NO753019L - - Google Patents

Description

"Fremgangsmåte til bleking av ligno-

celluloseholdig materiale".

Konvensjonell bleketeknikk har etter hvert nådd en

slik utvikling at man i dag kan bleke selv de mer vanskelig blek-bare sulfatmasser med relativt rimelige kostnader til meget høye lysheter. Tross de relativt sett lave reaksjonstemperaturer og den høye andel av sekundærvarme i prosessen er dog blekeriet fremdeles en av massefabrikkenes større forbrukere av primærvarme.

Et annet og nå helt overskyggende problem gjelder uskadeliggjørelsen av avlutene fra blekeriet ut fra miljømessige hensyn. I en moderne sulfatfabrikk bidrar nemlig blekeriet med en meget stor andel av fargeutsllppet i resipienten og en ikke uvesentlig andel av ut-slippet av eksempelvis biokjemisk oksygenforbrukende stoffer. Teknikk er riktignok under utvikling med sikte på å ta hånd om

de stoffer som finnes i avlutene, men mån støter stadig på det problem at disse avluter inneholder så store vannmengder at systemet blir uhåndterbart. Det er derfor en viktig oppgave å minske vannforbruket i et blekeri og dermed mengdene av avløpsvann. Med konvensjonell teknikk har man i moderne blekerier gjort betydelige fremskritt, og man regner nå med at man i de beste anlegg kan kjøre med en avlutmengde på 30-40 m<3>pr. tonn masse (ptm). Til tross for at dette innebærer vesentlige forbedringer sammenlignet med tidligere teknikk, er mengdene altfor store til å kunne tillate

'en mer vidtgående behandling av avlutene. Det er derfor et behov for ny teknikk som gjør det mulig å redusere disse vannmengder ytterligere.

Gassfasebleketeknikk synes i denne henseende lovende. Med en slik teknikk skulle man kunne komme ned på et friskvanns-forbruk pa 12,5 m 3 ptm eller mindre i blekeriet, hvilket i samsvar med normal praksis vanligvis betyr en avlutsmengde fra blekeriet på høyst 20 m 3 ptm. Dette skulle innebære en kraftig forbedring sammenlignet med konvensjonell bleketeknikk, men tør fremdeles være for meget til at en meget vidtgående behandling av avlutene kan foretas. For å oppnå en endelig løsning på problemet må man derfor redusere avlutmengden ytterligere.

Det er også utviklet systemer for fortrengningsblekning hvorved man kan få nedsatt vannforbruket sterkt ved at den ene blekeløsningen fortrenger den andre og blekeløsningene delvis går i retur og forsterkes med konsentrerte friske kjemikalier. Dette system har kunnet innbefatte alle trinn unntatt selve kloreringstrinnet, som må utføres ved hjelp av annen teknikk. Et viktig problem ved fortrengningsblekning er at man må kjøre trinnene med store overskudd av kjemikalier for å få den nødvendige reaksjons-hastighet og jevnhet i reaksjonen. Dette overskudd kan riktignok utnyttes i tidligere trinn av lignende karakter i blekeprosessen, hvorved konsentrasjonsnivåene i en viss utstrekning kan nedtrappes. Man kommer imidlertid aldri ifra at den endelige restløsningen fremdeles må inneholde vesentlige mengder av overskuddskjemikalier for at blekningen skal kunne utføres på effektiv måte. Dette er ikke noen stor ulempe når det gjelder alkali-trinn, men derimot en stor ulempe for klordioksyd-trinnene, dels fordi klordioksydet da ikke utnyttes like effektivt som ved konvensjonell blekning, og dels fordi klordioksydrestene* ofte kan volde betydelig hygienisk besvær ved utslippspunktene. Ved fortrengningsblekning kommer man i prinsippet ned i vesentlig lavere vannforbruk i sluttblekningen enn ved gassfaseblekning.

Ettersom man imidlertid ikke har noen spesiell teknikk for kloreringstrinnet ved fortrengningsblekning og et konvensjonelt kloreringstrinn er den i særklasse største vannforbruker i konvensjonell blekning, får man ved fortrengningsblekning og konvensjonell klorering totalt sett ikke vannforbruket ned under gassfaseblekningens nivå.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse kan vannforbruket reduseres ytterligere. Oppfinnelsen innebærer i prinsippet en kombinasjon mellom gassfaseblekning i kloreringen og fortrengningsblekning i den fortsatte blekning. Et viktig problem er imidlertid å kunne utnytte restløsningen fra klordioksyd-trinnene på en meningsfylt måte ved denne sammenkobling. Dette forutsetter en vel utformet væskebalanse og prosessbetingelser som i kloreringen tar hensyn til den høye temperatur i klordioksyd-bakvannet.

Det er tidligere blitt vist at en klordioksyd-forblekning før en normal klorering gir et lavt forbruk av klordioksyd i sluttrinnene. En kontroll har vist at det er mulig å nedsette vannmengden i den aktuelle restløsning til et så lavt nivå at denne vannmengde kan anvendes som fortynning av massen etter en grundig avvanning på kjent måte, men før et normalt høytemperatur-kloreringstrinn, som bør drives med en massekonsentrasjon i området 20-40%, fortrinnsvis mellom 25 og 30%. Ved således å anvende denne rest-løsning som fortynning før høytemperaturkloreringen får man nettopp., denne effektive klordioksyd-forbehandling som i andre sammenhenger har gitt så gode resultater. Massen blir imidlertid samtidig så varm at betingelsene for den etterfølgende klorering går utenfor hva som normalt aksepteres som hensiktsmessig for denne type klorering. Det har derfor vært tvilsomt om man kan utføre kloreringen på en akseptabel og kontrollert måte. Ved gassfasekloreringen får man nemlig en ytterligere oppvarmning gjennom den reaksjons-varme som opptrer i kloreringsprosessen.

Ved forsøk med dette system har det imidlertid helt uventet vist seg at denne tilbakeføring av varmt klordioksyd-bak-vann kan utføres før et høykonsentrasjons-kloreringstrinn uten at blekningen blir ukontrollert og uakseptabel. Et vilkår er at man velger så kort tid i kloreringstrinnet at de meget ekstreme betingelsene kompenseres. Tiden skal således ved atmosfæretrykk være under 2 minutter, helst også 1 minutt; hensiktsmessig er tiden 15-30 sekund. En viktig forutsetning for at denne hurtige reaksjon skal gå uten forstyrrelser tør være den aktuelle klordioksyd-f orbehandling. Dette utelukker dog ikke at man under visse forhold hensiktsmessig kan bruke tider på opp til 10 minutter.

Fremgangsmåten i følge oppfinnelsen erkarakterisert

i patentkravene.

Oppfinnelsen som således bygger på en fremgangsmåte

til å koble sammen fortrengningsblekning med høykonsentrasjons-klorering, hvorved inkluderes klordioksyd-forbehandling og sterkt begrenset reaksjonstid i kloreringsfasen, belyses av følgende to eksempler, jevnfør henholdsvis fig. 1 og 2.

I det første eksemplet behandles ubleket sulfatmasse

av furu, klortall 5,0, ved hjelp av en blekesekvens som følger: klor-alkali-klordioksyd-alkali-klordioksyd - alkali-klordioksyd

(C-E-D-E-D-E-D) .' Til denne blekesekvens kommer i henhold til oppfinnelsen en klordioksyd-forbehandling foran kloreringen be-stående av klordioksyd-restløsningen fra de tre klordioksyd-trinnene. Kjemikalieforbruket i de forskjellige trinn har herunder

vært 50 kg klor i det første trinn og henholdsvis 12,5 og 3 kg aktivt klor i de forskjellige klordioksydtrinn, samt henholdsvis 25,5 og 2 kg alkali i de forskjellige alkalitrinn. Gjenforeningen av klordioksydrestløsning gir en klordioksyd-sats før den egentlige blekning på 15 kg aktivt klor pr. tonn masse. Ved denne blekning oppnås en lyshet på mellom 91 og 92% SCAN og helt normal masse-viskositet (sammenlignbar med konvensjonell blekning). Væskemengdene kan angis på følgende måte (se fig. 1). Væskemengdene er dessuten angitt direkte på fig. 1 uttrykt i m 3.ptm.

Etter blekningen fortrenges det siste bleketrinnets D_ væske med 9,5 m 3 varmt vann (1) ptm, hvorved massen (2) gåor ut med 9 m 3 vann ptm, og man får en fortrengt blekeavlut (3) på 9,5

3 3 3 m ptm, fra hvilken det utstøtes 0,1 m (4) og tilføres 0,1 m konsentrert fersk klordioksydløsning (5) for forsterkning. Den forsterkede klordioksydavlut (6) går tilbake til begynnelsen av det siste klordioksydtrinn D^og fortrenger der ut en like stor mengde alkaliavlut (7) fra det umiddelbart foregående trinn E^. Denne fortrengte alkaliavlut (7) avstøter en mindre mengde (8)

(0,02 m ptm) og forsterkes med en tilsvarende mengde fersk natriumhydroksyd (9), hvoretter den forsterkede avlut (10) fortrenger en like stor mengde klordioksydavlut (11) fra det nest siste klordioksydtrinn D9. Fra denne klordioksydavlut (11) utstøtes 0,5 m 2 (12) og tilføres dels fersk klordioksydløsning (13) (0,4 m 3) og dels den fra det siste klordioksydtrinn D_. ut-støtte avlut (4) (0,1 m<3>) for forsterkning. Denne forsterkede klordioksydavlut (14) går tilbake til begynnelsen av det nest siste k3 lordioksydtrinn D~ ^og fortrenger der ut en like stor mengde (9,5 m ptm) alkaliavlut (15) fra det foregående trinn E2. Denne fortrengte alkaliavlut (15) avstøter en mindre mengde (16) (0,07 m 3 ptm) og forsterkes med dels fersk natriumhydroksyd (17)

(0,05 m 3 ptm) og dels den fra det siste alkalitrinn E-, utstøtte avlut (8) (0,02 m 3ptm). Denne forsterkede alkaliavlut går til begynnelsen av det nest siste alkalitrinn É~ og fortrenger der ut en tilsvarende mengde (9,5 m 3ptm)klordioksydavlut (18) fra det første klordioksydtrinn D,. Fra denne klordioksydavlut (18) ut-støtes 1,3 m 3 ptm (19) og tilføres for forsterkning dels fersk klordioksydløsning (20) (0,8 m<3>ptm) og dels den fra det nest siste klordioksydtrinn D.2utstøtte avlut (12) (0,5 m 3. ptm). Den forsterkede klordioksydavlut (21) går til begynnelsen av det første klordioksydtrinn D1 og fortrenger ut en like stor mengde alkaliavlut (22) fra det første alkalitrinn E,. Fra denne alkaliavlut (22) avstøtes 2,32 m<3>ptm (23) fra systemet og tilføres den fra det nest siste alkalitrinn E~ utstøtte alkaliavlut (16). Den resterende alkaliavlut (24) (7,25 m 3 ptm) forsterkes med 0,25 m -aptm fersk natriumhydroksyd (25), hvoretter den forsterkede alkaliavlut (26) tilføres massen før første alkalitrinn E^ Den utstøtte klordioksydavlut (klordioksyd-restløsningen) (19) tilbakeføres til massen før klortrinnet C.

På denne måte nedtrappes konsentrasjonene suksessivt

i fortrengningsblekeriet til det første klordioksydtrinnets D^nivå, hvorved den utstøtte klordioksydrestløsningen (19) har vesentlig lavere konsentrasjon, men fortsatt inneholder til-strekkelige mengder til å gi en vesentlig forbehandling i samsvar med det som er sagt tidligere.

Temperaturene i blekeriet er gjennomgående 70°C, hvorved oppvarmning bare behøver skje for de konsentrerte ferske kjemikalieløsningenes vedkommende og den lille mengde av det endelige vaskevann som fortrenges i klordioksydavluten. Dette gir et meget lavt varmeforbruk i fortrengningsblekningsdelen. Om man tar hensyn til reaksjonsvarmen i klordioksydtrinnene, dreier det seg totalt om noe over 150 Mcal ptm, hvorav mesteparten (minst 60%) kan utgjøres av sekundærvarme. Klordioksydrestløsningen (19) tilføres massen umiddelbart foran høykonsentrasjonsklorerings-reaktoren i en særskilt blandingsanordning, til hvilken massen tilføres i ca. 40% massekonsentrasjon med en temperatur på 40°C. Disse betingelser er blitt oppnådd ved en avpressing før klortrinnet C under anvendelse av relativt kaldt vaskevann (27). Etter blandingen og reaksjonen med restlø.sningen (19), som skjer praktisk talt momentant, har massen en temperatur på knapt 55°C. Etter reaksjon med klor i klortrinnet kommer massen opp i 70°C i bunnen av klortårnet.

Etter klortrinnet C vaskes massen i en vaskepresse med en vaskevannsmengde (28) mellom 0 og 3,5 m 3 ptm. Derved erholdes en avlutmengde (29) på 1,3-4,8 m 3 ptm. Totalt gir dette en av-løpsvahnmengde (23 + 29) fra selve blekeriet på o 3,6-7,1 m 3 ptm. Til.dette kan dog legges en kvantitet (30) på 9,5 m ptm fra det innledende avvanningstri.nnet. Dette avvanningstrinn er imidlertid ikke forurenset med blekeriavluter, hvorfor bakvannet ubeheftet kan gå tilbake til vaskeren og derfor ikke skal regnes inn i den

vannmengde fra blekeriet som krever særskilt behandling.

Gjennom denne .sammenkobling har man således kommet ned

til vannforbruk som hittil ikke har kunnet oppnås på noen praktisk kjent måte. De avlutvannmengder som derved blir aktuelle, er nå

så små at de uten større ulemper kan behandles ved metoder som nå

er i ferd med å utvikles. En vesentlig ytterligere fordel med systemet er at temperaturene er helt balanserte, og at oppvarmning er begrenset utelukkende til konsentrerte kjemikalieløsninger og en mindre fortynning av vaskevann. Derved får man et varmeforbruk som ligger langt under hva som normalt er aktuelt. Det bør også påpekes at avlutene fra blekeriet kan varmeveksles, hvorved ytterligere varme innspares. Ved en sådan varmeveksling risikerer man imidlertid utfelling på varmeflåtene, hvorfor det er hensiktsmessig at man ikke skal vcsre avhengig av en slik varmeveksling for oppnåelse av god varmeøkonomi.

Restkjemikaliemengdene fra de ulike trinn blir totalt

sett meget lave, idet man suksessivt utnytter restkjemikalier og til slutt i klortrinnet driver blekningen til en praktisk talt restløs tilstand.

Det bør poengteres at man riktignok bør ha en viss

margin når det gjelder sammenkoblingen, ettersom presseutstyr'

kan ventes å gi noe høyere massekonsentrasjon enn 40% før høy-konsentras jonskloreringen, men at man praktisk talt ikke kan regne med å ligge over 40% i lengre tid. Det er derfor helt klart at oppfinnelsen må basere seg på at man effektivt kan få nedsatt klordioksydrestløsningens volum.

Det andre eksemplet gjelder oksygengassbleket furusulfat-masse, som ved oksygengassblekning blekes ned til et kappatall på 17. Den følgende blekning. utføres da med klor-alkali-klordioksyd-alkali-klordioksyd (C-E-D-E-D), hvor det anvendes 30 kg klor og senere klordioksyd tilsvarende 12 henholdsvis 8 kg aktivt klor ptm. I alkalitrinnene anvendes 15 henholdsvis 5 kg natriumhydroksyd. Derved får man med det tidligere, eksemplet sammenlignbare resul-<1>tater. Det relativt lave klordioksydforbruk i de avsluttende klordioksydtrinn betinges i høy grad av

1. oksygengassblekningen og

2. den komletterende forblekning med klordioksyd, som erholdes ved anvendelse av klordioksydrestløsningen på

samme måte som i eksempel 1.

I prinsippet utføres blekningen på samme måte som i eksempel 1, men man kan komme fra det med ét færre antall trinn i fortrengningsblekningen, idet man har en noe mer effektiv forblekning. Temperaturstigningen i klorreaktoren blir mindre enn for eksempel 1, bl.a. på grunn av en mindre mengde tilsatt klor. Man kan derfor gå ut med 50°C fra pressen før høykonsentrasjons-kloreringen, hvilken temperatur passer bedre sammen med det varme oksygengasstrinnets temperatur. Likesom tidligere balanseres hele blekesysternet på 70°C fra klortrinnets slutt til og med det siste trinnet i fortrengningsblekningen. Avløpsvannmengdene fra blekeriet blir i prinsippet de samme som i det tidligere eksemplet. Væskestrømmene er direkte angitt pa o fig. 2 uttrykt i m 3 ptm.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte ved blekning av lignocelluloseholdig materiale med en kombinasjon av gassfaseklorering ved en massekonsentrasjon på 20-40%, fortrinnsvis ca. 30%, og et system for fortrengningsblekning inneholdende klordioksyd som oksyderende kjemikalium, karakterisert ved at restløsningen fra klordioksydtrinnene i fortrengningsblekningen anvendes for fortynning av ubleket eller oksygengassforbleket masse, oppkon-sentrert til et meget høyt tørrstoffinnhold, minst 30%, fortrinnsvis minst 40%, umiddelbart før gassfasekloreringen, og at gassfasekloreringen utføres ved den resulterende høye temperatur.

2. Fremgangsmåte i følge krav 1, karakterisert ved at gassfaseblekningen utføres i løpet av mindre enn 2 minutter.

3. Fremgangsmåte i følge krav 1 eller 2, karakterisert ved at ingen vaskning foretas etter klortrinnet, slik at mengden av blekeriavlut ytterligere minskes, hvorved et direkte etter klortrinnet følgende alkalitrinn forurenses.

4. Fremgangsmåte i følge et av kravene 1-3, karakterisert ved at kloreringen utføres ved lavere temperatur ved hjelp av en kjøling av klordioksydrestløsningen.

5. Fremgangsmåte i følge et av kravene 1-4, karakterisert ved at oppkonsentreringstrinnet før gassfasekloreringen utgjør siste vasketrinn i den nærmest foregående vaskning.