FI123093B - Menetelmä sellukuivaimen ajettavuuden parantamiseksi - Google Patents

Description

MENETELMÄ SELLUKUIVAIMEN AJETTAVUUDEN PARANTAMISEKSI 5 Tekniikan ala

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää sellun valmistamiseksi. Tarkemmin keksintö koskee sellun kuivausprosessia koskevia parannuksia. Erityisesti sellukuivaimen ajettavuutta parannetaan lisäämällä CMC:tä sellukuivaimen lähestymisjäijestelmässä (eng. pulp dryer approach system).

10

Keksinnön tausta

Kemiallisessa sellunkeittoprosessia puu kuoritaan ensin ja silputaan hakkeeksi. Keiton aikana ligniini ja jonkin verran hiilihydraattimateriaalia liuotetaan puuhakkeesta useiden vaihtoehtoisten alkalisten, neutraalien tai happamien komponenttien vesiliuoksiin kohote-15 tussa lämpötilassa ja paineessa. Sen jälkeen keitetty materiaali pestään, seulotaan ja valkaistaan. Valkaisun jälkeen sellu kuivatetaan, leikataan, paalataan ja kuljetetaan esimerkiksi paperitehtaalle.

Esillä olevan keksinnön yhteydessä sellukuivaimen lähestymisjäijestelmä käsittää HD- 20 tornin, sekoitussäiliön, konesäiliön, laitteita seulomista varten ja viirakuopan. Seulominen voidaan suorittaa ennen tai jälkeen viirakuopan, jossa sellu laimennetaan sellukuivaimeen syöttämistä varten sopivaan sakeuteen. Kuivaimen lähestymisjäijestelmästä sellu tulee kuivaimen märkäpäähän ja jatkaa matkaansa rainana leijukuivaimeen. Selluraina muodos- cvj tetaan kuivaimen märkäpäässä ja sellun vedenpoisto aloitetaan tyypillisesti puristamalla ° 25 rainaa useilla ja erityyppisillä puristimilla. Tyypillisesti märkäpäästä poistuvan sellun kui- o va-ainepitoisuus vaihtelee 48:n ja 54 %:n välillä, o c Leijukuivaimessa sellurainaa kuivataan kuuman kaasuväliaineen avulla, jota puhalletaan oo rainan molempia pintoja kohti. Sellukuivain käsittää useita päällekkäin jäljestettyjä puhal- c\j [n 30 lusyksiköitä. Puhallusyksiköt koostuvat puhalluslaatikoista, jotka on asennettu toistensa o o viereen rainan koko poikkileikkauspinta-alan yli ja sellukuivaimen koko pituudelle.

Puhalluslaatikot on varustettu suuttimilla, joista kaasuväliainetta puhalletaan rainaa päin. Väliaine voi olla esimerkiksi kuumaa ilmaa, höyryä tai jotain muuta tähän tarkoitukseen 2 sopivaa väliainetta. Puhallusyksiköt on järjestetty kuivaimeen siten, että väliaine puhaltuu puhalluslaatikoista rainaa päin sen molemmilla puolilla. Kuivaimessa raina kulkee eteenpäin, koskettamatta kuivausvälineitä, puhallusyksiköstä toiseen, puhallusyksiköiden päihin asennettujen suunnanvaihtorullien avulla. Kuivauksen jälkeen sellun kuiva-ainepitoisuus 5 vaihtelee tyypillisesti 88:n ja 92 %:n välillä.

Kun selluraina etenee leijukuivaimessa, esiintyy väistämättä jonkin verran pölyämistä. Pölyäminen lisääntyy silloin kun kuidut ovat lyhyempiä, ja se voi aiheuttaa ongelmia kuten ennakoimattomia tuotantokatkoksia kuivaimen puhdistamista varten. Esillä olevan keksin-10 nön mukaan sellurainan pölyäminen leijukuivaimessa voidaan estää tai sitä voidaan ainakin vähentää kuivaimen ajettavuuden parantamiseksi. Yllättäen havaittiin, että karboksi-metyyliselluloosan (CMC) lisääminen sellulietteeseen ennen kuivainta, kohdassa, jossa sellulietteen ja CMC:n vaadittu sekoitus- ja viipymäaika ovat saavutettavissa, vähentää pölyn muodostumista kuivaimessa.

15 US-patentin 6,958,108 mukaan selluloosan alkyylijohdannaisen lisäys kuitususpensioon parantaa paperi- ja kartonkituotteiden lujuusominaisuuksia tai vedenpidätystä.Tämän US-patentin selitysosassa kuvataan laajasti, että CMC voidaan saattaa kosketukseen selluloo-sakuitujen kanssa missä tahansa vaiheessa ennen rainan muodostusta, joko sellutehtaassa 20 tai paperitehtaassa. Edellä mainittua tarkoitusta varten CMC:n imeyttäminen (sorptio) suoritetaan sopivimmin jauhatuksen jälkeen paperitehtaassa. Lisäksi mainitaan, että sellutehtaassa imeyttäminen voidaan suorittaa alkalisessa valkaisuvaiheessa.

CMC:n lisääminen alkalisen keittovaiheen aikana tai selluloosahakkeen delignifioinnin

C\J

g 25 aikana on tunnettua US-patenttijulkaisusta US 7,214,291, jossa kuvataan menetelmää sel-

CvJ

ok luloosakuitujen modifioimiseksi.

cp o x Julkaisu WO 2008/055327 kuvaa menetelmää selluloosamassan käsittelemiseksi käyttäen

CC

karboksimetyyliselluloosaa, jossa menetelmässä CMC lisätään kemiallisen selluloosamas-oo ^ 30 san valkaisuvaiheen aikana.

m o δ 00 Keksinnön yhteenveto

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää sellukuivaimen ajettavuuden parantamiseksi, ts. menetelmää sellurainan pölyämisen estämiseksi sellun leijukuivaimessa sellun kuivatusjär- 3 jestelmässä, joka käsittää sellukuivaimen lähestymisjärjestelmän alkaen HD-tornista, kui-vaimen märkäpään ja leijukuivaimen, joka menetelmä käsittää vaiheet sellulietteen pumppauksen, seulomisen, sekoittamisen ja laimentamisen sen kulki -essa sellukuivaimen lähestymisjärjestelmän läpi 5 - sellurainan muodostamisen ja veden poistamisen sellurainasta kuivaimen märkä- päässä sellurainan kuivattamisen leijukuivaimessa jolloin karboksimetyyliselluloosan (CMC) vesiliuosta lisätään sellulietteeseen sen kulkiessa sellukuivaimen lähestymisjärjestelmän läpi.

10

Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaan sellulietteen kulkiessa sellukuivaimen lähestymisjärjestelmän läpi se pumpataan ensin HD-tomista sekoitussäiliöön ja sen jälkeen konesäiliön kautta viirakuoppaan, minkä jälkeen selluliete seulotaan ja pumpataan sitten kuivaimen märkäpäähän. CMC:n vesiliuos lisätään pumppausvaiheessa HD-tomin ja 15 sekoitussäiliön välillä.

Esillä olevan keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan sellulietteen kulkiessa sellukuivaimen lähestymisjärjestelmän läpi se pumpataan ensin HD-tornista sekoitussäiliöön ja sen jälkeen seulomisen kautta konesäiliöön, minkä jälkeen liete laimennetaan viirakuopas-20 sa ennen sen saapumista kuivaimen märkäpäähän. CMC:n vesiliuos lisätään pumppausvaiheessa sekoitussäiliön ja seulonnan välillä.

Eräässä toisessa edullisessa suoritusmuodossa CMC:n vesiliuos lisätään pumpun imupuo- lelle.

c\j δ 25 c\j £ Esillä olevan menetelmän vielä erään suoritusmuodon mukaan CMC:n vesiliuos saadaan cp q liuottamalla kuivaa CMC:tä tehdasveteen 1 - 5 %:n, edullisesti 2 - 3 %:n sakeutena.

X

cc

Esillä olevan menetelmän vielä erään suoritusmuodon mukaan CMC:n vesiliuos lisätään co ^ 30 0,1 - 0,2 %:n määränä (kuivapainosta laskettuna).

m o δ 00 Piirustusten lyhyt selitys

Kuvio 1 on prosessikaavio, joka esittää päätoimintavaiheet sellun keittämisestä paperin valmistukseen 4 kuvio 2 on sellun kuivatusjärjestelmän prosessikaavio kuvio 3 on esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon prosessikaavio, joka määrittelee CMC:n lisäyskohdan ja kuvio 4 esittää esillä olevan keksinnön mukaista toista mahdollista CMC:n lisäyskohtaa.

5

Keksinnön yksityiskohtainen selitys

Kuvion 1 prosessikaavio esittää päätoimintavaiheet paperin tai pahvin valmistamiseksi alkaen lignoselluloosamateriaalin, esim. puuhakkeen keittämisestä. Vallitseva kemiallinen sellunkeittomenetelmä on kraftkeitto. Keitto voidaan suorittaa eräkeittona tai jatkuvana 10 sellunkeittona. Jätekeittokemikaalit ja liuenneet orgaaniset materiaalit erotetaan sellusta monivaiheisissa, tyypillisesti vastavirtapesuvaiheissa puhtaimman sellun ja vähäisimmän jätelipeän laimenemisen aikaansaamiseksi. Keittimestä poistettu sellu sisältää myös kiinteitä epäpuhtauksia, pääasiassa epätäydellisesti delignifioitua puuta, vähän oksia tai muita kiinteitä aineita, jotka erotetaan seulomalla. Tavallisesti hylätyt jakeet (eng. rejects) jäl-15 leenkäsitellään raaka-ainehävikkien vähentämiseksi. Kemiallinen sellu on väriltään tummempaa kuin alkuperäinen puu ja sen vuoksi valkaisua tyypillisesti tarvitaan, vaikka joihinkin tarkoituksiin myös ruskea sellu on sopivaa. Tyypillisesti valkaistu sellu kuivatetaan ja paalataan kuljetusta varten, mutta on myös mahdollista pumpata se lietteenä integroituun paperitehtaaseen.

20

Kuvio 2 esittää sellun kuivausmenetelmää tai kuivausvaihetta yksityiskohtaisemmin. Esillä olevan keksinnön yhteydessä sellukuivaimen lähestymisjärjestelmä käsittää prosessivaiheita ja laitteita alkaen HD-tomista ja päätyen sellukuivaimen märkäpäähän, niin että HD- torni on osa edeltävää järjestelmää, mutta märkäpää kuuluu luonnollisesti itse kuivaimeen. c\j q 25 Sellukuivaimen lähestymisjärjestelmässä valkaistua sellua valmistellaan kuivaustoimintoa c\j £ varten; sitä laimennetaan, se seulotaan jne. Sellu on lietteen muodossa. Lietteen pH on tyy- o q pillisesti noin 5-6 sen tullessa lähestymisjärjestelmään. Joka tapauksessa pH on enemmän x kuin 4 mutta vähemmän kuin 7. Sellulietteen sakeus vaihtelee sen kulkiessa lähestymisjär- cc jestelmän läpi. Tyypillisesti lietteen sakeus on noin 3 % sekoitussäiliön jälkeen, ja sen jäl-oo ^ 30 keen sitä laimennetaan kunnes sakeus on noin 1- 2 % viirakuopassa.

m o δ 00 HD-tomin lisäksi lähestymisjärjestelmään kuuluvat sekoitussäiliö, konesäiliö ja viirakuop- pa sekä sellun seulontaan tarvittava laitteisto. Sekoitus-ja konesäiliöiden tarkoitus on varmistaa, että selluliete on tasaisesti sekoittunut, ts. minimoida vaihtelut sellulietteen virtauk- 5 sen sakeudessa. Järjestelmästä riippuen lähestymisjärjestelmän erilaisia toimintoja voidaan suorittaa eri järjestyksessä. Esimerkiksi seulonta voidaan suorittaa viirakuoppaa ennen tai sen jälkeen. Viirakuopassa sellulietettä laimennetaan kunnes saavutetaan sellukuivaimeen tuloon vaadittava sakeus. Selluraina muodostuu sellukuivaimen märkä-5 päässä ja rainan vedenpoisto aloitetaan. Varsinainen kuivatus suoritetaan leijukuivaimessa, jossa rainaa kuivatetaan kuuman kaasuväliaineen avulla.

Esillä olevan keksinnön mukaan karboksimetyyliselluloosan (CMC) liuosta lisätään sellu-lietteeseen sen kulkiessa sellukuivaimen lähestymisjärjestelmän läpi. Ensin kiinteä CMC 10 liuotetaan veteen liuotuslaitteessa ja sen jälkeen CMC-liuos lisätään sellulietteeseen. CMC-liuos lisätään pumpun imupuolelle. Sopivia pumppuja on käytettävissä sellukuivaimen lähestymisjärjestelmässä. Itse asiassa CMC-lisäyksen on täytettävä kolme vaatimusta CMC:n edullisten vaikutusten saavuttamiseksi. Ensinnäkin, CMC on lisättävä pH-arvon ollessa 4:n ja7:n välillä, koska se alkaa kiteytyä pH:n ollessa alhaisempi. Toiseksi, CMC-15 liuoksen sekoittamisen sellulietteeseen tulee tapahtua riittävän tehokkaasti CMC:n tasaisen sekoittumisen varmistamiseksi selluun. Kolmanneksi, CMC:n edullisten vaikutusten aikaansaamiseksi tarvitaan joitakin minuutteja, tyypillisesti viidestä kymmeneen minuuttiin kestävä viipymäaika. Nämä kolme tekijää on otettava huomioon määritettäessä CMC-liuoksen mahdollisia lisäyskohtia sellukuivaimen lähestymisjärjestelmässä. Seuraa-20 vassa on, kuvioihin 3 ja 4 viitaten, määritetty kaksi edullista CMC-lisäyksen kohtaa. Nämä kaksi suoritusmuotoa ovat kuitenkin vain ei-rajoittavia esimerkkejä, ja kaikki muut lisäys-kohdat, jotka täyttävät edellä mainitut vaatimukset, kuuluvat esillä olevan keksinnön suo-japiiriin.

c\j g 25 Esillä olevan keksinnön mukaan noin 1 - 2 kg CMC:tä tulisi lisätä 1000 sellukilogrammaa c\j £ kohti, mikä tarkoittaa noin 0,1 - 0,2 % (kuiva-painosta laskettuna). CMC:n substituutioaste cp q on edullisesti 0,5 - 1,5. Tyypillisesti kuiva CMC liuotetaan tehdasveteen, jonka lämpötila x on tavanomaisesti 25:n ja 40°C:n välillä. Sellulietteeseen lisätyn CMC-liuoksen sakeus on cc tyypillisesti 1-5 %:n, edullisesti 2-3 %:n välillä. Lisäyslämpötila on normaalista noin 60 co ^ 30 -75 °C.

m o δ 00 Kuvioon 3 viitaten esillä olevan keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaan CMC- liuos lisätään HD-pumpun yhteydessä, ts. sellulietteen HD-tornista sekoitussäiliöön kuljet- 6 tavan pumpun imupuolelle. Tämän suoritusmuodon mukaan sellun seulonta suoritetaan viirakuopan jälkeen.

Esillä olevan keksinnön kuviossa 4 esitetyn toisen suoritusmuodon mukaan CMC-liuos 5 lisätään sellulietteeseen sekoitussäiliön jälkeen ennen seulontaa.

Molemmat edellä mainitut suoritusmuodot, jotka määrittelevät nämä kaksi erityistä CMC-liuoksen lisäyskohtaa tarjoavat ihanteelliset lisäysolosuhteet, ts. likimain neutraalin pH:n, tehokkaan sekoittumisen ja vaaditun viipymäajan lisäyksen jälkeen. Näitä kahta suoritus-10 muotoa on kuitenkin kuvattu tässä vain esimerkkeinä mahdollisista CMC:n lisäyskohdista eikä niitä tule tulkita rajoittaviksi.

c\j δ c\j i oo o o

X

cc

CL

00 C\l 1^ m o δ

CM

Claims (6)

1. Menetelmä sellurainan pölyämisen vähentämiseksi leijukuivaimessa sellun kuiva- 5 tusjärjestelmässä, joka käsittää sellukuivaimen lähestymisjärjestelmän alkaen HD- tornista, kuivaimen märkäpään ja leijukuivaimen, jolloin menetelmä käsittää vaiheet - sellulietteen pumppauksen, seulomisen, sekoittamisen ja laimentamisen selluliet-teen kulkiessa sellukuivaimen lähestymisjärjestelmän läpi 10. sellurainan muodostamisen ja vedenpoiston mainitusta sellurainasta kuivaimen märkäpäässä - sellurainan kuivattamisen mainitussa leijukuivaimessa, tunnettu siitä, että karboksimetyyliselluloosan (CMC) vesiliuosta lisätään selluliet-teeseen sen kulkiessa sellukuivaimen lähestymisjärjestelmän läpi. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa mainittu selluliete, sen kulkiessa mainitun sellukuivaimen lähestymisjärjestelmän läpi, pumpataan ensin HD-tornista sekoitu s säiliöön ja sen jälkeen konesäiliön kautta viirakuoppaan, minkä jälkeen mainittu selluliete seulotaan ja pumpataan sitten mainittuun kuivaimen märkäpää- 20 hän, tunnettu siitä, että mainittu CMC:n vesiliuos lisätään pumppausvaiheessa HD-tomin ja sekoitussäiliön välillä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa mainittu selluliete, sen kulkiessa mainitun sellukuivaimen lähestymisjärjestelmän läpi, pumpataan ensin HD- c\j g 25 tornista sekoitussäiliöön ja sen jälkeen seulonnan kautta konesäiliöön, minkä jäl- c\j £ keen mainittu liete laimennetaan viirakuopassa ennen sen tuloa kuivaimen märkä- o q päähän, tunnettu siitä, että mainittu CMC:n vesiliuos lisätään pumppausvaiheessa x sekoitussäiliön ja seulonnan välillä, cc CL £3 30

4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, jossa mainittu CMC:n § vesiliuos lisätään pumpun imupuolelle. δ c\j

5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, jossa mainittu CMC:n vesiliuos saadaan liuottamalla kuivaa CMC:tä tehdasveteen 1 - 5 %:n, edullisesti 2 - 3 %:n sakeutena.

6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, jossa mainittu CMC:n vesiliuos lisätään mainittuun sellulietteeseen 0,1 - 0,2 %:n määränä (kuivapainosta laskettuna). c\j δ c\j i oo o o X cc CL 00 C\l 1^ m o δ CM