FI66032C - Foerfarande vid delignifiering av cellulosamassa - Google Patents

Description

1 6-5032

Menetelmä delignifioitaessa selluloosamassaa Tämä keksintö koskee menetelmää delignifioitaessa selluloosamassaa emäksellä hapen, otsonin, ilman tai niiden seoksen läsnäollessa. Erityisesti keksintö koskee kemial-5 lisesti keitetyn selluloosamassan sisältämän ligniinin liuentamista happikaasun ja natriumhydroksidiliuoksen avulla.

Nykyisin lähes kaikki happikäsittelylaitokset toimivat ns. korkeassa sakeudessa eli alueella 22 - 33 % ja reaktorit 10 ovat kaasufaasireaktoreita. Paine on alueella 5-7 baria ja lämpötila 100 - 125°C. Alkalia ja happea annostellaan keskimäärin n. 1 kg kutakin pudotettavaa kappavksikköä kohti, siis jos kappareduktio on n. 17 yksikköä, merkitsee se 17 kg happi- ja valkolipeäannostusta. Suoja-aineiden 15 (.Mg-yhdisteitä) käyttö tämän tyyppisissä laitoksissa on välttämätöntä massalle haitallisten reaktioiden välttämiseksi .

Viime aikoina ollaan kuitenkin siirtymässä happivalkaisun suorittamisessa ns. keskisakeusprosessiin, jolloin sakeus-20 alue on B - 15 ί. Reaktorit ovat tällöin yleensä alhaalta ylöspäin toimivia eikä niissä ole vapaita kaasutiloja. Keskisakeusprosessin olosuhteet ovatmuuten samat lajin korkea-sakeusprosessissakin. Tällaisissa reaktoreissa on pienemmät mahdollisuudet massaa tuhoaviin reaktioihin, koska esim. 25 paikallisia ylikuumenemispisteitä ei synny ollenkaan massassa johtuen alhaisemmasta sakeudesta, mikä merkitsee kuitujen ympärillä runsaampaa liuosmäärää, joka sitoo reaktiolämpöä tehokkaasti.

Koska selluloosamassat kuitenkin sisältävät raskas-30 metalleja, kuten mangaania ja rautaa, jotka katalysoivat haitallisia reaktioita,on hyvä käyttää suoja-aineita (Mg-yhdisteitä).

On tunnettua, että kun selluloosamassaa hapetetaan aikalisissä oloissa, niin samalla tapahtuu hiilihydraattien 35 pilkkoutumista ja selluloosan polymerisaatioasteen alenemista. Tätä pilkkoutumista edistävät (katalysoivat) tun- . _ rr 66032 netusti massan .ja veden sisältämät raskasmetallikationit,, kuten esim. mangaani, koboltti, rauta, nikkeli ja kupari.

Tätä haittavaikutusta on torjuttu yleisesti hanni-valkaisua toteutettaessa lisäämällä suoja-aineeksi eri lal-5 siä magnesiumsuoloja valkaisuvaiheeseen menevään massaa-, esim. välittömästi ennen alkalin lisäystä. On myös ehdotettu magnesiumsuolojen ja orgaanisten kompleksin rnuodor·-tajien samanaikaista lisäystä hapoivalkaistavaan massaan, jotta saataisiin magnesium jakaantumaan tasaisemmin 10 alkaliseen massaan.

Magnesiumsuolojen suojavaikutus on kuitenkin rajoitettu varsinkin inaktiivisten raskasmetallikatalysaatto-reiden länsäollessa. Lisäksi .Mg ei ole toivottu eik:" ilman haittavaikutuksia alkalisuolojen talteenottoprosessi-15 kierrossa.

Nyt on yllättäen todettu, että magnesiumsuoloja ja/tai -kompleksin muodostajia ei tarvita happikäsitte-lyssä,mikäli hiilihydraattien oilkkoutumista katalysoivien raskasmetalli-ionien pääsy happikäsittelyvn estetään.

20 Tämän keksinnön mukaiselle menetelmälle on nääasial- lisesti tunnusomaista se, että ennen deliomi^iointia suoritetaan massalle esikäsittely aminopolykarboksyvlihappojen suoloilla, esimerkiksi dietyleenitriamiinipentaetikkahanon tai etyleenidiamiinitetraetikkahapon Na-suoloilla ja että 25 delignifiointi suoritetaan käyttämättä suoja-aineena rir- vhdisteitä.

Aminopolykarboksyylihappojen, kuten dietyleenitri-amiinipentaetikkahapon (DTPA) tai etyleenidiamiinitetra-etikkahapon natriumsuolat reagoivat metalli-ionien kanssa 30 ja muodostavat niiden kanssa pysyviä ja liukoisia komniek-seja. Näin haitalliset metallit voidaan poistaa massasta ennen hanpivaihetta eikä ole tarpeen käyttää lainkaan Mg-vhdis-teitä suoja-aineena.

Keksinnön mukaan esikäsittely voidaan suorittaa mas-35 san pesussa, laj ittelussa tai erillisessä esikäsittel ’/vaiheessa ennen happivaihetta.

Sakeuden tulee olla mielellään alhainen, °, 5 - 5 " jolloin kuidut ovat kauttaaltaan nesteen ympäröimiä.

t 3 6 '5032 Tällöin esikäsittelykemikaalit, dietyleenitriamiinipenta-etikkahapon (DTPA:n) tai etyleenidiamiinitetraetikkahapon (EDTA:n) natriumsuolat reagoivat nopeasti sitoen raskasmetallit, jotka myöhemmässä vaiheessa pestään massasulpus-5 ta pois.

Käsittelykemikaalien määrä vaihtelee suurissa rajoissa, riippuen massan, vesien ja käytettvjen kemikaalien sisältämistä raskasmetallimääristä. Yleensä annos vaihtelee 0,05 - 0,5 paino-$ välillä.

10 Käsittelylämpötila määräytyy lähinnä muiden prosessi- lämpötilojen mukaan, mutta kun kyseessä on korkeasakeus-happivalkaisu, ollaan alueella 70 - 85°C, ja vastaaavasti keskisakeushappivalkaisussa alueella 80 - 98 C.

Esikäsittelyaika on riippuvainen pääasiassa sakeudes-15 ta ja lämpötilasta siten, että alhainen sakeus ja korkea lämpötila ovat edullisia viiveen kannalta.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä selluloosamassan keiton jälkeen jäteliuos voidaan erottaa ensin massasta tavalliseen tapaan syrjäytyspesulla. Ennen viimeistä 20 pesusuodinta laimeaan sulppuun, jonka sakeus voi olla 0,5-5 % lisätään kompleksin muodostajaa, esim. DTPA:n natriumsuolaliuosta esimerkiksi 0,1 - 0,5 % massan määrästä. Sulpun lämpötila voi tällöin olla pesusysteemissä normaali, esim. 70 - 95°C, ja vaikutusaika esim. 3 - 15 min. 25 Tämän jälkeen käsittelyliuos suodatetaan pois sulpusta tai se voidaan myös syrjäyttää itse happivalkaisuvaiheen jälkeen erotetulla liuoksella. Liuos voidaan myös puristaa selluloosamassasta, jos happivalkaisu tapahtuu yli 20 %:n sakeudessa. Näin käsiteltyyn massaan lisätään alkali 30 ja sekoitetaan happikaasua tunnetulla tavalla.

Esimerkki Käsiteltiin valkaisematonta sulfaattimassaa, jonka kappaluku oli 40 ja viskositeetti 1200 m^/kg, seuraavasti:.

Koe 0. Suoritettiin massalle happikäsittely 105°C:n 35 lämpötilassa, 60 min ajalla, 2,5 %-n NaOH annoksella, 10 #:n " 66032 sakeudessa sekä 6 barin paineessa ja näin saatua tulosta kutsuttiin O-kokeeksi.

Koe 1. Vertailukoe suoritettiin käyttäen suoja-aineena MgSO^j · 7H20:ta, jota annosteltiin 0,5 % massasta, 5 muuten happikäsittely kuin edellä.

Koe 2. Kolmas·massa esikäsiteltiin lisäämällä siihen 0,2 % DTPA:n Na-suolaa, 95°C lämpötilassa, 15 minuutin ajan, sakeudessa 3 % ja käsittelyn jälkeen sulppu pestiin sekä happivalkaistiin koe 0:n mukaisesti.

10 Yllä mainittujen lisäksi tehtiin kokeille 1 ja 2 täy sin samanlaiset käsittelyt, mutta massat sisälsivät 3>5 % jätelipeän kuiva-ainetta. Koetta 1 vastaa koe 3 ja koetta 2 koe 4.

15 Taulukko

Kappa Viskositeetti (m^/kg)

Valkaisematon 40 1200 0-koe 22,0 938 20 Koe 1 24,8 1001

Koe 2 22,9 1031

Koe 3 22,5 971

Koe 4 22,6 994 25 Kokeen tuloksista ilmenee, että Mg-yhdisteiden käyttö parantaa happi-alkalidelignifioidun massan viskositeettia, mutta vieläkin parempaan tulokseen päästiin DTPA-esikäsit-telyllä. Lisäksi on huomattava jätelipeän vaikutus, joka päinvastoin esim. suomalaisen patentin no 59273 väittämiä 3Q alensi viskositeettia. Tästä johtuen massan tulee olla mahdollisimman puhdasta ennen kuin se johdetaan happi-alkalidelignif igaatioon.

1;

Claims (12)

1. 5 60032
2. 1. Menetelmä delignifioitaessa selluloosamassaa emäksellä hapen, otsonin, ilman tai niiden seoksen läsnäollessa, tunnettu siitä, että ennen delig-5 nifiointia suoritetaan massalle esikäsittely aminopoly-karboksyylihappojen suoloilla, esimerkiksi dietyleeni-triamiinipentaetikkahapon tai etyleenidiamiinitetraetikka-hapon Na-suoloilla ja että delignifiointi suoritetaan käyttämättä suoja-aineena Mg-yhdisteitä.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massa on pesty ja/tai puristettu ennen happi-alkalidelignifiointia sisältäen keitosta peräisin olevaa kuiva-ainetta korkeintaan 3,5 % massatonnille. 15 3- Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esikäsittely kestää 2-30 min, sopivimmin 5 - 10 min.
4. 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esikäsittelysakeus on 20 0,5 - 3 %t sopivimmin 2 - 5 %.
5. 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esikäsittelyssä käytetään lämpötiloja 60 - 100°C, edullisimmin 80 - 95°C.
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen mene- 25 telmä, tunnettu siitä, että aminopolykarboksyylihap-pojen suoloja annostellaan esikäsittelyyn 0,05 - 0,5 %» sopivimmin 0,10 - 0,30 % massatonnille.
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esikäsittelyn jälkeen 30 pestään tai puristetaan massasta siihen annostellut kemikaalit sekä niihin sitoutuneet kationit yhdessä tai useammassa vaiheessa ennen happi-alkalidelignifiointia.
8. 3. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esikäsittely suori- 35 tetaan massan lajittelussa ennen happi-alkalidelignifiointia. — Γ 6 66032
9. 9· Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä., että esikäsittely suoritetaan massan ns. vastavirtapesussa siten, että esikäsit-telykemikaalit lisätään pesuliuoksen joukkoon.
10. 10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että happivalkaisua edeltää sekä seuraa massan pesu ja/tai puristus.
11. 11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massan pesussa käytettä- 10 vä puhdas tai lauhdevesi tuodaan vain viimeiselle.pesurille happi-alkalidelignifioinnin jälkeen, josta muodostuvat suo-dokset pumpataan aina edellisen pesu- ja/tai puristusvaiheen pesuvesiksi.
12. 12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen mene-15 telmä, t unnettu siitä, että massan happialkali- delignifiointi suoritetaan 10 - 18 %:n sakeudessa, 30 -110°C:n lämpötilassa, 2-6 barin keskimääräisessä paineessa sekä 20 - 120 minuutin reaktioajalla. 7 66032