FI75614B - Aotervinningsprocess foer oeverbelastningskraft. - Google Patents

Description

1 75614

Kraf tyl ikuormi tus tai teenottomene telinä

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä kraftmustali-peän käsittelyä varten. Tarkemmin sanottuna keksintö kohdistuu mustalipeän käsittelymenetelmään, jolla talteenottolaitoksen suolakakun talteenottotehoa voidaan suurentaa.

Kraftmassan keittoon puuhakkeena olevasta lignoselluloosa-aineesta kuuluu tavallisesti selluloosa-aineen sideaineena toimivan ligniinin reaktio ja liuotus alkalisella nesteellä (valkolipeällä). Tämä sideaineen liuotus vapauttaa kuidut, jotka erotetaan jäännöskeittonesteestä, joka tunnetaan alalla mustalipeänä. Mustalipeä, joka sisältää keittokemikaalista peräisin olevia epäorgaanisia yhdisteitä yhdessä liuenneiden puuainesten kanssa, väkevöidään ensin haihduttamalla ja syötetään sitten talteenottouuniin, jossa puuainekset palavat, jolloin kehittyy lämpöä, kun taas epäorgaanisille aineosille suoritetaan pelkistysvaihe uunissa. Uunista tulevaa epäorgaanista jäännöstä kutsutaan sulatteeksi. Kraftmassan keitosta saatu sulate sisältää kalsinoitua soodaa (natriumkarbonaattia) ja natriumsulfidia.

Krafttalteenottouunit edustavat tavallisesti huomattavaa pääomansijoitusta kiinteällä teholla. Sen tähden on olemassa vain harvoja toteutuskelpoisia vaihtoehtoja massankeittokemi-kaalien talteenottamiseksi krafttehtaassa, joka haluaa suurentaa tuotantotehoaan ja jossa talteenottouuni käy enimmäis-teholla.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on sen tähden menetelmä, joka mahdollistaa epäorgaanisten aineiden talteenottotehon suurennuksen kraftuuneissa, jotka jo toimivat suurimmalla tehollaan.

7561 4

Esillä olevan keksinnön kohteena on kraftylikuormitustalteen-ottomenetelmä kraftmassan keitosta saadun mustalipeän talteenottamiseksi krafttalteenottojärjestelmässä, jossa on krafttalteenottouuni. Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu vaiheista, joissa (a) mustalipeän ensimmäinen osa syötetään uuniin, (b) mustalipeän toinen osa hapotetaan rikkihapon käsittävällä hapolla, niin että oleellisesti koko toisen osan sisältämä ligniini tehdään liukenemattomaksi ja muodostuu natriumsul- faattia, (c) liukenematon ligniini erotetaan hapotetun toisen osan jäännöksestä, joka sisältää orgaanisia ja epäorgaanisia aineosia, (d) ainakin natriumsulfaatin sisältävä mainittu epäorgaaninen aineosa syötetään huipputeholla toimivaan krafttalteenotto-järjestelmään.

Ainoa kuvio (kuvio 1) esittää esillä olevan keksinnön edullisen suoritusmuodon kaaviollisen vuokaavion.

Keksintö tarjoaa siis menetelmän, jolla käsitellään mustali-peää, joka on lignoselluloosa-ainetta keittävän kraftprosessin tuote. Menetelmä mahdollistaa ligniinin (ja mahdollisesti sokerihappojen) talteenoton ja epäorgaanisten aineiden talteenoton mustalipeästä suurempina määrinä kuin mitä kiinteä-tehöisella krafttalteenottojärjestelmällä voidaan ottaa talteen.

Karkeasti tämä menetelmä, jolla suurennetaan jo suurimmalla teholla toimivan krafttalteenottojärjestelmän talteenottotehoa, käsittää mustalipeän ensimmäisen osan syötön krafttalteenotto-järjestelmään, joka siis toimii suurimmalla teholla, mustalipeän toisen osan hapotuksen rikkihappoa sisältävällä hapolla, niin että oleellisesti koko toisen osan sisältämä ligniini tehdään liukenemattomaksi ja oleellisesti kaikki sen sisältämät

II

3 75614 natriumainekset muutetaan natriumsulfaatiksi. Tämä liukenematon ligniini erotetaan sitten hapotetusta toisesta osasta ja ainakin toisen osan epäorgaaninen aineosa syötetään krafttal-teenottoj ärj estelmään.

Kraftmassan keitosta saadulla mustalipeällä on yleensä pH välillä 11-13 (tyypillisesti 12), ja se sisältää natriumkarbonaattia ja natriumsulfaattia, natriumsulfidia ja orgaanisia natriumsuoloja. Ennen mustalipeän jatkokäsittelyä sulfidi tulisi hapettaa puhaltamalla ilmaa lipeän läpi.

Ensimmäisessä suoritusmuodossa väkevöity mustalipeä, jonka kiintoainepitoisuus tavallisesti on ainakin noin 40 %, tyypillisemmin noin 50 %, jäähdytetään alle 50 °C:n lämpötilaan, edullisesti välille noin 5-40 °C. Tämä voidaan tehdä tavanomaisella lämmönvaihtolaitteella. Jäähdytetty ja väkevöity mustalipeä sekoitetaan rikkihappoa sisältävään höyryyn, jolloin seoksen pH pidetään arvossa enintään noin 5, edullisesti alle 4,5. Tässä vaiheessa käytetty rikkihappoa sisältävä kylpy voi olla krafttehtaan valkaisulaitokseen liittyvästä klooridioksidigeneraattorista tuleva poistoaine (joka sisältää natriumsulfaattia ja rikkihappoa) tai se voi olla tavanomainen teollista laatua oleva rikkihappo. Tämä pH:n pienennys tekee ligniinistä liukenemattoman sekä muuttaa mustalipeän sokeri-happosuolat vastaaviksi sokerihapoiksi samoinkuin muuttaa natriumainekset natriumsulfaatiksi. Hapotuksen aikana tapahtuu myös samanlaisia muutoksia, kuten natriumasetaatin muutos etikkahapoksi. Hiilidioksidi ja mahdollisesti jonkin verran rikkivetyä, joita muodostuu hapotuksen aikana, poistetaan kaasunpoistovaiheen aikana, esim. pienentämällä mustalipeän päällä vallitsevaa painetta. Kaasupoistovaiheen aikana muodostuneet kaasut voidaan johtaa kaasupesurin läpi, syöttää uuniin tai sentapaiseen.

Hapotettu lipeä, josta kaasut on poistettu, kuumennetaan sitten lämpötilaan yli 60 °C, edullisesti noin 90 °C, 4 75614 mahdollisesti johtamalla höyryä tai edullisemmin käyttämällä mustalipeään upotettuja höyrykierukoita. Kuumennuksen tarkoituksena on koaguloida (tai sulattaa) ligniini, joka pyrkii kohoamaan pinnalle siihen sen sulamisen aikana jääneen kaasun ja väkevöidyn mustalipeän suuren tiheyden takia. Koaguloitu ligniini erotetaan helposti mustalipeän jäännöksestä kuorimalla mustalipeän pinta tai dekantoimalla mustalipeä. Näin saadulle ligniinille voidaan haluttaessa suorittaa kemiallinen jatkokäsittely tai sitä voidaan käyttää polttoaineena esim. tavanomaisessa kattilassa, leijukerroksissa ja sentapaisissa.

Sulaneen ligniininerotuksen jälkeen ennen jäännösmustalipeän syöttöä krafttalteenottouuniin natriumhydroksidia tulisi lisätä jäännösmustalipeään sen sisältämän liikahapon neutra-loimiseksi, jos mustalipeän jäännösalkali on tähän tarkoitukseen riittämätön. Vaihtoehtoisesti tämä jäännöslipeä, joka sisältää natriumsulfaattia (vedetön) ja orgaanisia aineita mukaan lukien sokerihapposuoloja), jäähdytetään sitten noin 0 °:seen käyttämällä painekiertojäähdytyslaitetta, jolloin vedetön natriumsulfaatti hydratoituu imien huomattavia määriä kiteytysvettä ympäröivästä liuoksesta, jolloin yksi mooli vedetöntä natriumsulfaattia imee kymmenen moolia vettä. Tämä prosessi, jossa natriumsulfaatti hydratoidaan glaubersuoloiksi, pienentää vapaata vettä jäännösmustalipeästä jättäen jälkeensä sokerihappoja, jotka ovat nestemäisiä ja jotka niin ollen voidaan erottaa esim. suodattamalla, linkoamalla jne. kiteisistä glaubersuoloista. Monikattilaisen haihduttimen läpikulkua seuraavaa mustalipeän väkevöintiä ja rikkihapon väkevyyttä tulisi edullisesti säätää, jotta varmistetaan, että vedettömän natriumsulfaatin väkevöinti jäännöslipeässä on sellainen, että glaubersuolojen muodostus jättää orgaaniset hapot ja sokerihapot oleellisen vapaiksi vedestä.

Hydratoitu natriumsulfaatti voidaan sitten sekoittaa tavalliseen väkevöityyn mustalipeään esim. pyörresekoittimessa, ennenkuin tämä mustalipeä syötetään talteenottouuniin. Tämä

II

5 7561 4 eliminoi suolakakkutäydennyksen, joka on tarpeen ylikuormitetusta talteenottoprosessista aiheutuvan mustalipeähäviön takia. Koska väkevöityyn mustalipeään lisätyt epäorgaaniset aineet oleellisesti käsittävät natriumsulfaattia, niiden pelkistys käyttökelpoiseksi keittokemikaaliksi voidaan helposti suorittaa krafttalteenottouunissa.

Esillä olevan keksinnön toisessa suoritusmuodossa kraftmassan keitosta tulevan väkevöimättömän mustalipeän lämpötila säädetään ensin noin 57-65 °C:seen, minkä jälkeen se hapotetaan rikkihapon käsittävällä hapolla pH-arvoon alle noin 5, mutta edullisesti alle noin 4,5, niin että sen sisältämä ligniini tulee liukenemattomaksi ja sen sisältämät natriumainekset muuttuvat natriumsulfaatiksi. Hapotettu mustalipeä pidetään lämpötilassa välillä noin 57-65 °C ligniinihiukkasten agglomeroimi-seksi kokoon, joka helpottaa erotusta ilman, että suodatin tukkeutuu. Agglomeroitu ligniini erotetaan sitten mustalipeä-jäännöksestä esim. suodattamalla, linkoamalla jne. Ligniinin poiston jälkeen mustalipeäjäännös voidaan neutraloida orgaanisten haihtuvien happojen häviön estämiseksi seuraavassa väkevöintivaiheessa. Sen jälkeen se väkevöidään, hapotetaan uudelleen ja jäähdytetään, niin että muodostuu glaubersuola-kiteitä, jotka voidaan erottaa sokerihapoista ja/tai sokerihapposuoloista, ennenkuin suolakakku syötetään uuniin, kuten kuvattiin edellisen suoritusmuodon yhteydessä. Vaihtoehtoisesti mustalipeäjäännös voidaan ligniinin poiston jälkeen neutraloida natriumhydroksidilla tai mahdollisesti sekoittamalla se riittävästi jäännösalkalia sisältävään mustalipeään ennen talteenottojärjestelmään syöttöä.

Tarkasteltaessa nyt ainoata kuviota (kuvio 1), joka esittää esillä olevan keksinnön ensimmäistä suoritusmuotoa, havaitaan, että mustalipeä väkevöidään monikattilaisessa haihduttimessa 10 ainakin noin 40 %:n kiintoainepitoisuuteen (edullisesti noin 50 %)kiintoainetta). Väkevöity mustalipeä jäähdytetään 6 75614 sitten esim. lännönvaihtolaitteen 14 avullä noin 40 °C:n tai sitä alempaan lämpötilaan. Jäähdytetty mustalipeä lisätään happokylpyyn 18, jossa sen pH alennetaan alle noin 3,5. Rikkihappoa sisältävä kylpy saadaan tässä tapauksessa edullisesti klooridioksidigene-raattorin nestemäisestä poistoaineesta (joka sisältää natrium-sulfaattia) . Hiilidioksidi ja mahdollisesti jonkin verran rikkivetyä, joita kehittyy, erotetaan hapotetusta nesteestä kaasunpoistovaiheessa 22, johdetaan mahdollisesti kaasupesu-reihin, minkä jälkeen neste, josta kaasut on poistettu kuumennetaan 24 noin 60 °C:sta ylittävään lämpötilaan, edullisesti nesteeseen upotetuilla höyrykierukoilla. Tässä kehittynyt kaasu voidaan sen jälkeen johtaa kaasupesurin läpi, viedä uuniin jne. Liukenematon ligniini, joka sulaa tämän kuumennuksen vaikutuksesta, erotetaan seuraavassa vaiheessa 28 dekantoimalla ja sentapaisella. Dekantoitu neste jäähdytetään noin 0 °C:seen (painekiertojäähdytyslaitteilla 30), natrium-sulfaatti, jonka on annettu hydratoitua, huuhtelee oleellisesti koko veden, ja hydratoitu natriumsulfaatti (glaubersuola) erotetaan esim. suodattamalla 36 jäljellä jääneistä orgaanisista ja sokerihapoista. Näin saatuja sokerihappoja voidaan käyttää millä tahansa sopivalla tavalla, mahdollisesti polttamalla ne tavanomaisessa uunissa. Hydratoitu natriumsulfaatti voidaan sekoittaa väkevöityyn mustalipeään sekoittimessa 40, ennenkuin se syötetään krafttalteenottouuniin. Vaihtoehtoisesti mikäli väkevöity mustalipeä, joka syötetään kraft-talteenottouuniin, sattuisi sisältämään jäämäalkalia, joka riittää neutraloimaan dekantoidun nesteen, hapan dekantoitu neste voidaan suoraan neutraloida sekoittimessa 40 (kuten kuvion 1 katkoviiva esittää) väkevöidyllä mustalipeällä, ohittamalla välijäähdytys- ja erotusvaiheet 32 ja 36. Natriumsulfaattia saadaan pelkistettynä kraftuunista, ja sitä voidaan käyttää lignoselluloosa-aineen jatkokeitossa.

Kuten edellä esitetystä on käynyt selville, tämä prosessi suurentaa tehokkaasti krafttalteenottouunin epäorgaanisen aineen talteenottotehoa ilman sen suuruisia pääomakustannuksia, joita tavallisesti esiintyisi. Mustan lipeän

II

7 7561 4 sisältämien orgaanisten aineiden talteenottoteho suurenee myös, kun ligniini otetaan talteen sen kemiallisen tai polttoainearvon takia ja/tai kun sokerihappokomponentit mahdollisesti otetaan talteen. Ligniini ja/tai sokerit voidaan polttaa normaalisti käytetyssä kuorenpolttolaitteis-tossa tai sentapaisessa.

Muutoksia voidaan tehdä edellä esitetyssä poikkeamatta keksinnön ajatuksesta, sellaisena kuin se on määritelty oheisissa patenttivaatimuksissa.

Claims (16)

1. Kraftylikuormitustalteenottomenetelmä kraftmassan keitosta saadun mustalipeän talteenottamiseksi krafttalteenottojärjestelmästä, jossa on krafttalteenottouuni, tunnettu vaiheista, joissa (a) mustalipeän ensimmäinen osa syötetään uuniin, (b) mustalipeän toisen osan väkevyys säädetään ainakin noin 40 %:n kiintoainepitoisuuteen ja tämä toinen osa hapotetaan rikkihapon käsittävällä hapolla, niin että lämpötilassa yli 57°C muodostuu mustalipeän toisen osan yläosaan liukenematon koaguloitu kerros, joka sisältää olennaisesti koko toisen osan sisältämän ligniinin ja niin että muodostuu natriumsulfaattia, (c) hapotetun toisen osan jäännöksen yläosassa oleva liukenematon koaguloitu ligniinikerros erotetaan, joka hapotetun toisen osan jäännös sisältää orgaanisia ja epäorgaanisia aineosia, (d) ainakin natriumsulfaatin käsittävä epäorgaaninen aineosa syötetään huipputeholla toimivaan krafttalteenottojärjestelmään.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen osa jäähdytetään noin 5-50°C:seen ennen hapo-tusta.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapotus pienentää mainitun osan pH:n enintään arvoon 4,5.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunne ttu siitä, että hapotetun toisen osan lämpötila kohotetaan ainakin noin 60°C:seen ennen liukenemattoman ligniinin erotusta.

5. Patenttivaatimuksen 2 tai 4 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että ligniini erotetaan mainitusta toisen osan jäännöksestä dekantoimalla. Il 9 75614

6. Patenttivaatimuksen 2 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisen osan mainittu jäännös jäähdytetään natriumsulfaatin hydratoimiseksi ja kiteyttämiseksi ennen epäorgaanisen aineosan syöttöä krafttalteenottojärjes-telmään.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että hapotetun toisen osan mainittu jäännös neutraloidaan ennen epäorgaanisen aineosan syöttöä kraft-talteenottojärjestelmään.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että hapotetun toisen osan neutralointi suoritetaan sekoittamalla hapotettu toinen osa mainittuun ensimmäiseen osaan, joka sisältää riittävästi alkalia neutralointia varten.

8 75614

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että natriumhydroksidin lisäys hapotettuun toiseen osaan johtaa neutralointiin.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että toisen osan lämpötila säädetään välille noin 57-65 °C ennen ligniinin erotusta.

11. Patenttivaatimuksen 1 tai 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen osa hapotetaan pH-arvoon enintään 4,5.

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että liukenemattoman ligniinin erotus suoritetaan dekantoimalla, suodattamalla ja linkoamalla.

13. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että hapotetun toisen osan mainittu jäännös väkevöidään ja jäähdytetään natriumsulfaatin hydratoimiseksi ja kiteyttämiseksi ennen epäorgaanisen aineosan syöttöä krafttalteenottojärjestelmään. 10 7561 4

14. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotettu ligniini syötetään tavanomaiseen kattilaan sen lämpöarvon talteenottoa varten.

15. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotettu ligniini poltetaan leijukerroksessa.

16. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että hapotetun toisen osan mainittu jäännös neutraloidaan ennen toisen osan epäorgaanisen aineosan syöttöä krafttalteenottouuniin. Il 11 7561 4