FI98077C - Menetelmä liukosellun valkaisemiseksi ilman klooria - Google Patents

Description

98077

Menetelmä liukosellun valkaisemiseksi ilman klooria Käsiteltävänä oleva keksintö koskee menetelmää liu-* kosellun valkaisemiseksi otsonilla käyttämättä klooria 5 kolmivaiheisena menetelmänä, joka muodostuu happivalkaisusta, johon valinnaisesti on yhdistetty vetyperoksidi-valkaisu (EOP-vaihe), otsonivalkaisusta (Z-vaihe) ja pe-roksidivalkaisusta (P-vaihe).

Koska kloori on myrkyllinen, hankalasti kontrolloi-10 tavissa oleva kaasu ja klooripitoiset valkaisuaineet synnyttävät jätevesissä kloorattuja yhdisteitä, joita ei enää voida hyväksyä tulevaisuudessa, sellun valkaisuun on kehitetty menetelmiä, joissa ympäristöä säästävinä vaihtoehtoina käytetään 02:ta, H20:ta tai 03:a erilaisina yhdistel-15 minä ja erilaisissa olosuhteissa.

Alussa mainitunlainen menetelmä tunnetaan US-pa-tenttijulkaisun 4 216 054 esimerkistä 24 (jossa viitataan esimerkkeihin 10, 2 ja 1). Tällöin valkaistaan douglaskuu-sisellua suhteellisen huonoin tuloksin (vaaleus 74,6).

• · 20 CA-patenttijulkaisussa 1 103 409 kuvataan valkaisu- : menetelmä, jossa käytetään kolmea sarjaan kytkettyä otso- : nivaihetta ja kolmannesta otsonivalkaisuvaiheesta tuleva otsonipitoinen jäännöskaasu johdetaan ensimmäiseen otsoni-valkaisuvaiheeseen jäännösotsonin hyödyntämiseksi. Ensim-25 mäisessä otsonivalkaisuvaiheessa muodostuvaa jäännöskaasua ei hyödynnetä enää.

. Käsiteltävänä olevan keksinnön tehtävänä on paran- • · · taa alussa mainitunlaista menetelmää siten, että se voi- • · · *·#* * daan toteuttaa halvemmalla ja ympäristöä säästävämmällä ja Γ*.. 30 energiankulutusta vähentävällä tavalla.

·***: Käytettäessä alussa mainitunlaista menetelmää tämä » · · » tehtävä on ratkaistavissa siten, että Z-vaiheesta tulevan « · poistoilman jäännöshapen annetaan reagoida täysin EOP-vai-heessa ja että Z-vaiheesta tuleva poistovesi, jonka pH on 35 edullisesti alle 3, käytetään laimennukseen EOP- ja Z-vai- 2 98077 heiden välissä ja/tai kationien poistamiseksi sellusta valkaisun jälkeen.

On nimittäin yllättäen havaittu, että käyttämällä alussa mainitunlaista valkaisumenetelmää on mahdollista 5 valita menetelmäparametrit siten, että Z-vaiheesta tulevan poistoilman jäännöshappi saadaan reagoimaan täydellisesti EOP-vaiheessa. Siten kemikaalit voidaan keksinnön mukaisesti kierrättää uudelleen ja yllä mainittu tehtävä on ratkaistu.

10 Menetelmäparametrien valinnassa on seuraavat seikat otettva huomioon: EOP-vaiheessa on sellun kappalukua pienennettävä siinä määrin, että jatkossa tullaan toimeen vain yhdellä otsonivaiheella. Kussakin otsonivaiheessa ei saa valkaista 15 liian voimakkaasti, koska liikavalkaisu huonontaa sellun laatua. Otsonintarve 03-vaiheessa (Z-vaiheessa) säädellään säätämällä lämpötila EOP-vaiheessa siten, että jäännöskaa-su voidaan käyttää kokonaisuudessaan EOP-vaiheessa. Koska otsonin käyttömäärä on vähäinen, voidaan lämpötila Z-vai-20 heessa valita suhteellisen korkeaksi siten, että sellun jäähdytykseen ja uudelleenkuumennukseen vaiheiden välissä : · tarvittva energia voidaan pitää pienenä. Lämpötilan j a

NaOH-määrän avulla tapahtuva aktivointi EOP-vaiheessa va-, I Iitaan siten, että 03-vaiheesta tuleva jäännöskaasu reagoi y; 25 kokonaisuudessaan EOP-vaiheessa.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan EOP- ja Z-vaiheita pitää kemikaalitaseen kannalta yhtenä yksikkö- • · nä. Z-vaihe voidaan toteuttaa LC(piensakeus)vaiheena eli • 4 4 1 · sakeudessa alle 4 paino-% täysin kuivasta massasta lasket- * "· t '.· 30 tuna tai MC(keskisakeus)vaiheena eli sakeusalueella 5-20 Ί aa i «ta lii « m · » paino-% täysin kuivasta massasta laskettuna, edullisesti i ·1 _ yw 7 -15 paino-% täysin kuivasta massasta laskettuna , A 2 494/89 mukaan.

Toinen mahdollisuus on tietenkin erityisen edulli-35 nen varsinkin toteutettaessa myös EOP-vaihe ja P-vaihe MC- 98077 3 vaiheena, koska tällöin laimennus ennen Z-vaihetta ja sa-keutus ennen P-vaihetta jäävät ilman muuta pois tai joudutaan toteuttamaan olennaisesti pienemmässä mittakaavassa.

Käytettävissä on erilaisia menetelmäparametrejä, 5 jotka sopivat EOP-vaiheen hapentarpeen säätämiseen Z-vaiheen poistoilman jäännöshappipitoisuuden mukaan. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti on kuitenkin eduksi, että lämpötila, NaOH:n käyttömäärä ja 02/H202-suhde EOP-vaiheessa säädellään siten, että reaktion pysyessä muuttumattomana 10 hapenkulutus säädetään Z-vaiheen poistoilman jäännöshappipitoisuuden mukaisesti.

On eduksi, että lämpötila on EOP-vaiheessa 70 -100 °C, edullisesti 75 °C, NaOH-konsentraatio on EOP-vaiheessa 2,5 - 5 paino-% täysin kuivasta valkaistusta sel-15 lusta laskettuna ja 02/H202-seoksen 02-konsentraatio on EOP-vaiheessa 50 - 100 paino-% ja H202-konsentraatio on 0 -50 paino-%.

Lisäksi on eduksi, että Z-vaihe toteutetaan käyttäen 02/03-seosta, jossa on enintään 10 paino-% 03:a ja läm-20 pötila on Z-vaiheessa 40 - 70 °C, edullisesti 50 - 60 eC.

Valkaisusarja Ε0Ρ-Ζ-Ρ alkaa Z-vaiheesta tulevan poistokaasun johtamisella liukosellun, Na0H:n ja H202:n seokseen.

; Asetetuista menetelmäparametreistä johtuen käytetyn • · ... 25 02:n ja sellun reaktio tapahtuu 50 %:isesti. Tällä tavoin • · *** voidaan pienentää liukosellun kappalukua. Z-vaiheeseen • « · *·|·1 syötettävän liukosellun kappaluvun on oltava enintään 2,0, edullisesti 1,8 - 2,5.

'·1’· Tällaisella kappaluvulla liukoselluille riittää • · · 5,5 5 30 yksi Z-vaihe. On kuitenkin tunnettua, että paperisellut ; kuluttavat huomattavasti enemmän otsonia.

: Jos Z-vaihe toteutetaan LC-prosessina, riittää mää- • 1 · • rä 0,5 - 10 % 03:a ja 02:ta. Pienentynyt 03-määrä mahdollis taa lämpötilat alueella 50 - 60 °C siten, että lämpötila · · 4 98077 on sama kuin edellisessä vaiheessa ja energianhukkaa ei esiinny.

Sekä poistokaasu että myös poistovesi johdetaan kokonaisuudessaan reaktioon.

5 P-vaiheessakin, joka seuraa Z-vaihetta, lämpötila on sovitettu edeltävän vaiheen mukaan. P-vaihe toteutetaan lämpötilassa 60 -70 eC ja siinä tarvitaan tavallista vähemmän H202: ta.

Seuraavat esimerkit selventävät keksintöä.

10 Esimerkki 1

Lajiteltu, valkaisematon pyökkiliukosellu, jonka kappaluku oli 5,2, viskositeetti 24,5 mPas ja Elrepho-vaa-leus 55,6, valkaistiin kolmivaiheisesti.

1. valkaisuvaihe (EOP) 15 Perusselluun, josta valmistetun sulpun sakeus oli 15 % ja lämpötila 75 eC, lisättiin natriumhydroksidiliuos-ta määränä 33 kg/t sellua täysin kuivasta valkaistusta massasta laskettuna (vastaten 366 litraa NaOH-liuosta 90 g/1) ja 10,8 litraa 50 %:ista H202:ta, ja seos syötet- 20 tiin MC-pumppuun (keskisakeuspumppuun). MC-pumpun paine-puolelle syötettiin sintterin kautta 5,5 normaali-m3 paineeseen 7 bar puristettua poistokaasua 03-vaiheesta per tonni sellua täysin kuivasta valkaistusta sellusta lasket-. tuna. Kun 02:n osuus kaasussa on noin 95 %, tämä vastaa ... 25 02-lisäystä 7,5 kg 02:ta per tonni sellua.

’···* Tämän jälkeen sulppua käsiteltiin suuren leikkaus- • · · ’·'··’ voiman MC-sekoittimessa. Tähän sekoittimeen syötettiin • · · *...* vielä kerran 5,5 noraali-m1 poistokaasua Z-vaiheesta.

Tämä seos johdettiin esireaktioputken kautta, jossa • · « : : · 30 viipymisaika oli 3 minuuttia, ylöspäinvalkaisutorniin, jossa reaktioaika oli 2 tuntia 45 minuuttia.

. ·'; Tämän jälkeen selluun jäänyt valkaisuneste poistet- • * · tiin kahdessa vakuumirumpusuodattimessa ja kierukkapuris-timessa. Kierukkapuristimesta tuleva suodos (3,3 m3 tuore- • · · • · « · · « · 98077 5 vettä käytettiin vastavirtauksena pesuputkien kautta pesuun suodattamilla.

Tällä tavoin voitiin vähentää orgaanisia oheisai-' neita uunikuivaksi laskettuna määrään 3 kg per tonni sel- 5 lua. Vaaleus oli 75,4 %, kappaluku 1,89, viskositeetti 24,0 mPas.

2. valkaisuvaihe (Z)

Kierukkapuristimen jälkeen sellu laimennettiin Z-vaiheen jälkeen vakuumirumpukuivaimesta tulevalla kierto- 10 vedellä sakeuteen 2 % ja pH säädettiin rikkihapolla arvoon 3. Rakenteeltaan tunnetussa otsonivalkaisulaitteessa (Waagner-Biro) happisuspensiota, jonka sakeus oli 2 %, kierrätettiin injektorin avulla. Tämän injektorin kautta syötettiin annoksittain 1,45 g otsonia sellukiloa kohti.

15 Viipymisaika reaktorissa oli 20 minuuttia, lämpötila 51 °C.

Sitten sellu pestiin uudelleen. Hapanta suodosta käytettiin ennen viimeistä suodatinta kationien poistamiseksi sellusta.

20 Sellun analyysiarvot olivat: vaaleus 78,3, kappalu ku 0,97, viskositeetti 22,0.

3. valkaisuvaihe (P)

Kolmas vaihe toteutettiin lisäämällä 4 kg NaOH/t . sellua ja 7 kg H202 (50 %:inen) lämpötilassa 65 °C ja sa- • · ... 25 keudessa 13 %. Viipymisaika oli 4 tuntia.

• · ’1··1 Jatkossa pestiin kahdessa vakuumirumpukuivaimessa.

• · · *·”1 Ennen toista suodatinta hapotettiin Z-vaiheen suodoksella • « · sellun tuhkapitoisuuden alentamiseksi 0,06 %:iin.

*·"· Valmiin massan analyysiarvot: vaaleus 89,7 %, vis- ::: 30 kositeetti 21,8 mPas, kappaluku 0,76.

i Esimerkit 2 1a 3 ; ·’; Laboratoriossa käytettiin jatkuvatoimista 03-valkai- sukoelaitteistoa, jossa injektorin avulla syötettiin 03-pitoista happea 2-%:iseen sulppuun. Poistokaasu otettiin ί 35 talteen painesäiliöön, paineistettiin puristamalla säi- , · • · · 6 98077 liöön vettä ja kaasu käytettiin ensimmäisen valkaisuvai-heen (EOP) panoskokeissa sekoitetussa laboratorioautoklaa-vissa.

Myös kolmas valkaisuvaihe (P) toteutettiin panok-5 sittain.

Esimerkki 2 Esimerkki 3

Raaka-aineeseen liittyvät arvot (Pyökkiliukosellu) 10 Vaaleus 52,8 58,3 %

Viskositeetti 26,4 mPas 23,9 mPas

Kappaluku 8,05 5,85

Alfa-selluloosapi- toisuus 89,4 % 89,6 % 15 1. valkaisuvaihe

Lämpötila 85 °C 73 °C

NaOHrn käyttömäärä 40 kg/t täys. 30 kg/t sei kuiv. valk. sell.

lua 20 02:n käyttömäärä 18 kg/t 12 kg/t H202:n käyttömäärä 6,3 kg/t 5,0 kg/t

Viipymisaika 3 h 3 h

Sakeus 14 % 14 %

Selluun liittyvät arvot ... 25 1. valkaisuvaiheen jälkeen • · **· Kappaluku 2,2 2,4 :···: Vaaleus 74,2 % 75,2 % • · ·

Viskositeetti (TAPPI) 25,2 mPas 22,8 mPas **’1· 2. valkaisuvaihe

:1Σ1ϊ 30 Lämpötila 50 °C 50 °C

pH 2,8 2,8 : 03:n käyttömäärä 1,85 kg/t 1,3 kg/t • · · .’1.1· Sakeus 2 % 2 % • · « I · • « · ti i«'i aim i:i i m ! · • · · 98077 7

Selluun liittyvät arvot 2. valkaisuvaiheen jälkeen

Kappaluku 0,85 1,1 5 Viskositeetti 22,8 mPas 21,4 mPas 3. valkaisuvaihe

Lämpötila 64 °C 66 eC

Viipymisaika 4 h 4 h

Sakeus 13 % 13 % 10 NaOH:n käyttömäärä 0,35 % 0,6 % H202:n käyttömäärä 0,35 % 0,6 %

Valmiiseen massaan liittyvät arvot Kappaluku 0,70 0,70

Vaaleus 90,1 % 89,8 % 15 Viskositeetti 22,2 mPas 20,9 mPas

Alfa-selluloosapitoisuus 90,8 % 90,6 %

Esimerkki 4

Esimerkin 1 ensimmäisen valkaisuvaiheen jälkeen saadusta sellusta otettiin erä, joka jatkotyöstettiin la-20 boratoriossa (vaaleus 75,4 %, kappaluku 1,89, viskositeetti 24,0 mPas).

Sellusta poistettiin puristamalla vettä sakeu- teen 20 % ja laimennettiin laimealla rikkihapolla sa- • keuteen 11 %. Laimennuksen jälkeen pH-arvo oli 2,9.

... 25 Tämä sellususpensio tehtiin juoksevaksi suuren • · • · ··* leikkausvoiman sekoittimessa ja siihen johdettiin pai- *·:·* neessa 03-pitoista puristettua happikaasua.

• ·

Sekoitusaika oli 15 s, reaktioaika 180 s, 03-paine *·'*· 5,1 bar, lämpötila 50 “C.

• t · V : 30 03:n käyttömäärä oli 1,50 g 03/kg täysin kuivaa val- , kaistua sellua 03:n kulutus oli 1,40 g.

: Tällä tavoin saadun sellun analyysiarvot olivat: • · ·

Vaaleus = 80,4 %

Viskositeetti = 21,4 mPas : y 35 Kappaluku = 0,92 Tämä sellu loppuvalkaistiin (P-vaihe) laboratorios- sa: 4 98077 8

Lämpötila 64 °C

Viipymisaika 4 h

Sakeus = 13 %

NaOH:n käyttömäärä = 0,38 % 5 H202:n käyttömäärä = 0,38%

Valmiin tuotteen arvot:

Kappaluku = 0,72

Vaaleus = 90,0 %

Viskositeetti = 20,8 mPas • · • · · « · 1 • » · • · · • · · • · • · • · · • · • « · : : : « ♦ • · · »«·

Claims (7)

1. 98077
2. 1. Menetelmä liukosellun valkaisemiseksi otsonilla käyttämättä klooria kolmivaiheisena menetelmänä,.joka muo-5 dostuu happivalkaisusta, otsonivalkaisusta (Z-vaihe) ja peroksidivalkaisusta (P-vaihe), jolloin Z-vaiheesta tuleva poistoilma johdetaan happivalkaisuvaiheeseen, tunnettu siitä, happivalkaisuvaiheeseen on yhdistetty vetyperoksidivalkaisuvaihe (EOP-vaihe), ja että Z-10 vaiheesta tulevan poistoilman jäännöshapen annetaan reagoida täysin EOP-vaiheessa ja että Z-vaiheesta tuleva poi-stovesi, jonka pH on edullisesti alle 3, käytetään laimennukseen EOP- ja Z-vaiheiden välissä ja/tai tuhkan poistamiseksi sellusta valkaisun jälkeen.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila, NaOH:n käyttömäärä ja Oz/H20-suhde säädetään EOP-vaiheessa siten, että reaktion pysyessä muuttumattomana hapenkulutus säädetään Z-vai-heen poistoilman jäännöshappipitoisuuden mukaisesti.
4. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila on EOP-vaiheessa 70 - 100 °C edullisesti 75 °C.
5. 4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, , tunnettu siitä, että NaOH:n konsentraatio on EOP- 25 vaiheessa 2,5-5 paino-% täysin kuivasta valkaistusta ·...' sellusta laskettuna. « ·.:/ 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen mene- • 4 * • telmä, tunnettu siitä, että 02-H202-seoksessa on korkeintaan yhtä paljon H202:a kuin 02:a massan painosta j';*· 30 laskettuna.
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen mene- , .·. telmä, tunnettu siitä, että Z-vaihe toteutetaan * · » 02/03-seoksella, jossa on enintään 10 paino-% 03:a.
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen mene- • · 35 telmä, tunnettu siitä, että lämpötila on Z-vai- ! : heessa 40 - 70 °C, edullisesti 50 - 60 °C. • « 98077