erottaa kuitujen mukana tuleva osa ligniinistä ja keittoliuos kuiduista. Pesty kuitumassa johdetaan jatkokäsiteltäväksi linjan 14 kautta.

15 Edellä mainitut imeytys- ja keittovaiheet voidaan suorittaa joko vaihe kerrallaan omissa astioissaan, tai yhdessä ja samassa astiassa vaiheittain. Vaiheet voidaan myös suorittaa pitkänomaisessa astiassa päällekkäin niin, että imeytysvaihe on ylimpänä. Hake liikkuu siten astiassa ylhäältä alaspäin vaiheesta toiseen.

20

Keittovaiheesta saatava, massan keitossa käytetty, ligniinipitoinen lipeä eli mustalipeä johdetaan linjan 20 kautta sellutehtaan kemikaalien talteenottolaitokselle (ei esitetty kuviossa). Kemikaalien talteenoton tarkoituksena on regeneroida massan valmistuksessa käytetyt kemikaalit 25 jälleen sellaiseen muotoon, esimerkiksi valkolipeäksi, niin että ne voi-^ daan käyttää uudelleen massanvalmistuksessa.

(M

LO

9 Imeytysvaiheen ensimmäisestä vaiheesta 5a ja toisesta vaiheesta 5b 2 saatava imeytyslipeä johdetaan linjaa 15 pitkin ja siirtolaitteesta 3 £ 30 saatava kiertolipeä johdetaan linjaa 21 pitkin konsentroitavaksi Q_ konsentrointivaiheeseen, haihdutusastiaan 17. Haihdutusastia 17 voi S olla paisunta-astia tai erillinen haihdutinyksikkö, jossa voi olla yksi tai

LO

g useampi haihdutus/vedenpoistovaihe. Haihdutusastian tarvitsema ° lämpöenergia voi olla keittovaiheesta tai muualta selluloosanvalmistus- 35 prosessista tuotua lämpöenergiaa tai niistä saatavaa sekundääri-energiaa. Edullisesti imeytyslipeän haihduttamisessa käytetään sellu 10 tehtaan kemikaalien talteenottolaitokseen kuuluvan haihduttamon ainakin yhtä haihdutinyksikköä, joka on samassa lämmitysväliaine-kierrossa haihduttamon muiden haihdutinyksikköjen kanssa.

5 Haihdutusastiasta 17 konsentroitu imeytyslipeä johdetaan linjaa 22 pitkin imeytyslipeäsäiliöön 6, josta imeytyslipeä kierrätetään takaisin ensimmäiseen imeytysvaiheeseen 5a ja toiseen imeytysvaiheeseen 5b linjojen 7 ja 8 kautta. Näin saadaan aikaan imeytyslipeäkierto. Linjan 7 kautta palautetaan myös siirtolaitteen 3 tarvitsema kiertolipeä. Konsen-10 troinnissa imeytyslipeästä poistettu vesi poistetaan paisuntahöyrynä tai nestemäisenä vetenä linjan 27 kautta.

Konsentroidun, korkean vetysulfidikonsentraation omaavan imeytys-lipeän polysulfidipitoisuutta nostetaan lisäämällä siihen konsentroinnin 15 jälkeen polysulfidia, kuten elementaarista rikkiä tai sopivaa polysulfidi-yhdistettä. Polysulfidi voidaan lisätä konsentroidun imeytyslipeän joukkoon linjan 23 kautta. Linja 23 on yhdistetty haihdutusastiasta 17 imeytyslipeäsäiliöön johtavaan linjaan 22. Käytettävä polysulfidi voi myös olla tunnetuilla menetelmillä erillisessä reaktorissa (ei esitetty 20 kuviossa) valmistettua polysulfidia, kuten esimerkiksi valkolipeästä katalyytin läsnäollessa valmistettua polysulfidia. Myös polysulfidia, joka on valmistettu lisäämällä alkuainerikkiä valkolipeään, voidaan käyttää.

Keksinnön edullisimman sovellusmuodon mukaan polysulfidi muodos-25 tetaan keittovaiheesta saatavasta mustalipeästä oleellisesti samassa prosessissa massanvalmistuksen ja imeytyslipeän konsentroinnin ™ kanssa. Tällöin keittovaiheesta saatavaa mustalipeää hapetetaan ja 9 näin saatu hapetettu mustalipeä johdetaan konsentroidun imeytys- ° lipeän joukkoon. Kuviossa 1 tätä sovellusmuotoa on kuvattu katkoin 30 viivoitetuilla nuolilla. Keittovaiheesta saatavaa mustalipeää johdetaan linjan 24 kautta konsentroitua imeytyslipeää kuljettavaan linjaan 22. S Mustalipeän joukkoon, linjaan 24, johdetaan happea linjan 25 kautta LT) g ennen mustalipeän lisäystä imeytyslipeälinjaan 22. Happi saa mustard lipeän ligniinirakenteet hapettumaan kinoniyhdisteiksi. Imeytyslipeä- 35 säiliössä 6 kinoniyhdisteet katalyyttisesti pelkistävät imeytyslipeässä 11 olevaa vetysulfidia polysulfideiksi. Imeytyslipeän johtaminen imeytys-lipeäsäiliöön ja sen viipymä takaa kinonireaktioille riittävän reaktioajan.

Luonnollisesti on myös mahdollista nostaa konsentroidun imeytys-5 lipeän polysulfidipitoisuutta muodostamalla osa polysulfidista poly-sulfidimuodostuksen avulla ja tuomalla osa polysylfidista polysulfidi-lisäyksenä konsentroituun imeytyslipeään. On myös mahdollista käyttää selluloosatehtaan haihduttamolta saatavaa mustalipeää polysulfidin muodostamisessa. Mustalipeä hapetetaan ennen sen johtamista kon-10 sentroidun imeytyslipeän joukkoon.

Imeytyslipeän konsentroinnin avulla imeytyslipeän vetysulfidikonsen-traatio saadaan nostettua korkeammaksi, mikä parantaa, kuten jo on mainittu aikaisemmin, keiton saantoa. Polysulfidilisäyksen avulla keiton 15 saantoa voidaan edelleen parantaa, koska imeytyslipeäsäiliössä olevan imeytyslipeän korkea vetysulfidikonsentraatio mahdollistaa runsaan polysulfidin muodostuksen. Konsentroidussa imeytysliuokses-sa oleva polysulfidi hajoaa osittain toisessa imeytysvaiheessa 5b imeytysreaktorissa vallitsevan lämpötilan ja muiden olosuhteiden vaiku-20 tuksesta takaisin sulfidiksi. Osa polysulfidista poistuu keittoon sinne menevän lipeän mukana ja hajoaa edelleen siellä. Polysulfidi ei siten rikastu imeytyslipeäkiertoon eikä vaikuta keitossa tapahtuviin ligniini-reaktioihin.

25 Imeytyslipeäsäiliö 6 on varustettu suovan erotuslaitteistolla. Imeytys- ^ lipeäsäiliöön 6 kerättävän konsentroidun imeytyslipeän viiveaika säi- ™ liössä säädetään sellaiseksi, että siinä oleva suopa nousee imeytys- 9 lipeän pinnalle ja voidaan poistaa siitä yhteen 26 kautta, o £ 30 Keksintö mahdollistaa myös sen, että sulfaattiselluloosamassan val mistamisessa voidaan käyttää myös sinänsä kallista antrakinonia saanut non lisäämiseksi. Keksinnön ansiosta antrakinonin annostusta voidaan

LO

§ laskea, sillä vesipitoisen imeytyslipeän konsentroiminen konsentroi kaikkia siinä olevia kemikaaleja.

35 12

Edellä esitettyyn kuitumassan valmistuslaitteistoon kuuluu luonnollisesti myös lukemattomia prosessilaitteita, kuten sihtejä, pumppuja ja venttiilejä, joiden sijoitus ja toiminta massanvalmistuslaitteistossa on alan ammattimiehelle itsestään selvää ja joita ei selkeyden vuoksi ole esitet-5 ty kuviossa.

Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa edellä esimerkinomaisesti esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan keksintöä on tarkoitus laajasti soveltaa seuraavassa määriteltyjen patenttivaatimusten määrittelemän keksin-10 nöllisen ajatuksen puitteissa. Keksintöä voidaan siten soveltaa eri tyyppisiin keittomenetelmiin ja keittimiin, kuten esimerkiksi jatkuvatoimiseen keittomenetelmään ja sen eri modifikaatioihin tai eräkeittoon, erityisesti syrjäytyseräkeittoon. Raaka-aineena voidaan käyttää mitä tahansa lignoselluloosamateriaalia, kuten havupuuta, lehtipuuta, 15 bagassia ja eukalyptusta.

C\J

δ

(M

tn o i o

X

en

CL

δ m m m o o

(M

Claims (21)

1. Menetelmä selluloosamassan valmistamiseksi, jossa menetelmässä on 5. imeytysvaihe, jossa paloiksi pilkottu, ligniinipitoinen raaka-aine imeytetään alkalisella, polysulfidipitoisella imeytyslipeällä ja keittovaihe, jossa imeytyslipeällä imeytetty ligniinipitoinen raaka-aine keitetään, tunnettu siitä, että 10 imeytysvaiheessa ligniinipitoinen raaka-aine imeytetään kiertävällä alkalisella imeytyslipeällä, jota imeytyslipeää konsentroidaan haihduttamalla siitä vettä ja jonka konsentroidun imeytyslipeän polysulfidipitoi-suutta nostetaan lisäämällä siihen hapetettua mustalipeää, jonka seurauksena konsentroituun imeytyslipeään muodostuu polysulfidia 15 ennen konsentroidun imeytyslipeän johtamista imeytysvaiheeseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että konsentroidun imeytyslipeän polysulfidipitoisuutta nostetaan lisäämällä siihen polysulfidia. 20

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetettu mustalipeä muodostetaan hapettamalla keittovaiheesta saatavaa mustalipeää.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ^ imeytysvaiheessa ligniinipitoinen raaka-aine imeytetään kiertävällä ™ alkalisella imeytyslipeällä, jota imeytyslipeää konsentroidaan haihdutta- 9 maila siitä vettä konsentrointivaiheessa. o g 30

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että konsentroitu imeytyslipeä johdetaan konsentrointivaiheesta imeytys-$ lipeäsäiliöön (6). tn tn o

° 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 35 imeytysvaihe käsittää ensimmäisen imeytysvaiheen (5a) ja toisen imeytysvaiheen (5b) ja että imeytyslipeäsäiliöstä (6) johdetaan konsen- troitua, polysulfidipitoista imeytyslipeää ensimmäiseen imeytysvaihee-seen (5a) ja toiseen imeytysvaiheeseen (5b).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 konsentroitua imeytyslipeää lämmitetään ennen sen johtamista toiseen imeytysvaiheeseen (5b).

8. Patenttivaatimuksen 2 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polysulfidia lisätään imeytyslipeään konsentrointivaiheen jälkeen, 10 ennen konsentroidun imeytyslipeän johtamista imeytyslipeäsäiliöön (6).

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetettua mustalipeää lisätään imeytyslipeään sen konsentrointivaiheen jälkeen, ennen konsentroidun imeytyslipeän johtamista 15 imeytyslipeäsäiliöön (6).

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä on lisäksi - kaasunpoistovaihe, jossa paloiksi pilkottu, ligniinipitoinen raaka-20 ainetta käsitellään höyryllä kaasujen poistamiseksi siitä ja - pesuvaihe, jossa keitossa vapautuneet selluloosakuidut pestään.

11. Laitteisto selluloosamassan valmistamiseksi, jossa laitteistossa on imeytysvälineet (5) paloiksi pilkotun, ligniinipitoisen raaka- 25 aineen imeyttämiseksi alkalisella, polysulfidipitoisella imeytys- S lipeälläja ^ - keittovälineet (11) imeytys lipeällä imeytetyn ligniinipitoisen LO 9 raaka-aineen keittämiseksi, ? tunnettu siitä, että ί 30 laitteistossa on lisäksi haihdutusvälineet (17) imeytyslipeän konsentroi- miseksi ja että konsentroidun imeytyslipeän polysulfidipitoisuus on jär-2 jestetty nostettavaksi ennen sen johtamista ligniinipitoisen raaka- g aineen imeyttämiseen lisäämällä siihen hapettua mustalipeää, jonka c3 seurauksena konsentroituun imeytyslipeään muodostuu polysulfidia.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että konsentroidun imeytyslipeän polysulfidipitoisuus on järjestetty nostettavaksi lisäämällä siihen polysulfidia.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mustalipeän hapetus on järjestetty lisäämällä keittovälineistä (11) haihdutusvälineisiin (17) mustalipeää kuljettavaan linjaan (24) happea.

14. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että 10 imeytysvaiheessa ligniinipitoinen raaka-aine on järjestetty imeytettäväksi kiertävällä alkalisella imeytyslipeällä, jota imeytyslipeä on järjestetty konsentroitavaksi haihduttamalla siitä vettä haihdutusvälineillä (17).

15. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteistossa on imeytyslipeäsäiliö (6), jonne konsentroitu imeytyslipeä on järjestetty johdettavaksi haihdutusvälineistä (17).

16. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että 20 imeytysvälineet (5) muodostavat imeytysvaiheen, joka on jaettu ensimmäiseen imeytysvaiheeseen (5a) ja toiseen imeytysvaiheeseen (5b) ja että ligniinipitoinen raaka-aine on järjestetty imeytettäväksi ensimmäisessä imeytysvaiheessa (5a) ja toisessa imeytysvaiheessa (5b)

17. Patenttivaatimuksen 15 tai 16 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, ™ että konsentroitua, polysulfidipitoista imeytyslipeää on järjestetty joh- ™ dettavaksi imeytyslipeäsäiliöstä (6) ensimmäiseen imeytysvaiheeseen 9 (5a) ja toiseen imeytysvaiheeseen (5b). o * 30

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteistossa on lämmönvaihdin (9) konsentroidun, polysulfidipitoisen S imeytyslipeän lämmittämiseksi ennen sen johtamista toiseen imeytys- g vaiheeseen (5b). o (M

19. Patenttivaatimuksen 12 tai 15 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteistossa on välineet (23) polysulfidin lisäämiseksi imeytys- lipeään konsentrointivaiheen jälkeen, ennen konsentroidun imeytys-lipeän johtamista imeytyslipeäsäiliöön (6).

20. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että 5 laitteistossa on välineet (24) hapetetun mustalipeän lisäämiseksi imeytyslipeään konsentrointivaiheen jälkeen, ennen konsentroidun imeytyslipeän johtamista imeytyslipeäsäiliöön (6).

21. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että lait-10 teistossa on lisäksi kaasunpoistovälineet (2) kaasujen poistamiseksi paloiksi pilkotusta, ligniinipitoisesta raaka-aineesta ja pesuvälineet (13) keitossa vapautuneiden selluloosakuitujen pesemiseksi. 15 C\J δ (M tn o i o X en CL δ m m m o o (M