FI73752C - Foerfarande vid delignifierande blekning av cellulosamassa. - Google Patents

Description

! 73752

Sellun ligniiniä poistava valkaisumenetelmä Tämä keksintö koskee menetelmää valkaista sellua, joka on valmistettu kemiallisesti erityisesti alkalisesti 5 seiluttamalla. Esimerkkejä alkalisesti sellutetuista massoista ovat sulfaattimassa, polysulfidimassa ja sooda-massa. Käsitteeseen soodamassa sisältyvät massat, jotka on sellutettu natriumhydroksidi keittokemikaalina erilaisten lisäaineiden läsnäollessa. Esimerkkejä lisäaineista 10 ovat hapetuspelkistyskatalysaattorit, kuten antrakinoni. Keksintö sopii myös muihin kemiallisiin selluihin, esimerkiksi sulfiittimassaan.

Esikäsittelyä typpioksideilla on sitä seuraavaa lig-niininpoisuoa alkalisessa väliaineessa hapen tai perok-15 sidien läsnäollessa tai poissaollessa on aikaisemmin käytetty sellun valkaisun yhteydessä.

Clarke (Paper Trade Journal Tappi Sect. 118,62 (1944)) on havainnut, että sellusta voidaan poistaa ligniiniä osittain käsittelemällä typpidioksidilla vesisuspensiossa 20 1-1,5 tuntia 90°C:ssa ja uuttamalla sen jälkeen 90°C:ssa 30 minuuttia tai 50°C:ssa 60 minuuttia massan kuivapainosta lasketulla 7%:n massakonsentraatiolla sekä 2%

NaOH:a vastaavalla alkalipanoksella. Käsittely johtaa selluloosan erittäin voimakkaaseen hajomiseen, mikä heijastuu kä-25 sitellyn massan erittäin matalana viskositeettina verrattuna massaan,joka on saatu kloorauksella ja alkaliuutolla.

Bourit (FR-patentti 2 158 873) välttää depolymeroitu-misen poistamalla ligniiniä menetelmällä, joka käsittää tvppidioksidikäsittelyn alhaisessa lämpötilassa, edulli-30 sesti alle 20°C:ssa, ja pitkän aikaa, ja sen jälkeen alkali-uuton natriumhydroksidilla lievissä reaktio-olosuhteissa. Ligniininpoisto jää kuitenkin vähäiseksi ja menetelmällä saadaan kohtuullinen energiansäästö eikä mitään ratkaisua ajankohtaisiin ympäristönhoito-ongelmiin.

35 Kaksivaihemenetelmiä, jotka sisältävät esikäsittelyn 2 73752 TT- ---- typpidioksidilla ja sen jälkeen happivalkaisun natrium-hydroksidi vaikuttavana alkalina, on myös kuvattu.

Menetelmät mahdollistavat pitkälle viedyn ligniinin-poiston. Kemikaalikulutus on kuitenkin huomattava ja 5 on vaikeata ilman suuria kustannuksia samanaikaisesti saavuttaa pitkälle viety ligniininpoisto, massasta valmistetun paperin hyvät lujuusominaisuudet sekä korkea hiilihydraattisaanto.

Kohoavat energianhinnat ovat tehneet ajankohtai-10 seksi ongelman nykyisten energiaa vaativien ja vmoäristöä häiritsevien kemiallisen massan valkaisuprosessien korvaamisesta vähemmän energiaa kuluttavalla prosessilla, joka sitä paitsi mahdollistaisi kaiken tai ainakin valtaosan valkaisulaitoksesta saatavien jäteliemien polton 15 perinteisten keittolipeän polttoprosessien yhteydessä.

Massan happivalkaisua suoraan keiton jälkeen, jossa vaikuttavana alkalina on natriumhydroksidi, käytetään nykyään monissa sulfaattitehtaissa. Prosessi mahdollistaa valkaisulaitoksissa käytettävien kloori- ja natriumhydroksidi-20 määrien pienenemisen sekä palautuksen ja polton n.

puolelle valkaisulaitoksessa kaikkiaan vapautuvasta kuiva-ainemäärästä. Pitemmälle viedyllä happivalkaisulla saadaan aivan liian pitkälle menevä hiilihydraattien depoly-meroituminen sillä seurauksella, että massan paperiomi-25 naisuudet huononevat. Tärkeitä ongelmia on miten mahdollistaa pitemmälle viety ligniininpoisto käytettäessä pienempiä määriä klooria, natriumhydroksidia ja happea sekä vapautuvan aineen suuremman osan polttaminen.

Tämä keksintö ratkaisee nämä ongelmat ja koskee ve-30 den läsnäollessa tapahtuvaa ligniinipitoisen sellun valkaisumenetelmää, jossa massa aktivointivaiheessa käsitellään NC>2 ja (^sisältävällä kaasulla ja mahdollisesti typpihapolla, sekä vesi- ja/tai vesiliuospesun jälkeen saatetaan alkaliseen käsittelyyn hapen läsnäollessa, 35 jolloin aktivoitu massa lämpötilassa 90°-170°C, parhaiten 3 73752 105-160°, edullisesti 115-140°C sekä hapen osapaine keskimäärin 0-02, MPa käsitellään karboksyylihappojen neutra-]ointiaineella ensimmäisessä alkalisessa vaiheessa, El, mikä aine on karbonaattia, ennen kaikkea vetykarbonaattia 5 (HCO^ ) ja missä vaiheessa massan ligniinipitoisuus laskee niin, että massan kauppaluku vaiheen El jälkeen on 10-60%, parhaiten 20-50%, edullisesti 25-40% aktivointi-vaiheeseen menevän massan kauppaluvusta ja että suuri määrä hiilidioksidia vapautuu vaiheessa El ja poistuu kaasuna 10 ennen kuin massa viedään toiseen aikaiiseen vaiheeseen.

E2, jossa lämpötila pidetään 90-170°C:ssa, parhaiten 110-150°C:ssa edullisesti 120-140°C:ssa ja missä hapen osa- paine keskimäärin on 0,1-3 MPa, parhaiten 0,2-1,8 MPa, 2- edullisesti 0,3-1,0 MPa ja että karbonaatti (CO^ ) lisä-15 tään neutralointiaineeksi tämän vaiheen aikana ja/tai vaiheiden El ja E2 välillä sekä että vaiheen E2 aikana tai jälkeen ulos otettu lipeä käytetään kokonaan tai osittain neutralointiaineena vaiheessa El.

Alkaliset vaiheet voidaan suorittaa massansakeudella 20 2-50%, parhaiten 6-40%, edullisesti 8-35%. Erilaisia sakeuksia voi taloudellisesti käyttää vaiheissa El ja E2 ja näiden molempien vaiheiden eri vyöhykkeissä. Jos vaiheeseen El ei tarkoituksella johdeta happea sisältävää kaasua, tai sitä johdetaan vain pieni määrä, voidaan 25 tässä vaiheessa käyttää hyväksi tunnettua sellun lämpö- alkalointiin tarkoitettua laitteistoa. Kun happea sisältävää kaasua johdetaan vaiheeseen El, voi laitteisto olla sen tvyppinen, jota aikaisemmin ehdotettiin käytettäväksi happi-alkali-ligniininpoistossa (happivalkaisussa).

30 Sellaista laitteistoa voi käyttää myös vaiheen E2 suorittamiseen. Laitteisto vaihetta El varten varustetaan laitteilla hiilidioksidin poistamista varten joko jatkuvasti tai ajoittain. Poisjohdettavan hiilidioksidista, vesihöyrystä ja jätekaasusta koostuvan seoksen lämpö 4 73752 käytetään hyväksi lämmitykseen edullisesti valkaisu-laitoksessa.

Ne karbonaatit, jotka normaalisti lisätään prosessiin, ovat ennen kaikkea natriumkarbonaattia (Na2C0^).

Sen ohella voidaan lisätä pienehkö määrä natriumvetykarbo-naattia, jos sitä on käytettävissä, ja tämä voi johtaa parantuneeseen prosessin säätöön, tai sitä voidaan käyttää käyttökatkon jälkeiseen käynnistykseen. Sitä paitsi voidaan joukkoon lisätä magnesiumkarbonaattia, esimerkiksi muodossa MgCO^· Käsite karbonaatti sisältää koskiessaan prosessiliucsta sekä vetykarbonaatit että karbonaatit ahtaammassa merkityksessä ts. kahclenarvoisina ioneina, 2- ilmaistaan se kaavamerkinnällä CO^ . Käsitteeseen kuuluvat myös kompleksiyhdisteisiin kuuluvat karbonaatit.

Liuoksen tarkka analyysi voi joskus tuottaa vaikeuksia käytännössä- Prosessia voi kuitenkin taloudellisesti ohjata määräämällä titrattava emäs aikalisissä prosessiliuoksissa ja jäteliuoksissa. Titrattava emäs määritetään nopeasti titraamaila standardihapolla, esimerkiksi suolahapolla, pH 7:ään hiilidioksidin poiskeittä-misen aikana siten, että karbonaatti hajotetaan ilman että olennaista määrää karboksvylihapoista poistetaan tai että niihin vaikutetaan, esimerkiksi laktonisoidaan.

Käytettäessä suurta massansakeutta, esimerkiksi suurempaa kuin 20%, on yksinkertaisinta sekoittaa alkaliset liuokset massaan ennen kuin massa käsitellään vaiheessa El tai E2. Matalaa sakeutta tai keskikorkeaa sakeutta käytettäessä voidaan tätä menetelmää myös soveltaa, mutta tällöin sillä voi olla se hyöty, että sekoittuminen tapahtuu vähitellen itse reaktorissa tai jossain itse vaiheisiin kuuluvassa sekoituslaitteessa. Vähitellen tapahtuvan toimituksen avulla vähennetään muutoksia pH-arvossa prosessin aikana.

Se liuos, joka lisätään vaiheeseen El, sisältää 5 73752 2- paitsi vetykarbonaattia myös karbonaattia (CO-, ) . Karbo- O _ naatin (CI3* ) määrä mooleissa laskettuna on pienempi kuin vetykarbonaatin. Useimmiten on molaaristen konsen-craatioiden suhde CO^ / HCO^ pienempi kuin 0,2 edulli-5 sesti pienempi kuin 0,1. Vaiheessa El tapahtuvan käsittelyn aikana muutetaan olosuhteita voimakkaasti niin, että 2^ ....

C03 -konsentraatio pienenee ]a pääasiassa jaa pois vaiheen lopussa.

Natriumkarbonaattia voi kiinteänä lisätä vaiheeseen 10 E2 tai ennen sitä. Natriumkarbonaatti kiinteänä, otettuna talteen esimerkiksi sulfaattitehtaan tai natriumperus-taista menetelmää käyttäen sulfiittitehtaan sulatteesta tunnetulla tavalla on sopiva neutralointiaine keksinnön mukaiseen menetelmään. Talteenotto voi tapahtua myös niin, 15 että saadaan natriumkarbonaatin vesiliuos, kuten on asianlaita esimerkiksi n.k. Tampella-menetelmässä. Normaalisti palautetaan tietty määrä lipeää vaiheesta E2 tähän vaiheeseen joko suoraan tai edullisesti vaiheiden El ja E2 välille liitetyn pesuvaiheen tai puristukseen ja pesuun 20 yhdistetyn laimennusyaiheen kautta. Natriumkarbonaatti liuotetaan parhaiten tästä välivaiheesta saatuun jäte-liemeen tai suoraan vaiheesta E2 talteen otettuun jäte-liemeen. Vaiheiden El ja E2 välillä erotetaan tällöin jäte-liemi Elrstä puristamalla tai pesemällä tai yhdistetyllä 25 puristuksella ja pesulla. Pesunesteenä tai laimennusnesteenä käytetään ensisijaisesti E2:sta saatua jätelientä.

2-

Myös osa karbonaatista (CC>3 ) ja vetykarbonaatista pa lautetaan näin normaalisti vaiheeseen E2.

Jotta mahdollistetaan keksinnön mukaisen menetelmän 30 järkiperäinen toteutus, tulee vähintään 50 mooliprosenttia, parhaiten 60-100, edullisesti 70-95 mooliprosenttia vaihee-2— seen E2 CC>3 -muodossa vastalisätystä karbonaatista, ensisijaisesti Na9C0-. :sta, tässä vaiheessa vaihtaa vetvkarbo- z- 2- naatiksi (HC03 ). Vastalisätyn karbonaatin (C03 ) mää- 35 rällä tarkoitetaan kahdenarvoisen karbonaatin kokonaismäärää, josta on vähennetty se määrä, jota jälleenkierrä-tetään 1ipeäpalautuksen yhteydessä. Jotta mahdollistetaan pääasiassa puhtaan hapen pieni kulutus prosessissa, kontrol- __- πζ 6 73752 loidaan hiilidioksidipitoisuutta kaasufaasissa vaiheessa E2. Vastalisätyn karbonaatin määrä määrätään sellaiseksi, että korkeintaan 0,2 parhaiten 0,1 edullisesti korkeintaan 0,05 moolia hiilidioksidia menee kaasufaasiin tässä vai-5 heessa, laskettuna moolia kohti vastalisättyä karbonaattia <C032').

Happea sisältävä kaasu lisätään aina vaiheeseen E2, kun taas vaihe El voidaan toteuttaa ilman tarkoituksella lisättyä happea sisältävää kaasua, Parempana pidetyn suo-10 ritustavan mukaan lisätään vaiheeseen El ilmaa tai epäpuhdasta happea, jossa hapen osapaine on 20-90 % kokonais-kaasunpaineesta, joka tässä tapauksessa on mitattu näiden aineiden täydellisen kaasuuntumisen jälkeen analyysiä varten tehdyssä kokeessa. Esimerkiksi sopivasta kaasusta on 15 jätekaasu vaiheesta E2, aktivointivaiheesta tai toisesta valmistusmenetelmästä tai molekyyliseulamanetelmällä hapella rikastettu ilma. Myös puhdasta happea voidaan käyttää vaiheessa El ja se tuottaa ennen kaikkea sen hyödyn, että vesihöyryhäviötä hiilidioksidin poistamisen yhteydessä 20 voidaan pienentää yksinkertaisilla toimenpiteillä verrattuna siihen tapaukseen, jolloin happea on laimennettu esimerkiksi typellä tai hiilidioksidilla.

Vaiheeseen E2 lisätään normaalisti pääasiassa puhdasta happea, tavallisesti nestemäisen hapen kaasuuntu-25 essa saatavaa. Happea sisältävää kaasua, joka on vähemmän puhdasta, voidaan kuitenkin käyttää.

Alkalisen, happea sisältävän kaasukäsittelyn aikana vaiheessa E2 ja tässä tapauksessa vaiheessa El voidaan hapen osapaine pitää käytännöllisesti katsoen vakiona 30 asianomaisessa vaiheessa. Tämä voi tapahtua esimerkiksi kaasua lisäämällä tai reaktorissa olevaa kaasua kierrättämällä. Tapahtuu kuitenkin talouden ilmeinen yksinkertaistuminen ja parantuminen, jos osapainetta vaihdellaan happivaiheessa. Aiemmin annetut keskimääräiset hapen 35 osapaineet viittaavat korkeimman ja matalimman osapaineen 7 73752 artimeettiseen keskiarvoon sinä aikana, jolloin massa on kyseessä olevassa vaiheessa. Aika lasketaan siitä hetkestä, jolloin massa saatetaan kosketuksiin happea sisältävän kaasun kanssa. Happivaiheeseen ei lasketa vain 5 sitä reaktoria, jossa massa normaalisti on pääosan käsittelyä jasta, vaan tässä tapauksessa myös laitteet, esimerkiksi pumput, keskipakohienontimet ja emulgointilaitteet, tiiviiseen sekoittamiseen ja hapen liuottamiseen vesi-massaseok-sessa. Nämä laitteet voivat olla sen tyyppisiä, joita 10. on kuyattu ja osittain käytetty happivalkaisussa edullisesti matalalla ja keskikorkealla massansakeudella ja natriumhydroksidi vaikuttavana alkalina.

Vaiheessa El on tarkoituksenmukaista työskennellä suurella painegradientilla mitä tulee hapen osapainee-15 seen. Höyryhäviön minimoimiseksi vapaan hiilidioksidin poistumisen yhteydessä pidetään parempana pidetyn suoritus-menetelmän mukaan, hapen osapaine alhaisella tasolla, esimerkiksi 0,002^0,02 MPa:ssa. siinä vyöhykkeessä, jossa hiilidioksidi otetaan ulos ja poistuu vaiheesta. Tämä 20 vyöhyke voidaan taloudellisesti sijoittaa reaktorin sen pään läheisyyteen, josta massa syötetään sisään. Menetelmä tuo mukanaan vaiheen El järkiperäisen suorittamisen suurella massansakeudella, esimerkiksi 25-40 % tornissa, jonka läpi massa siirtyy omalla painollaan. Ulossyöttö tapahtuu 25 siis pohjalta. Pääosa happea sisältävästä kaasusta syötetään reaktorin alempaan puoliskoon ja hiilidioksidi otetaan ulos läheltä huippua ja mahdollisesti myös reaktorin muista vyöhykkeistä.

Selviä etuja lämpöteknillisessä suhteessa ja myös 30 mitä tulee toivomukseen minimoida hiilihydraattien depoly-meroituminen saadaan, jos vaihe El jaetaan kahteen tai useampaan osavaiheeseen siten, että jokaisessa osavaiheessa on kaasufaasissa kasvava hapen osapaine. Yksinkertaisuuden vuoksi ei massasta normaalisti poisteta nes-35 tettä vaiheiden aikana tai välillä. Kun käytetään matalaa - -- Tl · 8 73752 tai keskikorkeaa sakeutta, voidaan lisäykset, esimerkiksi vaikuttaavaa alkalia, tehdä vaiheiden aikana tai välillä yksinkertaisesti. Edut tulevat kuitenkin usein suuremmiksi, vaikka nestefaasi säilytetään kaikissa osavaiheissa.

5 Erityisen taloudellista on se, että ensimmäisessä osavaiheessa pannaan massa lämpöalkalikäsittelyyn ilman tarkoituksellista happea sisältävän kaasun lisäämistä ja sen jälkeen yhdessä ja/tai useammassa osavaiheessa käsitellään massa hape3, la.

10 Ligniiniä aktivoitaessa aktivointivaiheessa niin, että se syöpyy ja poistuu nopeammin aikalisissä vaiheissa on osoittautunut, että hiilihydraatit NC^/C^-käsit-telyssä jotenkin oassivoituvat hajoamista vastaan vaiheessa El, kaikissa tapauksissa, jos happea on läsnä, ja vaiheessa 15 E2. Ei ole selvitetty, mistä tämä ilmiö johtuu. On kui tenkin osoittautunut, että se vain pieneltä osin johtuu metalliepäpuhtauksien liukenemisesta, joka tapahtuu akti-vointivaiheen yhteydessä käsiteltäessä massaa tämän vaiheen happamalla jäteliemellä.

20 Aktivointivaiheessa lisätään typpidioksidia joko pääasiassa puhtaana ISK^ina tai se saa muodostua reaktorissa typpioksidin ja hapen lisäämisen jälkeen. Myös N02*.n ja NO:n seosta voidaan lisätä. Typpidioksidiksi (NO2) lasketaan myös dityppitetroksidi (^0^) ja muut polymeerimuodot.

25 Yksi mooli dityppitetroksidia lasketaan kahdeksi mooliksi typpidioksidia. Additiotuotteet joihin typpioksidi sisältyy, lasketaan samoin typpioksidiksi. Dityppitrioksidi (^0^) lasketaan siten yhdeksi mooliksi typpidioksidia ja yhdeksi mooliksi typpioksidia. Hapen additiotuotteet esiintyvät 30 luultavasti välituotteina.

Sekä typpidioksidia (N02) että typpidioksidia (NO) lisättäessä täytyy aktivointivaiheeseen johtaa tietty määrä happea. Happea sisältävä kaasu voi olla muodostunut ilmasta.

Jotta parhaat mahdolliset tulokset saadaan mahdol-35 lisimman yksinkertaisilla laitteilla on kuitenkin tarkoituksenmukaista, että happi johdetaan aktivointivaiheeseen pääasiassa puhtaana happikaasuna. Nestemäistä happea voi myös 73752 lisätä ja kaasuttaa, esimerkiksi vietäessä sisään siihen reaktoriin, jossa aktivointiprosessi suoritetaan. Pääasiassa puhdasta happea käytettäessä on kaasufaasissa matalampi ΧΌ -1- XC>2 -pitoisuus kuin käytettäessä ilmaa. Tähän 5 liittyy myös se, että vain pienehkö määrä ineretikaasua täytyy poistaa reaktorista ja mahdollisesti käsitellä jäänncskaasun tekemiseksi vaarattomaksi.

Aktivointivaiheeseen johdettu happimäärä määrätään lisättyjen typpioksidien määrän mukaan siten, että an-10 nostus lisättyä NC^-moolia kohti on vähintään 0,08, parhaiten 0,1-2,0, edullisesti 0,15-0,30 moolia 09.

Jos sen sijaan käytetään NO:a tai NO:n ja N02:n seosta, tapahtuu hapen annostus siten, että se on vähintään 0,60, parhaiten 0,65-3,0, edullisesti 0,70-0,85 moo-15 lia 0^ lisättyä NO^moolia kohti. Kun käytetään N0:a, annostus tapahtuu edullisesti annoksittain tai jatkuvasti siten, että happi lisätään annoksissa tai jatkuvasti ennen kuin N0:n lisääminen lopetetaan. Näin saadaan aikaan tasaisempi aktivoituminen kuin jos happi lisätään 20 vasta sitten, kun kaikki NO on sisällä reaktorissa, joka voi olla tehty joko panoksittain ajamista varten tai jatkuvaan toimintaan jatkuvalla syötöllä, liikkeellä ja jatkuvalla sellun ulossyö+-öllä sekä kaasujen lisäämisellä siihen. Lämpötila aktivoinnin aikana kohoaa normaalisti 25 30-120, parhaiten 40-100, edullisesti 50-90°C:een,

Aikaa 30-50°C:n aktivointilämpötilassa kuluu parhaiten 15-180 minuuttia, sekä 50-90°C:ssa 5-120 minuuttia ja korkeammassa lämpötilassa 1-1.0 mi.nuuttia, Massansakeus on 15-50??, parhaiten 20-45%, edullisesti 27-40%.

30 Lisättyjen typpioksidien määrä määrätään ligniini- pitoisuuden, toivotun ligniininpoistoasteen ja hiilihydraattien syöpymisen siedon mukaan. Monomeereina laskettuna on määrä normaalisti 0,1-4, parhaiten 0,3-2,5, edullisesti 0,5-1,5 kilomoolia 100 kg:a aktivointivaiheeseen 35 menevässä massassa olevaa ligniiniä kohti.

1° „ _ „ _ 73752

On osoittautunut, että tässä annetuista typpioksideista ja massan kyllästämisestä sopivan vahvuisella typpihapolla muodostettu yhdistelmä antaa aktivointi-vaikutuksen, joka ilmenee voimakkaasti parantuneena lig-5 niininpoistona alkalisten vaiheiden jälkeen. Sellainen on myös vaikutus, joka saadaan kyllästämisen jälkeen typpihapolla, joka sisältää 0,4 gmoolia HNO^ kiloa vettä kohti sekä 2% NO2, laskettuna massan kuivapainosta, suunnilleen sama, joka saavutetaan kaksinkertaisella NO^-10 määrällä, jos typpihappoa ei lisätä eikä palauteta, akti- vointivaiheeseen. Tämä on merkittävää, koska massan käsittelyllä typpihapolla, jonka konsentraatio on vallitsevalla alueella, ennen alkalista vaihetta ilman N02:n ja /tai lisäystä, ei ole mitään huomattavaa vaikutusta ligniinin-15 poistoon. Typpihapon konsentraatio sellussa ennen typpioksidien lisäystä on esimerkiksi 0,1-1, parhaiten 0,15-0,80, edullisesti 0,25-0,60 gmoolia kiloa kohti sellun ja veden seosta.

Massan kyllästäminen typpihapolla, jonka konsentraatio 20 kasvaa, kuten myös suurempi typpioksidilisävs, suurempi massansakeus, korkeampi lämpötila ja pitempi aika akti-vointivaiheessa myötävaikuttavat molemmat lisääntyneeseen aktivoitumiseen, t.s. pienempään ligniinipitoisuuteen alkalisten vaiheiden jälkeen, ja hiilihydraattien lisääntynee-25 seen cepolymeroitumiseen.itse aktivointivaiheen aikana sekä kasvaneeseen hiilihydraattihäviöön tämän vaiheen aikana. On siis ilmeistä, että kaikki nämä viisi parametriä tulee sovittaa toisiinsa niin, että saavutetaan optimaalinen tulos valmiiksi käsitellyn massan laadun, saan-30 non ja prosessin kustannusten suhteen, kuten myös ympäristövaikutuksen määrään. Näiden parametrien valinta vaikeutuu edelleenn hiilihydraattien passivoituessa ligniinin aktivointiprosessin vuoksi. Vaikutukset ovat sitä paitsi aivan erilaisia erityyppisillä massoilla, esimerkiksi sul-35 fiittimassoilla ja sulfaattimassoilla. Myös puulaji vaikuttaa. Mainittujen parametrien korkeat arvot vaikutta- 73752 vat enemmän lehtipuumassoihin kuin havupuumassoihin.

Suoritettujen kokeiden pohjalta on todettu, että hyvää aktivointia keksinnön mukaisessa menetelmässä ei ole voitu saavuttaa ilman tiettyä laskua massan juoksevuu-5 dessä tässä vaiheessa. Vähennyksen tulee olla vähintään 2% ja korkeintaan 35%, parhaiten 4-20, edullisesti 5-12 % verrattuna aktivointivaiheeseeii menevän massan juoksevuuteen. Vähennykseen vaikuttavat voimakkaasti kaikki viisi yllä mainittua parametria, ia luotettava 10 menetelmä, jota voidaan käyttää prosessin optimointiin, on yllättävää kyllä juoksevuuden laskun määrittäminen aktivointivaiheen aikana.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan vähentää hiilihydraattien depolymeroitumista lisäämällä magne-15 siumyhdisteitä siten, että sellaisia on läsnä aikaiisten vaiheiden aikana, erikoisesti vaiheen E2 aikana. Merkittävä vaikutus saadaan kuitenkin monilla massoilla jo vaiheessa El, huolimatta siitä, että pH-arvo tässä vaiheessa on niin matala, että vaikealiukoiset magnesium-20 yhdisteet eivät muodosta mitään saostumaa. Yleisen käsityksen mukaan ensisijainen vaikutus happivalkaisun yhteydessä lisätyillä magnesiumyhdisteillä on se, että rrtacnesiumhydroksidi saostuu ja pidättää sisäänsä haitallisia hivenmetalliyhdisteitä.

25 Esimerkkejä lisätyistä magnesiumyhdisteistä ovat liukoiset suolat, esimerkiksi sulfaatti, kompleksisuolat, esimerkiksi jäteliemessä läsnäolevat hydroksihapot, karbonaatti, oksidi ja hydroksidi.

Myös mangaanisuoloja voi käyttää suoja-aineena.

30 Sopivia sellaisia ovat kahdenarvoisen mangaanin suolat, esimerkiksi MnSO^, mutta myös kolmenarvoiset ja neljän-arvoiset yhdisteet kompleksien muodossa voivat tulla kysymykseen. Kun mangaanisuoloja lisätään, tulee pH-arvo vaiheessa E2 pitää niin matalana kuin mahdollista, ilman, 35 että hiilidioksidikehitys vaiheessa tulee häiritseväksi.

12 73752

Menetelmä tekee mahdolliseksi poikkeuksellisen pitkälle viedyn ligniininpoiston ilman kloorin ja klooria sisältävien valkaisuaineiden käyttöä, mikä merkitsee sitä, että lipeä voidaan polttaa yhdessä keittolipeän kanssa 5 tavallisissa soodakattiloissa.

Verrattuna menetelmään, jossa sellu kuten patenttia-hakevassa menetelmässä, aktivoidaan NC^rlla ja 02:11a, mutta jossa sitä seuraava alkalinen ligniininpoisto suoritetaan käyttämällä natriurahydroksidia, sisältää menetelmä 10 sen, että käyttämällä natriumhydroksidia, sisältää menetelmä sen,että saadaan osaksi alhaisemmat kemikaalikustan-nukset ja alhaisempi energiankulutus, osaksi korkeampi massan saanto. Monissa massatyypeissä saadaan sitä paitsi pienempi hiilihydraattien depolymeroituminen.

15 Keksinnön mukaisen menetelmän edut käyvät ilmi myös suoritusesimerkeistä.

Kuvassa 1 on virtauskaavio keksinnön mukaisen menetelmän edullisesta suoritustavasta.

Keksinnön mukaisen menetelmän edullinen suoritus-20 tapa kuvataan alla sovellettuna täysikokoisessa mittakaavassa viitaten kuvassa 1 olevaan virtauskaavioon.

Massa keittolaitoksesta viedään pesu]aitteeseen 1, jossa on vyöhykkeet 2,3,4 ja 5, jotka osittain menevät toistensa yli. Vaihtoehtoisesti voidaan pesuvyöhykkeet 25 sijoittaa erillisiin laitteisiin. Jos keitto suoritetaan vuokeittimessä, voidaan pesuvyöhykkeet taloudellisesti liittää keittimeen. Valkaisematon massa syötetään eteenpäin mainittujen pesuvyöhykkeiden läpi. Viimeisestä pesuvyöhykkeestä kuljetetaan massa johdon 6 läpi lipeän-30 erottimeen 7, jossa lipeä erotetaan massasta, esimerkiksi puristamalla, niin että massa saa sakeuden, joka on suurempi kuin massan sakeus, kun se lähtee keittimestä. Lipeänerottimesta 7 talteenotettu hapan jäteliemi kuljetetaan pois johtoa 8 pitkin ja käytetään massan pesuun 35 lähellä pesulaitteen ulossyöttöpäätä, esimerkiksi pesu-vyöhykkeessä 5. Johtoa 9 pitkin viedään massa akti-

II

13 73752 vointireaktoriin 10, jossa massa aktivoidaan kokonais-oaineella, joka esimerkiksi on vallitsevaa ilmakehän painetta pienempi 1-30%. Johon 11 läpi, joka on liitetty aktivointireaktoriin 10 lähelle sitä päätä, josta 5 massa syötetään sisään, lisätään NO ja/tai NC>2. C>2 lisätään johdon 12 läpi, joka on liitetty aktivointireaktoriin lähelle sitä päätä, josta massa syötetään ulos. Massan kuljetuksessa aktivointireaktorin 10 läpi nousee lämpötila jonkin verran massan kulkusuunnassa. Suhteellisen 10 kylmää happea syötettäessä laskee massan (ja ympäröivän kaasun) lämpötila aktivointireaktorin 10 ulossyöttö-päässä. Happilisäystä säädellään jatkuvien kaasufaasiana-lyysien avulla ja rekisteröimällä paine. Happilisäys johdon 12 läpi määrätään tässä niin, että NO:n ja /tai 15 N02:n pitoisuus reaktorin suulla nousee arvoon, jota voidaan pitää parempana sekä aktivointinäkökannalta että ympäristönäkökannalta. Aktivointireaktorista 10 viedään massa johdon 13 läpi pesulaitteeseen 14, jossa pesu ja/tai puristus tapahtuu. Pesulaite 14 voi esimerkiksi olla yh-20 tenä tai useampana pesupuristimena. Pesu jaetaan vyöhykkeisiin. Kuvan mukaan käytetään kolmea pesuvyöhykettä 15,16 ja 17. Pesuvyöhykkeiden lukumäärää voidaan pienentää kahteen, joissa vesipesu voi tapahtua tai voidaan lisätä neljään tai viiteen vyöhykkeeseen, joissa sovel-25 letaan vastavirtaperiaatetta.

Vesi tai hapan vesiliuos viedään pesuvyöhykkeeseen 15 johdon 18 läpi syrjäyttämään hapan jäteliemi akti-vointivaiheesta. Pesuvyöhykkeestä 15 talteen otettu neste viedään johdon 19 läpi pesuvyöhykkeeseen 4 pesulaitteessa 1. 30 Kun massa on kulkenut pesuvyöhykkeiden 16 ja 17 ohi, viedään se johdon 20 läpi ensimmäiseen alkaliseen vaiheeseen =E1, joka suoritetaan reaktorissa 21. I]ma ja/tai jätekaasu kauempana edessäpäin virtauskaaviossa seuraavasta toisesta alkalisesta vaiheesta =E2 viedään reaktoriin 21 35 johdon 22 läpi. Lämpöä lisätään massaan siten, että lämpötila esimerkiksi nousee 100°C:n yli. Muodostunut hiili- ____ . -- TT” 14 73752 dioksidi johdetaan pois reaktorista putken 23 läpi.

Sen jälkeen massa viedään johdon 24 läpi lipeän-erottimeen 25, joka esimerkiksi voidaan suorittaa puristamalla tai suodattamalla. Kun pesu ja/tai laimennus 5 tapahtuvat, lisätään lipeänerottimeen 25 jätelientä toisesta alkalisesta vaiheesta E2 johtojen 26 ja 27 läpi. Lipeänerottimesta 25 otettu alkalinen jäteliemi, joka sisältää hiukan HCQ^ia kuljetetaan johdon 28 läpi ja viedään vyöhykkeeseen 16 pesulaitteessa 14. Vyöhyk-10 keestä 16 otettu lipeä viedään johdon 29 läpi vyöhykkeeseen 3 pesulaitteessa 1.

Lipeänerottimesta 25 viedään massa laitteen 30 avulla toiseen alkaliseen vaiheeseen =E2, joka suoritetaan reaktorissa 31. Laite 30 on muodostettu parhaiten sekoitta- 15 jasta, jossa alkali- ja massa sekoitetaan. Johon 32 läoi 2- lisdtään alkali t.s, CO^ , esimerkiksi väkevöidyn liuoksen muodossa. Jos on tarpeellista, lisätään massaan lämpöä niin, että lämpötila nousee esimerkiksi yli 100°C:een. Johdon 33 läpi lisätään reaktoriin happea 20 niin, että hapen suhteen vallitsee ylipaine. Jotta vältyttäisiin inerttikaasun rikastumiselta (joka ensisijaisesti tulee massan mukana) ja hiilidioksidilta reaktorin 31 kaasufaasissa, poistetaan kaasutaasista pieni osavirta (ei esitetty kuvassa) ja viedään reak-25 toriin 21 johdon 22 läpi. Reaktorista 31 siirretään massa johdon 34 läpi lipeänerottimeen 35, jossa jäte-liemi toisesta alkalisesta vaiheesta =E2 erotetaan puristamalla ja/tai pesemällä. Tämä voi tapahtua esimerkiksi yhdellä tai useammalla pesupuristuksella. Massa lähtee 30 käsittelylaitteistosta johdon 36 läpi edelleen valkaisuun ja/tai esimerkiksi paperitehtaan käyttöön ja/tai jalostettavaksi myytäväksi massaksi. Erotettu jäteliemi lipeänerottimesta 35 otetaan ulos johtoa 26 pitkin ja kuljetetaan vyöhykkeeseen 17 pesulaitteessa 14. Vyöhyk-35 keestä 17 talteenotettu jäteliemi viedään johdon 37 läpi 15 73752 vyöhykkeeseen 2 pesulaitteessa. 1 ja käytetään siellä keittolipeän syrjäyttämiseen. Johdosta 26 voidaan ottaa osavirta ja viedä johdon 38 läpi ja sekoittaa massaan johdossa 20. Mahdollisuus jäteliemen suoraan 5 palautukseen toisesta alkalisesta vaiheesta =E2 takaisin samaan vaiheeseen on olemassa käyttämällä johtoja 26 ja 39.

Virtauskaayion tarpeettoman monimutkaistumisen •Välttämiseksi on esimerkiksi massan laimennus- ja huuhtelu johdot jätetty piirtämättä. Lipeänkuljetusta laitteen 10 sisällä pesuun ja lipeänerotukseen ei myöskään ole piirretty. Mitä tulee prosessiparametreihin esimerkiksi aktivointivaiheessa ja kahdessa alkalisessa vaiheessa viitataan keksinnön mukaisen menetelmän yleiseen kuvaukseen, joka esitetään otsikon ratkaisun alla. Mitä 15 tulee muutoksiin nyt kuvatussa virtauskaaviossa viitataan myös mainittuihin kohtiin tässä patenttihekemuksessa.

Keksinnön mukaisen menetelmän lisävalaisemiseksi selostetaan alla olevassa suoritusesimerkissä labora-toriokoetta, jossa teollinen menetelmä oa simuloitu.

20 Käytännöllisistä syistä on koe suoritettu jaksoittain, kun taas kuvassa 1 esitetty menetelmä liittyy massan jatkuvaan käsittelyyn. Alkaliset vaiheet on suoritettu keskikorkealla massansakeudella, joka osoittautui sopivimmaksi käytettävään laboratoriolaitteistoon.

25 Valkaisematon sulfaattimassa havupuusta, pääasi assa männystä, jolla oli kappaluku 32,6 ja juoksevuus 1226 dm'V kg pestiin jäteliemellä, joka oli otettu raiteen käsittelemällä massaa vedellä ja puristamalla aikaisemmin tehdystä saman valkaisemattoman massan NC^/C^-30 esikäsittelyistä. Pesu suoritettiin vastavirtaan.

Vastatuotu massa tuli näin kyllästettyä jäteliemellä, joka sisälsi aikaisemmissa N02/C>2-esikäsittelyssä muodostunutta typpihappoa. Kyllästämisen jälkeen vastatuotu massa puristettiin 30%:in kuivapainoon. Massaan jää-35 neen typpihapon konsentraatiota korjattiin siten, että __ - w ______ _________ 16 73752 se kohosi 0,38 mooliin HNO^ massan vesikiloa kohti.

Massa käsiteltiin asteittain pyörivässä aktivointi-reaktorissa, joka ennen N02:n lisäämistä oli tyhjennetty ja sen jälkeen lämmitetty 45°C:een. 5 minuutin aikana 5 lisättiin 2% N0n laskettuna massan kuivapainosta.

Happea laskettiin sen jälkeen sisään 3 minuutin ajan niin, että saavutettiin ilmakehän paine. Lämpötila nousi 50°C:een käsittelyn aikana, ja tämä lämpötila säilytettiin kunnes reaktioaika, laskettuna siitä het-10 kestä, jolloin N02:n lisääminen aloitettiin oli kokonaisuudessaan 60 min. Massa käsiteltiin sen jälkeen vastavirrassa, ensin aikaisemman a, aktivointivaiheesta saadulla jäteliemellä, puristettiin ja käsiteltiin lopuksi vedellä. Tästä saatiin typpihappoa sisältävä jä-15 teliemi, jota käytettiin käsittelemättömän massan kyllästämiseen .

Aktivointivaiheen jälkeen oli massan juoksevuus 3 1130. dm /kg. Kappaluku oli 29,7. Aktivoitu, vedellä pesty massa käsiteltiin jaksoittain ensimmäisen alkalisen 20 vaiheen (E1) jäteliemellä, jonka pH oli n. 8. Näin syrjäytettiin mukana seuraavaa yettä. Massa puristettiin ja kyllästettiin sen jälkeen toisen alkalisen vaiheen (E2) jäteliemellä, jota oli jatkettu magnesiumsulfaatilla. Kyllästäminen tapahtui niin, että massalle 25 annettiin 12%:n sakeus ja että massasuspensio sisälsi magnesiumyhdisteitä vastaten 0,3 % magnesiumia laskettuna massan kuivapainosta sekä titrattavan alkalimäärän vastaten 1,0 grammamoolia 1000 grammaa kohti kuivaksi-ajateltua käsittelemätöntä massaa.

30 Kyllästetty massa vietiin autoklaaviin, joka oli varustettu putkilla ja venttiileillä kaasutusta tai kaasun sisään viemistä varten. Autoklaavi oli varustettu termostaatilla ja sitä pyöritettiin niin, että kaasu-faasin ja massasuspension välillä säilyi tiivis kosketus.

35 Massaa käsiteltiin puolen tunnin ajan 130°C:ssa ilman hapen läsnäolon El:n ensimmäisen osavaiheen aikana.

17 73752

Hiilidioksidin ja vesihöyryn kaasuuntuminen tapahtui käsittelyäjän puolivälissä ja tämän käsittelyn lopussa.

Sen jälkeen autoklaaviin lisättiin paineilman niin, että hapen alkupaine oli 0,06 ja loppupaine 0,02 MPa, 5 mitattuna käsittelylämpötilassa, joka oli 130°c myös tässä osavaiheessa. Käsittelyaika oli puoli tuntia tässä Ξ1:η toisessa osavaiheessa. Hiilidioksidi ja vesihöyry kaasuuntuivat käsittelyajan puolivälissä ja käsittelyn lopussa. Kappaluku oli vaiheen El jälkeen las-10 kenut 12,5:een ja juoksevuus 1.110 dm /kg:iin.

Jäteliemi vaiheesta El suodatettiin pois ja puristettiin pois niin, että massansakeus oli 36 %. Yksinkertaisuuden vuoksi käytettiin koko poispuristettu 1ipeämäärä veden syrjäyttämiseen yllä esitetyllä ta-15 valla. (Teknillisessä prosessissa ja erityisesti jatkuvassa prosessissa voidaan osa El:stä taiteenotetusta lipeämäärästä parhaiten palauttaa vaiheeseen El ennen kaikkea nostamaan kuiva-ainepitoisuutta tässä jäte-liemessä. Monien lipeäliuosten palautustyövaihe on 20 ku;tenkin vaikea suorittaa laboratoriossa, Massasaannon määritykset vaikeutuvat, tai tulevat epävarmoiksi, jos palautusta tapahtuu kaikissa vaiheissa. Samoin vaarannetaan myös saannonmäärityksen tarkkuus laboratoriokokeissa otettaessa massasta näytteitä analyysiä varten 25 ennen kuin koko prosessi on päättynyt.) Puristettu massa käsitellään natriumkarbonaattia (Na2CO^) sisältävällä liuoksella, joka on saatu siten, että E2:n jäteliemeen liuotetaan kiteinen natriumkarbonaatti, joka on valmistettu jäähdyttämällä sulfaattiselluloosatehtaan viherlipeää.

30 Massansakeus laskee 12%:iin tämän liuoksen sekoittamisen jälkeen. Natriumkarbonaatin lisäys oli 0,6 grammamoolia 1000 g kohti kuivaksiajateltua, käsittelemätöntä massaa, joka vastaa 1,2 grammamoolia titrattavaa alkalia.

Massa palautettiin autoklaaviin ja saatettiin 35 happikäsittelyn alaiseksi (E2) 130°C:ssa tunnin ajan hapen osapaineen ollessa keskimäärin 0,6 MPa. Jäteliemi _______— TEL _ 18 73752 tästä vaiheesta otettiin talteen puristamalla ja pesemällä ja kävtettiin yllä esitetyllä tavalla. Saadu]la massalla oli kappaluku 7,0 ja juoksevuus 970 dm /kg. Massasaanto laskettuna alkuperäisen massan kuivapainosta oii 94,5%.

5 Esimerkki osoittaa, että hakemuksen kohteena olevan menetelmän mukaan voidaan kohtuullisesti selluloosaa hajottamalla valmistaa massa, jolla on erinomaisen matala kappaluku. Massasaanto on korkeampi kuin se saanto, joka on saavutettu samassa aktivointiprosessissa käyttämällä 10 natriumhydroksidia, seuravissa aikalisissä käsittelyissä.

Menetelmä mahdollistaa alkalin käytön, joka saadaan takaisin keittolipeän (mustalipeäj ja hakemuksen kohteena olevalla menetelmällä saadun jäteliemen oheispoltolla.

Menetelmä on energiaa säästävä eikä vaadi laitteita 15 absorboimaan hiilidioksidia käytetystä hapesta. Hapen tarve on alhainen verrattuna muihin prosesseihin, joska antavat korkean sellusaannon matalalla kappaluvulla.

Kuusipuusta valmistettu valkaisematon sulfaatti-massa, jolla oli kappaluku 30,3 ja juoksevuus 1248 dm^ 20 aktivoidaan samoin kuin esimerkissä 1 paitsi, että massansakeus kohosi 35%:iin ja lämpötila aktivointivai-heessa oienenei 3°C:lla.

Aktivointivaiheen jälkeen oli massan juoksevuus 3 1140 dm /kg. Kappaluku oli 28,0. Massa käsiteltiin samoin 25 kuin esimerkissä 1 sillä poikkeuksella, että ensimmäinen alkalinen vaihe, El suoritettiin 18%:n massansakeudella ja että käsittely tässä vaiheessa kokonaan suoritettiin ilman happea sisältävän kaasun lisäystä sekä että lämpötila tässä vaiheessa nousi 135°C:een. Hiilidioksidi kaa-30 suuntui 15,30,45 ja 60 minuutin viipymisen jälkeen tässä Vaiheessa,

Kappaluku vaiheen El jälkeen oli 13,3 ja juoksevuus 1150 dm~/kg.

Massa vaiheesta El käsiteltiin edelleen samoin kuin 3*5 esimerkissä 1, Paadu li a massalla oli kappaluku 6,5 ja juoksevuus 960 dr.t /kg. Massasaanto li 93,8%.

Esimerkki osoittaa, että happea sisältävää kaasua täytyy lisätä vain vaiheessa E2. Hapen jättäminen pois 19 73752 vaiheesta El aiheuttaa massasaannon pienenemistä jonkin verran. Vähennys on kuitenkin pieni. Verrattuna esimerkkiin 1 on esimerkillä 2 se etu, että laitteisto yksinkertaistuu ja kaasuuntuneen hiilidioksidin 1ämpösisällön 5 hyväksikäyttö helpottuu.

Claims (10)

1. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen E2 aikana ja/tai sen jälkeen ulos otettu jäteliemi käytetään hyväksi pesussa, esimerkiksi ^ jäteliemen syrjäyttämiseen vaiheesta E1 ja/tai laimennukseen vaiheen E", jälkeen, jota seuraa lipeänerotus, esimerkiksi puristamalla ennen kuin jäteliemi E2:sta käytetään hyväksi neutralointiaineena vaiheessa E1 . 73752 a
2. 3. Patenttivaatimusten 1-2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vähintään 50 moo]iprosenttia, parhaiten 60-100, edullisesti 70—95 mooliprosenttia vaiheeseen E? vastalisätystä karbonaatista muodossa >-
3. 5 C03" tässä vaiheessa muutetaan vetykarbonaatiksi (HCO^ ).
4. 4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että karbonaatin (CO~,z ) lisäys o vaiheeseen E2 määrätään siten, että korkeintaan 0,2, parhaiten 0,1, edullisesti korkeintaan 0,05 kilomoolia 10 hiilidioksidia kaasuuntuu tässä vauhoessa, laskettuna 2- kilomoolia Kohti vastalisättvä karbonaattia (CO^ ).
5. 5. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ilma tai epäpuhdas happi, jossa hapen osapaine vastaa 20-90%:a, edullisesti 15 30—50%:a kokonaiskaasunpaineesta, viedään vaiheeseen El.
6. 6. Patenttivaatimusten 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihe El jaetaan kahteen tai useampaan osayaiheeseen kaasufaasin avulla, jossa on kasvava hapen osapaine jokaista osavaihetta kohti.
7. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisessä osavaiheessa ei tapahdu tarkoituksellista happea sisältävän kaasun lisäämistä.
8. 8. Patenttivaatimusten 1-7 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että prosessiin vasta!isätyn 2- karbonaatin (CO^ ) määrä nousee 4-50, parhaiten 5-30, edullisesti 3-20 kilomooliin 1000 kg kohti aktivointi-vaiheeseen tuotua ligniiniä.
9. 9. Patenttivaatimusten 1-8 mukainen menetelmä, 30 tunne t t u siitä, että massan typpihappopitoisuus ennen aktivointia, kuten typpioksidien lisäys, massan sakeus, lämpötila ja aika aktivointivaiheessa määrätään siten, että massan juoksevuus tässä vaiheessa pienenee 35 2—35, parhaiten 4-20, edullisesti 5-12%. _ TT" 22 73752
10. 10. Fa _er '.tivaatimusten 1-9 mukainen menetelmä, t u unet : u -.1 itä, että magnesiumyhdisteitä lisätään suoja-aineiksi, jotka vähentävät hii]ihvdraattien depoly-merci torni s tr. a] k o ] isessa käs i. ttolvssä . 23 7 3 7 5 2