FI123109B - Menetelmä massan käsittelemiseksi antrakinonilla - Google Patents

Description

Menetelmä massan käsittelemiseksi 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 ja laitteisto hienoksijauhetun 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

CVJ

^ esikäsittelyprosessista. Toisin sanoen, tehokkaampaan esikäsittelyyn voidaan cp päästä, jos esikäsittelyprosessi toteutetaan viileämmässä lämpötilassa, alkalin läsnä c\j x ollessa tai edullisesti olennaisesti ilman alkalia, ja lastujen kuumentaminen

CL

keittolämpötilaan tapahtuu sen jälkeen kun esikäsittely (selluloosamateriaalin co g 25 kyllästäminen) on viety olennaisesti päätökseen. Tämän keksinnön erään purteen o mukaisesti lisäaine lisätään käsittelyprosessiin aikaisemmin ja keittokemikaalin,

CM

esimerkiksi sulfaattivalkolipeän määrää pienennetään tai ohjataan muualle tästä 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

Keksinnön mukaisen menetelmän tunnusmerkilliset piirteet on esitetty vaatimuksessa 1. Keksinnön eri suoritusmuotoja ilmenee epäitsenäisistä vaatimuksista.

10 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 lisäainetta sisältävällä liuoksella tehollista alkalia ja lämpötilaa ajatellen sellaisissa 15 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, jonka massan saanto tai lujuus on parempi kuin siinä tapauksessa, ettei vaihetta (a) toteuteta.

- 20 o

CM

^ Tässä menetelmässä (a) voidaan toteuttaa siten, ettei materiaalista myöskään o ^ liukene olennaisesti lainkaan ligniiniä. Vaiheen (a) päätyttyä materiaali on

CM

x kyllästynyt saantoa tai lujuutta parantavalla lisäaineella (kuten AQ:lla tai sen

CL

johdannaisilla tai vastaavalla), jolloin vältetään ne ongelmat, jotka liittyvät co g 25 tavanomaiseen, suuremmassa lämpötilassa toteutettuun lisäaineella kyllästämiseen.

h- § Mitä tulee erityisesti esimerkiksi AQ:iin, kyseessä on suuri molekyyli ja se

CM

tarvitsee pitemmän aikaa diffundoituakseen puulastuihin, tai samankaltaiseen selluloosamateriaaliin, kuin esimerkiksi alkali ja se on pelkistettävä, jotta se voisi 3 liueta ja diffundoitua. Tästä syystä AQ:ia käytetään joskus pelkistyneessä muodossaan (johon viitataan yleisesti lyhenteellä SAQ). Kuitenkin, myöskin tyypillisesti, noin 80 % AQ:sta reagoi liuenneen ligniinin kanssa eikä kykene siis suorittamaan sille tarkoitettua, saantoa ja lujuutta parantavaa tehtäväänsä, jolloin 5 siis vain noin 20 % AQ:sta jää jäljelle suorittamaan näitä toivottuja tehtäviä. Keksintöä käyttämällä paljon suurempi prosentuaalinen osuus lisätystä AQ:sta (jopa olennaisesti kaikki) kyllästää todella puulastuja ja suorittaa sille annetun, saantoa tai lujuutta parantavan tehtävän, ja AQ:ia voidaan lisätä pelkistetyssä muodossa, mikä ei ole kuitenkaan välttämätöntä. Kun AQ kyllästää onnistuneesti 10 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 tunkeutumista lastuihin.

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

- 20 o

CM

^ Tässä menetelmässä vaihe (a) voidaan järjestää tapahtuvaksi jatkuvatoimisen o ^ keittokattilan syöttöjärjestelmässä ja vaihe (b) jatkuvatoimisessa keittokattilassa.

CM

x Se täsmällinen kohta, missä (a) toteutetaan syöttöjärjestelmässä, voi vaihdella

CL

laajasti. Esimerkiksi, lastusäiliö on voitu sijoittaa puukentälle ja lisäaine voidaan co g 25 ruiskuttaa tai levittää muulla tavalla puulastuihin jopa ennen niiden syöttämistä h- § lastusäiliöön tai niitä syötettäessä lastusäiliöön tai niiden ollessa lastusäiliössä.

CM

Tämän jälkeen puulastut voidaan pumpata puukentältä keittokattilaan käyttäen pääasiassa tai olennaisesti yksinomaan vettä liettävänä väliaineena (ilman 4 minkäänlaista tarkoituksellista olennaista alkalilisäystä) siten, että lastut ovat merkittävän ajanjakson ajan toivotuissa kyllästystä edistävissä olosuhteissa, joissa lämpötila on alhainen ja alkalipitoisuus pieni. Tyypillisessä tilanteessa kyllästys vaiheessa (a) kestää vähintään noin 20 sekuntia, esimerkiksi noin 2-60 minuuttia 5 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 paineastiassa). Vaihtoehtoisesti lisäainetta voidaan lisätä lastusäiliön jälkeen ja ennen pumppua ja/tai suurpaineista syöttölaitetta erilliseen käsittelyastiaan kuten 10 kyllästysastiaan, tai mihin tahansa syöttöjärjestelmän pisteeseen, joka osoittautuu jostakin syystä edulliseksi.

Tämän keksinnön puitteissa voidaan olennaisen välittömästi vaiheessa (a) toteutetun kyllästyksen jälkeen materiaaliin myös lisätä noin 35 - 100 % 15 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 vyöhykkeessä lisäainetta sisältävällä liuoksella, jossa tehollisen alkalin pitoisuus vaihtelee noin arvosta 5 g/1 alle 15 g/1 olevaan arvoon, NaOHrna ilmoitettuna ja on ^ 20 suurempi kuin vaiheessa (a), noin alueella 110 - 130 °C olevassa lämpötilassa,

CM

^ joka on suurempi kuin vaiheessa (a), o i

CM

x Tässä menetelmässä (a) voidaan toteuttaa käyttäen lisäaineena vähintään yhtä cr

CL

seuraavista AQ:ia tai sen johdannaista tai vastaavaa, polysulfidia tai sen co g 25 johdannaista tai vastaavaa, tai rikkidioksidina tai yhdisteenä NaHS03 tai Na2S03 h- § olevaa sulfiittia. Lisäainetta voidaan käyttää sopivana määränä; esimerkiksi mikäli

CM

käytetään AQ:ia tai sen johdannaisia tai vastaavia, niin (a) toteutetaan tyypillisesti 5 käyttäen noin alueella 0,02 - 0,5 %, tyypillisesti noin 0,02 - 0,1 % olevaa lisäaineen kokonaispitoisuutta, puun suhteen laskien.

Lisäaine voidaan lisätä myös keittoprosessin aikana, mikä on tavanomaista.

5

Esillä olevan keksinnön erään muun piirteen mukaisesti aikaan voidaan saada menetelmä hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin käsittelemiseksi siten, että olennaisen jatkuvasti: (a) hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin lietettä käsitellään ensimmäisellä nesteellä, joka on pääasiassa tai 10 olennaisesti yksinomaan edullista lisäainetta sisältävää vettä, tehollisen alkalin suurimman pitoisuuden ollessa vähemmän kuin 10 g/1, noin 80 - 130 °C olevassa ensimmäisessä lämpötilassa vähintään noin 20 sekunnin ajan, esimerkiksi noin 2 -60 minuuttia ilmakehän painetta suuremmassa paineessa. Ja vaiheen (a) jälkeen vaiheessa (b) lietteessä olevaa materiaalia käsitellään toisella nesteellä, jossa 15 tehollisen alkalin lähtöpitoisuus on yli 10 g/1 (edullisesti enemmän kuin 15 g/1 ja edullisimmin enemmän kuin 20 g/1) NaOHrna laskettuna, yli 130 °C (esimerkiksi yli 140 °C) olevassa toisessa lämpötilassa kemiallisen selluloosamassan tuottamiseksi.

^ 20 Edellä kuvattu menetelmä voi edelleen käsittää vaiheiden (a) ja (b) välissä lietteen

CM

^ käsittelyn (c) kolmannella nesteellä, joka sisältää edullista lisäainetta olosuhteissa, o joissa tehollisen alkalin suurin pitoisuus on suurempi kuin ensimmäisessä

CM

x nesteessä ja pienempi kuin toisessa nesteessä, ja kolmannessa lämpötilassa, joka

CL

on korkeampi kuin ensimmäinen lämpötila ja alle 140 °C. co S 25 h- § Esillä olevan keksinnön eräänä muuna suoritusmuotona voi olla menetelmä

CM

hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin käsittelemiseksi, tämän menetelmän koostuessa seuraavista vaiheista tai sen käsittäessä seuraavat vaiheet, 6 joissa (a) hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin lietettä käsitellään (esikäsitellään) edullista lisäainetta sisältävällä nesteellä, alkalin ensimmäisessä pitoisuudessa [esim. nollasta alle 10 g/1 olevaan arvoon], ensimmäisessä lämpötilassa; vaiheessa (b), vaiheen (a) jälkeen, lietettä käsitellään edullista 5 lisäainetta sisältävällä toisella nesteellä, tehollisen alkalin toisessa pitoisuudessa [yli nolla ja edullisesti vähintään 10 % suurempi kuin ensimmäinen tehollisen alkalin pitoisuus], toisessa lämpötilassa, joka on suurempi kuin ensimmäinen lämpötila; sekä (c) vaiheen (b) jälkeen lietettä käsitellään [mahdollisesti, vaikkakaan ei välttämättä, sen jälkeen kun olennaisesti kaikki lisäaine on 10 syrjäytetty siitä] kolmannella nesteellä, jossa tehollisen alkalin pitoisuus on suurempi kuin ensimmäinen ja toinen tehollisen alkalin pitoisuus, ensimmäistä ja toista lämpötilaa suuremmassa lämpötilassa, joka on yli 130 °C (esimerkiksi yli 140 °C), kemiallisen selluloosamassan tuottamiseksi. 1

Kuten edellä on kuvattu, vaiheissa (a) ja (b) käytetty edullinen lisäaine voi olla AQ (toivottavimmin SAQ), polysulfidi, rikki, jokin pinta-aktiivinen aine ja niiden yhdistelmiä. Ensimmäinen alkalipitoisuus, josta käytetään ilmaisua ’’tehollinen alkali [EA] yhdisteenä NaOH”, on edullisesti alle 10 g/1 ja voi olla vähemmän kuin 5 g/1, tai ensimmäinen neste ei sisällä välttämättä lainkaan alkalia. Ensimmäinen ^ 20 neste voi olla esimerkiksi tehtaan vettä, höyrylauhdetta, tai pesuhollanterin c\j ^ suodosta, joka sisältää alkalia vain vähän tai ei lainkaan. Käsittelyn (a) o ^ ensimmäinen lämpötila on edullisesti suhteellisen viileä lämpötila, toisin sanoen CVl x alle 130 °C oleva lämpötila, edullisesti alle noin 120 °C oleva lämpötila,

CL

ensimmäinen lämpötila voi olla esimerkiksi noin 90 - 110 °C tai tätäkin oo g 25 alhaisempi.

n.

o o

CM

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 7 järjestelmää, jota yhtiö Andritz Inc, Glens Falls, NY, markkinoi tavaramerkkinä LO-LEVEL® -syöttöjärjestelmä. Tämä LO-LEVEL® -syöttöjärjestelmä, eli järjestelmä, jossa käytetään lastupumppua mutta ei käytetä makaavaa ’’höyrytysastiaa”, soveltuu erityisen hyvin esillä olevan keksinnön mukaiseen 5 käsittelyyn, koska tämä järjestelmä tekee mahdolliseksi lastujen syötön ja käsittelyn alemmissa lämpötiloissa kuin joita käytetään tavanomaisissa syöttöjärjestelmissä. Muita tavanomaisia laitteita ja prosesseja voidaan myös käyttää esillä olevan keksinnön toteuttamiseksi, esimerkiksi niitä, joissa ei ole lastupumppua ja joissa on makaava höyrytysastia.

10

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 EA:ta. Tämä alkalipitoisuus voidaan saada sulfaattivalkolipeästä, -viherlipeästä tai -mustalipeästä tai valko-, viher- tai mustalipeän ja veden tai pesuhollanterin 15 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 jatkuvatoimisen Kamyr® -keittokattilan yläosassa, jollaisia kattiloita markkinoi samoin Andritz- Inc, Glens Falls, NY.

2 20 o c\j ^ Toimenpide (c), eli varsinainen kuidutusprosessi voi olla mikä tahansa kemiallinen cp kuidutusprosessi, mutta se on edullisesti yksi tai useampi sellaisista prosesseista,

OJ

x jotka on kuvattu US-patenttijulkaisuissa 5,489,363; 5,536,366; 5,547,012;

CL

5,575,890; 5,620,562; 5,662,775 ja muissa. Andritz markkinoi näissä co g 25 patenttijulkaisuissa kuvattu]a prosessejaja laitteistoja nimellä LO-SOLIDS® N- o Pulping.

CNJ

8

Esillä olevan keksinnön erään muun piirteen mukaisesti aikaan on saatu menetelmä kemiallisen selluloosamassan jatkuvaksi tuottamiseksi hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin lietteestä, joka menetelmä käsittää jatkuvasti: (a) materiaalin käsittelyn ensimmäisessä käsittelyvyöhykkeessä 5 saantoa tai lujuutta parantavaa 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 käsitellään (b) toisessa vyöhykkeessä liuoksella, joka sisältää lisäainetta noin 10 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 poistettu kosketuksesta materiaalin kanssa) materiaalia käsitellään (c) alkalisella 15 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.

Tässä menetelmässä edullisesti (a) toteutetaan jatkuvatoimisen keittokattilan ^ 20 syöttöjärjestelmässä, (b) toteutetaan jatkuvatoimisen keittokattilan

CM

^ huippuvyöhykkeessä ja (c) toteutetaan jatkuvatoimisen keittokattilan o ^ huippuvyöhykkeen alapuolella. Vaihe (a) toteutetaan myös edullisesti

CM

x alkalipitoisuudessa, joka on nollasta alle 10 g/1 olevaan arvoon, yhdisteenä NaOH

CL

ilmoitettuna, ja joka on vähemmän kuin vaiheessa (b), ja noin alueella 80 - 110 °C co g 25 olevassa lämpötilassa. Vähintään 50 % lisäaineesta voidaan lisätä vaiheessa (a) tai h- § noin 40 % voidaan lisätä vaiheessa (a) ia 60 % lisäaineesta voidaan lisätä

CM

muulloin, pääasiallisesti käytettäväksi vaiheessa (b). Eräässä suoritusmuodossa 9 lisäaine on AQ tai sen johdannainen tai vastaava, ja (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 syöttöjärjestelmään ja jatkuvatoimisen keittokattilan huippuvyöhykkeeseen, sekä mahdollinen huippuvyöhykkeestä (johon kuuluu jatkuvatoimisen keittokattilan huippuvyöhykkeen ja keitto vyöhykkeen välissä oleva seula) poistetun lisäaineen kierrätys ja lisäys syöttöjärjestelmään.

10

Esillä olevan keksinnön erään muun piirteen mukaisesti aikaan on saatu selluloosalietteen käsittelyjärjestelmä, 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 käsittely vyöhyke sekä seulajärjestely tämän huipussa sijaitseva käsittely- vyöhykkeen pohjan vieressä sekä keittovyöhyke tämän seulajärjestelyn alapuolella. Seulajärjestely saa aikaan lämpötilasiirtoa keittokattilassa. Välineet ^ 20 nesteiden lisäämiseksi tai kierrättämiseksi keittokattilaan siten, että saadaan aikaan o

CM

^ ylöspäin suuntautunut nestevirta keittokattilassa seulan yläpuolella. Sekä välineet o saantoa tai lujuutta parantavan lisäaineen lisäämiseksi keittokattilan

CM

x huippuvyöhykkeeseen ja/tai syöttöjärjestelmään.

CL

CO

CO

g 25 Tässä järjestelmässä välineet lisäaineen lisäämiseksi syöttöjärjestelmään saattavat h- § käsittää tavanomaisia putkilinjoja, suuttimia, kuristuksia tai muita tavanomaisia

C\J

rakenteita, joiden avulla nestettä voidaan lisätä virtaavaan nesteeseen tai lietteeseen. Välineet nesteen lisäämiseksi keittokattilaan siten, että saadaan aikaan 10 ylöspäin suuntautunut nestevirta välittömästi seulajärjestelyn 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 syöttöjärjestelmään liitettyyn lisäaineen lisäysvälineeseen. Tällainen kierrätysväline voi käsittää tavanomaisia putkilinjoja ja/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. Edullisia lisäaineita on kuvattu samanaikaisesti vireillä olevassa hakemuksessa, jonka sarjanumero on 09/248,009.

Esillä olevan keksinnön pääasiallinen tavoite on saada aikaan hienoksijauhetun 15 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 kuvauksen ja liitteenä olevien patenttivaatimusten perusteella.

™ 20 Piirustusten lyhyt kuvaus

CM

σ> o

Kuvio 1 esittää kaavamaisesti esimerkkiä laitteistosta esillä olevan keksinnön

CM

x mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, käsittäen esimerkin esillä olevan keksinnön

CC

CL

mukaisesta järjestelmästä, co S 25 h- o Piirustusten yksityiskohtainen kuvaus 11

Kuvio 1 esittää esillä olevan keksinnön erästä edullista suoritusmuotoa. Kuvio 1 esittää hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin käsittelyjärjestelmää 10, joka koostuu olennaisesti tai johon kuuluu jatkuvatoiminen keittokattila 11 sekä jatkuvatoimisen keittokattilan syöttöjärjestelmä 12. Syöttöjärjestelmä 12 voi 5 olla yhtiön Andritz markkinoima LO-LEVEL® -syöttöjärjestelmä, mutta käyttökelpoinen on mikä tahansa tavanomainen syöttöjärjestelmä hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin lisäämiseksi, höyryttämiseksi ja liettämiseksi; ja/tai yhtä tai useampaa erillistä kyllästysastiaa voidaan käyttää; ja/tai epätavanomaiset järjestelmät, kuten ne, joihin kuuluu puukentällä oleva laitteisto 10 ja/tai lastusäiliö sekä pumppaus keittokattilaan. Samoin eräissä olosuhteissa voidaan käyttää lukuisia kyllästysaltaita, jolloin liete pumpataan tietystä altaasta sen jälkeen, kun kyllästys lisäaineella on päättynyt (tai päättyy pumppauksen aikana). 1

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 5,700,355, ja jollaisia Andritz markkinoi tavaramerkkinä DIAMONDBACK®, ^ 20 vaikka myös muuntyyppiset höyrytysastiat ovat käyttökelpoisia. Astiasta 14 lastut

CM

^ kulkevat annostelulaitteen 15 läpi putkilinjaan 16, joka on edullisesti yhtiöstä o

Andritz saatu Chip-putki. Lietenestettä lisätään lastuihin linjaa 16 pitkin putken 17

CM

x avulla siten, että nestetaso linjassa 16 säilyy. Lastuista ja nesteestä muodostuva

CL

liete syötetään lastupumpun 18 sisäänmenoon, joka pumppu paineistaa lietteen ja co g 25 syöttää sen suuripaineisen siirtovälineen 20 sisäänmenoon linjaa 19 pitkin.

h- o o

CM

12 Väline 20 on tyypillisesti yhtiön Andritz markkinoima High-pressure Feeder-syöttöväline. Väline 20 paineistaa lietteen edelleen noin alueella 5-15 baaria olevaan paineeseen ja kuljettaa lietteen linjaa 21 pitkin jatkuvatoimisen keittokattilan 11 huippuun. Lietteen sisältämä liiallinen neste poistetaan lietteestä 5 keittokattilan 11 sisäänmenossa erotuslaitteen 22 avulla, joka on tyypillisesti tavanomainen huippuerotin, ja tämä liiallinen neste poistetaan ja palautetaan syöttöjärjestelmään 12 linjan 23 ja pumpun 24 kautta. Pumpusta 24 ja linjasta 25 saatu paineistettu liete tuottaa siirtävän voiman lietteen kuljettamiseksi syöttövälineesta 20 keittokattilaan 11.

10

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

15

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 ^ 20 seulakokonaisuus 31-35 käsittää tyypillisesti poiston ja kierrätyslinjan 36 - 40;

(M

^ pumpun 41-45; sekä lämmönvaihtimen 46 - 50. Olennaisesti täydellisesti o ^ käsiteltyä massaa poistetaan linjaa 51 pitkin keittokattilan 11 pohjalta.

CM

X

cl

CL

Esillä olevan keksinnön mukaisesti keiton lisäainetta 60, esimerkiksi AQ:ia, co g 25 polysulfidia tai vastaavaa lisätään syöttöjärjestelmään 12 yhtä tai useampaa linjaa h- § 61, 62 tai 63 pitkin. Alkalia sisältävää nestettä, esimerkiksi sulfaattivalko-, -viher-

CM

tai -mustalipeää tai pesuhollanterin suodosta syötetään syöttöjärjestelmään 12 linjaa 64 pitkin tai alkalin merkittävä lisääminen (eli 10 g/1 tai enemmän, tai 5 g/1 13 tai enemmän) voidaan lykätä myöhempään ajankohtaan (eli syöttöjärjestelmään ei lisätä lainkaan merkittävää määrää alkalia, paitsi ehkä syöttövälineen 20 tai vastaavan laitteen voitelemiseksi). Alkalilähteistä saadaan tyypillisesti tehollisen alkalin pitoisuudeksi [AG] vähemmän kuin 10 g/1 yhdisteenä NaOH ilmoitettuna, 5 edullisesti vähemmän kuin noin 5 g/1 yhdisteenä NaOH. Tämän keksinnön eräässä suoritusmuodossa linjaan 64 lisätty neste sisältää alkalia vain vähän tai ei lainkaan, lisätty neste voi esimerkiksi olla vettä, lauhdetta, kuumaa mustalipeää tai heikkoa mustalipeää.

10 Esillä olevan keksinnön mukaisesti syöttöjärjestelmässä 12 vallitseva lämpötila 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 15 ei myöskään olennaisesti ligniinin liukenemista tällä lisäaineella kuten AQ:lla 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 ^ 20 kuitenkin toteuttaa myös tavanomaisessa syöttöjärjestelmässä alentamalla

CM

^ syöttöjärjestelmässä vallitsevaa lämpötilaa, esimerkiksi alentamalla painetta o ^ makaavassa höyrytysastiassa ja/tai käyttämällä jäähdyttävää lämmönvaihdinta

CM

x nesteen jäähdyttämiseksi syöttöjärjestelmässä ja sen ympärillä, millä estetään

CL

nesteen äkillinen höyrystyminen, tai myös muunlaiset laitteistot ovat co g 25 käyttökelpoisia.

h- o o

CM

Toivotusti tämän alhaisessa lämpötilassa ja vain vähän alkalia käyttäen tai sitä käyttämättä toteutetun esikäsittelyn jälkeen materiaali keitetään yhdessä 14 tavanomaisen alkalia sisältävän keittoliemen kanssa (esim. sulfaatti-, sulfiitti- tai muu alkaliprosessi) kemiallisen massan tuottamiseksi. Käsittely alkalin keittopitoisuudessa (esimerkiksi aluksi yli 30 g/1 yhdisteenä NaOH ilmoitettuna) voi tapahtua olennaisesti välittömästi lisäaineella kyllästämisen jälkeen, tai 5 kyseessä voivat olla välivaiheet tai -käsittelyt. Eräs tällainen välikäsittely nähdään kuviosta 1.

Kuviossa 1, syöttöjärjestelmässä 12 toteutetun esikäsittelyn jälkeen, esikäsitelty liete siirretään linjaa 21 pitkin keittokattilaan 11 muuta esikäsittelyä varten 10 (keittokattilan 11 huipussa, esimerkiksi vyöhykkeessä 29) ja muodollista keittoa 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 15 lietteestä. Osa poistetusta lietteestä voidaan poistaa linjaa 65 pitkin ja sitä voidaan 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.

^ 20 Tämä lisäaine voidaan palauttaa syöttöjärjestelmään 12, esimerkiksi syöttämällä

CM

^ sitä linjaan 67. Linjassa 66 oleva neste voidaan jäähdyttää lämmönvaihtimella 68.

o

Keittokemikaalia, lisäainetta, laimennusnestettä tai niiden yhdistelmää voidaan

CM

x lisätä kiertoon 36 linjaa 69 pitkin.

CL

CO

CO

g 25 Materiaaliliete kulkee seulan 31 läpi ja sitten se kohtaa seulan 32. Esillä olevan h- § keksinnön mukaisesti nesteen poistaminen seulalta 31 aiheuttaa edullisesti nesteen

CM

vastavirtauksen suhteessa lastuvirtaan seulojen 31 ja 32 välillä, mitä on esitetty kaavamaisesti nuolilla 70. Seulalla 32 nestettä poistetaan edelleen ja se 15 kierrätetään pumpun 42, linjan 37 ja lämmönvaihtimen 47 kautta sitä kuumentaen tai kuumentamatta. Nytkin lisäainetta, laimennusnestettä, keittolientä ja/tai niiden yhdistelmää voidaan lisätä kiertoon 37 linjaa 71 pitkin. Lämpöä voidaan lisätä kiertoon 47 siten, että lietteen lämpötila nousee yli 120 °C olevaan lämpötilaan, 5 kun liete kulkee seulan 32 läpi. Eräässä toimintamallissa nestevirtaus seulan 32 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 10 asianmukainen, liete on toisessa alkalipitoisuudessa (esim. noin arvosta 5 g/1 alle arvoon 15 g/1 ja suurempi kuin ensimmäinen alkalipitoisuus syöttöjärjestelmässä 12), ja toisessa lämpötilassa (esim. noin 110 - 130 °C), joka on suurempi kuin syöttöjärjestelmässä 12 vallinnut ensimmäinen lämpötila. Vyöhykkeessä 29 saattaa esiintyä vähäistä alkalihajoamista, mutta siinä tapahtuu myös tehokasta käsittelyä 15 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, ^ 20 mutta vaihtoehtoisesti lisäaine voidaan poistaa osittain tai olennaisen täydellisesti

CM

^ (esim. yli 90-prosenttisesti) ennen keittoprosessin aloitusta, esimerkiksi o ^ syrjäyttämällä linjaan 80.

CM

X

IX

CL

Esillä olevan keksinnön mukaan esikäsittelyn lisäainetta lisätään co g 25 syöttöjärjestelmään 12 ja lastut käsitellään lisäaineella ennen lastulietteen N- § johtamista keittokattilaan 11. Tämä käsittely toteutetaan edullisesti alle 120 °C:n

CM

lämpötilassa. AQ:n tapauksessa lisäaineen pitoisuus on tyypillisesti alle 0,20 % massasta, ollen tyypillisesti noin 0,02 - 0,5 % massasta. Noin 50 % AQ:sta 16 voidaan lisätä linjaa 61 pitkin ja noin 25 % voidaan lisätä linjoihin 69 ja 71. Kaikki AQ, toisin sanoen olennaisesti 100 %, voidaan myös lisätä syöttöjärjestelmään 12 (tai muutoin ennen merkittävää alkalilisäystä), ja keittokattilaan 11 lisätään vain vähän tai ei lainkaan AQ:ta. Eräässä toisessa suoritusmuodossa noin 40 % AQ:sta 5 lisätään syöttöjärjestelmään 12 ja noin 60 % lisätään keittokattilaan 11.

Alle 50 % järjestelmään 10 lisätystä kokonaisalkalista voidaan lisätä syöttöjärjestelmään 12. Tämä määrä voi olla vähemmän kuin noin 40 % tai jopa 30 %. Eräässä suoritusmuodossa syöttöjärjestelmään 12 ei lisätä lainkaan alkalia, 10 toisin sanoen, syöttöjärjestelmässä 12 toteutetun käsittelyn aikana lastut voivat olla olennaisesti alttiina vain lisäaineelle ja pääasiassa vedelle (joka voi olla tuoretta, suodosta tai vastaavaa).

Käsittelyaika syöttöjärjestelmässä 12, keittokattilan 11 huippuvyöhykkeessä 29 ja 15 keittokattilan 11 keittovyöhykkeessä (32:n alapuolella) voi vaihdella riippuen kyseessä olevasta käsiteltävästä materiaalista ja muista tekijöistä. Tyypillisen 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 ^ 20 käsittelyn, mikäli sitä käytetään (jossa alkali- ja lämpötilaolosuhteet ovat hieman

CM

^ voimakkaammat kuin syöttöjärjestelmässä 12), käsittelyaika on noin 20 - 60 o ^ minuuttia ja keittoaika on tavanomainen, esimerkiksi noin 1-3 tuntia.

CM

X

IX

CL

Kuhunkin seulakokonaisuuteen 33 - 35 on voitu liittää poistolinjat 81 - 83, jotka co g 25 voidaan j oh taa äkkihaihdutussäiliöihin j a kemikaalien talteenottoon, tai j oilla h- § yksinkertaisesti poistetaan nestettä, johon on liuennut suhteellisen suuria määriä

CM

orgaanista ainesta LO-SOLIDS® -keittoprosessien aikana. Vain yhden säiliön käsittävän järjestelmän sijasta voidaan käyttää lukuisia säiliöitä (sisältäen 17 kyllästyssäiliön) käsittäviä järjestelmiä sekä merkittävää alkalilisäystä (lukuunottamatta laitteiston vapaan toiminnan takaamista) vasta kyllästyssäiliön lopussa tai sen jälkeen.

5 Edellä esitetyssä kuvauksessa kaikki kuhunkin laajaan alueeseen sisältyvät erityiset alueet sisällytetään myös erityisesti oheen. Pelkästään esimerkkinä, alle 10 g/1 oleva EA voi olla 0-1 g/1, 0,2 - 5 g/1, 3 — 8 g/1 sekä mikä tahansa muu laajaan alueeseen sisältyvä kapeampi alue.

10 Vaikka keksintö onkin kuvattu käytännöllisimmäksi ja edullisimmaksi katsotun 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 ja järjestelmät kuuluvat sen piiriin. 15

CVI

δ

CM

σ> o

CM

x

X

CL

CO

CO

LO

o h- o o

CM

Claims (4)

1. Menetelmä hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin käsittelemiseksi siten, että olennaisen jatkuvasti: 5 (a) hienoksijauhetun selluloosapitoisen kuitumateriaalin lietettä käsitellään ensimmäisellä nesteellä, joka on pääasiassa tai olennaisesti yksinomaan antrakinoni (AQ) -lisäainetta sisältävää vettä, tehollisen alkalin pitoisuuden ollessa olennaisesti nolla, noin 80 - 130 °C:n ensimmäisessä lämpötilassa, noin 20 sekunnista 60 minuuttiin vaihtelevan ajanjakson ajan, ilmakehän painetta 10 suuremmassa paineessa; ja (b) vaiheen (a) jälkeen lietteessä olevaa materiaalia käsitellään toisella nesteellä, jossa tehollisen alkalin lähtöpitoisuus on yli 10 g/1, NaOH:na ilmoitettuna, yli 130 °C:n toisessa lämpötilassa kemiallisen selluloosamassan tuottamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa vaiheiden (a) ja (b) välissä lietettä käsitellään lisäksi (c) kolmannella nesteellä, joka sisältää AQ-lisäainetta, ja jonka tehollisen alkalin suurin pitoisuus on suurempi kuin ensimmäisen nesteen ja pienempi kuin toisen nesteen, ja kolmannessa lämpötilassa, joka on korkeampi kuin ensimmäinen lämpötila ja alle 130 °C. 2 20 o CVJ

^ 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, jossa lisäksi käsittelyn (c) 0 yhteydessä lisätään vielä AQ-lisäainetta. c\j CC CL

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa (a) toteutetaan co g 25 jatkuvatoimisen keittokattilan syöttöjärjestelmässäja (b) toteutetaan N- o jatkuvatoimisessa keittokattilassa. CM Patenkrav