FI125991B - Method and apparatus for continuous precipitation of lignin from black liquor - Google Patents
Method and apparatus for continuous precipitation of lignin from black liquor Download PDFInfo
- Publication number
- FI125991B FI125991B FI20106073A FI20106073A FI125991B FI 125991 B FI125991 B FI 125991B FI 20106073 A FI20106073 A FI 20106073A FI 20106073 A FI20106073 A FI 20106073A FI 125991 B FI125991 B FI 125991B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- black liquor
- lignin
- flow
- pressure
- carbon dioxide
- Prior art date
Links
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C11/00—Regeneration of pulp liquors or effluent waste waters
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07G—COMPOUNDS OF UNKNOWN CONSTITUTION
- C07G1/00—Lignin; Lignin derivatives
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C11/00—Regeneration of pulp liquors or effluent waste waters
- D21C11/04—Regeneration of pulp liquors or effluent waste waters of alkali lye
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Paper (AREA)
Description
MENETELMÄ JA LAITTEISTO LIGNIININ JATKUVATOIMISEKSI SAOSTAMISEKSI MUSTALIPEÄSTÄMETHOD AND EQUIPMENT FOR THE CONTINUOUS PREPARATION OF LIGIN FROM BLACK LYGE
Keksinnön ala ia tausta Tämä keksintö kohdistuu menetelmään ligniinin jatkuvatoimiseksi saostamiseksi mustalipeästä, jossa mustalipeän pH:ta alennetaan ligniinin saostuspisteeseen ja saostunut ligniini erotetaan mustalipeästä. Keksintö kohdistuu myös laitteistoon ligniinin jatkuvatoimiseksi saostamiseksi mustalipeästä.FIELD OF THE INVENTION AND BACKGROUND This invention relates to a process for the continuous precipitation of lignin from black liquor, wherein the pH of the black liquor is lowered to the lignin precipitation point and the precipitated lignin is separated from the black liquor. The invention also relates to an apparatus for the continuous precipitation of lignin from black liquor.
Ligniini on maapallon toiseksi yleisin biopolymeeri selluloosan jälkeen. Kemiallisesti se on hyvin haaroittunut polyfenoli, joka on amorfinen, rakenteeltaan epäsäännöllinen, ja tiiviisti puukuituihin liimautunut aine, jota on vaikea erottaa puuta käsiteltäessä. Kemiallisen massan valmistuksessa ligniini erottuu puukuiduista sellun keitossa, jolloin se liukenee keittolipeään. Sulfaattikeitossa saatu mustalipeä sisältää keittokemikaaleja, puusta liuennutta ligniiniä ja muita puusta liuenneita aineita. Kun ligniini liukenee sulfaattikeitossa, sen rakenne myös muuttuu natiiviligniiniin nähden.Lignin is the world's second most common biopolymer after cellulose. Chemically, it is a highly branched polyphenol, which is amorphous, irregular in structure, and tightly adhered to wood fibers, which is difficult to distinguish when treated with wood. In chemical pulping, lignin is separated from wood fibers in pulp cooking, whereupon it is dissolved in the cooking liquor. Black liquor from sulphate soup contains cooking chemicals, lignin dissolved in wood and other substances dissolved in wood. When lignin is soluble in sulphate soup, its structure also changes with respect to native lignin.
Orgaanisena paljon hiiltä sisältävänä biopolymeerinä ligniinillä on lämpöarvoa, ja mustalipeään jäänyt ligniini onkin perinteisesti poltettu sellutehtaan soodakattilassa lämmön ja sähkön tuottamiseksi. Ligniiniä voidaan myös erottaa mustalipeästä ja käyttää eri kemikaalien valmistukseen. Synteesimenetelmien kehittyessä tai uusien käyttösovellusten löytyessä ligniinin merkitys eri tuotteiden lähtöaineena voi kasvaa, jolloin ligniiniä otetaan enemmän erilleen jatkojalostusta varten. Tämän johdosta on kehitetty eri menetelmiä erottaa ligniiniä mustalipeästä.As an organic high-carbon biopolymer, lignin has a calorific value, and lignin remaining in the black liquor has traditionally been burned in a pulp mill soda recovery boiler to generate heat and electricity. Lignin can also be separated from black liquor and used in the manufacture of various chemicals. As synthesis methods evolve or new applications are found, the importance of lignin as a starting material for various products may increase, resulting in greater separation of lignin for further processing. As a result, various methods have been developed to separate lignin from black liquor.
Yleinen menetelmä ligniinin erottamiseen on saostus. Mustalipeän voimakkaasti alkalisella pH-alueella ligniini pysyy liuenneena. Kun pH laskee alle arvon 10, suuri osa ligniinistä saostuu sen sisältämien fenolisten hydroksyyliryhmien neutralisoituessa. Koska ligniinin saostuminen perustuu ligniinin pienenevään liukenevuuteen pH:n laskiessa, mustalipeään lisättävänä saostuskemikaalina käytetään jotakin pH:ta laskevaa hapotusainetta, esimerkiksi rikkihappoa tai hiilidioksidia. Koska mustalipeä, josta ligniiniä on saostettu, palautetaan sellutehtaan kemikaalikiertoon, hapon käyttö tuo mukaan kierron kemikaalitaseita häiritseviä aineita. Tämän johdosta hiilidioksidi on suosittu saostuskemikaali, jota johdetaan kaasumaisena mustalipeään. Saostunut ligniini voidaan erottaa mustalipeästä suodattamalla.A common method for lignin separation is precipitation. In the strongly alkaline pH range of black liquor, lignin remains dissolved. When the pH drops below 10, much of the lignin is precipitated by the neutralization of the phenolic hydroxyl groups it contains. Since lignin precipitation is based on the decreasing solubility of lignin as the pH decreases, a pH-lowering acidifying agent, such as sulfuric acid or carbon dioxide, is used as the precipitating chemical to be added to the black liquor. Since the black liquor from which lignin has been precipitated is returned to the chemical cycle of the pulp mill, the use of the acid introduces substances that disrupt the chemical balance of the cycle. As a result, carbon dioxide is a popular precipitating chemical that is gaseous introduced into black liquor. The precipitated lignin can be separated from the black liquor by filtration.
Kansainvälisestä julkaisusta W02009/104995 tunnetaan menetelmä ligniinin saostamiseksi, jossa ligniiniä saostetaan mustalipeästä edullisesti hiilidioksidia käyttämällä. Saostuksen jälkeen on tyypillisesti vanhentamisvaihe, ”ageing”, tai ”maturing”, jolla saostuneen ligniinin partikkelikokoa pyritään kasvattamaan ennen sen erotusta suodattamalla, edullisesti painesuodattimella. Suodatuksen jälkeen ligniini pestään myöhemmästä uudelleensuspendointi- ja suodatusvaiheesta saadulla suodoksella, jonka ioniväkevyyttä ja pH:ta säädetään tarvittaessa.International Publication WO2009 / 104995 discloses a method for precipitating lignin, wherein the lignin is precipitated from black liquor, preferably using carbon dioxide. After precipitation, there is typically an aging, "aging" or "maturing" step, which seeks to increase the particle size of the precipitated lignin prior to separation by filtration, preferably by a pressure filter. After filtration, the lignin is washed with a filtrate from a subsequent resuspension and filtration step, the ion concentration and pH of which are adjusted as necessary.
Menetelmiä ligniinin saostamiseksi ja erottamiseksi mustalipeää hapottamalla on esitetty myös kansainvälisissä julkaisuissa W02006/031175 ja W02006/038863.Methods for precipitating and separating lignin by acidification of black liquor are also disclosed in International Publication Nos. WO2006 / 031175 and WO2006 / 038863.
Kaikissa kolmessa patentissa huomiota on kiinnitetty saadun ligniinin suodatukseen ja pesuun ja eri liuosten kierrätykseen. Lisäksi niistä on pääteltävissä, että ligniinin saostukseen käytetään panosreaktoria.In all three patents, attention has been paid to filtration and washing of the lignin obtained and to the recycling of various solutions. In addition, it can be deduced that a batch reactor is used for the precipitation of lignin.
Kansainvälisessä julkaisussa W02008/079072 on esitetty menetelmä, jossa haihduttamosta saadusta mustalipeävirrasta saostetaan ligniiniä laskemalla pH hiilidioksidin avulla alle 10,5. Saostunut ligniini pestään ainakin yhdessä vaiheessa pesuliuoksella, jossa on kalsium- tai magnesium ioneja natriumin syrjäyttämiseksi, jotta saadaan ligniiniä, jolla on matala natriumpitoisuus.International Publication WO2008 / 079072 discloses a method for precipitating lignin from a black liquor stream from an evaporation plant by lowering the pH to less than 10.5 with carbon dioxide. The precipitated lignin is washed at least in one step with a washing solution containing calcium or magnesium ions to displace the sodium to obtain a low sodium lignin.
US-patentista 2623040 tunnetaan menetelmä, jossa ligniiniä saostetaan mustalipeästä johtamalla ensin savukaasuja vastavirtaan mustalipeään nähden kahden kolonnin läpi, minkä jälkeen näin hapotettu mustalipeä lämmitetään yli 75 °C lämpötilaan ja saatetaan lievään sekoitukseen antamalla sen virrata putkilämmittimen (tubular heater) läpi, jossa paine pidetään vakiona ja lämpötilaa vastaavan höyrynpaineen yläpuolella. Patentin selityksestä käy ilmi, että mustalipeää johdetaan itseasiassa ulkopuolisesti lämmitetyn kierukan (coil) kautta. Kun näin käsitelty mustalipeä lopuksi jäähdytetään, saadaan koaguloitua ligniiniä, joka on helppo suodattaa. Patentissa mainitaan erityisesti sekoituksen voimakkuuden, jota ilmaistaan Reynoldsin lukuna, vaikuttavan koaguloituneiden partikkelien kokoon, ja testien mukaan yli 2000 olevat (turbulenssia vastaavat) Reynoldsin luvut johtivat niin pieniin partikkelikokoihin (1-7 pm), että ligniiniä oli käytännössä mahdoton suodattaa.U.S. Patent No. 26,230,40 discloses a method in which lignin is precipitated from black liquor by first passing flue gases upstream of the black liquor through two columns, followed by heating the acidified black liquor to a temperature above 75 ° C and gentle mixing by flowing through a tubular heater and above the vapor pressure corresponding to the temperature. It is clear from the patent specification that the black liquor is in fact passed through an externally heated coil (coil). When the so-treated black liquor is finally cooled, lignin is coagulated which is easy to filter. The patent specifically mentions the strength of the blend, expressed as a Reynolds number, affecting the size of the coagulated particles, and according to tests, Reynolds numbers greater than 2000 (equivalent to turbulence) resulted in such small particle sizes (1-7 µm) that it was virtually impossible to filter.
Artikkelissa R.Alén, E.Sjöström, P.Vaskikari ”Carbon dioxide precipitation of lignin from alkaline pulping liquors” Cellulose Chemistry Technol., 19 537-541 (1985), on esitetty mustalipeän käsittely autoklaavissa 800 kPa (n. 8 bar) paineessa, jossa mustalipeänäytteet kyllästettiin hiiidioksidilla niin, että lopussa pH 60 minuutin käsittelyn jälkeen oli 8,7. Näin saostunut ligniini erotettiin sentrifugoimalla. Korkeassa paineessa suoritetun karbonoinnin havaittiin lisäävän saantoa mustalipeästä. Käytetty laite oli tavallinen laboratorioautoklaavi, jonka paine lasketaan hitaasti ennen autoklaavin avaamista ja näytteiden ottamista ulos, ja sitä voidaan verrata panosprosessiin. Kyseisessä julkaisussa käsitellään ligniinin saostumiseen vaikuttavia tekijöitä, eikä siinä esitetä teollista prosessia.R. Alén, E.Sjöström, P.Vaskikari, "Carbon dioxide Precipitation of Lignin from Alkaline Pulping Liquors," Cellulose Chemistry Technol., 19, 537-541 (1985), discloses autoclaving of black liquor at 800 kPa (about 8 bar). , wherein the black liquor samples were impregnated with carbon dioxide so that the final pH after 60 minutes of treatment was 8.7. The lignin thus precipitated was separated by centrifugation. High pressure carbonation was found to increase the yield of black liquor. The apparatus used was a standard laboratory autoclave, the pressure of which is slowly lowered before the autoclave is opened and the samples taken, and can be compared to a batch process. This publication discusses factors influencing lignin precipitation and does not present an industrial process.
Artikkelissa J.F.Howell, R.W.Thring ”Hardwood lignin recovery using generator waste acid. Statistical analysis and simulation” Ind. Eng. Chem. Res., 39 2534-2540 (2000) on mallinnettu laboratoriokokeiden perusteella ligniinin saostusta klooridioksidin tuotannosta saatavalla jätehapolla. Johtopäätöksissä on todettu, että saostuneen ligniinin suodatettavuuden kannalta on edullista käyttää prosessissa mahdollisimman pientä sekoitusnopeutta.In J.F. Howell, R.W. Thring, “Recovery of Hardwood Lignin Using Generator Waste Acid. Statistical Analysis and Simulation ”Ind. Eng. Chem. Res., 39, 2534-2540 (2000), has been modeled on the basis of laboratory tests for lignin precipitation with waste acid from the production of chlorine dioxide. In the conclusions it has been found that it is advantageous for the filtration of the precipitated lignin to use as little mixing speed as possible in the process.
Panosprosessin (batch-prosessi) haittana on sen vaatima iso reaktiosäiliö sekä tarve ohjata hapotuksen yhteydessä mustalipeästä erottuva rikkivety pois niin että siitä ei ole haittaa. Jos hapotusaineena käytetään hiilidioksidia, mikä on edullista sellutehtaan kemikaalitaseen kannalta, vie hapotus kauan aikaa normaalikokoisessa säiliössä. Reaktioajat ligniinin saostamiseksi ovat vähintään 30 minuuttia, minkä jälkeen tulee vielä ageing-vaihe. Tämänkaltaisessa panosprosessissa prosessiolosuhteita ei voi muuttaa nopeasti.A disadvantage of the batch process is the large reaction tank it requires and the need to dehydrate the hydrogen sulphide that separates the black liquor during acidification. If carbon dioxide is used as the acidifying agent, which is advantageous for the chemical balance of the pulp mill, acidification takes a long time in a normal sized container. Reaction times to precipitate lignin are at least 30 minutes, followed by an aging step. In a batch process like this, the process conditions cannot be changed quickly.
Myös jatkuvatoimisia menetelmiä on esitetty, josta esimerkkinä on em. US-patentti 2623040. Tähän mennessä ei ole kuitenkaan esitetty menetelmää, jossa ligniinin erotuksen kannalta riittävän suuria, esimerkiksi agglomeroituneita partikkeleita voitaisiin tuottaa jatkuvatoimisesti lyhyellä viipymäajalla. Hapotuksen, tapahtuu se sitten hiilidioksidilla tai hapolla, jälkeen on perinteisesti ollut ns. ”ageing” eli vanhennusvaihe, jossa partikkelikoon on annettu kasvaa, jotta saostunut ligniini on helpompi erottaa mustalipeästä myöhempää prosessointia varten. Tätä vastaa myös em. US-patentin 2623040 esittämä käsittely putkilämmittimessä hapotuksen jälkeen. Tällaiset jälkikäsittelyvaiheet vaativat ylimääräisiä prosessisäiliöitä ja muita laitteita, ja viipymäajoista tulee pitkiä.Continuous processes have also been disclosed, as exemplified by the aforementioned U.S. Patent No. 2623040. However, to date, there is no method in which particles large enough for lignin separation, for example agglomerated particles, can be produced continuously with a short residence time. After acidification, whether with carbon dioxide or acid, there has traditionally been so-called. An "aging" or aging step, in which the particle size is allowed to grow to make it easier to separate the precipitated lignin from the black liquor for further processing. This is also consistent with the treatment in a tube heater after acidification disclosed in the aforementioned U.S. Patent No. 2623040. Such post-treatment steps require additional process tanks and other equipment, and the dwell times become long.
Yhteenveto keksinnöstäSummary of the Invention
Keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä, jolla voidaan tuottaa jatkuvatoimisesti partikkelikooltaan sopivaa ligniiniä lyhyellä viipymäajalla teollisessa mittakaavassa. Keksinnön tarkoituksena on myös esittää jatkuvatoiminen menetelmä, jolla suuria mustalipeämääriä voidaan käsitellä jatkuvatoimisesti ja alhaisilla käyttökustannuksilla, ja prosessiolosuhteita muuttaa nopeasti.It is an object of the invention to provide a process for continuously producing a suitable particle size lignin with a short residence time on an industrial scale. It is also an object of the invention to provide a continuous process for treating large quantities of black liquor continuously and at low operating costs and rapidly changing process conditions.
Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että - saatetaan mustalipeä virtaamaan paineenalaisena virtauksena reaktorissa alle 300 s viipymäajalla, - johdetaan virtaukseen hapotusaineeksi hiilidioksidia yhdessä tai useammassa syöttökohdassa mustalipeän pH:n alentamiseksi, annetaan pH:n laskea hiilidioksidin vaikutuksesta ligniinin saostuspisteeseen paineenalaisessa virtauksessa, - vapautetaan paineenalaisen virtauksen paine äkillisesti, ja - erotetaan ligniinipartikkelit mustalipeästä.To accomplish this purpose, the process is essentially characterized by: - causing the black liquor to flow as a pressurized flow in the reactor with a residence time of less than 300 s, - introducing carbon dioxide as acidifying agent at one or more feed points to lower the pH of the black liquor, letting the pH suddenly releasing the pressure in the pressurized flow, and - separating the lignin particles from the black liquor.
Laitteistolle on pääasiassa tunnusomaista se, että jatkuvatoimisessa reaktorissa on paineenalainen osuus, jossa mustalipeä on järjestetty virtaamaan paineenalaisena virtauksena, paineenalaisella osuudella on yksi tai useampi hapotusaineen syöttökohta, joka on yhdistetty hiilidioksidin lähteeseen hiilidioksidin johtamiseksi hapotusaineeksi paineenalaiseen virtaukseen mainitussa yhdessä tai useammassa hapotusaineen syöttökohdassa, ja paineenalainen osuus päättyy paineenvapautusventtiiliin, joka on järjestetty vapauttamaan paineenalaisen virtauksen paine.The apparatus is essentially characterized in that the continuous reactor has a pressurized portion in which the black liquor is arranged to flow as a pressurized flow, the pressurized portion having one or more acidification feed points connected to a carbon dioxide source to a ends with a pressure release valve arranged to release the pressure of the pressurized flow.
Menetelmällä saadaan lyhyellä viipymäajalla reaktorissa, edullisesti putkireaktorissa sellaista saostunutta ligniiniä, joka partikkelikokonsa puolesta sopii heti erotettavaksi jollakin perinteisellä erotusmenetelmällä, eikä sitä tarvitse seisottaa.The method provides for a short residence time in the reactor, preferably in a tubular reactor, of precipitated lignin which, by virtue of its particle size, is suitable for immediate separation by any conventional separation method and does not have to stand.
Keksinnön edullisia suoritusmuotoja on esitetty oheisissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa ja jäljempänä tulevassa selityksessä.Preferred embodiments of the invention are set forth in the dependent claims and in the following description.
Piirustusten lyhyt selostusBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää menetelmää prosessikaaviona, ja kuvat 2-4 esittävät eri menetelmillä saostettuja ligniininäytteitä.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 illustrates the process as a process diagram, and Figures 2-4 show lignin samples precipitated by various methods.
Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus Tässä selityksessä seuraavilla termeillä on niiden jälkeen esitetyt merkitykset.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In this specification, the following terms have the following meanings.
Ligniini tarkoittaa natiiviligniiniä (puumateriaalissa kiinni olevaa ligniiniä), liuoksessa liuenneena olevaa ligniiniä tai saostunutta ligniiniä, asiayhteydestä riippuen. Em. ligniinit eivät välttämättä ole kemiallisesti keskenään samanlaisia.Lignin refers to native lignin (lignin stuck in wood material), lignin dissolved in solution or lignin precipitated, as the context requires. Em. lignins may not be chemically similar to each other.
Mustalipeä tarkoittaa sulfaattisellun keitossa saatua emäksistä vesipohjaista liuosta, johon puumateriaalissa kiinni oleva ligniini on liuennut puumateriaalin keiton yhteydessä, kun valmistetaan kemiallista, puumateriaalin puukuiduista peräisin olevaa massaa. Tämä liuos voi olla sellaisenaan keitosta saatua tai väkevöityä (haihduttamolta saatua).Black liquor refers to an alkaline aqueous solution obtained in the cooking of sulphate pulp, to which lignin adhering to the wood material has been dissolved during the cooking of the wood material during the preparation of the chemical pulp from the wood material. This solution may be as such obtained from boiling or concentrated (obtained by evaporation).
Hapotus tarkoittaa nesteen, tässä tapauksessa mustalipeän pH:n laskua lisäämällä nesteeseen hapotusainetta.Acidification refers to a decrease in the pH of a liquid, in this case black liquor, by adding an acidifying agent to the liquid.
Hapotusaine on mikä tahansa aine, joka kiinteässä, nestemäisessä tai kaasumaisessa olomuodossa nesteeseen lisättynä laskee sen pH:ta.An acidifying agent is any substance which, when added to a liquid in a solid, liquid or gaseous state, decreases its pH.
Ligniinin saostuspiste tarkoittaa mustalipeän pH-arvoa, jossa ligniiniä saostuu. Se voi vaihdella halutun ligniinisaannin mukaisesti eikä sillä ole yhtä absoluuttista arvoa.The lignin precipitation point is the pH of the black liquor at which lignin is precipitated. It may vary according to the desired lignin yield and has no absolute value.
Ligniinipartikkelit tarkoittavat kiinteässä olomuodossa olevan ligniinin osia, jotka on erotettavissa nestefaasista jäljempänä kuvatuin erotusmenetelmin. Ligniinipartikkelien koko voi vaihdella, ja ne voivat olla yksittäisiä saostuksessa muodostuneita partikkeleita tai tällaisten yksittäisten partikkelien yhteenliittymiä (agglomeraatteja).Lignin particles refer to portions of the solid state lignin that can be separated from the liquid phase by the separation methods described below. The lignin particles may vary in size, and may be single particles formed by precipitation, or aggregates (agglomerates) of such single particles.
Saostuneen ligniinin erotus tarkoittaa erotusmenetelmää, jolla kiinteät ligniinipartikkelit voidaan erottaa nesteestä, kuten suodatus ja sentrifugointi.Separation of precipitated lignin means a separation process by which solid lignin particles can be separated from the liquid, such as filtration and centrifugation.
Kuvassa 1 on esitetty keksinnön mukainen menetelmä prosessikaaviona. Samalla siitä käy ilmi menetelmää toteuttavan laitteiston osat.Figure 1 shows a process diagram of the method according to the invention. At the same time, it identifies the parts of the equipment implementing the method.
Laitteistossa on sekoittimella varustettu mustalipeäsäiliö 1, johon syötetään sellun keitosta peräisin olevaa mustalipeää. Mustalipeässä on liuenneen ligniinin lisäksi keittokemikaaleja ja puumateriaalista keitossa liuenneita muita aineita. Mustalipeä sisältää mm. natrium-, hydroksidi-, vetysulfidi- ja sulfidi-ioneja. Mustalipeän koostumus vaihtelee kuitenkin puulajista ja prosessista riippuen. Mustalipeä voidaan ottaa mustalipeäsäiliöön keiton jälkeen saadusta mustalipeästä tai mustalipeän haihduttamolta sopivan väkevänä. Mustalipeästä voidaan ottaa osa ligniinin saostukseen ja palauttaa se takaisin ligniinin erotuksen jälkeen, jolloin se kulkeutuu muun mustalipeän kanssa haihduttamon kautta soodakattilassa poltettavaksi.The apparatus includes a black liquor tank 1 with a stirrer, to which black liquor from pulp cooking is fed. In addition to dissolved lignin, black liquor contains cooking chemicals and other substances dissolved in wood from cooking. Black liquor contains eg. sodium, hydroxide, hydrogen sulfide and sulfide ions. However, the composition of the black liquor varies depending on the type of wood and the process. The black liquor can be taken into the black liquor tank from the black liquor obtained after cooking or from the black liquor evaporator at a suitable concentration. The black liquor can be part of the lignin precipitation and recovered after lignin separation, which is transported with the other black liquor through the evaporation plant for incineration in a boiler.
Mustalipeäsäiliö 1 liittyy pumpun P välityksellä putkireaktoriin 2, jossa on ainakin yksi hapotusaineen syöttökohta 2a. Hapotusaineen syöttökohta 2a on putki reaktori n 2 seinämässä, ja siinä on sopiva syöttölaite, kuten suutin, jonka avulla voidaan johtaa hapotusainetta putkireaktorin sisään siinä kulkevaan virtaukseen. Suutin on yhdistetty johdolla hapotusaineen lähteeseen, esimerkiksi hapotusainetta sisältävään säiliöön. Kuvassa 1 tällaisia hapotusaineen syöttökohtia 2a on useampia kuin yksi välimatkan päässä toisistaan putkireaktorin 2 määräämässä virtaussuunnassa. Kunkin hapotusaineen syöttökohdan 2a jälkeen on staattinen sekoitin 2b. Lisäksi putkireaktorissa on ainakin yksi pH:n ja lämpötilan mittauskohta 2c ja virtausmittari 2d. Myös näitä voi olla useampi kuin yksi välimatkan päässä toisistaan, kuten kuvassa 1.The black liquor tank 1 is connected via a pump P to a tubular reactor 2 having at least one acidification feed point 2a. The acidification feed point 2a is a tube in the wall of the reactor n 2 and is provided with a suitable feed device, such as a nozzle, for directing the flow of acidifying agent into the tubular reactor. The nozzle is wired to a source of acidifying agent, for example a reservoir containing an acidifying agent. In Figure 1, there are more than one such entry point 2a of acidifying agent spaced apart in the direction of flow defined by the tubular reactor 2. There is a static mixer 2b after each of the acidifying agent feed points 2a. In addition, the tubular reactor has at least one pH and temperature measuring point 2c and a flow meter 2d. These may also be more than one spaced apart, as in Figure 1.
Putkireaktorissa 2 on paineenalainen osuus, joka alkaa pumpulta P ja päättyy yhteen tai useampaan paineenvapautusventtiiliin 3. Tällä osuudella mustalipeä virtaa paineenalaisena virtauksena. Paineenvapautusventtileitä 3 on kuvassa 1 kaksi sarjassa, ja ne on järjestetty laskemaan putkireaktorissa 2 virtaavan mustalipeän paine ilmanpaineeseen. Kuvan venttiilit on järjestetty laskemaan paine portaittain, mutta lasku voidaan suorittaa yhdelläkin ventiilillä. Paineen muutos putkireaktorin paineesta ilmanpaineeseen on kuitenkin äkillinen venttiilien määrästä riippumatta. Edullisesti putken halkaisija on suurempi paineenvapautusventtiilien 3 jälkeen. Näin saavutetaan voimakas sekoitustapahtuma välittömästi paineenpudotuksen jälkeen mustalipeän purkautuessa pienestä aukosta avoimeen tilaan.The tubular reactor 2 has a pressurized section beginning at pump P and terminating in one or more pressure relief valves 3. With this section, black liquor flows as a pressurized flow. The pressure relief valves 3 are two in series in Figure 1 and are arranged to lower the pressure of the black liquor flowing in the tubular reactor 2 to atmospheric pressure. The valves in the figure are arranged to lower the pressure step by step, but the lowering can be done with one valve. However, the pressure change from the tubular reactor pressure to the atmospheric pressure is sudden, regardless of the number of valves. Preferably, the pipe has a larger diameter after the pressure relief valves 3. This results in a vigorous mixing operation immediately after the pressure drop as the black liquor discharges from the small opening to the open space.
Putkireaktori päättyy ilmastussäiliöön 4, jonka alaosassa on ilmastin 4a, jolla mustalipeässä pH:n laskun johdosta syntynyt rikkivety voidaan erottaa ilmastusilman mukaan kaasuna ja johtaa kaasunpoistoon (ei esitetty) niin, että sitä ei vapaudu ympäröivään ilmaan. Ilmastussäiliö 4 toimii myös tasaussäiliönä, josta mustalipeä, jossa on saostunutta ligniiniä, voidaan ottaa jatkokäsittelyyn eli ligniinin erotukseen 6 putken 5 kautta. Mustalipeä, josta saostunut ligniini on erotettu, voidaan palauttaa sellutehtaan mustalipeän käsittelyyn, esimerkiksi haihduttamoon.The tubular reactor terminates in an aeration vessel 4 with a lower aerator 4a at its bottom for separating the hydrogen sulphide produced in the black liquor due to the lowering of the pH as a gas and leading to degassing (not shown) without being released into the ambient air. The aeration tank 4 also functions as an equalization tank, from which the black liquor containing the precipitated lignin can be taken for further treatment, i.e. separation of the lignin 6 through the pipe 5. The black liquor from which the lignin which has precipitated is separated off can be returned to the pulp mill for processing black liquor, for example in an evaporation plant.
Mustalipeä virtaa mustalipeäsäiliöstä 1 pumpun P pumppaamana pitkin putkireaktorin 2 paineenalaista osuutta, jonka varrella mustalipeään johdetaan hapotusainetta yhdessä tai useammassa hapotusaineen syöttökohdassa 2a, ja mustalipeän virtausta sekoitetaan jokaisen syöttökohdan jälkeen. Kun pH laskee hapotusaineen johdosta ligniinin saostuspisteeseen (johonkin alle 11,5 olevaan arvoon), ligniiniä alkaa saostua mustalipeän joukkoon putkireaktorin 2 paineenalaisella osuudella. Hyvä ligniinin saanti saavutetaan, kun pH laskee arvoon 10 tai sen alapuolelle. Saostunut ligniini päätyy mustalipeän virtauksen mukana ilmastussäiliöön 4.The black liquor flows from the black liquor reservoir 1, pumped by pump P, along a pressurized portion of the tubular reactor 2 through which the acidifying agent is introduced into the black liquor at one or more acidifying feed points 2a, and the black liquor flow is stirred after each feeding point. As the pH drops to a lignin precipitation point (to a value below 11.5) as a result of the acidifying agent, lignin begins to precipitate in the black liquor in the pressurized portion of the tubular reactor 2. Good lignin yield is achieved when the pH drops to or below 10. Precipitated lignin ends up in the aeration tank 4 with the flow of black liquor.
Seuraavassa on esitetty tarkemmin ligniinin saostuksessa käytetyt olosuhteet. Mustalipeää johdetaan putkirektoriin 2 lämpötilassa, joka on edullisesti välillä 60 - 80 °C, edullisemmin 65 - 75 °C . Mustalipeä voi olla jo valmiiksi tässä lämpötilassa keiton tai haihdutuksen jälkeen, jolloin sitä ei tarvitse lämmittää tai jäähdyttää. Lyhyestä viipymäajasta johtuen mustalipeä ei myöskään ehdi olennaisesti jäähtyä putkireaktorissa. Prosessipaine putkireaktorin 2 paineenalaisella osuudella on edullisesti välillä 200 - 1000 kPa ylipainetta (n. 2 - 10 bar), edullisemmin 300 - 600 kPa. Ylipaine voi saostuksen kannalta olla myös korkeampi kuin 1000 kPa, mutta tällöin reaktorin valmistuskustannukset kasvavat.The conditions used for the precipitation of lignin are detailed below. The black liquor is introduced into the tubular vector 2 at a temperature which is preferably between 60 and 80 ° C, more preferably between 65 and 75 ° C. The black liquor may already be ready at this temperature after cooking or evaporation so that it does not need to be heated or cooled. Also, due to the short residence time, the black liquor does not have sufficient time to cool in the tubular reactor. The process pressure for the pressurized portion of the tubular reactor 2 is preferably between 200 and 1000 kPa overpressure (about 2 to 10 bar), more preferably between 300 and 600 kPa. The overpressure in terms of precipitation may also be higher than 1000 kPa, but this will increase the reactor manufacturing cost.
Hapotusaine on hiilidioksidia, jota johdetaan kaasumaisena korkeassa paineessa syöttökohdassa 2a sopivalla suuttimella mustalipeän paineenalaiseen virtaukseen. Hiilidioksidi voidaan johtaa hiiilidioksidin lähteestä, esimerkiksi hiilidioksidisäiliöstä suuttimeen johtoa pitkin, jossa on säätölaite, esimerkiksi venttiili, virtauksen säätämiseksi ja jota voidaan ohjata jollakin toimilaitteella, joka on liitettävissä laitteiston säätöautomatiikkaan. Syöttökohdan jälkeen on staattinen sekoitin 2b, joka on putkireaktorin kahden putken väliin sijoittuva, virtausta sen pääsuunnasta poikkeaviin suuntiin ohjaava rakenne, joka saa aikaan virtaavassa mustalipeässä voimakkaan, korkeiden leikkausvoimien sekoituksen ja turbulenssin ja samalla hiilidioksidin sekoittumisen ja edelleen liukenemisen tasaisesti virtaukseen. Voidaan käyttää tunnettuja staattisia sekoittimia.The acidifying agent is carbon dioxide which is introduced gaseous under high pressure at feed point 2a by means of a suitable nozzle to the black liquor under pressure. The carbon dioxide may be introduced from a source of carbon dioxide, for example from a carbon dioxide reservoir, to a nozzle along a line having a regulating device, e.g. a valve, for controlling the flow and controlled by any actuator that can be connected to the regulating automation of the apparatus. After the feed point, there is a static mixer 2b, a structure located between the two tubes of the tubular reactor that directs the flow in a direction other than its main direction, causing intense high shear mixing and turbulence in the flowing black liquor and simultaneously carbon dioxide mixing and further dissolution. Known static mixers may be used.
Toinen vaihtoehto on korvata staattinen sekoitin 2b itse syöttökohdassa 2a syötetyn aineen aikaansaamalla sekoituksella virtaukseen. Kun syöttökohdassa 2a johdetaan hiilidioksidia riittävän suurella paineella mustalipeän virtaukseen kohtisuoraan mustalipeän virtauksen kulkusuuntaan nähden, se saa aikaan virtauksen sekoittumisen korkeilla leikkausvoimilla sen koko virtauspoikkipinta-alalla ja turbulenssin ja samalla hiilidioksidin sekoittumisen tasaisesti virtaukseen. Tarvittaessa voidaan sekoituksen tehostamiseksi johtaa hiilidioksidia syöttökohdassa 2a eri puolilta, esimerkiksi tietyin välein putkireaktorin putken kehälle sijoitetuilla suuttimilla. Kuvan 1 prosessikaaviossa voidaan syöttökohdan 2a ja staattisen sekoittimen 2b yhdistelmät korvata pelkällä hapotusaineen syötön syöttökohdassa 2a aikaansaamalla sekoituksella. Sekoitusyksikkö voi myös koostua lyhyen viipymäajan laitteistosta, jolla aikaansaadaan korkeat leikkausvoimat.Another alternative is to replace the static mixer 2b with the flow provided by the substance fed at the feed point 2a itself. When carbon dioxide is introduced at a sufficient pressure at the feed point 2a into the black liquor flow perpendicular to the direction of flow of the black liquor, it causes the flow to be mixed with high shear forces over its entire cross-sectional area and turbulence, and If necessary, carbon dioxide may be introduced from different sides of the feed point 2a, for example at intervals, through nozzles located at the periphery of the tubular reactor to enhance agitation. In the flow chart of Fig. 1, the combinations of the feed point 2a and the static mixer 2b can be replaced by the mixing provided by the feed of the acidifying agent at the feed point 2a. The mixing unit may also consist of a short residence time apparatus for providing high shear forces.
Turbulenttinen sekoitus voidaan saada myös reaktorin 2 paineenalaisesta virtauksesta otetun sivuvirtauksen 10 avulla, joka johdetaan paineenkorotuspumpun 10a 10a kautta takaisin reaktoriin. Hapotusaine voidaan syöttää tähän sivuvirtaukseen, jolloin sivuvirtaus tulee reaktoriin samassa syöttökohdassa 2a kuin hapotusaine, tai hapotusaine ja sivuvirtaus syötetään toisista erillään reaktoriin 2. Tämäntapainen yhdistetty syöttölaite ja sekoittaja tunnetaan esimerkiksi tavaramerkillä TrumpJet®.Turbulent mixing can also be obtained by a side stream 10 taken from the pressurized flow of reactor 2, which is fed back to the reactor via a booster pump 10a 10a. The acidifying agent can be fed to this side stream, whereby the side stream enters the reactor at the same feed point 2a as the acidifying agent, or the acidifying agent and the side stream are fed separately to the reactor 2. This type of combined feeder and agitator is known under the trademark TrumpJet®.
Hiilidioksidin liukeneminen veteen ja vesipohjaisiin nesteisiin tehostuu paineessa, minkä johdosta on edullista käyttää sellaista putkireaktoria 2, jossa mustalipeä voidaan saada virtaamaan sopivan korkeassa paineessa.The solubility of carbon dioxide in water and aqueous liquids is enhanced under pressure, which makes it preferable to use a tubular reactor 2 in which the black liquor can be made to flow at a suitably high pressure.
Putkireaktorissa 2 on joka hapotusaineen syöttökohdan 2a ja sitä seuraavan staattisen sekoittimen 2b (jos sitä käytetään) jälkeen pH:n ja lämpötilan mittauskohta 2c, johon on sijoitettu mustalipeän pH:ta ja lämpötilaa mittaavat anturit. Mitatun pH:n avulla voidaan hapotusaineen syöttömäärää syöttökohdassa 2a säätää esimerkiksi mittauskohdalle 2c annetussa asetusarvossa pysymiseksi. Syöttökohdassa 2a voi olla syötetyn hapotusaineen määrää mittaava anturi, jotta sen kulutusta voidaan seurata. Kuvassa 1 on säätöyksikköä merkitty viitenumerolla 7. Kuvassa on myös säätöyksikön 7 ja pH:ta mittaavien anturien väliset tiedonsiirtolinjat 8, ja tiedonsiirtolinjat 9 mittaustietojen perusteella luotujen ohjausviestien lähettämiseksi säätöyksiköltä 7 hapotusaineen syöttöä ohjaaville toimilaitteille. Kysymyksessä on suljettu säätöpiiri, jolla voidaan suorittaa takaisinkytketty säätö normaalien säätöperiaatteiden mukaisesti.The tubular reactor 2 has a pH and temperature measuring point 2c after each feed point 2a of the acidifying agent and subsequent static mixer 2b (if used), where sensors measuring the pH and temperature of the black liquor are located. By means of the measured pH, the amount of acidifying agent at the feeding point 2a can be adjusted, for example, to maintain the setpoint for the measuring point 2c. The feed point 2a may have a sensor for measuring the amount of acidifying agent introduced to monitor its consumption. In Figure 1, the control unit is designated by reference numeral 7. The figure also shows the communication lines 8 between the control unit 7 and the pH measuring sensors, and the communication lines 9 for transmitting control messages generated from the measurement data from the control unit 7 to actuator supply control actuators. This is a closed loop control circuit that can be used to perform feedback control in accordance with normal control principles.
Jos hapotusaineen syöttökohtia 2a on kaksi tai useampia peräkkäin putkireaktorin 2 paineenalaisella osuudella, hapotusaineen annostelu voidaan jakaa tasaisesti putkireaktorin pituudelle niin, että aina uusia määriä ligniiniä saostuu mustalipeästä kunkin syöttökohdan 2a jälkeen.If there are two or more acidifier feed points 2a in succession under the pressurized portion of the tubular reactor 2, the acidifier dosing may be uniformly distributed over the length of the tubular reactor such that new amounts of lignin are always precipitated from the black liquor after each feeding point 2a.
Käyttämällä hiilidioksidia hapotusaineena saadaan mustalipeän pH putkireaktorissa laskemaan tasolta 12 välille 9-10, jolla saadaan aikaan riittävän hyvä ligniinin saostuminen ja saanti. Jos hapotusaineena käytetään happoa, saadaan pH laskemaan alemmaksi, ja ligniinin saanti paranee, mutta takaisin prosessiin palautettavan mustalipeän pH laskee myös. Jotta mustalipeä voidaan palauttaa takaisin prosessiin, täytyy sen pH nostaa alkuperäiselle tasolle lisäämällä siihen natriumhydroksidia, jota täytyy tässä tapauksessa lisätä enemmän kuin prosessiin, joka käyttää hiilidioksidia hapotusaineena.By using carbon dioxide as an acidifying agent, the pH of the black liquor in the tubular reactor is reduced to a level from 9 to 10, which provides a reasonably good lignin precipitation and yield. If an acid is used as an acidifying agent, the pH will be lowered and the lignin intake will be improved, but the pH of the black liquor returned to the process will also decrease. In order for the black liquor to be returned to the process, its pH must be raised to its original level by addition of sodium hydroxide, which in this case must be added more than to the process using carbon dioxide as an acidifying agent.
Oleellinen osa menetelmää on putkireaktorin 2 paineenalaisen osuuden lopussa paineenvapautusventtiilien 3 kohdalla tapahtuva nopea paineen vapautus, eli paineenalaisella osuudella vallinneen paineen lasku ilmanpaineeseen. Tämä saa aikaan mustalipeään voimakkaan sekoitusefektin, ”flash”-sekoituksen, jonka jälkeen ligniini on lopullisesti saostunut ja agglomeroitunut riittävän suuriksi partikkeleiksi, jotta se on helppo erottaa mustalipeästä. Paineenalaisen osuuden lopussa tapahtuva nopea paineen aleneminen eli paineen vapautus saa aikaan samanaikaisesti mustalipeän sekoittumisen ja ligniinipartikkelien agglomeroitumisen.An essential part of the process is the rapid release of pressure at the end of the pressurized section of the tubular reactor 2 at the pressure release valves 3, i.e., a reduction of the pressure in the pressurized section to atmospheric pressure. This results in a strong blending effect in the black liquor, the "flash" blend, after which the lignin is finally precipitated and agglomerated into particles large enough to be easily separated from the black liquor. The rapid reduction in pressure at the end of the pressurized portion, i.e. the release of pressure, results in the simultaneous mixing of the black liquor and the agglomeration of the lignin particles.
Jos hiilidioksidia on käytetty hapotusaineena, mustalipeässä paineessa liuenneena ollut hiilidioksidi vapautuu myös äkillisesti kaasumaisena tehostaen mustalipeän sekoitusta ja ligniinin agglomeroitumista.If carbon dioxide has been used as an acidifying agent, carbon dioxide dissolved in the black liquor under pressure will also be suddenly released in gaseous form, enhancing black liquor mixing and agglomeration of lignin.
Ligniinin nopean partikkelikoon kasvun ansiosta voidaan mustalipeän viipymäaika putkireaktorissa 2 (paineenalaisella osuudella pumpulta P paineenvapautusventtiilille 3) pitää lyhyenä, jopa alle 300 s, esim. välillä 1 - 300 s, sopivimmin 10 - 100 s. Pumpulla P tuotettu mustalipeän tilavuusvirtausnopeus säädetään putkireaktorin 2 tilavuuden mukaan niin, että em. viipymäajat toteutuvat. Lyhyt viipymäaika mahdollistaa nopeat prosessiparametrien muutokset, jotka johtuvat mustalipeän laatuvaihteluista.Due to the rapid increase in lignin particle size, the residence time of the black liquor in the tubular reactor 2 (with a pressurized portion from pump P to pressure relief valve 3) can be kept short, up to 300 s, e.g. 1 to 300 s, preferably 10 to 100 s. so that the aforementioned residence times are realized. The short dwell time allows rapid changes in process parameters due to black liquor quality variations.
Saostuneet ligniinipartikkelit muodostavat mustalipeässä suurempia partikkeleita, ”agglomeraatteja”, jotka voidaan helposti erottaa mustalipeästä. Erotusmenetelmä on edullisesti painesuodatus. Painesuodatuksessa saadaan ligniinipartikkeleista muodostuva ”kakku” niin kuivaksi suodoksesta, että ligniinin sekaan jäävä mustalipeä on helpompi pestä pois, ja kakku voidaan pestä sen ollessa painesuodattimessa.. Painesuodatuksen jälkeen suoritetaan tarvittaessa happopesu, jossa ligniiniin jääneen natriumin ja muiden epäorgaanisten komponenttien pitoisuuksia alennetaan Painesuodatuksen tehokkaan kiintoaine-neste-erotuksen ansiosta happoa kuluu tällöin vähän, koska happoa kuluttavien mustalipeäjäämien osuus on minimoitu. Painesuodatin seuraa kuvan 1 kaaviossa ilmastussäiliötä 4 . Edullisesti ilmastussäiliön ja painesuodattimen välissä on vielä konsentrointilaite, esim. sentrifuugi tai muu separaattori, jolla voidaan nostaa ligniinipartikkelien pitoisuutta mustalipeässä. Erotusvaihetta, jossa ligniini erotetaan mustalipeästä, on kuvattu yleisesti viitenumerolla 6.The precipitated lignin particles form larger particles in the black liquor, the "agglomerates", which can be easily separated from the black liquor. The separation process is preferably pressure filtration. Pressure filtration makes the "cake" of lignin particles so dry from the filtrate that it is easier to wash off the black liquor trapped in the lignin, and the cake can be washed while it is in the pressure filter. due to the liquid separation, the amount of acid consumed is low, since the proportion of acid-consuming black liquor residues is minimized. In Figure 1, the pressure filter follows the aeration tank 4. Preferably, a concentration device, e.g. a centrifuge or other separator, is provided between the aeration tank and the pressure filter to increase the concentration of lignin particles in the black liquor. The separation step in which lignin is separated from black liquor is generally described by reference numeral 6.
Seuraavassa taulukossa on verrattu keksinnön mukaista jatkuvatoimista paineenalaista putkireaktoria käyttävää nopeaa menetelmää (Fast continuous precipitation, viipymäaika 50 - 100 s) ja panosreaktoria (Slow batch precipitation) perinteisellä hitaalla viipymäajalla (60 min) ilman vanhentamista (ageing) ja käyttämällä 13 vrk vanhentamista.The following table compares the fast pressurized (reactive tube) reactor of the invention (Fast continuous Precipitation, dwell time 50-100 s) with a batch reactor (Slow batch Precipitation) with a conventional slow dwell time (60 min) without aging and 13 days aging.
Lähtöaineena oli sama mustalipeä (välilipeä) ja saostuksessa käytettiin 100% CO2. Saostuslämpötila oli n. 68-70 °C ja saostus-pH 9,2-9,3. Myös panosreaktorissa huolehdittiin siitä, että CCh-kaasua ei päässyt karkaamaan reaktorista.The starting material was the same black liquor (intermediate) and 100% CO2 was used for the precipitation. The precipitation temperature was about 68-70 ° C and the precipitation pH was 9.2-9.3. The batch reactor also ensured that CCh gas could not escape from the reactor.
Taulukosta näkee, että ligniinin saanti on selvästi parempi panosprosesseihin verrattuna, mikä näkyy alentuneina kemikaalikustannuksina/ligniinitonni. Mustalipeän käsittelyyn tarvitsee palauttaa pienempi määrä mustalipeää ja se sisältää vähemmän ligniiniä. Kokonaisuutena näin kuormitetaan vähemmän haihduttamoa ja soodakattilaa. Jatkuvatoiminen lyhyen viipymäajan putkireaktori myös kuluttaa energiaa sekoitukseen huomattavasti vähemmän kuin hidas panosreaktori.The table shows that lignin intake is clearly better than batch processes, which is reflected in the reduced chemical cost / tonne of lignin. The treatment of black liquor requires the recovery of a smaller amount of black liquor and contains less lignin. As a whole, the load on the evaporator and the recovery boiler is thus reduced. The continuously operating short-lived tubular reactor also consumes much less energy for mixing than the slow batch reactor.
Kuvissa 2- 4 on esitetty vielä keksinnöllä saavutettava edullinen ligniinipartikkelien muoto. Kuvassa 2 on SEM-kuva (2500x) keksinnön mukaisella menetelmällä hiilidioksidilla saostetusta ligniinistä, kuvassa 3 SEM-kuva (2500x) natriumbisulfiitilla hitaasti saostetusta ja yön yli seisotetusta (ageing) ligniinistä, ja kuvassa 4 SEM-kuva (2500x) hiilidioksidilla hitaasti panosprosessissa saostetusta ligniinistä, seisotus (ageing) 13 päivää.Figures 2-4 further show the preferred form of lignin particles to be achieved by the invention. Fig. 2 is a SEM image (2500x) of lignin precipitated with carbon dioxide by the process of the invention, Fig. 3 is a SEM image (2500x) of slow precipitated and overnight aging lignin, and Fig. 4 is a SEM image (2500x) of slowly precipitated , Aging 13 days.
Keksinnön mukaisella ”nopealla” saostuksella (viipymäaika alle 300 s) hiilidioksidi hapotusaineena saadaan yllättäen ligniiniä, jossa saostuneet pienet vain alle 2 pm läpimittaiset partikkelit muodostavat kymmenien partikkelien yhteenlittymiä, agglomeraatteja, jotka kokonsa puolesta ovat helposti erotettavissa mustalipeästä esimerkiksi suodattamalla. Kun hapotusaineena on natriumbisulfiitti ja saostus tapahtuu hitaasti ja saostunutta ligniiniä seisotetaan, päästään myös partikkelien muodostamiin agglomeraatteihin. Kun taas hapotusaineena on hiilidioksidi, ja saostus tapahtuu hitaasti, ja saostunutta ligniiniä seisotetaan, saadaan ligniinipartikkeleita, joiden koko on kasvanut agglomeroitumatta.The "rapid" precipitation (dwell time less than 300 s) of the invention surprisingly produces carbon dioxide as an acidifying agent, in which the precipitated small particles of only less than 2 µm in diameter form aggregates of dozens of particles, agglomerates which are easily separable from black liquor for example by filtration. When the acidifying agent is sodium bisulfite and the precipitation is slow and the precipitated lignin is aged, particle agglomerates are also obtained. Whereas the acidifying agent is carbon dioxide and the precipitation is slow and the precipitated lignin is stopped, lignin particles are obtained which have grown in size without agglomeration.
Saostuneita ligniininäytteitä silmämääräisesti tarkasteltaessa voidaan todeta, että kun käytettiin hiilidioksidia hapotusaineena keksinnön mukaisella nopealla menetelmällä, saostettu ligniini on myös vaaleampaa (vaalean ruskeaa) kuin hiilidioksidilla hitaasti saostettu ligniini (tumman ruskeaa). Todennäköisesti korkeampi vaaleus on seurausta parantuneesta valonsironnasta, kun pienet, optimaalisesti valoa sirottavat partikkelit muodostavat agglomeraatteja. Tällä on etua, jos ligniiniä halutaan käyttää komposiiteissa, mutta sen ei haluta tuovan liikaa väriä.By visual inspection of the precipitated lignin samples, when carbon dioxide was used as an acidifying agent in the rapid process of the invention, the precipitated lignin is also lighter (light brown) than the slowly precipitated carbon dioxide (dark brown). Probably the higher brightness results from improved light scattering when small particles that optimally scatter light form agglomerates. This is advantageous if lignin is to be used in composites but does not want to add too much color.
Keksintöä ei ole rajoitettu edelliseen selitykseen, vaan sitä voidaan käyttää patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.The invention is not limited to the foregoing description, but may be used within the scope of the inventive idea of the claims.
Hapotusaineena voidaan käyttää mitä tahansa hiilidioksidipitoista ainetta. Tämä aine on edullisesti puhdasta hiilidioksidia, jotta pH:n lasku on mahdollisimman tehokasta liuotettuun kaasumäärään nähden. Myös muita suodatusmenetelmiä voidaan käyttää kuin painesuodatusta, ja erotusmenetelmänä voi tulla kysymykseen muukin menetelmä kuin suodatus.Any carbonaceous substance may be used as the acidifying agent. This material is preferably pure carbon dioxide so that the pH reduction is as effective as possible in the amount of gas dissolved. Filtration methods other than pressure filtration may also be used, and a method other than filtration may be used as a separation method.
Kuvan 1 laitteisto on edullisimmin sellutehtaalla, koska se on silloin yhdistettävissä helposti kemiallisen massan valmistusprosessiin. Laitteisto voi esimerkiksi käyttää raaka-aineena osaa sellun keiton tuottamasta mustalipeästä, ja siitä voidaan palauttaa mustalipeä ligniinin erotuksen jälkeen takaisin mustalipeän käsittelyyn.The apparatus of Figure 1 is most preferably located at a pulp mill because it can then be readily integrated into the chemical pulp manufacturing process. For example, the equipment may use a portion of the black liquor produced by the pulp soup as a raw material, and may recycle the black liquor after lignin separation to the black liquor treatment.
Claims (12)
Priority Applications (13)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20106073A FI125991B (en) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | Method and apparatus for continuous precipitation of lignin from black liquor |
AP2013006817A AP3271A (en) | 2010-10-15 | 2011-10-14 | Continuous method for the precipitation of lignin from black liquor |
EP11832197.5A EP2627659B1 (en) | 2010-10-15 | 2011-10-14 | Continuous method for the precipitation of lignin from black liquor |
US13/879,085 US9139606B2 (en) | 2010-10-15 | 2011-10-14 | Continuous method for the precipitation of lignin from black liquor |
PCT/FI2011/050896 WO2012049375A1 (en) | 2010-10-15 | 2011-10-14 | Continuous method for the precipitation of lignin from black liquor |
BR112013008806A BR112013008806B8 (en) | 2010-10-15 | 2011-10-14 | continuous method for precipitation of lignin from black liquor |
PL11832197.5T PL2627659T3 (en) | 2010-10-15 | 2011-10-14 | Continuous method for the precipitation of lignin from black liquor |
CA2814793A CA2814793C (en) | 2010-10-15 | 2011-10-14 | Continuous method for the precipitation of lignin from black liquor |
PT118321975T PT2627659T (en) | 2010-10-15 | 2011-10-14 | Continuous method for the precipitation of lignin from black liquor |
RU2013117995/04A RU2564674C2 (en) | 2010-10-15 | 2011-10-14 | Method for continuous precipitation of lignin from black liquor |
ES11832197.5T ES2582318T3 (en) | 2010-10-15 | 2011-10-14 | Continuous method for precipitation of lignin from black liquor |
ZA2013/03450A ZA201303450B (en) | 2010-10-15 | 2013-05-13 | Continuous method for the precipitation of lignin from black liquor |
US14/825,363 US9719210B2 (en) | 2010-10-15 | 2015-08-13 | Continuous method for the precipitation of lignin from black liquor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20106073A FI125991B (en) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | Method and apparatus for continuous precipitation of lignin from black liquor |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20106073A0 FI20106073A0 (en) | 2010-10-15 |
FI20106073L FI20106073L (en) | 2012-04-16 |
FI20106073A FI20106073A (en) | 2012-04-16 |
FI125991B true FI125991B (en) | 2016-05-13 |
Family
ID=43064231
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20106073A FI125991B (en) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | Method and apparatus for continuous precipitation of lignin from black liquor |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI125991B (en) |
ZA (1) | ZA201303450B (en) |
Families Citing this family (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FI124944B (en) | 2011-04-08 | 2015-03-31 | Upm Kymmene Corp | A method of making a binder composition, a binder composition, an adhesive composition, a layered composite structure, and uses of the binder composition and the adhesive composition |
FI20135527L (en) | 2013-05-17 | 2014-11-18 | Upm Kymmene Corp | A method for preparing hardener |
FI125416B (en) | 2013-06-28 | 2015-10-15 | Upm Kymmene Corp | Nonwoven reinforced composite resin |
FI129414B (en) | 2013-09-30 | 2022-02-15 | Upm Kymmene Corp | A method for increasing the reactivity of lignin |
FI126737B (en) | 2013-11-26 | 2017-04-28 | Upm Kymmene Corp | A process for treating lignin and preparing a binder composition |
FI126736B (en) | 2013-11-26 | 2017-04-28 | Upm Kymmene Corp | Process for treating lignin and preparing a binder composition |
FI126195B (en) | 2014-01-28 | 2016-08-15 | Upm Kymmene Corp | Fiber-based product |
FI12307U1 (en) | 2014-01-28 | 2019-03-15 | Upm Plywood Oy | Cross-laminated plywood, aqueous binder composition, and plywood |
DE202014011307U1 (en) | 2014-01-28 | 2019-03-21 | Upm Plywood Oy | Production of cross-laminated plywood |
FI127750B (en) | 2016-12-15 | 2019-01-31 | Upm Kymmene Corp | Method for producing a binder composition |
EP3527591A1 (en) * | 2018-02-20 | 2019-08-21 | Compagnie Industrielle De La Matiere Vegetale CIMV | Method of production of lignin and hemicellulose from a plant lignocellulosic material |
FI20185919A1 (en) | 2018-10-31 | 2020-05-01 | Upm Kymmene Corp | Biodiesel composition |
FI130928B1 (en) | 2019-07-11 | 2024-05-30 | Upm Kymmene Corp | An aqueous binder composition for curtain coating or extrusion coating |
FI130110B (en) | 2020-02-12 | 2023-03-02 | Upm Kymmene Corp | Binder composition |
EP4323428A1 (en) | 2021-04-15 | 2024-02-21 | UPM-Kymmene Corporation | A binder composition free of phenol compound |
BR112023021413A2 (en) | 2021-04-15 | 2023-12-19 | Upm Kymmene Corp | BINDER COMPOSITION FREE OF PHENOL COMPOUND |
KR20240072291A (en) | 2021-10-21 | 2024-05-23 | 유피엠-큄메네 코퍼레이션 | Recyclable and sortable thermoplastic compositions |
CN118139934A (en) | 2021-10-21 | 2024-06-04 | 芬欧汇川集团 | Flame retardant thermoplastic composition |
FI130468B (en) | 2021-10-21 | 2023-09-21 | Upm Kymmene Corp | A recyclable thermoplastic composition |
FI130236B (en) | 2021-10-21 | 2023-05-04 | Upm Kymmene Corp | A burning-resistant thermoplastic composition |
FI20225153A1 (en) | 2022-02-21 | 2023-08-22 | Upm Kymmene Corp | Lignin pellets |
FI20225610A1 (en) | 2022-06-30 | 2023-12-31 | Upm Kymmene Corp | Coated fertilizer, method for preparation and use thereof |
FI20225907A1 (en) | 2022-10-07 | 2024-04-08 | Upm Kymmene Corp | A bio-based composite material and a bio-based composite |
-
2010
- 2010-10-15 FI FI20106073A patent/FI125991B/en active IP Right Grant
-
2013
- 2013-05-13 ZA ZA2013/03450A patent/ZA201303450B/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI20106073L (en) | 2012-04-16 |
FI20106073A0 (en) | 2010-10-15 |
FI20106073A (en) | 2012-04-16 |
ZA201303450B (en) | 2014-01-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI125991B (en) | Method and apparatus for continuous precipitation of lignin from black liquor | |
US9719210B2 (en) | Continuous method for the precipitation of lignin from black liquor | |
TWI654141B (en) | Calcium carbonate microparticles and method of producing the same | |
US8580167B2 (en) | Lyocell method comprising an adjustment of the processing duration based on the degree of polymerization | |
US20090038212A1 (en) | Lignin Dewatering Process | |
KR101777463B1 (en) | Method for preparing resin powders and integral floculator for the same | |
EP2632957A1 (en) | Process for the derivatization of cellulose | |
RU2008140264A (en) | CAPACITY FOR PROCESSING STRAW OR OTHER EASY VOLUME MATERIALS AND METHOD FOR ITS IMPLEMENTATION | |
JP5694513B2 (en) | Method and system for processing pulp using cold caustic soda extraction by reuse of alkaline filtrate | |
CA3197640A1 (en) | Recovery of high-purity lignin via simultaneous liquid-phase acidification and solvation | |
WO2009000346A1 (en) | Method of forming calcium carbonate in a pulp suspension | |
AU2014223310B2 (en) | Process for recausticizing green liquor | |
CN106674152A (en) | Method for extracting accelerator M from waste resin | |
SE1250617A1 (en) | Method for treating liquid streams in a chemical pulp mill | |
JP4788673B2 (en) | Plastic disassembly method | |
EP2344695A1 (en) | Bleaching method | |
CA2529228C (en) | A novel catalytic reactor process for the production of commercial grade pulp, native lignin and unicellular protein | |
Kisyelova et al. | Effect of the reactor configuration on the production of silver nanoparticles | |
CN113430853A (en) | Method and device for continuously preparing plant fiber paper pulp by using subcritical fluid | |
JP2014009276A (en) | Powdery cellulose | |
DE102007028539A1 (en) | Process for forming calcium carbonate in a pulp suspension | |
SE442880B (en) | PROCEDURE FOR DELIGNIFICATION / WHITING OF CELLULOSAMASSA WITH CHLORIDE Dioxide / CHLORINE IN THE SAME STEP | |
PL58111B1 (en) | ||
NZ568905A (en) | A novel catalytic reactor process for the production of commercial grade pulp, native lignin and unicellular protein |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Ref document number: 125991 Country of ref document: FI Kind code of ref document: B |