NO178935B

NO178935B - Process for producing power mass

Info

Publication number: NO178935B
Application number: NO913873A
Authority: NO
Inventors: Panu Tikka
Original assignee: Sunds Defibrator Rauma Oy
Priority date: 1990-02-09
Filing date: 1991-10-02
Publication date: 1996-03-25
Also published as: JP2900091B2; FI900663A0; ATE141351T1; NO913873L; NO178935C; FI93866B; NO913873D0; JPH04505485A; AU7218991A; CA2049322A1; ZA91958B; PT96713B; PT96713A; ES2091319T3; BR9104333A; DE69121332D1; CA2049322C; NZ236941A; FI900663A; DE69121332T2

Abstract

Processes for preparing kraft pulp are disclosed. The processes include pretreating cellulosic material or chips with spent cooking liquor at the temperature of about 20 to 100 DEG C, followed by heating the impregnated chips at the temperature of from about 120 to 180 DEG C, followed by digestion of the lignin with white liquor, which is facilitated by using this pretreatment process.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av kraftmasse. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av kraftmasse hvor cellulosematerialet behandles med hvitlut eller frisk lut for opp-løsning av ligninet. Foreliggende oppfinnelse angår spesielt forbehandling av det ligninholdige materiale før ligninopp-slutningstrinnet. The present invention relates to a method for producing kraft pulp. More specifically, the invention relates to a method for producing kraft pulp where the cellulose material is treated with white lye or fresh lye to dissolve the lignin. The present invention relates in particular to the pretreatment of the lignin-containing material before the lignin digestion step.

I de forskjellige kraftmasseprosesser behandles vanligvis cellulosemateriale eller flis ved forhøyede temperaturer med alkalisk kokelut inneholdende natriumhydroksid og nat-riumhydrogenslufid.I disse prosesser blir frisk kokelut generelt referert til som hvitlut, og avlut blir generelt referert til som svartlut. In the various kraft pulp processes, cellulose material or chips are usually treated at elevated temperatures with alkaline cooking liquor containing sodium hydroxide and sodium hydrogen sulphide. In these processes, fresh cooking liquor is generally referred to as white liquor, and spent liquor is generally referred to as black liquor.

På kjemisk basis er den industrielt anvendte kraftmasseprosess den samme i dag som for hundre år siden. Selv om det er foreslått mange forskjellige kjemiske metoder i den hensikt å forbedre faktorer som utbytte og selektivitet av prosessene, har ingen av disse forslag ført til akseptable praktiske løsninger på disse problemer på grunn av at hvert forslag har medført komplisert utstyr, ytterligere prosesstrinn eller anvendelse av kostbare kjemikalier. On a chemical basis, the industrially applied kraft pulp process is the same today as it was a hundred years ago. Although many different chemical methods have been proposed with the intention of improving factors such as yield and selectivity of the processes, none of these proposals have led to acceptable practical solutions to these problems due to the fact that each proposal has involved complicated equipment, additional process steps or application of expensive chemicals.

Forskjellige kjemiske metoder for forbehandling av flis er dessuten også foreslått. Mange av disse foreslåtte kjemiske forbehandlingsmetoder har vært basert på anvendelse av hydrogensulfid eller disulfid. I finsk patentskrift nr. 29611 beskrives f.eks. en forbehandlingsprosess hvor det anvendes hydrogensulfid under forhøyet trykk. Svensk patentskrift nr. 309530 angår også en forbehandlingsprosess hvor det anvendes flytende hydrogensulfid ved pH mellom 4 og 10. Poly-sulfidbehandling er også foreslått som et andre forbehand-lingstrinn. Various chemical methods for the pre-treatment of wood chips have also been proposed. Many of these proposed chemical pretreatment methods have been based on the use of hydrogen sulfide or disulfide. In Finnish patent document no. 29611, e.g. a pre-treatment process where hydrogen sulphide is used under elevated pressure. Swedish Patent No. 309530 also relates to a pretreatment process where liquid hydrogen sulphide is used at a pH between 4 and 10. Polysulphide treatment is also proposed as a second pretreatment step.

Kraftmasseprosessen er imidlertid utviklet ved hjelp av forskjellige tekniske behandlingsmåter. Spesielt har behovet for å spare energi ført til nye løsninger hvor de viktigste har vært kontinuerlige kokeprosesser (se f.eks. finsk patentskrift nr. 54155). Det anvendte utstyr i slike kontinuerlige kokeprosesser kan innbefatte anvendelse av flere medstrøms- og motstrøms-sirkulasjoner, så vel som adskilte im-pregneringsbeholdere. However, the kraft pulp process has been developed using different technical treatment methods. In particular, the need to save energy has led to new solutions, the most important of which have been continuous cooking processes (see e.g. Finnish patent document no. 54155). The equipment used in such continuous cooking processes may include the use of multiple cocurrent and countercurrent circulations, as well as separate impregnation containers.

Satsvise prosesser er også utviklet for å spare energi. I mange av de således utviklede prosesser fjernes varm svartlut fra oppslutningstanken før uttømming. Denne fjernede lut anvendes deretter til foroppvarming av flisene, eller som kokelut i etterfølgende satser (se f.eks. US patentskrift nr. Batch processes have also been developed to save energy. In many of the processes thus developed, hot black liquor is removed from the digestion tank before discharge. This removed lye is then used for preheating the tiles, or as cooking lye in subsequent batches (see e.g. US patent no.

4 578 149 og finsk utlegningsskrift nr. 71176). 4 578 149 and Finnish interpretation document no. 71176).

Det er også foreslått å forbedre kvaliteten av den produserte masse ved å unngå tømming av oppslutningstanken under anvendelse av harde varmblåsingsteknikker. Dette kan oppnås ved anvendelse av kaldblåsingsmetoden (se f.eks. finsk patentsøknad nr. 791205), eller ved hjelp av pumpetømming (se f.eks. US patentskrift nr. 4 814 042). It has also been proposed to improve the quality of the pulp produced by avoiding the emptying of the digestion tank using harsh hot blowing techniques. This can be achieved by using the cold blowing method (see e.g. Finnish patent application no. 791205), or by means of pump discharge (see e.g. US patent document no. 4,814,042).

Med foreliggende fremgangsmåte tilveiebringes det en fremgangsmåte for fremstilling av kraftmasse fra ligninholdig cellulosemateriale, kjennetegnet ved at cellulosematerialet i et impregneringstrinn impregneres med alkalisk kokeavlut med pH mellom 11,5 og 13,5 ved en temperatur mellom 20 og 100 °C og i en tidsperiode mellom 10 og 30 min, det impregnerte cellulosemateriale oppvarmes i et oppvarmingstrinn til en temperatur mellom 120 og 180°C på en slik måte at pH i den alkaliske kokeavlut impregnert i cellulosematerialet reduseres til mellom 9 og 11, og det oppvarmede cellulose materialejdeligni-fiseres med frisk alkalisk kokelut. With the present method, a method for producing kraft pulp from lignin-containing cellulose material is provided, characterized in that the cellulose material is impregnated in an impregnation step with alkaline cooking liquor with a pH between 11.5 and 13.5 at a temperature between 20 and 100 °C and for a period of time between 10 and 30 min, the impregnated cellulose material is heated in a heating step to a temperature between 120 and 180°C in such a way that the pH of the alkaline cooking liquor impregnated in the cellulose material is reduced to between 9 and 11, and the heated cellulose material is delignified with fresh alkaline cooking lye.

I en utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse anvendes lut med pH mellom 12,5 og 13,5 ved impregneringen av cellulosematerialet med alkalisk kokeavlut. In one embodiment of the method according to the present invention, lye with a pH between 12.5 and 13.5 is used when impregnating the cellulose material with alkaline cooking liquor.

I en foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse utføres oppvarmingstrinnet for det impregnerte cellulosemateriale i et tidsrom fra 1 til 30 min, hvorved pH av den alkaliske kokeavlut impregnert i cellulosematerialet reduseres til mellom 9,5 og 10,5. In a preferred embodiment of the method according to the present invention, the heating step for the impregnated cellulose material is carried out for a period of 1 to 30 minutes, whereby the pH of the alkaline cooking liquor impregnated in the cellulose material is reduced to between 9.5 and 10.5.

I overensstemmelse med en annen utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse inneholder den alkaliske kokeavlut og den friske kokelut natriumhydroksid. Den alkaliske kokeavlut har fortrinnsvis et resterende natriumhydroksidinnhold mellom 4 og 20 g natriumhydroksid pr. liter, og helst mellom 6 og 15 g natriumhydroksid pr. liter. In accordance with another embodiment of the method according to the present invention, the alkaline cooking liquor and the fresh cooking liquor contain sodium hydroxide. The alkaline cooking liquor preferably has a residual sodium hydroxide content of between 4 and 20 g of sodium hydroxide per litre, and preferably between 6 and 15 g of sodium hydroxide per litres.

I overensstemmelse med ytterligere en utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse utføres In accordance with a further embodiment of the method according to the present invention is carried out

■trinnet med oppvarming av det impregnerte cellulosemateriale ved en temperatur mellom 135 og 155 °C. Fortrinnsvis utføres dette trinn i en tidsperiode mellom 10 og 30 min. ■the step of heating the impregnated cellulose material at a temperature between 135 and 155 °C. Preferably, this step is carried out for a period of time between 10 and 30 min.

I overensstemmelse med en foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er cellulosematerialet løwed og trinnet med delignifisering av det oppvarmede cellulosemateriale utføres ved anvendelse av en H-faktor mellom 900 og 1000, for på en enkel måte å produsere en fiberisert papirmasse. In accordance with a preferred embodiment of the method according to the present invention, the cellulose material is liquified and the step of delignification of the heated cellulose material is carried out using an H factor between 900 and 1000, in order to produce a fiberized pulp in a simple way.

I overensstemmelse med ytterligere en foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er cellulosematerialet bartreved og trinnet med delignifisering av det oppvarmede cellulosemateriale utføres ved anvendelse av en H-faktor mellom 400 og 700, for på en enkel måte å produsere en fiberisert papirmasse. In accordance with a further preferred embodiment of the method according to the present invention, the cellulose material is softwood and the step of delignification of the heated cellulose material is carried out using an H factor between 400 and 700, in order to produce a fiberized pulp in a simple way.

I overensstemmelse med ytterligere en utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse utføres trinnet med delignifisering av det oppvarmede cellulosemateriale ved en temperatur mellom 180 og 190 °C. In accordance with a further embodiment of the method according to the present invention, the step of delignification of the heated cellulose material is carried out at a temperature between 180 and 190 °C.

Den viktigste fordel ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er at oppslutning av ligninet med hvitlut gjøres meget lettere ved hjelp av denne fremgangsmåte. The most important advantage of the method according to the present invention is that digestion of the lignin with white liquor is made much easier by means of this method.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det vesentlig at flisene forbehandles med kokeavlut, eller såkalt svartlut. Denne forbehandling finner sted i to trinn. I det første trinn impregneres flisene med avluten, og i det andre trinn omsettes flisene med avluten. According to the present invention, it is essential that the tiles are pre-treated with cooking liquor, or so-called black liquor. This pre-processing takes place in two stages. In the first step, the tiles are impregnated with the waste liquor, and in the second step, the tiles are treated with the waste liquor.

I impregneringstrinnet blir flisene praktisk talt mettet med avluten. Temperaturen i dette impregneringstrinn må være lavere enn 100 °C for å unngå reaksjon på overflaten av flisene. I praksis kan temperaturer fra 20 til 100 °C anvendes. Tiden for dette impregneringstrinn bør være minst 10 min, og fortrinnsvis mellom 15 og 20 min. Impregneringstider ut over 30 min er unødvendig. In the impregnation step, the tiles are practically saturated with the effluent. The temperature in this impregnation step must be lower than 100 °C to avoid reaction on the surface of the tiles. In practice, temperatures from 20 to 100 °C can be used. The time for this impregnation step should be at least 10 min, and preferably between 15 and 20 min. Impregnation times of more than 30 minutes are unnecessary.

pH i avluten er mellom 12,5 og 13,5, og det resterende alkaliinnhold er fra 4 til 20 g NaOH/1, og fortrinnsvis mellom 6 og 15 g NaOH/1. The pH of the effluent is between 12.5 and 13.5, and the remaining alkali content is from 4 to 20 g NaOH/1, and preferably between 6 and 15 g NaOH/1.

Forbehandlingsreaksjonen eller oppvarmingstrinnet som følger etter impregneringstrinnet utføres ved en forhøyet temperatur fra 120 til 180 °C. Reaksjonstiden avhenger av den anvendte temperatur og er vanligvis fra 1 til 30 min. Fortrinnsvis anvendes en reaksjonstemperatur fra 135 til 155 °C og en reaksjonstid fra 10 til 30 min. I dette oppvarmingstrinn reagerer de resterende kjemikalier i svartluten med trematerialet og alkali forbrukes. pH inne i flisene reduseres således til 9-10. I dette endrede kjemiske miljø er det antatt at svovelforbindelser reagerer med ligninet, og derved gjør det mer reaktivt i det etterfølgende oppslutningstrinn. Det er også antatt at hydrogensulfid reagerer med karbohydratenes endegrupper i trematerialet og således beskytter materialet mot alkaliske nedbrytningsreaksjoner. The pretreatment reaction or heating step that follows the impregnation step is carried out at an elevated temperature from 120 to 180 °C. The reaction time depends on the temperature used and is usually from 1 to 30 min. A reaction temperature of 135 to 155 °C and a reaction time of 10 to 30 min are preferably used. In this heating step, the remaining chemicals in the black liquor react with the wood material and alkali is consumed. The pH inside the tiles is thus reduced to 9-10. In this changed chemical environment, it is believed that sulfur compounds react with the lignin, thereby making it more reactive in the subsequent digestion step. It is also assumed that hydrogen sulphide reacts with the end groups of the carbohydrates in the wood material and thus protects the material against alkaline decomposition reactions.

Forbehandling av flisene på denne måte gjør det etterfølgende oppslutningstrinn betydelig lettere. De påkrevde oppslutningsbetingelser (dvs. reaksjonstemperatur og tid) be-stemmes generelt ved den såkalte H-faktor. H-faktoren representerer den relative reaksjonshastighets tidsintegral. Reak-sjonshastigheten er som kjent eksponensielt avhengig av temperaturen (ifølge Arrhenius' ligning), og ved hjelp av H-faktoren tas i betraktning den sammenlagte innvirkning av koketid og koketemperatur. Når samme H-faktor anvendes kan man således variere koketid og temperatur med bibehold av delignifiser-ingsgraden (Beskrevet første gang av: K.E. Vroom, Pulp Paper Mag. Can. 58 (3), 1957, 228, og gjengitt i f.eks. Macdonald og Franklin, The Pulping of Wood, 422-427, Mc Graw-Hill, 1967.). I en normal kraftmasseprosess med f.eks. skandinavisk barved er H-faktorer fra 1600 til 1800 påkrevet. Ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan H-faktorer reduseres med 400 til 1000. Dette betyr at den totale oppslutningstid kan forkortes betydelig. På den annen side er det også observert at uvanlig høye oppslutningstemperaturer, slik som fra 180 til 190 °C, kan anvendes ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. Dette kan føre til ytterligere forkortelse av oppslutningstiden. I konvensjonelle kraftmasseprosesser tar oppslutningstrinnet vanligvis ca. 1 time. Ifølge foreliggende oppfinnelse er nå imidlertid oppslutningstider på ca. en halv time mulig. Pre-treatment of the tiles in this way makes the subsequent joining step considerably easier. The required digestion conditions (i.e. reaction temperature and time) are generally determined by the so-called H-factor. The H-factor represents the time integral of the relative reaction rate. As is known, the reaction rate is exponentially dependent on the temperature (according to the Arrhenius equation), and with the help of the H-factor the combined effect of cooking time and cooking temperature is taken into account. When the same H-factor is used, the cooking time and temperature can thus be varied while maintaining the degree of delignification (First described by: K.E. Vroom, Pulp Paper Mag. Can. 58 (3), 1957, 228, and reproduced in e.g. Macdonald and Franklin, The Pulping of Wood, 422-427, McGraw-Hill, 1967.). In a normal kraft pulp process with e.g. Scandinavian barwood, H-factors from 1600 to 1800 are required. With the method according to the present invention, H factors can be reduced by 400 to 1000. This means that the total digestion time can be significantly shortened. On the other hand, it has also been observed that unusually high digestion temperatures, such as from 180 to 190 °C, can be used in the method according to the present invention. This can lead to a further shortening of the digestion time. In conventional kraft pulp processes, the digestion step usually takes approx. 1 hour. According to the present invention, however, digestion times of approx. half an hour possible.

En ytterligere fordel ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er den økede selektivitet av delignifise-ringsreaksjonen. Dette fører i sin tur til høyere utbytte og utmerket kraftmassekvalitet, eller et lavere forbruk av koke-kjemikalier. A further advantage of the method according to the present invention is the increased selectivity of the delignification reaction. This in turn leads to a higher yield and excellent pulp quality, or a lower consumption of cooking chemicals.

På grunn av den økede selektivitet av oppslutningstrinnet, og kvaliteten og utbyttet av kraftmasse, kan oppslut-ningsreaksjonen nå også utføres i en lengre tidsperiode, og det kan således også oppnås en lavere ligninkonsentrasjon enn ved konvensjonelle prosesser. Den erholdte masse fordrer således mindre bleking, som i sin tur reduserer mengden av skadelige forbindelser som uttømmes fra blekeanlegget og ned i spillvannet. Due to the increased selectivity of the digestion step, and the quality and yield of pulp, the digestion reaction can now also be carried out for a longer period of time, and a lower lignin concentration can thus also be achieved than with conventional processes. The mass obtained thus requires less bleaching, which in turn reduces the amount of harmful compounds discharged from the bleaching plant into the waste water.

Ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan det følgelig oppnås mange fordeler, avhengig av de spesifikke individuelle krav. When using the method according to the present invention, many advantages can consequently be achieved, depending on the specific individual requirements.

For å forstå rollen til foreliggende oppfinnelse er det vesentlig at det erkjennes at den utgjør et intermediært prosesstrinn før reaksjonsmiljøet gjøres sterkt alkalisk ved tilsetning av frisk lut eller hvitlut. Dette trinn kan følge-lig inkorporeres i praktisk talt enhver type kokeprosess hvor det anvendes delignifisering av kraftmasse. In order to understand the role of the present invention, it is essential that it is recognized that it constitutes an intermediate process step before the reaction environment is made strongly alkaline by the addition of fresh lye or white lye. This step can therefore be incorporated into practically any type of cooking process where delignification of pulp is used.

I satsvise koketeknikker kan alle trinnene utføres i samme reaktor, dvs. oppslutningstanken. Etter svartlut-impregneringstrinnet oppvarmes innholdet i oppslutningstanken til en temperatur i området for reaksjonstemperaturen, i tilfelle av (i) konvensjonelle satsprosesser ved at sirkulasjonssystemet i oppslutningstanken utstyres med en In batch cooking techniques, all steps can be carried out in the same reactor, i.e. the digestion tank. After the black liquor impregnation step, the contents of the digester are heated to a temperature in the range of the reaction temperature, in the case of (i) conventional batch processes by equipping the digester circulation system with a

varmeveksler, eller ved direkte dampinjeksjon, og i tilfelle av (ii) lavenergi-satskoking ved anvendelse av fortregnings-teknikken ved å fortrenge den kaldere impregnerings-svartlut med varmere svartlut i den hensikt å frakte prosessvarmen til-bake til oppslutningstanken. heat exchanger, or by direct steam injection, and in the case of (ii) low energy batch cooking using the displacement technique by displacing the colder impregnation black liquor with warmer black liquor in order to transport the process heat back to the digestion tank.

En annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse med anvendelse av satsoppslutning er å impregnere flisene med svartlut i sammenheng med flisfylling i adskilt utstyr. Reak-sjonstrinnet vil således fremstå som det første trinn i oppslutningstanken etter flisfylling og kan utføres meget effektivt ved anvendelse av direkte damp etter tømming av impregnerings-svartluten, eller ved fortrengning av impregnerings-/fyllings-svartluten med varmere svartlut. I dette tilfelle utføres kontinuerlig impregnering samtidig som oppslutningstanken fylles, og dette kombineres med satskoketeknikker, hvilket resulterer i (i) kompensasjon for den ekstra medgåtte tid med svartlutstrinnet, og (ii) reduksjon av den totale tid for kokesyklusen på grunn av at koketrinnet går raskere. Another embodiment of the present invention with the use of batch digestion is to impregnate the tiles with black liquor in connection with tile filling in separate equipment. The reaction step will thus appear as the first step in the digestion tank after tile filling and can be carried out very efficiently by using direct steam after emptying the impregnation black liquor, or by displacing the impregnation/filling black liquor with warmer black liquor. In this case, continuous impregnation is carried out at the same time as the digestion tank is filled, and this is combined with batch cooking techniques, which results in (i) compensation for the extra elapsed time with the black liquor stage, and (ii) reduction of the total time of the cooking cycle due to the faster cooking stage .

Foreliggende oppfinnelse kan også utføres i forbin-delse med kontinuerlige kokeprosesser. Det kontinuerlige opp-slutningsutstyr som anvendes i dag, innbefattet adskilte im-pregneringskar og forskjellige med- og motstrøms-sirkulerin-ger, deler effektivt kokeprosessen i flere trinn, hvor foreliggende oppfinnelse kan innbefatte at prosessen startes med svartlut og uten hvitlut. Flisene tilføres følgelig til oppslutningstanken eller impregneringstanken sammen med svartluten og temperaturen forhøyes til reaksjonsområdet ved oppvarming ved hjelp av en sirkulasjonsvarmeveksler. Etter en prosessforsinkelse som tilsvarer den påkrevde tid for at svartluten og veden skal reagere med hverandre, tilføres deretter hvitluten til oppslutningstanken og fortrenger svartluten, temperaturen økes på nytt ved hjelp av en sirkulasjonsvarmeveksler og resten av prosessen utføres på konvensjonell måte. En alternativ kontinuerlig prosess er å utføre trinnet med behandling med svartlut som en motstrømsoperasjon. The present invention can also be carried out in connection with continuous cooking processes. The continuous digestion equipment used today, including separate impregnation vessels and various co- and counter-flow circulations, effectively divides the cooking process into several stages, where the present invention can include that the process is started with black liquor and without white liquor. The tiles are consequently supplied to the digestion tank or the impregnation tank together with the black liquor and the temperature is raised to the reaction area by heating with the help of a circulation heat exchanger. After a process delay corresponding to the time required for the black liquor and the wood to react with each other, the white liquor is then fed to the digestion tank and displaces the black liquor, the temperature is increased again by means of a circulation heat exchanger and the rest of the process is carried out in a conventional manner. An alternative continuous process is to perform the black liquor treatment step as a countercurrent operation.

I kontinuerlige kokeprosesser kan anvendelse av foreliggende oppfinnelse føre til bemerkelsesverdige resultater. Ved anvendelse av de foreliggende konvensjonelle prosesser krever koking til kappa-tall på ca. 30 vanligvis en reaksjonstid fra 60 til 90 min i koketemperaturområdet. Dersom det kreves utvidet koking til lavere kappa-tall på mellom 23 og 25, kreves det vanligvis et ekstra koketrinn og ytterligere 60 min koketid, noe som gir en koketid på totalt minst 2 timer. Ved anvendelse av akselerasjonen av delignifiseringstrinnet ifølge foreliggende oppfinnelse kan imidlertid koketiden, og størrel-sen av kokesonen i den kontinuerlige oppslutningstank, halve-res og derfor også gjøre utstyret billigere og driften meget enklere. In continuous cooking processes, application of the present invention can lead to remarkable results. When using the existing conventional processes, boiling to kappa numbers of approx. 30 usually a reaction time of 60 to 90 min in the boiling temperature range. If extended cooking is required to a lower kappa number of between 23 and 25, an extra cooking step and an additional 60 min cooking time is usually required, which gives a cooking time of at least 2 hours in total. By using the acceleration of the delignification step according to the present invention, however, the cooking time, and the size of the cooking zone in the continuous digestion tank, can be halved and therefore also make the equipment cheaper and the operation much easier.

Eksempel 1 Example 1

En 20 liters oppslutningstank med tvunget sirkulasjon ble fylt med furuflis i en mengde tilsvarende 3 kg absolutt tørr ved, og 15 liter svart avlut ble tilsatt (pH 13,2 resterende alkalikonsentrasjon 7 g NaOH/1 som effektiv alkali), slik at væskeforholdet var 5:1. Oppslutningstanken ble deretter lukket og påført overtrykk med nitrogen for å tillate ut-tak av prøver og regulering av impregnering. A 20 liter digestion tank with forced circulation was filled with pine chips in an amount corresponding to 3 kg of absolutely dry wood, and 15 liters of black liquor was added (pH 13.2 residual alkali concentration 7 g NaOH/1 as effective alkali), so that the liquid ratio was 5 :1. The digester was then closed and pressurized with nitrogen to allow sampling and control of impregnation.

Sirkuleringen ble startet og temperaturen i oppslutningstanken øket fra 20 °C til 70 °C i løpet av 5 min ved hjelp av en varmeveksler, og oppslutningstanken ble deretter holdt ved denne temperatur i 55 min. Prøver ble deretter tatt fra sirkulasjonen, avkjølt til 25 °C og pH ble målt. Prosedyren og utviklingen av pH i koken er vist på figur 1. Circulation was started and the temperature in the digester increased from 20°C to 70°C over 5 min using a heat exchanger, and the digester was then held at this temperature for 55 min. Samples were then taken from the circulation, cooled to 25 °C and pH measured. The procedure and the development of pH in the boil are shown in Figure 1.

Prosedyren ble deretter gjentatt ved anvendelse av en annen temperaturprofil, som følger: The procedure was then repeated using a different temperature profile, as follows:

Denne prosedyre og utvikling av pH i denne kok er vist på figur 2. This procedure and development of pH in this boil is shown in Figure 2.

Figur 1 og 2 viser at behandlingen med svartlut ved 70 °C kun forbrukte resterende alkali i liten mengde, og pH sank hurtig når temperaturen ble øket. Når temperaturen var øket til 140 °C i løpet av 10 min var pH således allerede sun-ket til 11,5, og når behandlingen ble fortsatt ved 140 °C i 20 min falt pH ytterligere til 10,2. Figures 1 and 2 show that the treatment with black liquor at 70 °C only consumed a small amount of remaining alkali, and the pH dropped rapidly when the temperature was increased. When the temperature had been increased to 140 °C within 10 min, the pH had thus already dropped to 11.5, and when the treatment was continued at 140 °C for 20 min, the pH fell further to 10.2.

Dette eksempel viser at når systemet oppvarmes til mer enn 100 °C innledes en ny reaksjonsfase hvor resterende This example shows that when the system is heated to more than 100 °C, a new reaction phase is initiated where remaining

alkali hurtig forbrukes. Fordi de endelige pH-verdier var 11,8 og 10,2, kan det ses at i det siste eksperiment er H+-ionekon-sentrasjonen nesten 100 ganger høyere enn i det første tilfelle . Fordi pH kun kunne måles i den sirkulerende kokevæske alkali is quickly consumed. Because the final pH values were 11.8 and 10.2, it can be seen that in the last experiment the H+ ion concentration is almost 100 times higher than in the first case. Because pH could only be measured in the circulating cooking liquid

fremgår det således at i det siste eksperiment ville forbruket av alkali inne i selve flisene faktisk være enda større. it thus appears that in the last experiment the consumption of alkali inside the tiles themselves would actually be even greater.

Eksempel 2 Example 2

En industriell satsoppslutningstank med en kapasitet på 140 m<3> ble fylt med furuflis og svartavlut (pH 13,4) fra tidligere kokinger. Temperaturen ble forhøyet til 140 °C og opprettholdt i 15 min. pH sank således til 11. Hvitlut ble deretter tilsatt, slik at alkalidoseringen var 18,2 % effektiv alkali, gitt som Na20. Temperaturen ble deretter hevet til 170 °C, og oppslutningen fortsatt til det ønskede nivå for delignifiseringsreduksjon ved endring av oppslutningstiden. Oppslutningstanken ble deretter tømt, anvendt H-faktor regi-strert, og massen ble analysert. An industrial batch digestion tank with a capacity of 140 m<3> was filled with pine chips and black liquor (pH 13.4) from previous boilings. The temperature was increased to 140 °C and maintained for 15 min. The pH thus dropped to 11. White liquor was then added, so that the alkali dosage was 18.2% effective alkali, given as Na2O. The temperature was then raised to 170 °C, and digestion continued to the desired level for delignification reduction by changing the digestion time. The digestion tank was then emptied, the applied H-factor was recorded, and the mass was analysed.

Denne oppslutningsprosedyre ble utført 6 ganger ved å endre styrken av forbehandlingen med svartlut, men hvor alkalidoseringen og den totale prosedyre samtidig ble holdt konstant. De følgende resultater ble erholdt: This digestion procedure was carried out 6 times by changing the strength of the pretreatment with black liquor, but where the alkali dosage and the overall procedure were simultaneously kept constant. The following results were obtained:

Eksperimentell kok 1 Experimental cook 1

Impregnering med svartlut ved 85 °C i 20 minutter. Hvitlut ble tilsatt direkte etter fylling med svart- Impregnation with black liquor at 85 °C for 20 minutes. White liquor was added directly after filling with black-

Eksperimentell kok 2 Experimental cook 2

Impregnering med svartlut ved 90 °C i 20 minutter. Hvitlut ble tilsatt direkte etter fyllinq med svart- Impregnation with black liquor at 90 °C for 20 minutes. White liquor was added directly after filling with black

Eksperimentell kok 3 Experimental cook 3

Impregnering med svartlut ved 90 "C i 20 minutter, og behandling med svartlut ved 125 °C i 10 minutter. Impregnation with black liquor at 90 "C for 20 minutes, and treatment with black liquor at 125 °C for 10 minutes.

Eksperimentell kok 4 Experimental cook 4

Impregnering med svartlut ved 90 °C i 20 minutter, og forbehandling med svartlut ved 145 °C i 20 minutter. Impregnation with black liquor at 90 °C for 20 minutes, and pre-treatment with black liquor at 145 °C for 20 minutes.

Eksperimentell kok 5 (Som kok nr. 4). Eksperimentell kok 6 (Som kok nr. 4). Experimental Cook 5 (As Cook No. 4). Experimental Cook 6 (As Cook No. 4).

Disse resultater er også vist på figur 3, som viser H-faktoren i hver oppslutning som en funksjon av kappa-tallet for den erholdte masse. These results are also shown in figure 3, which shows the H-factor in each assimilation as a function of the kappa number for the mass obtained.

Effekten av forbehandling med svartlut på akselerasjonen av oppslutningen kan ses ved å observere den fordrede H-faktor, eller oppslutningstiden ved konstant temperatur. For å oppnå et kappa-tall på 30, er 1325 H-faktorenheter påkrevet dersom den impregnerte flis ikke oppvarmes, men oppslutningen utføres umiddelbart etter impregneringstrinnet (se linjen gjennom punktene 1 og 2). Når mild oppvarming ble anvendt (125 °C i 10 min), var 1220 H-faktorenheter påkrevet (se punkt 3). Når sterk forbehandling ble anvendt (145 °C i 20 min), ble et kappa-tall på 30 oppnådd med 980 H-faktorenheter (se linje gjennom punktene 4, 5 og 6). Med konvensjonelle satsoppslut-ningsteknikker er 1600 til 1800 H-faktorenheter påkrevet for å oppnå et kappa-tall på 30. The effect of pretreatment with black liquor on the acceleration of digestion can be seen by observing the required H-factor, or digestion time at constant temperature. To achieve a kappa number of 30, 1325 H-factor units are required if the impregnated chip is not heated, but the digestion is carried out immediately after the impregnation step (see the line through points 1 and 2). When mild heating was used (125 °C for 10 min), 1220 H factor units were required (see point 3). When strong pretreatment was used (145 °C for 20 min), a kappa number of 30 was obtained with 980 H factor units (see line through points 4, 5 and 6). With conventional rate inference techniques, 1600 to 1800 H-factor units are required to achieve a kappa number of 30.

Effekten på kvaliteten av massen ble undersøkt ved å kombinere masseprøvene fra kokinger nr. 1 og 2, for å repre-sentere koking uten behandling med svartlut, og ved å kombinere masseprøver fra kokinger nr. 4, 5 og 6, for å represen-tere koking med behandling med svartlut. På figur 4 sammenlignes kvaliteten av disse masser ved å fremstille rivindeksen som en funksjon av bruddstyrken. Det kan således ses at f.eks. ved en bruddstyrke på 70 er rivindeksen for den således erholdte masse ved anvendelse av behandlingen (se kurve A) en til to enheter høyere enn rivindeksen for masser produsert uten anvendelse av denne behandling. The effect on the quality of the pulp was investigated by combining the pulp samples from boilings no. 1 and 2, to represent boiling without treatment with black liquor, and by combining pulp samples from boilings no. 4, 5 and 6, to represent boiling with treatment with black liquor. Figure 4 compares the quality of these masses by plotting the tearing index as a function of the breaking strength. It can thus be seen that e.g. at a breaking strength of 70, the tear index for the pulp thus obtained using the treatment (see curve A) is one to two units higher than the tear index for pulps produced without the use of this treatment.

Eksempel 3 Example 3

I dette eksempel ble det utført to eksperimentelle kokinger til langt høyere delignifiseringsgrader. In this example, two experimental boilings were carried out to much higher degrees of delignification.

Kok SB Cook SB

Denne koking ble utført på samme måte som de eksperimentelle kokinger nr. 4, 5 og 6 i eksempel 2, med følgende unntak: En alkalitilførsel på 20 % effektiv alkali i form av Na20 pr. treprøve This boiling was carried out in the same way as the experimental boilings Nos. 4, 5 and 6 in Example 2, with the following exception: An alkali supply of 20% effective alkali in the form of Na 2 O per wood test

Kok C Cook C

Denne koking ble utført på samme måte som en konvensjonell satskoking, uten svartlutsimpregnering og behandlingstrinn: This boiling was carried out in the same way as a conventional batch boiling, without black liquor impregnation and treatment steps:

Alkalitilførsel var 21 % effektiv alkali i form av Na20 pr. treprøve Alkali supply was 21% effective alkali in the form of Na20 per wood test

Massene ble analysert med hensyn på styrke ved sammenligning mellom rivindeks og strekkindeks som illustrert på figur 5. Det fremgår av figuren at når strekkindeksen økes til det anvendelige området for papirfremstilling ved maling (dvs. en strekkindeks fra 70 til 80), mister den konvensjonelt kokte masse sin rivstyrke (kurve "C"), mens massen kokt under anvendelse av behandlingstrinnet ifølge foreliggende oppfinnelse The pulps were analyzed with regard to strength by comparing tear index and tensile index as illustrated in Figure 5. It is clear from the figure that when the tensile index is increased to the applicable range for papermaking by painting (i.e. a tensile index from 70 to 80), the conventionally boiled loses pulp its tear strength (curve "C"), while the pulp is cooked using the treatment step according to the present invention

opprettholder sin rivstyrke (kurve "SB"). Fordelen med masse maintains its tear strength (curve "SB"). The advantage of mass

"SB" er tre rivindeksenheter, eller fra 20 til 25 %, høyere. "SB" is three tear index units, or from 20 to 25%, higher.

De for tiden markedsførte kokte skandinaviske masser med et kappa-tall på 30, oppviser en rivindeks på fra 13 til 15 ved en strekkindeks på 70. Med eksisterende masseteknologi betrakter de få fabrikker som anvender koking til under normale kappa-tall, vanligvis et kappa-tall fra 23 til 25 som representative for "utvidet koking". Resultater av den type som er vist ovenfor, som ble erholdt ved anvendelse av den fordelaktige svartlut-temperaturbehandling ifølge foreliggende oppfinnelse, er kun tidligere oppnådd etter en etteroppslut-nings-oksygendelignifiseringsprosess. The currently marketed boiled Scandinavian pulps with a kappa number of 30 exhibit a tear index of from 13 to 15 at a tensile index of 70. With existing pulp technology, the few mills that use cooking to below normal kappa numbers, usually consider a kappa numbers from 23 to 25 as representative of "extended boiling". Results of the type shown above, which were obtained using the advantageous black liquor temperature treatment according to the present invention, have only previously been obtained after a post-digestion oxygen delignification process.

Eksempel 4 Example 4

Dette eksempel viser en enestående måte til å utnytte fordelen ved svartlut-temperaturbehandlingstrinnet ifølge This example shows a unique way to take advantage of the black liquor temperature treatment step according to

foreliggende oppfinnelse. Det er generelt kjent, både i kraft-massepraksis og lærebøker, at den maksimale sulfatkoketempera-tur ikke bør overskride 175 °C på grunn av de alvorlige tap av massestyrke som oppstår, såvel som det lavere utbytte som oppnås . present invention. It is generally known, both in kraft-pulp practice and textbooks, that the maximum sulfate boiling temperature should not exceed 175 °C because of the serious losses in pulp strength that occur, as well as the lower yield obtained.

En eksperimentell koking ble utført som i eksempel 2, kokinger 5 og 6, med unntak av at koketemperaturen ikke ble begrenset til 170 °C (kurve "NTP" på figur 6), men i stedet ble koken oppvarmet til en så høy temperatur som mulig med de tilgjengelige damp og varmevekslere (kurve "DTP" på figur 6). Sluttemperaturen var 181 °C. Alle andre kokebetingelser var de samme som i eksempel 2. An experimental boil was carried out as in example 2, boils 5 and 6, except that the boil temperature was not limited to 170 °C (curve "NTP" in figure 6), but instead the boil was heated to as high a temperature as possible with the available steam and heat exchangers (curve "DTP" on figure 6). The final temperature was 181 °C. All other cooking conditions were the same as in Example 2.

Temperaturen ved svartlutbehandlingen var 145 °C. Tiden for svartlutbehandling var 20 minutter. Alkali-tilførselsen var 18,2 % effektiv alkali i form av Na20 pr. treprøve The temperature during the black liquor treatment was 145 °C. The time for black liquor treatment was 20 minutes. The alkali supply was 18.2% effective alkali in the form of Na20 per wood test

Forholdet mellom rivindeks og strekkindeks i massen ble analysert for å evaluere massestyrken. Ved en anvendelig strekkindeks på 70 var rivindeksen 16, som er lik verdien fun-net på kurve "A" på figur 4 i eksempel 2, ved anvendelse av en normal koketemperatur og svartlutbehandling. Dette er litt høyere enn verdien for en normal koketemperatur uten behandling med svartlut. The ratio between tear index and tensile index in the pulp was analyzed to evaluate the pulp strength. At an applicable tensile index of 70, the tear index was 16, which is equal to the value found on curve "A" in figure 4 in example 2, using a normal boiling temperature and black liquor treatment. This is slightly higher than the value for a normal boiling temperature without treatment with black liquor.

Denne bibeholdelse av massestyrke kan være av vesentlig betydning når høyere produksjon pr. oppslutningsvolumenhet er påkrevet. Figur 6 viser en sammenligning mellom koketemperatur og tidsprofiler for koken i dette eksempel, og for kok nr. 5 og 6 i eksempel 2, som representerer normale koketempe-raturer. This retention of mass strength can be of significant importance when higher production per absorption volume unit is required. Figure 6 shows a comparison between the cooking temperature and time profiles for the cooking in this example, and for cooking nos. 5 and 6 in example 2, which represent normal cooking temperatures.

Det fremgår av disse resultater at koketiden etter 40 minutters oppvarming ble redusert til 20 min ved hjelp av høy-temperaturprofilen, i stedet for 60 min med konstant koketemperatur på 170 °C. En 40 minutters besparelse i koketid representerer en 15 til 20 % lavere total syklustid, med den tilsvarende anledning til å øke produksjonen uten at massekvali-teten forringes. Uttrykt ved utbytte ser det ut til at utbyttet fra den meget hurtige kokemetoden ifølge foreliggende oppfinnelse således er 1 til 2 % høyere. It appears from these results that the cooking time after 40 minutes of heating was reduced to 20 min using the high-temperature profile, instead of 60 min with a constant cooking temperature of 170 °C. A 40 minute saving in cooking time represents a 15 to 20% lower total cycle time, with the corresponding opportunity to increase production without the pulp quality deteriorating. Expressed in terms of yield, it appears that the yield from the very rapid cooking method according to the present invention is thus 1 to 2% higher.

Eksempel 5 Example 5

Resultatene fra dette eksempel viser at massene frem-stilt i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse har en beskaffenhet som gjør at de er ekstra godt egnet til å motstå den fysiske skade som oppstår på grunn av forskjellige blåse-metoder under uttømmingen fra oppslutningstanken, sammenlignet med masser kokt uten anvendelse av et slikt svartlutbehand- The results from this example show that the pulps produced in accordance with the present invention have a nature that makes them extra well suited to withstand the physical damage that occurs due to different blowing methods during the discharge from the digestion tank, compared to pulps cooked without the use of such black liquor treatment

lingstrinn. ling step.

Beskaffenheten av massene før blåsing ble bestemt ved å henge kurver fylt med det samme fllsmateriale på innsiden av oppslutningstanken. Etter blåsingen kunne masse som ikke var blåst ut gjenvinnes fra disse kurver og sammenlignes med prøv-er av den blåste masse. The nature of the pulps before blowing was determined by hanging baskets filled with the same flls material on the inside of the digestion tank. After blowing, pulp that had not been blown out could be recovered from these curves and compared with samples of the blown pulp.

I dette tilfelle ble den utførte analyse uttrykt i form av en såkalt styrkegrad, som er prosentdelen av massestyrken uttrykt som rivstyrke ved en strekkindeks på 70, målt i den blåste masse og sammenlignet med den tilsvarende verdi for den ikke-blåste masse i kurven. In this case, the analysis carried out was expressed in terms of a so-called degree of strength, which is the percentage of the mass strength expressed as tear strength at a tensile index of 70, measured in the blown mass and compared to the corresponding value for the non-blown mass in the curve.

Kokingene ble utført med svartlutsbehandlingstrinn som beskrevet i eksempel 2, kokinger nr. 4-6, uttømt ved: varmblåsing, direkte fra full koketemperatur; kaldblåsing, etter avkjølingsfortrenging til under 100 °C; og pumpeblåsing etter avkjølingsfortrenging. The boils were carried out with a black liquor treatment step as described in Example 2, boils Nos. 4-6, exhausted by: hot blowing, directly from full boil temperature; cold blasting, after cooling displacement to below 100 °C; and pump blowing after cooling displacement.

Referansedata er erholdt fra US patentskrift nr. Reference data is obtained from US patent document no.

4 814 042, som representerer effekten av blåsemetoden etter konvensjonelt kokte sulfatsatskokinger. 4,814,042, which represents the effect of the blowing method after conventionally boiled sulfate batch boils.

Den følgende tabell oppsummerer disse resultater. The following table summarizes these results.

Det fremgår av tabell 1 at masse kokt ved en fremgangsmåte omfattende svartlutbehandlingen ifølge foreliggende oppfinnelse ikke krever noen forbedring når det gjelder styrke, og massen har optimal beskaffenhet. It appears from table 1 that pulp cooked by a method comprising the black liquor treatment according to the present invention does not require any improvement in terms of strength, and the pulp has optimal properties.

Claims

1. Method for producing kraft pulp from lignin-containing cellulose material, characterized in that the cellulose material in an impregnation step is impregnated with alkaline cooking liquor with a pH between 11.5 and 13.5 at a temperature between 20 and 100 °C and for a period of time between 10 and 30 min, the impregnated cellulose material is heated in a heating step essentially with black liquor, to a temperature between 120 and 180°C in such a way that the pH in the alkaline cooking liquor impregnated in the cellulose material is reduced to between 9 and 11, and the heated cellulose material is delignified with fresh alkaline cooking liquor.

2. Method according to claim 1, characterized in that the impregnation step for the cellulose material is carried out using alkaline cooking liquor with a pH between 12.5 and 13.5.

3. Method according to claim 1, characterized in that the heating step for the impregnated cellulose material is carried out for a time period of from 1 to 30 minutes.

4. Method according to claim 1, characterized in that the heating step for the impregnated cellulose material is carried out in such a way that the pH in the cooking effluent is reduced to between 9.5 and 10.5.

5. Method according to claims 1-4, characterized in that the alkaline cooking liquor has a residual sodium hydroxide content of between 4 and 20 g/l.

6. Method according to claim 5, characterized in that the alkaline cooking liquor has a residual sodium hydroxide content of between 6 and 15 g/l.

7. Method according to claim 1, characterized in that the impregnation step for the cellulose material is carried out for a period of time between 15 and 20 minutes.

8. Method according to claims 1-7, characterized in that the heating step for the impregnated cellulose material is carried out at a temperature between 135 and 155 °C.

9. Method according to claim 8, characterized in that the heating step for the impregnated cellulose material is carried out at a temperature of approx. 140 °C.

10. Method according to claims 1-9, characterized in that the cellulose material comprises leavened and the delignification step for the heated cellulose material is carried out using an H factor of between 900 and 1000.

11. Method according to claims 1 - 10, characterized in that the cellulose material comprises soft wood and the delignification step for the heated cellulose material is carried out using an H factor of between 400 and 700.

12. Method according to claims 1-11, characterized in that the delignification step for the heated cellulose material is carried out at a temperature of between 180 and 190 °C.