NO167159B - Fremgangsmaate for fremstilling av cellulosemasse. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for fremstilling

av mekanisk cellulosemasse.

Det finnes en rekke kjente fremgangsmåter for fremstilling av cellulosemasser, og mer spesielt mekaniske høy-utbyttecellulosemasser. Disse fremgangsmåter innbefatter,

men er ikke begrenset til, mekaniske raffinørprosesser (RMP), termomekaniske prosesser (TMP), kjemisk-mekaniske prosesser (CMP), termo-kjemisk-mekaniske prosesser (TCMP) og kjemisk-termo-mekaniske prosesser (CTMP). Disse prosesser som er blitt utviklet med årene, er i det vesentlige utviklinger av den grunnleggende RMP-prosess, og selv om forskjellene mellom prosessene synes å være små, representerer de forbedringer som fører til produksjon av forbedret massekvalitet (ofte,

men ikke alltid, sammen med redusert masseutbytte). I alminnelighet har ..imidlertid de fleste av de forbedrede prosesser gått på bekostning av en økning i raffinerings-energi som er nødvendig for å tilfredsstille de krevede papirfremstillingsegenskaper eller andre sluttanvendelsesegenskaper.

Mekaniske masseanlegg krever typisk lavere spesifikke kapitalomkostninger å bygge, og mekaniske masser gir typisk et høyt utbytte og kan være rimeligere å produsere enn kjemiske masser. Dessuten gir mekaniske masser ikke de for-urensningsproblemer som er forbundet med kjemiske masser.

I alminnelighet har mekaniske masser ikke hatt den samme

høye kvalitet som kjemiske masser, og for å oppnå en sluttmasse som har den nødvendige kvalitet, men som samtidig er økonomisk å produsere, er det således en velkjent metode å kombinere mekaniske og kjemiske masser. De ovennevnte utviklinger av mekaniske masseprosesser som skriver seg fra den grunnleggende RMP-prosess, har ført til enkelte mekaniske masser som har de samme karakteristika som en kjemisk masse, og de kan således anvendes som hel eller delvis erstatning for kjemiske masser for slike anvendelser hvor de kjemiske masser tradisjonelt er blitt anvendt.

For eksempel er i kanadiske patenter 1071805, 1145107

og 1145107 fremgangsmåter for fremstilling av mekaniske masser beskrevet som påstås å være nyttige som erstatninger

for kjemiske masser. Disse prosesser krever at en mekanisk masse av TMP-, RMP- eller TCMP-typen må behandles eller blandes med en forholdsvis høy tilsetning av oppslutningskjemikalier, f.eks. en vandig natriumsulfittoppløsning, efter raffineringstrinnet og at den på denne måte behandlede masse må trykkoppsluttes med eventuelt ytterligere raffinering som finner sted efter oppslutningstrinnet.

I US patent 4502918 er en massefremstillingsprosess beskrevet hvor trepartikler behandles med en vandig opp-løsning av natriumsulfitt. De behandlede partikler blir derefter oppsluttet og raffinert, hvorefter den oppnådde masse blir skilt i en akseptfraksjon og i en rejekt- eller langfiberfraksjon. Rejektfraksjonen blir derefter behandlet videre med en natriumsulfittoppløsning, oppsluttet og raffinert, hvorpå akseptfraksjonen og rejektfraksjonen eller i det minste en del av disse blir kombinert for å danne sluttmassen.

Den foreliggende oppfinnelse er basert på den overraskende erkjennelse at hele massen kan utsettes for en to-trinns-oppslutning- og raffineringsprosess, idet den annen tilsetning av en vandig natriumsulfittoppløsning finner sted før eller sammen med cellulosematerialet som kommer inn i eller efter det første raffineringstrinn, fulgt av opp-slutning efter kjemikalietilsetningen. Prosessen kan ut-føres med betydelige besparelser i energibehovet selv om hele massen blir behandlet i de to oppslutnings- og raffineringstrinn, og samtidig oppnås en økning av en rekke av de ønskelige egneskaper for massen for sluttanvendelses-formål. Den foreliggende fremgangsmåte finner spesiell anvendelse enkeltvis eller i kombinasjon for pinus radiata kjerneved og/eller pinus radiata bakhun, eucalyptus og hardtresorter fra New Zealand, men det antas at den vil ha lignende anvendelse for andre tretyper og -sorter.

Selv om det ifølge oppfinnelsen kreves en forholdsvis høy samlet tilsetning av oppslutningskjemikalier, blir den samlede charge delt i to separate charger hvorav den første charge fortrinnsvis er lavere, men fortrinnsvis finner sted i eh impregneringsprosess snarere enn i et enkelt blandetrinn. Den erholdte masse har lavt finstoffinnhold og har høye styrkeegenskaper og fremstilles med lavt energibehov. For eksempel er den samlede kjemikalietilsetning ved den foreliggende fremgangsmåte av samme størrelsesorden som den som er nødvendig ved en CMP-prosess, men det høye energibehov ved en CMP-prosess er ikke nødvendig for enkelte tretyper, spesielt furusorter og blandinger av hårdved/mykved.

Det tas ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av mekaniske cellulosemasser under erholdelse av et høyt utbytte av masse med forbedret kvalitet som kan anvendes som erstatning for kjemiske masser og som kan oppnås uten økninger eller med mindre økninger av raffineringsenergitilførselen.

Den foreliggende oppfinnelse kan generelt sies å være en fremgangsmåte for fremstilling av cellulosemasse ved anvendelse av to eller flere kjemikalietilsetnings- og oppslutningstrinn i forbindelse med mekaniske massefremstill-ingsmetoder.

Betegnelsen "mekanisk massefremstilling" som her anvendt har den vanlige betydning innen dette tekniske område og betegner oppbrytning av et cellulosemateriale ved mekanisk påvirkning slik at det fås et produkt som består hovedsakelig av frigjorte og separate celluloseenkeltfibre og fragmenter derav og som er egnet for anvendelse ved fremstilling av papir og andre produkter.

Den foreliggende oppfinnelse angår mer spesielt en fremgangsmåte for fremstilling av cellulosemasse fra tremateriale i partikkelform, omfattende de trinn at (a) oppslutningskjemikaler tilsettes til materialet, (b) efter trinn (a) oppsluttes materialet, (c) efter trinn (b) tilsettes ytterligere oppslutningskjemikalier. til den oppsluttede materialblanding, og (d) efter trinn (c) oppsluttes blandingen ytterligere, og fremgangsmåten er sær-preget ved at før, samtidig med eller efter trinn (c) raffineres blandingen mekanisk for å redusere materialet til hovedsakelig hele fibre slik at trinn (d) utføres på en raffinert blanding.

I den nedesntående mer detaljerte beskrivelse av den foreliggende oppfinnelse i overensstemmelse med de foretrukne former av denne vil henvisning bli gjort til den ledsagende tegning som viser et flytskjema for den foreliggende fremgangsmåte.

I henhold til den foreliggende fremgangsmåte blir i overensstemmelse med den foretrukne utførelsesform av denne treflis vasket i en vasker 10 og overført til et svinge/ basingskar 11. I dette kar tilsettes friskdamp. for å fjerne luft og forvarme flisen til en temperatur innen området 80-100°C. Flisen blir uttømt fra karet 11med regulert hastighet over i en skruetrykkmater 12 hvori overskudd av væske blir fjernet og flisen avvannet til over 20% tørrhet.

I henhold til den foretrukne utførelsesform blir flisen avvannet til over 40% tørrhet. Flisen blir derefter overført til en impregneringsinnretning 13 (fortrinnsvis en hellende skruetransportør).

Oppslutningskjemikalier blir tilført til eller mellom mate-anordningen 12 og/eller impregneringsinnretningen 13, og tilførselen finner sted ved en temperatur under 100°C, fortrinnsvis under 50°C. Disse delignifiserende kjemikalier

i vandig form har kjent sammensetning og tilhører primært natriumsulfittfamilien, oq de blir tilsatt i en mengde av 0,5-5% aktivt kjemikalie i forhold til knusktørre fibre. Kondensasjon av damp i flisen gjør at væsken blir absorbert i flisen. Oppholdstiden i impregneringsinnretningens 13 væske sone er 5-20 minutter, men fortrinnsvis over 7 minutter.

Når flisen forlater impregneringsinnretningens 13 væskesone, kan den utsettes for direkte dampoppvarming for å øke flisens temperatur til innen området 80-100°C. Den impregnerte flis blir derefter innmatet i en primær koker 14 ved hjelp av en trykktetningsinnretning 13a, som en trykkskrue, roterende ventil eller lignende innretning. Oppholdstiden i kokeren 14 er 3-20 minutter, fortrinnsvis 5-10 minutter, og opp-varmingen foretas ved direkte innblåsing av damp slik at det fås en dampfasereaksjon. Trykket i den primære koker 14 ligger innen området 0-800 kPa overtrykk, men ligger mer foretrukket innen området 200-400 kPa overtrykk.

Produktet fra den primære koker 14 blir ved regulert dosering i overensstemmelse med kjente metoder og via en påmatnings/trykktetning 15 innmatet i en primær raffinør 16

(som én skiveraffinør) som arbeider ved 0-600 kPa overtrykk, men mer foretrukket ved 200-300 kPa overtrykk. Ytterligere oppslutnings- eller kokekjemikalier med kjent sammensetning blir tilført til det påmatede produkt til den primære raf-finør 16 for senere reaksjon i en sekundær koker 19. Koke-kjemikaliene blir blandet med flis/masseblandingen som er tilstede i den primære raffinør 16, ved hjelp av raffinør-virkningen. Tilsetning av de sulfittbaserte kokekjemikalier ligger innen området 2-20% aktivt kjemikalie i forhold til knusktørre fibre, fortrinnsvis 5-10% i forhold til knusk-tørre fibre.

Massen og dampen som dannes i den primære raffinør 16, blir via en felles blåseledning tømt ut over i en syklon 17 hvori vann og/eller brukt prosessvæske blir tilsatt for reguler-ing av konsistensen i løpet av den påfølgende oppslutnings-fase. Masse og væske blir via en påmatnings/trykktetningsinnretning 18 (fortrinnsvis en trykkskrue) uttømt fra syklonen 17 og kommer inn i den sekundære koker 19. Oppholdstiden i den sekundære koker 19 ligger innen området 20 -

120 minutter, mer foretrukket 30 - 60 minutter, ved et overtrykk innen området 100-800 kPa, mer foretrukket 300-600 kPa, overtrykk.

Uttømningen fra den annen koker 19 foretas ved å sprøyte inn vann/brukt væske gjennom ledninger 20 og 21 inn

i bunnen av den sekundære koker 19 og ved å blande vannet/ brukt væske med massen. Drivkraften for uttømning av massen fås fra det innvendige trykk i kokeren. Alternativt kan kokeren tømmes ved hjelp av en transportskrue eller ved hjelp av andre metoder.

Uttømt masse overføres til en vasker 22, fortrinnsvis et pressevaskesystem,hvori massen blir vasket og presset og via en påmatning/trykktetning 23 overført til en sekundær raffinør 24. Den sekundære raffinør kan arbeide ved et trykk innen området 0-600 kPa, fortrinnsvis 200-300 kPa, overtrykk. Damp og masse uttømmes fra den sekundære raffinør 24 via en felles blåseledning over i en syklon 25 hvori de blir separert og uttømt i det vesentlige på samme måte som fra den primære raffinør 16.

Den erholdte masse kan derefter behandles i overensstemmelse med vanlige massebehandlingsmetoder, som fjernelse i latent tilstand, siling, rensing og bleking. Det erholdte masseprodukt kam tørkes eller anvendes direkte eller indirekte for dets beregnede sluttanvendelse.

Den ovenfor beskrevne fremgangsmåte kan modifiseres. For eksempel kan det ene eller begge raffineringstrinn i raffinørene 16 og 24 finne sted ved atmosfæretrykk ved anvendelse av skruer eller andre uttømnings- og transportinn-retninger. To eller flere raffineringstrinn kan foreligge før eller efter den sekundære koker 19. Masse fra den sekundære koker 19 kan uttømmes direkte fra den massebe-handlingsprosess som er skissert som et mellom-

eller efterraffineringstrinn. Mellomtrinnsvasking og avvanning vil kunne innbefattes mellom førstetrinnkoking og førstetrinnsraffinering. Et ytterligere trinn eller ytterligere trinn med kjemikalietilsetning, raffinering, koking med eller uten mellomtrinnsvasking og avvanning vil kunne tilføyes.

Impregnerings/kokekjemikalier for det første koketrinn kan tilsettes via et mekanisk blandesystem, og på lignende måte kan de for det annet koketrinn tilsettes til cellulosematerialet efter den primære raffinør i et mekanisk blandesystem.

Virkningen av mellomtrinnet eller efterkokingstrinnet er å bevirke en forandring i fiberegenskapene, hvorved enkelte blir forbedret, men det som er av betydning er en vesentlig reduksjon i raffineringsenergibehovet for å oppnå de ønskede sluttanvendelsesegenskaper.

Den foreliggende oppfinnelse fører til en mekanisk høy-utbyttemasse med i det minste en lignende, men generelt forbedret, kvalitet sammenlignet med masser oppnådd ved hjelp av en lignende kjent prosess, men uten økninger eller med mindre økninger i raffineringsenergitilførselen. Høye kon-sentrasjoner av kombinert svovel v.ed det samme freeness-nivå kan således oppnås uten høyere kraftforbruk, hvilket normalt er tilfellet for enkelte kjemi-mekaniske (CMP) eller kjemi-termomekaniske (CTMP) prosesser. Massen er i de nedenstående tabeller betegnet som sulfonert kjemi-termomekanisk masse (SCTMP).

Koke/raffineringsprosessbehandlingen gjør det mulig

å oppnå høy sulfonering som gir bedre hvithet, absorpsjons-evne, mykhet og fiberfleksibilitet samtidig med en sterk reduksjon i raffineringsenergibehovet. Dessuten fører fremgangsmåten til en ren fiberseparering, forbedret fiber-utbytte med redusert finstoff og forbedret bulk, rivindeks, slitindeks, strekking, sprengstyrke og andre våt- og tørr-baneegenskaper.

Prøvekjøringer av den foreliggende fremgangsmåte er blitt utført, og resultatene for prosessens egenskaper og for RMP- og CTMP-masse for ubleket, silt og renset masse (prøvet i overensstemmelse med SCAN standarder under anvendelse av et 60 g/m håndark) er angitt nedenfor.

Før bleketrinnet eller -trinnene inneholder masseproduktet en lav mengde fiberknipper, dvs. under i det vesentlige 10%, og fortrinnsvis i det vesentlige ingen.

Fremgangsmåten kan anvendes for mykved, blandinger av mykved og blandinger av mykved og hardved. I det sist-nevnte tilfelle fås en overlegen kvalitet sammenlignet med anvendelse av andre høyutbytteprosesser.

Maskestørrelser i den nedenstående tabell er målt i henhold til Bauer McNett-metoden. Flisinnholdet måles ved hjelp av Sommerville-metoden. Alle resultat i tabellen er forsøksresultater for Pinus Radiata bakhunved(sagverks-rester)-flis. Alle forsøk utføres for 60 g/m 2 håndark i overensstemmelse med I.S.O. standarder.

De nedenstående eksempler på den foreliggende oppfinnelse og på vanlig kjemisk-termomekanisk masseprosess (CTMP) og mekanisk raffinørmasseprosess (RMP) ble utført i et prøveanlegg under anvendelse av tresorter som er vanlig tilgjengelige i New Zealand.

Eksempel 1

En RMP-prosess ble utført for mykvedflis (Pinus Radiata sagverksjbakhunrester) ved et fuktighetsinnhold av ca. 60%. Flisen ble raffinert ved to ganger å bli ført gjennom en dobbeltskiveraffinør ved atmosfæretrykk. Resul-

o

tåtene er gjengitt i tabellen i spalten med overskriften "RMP" og utgjør en basis for sammenligning med andre masse-fremstillingsprosesser.

Eksempel 2

En vanlig CTMP-prosess ble utført. Blandinger av

flis av forskjellige tresorter og enkeltsorter (se den første linje i den nedenstående tabell) ble behandlet i et basningskar i 10 minutter ved ca. 95°C (kondensat ble drenert av,

og karet ble fylt med kaldt impregneringskjemikalie, natriumsulfitt, med tilstrekkelig konsentrasjon til å gi det ønskede sluttsvovelinnhold). Impregneringsvæsken ble oppvarmet til ca. 95°C ved at den ble resirkulert gjennom en ekstern varmeveksler, og væsken ble derefter drenert av. Den impregnerte flis ble kokt ved ca. 130°C under anvendelse av direkte dampinjisering i 5 minutter. Den kokte flis ble uttømt ved hjelp av en skruetransportør og innmatet i en trykksattt dobbelskiveraffinør som arbeidet ved et overtrykk av ca. 2 bar. Den oppnådde masse ble igjen raffinert ved at den ble ført én gang til gjennom den samme raffinør under de samme trykkbetingelser.

Resultatene av prosessene er oppsummert i kolonnene CTMP i den nedenstående tabell.

Eksempel 3

En fremgangsmåte ifølge den foreliggende oppfinnelse ble utført. Blandinger av flis av forskjellige tresorter og av enkeltsorter (se den første linje i den nedenstående tabell) ble behandlet i et basningskar i 10 minutter ved ca. 95°C (kondensat ble drenert av og karet fylt med kaldt impregneringskjemikalie, inatriumsulf itt, med tilstrekkelig konsentrasjon til å gi det ønskede sluttsvovelinnhold). Impregneringsvæsken ble oppvarmet til ca. 95°C ved at den ble resirkulert gjennom en ekstern varmeveksler, og væsken ble derefter drenert av. De impregnerte flis ble kokt ved ca. 130°C under anvendelse av direkte dampinjisering i 5 minutter.

Den kokte flis ble uttømt ved hjelp av en• skruetranspor-tør og overført til en trykksatt dobbeltskiveraffinør. På det tidspunkt påmatning på raffinøren fant sted, ble sekundært kokekjemikalie (natriumsulfittlut) tilsatt i den nødvendige konsentrasjon for å gi det ønskede sluttsvovelinnhold i massen. Blandingen av masse/væske ble ved hjelp av damp utviklet i raffinøren transportert (blåst) tilbake til det primære kokekar og kokt ved 160°C i ca. 60 minutter. Kokt masse ble uttømt og raffinert nok en gang. Begge raffineringstrinn ble utført ved et overtrykk av ca.

2 bar.

Resultatene av prosessene er gjengitt i kolonnene merket SCTMP i den nedenstående tabell.

Eksempel 4

Fremgangsmåten ifølge eksempel 3 ble utført. Til massen ble ytterligere kokekjemikalier tilsatt ved innløpet til annettrinnsraffinøren, og et tredje koketrinn ble ut-ført fulgt av et tredje raffineringstrinn ved atmosfæretrykk. Resultatene av denne fremgangsmåte er gjengitt i kolonnen helt til høyre som er merket SCTMP, i den nedenstående tabell.

I de ovenstående eksempler ble all sluttmasse vasket og silt gjennom en 0,16 mm plan sn før prøvning av egen-skapene, for å simulere siling/rensefunksjonen i en typisk mekanisk massefabrikk.

Den oppnådde masse fra fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er uventet egnet for ytterligere raffineringsbehandling for å forbedre forskjellige egenskaper, spesielt slitindeks, sprengindeks, luftmotstand,som vil forbedre dens oppførsel ved dens valgte sluttanvendelse.

I dens uutviklede og utviklede stadium er den egnet for slike sluttanvendelser som direkte eller delvis erstatning for kjemisk masse, i slike produkter som fluffmasse og forskjellige papirkvaliteter, som f.eks. tissue, mekaniske trykkvaliteter, dekkpapp og papp.

Bemerkninger:

1) Bakhun av P. Radiata: Pinus Radiata sagverksrest;Juvenile P. Radiata: Pinus Radiata beplantningstynning under 15 år: E. Regnans: Eucalyptus Regnans beplantningsvokst hårdved,

Tawa: naturlig hårdved i New Zealand.

2) Alle forsøk ble utført efter ISO-standarder for 60 g/m<o >håndark.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av cellulosemasse fra tremateriale i partikkelform, omfattende de trinn at (a) oppslutningskjemikalier tilsette-s til materialet, (b) efter trinn (a) oppsluttes materialet, (c) efter trinn (b) tilsettes ytterligere oppslutnings kjemikalier til den oppsluttede materialblanding, og Cd) efter trinn (c) oppsluttes blandingen ytterligere, karakterisert ved at før, samtidig med eller efter trinn (c) raffineres blandingen mekanisk for å redusere materialet til hovedsakelig hele fibre slik at trinn (d) utføres på en raffinert blanding.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at masseproduktet erholdt fra oppslutningstrinn (d) raffineres ytterligere ved mekanisk påvirkning.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at i trinn (a) tilsettes oppslutningskjemikalier til det partikkelformige materiale for å impregnere dette ved en temperatur under 100°C, idet mengden av de aktive kjemikalier ligger innen området fra 0,5 til 5%, basert på absolutt tørre fibre.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at impregneringen av det partikkelformige materiale utføres i løpet av en tidsperiode på fra 5 til 20 minutter.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at det impregnerte materiale innføres i en første koker ved en temperatur innen området fra 80 til 100°C, i hvilken det oppvarmes med direkte damp med et overtrykk innen området fra O til 800 kPa i en periode av fra 5 til 10 minutter for å utføre trinn (b) .

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at blandingen som kommer ut fra den første koker, raffineres i en primær raffinør under tilsetning av ytterligere oppslutningskjemikalier til blandingen fra kokeren (trinn (c)), idet oppslutnings-kjemikaliene er sulfittbaserte og mengden av aktivt kjemikalie i disse ligger innen området fra 2 til 20%,basert på absolutt tørr fiber.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at de ytterligere oppslutningskjemikalier tilsettes (trinn (c)) før blandingen raffineres i den primære raffinør.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at de ytterligere oppslutningskjemikalier tilsettes (trinn (c)) til blandingen i den primære raffinør.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 6, 7 og 8, karakterisert ved at massen og væsken fra den primære raffinør oppsluttes (trinn (d)) ved et overtrykk innen området fra 100 til 800 kPa i en tidsperiode innen området fra 30 til 60 minutter.