FI73754B - Foerfarande vid beredning av kok-kemikalier foer cellulosaframstaellning. - Google Patents

Description

1 73754

Menetelmä valmistaa keitto-kemikalioita selluloosavalmistukseen - Förfarande vid beredning av kok-kemikalier för cellulosaframställning.

Tämän keksinnön kohteena on menetelmä kalkin pesemiseksi ja ei-toivottujen aineiden poistamiseksi selluloosatehtaista, esimerkiksi valmistettaessa sulfaattiselluloosaa. Erityisesti menetelmä soveltuu tehtaisiin, joissa käytetään kiinteitä runsas-tuhkaisia polttoaineita kalkin polttamiseksi tai joissa kuitu-raaka-aine sisältää suuria mineraalipitoisuuksia.

Valmistettaessa selluloosaa nk. sulfaattimenetelmän mukaan keitetään puuhake keittolipeällä, jonka vaikuttavina aineosina ovat natriumhydroksidi (NaOH) ja natriumsulfidi (Na2S). Nämä hapettuvat keitettäessä karbonaateiksi tai sulfaateiksi. I.isäksi keitettäessä noin 50 % puusta liukenee, ennen kaikkea ligniinit ja hemiselluloosa, mutta myöskin puussa olevat mineraalit.

Lipeän lämpösisältö käytetään hyväksi haihduttimessa, väkevöimi-sen jälkeen soodakattilassa, jossa lipeä poltetaan.

Natriumsuolojen tuhkasulate juoksee soodakattilasta sulatteen liuottimeen, jossa se liukenee laimeaan lipeään. Tällöin muodostuneesta soodalipeästä erotetaan kiinteät osaset (epäpuhtaudet) tavallisesti selkeyttämällä nk. soodalipeänselvittimessä.

Sitten soodalipeä käytetään poltetun kalkin sammuttamiseen, jota lisätään ylimäärä niin kutsuttuun sammuttimeen. Siinä tapahtuu myöskin kalkkihiukkasten erotus, jotka eivät saa suspendoitua soodalipeään, vaan ne laskeutuvat pohjalle ja poistetaan.

Sammutettaessa muodostuu kalsiumhydroksidia (Ca(0H)2), joka natriumkarbonaatin (Nsoodalipeä) kanssa muodostaa natrium-hydroksidia (NaOH, keittolipeä) ja kalsiumkarbonaattia (CaCO^, meesa). Tätä reaktiota nimitetään yleisesti kaustisoimiseksi.

Jotta tasapaino natriumkarbonaatin ja poltetun kalkin välisessä reaktiossa asettuisi itsestään, tarvitaan tietty aika, minkä 2 73754 vuoksi reaktion annetaan tapahtua kalkinsammutusastiassa ja kaustisoiir.isastiassa noin 1-1$ tunnissa aina 2 tuntiin saakka.

Lipeä ja kalsiunkarbonaatti, meesa erotetaan reaktion jälkeen, mikä tapahtuu valkolipeänkirkastimessa tai suodattamalla. Lipeä varastoidaan meesan erotuksen jälkeen ja pumpataan sen vuoksi säiliöihin, joista se myöhemmin annostellaan keittoa varten.

Meesa menee edelleen uudelleenkaustisointiin, jolloin kalkin jäljellä olevan ylimäärän annetaan reagoida soodalipeän kanssa. Tällöin saadaan laimeaa lipeää, joka käytetään tuhkasulatteen aikaisemmin mainitussa liuotuksessa.

Meesasta poistetaan vesi tyhjösuodattimissa, jotka kohottavat kuivapitoisuuden välille 60 ja 70 % ja meesa pestään suodattimis-sa vedolla, ennen sen kuljettamista meesauunin takapäähän (kylmä).

Meesa kuivataan uunissa ja poltetaan kalkiksi, jolloin kehittyy vesihöyryä ja hiilidioksidia. Kuumennusta varten öljy tai kaasu poltetaan tavallisesti poltinta käyttäen välittömästi uunissa.

Reaktiot soodakattilassa: .. pelk. atmosfääri .. -Λ

Na2S04 ^ ___> Na2S + 202

Reaktio sammuttimessa ja kaustisoimisastiassa:

CaO(s) + «20 (-· ->) Ca(0H)2(s)

Ca(OH)2(s) + C032- > CaC03(s)+20H~

Reaktio meesauunissa: 1ooo°c

CaC°3(S) (<=^) CaO(s) + C02(s) 3 73754

Nykyään ei-toivottuja yhdisteitä tulee käsitellyn kalkin mukana puuhun (pyöröouu- hyvin lajiteltu hake) ja prosessiveteen. Tehtaissa, jotka käyttävät hyväksi yksivuotisia kasveja (ruoho, kaisla, olki, bagassi), bambu tai sellaisia puulajeja, jotka sisältävät suuria määriä ei-toivottuja yhdisteitä, keittokemi-kaaleja voidaan käyttää vaikeasti uudelleen, joten ne hylätään.

Kiinteiden polttoaineiden poltto on tullut ajankohtaiseksi meesauuneissa, liittyen korkeisiin energian hintoihin ja puun kokonaan hyväksikäyttöön. Puun kokonaan hyväksikäyttö on tuonut mukanaan myöskin hakkeen laadun huononemisen, ts. ei-toivottujen yhdisteiden määrä on kasvanut. Käytettäessä kiinteitä polttoaineita ja/tai koko puusta valmistettua haketta meesauunissa syntyy samantapaisia ongelmia kuin käytettäessä yksivuotisia kasveja jne.

Ei-toivotut yhdisteet, kuten Si-, AI-, Mn-, Fe- ja P-suolat rikastuvat kaikissa menetelmän vaiheissa, riippuen järjestelmän loppuasteesta.

Pitoisuudet kasvavat siksi, kunnes järjestelmän tasapino on saavutettu. Tavallisesti ei ole olemassa muita poistokohtia kuin selluloosan, soodalipeäliejun ja kalkkimurskan yhteydessä.

Ei-toivottujen yhdisteiden rikastuminen tuo tullessaan useita ongelmia: - Ennenkaikkea natriumaluminiumsilikaattien lisääntynyt karstoit-tumistaipumus lämmönsiirtopinnoille, esimerkiksi haihduttimessa, soodakattilassa ja keittokattilassa. Alumiinipitoisuus on kontrolloitava tekijä natriumaluminiumsilikaattien saostuessa.

- Lisääntyneet kerrostumat putkissa ja laitteissa pienillä virtausnopeuksilla, johtuen lähinnä meesan huonoista sedimen-toitumis- ja suodatusominaisuuksista.

- Lisääntynyt energian kulutus, toisaalta siksi, että inerttiset aineet, esim. kalkki, täytyy kuumentaa turhan tähden, toisaalta siksi, että meesasuodoksen kuivapitoisuas on laskenut edellä esitetyn mukaan.

4 73754 - Laitoksen huono kapasiteetti edellä esitetyn vaikutuksen johdosta .

Poltettua kalkkia sammutettaessa annostetaan tarpeellinen määrä karbonaattiliuosta {soodalipeää) yksinomaan sammuttimeen tai vaihtoehtoisesti useina virtoina esim. kaustisoimiseen ja/tai uudelleenkaustisoimiseen.

Sammutettaessa vapautuu suuria energiamääriä. Nopean reaktion saamiseksi vaaditaan, että lämpötila on välillä 90 - 100°C. Nykyään käytetyllä tekniikalla sammutus on vaikeasti ohjattavissa. Liian alhainen lämpötila antaa huonon sammutuksen ja siten huonontuneen tehon. Liian korkea lämpötila (energian kehitys) aikaansaa sen, että sammuttimessa oleva neste kiehuu yli ja syntyy vaikeita patoamisongelmia kalkin annostuksessa. Eräs yritys käytönnöllisistä ongelmista selviytymiseksi, jotka ohjaamaton sammuts tuo mukanaan, on tehty siten, että sammutin on saatettu paineen alaiseksi ja rakennettu suljetuksi järjestelmäksi.

Tämä keksintö aikaansaa ratkaisun edellä mainittuihin ongelmiin.

Keksinnön kohteena on menetelmä, jota ennenkaikkea voidaan soveltaa tehtaissa, joissa kiinteää polttoainetta, kuten kuorta, puuta, haketta, turvetta ja kivihiiltä käytetään meesauunissa ja/tai joissa kuitu- ja kemikaaliraaka-aineet sisältävät suuria pitoisuuksia ei-toivottuja aineita. Tällaisia raaka-aineita voivat olla puun kokonaiskäytöstä saatu hake, kalkkikivi, vesi, bagassi, bambu, kaislat, olki ja sen tapaiset. Poltettaessa edellä mainittuja polttoaineita meesauunissa kalkkiin joutuu tuhkaan kuuluvia ei-toivottuja aineita, kuten Si, Ai, Mg, Μη, P y.m.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on ominaista, että poltettu kalkki sammutetaan erillisessä menetelmävaiheessa vesiliuoksessa, jolloin muodostuu kalsiumhydroksidin suspensio vesiliuoksessa. Sen jälkeen vesiliuoksesta erotetaan näin muodostunut kalkki-maito, ennenkuin kaustisoiminen tapahtuu lisäämällä natrium-karbonaattia. Vesiliuoksena voi olla puhdas vesi, pesutornineste, 5 73754 puhdistettu kondensaatti, ulkalinen vesj tai muu prosessivesi. Tarvittaessa aikalisuutta voidaan säätää pienellä lisäyksellä esim. NaOK, vaikolipeää, Na2C0^ tai soodalipeää. Molemmille viimeksi mainituille sopii, että Na2C0^ saatetaan reagoimaan CaO;n kanssa, jolloin se muodostaa riittävästi NaOH, pH-arvon saattamiseksi halutulle tasolle, ts. 12 - 15.

Oheisissa piirrustuksissa kuv. 1 havainnollistaa aikaisemmin tunnettua ja edellä selostettua prosessia, kun taas kuv. 2 esittää keksinnön mukaista menetelmää.

Osaset, jotka sedimentoituvat kalkkia sammutettaessa, kovaksi poltettu kalkki, uunin muurauksesta ja kalkin käsittelystä peräisin olevat kivet poistetaan sammuttimesta kaapimilla tai sen tapaisilla. Sen jälkeen homogeeninen suspensio johdetaan keksinnön mukaan erotusvaiheeseen, jonka sopivimmin muodostaa suodatin, mutta sen voi muodostaa myöskin sedimentoimislaite tai molempien yhdistelmä. Tällöin erotetaan vesiliuoksen ylimäärä kalsiumhydroksidista, joka sen jälkeen pestään puhtaalla vedellä (vaihtoeht. puhdistetulla thetaan kondensaatilla). Pesuvetenä voidaan käytää myöskin aikalisiä liuoksia tai Na2C02~liuosta pK-arvon säätämiseksi. Näin sammutettu ja pesty kalkki annostetaan yhdessä soodalipeän kanssa kaustisoimiseen. Voimakkaasti aikalinen vesiliuos kierrätetään kokonaan tai osittain takaisin sammuttimeen tai lasketaan tehtaan viemäriin tai veden käsittelyyn. Suurella paluukierrätyksellä vaaditaan, että vesiliuos puhdistuu liukenemattomista aineista, ennenkuin se palaa sammuttimeen. Puhdistusprosessien esimerkkiin kuuluu pH-arvon alentaminen ja sen jälkeen saostuneen aineen erotus linkoamalla, suodatus, sedementoiminen tai erotus sykloneissa. Sopivimmin vesiliuosta johdetaan ylimäärin erityisesti pesuveden muodossa ja liuenneiden kemikaalien poisto tapahtuu, ennekuin jäljellä oleva vesiliuos paluukierrätetään.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä on tullut esiin useita etuja verrattuna aikaisemmin käytettyyn tekniikkaan. Niinpä on todettu, että useat poltetussa kalkissa olevat ei-toivotut aineet . _ ____- -- li..

6 73754 esiintyvät sellaisessa muodossa (sellaisina yhdisteinä), että ne suureksi osaksi liukenevat tässä ehdotetussa sammutusmene-telmässä. Erityisesti arvokkaat yhdisteet Al:n ja Si:n kanssa voidaan poistaa ja vältetään NaAl-silikaattien karstaantuminen mustalipeän karstaantuessa. Myöskin muita hivenaineita voidaan poistaa ja tällä tavalla vältetään niiden rikastuminen tehtaan lipeä- ja kalkkikiertoon. Yllättäen on myöskin todettu, että valkolipeän/laimean lipeän CaCo^ (meesa) sedimentoitumis- ja suodatusominaisuudet paranevat. Tämä aikaansaa sen, että valko-lipeän kirkastuminen tehostuu ja että meesa voidaan pestä ja kuivata paremmin. Meesan suurempi kuivapitoisuus aikaansaa pienentyneen polttoaineen kulutuksen meesauunissa. Lisäksi sammutuksen ohjaus helpottuu, niin että voidaan ylläpitää muuttumaton lämpötila ja siten suurin mahdollinen kapasiteetti ilman liika-keittoa. Siten paremman säädön ansiosta myöskin olosuhteet kaustisoitaessa voidaan pitää muuttumattomina optimaalisilla tasoilla, mikä antaa mahdollisimman korkean saannon ja laadun.

Esimerkki

Eräässä tehtaassa käytettiin öljyn sijasta polttoaineena kuori-jauhetta meesauunissa. Kuorijauheen tuhkapitoisuus oli noin 3 %. Tuhka koostui useista epäorgaanisista aineista. Esimerkiksi siinä oli piin ja alumiinin pitoisuuksia 14 vast. 12,2 g/kg tuhkaa. Lisäksi meesavirtaan johdettiin käsiteltyä kalkkia ennen meesan polttamista. Käsitelty kalkki sisälsi 1,3 g Al/kg ja 1,4 g Si/kg.

Aikaisemmin käytetyllä sammutusmenetelmällä rikastettiin lipeä-ja meesakierrossa olevat alumiini, pii ja muut ei-toivotut kemikaalit. Verrattuna öljyn polttoon meesauunissa valkolipeän esimerkiksi alumiini- ja piipitoisuus kasvoi arvosta 20 vast.

90 arvoon 180 vast. 220. Tässä ehdotetun menetelmän toteuttamisen jälkeen (ks. kuv. 2) valkolipeässä mitattiin pitoisuudet 20 mg/1 valkolipeää ja 70 mg pii/1 valkolipeää. Meesauunissa poltettiin 23,3 tonnia meesaa/h (Th = 69 %) ja 0,04 tonnia käsiteltyä kalkkia/h, jolloin saatiin 9 tonnia poltettua kalkkia.

7 73754

Polttoon tarvittiin 3,6 tonnia kuorta/h. Poltettu kalkki kuljetettiin myllyn kautta sammuttimeen, jossa kalkki sekoitettiin kalkkimaitosuodattimesta saadun suodoksen (70 m^/h) kanssa voimakkaasti sekoittaen. Tällöin kalkki sammui lämpöä kehittäen ja kalkkijyväset jauhennettiin hienoksi liejuksi. Kalkkimurska ts. jyväset, joita ei jauhennettu, ("perkipoltettu" kalkki, kivet jne.) laskeutuivat sammuttimessa ja kuljetettiin pois kolakuljettimella. Tämä määrä oli noin 0,030 tonnia. Viipymis-aika sammuttimessa oli 15 min. Sammuttimesta kalkkimaito, (sammutettu kalkki ja neste) jonka lämpötila oli noin 100°C, kuljetettiin kalkkimaitosuodattimeen, jona oli rumpusuodatin läpimitaltaan 2,5 m ja pituudeltaan 4 m ja jossa sammutettu kalkki suodatettiin nesteestä sekä kuivattiin tyhjössä. Kalkki pestiin suodattimessa vesiliuoksella (14 m /h), joka sisälsi 1 osan NaOH ja 10 osaa puhdasta vettä. Suodattimesta kuljetettiin kalkki, jonka kuivapitoisuus oli 70 %, kuljetushihnalla kaustisoimis-yksikköön, johon lisättiin soodalipeä. Rumpusuodattimesta saatu 3 suodos (75 m /h) pumpattiin lämmönvaihtimen läpi, jossa pesunesteet lämpenivät lämpötilaan 95°C, minkä jälkeen suodos jaet- 3 tiin. Toinen virta oli 5 m /h ja sai mennä viemäriin, toinen 3 virta (70 m /h) sammuttimeen.

Nävtteenottotilaisuudessa saatiin seuraava tulos: AI Si tuhka kuoresta 14000 mg/kg 12200 mg/kg poltettu kalkki 2000 ” 2500 " kalkkimaidon nesteosa 364 mg/1 320 mg/1 kalkkimaidon kiinteä osa 1240 mg/kg 1574 mg/kg suodos suodattimesta 305 mg/1 264 mg/1 _____— - - · Il 8 73754

Vertailu öljyn, kuoren ja kuoren polton uudella menetelmäosalla välillä näyttää seuraavaa: kuoren poltto uudella mene- kuoren telmäosalla poltto öljy polttoaineen menekki GJ/tonnia kalkkia 7,9 8,2 7,7 kuivapitoisuus meesasuodattimen 68-70 60-65 68-70 jälkeen % kalkin reaktiivisuus sekunteja, maksimilämpötilan saavutta- 90 100 180

miseksi, jos tietty määrä kaikkia lisätään tiettyyn määrään vettä, ^onka lämpötila on 85 C

inertisten aineiden määrä kalkissa % 1 2,5 1,5 liejupitoisuus selkeytetyssä valkolipeässä mg/m 80-120 700-1000 150-200

Claims (7)

9 73754

1. Menetelmä valmistettaessa keittokemikaaleja selluloosan valmistusta varten, jossa menetelmässä meesauunista saatu poltettu kalkki sammutetaan ja sen jälkeen sammutettu kalkki sekoitetaan soodalipeän (natriumkarbonaatti) kanssa, joka kaustisoidaan valkolipeäksi, tunnettu siitä, että kalkki sammutetaan erillisessä menetelmävaiheessa vesiliuoksessa je että siten muodostettu kalkkimaito (CafOH^) sen jälkeen erotetaan vesiliuoksesta ennen kaustisoimista.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesiliuoksen pH-arvo on välillä 12 ja 15.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesiliuoksesta erotettu kalkkimaito pestään vedellä ennen kaustisoimista.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesiliuoksesta erotettu kalkkimaito pestään alkali-sella vesiliuoksella ennen kaustisoimista.

5. Patenttivaatimuksen 1 ja 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalkkimaidon erotusvaiheesta saatu vesiliuos ja vesiliuos kierrätetään uudelleen sammuttimeen.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että uudelleen kierrätetty vesiliuos puhdistetaan hapon lisäyksellä alempaan pH-arvoon ja että saostettu aine erotetaan liuoksesta.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila sammutettaessa pidetään välillä 60° ja 120°C vesiliuoksen jäähdytyksellä tai lämmityksellä.