NO168123B

NO168123B - PROCEDURE AND APPARATUS FOR TREATING FINE DISTRIBUTED FIBER-containing CELLULOS MATERIALS WITH CHLORGE GAS

Info

Publication number: NO168123B
Application number: NO862116A
Authority: NO
Inventors: Michael I Sherman; Joseph R Phillips; Gordon Rowlandson
Original assignee: Kamyr Inc
Priority date: 1985-06-14
Filing date: 1986-05-28
Publication date: 1991-10-07
Also published as: CA1276408C; FI862082A; SE8602592D0; BR8602738A; DE3667310D1; FI862082A0; EP0207062B1; SE466459B; ATE48452T1; EP0207062A1; FI85728B; SE8602592L; JPS61289192A; FI85728C; NO168123C; NO862116L

Abstract

A method and apparatus are provided for increasing the efficiency of treatment of a paper pulp slurry with chlorine gas, such as in the bleaching or delignification of deciduous wood chemical pulps, coniferous wood chemical pulps, and non-wood fibrous chemical pulps. Chlorine gas is intimately mixed with the pulp in a fluidizing mixer (14), the pulp preferably having a consistency of about 7-12%, and then is passed to a retention vessel (20). The discharge of pulp from the mixer to the retention vessel, and from the retention vessel to other treatment structures, is throttled by valves (30, 31) so as to increase the pressure in both the mixer and the retention vessel to above atmospheric, and preferably in the range of about 15-150 psig (1 to 10 bar above atmospheric pressure). The chlorine gas is added to the mixer through one more discs (53) of porous materials having pore sizes in the range of about 5-175 microns, such as porous ceramic or sintered metal discs. The increased pressure during the chlorine treatment, and the introduction of the chlorine gas in the form of minute bubbles, improve the solubility of the chlorine in the pulp slurry and thereby increase the efficiency of treatment. (Figure 1).

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et apparat for behandling av finfordelt, fiberholdig cellulosemateriale med klorgass slik det fremgår av ingressen til de etterfølgende selvstendige krav. The present invention relates to a method and an apparatus for treating finely divided, fibrous cellulose material with chlorine gas, as is evident from the preamble to the following independent claims.

I typiske kloreringsanlegg for middels massekonsistens, slik som for bleking eller delignifisering av papirmasse, sprøytes klor gjennom dyser inn i en blander, og føres så til en oppbevaringsbeholder som er ved omtrent atmosfærisk trykk. Under masseoppholdet i blanderen og oppbevaringsbeholderen reagerer kloret med urenheter og belegg (slik som lignin og bark) i massevellingen, for å bevirke den ønskede bleking eller delignifisering. In typical chlorination plants for medium pulp consistency, such as for pulp bleaching or delignification, chlorine is injected through nozzles into a mixer, and then fed to a storage vessel that is at approximately atmospheric pressure. During the pulp stay in the mixer and storage container, the chlorine reacts with impurities and coatings (such as lignin and bark) in the pulp slurry, to effect the desired bleaching or delignification.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det til-veiebragt en fremgangsmåte og et apparat av den innlednings-vis nevnte art som kjennetegnes ved de trekk som fremgår av karakteristikken i de etterfølgende selvstendige krav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de uselv-stendige krav. In accordance with the present invention, there is provided a method and an apparatus of the type mentioned at the outset which is characterized by the features that appear from the characteristics in the following independent claims. Further features of the invention appear from the independent claims.

Forbedringene i oppløseligheten av klorgass i massevellingen som oppnås ved den foreliggende oppfinnelse resulterer i et antall fordelaktige effekter innbefattende minsket totalt kjemikalieforbruk, bruk av mer klor i forhold til klordioksyd (som også tilføres under behandling, og som ér mer kostbart enn klorgass), minsket vellingvolum i oppbevaringsbeholderen, behandling ved lavere kappatall, mindre kjemikalieavfall og minsket forbruk av blekemidler i de etterfølgende trinn. The improvements in the solubility of chlorine gas in the slurry achieved by the present invention result in a number of beneficial effects including reduced total chemical consumption, use of more chlorine in relation to chlorine dioxide (which is also added during treatment, and which is more expensive than chlorine gas), reduced slurry volume in the storage container, treatment at a lower kappa number, less chemical waste and reduced consumption of bleaching agents in the subsequent steps.

Det primære formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe mer effektiv behandling av finfodelt cellulose-fiberholdig materialvellinger med klorgass. Dette og andre formål med oppfinnelsen vil klart fremkomme fra en studie av den detaljerte beskrivelse av oppfinnelsen og fra de vedlagte krav. The primary purpose of the present invention is to provide more effective treatment of finely divided cellulose-fibrous material slurry with chlorine gas. This and other objects of the invention will be clear from a study of the detailed description of the invention and from the appended claims.

Fig. 1 er et skjematisk riss av et apparateksempel i samsvar med den foreliggende oppfinnelse for bleking av papirmasse i samsvar med den foreliggende oppfinnelse ; Fig. 1 is a schematic diagram of an apparatus example in accordance with the present invention for bleaching paper pulp in accordance with the present invention;

fig. 2 er et detaljert enderiss av forsiden til blanderen av apparatet i fig. 1, som viser sammenknytningen av fig. 2 is a detailed end view of the front of the mixer of the apparatus of FIG. 1, which shows the connection of

denne til klorgass- og klordioksydvæskekildene; this to the chlorine gas and chlorine dioxide liquid sources;

fig. 3 er et snittriss sett fra siden av strukturen 44 i fig. 3 is a sectional view seen from the side of the structure 44 i

fig. 2; fig. 2;

fig. 4 er et snittriss sett fra siden av en innføringsdyse fig. 4 is a sectional view seen from the side of an introduction nozzle

47 i fig. 2; og 47 in fig. 2; and

flg. 5 er et enderiss av dysen i fig. 4. fig. 5 is an end view of the nozzle in fig. 4.

Oppfinnelsen er appliserbar til et stort antall prosedyrer for behandling av finfordelt, fiberholdig cellulosemateriale i vellingform med klorgass. Særlig er oppfinnelsen anvendelig som det første trinn av en flertrinns blekemater for bleking av papirmasser av løvtrær, papirmasser av nåletrær, blandinger av papirmasser og fiberholdige kjemiske masser som ikke er av tre; som det første trinn av en delignifiseringsprose-dyre som et trinn etter en første delignifisering som bruker oksygen; og i lignende bleke-, delignifiserings- og relaterte prosedyrer. The invention is applicable to a large number of procedures for treating finely divided, fibrous cellulose material in gruel form with chlorine gas. In particular, the invention is applicable as the first stage of a multi-stage bleaching feeder for bleaching hardwood pulps, softwood pulps, mixed pulps and non-wood fibrous chemical pulps; as the first step of a delignification process-such as a step after a first delignification using oxygen; and in similar bleaching, delignification and related procedures.

For beskrivelsesformål vil fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen bli beskrevet med hensyn til klorbleking, sammen med klordioksyd av papirmasse, men det skal forstås at oppfinnelsen har videre anvendelse. For description purposes, the method in accordance with the invention will be described with regard to chlorine bleaching, together with chlorine dioxide of paper pulp, but it should be understood that the invention has further application.

Tremasse tilføres en konvensjonell lagertank 10 for bleke-middelråstoff, hvor massen innføres til denne gjennom et innløp 11 og pumpes fra bunnen av tanken 10 ved bruk av en konvensjonell fluldiserings-sentrifugalpumpe 12, slik som den type vist i US-patent 4435193. Massen har en konsistens på omkring 2,5 - 16$, fortrinnsvis 3,5 - 13% og mest å fore-trekke omkring 7 - 12#. Wood pulp is supplied to a conventional storage tank 10 for bleach raw material, where the pulp is introduced to this through an inlet 11 and pumped from the bottom of the tank 10 using a conventional flooding centrifugal pump 12, such as the type shown in US patent 4435193. The pulp has a consistency of about 2.5 - 16%, preferably 3.5 - 13% and most preferably about 7 - 12%.

Temperaturen på massevellingen vil vanligvis være ca. 10"C til 71°C, og mer fordelaktig fra 26°C - 66°C. Massen pumpes i ledningen 13 til en konvensjonell sentrifugal-fluidiseringsblander 14. Blanderen 14 er fortrinnsvis lstand til å fluidisere masse selv om den har en konsistens opp til 16#, og effektivt inngående blande massen med kjemikalier som tilføres denne i blanderen. En form en slik blander 16 kan innta er vist i kanadisk patent 1102604, og en slik blander er også kommersielt tilgjengelig fra Kamyr, Inc. of Glens Falls, New York, og er solgt under varemerket "MC". The temperature of the pulp will usually be approx. 10"C to 71°C, and more advantageously from 26°C - 66°C. The pulp is pumped in line 13 to a conventional centrifugal fluidizing mixer 14. The mixer 14 is preferably capable of fluidizing pulp even if it has a consistency of up to 16#, and effectively thoroughly mixing the pulp with chemicals fed thereto in the mixer. One form such a mixer 16 may take is shown in Canadian Patent 1102604, and such a mixer is also commercially available from Kamyr, Inc. of Glens Falls, New York , and is sold under the trademark "MC".

Klorgass fra kilden 15 passerer gjennom barometersløyfen 16' i ledningen 16 og tilføres til blanderen 14, mens klordioksyd tilføres fra kilden 17 gjennom ledningen 18. Vanligvis vil klorgassen ha en temperatur på omkring 24°C til 60°C og oftere i området fra 32°C til 52°C. Trykket ved kilden 15 og i ledningen 16 vil vanligvis være i området av omkring 4,1 - 8,6 bar, og konvensjonelle sikkerhetsinnretninger, ventiler og sperreinnretninger vil bli brukt med klorgassystemet. Chlorine gas from the source 15 passes through the barometer loop 16' in the line 16 and is supplied to the mixer 14, while chlorine dioxide is supplied from the source 17 through the line 18. Usually the chlorine gas will have a temperature of about 24°C to 60°C and more often in the range from 32° C to 52°C. The pressure at the source 15 and in the line 16 will usually be in the range of about 4.1 - 8.6 bar, and conventional safety devices, valves and shut-off devices will be used with the chlorine gas system.

Klordioksyd fra kilden 17 vil vanligvis ha en temperatur på 1°C - 38°C, og mer vanlig 4°C - 13°C. Klorindioksyd vil tilføres i flytende form med konsentrasjoner i området fra 4 Chlorine dioxide from source 17 will usually have a temperature of 1°C - 38°C, and more commonly 4°C - 13°C. Chlorine dioxide will be supplied in liquid form with concentrations in the range from 4

- 14 gpl. og fortrinnsvis 6-10 gpl. - 14 gpl. and preferably 6-10 gpl.

Total oppholdstid i trykksonen (blanderen 14 og/eller beholderen 20) er omkring 0,01 - 60 minutter og fortrinnsvis omkring 0,1 - 20 minutter. Total residence time in the pressure zone (mixer 14 and/or container 20) is about 0.01 - 60 minutes and preferably about 0.1 - 20 minutes.

Oppfinnelsen er særlig anvendelig for bleking av papirmasse av løvtrær med Kappatall i området av 10 - 25 (mer vanlig 15 til 20), bleking av papirmasse fra bartrær med Kappatall i området 25 - 150 (mer vanlig 28 - 38), bleking av blandinger av papirmasse og bleking av fiberholdige kjemiske masser som ikke er av tre med Kappatall i området 14 - 150. The invention is particularly applicable for bleaching pulp from hardwood trees with a Kappa number in the range of 10 - 25 (more commonly 15 to 20), bleaching pulp from conifers with a Kappa number in the range from 25 - 150 (more commonly 28 - 38), bleaching mixtures of paper pulp and bleaching of fibrous chemical pulps that are not made of wood with a Kappa number in the range 14 - 150.

Fra blanderen 14 passerer massen til oppholdsbeholderen 20 og strømmer oppad deri med tilførsel av uttynningsvæske gjennom innføringsstrukturen 21. Masse slippes ut ved en skraper i utslippsledningen 23 ved toppen av oppholdsbeholderen, og passerer så inn i en standardledning og fra den fortrinnsvis inn i en trykkdiffusor eller lignende beholder ved samme trykk for ytterligere opphold eller vasking under trykk. From the mixer 14, the mass passes to the holding container 20 and flows upwards therein with the supply of dilution liquid through the introduction structure 21. Mass is released by a scraper in the discharge line 23 at the top of the holding container, and then passes into a standard line and from it preferably into a pressure diffuser or similar container at the same pressure for further stay or washing under pressure.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det funnet at ved å trykkpådra blanderen 14 og/eller beholderen 20 økes betydelig oppløsningsevnen for kloret i massen og bevirker således mer effektiv reaksjon med urenhetene i beleggene (slik som lignin og bark) på, med og i massefibrene. Påsetting av trykk fremmer også produksjonen av ørsmå bobler av klorgass, og nettverket av sammenlåste fibre sammen med økningen av trykket hindrer sammenvoksing av gassbobler. Sluttresultatet er minsket totalt kjemikalieforbruk, minsket etterfyllingsgrad av klordioksyd for klor (klordioksyd er mer kostbart), en volumminskning av velling i beholderen 20, lavere Kappatall for den uttrukne masse, mindre kjemisk avfall og minsket forbruk av blekemiddel i de etterfølgende trinn. In accordance with the present invention, it has been found that by pressurizing the mixer 14 and/or the container 20, the dissolving ability of the chlorine in the pulp is significantly increased and thus causes a more effective reaction with the impurities in the coatings (such as lignin and bark) on, with and in the pulp fibers . Applying pressure also promotes the production of tiny bubbles of chlorine gas, and the network of interlocking fibers together with the increase in pressure prevents gas bubbles from coalescing. The end result is reduced total chemical consumption, reduced replenishment rate of chlorine dioxide for chlorine (chlorine dioxide is more expensive), a volume reduction of slurry in the container 20, lower Kappa number for the extracted mass, less chemical waste and reduced consumption of bleach in the subsequent steps.

Trykkpådrag av blanderen 14 og beholderen 20 bevirkes fortrinnsvis ved å bruke en ventil 30 ved utgangen fra blanderen 14, og en ventil 31 ved utgangen 23 fra tanken 20. Ventilene 30,31 kan velges fra et bredt antall tilgjengelige strupeventiler, slik som ventiler som har alle deler som kommer som kommer i berøring med væskene av motstandsdyktige materialer for de aggresive, korrosive forhold som er tilstede. F.eks. kan ventilen 30 innbefatte en kuleventil med 4 tommers diameter, og ventilen 31 kan være en kuleventil med 8 tommers diameter. Typiske strupekuleventiler som kan brukes i dette henseende er tilgjengelige fra WKM, Houston, Texas og selges under varemerket DynaSeal 350. Naturligvis kan et stort antall andre strupeventiler som er kommersielt tilgjengelig anvendes. Ventilene 30,31 opereres enten manuelt eller automatisk for å regulere trykket i blanderen 14 og/eller tanken 20, slik at det er innenfor området av omkring 1,03 - 10,3 bar (fortrinnsvis omkring 2,06 - 8,0 bar). Pressurization of the mixer 14 and the container 20 is preferably effected by using a valve 30 at the outlet from the mixer 14, and a valve 31 at the outlet 23 from the tank 20. The valves 30,31 can be selected from a wide number of available throttle valves, such as valves that have all parts that come into contact with the liquids of resistant materials for the aggressive, corrosive conditions that are present. E.g. valve 30 may include a 4 inch diameter ball valve, and valve 31 may be an 8 inch diameter ball valve. Typical throttle ball valves that can be used in this regard are available from WKM, Houston, Texas and are sold under the trade name DynaSeal 350. Of course, a large number of other commercially available throttle valves can be used. The valves 30,31 are operated either manually or automatically to regulate the pressure in the mixer 14 and/or the tank 20, so that it is within the range of about 1.03 - 10.3 bar (preferably about 2.06 - 8.0 bar) .

For å sikre at klorgassen fra dens innføringstldspunkt er i form av ørsmå bobler, anvender fortrinnsvis strukturene vist i fig. 2-5. Fig. 2 viser klorforrådet 15 forbundet gjennom ledningen 16 til blanderen 14. Den bestemte sammenknytnings-struktur vist i fig. 2 innbefatter grenforbindelsen 40 som har grenrør 41,42 som forløper fra denne. I hvert grenrør er det anordnet et filter 44 og en eller flere ventiler 45, og hvert grenrør avslutter i en klorgassinjeksjonsdyse 47. To slike strukturer anvendes i tilfelle av svikt i en (1 hvilket tilfelle den kan avstenges og den andre brukes inntil reperasjon er utført), og også for Jevnt å innføre klorgass i blanderen. To ensure that the chlorine gas from its point of introduction is in the form of tiny bubbles, preferably use the structures shown in fig. 2-5. Fig. 2 shows the chlorine supply 15 connected through the line 16 to the mixer 14. The particular connection structure shown in fig. 2 includes the branch connection 40 which has branch pipes 41,42 extending from it. In each branch pipe there is arranged a filter 44 and one or more valves 45, and each branch pipe ends in a chlorine gas injection nozzle 47. Two such structures are used in case of failure of one (1 in which case it can be shut off and the other used until repair is carried out ), and also to evenly introduce chlorine gas into the mixer.

Injeksjonsdysene 47 (ethvert rimelig antall dyser kan anordnes) i utførelsen vist i fig. 2 er forbundet til blanderen 14 ved motsatte sider av masseinnløpspartiet 50 med sirkulært tverrsnitt av blanderen. Et typisk filter 44 er illustrert i fig. 3, og innbefatter det massive, ringformede metallegeme 52, som holder en sirkulær skive 53 av porøst materiale. Typiske porøse materialer for skiven 53 innbefatter porøst kjeramisk materiale og sintrede metaller. The injection nozzles 47 (any reasonable number of nozzles can be arranged) in the embodiment shown in fig. 2 is connected to the mixer 14 at opposite sides of the mass inlet portion 50 with a circular cross-section of the mixer. A typical filter 44 is illustrated in FIG. 3, and includes the solid, ring-shaped metal body 52, which holds a circular disk 53 of porous material. Typical porous materials for the disc 53 include porous ceramic material and sintered metals.

En typisk injeksjonsdyse 47 for klorgass er illustrert i fig. 4 og 5 og innbefatter et metallhus innbefattende en ringformet flens 55 og ringformet legeme 56, med en konisk flate 57 formet ved den innerste ende av legemet 56 (enden nærmest til eller som forløper inn i blanderen 14). Anordnet i legemet 56 og med en konisk flate som ligger an mot den koniske flate 57 er skiven 58. Skiven 58 innbefatter innretninger for innføring av klorgass i form av ørsmå bobler, og innbefatter et porøst materiale med porestørrelser i området fra omkring 5 - 175 micron. Typiske, porøse materialer anvendbare for dannelsen for skiven 50 er vanlig tilgjengelige kjeramiske materialer og porøse sintrede metaller. A typical injection nozzle 47 for chlorine gas is illustrated in fig. 4 and 5 and includes a metal housing including an annular flange 55 and annular body 56, with a conical surface 57 formed at the innermost end of the body 56 (the end closest to or extending into the mixer 14). Arranged in the body 56 and with a conical surface that rests against the conical surface 57 is the disk 58. The disk 58 includes devices for introducing chlorine gas in the form of tiny bubbles, and includes a porous material with pore sizes in the range from about 5 - 175 microns. Typical porous materials useful in the formation of disc 50 are commonly available ceramic materials and porous sintered metals.

Skiven 58 holdes på plass mot den koniske flate 57 ved pakningen 59, låseringen 60 og låseklipset 61. Låseringen 60 kan gjengeforbih-des til inngrep med legemspartiet 56 (hvilket har indre gjenger), med klipset 61 i inngrep med legemet 56 og ringen 60 for å holde dem i posisjonen (vist i fig. 4) hvor ringen 60 presser mot pakningen 59 og skiven 58. The disc 58 is held in place against the conical surface 57 by the gasket 59, the locking ring 60 and the locking clip 61. The locking ring 60 can be threaded to engage the body part 56 (which has internal threads), with the clip 61 engaging the body 56 and the ring 60 for to hold them in the position (shown in fig. 4) where the ring 60 presses against the gasket 59 and the disc 58.

Det skal således forstås at i samsvar med den foreliggende oppfinnelse foreligger en fremgangsmåte og apparat for å øke virkningsgraden og virksomheten av behandling av finfordelte cellulosefibrede materialvellinger med klorgass. It should thus be understood that, in accordance with the present invention, there is a method and apparatus for increasing the efficiency and activity of treating finely divided cellulose fibrous material slurry with chlorine gas.

Claims

1. Process for treating finely divided, fibrous cellulose material in slurry form with chlorine gas, including the steps: (a) chlorine gas is thoroughly mixed with the slurry and (b) the slurry is fed to a storage container (20), characterized in that (c) the pressure in the storage container (20) is maintained between 1.0 - 10 bar above atmospheric pressure in order to increase the solubility of chlorine gas in the gruel and thereby increase the efficiency and/or activity of the chlorine treatment while the gruel is continuously fed into the holding container (20) and that the gruel is then continuously released from this .

2. Method according to claim 1, where step (a) is carried out in a mixer (14), characterized in that the pressure in the mixer is maintained between 1-10 bar above atmospheric pressure.

3. Method according to claim 2, characterized in that the gruel is maintained at a pressure between 1-10 bar above atmospheric pressure over a time within the range 0.01-60 min.

4. Method according to claim 2, characterized in that the consistency of the gruel is within 7-12& during the performance of steps (a-c).

5. Method according to claim 1, characterized in that chlorine is introduced into the mixture in the form of tiny bubbles, in order to improve the solubility in the gruel and thereby increase the treatment efficiency, by passing chlorine gas through a porous disc (53) which has pore sizes in the range 5-175 micrometres.

6. Method according to claim 5, characterized in that the gruel has a consistency during the execution of steps (a-c) between 2.5-1656 and is held at a pressure between 2.0-8.0 bar during the execution of steps (a-c).

7. Method according to claim 2, characterized in that the pressure in the mixer (14) and in the holding container (20) is maintained by controlling the slurry discharge from the mixer (14) with a first throttle valve (30) and that the slurry discharge from the holding container (20) is controlled with a second throttle valve (31).

8. Apparatus for treating finely divided, fibrous cellulose material in gruel form with chlorine gas, including a fluidization mixer (14) for mixing chlorine gas with the gruel, which mixer includes at least one chlorine gas introduction nozzle (47), and a discharge line extending from this, characterized by a first throttling valve (30) arranged in the output line to throttle the slurry that is discharged from the mixer (14) in order to thereby control the pressure inside the mixer, a holding container (20) operationally connected to the output line on the opposite side of the first throttling valve from the mixer, which holding vessel includes an inlet line connected to the mixer's discharge line (23), and a discharge line from the holding vessel and a second throttle valve (31) arranged in the discharge line from the holding vessel to control the pressure inside the holding vessel.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that at least one introduction nozzle (47) includes devices for introducing chlorine gas to the mixer (14) in the form of tiny bubbles, including a disk (53) of porous material arranged in the nozzle and through which the chlorine gas must pass into the mixer, as the material has pore sizes in the range of 5-175 micrometres.

10. Apparatus according to claim 9, characterized in that at least one introduction nozzle for chlorine gas includes a pair of introduction nozzles (47) for chlorine gas arranged approximately opposite each other in operative connection with the mixer (14), which nozzles are connected through branch pipes (41,42) to a common line (16) containing chlorine gas under pressure, and where each of the introduction nozzles (47) for chlorine gas includes a first disk (58) of porous material, and further includes a second disk of porous material arranged in each of said branch pipes which acts as a filtering device (44) for particle filtering of the chlorine gas flow.