FI78745C - Pumpning och foeraedling av saogspaon. - Google Patents

Description

1 78745

Sahanpurujen pumppaus ja jalostus

Keksintö koskee laitteistoa massan valmistamiseksi sahanpuruista, joka laitteisto käsittää: laitteen, joka vie 5 sahanpurut nesteeseen lietteen saamiseksi; pumpun; keittimen; johdon; joka yhdistää pumpun ja keittimen ja jossa on venttiili; ja johdossa olevan lämmittimen, joka saa aikaan pumpusta keittimeen pumpatun lietteen lämmityksen. Lisäksi keksintö koskee menetelmää sahanpurujen käsittelemiseksi 10 sekoittamalla sahanpurut nesteeseen lietteen saamiseksi, jonka kiintoainesakeus on n. 10-25 %.

Kaikkialla maailmassa on paljon alueita, joilla huomattava määrä sahanpuruja yms. selluloosajäännöksiä on käytettävissä paperimassan tuotantoa varten. Vaikka tällaista 15 raaka-ainetta voidaan hyödyntää tehokkaasti paperimassan tuottamiseksi tunnettua teknologia käyttäen, on tunnettu teknologia kallis, hankala ja erittäin vähän, joustava. Esimerkiksi eräs tyypillinen käsittelyjärjestelmä, jota voidaan käyttää kemiallisen massan valmistamiseksi sahanpu-20 ruista, on esitelty US-patentissa 3 475 271 ja sen eräs kaupallinen muunnos on esitelty esitteessä nimeltä "Kamyr-sahanpurujärjestelmät ylittävät 500 000 tonnin rajan vuodessa". Nämä järjestelmät sisältävät kalliin höyryvaihe-syöttimen ja niissä ylläpidetään olennaisen atmosfäärinen 25 höyryvaihe keitinastian yläpäässä.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kehittää menetelmä ja laite, joissa ei tarvita tunnetuissa sahanpurujen käsittelyjärjestelmissä käytettävää höyryvaihesyö-tintä, mikä vähentää hoito-ongelmia ja tarjoaa useita kä-30 sittelyvaihtoehtoja. Keksinnön mukaisesti sahanpuruja voidaan käsitellä hydraulisesti täytetyssä alasvirtauskeitti-messä tai sitä voidaan käsitellä alasvirtauskeittimessä, jossa on superatmosfäärinen höyryvaihe. Tämä lisää lämpö-vakavuutta, mikä voi olla hyvin suotavaa monissa tilanteis-35 sa.

2 78745

Sanalla "sahanpurut" tarkoitetaan tässä selityksessä ja patenttivaatimuksissa sahanpuruja ja muita tällaisia selluloosa-aineita, mm. puujäännöksiä, jotka ovat riittävän hienoja reagoidakseen pieninä hiukkasina käsittelyn 5 aikana. Vastakohtana tälle voidaan pitää tapaa, jolla isot pienennetyt selluloosahiukkaset - kuten puulastut - reagoivat käsittelyssä.

Avain keksinnön mukaiselle käsittelyprosessille on se yllättävä havainto, että on mahdollista pumpata sahan-10 purulietteitä, joiden sakeus on riittävä niiden käytännöllisen, kemiallisen käsittelyn aikaansaamiseksi. Toisin sanoen on havaittu, että on mahdollista pumpata sahanpuru-lietteitä, joiden kiintoainesakeus on n. 10-25 %, mieluiten n. 15-22 %. Pumppaus voidaan suorittaa käyttäen kaupal-15 lisesti saatavia fluidoivia, kaasun poistavia ja hyvin nopeita keskipakopumppuja ja vastaavia järjestelmiä, joita on esitelty US-patenteissa 4 435 193 ja 4 410 337, ja joita myyvät kaupallisesti Kamyr Inc., Glens Falls, New York, ja Kamyr AB Karlstadissa Ruotsissa tavaramerkillä "MC"-pumppu. 20 Havainto, että on mahdollista pumpata keskisakeita (esim. 10-25 %) sahanpurulietteitä, on yllättävä, koska hienoilla hiukkasilla on taipumus käyttäytyä kiinteän kappaleen tavoin päinvastoin kuin pumpattaessa massaa tms., jolloin aine on notkeampaa. Lisäksi on vaikeaa suodattaa sahanpuru-25 lietteitä, ja sahanpuruliete, jonka sakeus on niin pieni kuin 10 % kiintoainetta, on käytännössä puolikiinteä.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista, että pumppu käsittää fluidoivan, nopean, kaasun poistavan keksipakopumpun, joka on käyttökytkennässä laitteen kanssa, 30 joka vie sahanpurut nesteeseen; että pumppu on kytketty johdon ja lämmittimen kautta keittimeen, niin että pumppu antaa liikevoiman lietteen siirtämiseksi keittimen läpi, ja että pumpun ja keittimen välinen kytkentä koostuu vain johdosta, venttiilistä ja lämmitti-35 mestä.

3 78745

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että liete pumpataan keskipakoisesti ilman merkittävää laimennusta käsittelyvaiheeseen massan lopullista valmistusta varten; kuumennetaan mainittu liete; ja syötetään kuumennet-5 tu liete käsittelyastiaan pumppauksen tuloksena.

Käsittelyvaiheessa lietettä lämmitetään (joko välillisesti tai sekoittamalla suoraan suurpainehöyryä lietteeseen - kuten käyttämällä fluidointisekoitinta), syötetään liete pystysuoraan astiaan, suoritetaan lietteen kemialli-10 nen käsittely astiassa ja poistetaan liete astiasta. Astia on mieluiten ylösvirtausastia ja liete pumpataan laimentamalla ja fluidoivan, nopean keskipakopumpun vaikutuksen alaisena ylös astian läpi. Astia voi vaihtoehtoisesti olla alasvirtausastia, joko hydraulisesti täytetty astia tai 15 sellainen, jossa on superatmosfäärinen höyryvaihe.

Kemiallinen käsittely astiassa helpottaa sahanpuruissa olevan ligniinin hajottamista tai se saa aikaan tämän hajotuksen. Astiassa voidaan esimerkiksi suorittaa sulfiit-tikäsittely, jolloin liete poistetaan astiasta ja viedään 20 sitten jalostimeen mekaanisen massan valmistamiseksi. Vaih-tehtoisesti liete voi läpikäydä astiassa kraft-jalostuksen, jolloin tuloksena on kraftmassa. Käsittelystä riippumatta suoritetaan sahanpurujen sekoitus nesteeseen mieluiten sekoittamalla sahanpurut pienpainehöyryn ja käsittelynesteen 25 kanssa ja syöttämällä se sitten pystysuoraan putkeen ja pumppaamalla liete putken pohjasta. Lietteen sakeus pysyy olennaisesti samana (noin 10-25 %) ilman vaihe-erotusta (kiinteä aine/neste) kaikkien käsittelyjen aikana.

Keksinnön päätavoitteena on ollut kehittää sahanpuru-30 jen tehokas, yksinkertainen ja joustava käsittely massan valmistamiseksi. Tämä tavoite ja muut tavoitteet käyvät ilmi seuraavasta keksinnön lähemmästä kuvauksesta ja oheisista patenttivaatimuksista.

Piirustuksissa: 35 kuvio 1 esittää kaaviomaista kuvantoa keksinnön mu kaisesta esimerkkilaitteesta, jolla toteutetaan keksinnön mukainen esimerkkimenetelmä; 4 78745 kuvio 2 esittää kaaviomaista kuvantoa keksinnön mukaisen laitteen toisesta toteutusmuodosta; ja kuvio 3 esittää osittaista, kaaviomaista kuvantoa keksinnön mukaisen esimerkkilaitteen kolmannesta toteutus-5 muodosta.

Kuvio 1 näyttää keksinnön mukaisen laitteen erään parhaana pidetyn toteutusmuodon komponentin kraftmassan valmistuksen aikaansaamiseksi. Laite tässä toteutusmuodossa käsittää tavanomaisen pienpainesyöttimen 10, joka on asen-10 nettu tavanomaisen, vaakasuoran höyrytysastian 12 päälle (jota sanotaan myös höyrysekoittimeksi ja jossa on sekoi-tusruuvi, jonka akseli on vaakasuora), jossa on höyryn ylipaineen ohjaama ilmareikä 14. Sahanpurut syötetään lähteestä syöttimeen 10 ja viedään astiaan 12, jossa se kulkee 15 nesteen mukana lietteen aikaansaamiseksi. Neste voi olla kraftprosessista otettua valkolipeää. Astiaan 12 syötetään lisäksi höyryä pienellä paineella. Astiasta 12 purkautuva liete puretaan mieluiten pystysuoraan putkeen 16, joskin se voidaan sen sijaan syöttää johtoon, joka on kytketty 20 suoraan pumppuun, jota kuvataan seuraavassa. Putkessa 16 ylläpidetään nesteen taso käyttämällä tavanomaista pinnan gammakorkeusmittaria 18, joka ohjaa venttiiliä 20, joka on johdossa 21, joka johtaa putken 16 pohjasta. Neste, kuten valkolipeä, syötetään mieluiten putkeen 16.

25 Rakenteet 10, 12, 14 ja 16 sisältävät laitteen, joka vie sahanpurut nesteeseen, niin että saadaan liete, jonka kiintoainesakeus on n. 10-25 % (mieluiten n. 15-22 %). Lietteellä on tämä sakeus putken 16 pohjassa, jossa pumppu 22 sijaitsee.

30 Pumppu 22 näytetään vain kaaviomaisesti kuviossa 1, mutta sen pumppausosien lisäksi sillä on kaasunpoisto-osat, jotka on esitelty US-patenteissa 4 435 193 ja 4 410 337, joihin tässä viitataan. Pumppu 22 käsittää fluidoivan, nopean, kaasun poistavan keskipakopumpun. Sen siipipyörää 35 pyöritään yleensä nopeudella 2000-3400 k/min lietteen flui-doinnin aikaansaamiseksi. Tällainen pumppu 22 on saatavissa 5 78745 kaupallisesti Kamyr Inc-yhtiöltä, Glen Falls, New York, ja Kamyr AB-yhtiöltä, Ruotsin Karlstad, tavaramerkillä "MC"-pumppu.

Käyttökytkennässä johdon 21 kanssa ovat lämmitin 24 5 ja pystysuora astia 26. Kuvion 1 näyttämän toteutusmuodon lämmitin 24 käsittää sekoittimen suurpainehöyryn sekoittamiseksi suoraan lietteeseen. Tämän sekoittimen mahdolliset erilaiset muodot, kuten esimerkiksi fluidoiva sekoitin, on esitelty CA-patentissa 1 102 604. Erästä tyypillistä se-10 kointinta, jota voidaan käyttää lämmitintä 24 varten, myyvät yhtiöt Kamyr Inc. ja Kamyr AB tavaramerkillä "MC"-se-koitin.

Astia 26 käsittää kestotoimintakeittimen ja kuvion 1 näyttämässä toteutusmuodossa se on ylösvirtausastia, jonka 15 yläpäässä on tavanomainen purkausmekanismi 28. Astiassa 26 voidaan suorittaa lietteen kemiallinen käsittely. Astiassa 26 suoritetaan kraft-ligniininpoistoprosessi, jolloin valko-lipeä - joka syötetään sisään sahanpurujen lietteenmuodos-tuksen aikana - muodostaa aktiivisen alkalipanoksen, joka 20 tavanomaisesti on alueella 9-24 % Na20 täysuunikuivalla raaka-aineella. Lämmitin 24 lämmittää lietteen parhaaseen keittolämpötilaan, joka normaalisti on alueella 140-175°C. Pumppu 22 nostaa lietteen paineen nromaaliksi käsittelypai-neeksi, joka yleensä on 600-1200 kPa, ja tämä lietteen pai-25 ne ylläpidetään ja liete pidetään keittimessä 26 noin 30-130 min. ajan. Nämä arvot ovat vain esimerkkiarvoja ja ne voivat vaihdella hieman riippuen sahanpurujen luonteesta ja myöhemmistä käsittelyvaiheista, jotka massan on läpikäytävä, sekä valmistettavasta lopullisesta massasta.

30 Kuvion 2 näyttämä toteutusmuoto on olennaisesti saman lainen kuin kuvion 1 näyttämä, paitsi että lietteen lämmitys parhaaseen keittolämpötilaan suoritetaan epäsuoralla läm-mittimellä 30 ja keitin 40 on alasvirtauskeitin.

Pystysuora astia 30, joka on kytketty pumppuun 22 35 johdolla 21, käsittää mieluiten epäsuorasti lämmittävän astian, jossa on irrotettava sihti, kuten on esitelty US-pa- 6 78745 tentissä 4 368 628. Tällaisessa epäsuorasti lämmittävässä astiassa, jossa on irrotettava sihti, pidetään liete laimentamatta sitä ja olennaisesti samalla paineella kuin sillä oli kun se purkautui pumpusta 22. Pumppu 32 poistaa nesteen 5 astiasta 20 ja neste kulkee höyrylämmittimen 32 kautta ja se kierrätetään takaisin astiaan ja viedään sisään tuloau-kosta 35. Täten liete tulee lämmitetyksi epäsuorasti kul-kiesaan astian 30 läpi ja nestemäärä, joka poistetaan kohdasta 31, on olennaisesti sama kuin kohdassa 35 syötetty 10 nestemäärä, niin että lietteen sakeus ei muutu merkittävästi lämmityksen aikana, kun käytetään astiaa 30. Liete puretaan tavanomaisesta purkausmekanismista 36 ja se kulkee johdon 37 kautta ja syötetään alasvirtauskeittimen 40 yläpäähän 38. Kun massaa valmistuu, se poistuu astian 40 poh-15 jasta tavanomaisen purkausmekanismin 42 avulla.

Keksinnön mukaisesti alasvirtauskeittimen 40 toiminta on hyvin monipuolinen. Alasvirtauskeitin 40 täytetään mieluiten hydraulisesti. Vaihtoehtoisesti siinä voi olla super atmosfäärinen höyryvaihe yläpäässään ja tiivistymättömät 20 kaasut voidaan tässä tapauksessa poistaa ilmareiän 43 kautta. Joka tapauksessa prosessin lämpövakavuus paranee suuresti verrattuna olennaisesti atmosfääriseen keittimeen, jota käytetään tunnetuissa, kaupallisissa menetelmissä.

Kuvioiden 1 ja 2 näyttämä laite on lähinnä hyödylli-25 nen kemiallinen massan valmistuksessa. Kuvion 3 näyttämällä laitteella valmistetaan mekaanista massaa, varsinkin kemimekaanista massaa (CMP) tai kernitermomekaanista massaa (CTMP). Tässä toteutusmuodossa on kemiallinen käsittelyas-tia 46 paljon pienempi kuin astiat 26, 40, koska astiassa 30 ei tapahdu täydellistä ligniininpoistoa. Sulfiittia voidaan lisätä astiassa 46 olevaan lietteeseen (esim. syöttämällä sahanpurujen mukana sulfiittia sekoituslaitteessa) ja kun liete puretaan astiasta 46 purkausjohdossa 47, se menee tavanomaiseen jalostimeen 48. Valmistettu mekaaninen massa 35 puretaan johtoon 49.

7 78745

Natriumsulfiitti, pH-arvo 9-10, on tyypillinen mieto esikäsittelyneste astiassa 46, jossa lämpötila on n. 130-170°C. Joissakin tilanteissa ei kuitenkaan tarvitse lisätä kemikaalia lainkaan, vaan ainoastaan lämmittämällä liete 5 suurpainehöyryllä (kuten fluidointisekoittimessa 24) n. 110-150°C lämpötilaan helpotetaan fibrilloitumista jalos-timessa 48, jolloin saadaan termomekaanista massaa (TMP).

Keksinnön menetelmän mukaisesti käsitellään sahanpuruja sekoittamalla sahanpurut nesteeseen (höyrysekoittimes-10 sa 12 ja putkessa 16) lietteen saamiseksi, jonka kiintoai-nesakeus on n. 10-25 %, mieluiten n. 15-22 %; ja pumppua-malla liete käyttäen fluidoivaa, nopeaa keskipakopumppua 22, ilman laimennusta, käsittelyvaiheeseen massan valmistamiseksi lopullisesti. Käsittelyvaiheessa liete lämmitetään 15 parhaaseen lämpötilaan ja syötetään käsittelyastiaan. Lämmitys voidaan suorittaa suoraan, kuten sekoittamalla suur-painehöyryä suoraan lietteeseen höyrysekoittimen 24 avulla, tai epäsuorasti, kuten käyttämällä painediffusööria 30.

Käsittelyastiassa suoritetaan lietteen jokin kemial-20 linen käsittely. Kemiallinen käsittely vain helpottaa sahanpurujen ligniinin hajoamista, kun on valmistttava mekaaninen massa. Jos on valmistettava kraftmassa, niin kemiallinen käsittely astiassa hajottaa sahanpurujen lingiinin. Massa puretaan lopulta astiasta, olkoon se astia 26, 40 tai 25 46. Kemiallinen käsittely tapahtuu ylösvirtauksen aikana tai hydraulisesti täytetyn alasvirtauksen aikana.

Käsittely astiassa 46 voi olla sulfiittikäsittely, jolloin poistomassa jalostetaan lopullisesti jalostimessa 48. Käsittely astioissa 26, 40 on kraftkäsittely, kun val-30 mistetaan kraftmassaa.

Tästä ilmenee, että keksinnössä on kehitetty yksinkertainen, tehokas ja monipuolinen menetelmä ja laite sahanpurujen käsittelyä varten massan valmistamiseksi. Keksinnön mukaisesti on tehty tarpeettomaksi höyryvaihesyötin 35 ja eliminoitu tähän liittyvät hoito- ja kustannushaitat, samalla kun järjestelmän monipuolisuutta on parannettu.

8 78745

Vaikka tässä on näytetty ja esitelty keksinnön toteutusmuoto, jota pidetään tällä hetkellä käytännöllisimpänä ja parhaana, on alan asiantuntijoille ilmeistä, että tässä voidaan tehdä paljon muunnoksia keksinnön suojapiirin puit-5 teissä, joka on tulkittava oheisten patenttivaatimusten laajimman määrittelyn mukaisesti, niin että se kattaa kaikki samanarvoiset menetelmät ja laitteet.

Claims (10)

1. Laitteisto massan valmistamiseksi sahanpuruista, joka laitteisto käsittää: laitteen (10,12,14,16), joka vie 5 sahanpurut nesteeseen lietteen saamiseksi; pumpun (22); keittimen (26,40,46); johdon (21); joka yhdistää pumpun ja keittimen ja jossa on venttiili (20) ; ja johdossa olevan lämmittimen (24), joka saa aikaan pumpusta keittimeen pumpu-tun lietteen lämmityksen, tunnettu siitä, että pump-10 pu käsittää fluidoivan, nopean, kaasun poistavan keskipakopumpun (22), joka on käyttökytkennässä laitteen (10,12,14, 16. kanssa, joka vie sahanpurut nesteeseen; että pumppu (22) on kytketty johdon (21) ja lämmittimen (24) kautta keittimeen (20,40,46), niin että pumppu antaa 15 liikevoiman lietteen siirtämiseksi keittimen läpi, ja että pumpun ja keittimen välinen kytkentä koostuu vain johdosta, venttiilistä ja lämmittimestä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että keitin käsittää ylävirtauskeittimen 20 (26,46), jonka pohjassa on tuloaukko ja yläpäässä purkaus- aukko (28), ja että johto ja pumppu on kytketty keittimen pohjassa olevaan tuloaukkoon.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että keitin käsittää hydraulisesti täyte- 25 tyn alasvirtausastian (40), jonka yläpäässä on tuloaukko (38) ja pohjassa purkausaukko (42), ja että johto (21) ja pumppu (22) on kytketty tuloaukkoon, joka on keittimen yläpäässä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, t u n -30 n e t t u siitä, että keitin käsittää sulfiittikeittimen ja että laite käsittää lisäksi jalostimen (48), joka on käyttökytkennässä keittimestä (46) johtavan purkausaukon (47) kanssa.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnet-35 t u siitä, että laite, joka vie sahanpurut nesteeseen, koostuu: vaakasuorasta höyrysekoittimesta (12); pienpainesyötti- 10 78745 mestä (10), jonka kautta sahanpurut syötetään vaakasuoraan höyrysekoittimeen; laitteesta, joka syöttää nesteen ja pien-painehöyryä vaakasuoraan höyrysekoittimeen; pystysuorasti kulkevan putken (16), joka ulottuu alaspäin höyrysekoitti-5 men purkausaukosta; ja laitteesta, joka syöttää nesteen pystysuoraan putkeen; ja että fluidoiva, nopea, kaasun poistava keskipakopumppu (22) on käyttökytkennässä putken pohjaosan kanssa.

6. Menetelmä sahanpurujen käsittelemiseksi sekoitta-10 maila sahanpurut nesteeseen lietteen saamiseksi, jonka kiin- toainesakeus on n. 10-25 %, tunnettu siitä, että liete pumpataan keskipakoisesti ilman merkittävää laimennusta käsittelyvaiheeseen massan lopullista valmistusta varten; kuumennetaan mainittu liete; ja syötetään kuumennet-15 tu liete käsittelyastiaan (26,40,46) pumppauksen tuloksena.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsittelyvaiheessa suoritetaan seu-raavat toimenpiteet: i) lietteen lämmitys parhaaseen jalos-tuslämpötilaan; ii) lämmitetyn lietteen syöttö kestotoimi- 20 seen käsittelyastiaan (26,40,46) pumppauksen tuloksena; iii) lietteen kemiallisen käsittelyn suorittaminen astiassa sahanpurujen ligniinin hajoamisen helpottamiseksi tai sen aikaansaamiseksi; ja iv) käsitellyn lietteen purkaus astiasta.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, t u n -25 n e t t u siitä, että toimenpide ii) suoritetaan syöttämällä liete ylösvirtausastian (26,40) pohjaan, jolloin liete virtaa ylöspäin astiassa pumppauksen tuloksena; ja toimenpide iv) suoritetaan purkamalla käsitelty liete astian yläpäästä; ja vaihe i) suoritetaan viemällä liete epäsuorasti 30 lämmittävään astiaan, syöttämällä lämmitetty neste paineen alaisena epäsuorasti lämmittävään astiaan, poistamalla nesteen määrä, joka on suurin piirtein sama kuin syötetyn, lämmitetyn nesteen määrä, astiasta ja lämmittämällä poistettu neste ja kierrättämällä se lämmitetyn tulonesteen saamisek-35 si; ja vaihe ii) suoritetaan viemällä lämmitetty liete epäsuorasti lämmittävän astian purkausaukosta käsittelyastian tuloaukkoon. 11 78745

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että astia on pystysuora alasvirtausastia (40), jonka yläpäässä ylläpidetään höyryn paine, joka on huomattavasti ilmakehän painetta suurempi; ja että toimenpi- 5 de ii) suoritetaan syöttämällä liete suoraan astian yläpäähän pumppauksen vaikutuksen alaisena, ja toimenpide iv) suoritetaan poistamalla astian pohjasta.

9 78745

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toimenpide iii) suoritetaan sulfiit- 10 tikäsittelyn avulla ja että siinä on lisäksi toimenpiteenä v) lietteen vieminen astiasta (40) poiston jälkeen jalos-tusvaiheeseen ja sahanpurulietteen jalostuksen suorittaminen mekaanisen massan valmistamiseksi. 12 78745