FI91896B - Menetelmä happivalkaisun yhteydessä - Google Patents

Description

91896

Menetelmä happivalkaisun yhteydessä - Sätt vid oxygen-blekning

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää kuitupitoisen 5 materiaalin happivalkaisun yhteydessä, jossa menetelmässä massa kulkee ensimmäisen ennalta määrätyssä alemmassa lämpötilassa olevan ligniininpoistovyöhykkeen läpi sekä toisen ennalta määrätyssä, korkeammassa kuin ensimmäisessä ligniininpoistovyöhykkeen lämpötilassa olevan ligniinin-10 poistovyöhykkeen läpi.

Artikkelissa otsikossa "Oxygen bleaching kinetics at ultra-low consistency", Trappi Journal, joulukuu 1987, C.L. Hsu ja Jeffrey S. Hsieh selostavat kokeita happivalkaisulla, 15 tarkoituksella tutkia lämpötilan vaikutusta viskositeettiin. Tulos osoittaa, että korkea lämpötila happivalkaisun alkuvaiheessa vaikuttaa negatiivisesti viskositeettiin.

Happivalkaisussa ei kuitenkaan voida käyttää liian alhaista 20 reaktiolämpötilaa normaalin kappalukualueen saavuttamiseksi . Tähän tarkoitukseen vaaditaan noin 100°C olevia lämpötiloja tai erityistoimenpiteisiin ryhtymistä. Siten on ehdotettu lämpötilan säätämistä keskisakean massan happivalkaisun yhteydessä, ks. artikkeli C.E. Courchene ja 25 V.L. Magnotta: "Improvement of medium consistency oxygen bleaching through temperature control", 1984, "Oxygen delignification", ss. 11 - 5. Happiligniininpoisto suoritettiin laboratoriomallia olevassa vaakasuorassa putki-reaktorissa, johon useissa eri pituuskohdissa syötettiin 30 höyryä kahden tai useamman vyöhykkeen muodostamiseksi, joissa pidettiin eri lämpötiloja, jolloin ensimmäisessä vyöhykkeessä oli alin lämpötila. Kokeet osoittivat, että lämpötilan säätäminen alhaisella alkulämpötilalla vaakasuorassa putkireaktorissa paransi saantoa ja viskositeet-35 tia pitäen viipymisajan ennallaan. Kuvattua lämpötilan säätöä ei kuitenkaan voidaan menestyksekkäästi soveltaa teollisessa mittakaavassa, koska tarkan lämpötilarajan 2 91896 saavuttaminen kahden tavoitellun lämpötilavyöhykkeen välillä on vaikeata. Tämä johtuu mm. siitä, että on vaikeata nopeasti ja tehokkaasti sekoittaa höyryä massaan tasaisesti, ja myös siitä, että vaakasuorassa putkireaktorissa, 5 jossa on ruuvi massan siirtämistä varten, on ylätila, joka ei täyty massalla, vaan johon muodostuu lämpötilan säätöä häiritsevä höyryfaasi, joka ulottuu pitkin koko vaakasuoran putkireaktorin pituutta.

10 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on välttää edellä mainitut ongelmat kokonaan, ja aikaansaada happivalkaisun yhteydessä menetelmä, jolla voidaan hyödyntää happilignii-ninpoiston alkuvaiheen alhaisen lämpötilan ideaa teollisesti, ja jolla voidaan aikaansaadan eri ligniininpoisto-15 vyöhykkeiden lämpötilojen säätö ja ohjaus, niin että lig-niininpoistovyöhykkeisiin saadaan vakio alempi ja vastaavasti vakio korkeampi lämpötila ilman ligniininpoisto-vyöhykkeiden päälle muodostuvaa häiritsevää höyryfaasia.

20 Uutena asiana keksinnössä on se, että massa syötetään ensimmäisen pystyreaktorin läpi, jossa on mainitussa alemmassa lämpötilassa oleva ligniininpoistovyöhyke, ja sen jälkeen toiseen pystyreaktoriin, jossa on mainittu toinen korkeammassa lämpötilassa oleva ligniininpoistovyöhyke, ja 25 että lämpötila ensimmäisessä ligniininpoistovyöhykkeessä pidetään siinä lämpötilassa, jonka valkaisuun tuleva massa on saanut aikaisemmassa, happivalkaisua edeltävässä käsittelyssä, tai että sitä tarvittaessa säädetään säädetyllä höyryn syöttämisellä ensimmäistä reaktoria edeltävässä 30 johdossa olevaan sekoittimeen, ja että toisen ligniinin- poistovyöhykkeen lämpötilaa säädetään syöttämällä säädetys-ti höyryä reaktoreiden välisessä johdossa olevaan sekoittimeen .

35 Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin piirustukseen viitaten, jossa II.

3 918 96

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti valkaisulaitoksen keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi; ja

Kuvio 2 on käyrästö, joka esittää kappaluvun ja vis-5 kositeetin välisen yhteyden.

Kuviossa 1 esitetty valkaisulaitos on tarkoitettu happivalkaisuun kahdessa eri vaiheessa, ja siihen sisältyy tällöin ensimmäinen reaktori 1 ja toinen reaktori 2. Massa syöte-10 tään varastosäiliöstä 3 ensimmäiselle reaktorille 1 varastosäiliön 3 ulostulossa olevan pumpun 5 avulla johdon 4 ja sekoittimen 6 kautta, jolloin sekoitin on laite käsittely-aineiden syöttämiseksi johtoon 4. Sekoitin 6 voi käsittää nesteytyslaitteen mm. erilaisten lisäaineiden nopeata ja 15 tasaista massaan sekoittamista varten. Sekoitin voi edullisesti muodostua "Kamyr MC-mixer"-laitteesta. Valkaistava massa on siis keskisakeaa, ts. noin 6 - 15 %.

Reaktorit 1, 2 liittyvät toisiinsa johdolla 7, joka sisäl-20 tää sekoittimen 8, joka on samaa lajia kuin edellä kuvattu. Toisesta reaktorista 2 happiligniinin poistettu massa syötetään puhallustankkiin 9 johdon 10 kautta.

Varastosäiliön 3 ulostulossa johdon 11 kautta lisätään 25 selluloosan suoja-ainetta, esim. MgS04. Ensimmäiseen suuritehoiseen sekoittimeen 6 syötetään johdon 12 kautta emäksistä ainetta, kuten NaOH, tai hapetettua valkolipeää, ja johdon 13 kautta happikaasua. Lisäksi sekoittimeen 6 on liitetty johto 14 korkeapainehöyryä varten. Toiseen sekoit-30 timeen 15 tulee johtoja 15, 16, jotka on liitetty happi- kaasun ja vastaavasti korkeapainehöyryn syöttämistä varten. Voidaan myös järjestää johto 17 emäksisen aineen lisäämiseksi ensimmäisessä vaiheessa happiligniinin poistettuun massaan.

35

Valkaisulaitos käsittää lisäksi sopivia mittaus- ja säätö-elimiä (ei esitetty) molempien reaktoreiden lämpötilan 4 91896 mittaamiseksi sekä höyryn syötön säätämiseksi sekoittimiin, niin että reaktoreissa ylläpidetään oikeat eri lämpötilat esillä olevan keksinnön mukaisesti.

5 Ensimmäinen reaktori 1 sisältää tällöin ensimmäisen ligniininpoistovyöhykkeen, jossa on alueella 70 - 90°C oleva alempi lämpötila, edullisesti 75 - 85°C, kun taas toinen reaktori sisältää toisen ligniininpoistovyöhykkeen, jossa on korkeampi lämpötila alueella 90 - 125°C, edullisesti 10 95 - 110°C. Ilmaisut "alempi" ja "korkeampi" viittaavat siis ligniininpoistovyöhykkeiden keskinäisiin lämpötilasuh-teisiin. Ligniininpoistovyöhykkeiden välisen lämpötilaeron tulee olla noin 20 - 40°C, edullisesti noin 30°C.

15 Sellaisissa tapauksissa, joissa valkaisuun tuleva massa on riittävässä lämpötilassa, jonka se on saanut edeltävässä happivalkaisun käsittelyssä, ja joka vastaa ilmaisua "alempi lämpötila", ts. alueella 70 - 90°C, ei siis normaalisti tarvitse syöttää höyryä lisäksi sekoittimeen 6, edellyttä-20 en, että lämpötila on vakio tai pääasiassa vakio.

Seuraava esimerkki valaisee keksintöä.

Esimerkki 25

Happiligniininpoisto kahdessa vaiheessa suoritettiin kuvion 1 mukaisessa valkaisulaitoksessa. Lämpötilaa muutettiin kolmessa eri koesarjassa niin, että ensimmäisessä kokeessa ensimmäisen vaiheen (ensimmäisen ligniininpoistovyöhykkeen) 30 lämpötila oli 75°C, toisessa kokeessa 85°C, ja kolmannessa kokeessa 105°C, kun taas lämpötila toisessa vaiheessa (toisessa ligniininpoistovyöhykkeessä) oli 105°C kaikissa kolmessa kokeessa. Happivalkaisuun tuleva havupuuta olevan massa kappaluku oli 28,7, viskositeetti 1141 dm3/kg, ja 35 sakeus 10 %. Alkupaine (ylipaine) oli molemmissa ligniinin-poistovyöhykkeissä, ts. vaiheessa 1 ja 2, noin 0,5 MPa, ja kaikissa kokeissa käsittelyaika vaiheessa 1 oli 15 minuut-

II

91896 5 tia ja 45 minuuttia vaiheessa 2. Pumpulle 5 tuotiin 5 kg MgS04 kuivaa massatonnia kohti johdolla 11. Jokainen koe toistettiin niin, että ainoana erona ensimmäisessä tapauksessa käytettiin 20 kg NaOH kuivaa massatonnia kohti, 5 toisessa tapauksessa 25 kg NaOH ja kolmannessa tapauksessa 30 kg NaOH kuivaa massatonnia kohti, paitsi ensimmäisessä kokeessa, jossa käytettiin toisessa tapauksessa 30 kg NaOH ja kolmannessa tapauksessa 35 kg NaOH kuivaa massatonnia kohti (25 ja vastaavasti 30 sijasta). Yleisesti pätee, että 10 suurempi emäsannostus tuottaa pienemmän kappaluvun ja viskositeetin muutoin samoissa olosuhteissa. Lisäksi tehtiin neljäs koe, jossa happiligniininpoisto suoritettiin kahdessa vaiheessa 105°C lämpötilassa 60 minuutin ajan, emäsan-nostuksen ollessa 30 kg NaOH kuivaa massatonnia kohti.

15 Tulokset käyvät ilmi kuviosta 2. Oikealla puolella merkityt arvot siis liittyvät pienimpään emäsannostukseen (20 kg) mainitussa kolmessa kokeessa, kun taas vasemmalla puolella olevat arvot liittyvät suurimpaan emäsannostukseen (35, 30, 30 kg).

20

Tulokset osoittavat, että happiligniininpoiston alkuvaiheen korkea lämpötila vaikuttaa negatiivisesti viskositeettiin, ja että alempi lämpötila alkuvaiheessa tuottaa happilig-niininpoistetun massan, jolla on parempi viskositeetti ja 25 kappaluku, joka on normaalin ja toivotun alueen puitteissa. Käyrästöstä ilmenee lisäksi, että alempi lämpötila happiligniininpoiston alkuvaiheessa tuottaa 15 - 30 yksikköä suuremman viskositeetin samalla kappaluvulla mitattuna, verrattuna happiligniininpoistoon ainoastaan yhdessä vai-30 heessa ja korkeassa lämpötilassa. Tätä vaikutusta voidaan hyödyntää joko sellaisen massan valmistamiseksi, jolla on paremmat lujuusominaisuudet, tai happiligniinin poistetun massan kappaluvun alentamiseen 1-2 yksiköllä viskositeetin pysyessä ennallaan. Viimeksi mainittu menettely on 35 mielenkiintoinen ympäristönäkökohdasta, koska se merkitsee kloorin kulutuksen pienenemistä sitä seuraavassa valkaisu- 6 91896 laitoksessa ja siten vastaavaa orgaanisten klooriyhdisteiden päästöjen pienenemistä.

Koska ligniininpoistovyöhykkeet ovat etäisyydellä toisis-5 taan, nimittäin kumpikin reaktorissaan 1, 2, niin lig- niininpoistovyöhykkeiden päälle tai niiden väliin ei muodostu mitään häiritsevää höyryfaasia, ja aikaansaadaan eri ligniininpoistovyöhykkeiden lämpötilojen tehokas säätö ja ohjaus, koska höyryä syötetään sekoittimiin 6, 8 ennen 10 reaktoreita 1, 2, jolloin sekoittimet tuottavat tasaisen höyryn sekoittumisen massaan, niin että ongelmitta voidaan ylläpitää vakio, alempi lämpötila ensimmäisessä reaktorissa, ja samoin ylläpitää ongelmitta vakio, korkeampi lämpötila toisessa reaktorissa.

15

II

Claims (3)

91896 7

1. Menetelmä kuitupitoisen materiaalin happivalkaisun yhteydessä, jossa menetelmässä massa kulkee ensimmäisen 5 ennalta määrätyssä alemmassa lämpötilassa olevan ligniinin-poistovyöhykkeen läpi sekä toisen ennalta määrätyssä, korkeammassa kuin ensimmäisen ligniininpoistovyöhykkeen lämpötilassa olevan ligniininpoistovyöhykkeen läpi, tunnettu siitä, että massa syötetään ensimmäisen pysty-10 reaktorin (1) läpi, jossa on mainitussa alemmassa lämpötilassa alueella 70 - 90°C oleva ligniininpoistovyöhyke, ja sen jälkeen toiseen pystyreaktoriin (2), jossa on mainittu toinen korkeammassa lämpötilassa alueella 90 - 125°C oleva ligniininpoistovyöhyke, jolloin ensimmäisen ligniininpois-15 tovyöhykkeen lämpötila on noin 20 - 40°C alempi kuin toisessa ligniininpoistovyöhykkeessä, ja että lämpötila ensimmäisessä ligniininpoistovyöhykkeessä pidetään siinä lämpötilassa, jonka valkaisuun tuleva massa on saanut aikaisemmassa, happivalkaisua edeltävässä käsittelyssä, tai että 20 sitä tarvittaessa säädetään säädetyllä höyryn syöttämisellä ensimmäistä reaktoria (1) edeltävässä johdossa (4) olevaan sekoittimeen (6), ja että toisen ligniininpoistovyöhykkeen lämpötilaa säädetään syöttämällä säädetysti höyryä reakto-reiden (1, 2) välisessä johdossa (7) olevaan sekoittimeen 25 (8) .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet -t u siitä, että edullisina pidetyt lämpötilavälit ovat 75 - 85°C ja vastaavasti 95 - 110°C, jolloin ensimmäisen 30 ligniininpoistovyöhykkeen lämpötila on noin 30°C alempi kuin toisessa ligniininpoistovyöhykkeessä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massa on keskisakeaa. 35 8 91896