NO823465L - Fremgangsmaate og apparatur for tilsetning av alkaliske kjemikalier til en oksygendelignifiseringsreaksjon - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en apparatur for oksygen delignifisering av fibrøse materialer og mere spesielt til mediumkonsistens delignifisering av blekbar masse og andre fibrerbare materialer som bruker en serie i det vesent- . lige horisontale rør-reaksjonssoner.

Regulering av pH verdien under en oksygen delignifiseringsreaksjon er erkjent å gi fordelaktige virkninger slik som forbedret masseviskositet og -styrke sammenlignet med gangske enkelt å tilsette den totale charge av alkaliske kjemikalier ved reak-sjonens start. For eksempel lærer US PS 2 926 114 oksygen delignifisering av treflis ved regulering av pH verdien i kokeluten i området 7-9 under hoveddelen av reaksjonen. Denne pH regulering oppnås.ved å benytte en buffer slik som natrium bikarbonat i luten eller ved kontinuerlig tilsetning av alkaliske kjemikalier slik som natriumhydroksyd eller natriumkarbonat under reaksjonen.

US PS 3 769 152 beskriver delignifisering av en treflis ved

bruk av en oksygen delignifiserings prosess som involverer pro-gressiv tilsetning av alkaliske kjemikalier for å opprettholde pH verdien i kokeluten innen området 9,5-13.

Kirk et al skriver i "Low-Consistency Oxygen Delignification

in a Pipeline Reactor" Tappi, Vol. 61, nr. 5 (Mai 1978) og også

i US PS 4 198 266 at regulering av pH-verdien ved tilsetning av alkaliske kjemikalier som reaksjon på en registrert pH forand-ring langs lengden av en reaktor gir forbedret massestyrke i en oksygenblekeprosess på kraftmasse ved 3% konsistens sammenlignet med tilsvarende forsøk uten pH kontroll.

Til slutt beskriver US PS 4 248 662 et oksygen delignifiserings-system hvori alkaliske kjemikalier og tilbakeførte væsker til settes langs lengden av en serie horisontale rørereaktorer som arbeider ved fra 3-8% konsistens.

Ikke i noen av de ovenfor beskrevne prosesser representerte tilsetning av alkaliske kjemikalier under oksygen delignifiserings reaksjonen noen spesielle problemer med henblikk på enhetlig blanding av tilsatte alkaliske kjemikalier. I alle prosessene med delignifisering av treflis eller masse med lave konsistenser var i kokelut tilgjengelig i tilsetning.til væsken inneholdt i treet selv slik at en bevegelse av den frie væske gjennom de respektive reaktorer tjente til å fordele enhetlig de tilsatte alkaliske kjemikalier.

Prosesser som delignifiserer masse ved midlere, d.v.s. 8-10% eller høy, d.v.s. 25-30% konsistens har ikke denne frie kokelut eller har kun utilstrekkelige mengder tilgjengelig for å gjenfordele de tilsatte alkaliske kjemikalier. P.g.a. at oksygen delignifiserings hastigheten og hastigheten for for-bruk av alkaliske kjemikalier drastisk øke når konsentrasjonen av alkaliske kjemikalier øker, vil de alkaliske kjemikalier i området med høy alkalisk kjemikaliekonsentrasjon hurtig forbrukes før det er noen mulighet for dem for fordeling. Dette kan føre til masseforringelse i disse områder. I tillegg kan det høye oksygenforbruk i disse områder føre til oksygenmangel. Alle disse faktorer bidrar til en fremstilling av en ikke enhetlig delignifisert masse med mindre ønskelige styrke- og viskositetsegenskaper.

Forsøk har vært gjort på å løse disse problemer ved drift ved midlere konsistens ved å tilveiebringe blandeutstyr ment enhetlig å blande de alkaliske kjemikalier, oksygen og masse.

F. eks. beskriver US PS 4 198 266 en "middels" konsistensprosess som inkluderer et antall blandeinnretninger ment å tilveiebringe høye skjærkrefter. Nasman et al i "Medium Consistency Oxygen Bleaching - An alternative to the High Consistency Process", Tappi, Vol. 63, nr. 4 (April 1980) beskriver drift med et forsøksanlegg som benytter en dampblander for å blande damp og alkaliske kjemikalier med massen og en oksygen blander^ for å dispergere oksygengass i massen før en vertikal reaktor. Imidlertid er bruken av slike blandere både kompli-sert og kostbart, spesielt når alkaliske kjemikalier må tilsettes på flere steder under delignifiseringsreaksjonen. Videre kan de høye skjærkrefter som dannes av slike landere

i seg selv forårsake forringelse av massen.

I henhold til dette foreligger det fremdeles et behov i denne teknikk for en relativt enkel og økonomisk prosess og en apparatur for gjennomføring av den som gir enhetlig blanding og kontrollert tilsetning av alkaliske kjemikalier til en middels konsistensprosess for oksygendelignifisering av masse eller andre fibrøse materialer.

Foreliggende oppfinnelse oppfyller dette behov ved å tilveiebringe en fremgangsmåte og en apparatur for kontrollert tilsetning og enhetlig blanding av alkaliske kjemikalier i et middels konsistens oksygendelignifiserings system. I henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen blir masse eller annet fibrøst materiale ved midlere konsistens, d.v.s. 8-20%, kombi-nert med en første andel alkaliske kjemikalier akkurat før tilførsel av massen til en i det vesentlige horisontal rør reaktor. Fortrinnsvis benyttes en tykkmasse pumpe for å mate massen til reaksjonsbeholderen. Bruken av tykkmassepumpen forhindrer tap av gasstrykk fra beholderen og presser ikke massen alvorlig slik at enhetlig oksygenering kan inntre.

Reaksjonsbeholderen inkluderer en blande- og transportørskrue som fortrinnsvis strekker seg langs i det vesentlige hele lengden av beholderen. Modifiseringer kan foretas på skrue-konstruksjonen for å forbedre dens blandeevne slik det beskrives i den parallelt løpende US SN 99 694. Skruen transporterer massen gjennom beholderen i idet vesentlige plugg strøm. Under drift er nivået for massen i beholderen mindre enn volumet av beholderen slik at det dannes et gassrom langs den øvre del av beholderen.

Når resten av chargen av alkaliske kjemikalier tilføres til reaksjonsbeholderen skjer dette ved sprøyting av alkaliske kjemikalier som dispergerte dråper inn i gassrommet i reaksjonsbeholderen. I en foretrukket utførelsesform benyttes i•det minste en del av oksygengassen som tilføres til reaksjonsbeholderen i forbindelse med en forstøvningsdyse for å sprøyte alkaliske kjemikalier inn i gassrommet. Resten av oksygen gass-behovet kan tilføres separat.

Ved å kombinere oksygengass og andre alkaliske kjemikalier og

å sprøyte blandingen inn i gassrommet over massesjiktet oppnås god temperatur- og pH kontroll for reaksjonen såvel som enhetlig delignifisering. Generelt vil temperaturen for oksygengassen og den alkaliske oppløsning være mindre enn temperaturen i massen i reaksjonsbeholderen slik at blandingen av oksygen og alkaliske kjemikalier ikke vil ha noen oppvarmende virkning på massen. Dette tillater at oksygen og alkaliske kjemikalier blandes enhetlig med massen før de forbrukes ved delignifiseringsreaksjonen.

Et viktig trekk vedkontroll av temperaturen i reaksjonsbeholderen er at minst en del av varmebehovet for reaksjonen tilføres ved tilføring av damp til reaksjonsbeholderen kun etter tilsetning av hovedandelen av alkaliske kjemikalier. De alkaliske kjemikalier og oksygen tillates å blande seg grundig med massen og en viss oppvarming av massen vil skje p.g.a. den eksoterme delignifiseringsreaksjon. Først på dette tidspunkt tilsettes damp til beholderen, fortrinnsvis ved tilsetning gjennom en eller flere innløp nær gassrommet over nivået for massen i reaksjonsbeholderen. Dette unngår overoppvarming og mulig forringelse av massen som kan inntre hvis all damp tilsettes før eller under tilsetning av de alkaliske kjemikalier eller tilsettes direkte til massesjiktet.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen kan et antall i det vesentlige horisontale reaksjonsbeholdere benyttes for oksygen delignifisering av masse med middels konsistens. I dette systemet blir utløpet av den første reaktor forbundet med innløpet til den andre reaktorbeholder via en vertikal rørledning og ut-løpet fra den andre reaktor forbindes med innløpet til en tredje beholder osv. hvis nødvendig.

En første andel av den alkaliske kjemikalie charge tilsettes til massen før dennes inngang til den første reaksjonsbeholder. I den første reaksjonsbeholder tilføres oksygengass og blandeskruen omrører masse, oksygen og alkaliske kjemikalier for å initiere delignifisering. Resten av den alkaliske charge kom-bineres med den partielt delignifiserte masse nær utløpet av den første reaksjonsbeholder eller i rørledningen som forbinder den første og andre reaksjonsbeholder. Resten av chargen av alkaliske kjemikalier bringes i kontakt med massen når denne faller gjennom den vertikale rørledning og blandes enhetlig med massen når denne trer inn i den etterfølgende beholder. Ytterligere delignifisering skjer i den andre reaksjonsbeholder der mer oksygengass forbrukes og mere oksygen eventuelt kan tilsettes. Prosedyren kan gjentas ytterligere i etterfølgende reaksjonsbeholdere hvis en større grad av delignifisering er ønsket. En andel av den varme som er nødvndig for reaksjonen kan tilføres ved innsprøyting av damp tii den vertikale rør-ledning mellom den førsteog andre reaksjonsbeholder for å trekke fordel av den blanding som oppnås når massen faller gjennom rørledningen.

I ytterligere en utførelsesform av oppfinnelsen benyttes forskjellige alkaliske kjemikalier på forskjellige trinn av middels konsistens oksygen delignifiseringsreaksjonen. Denne utførelsesform av oppfinnelsen har spesiell anvendbarhet når det gjelder en sulfittmassemølle der det er fordelaktig å benytte den samme type alkaliske kjemikalier enten ammoniakk, kalsiumhydroksyd, magnesium hydroksyd eller natrium hydroksyd som er forenelig med gjenvinningssystemet for denne spesielle mølle. På denne måte kan oppløste faststoffer fra oksygen delignifiseringstrinnet sendes til gjenvinningssystemet uten skadelig virkning på driften av dette.

Ved anvendelse av ammoniakk, kalsiumhydroksyd eller magnesium hydroksyd er imidlertid oksygen dilignifiseringshastigheten heller lav slik at høye reaksjonstemperaturer og lange oppholdstider er nødvendig. Det ville være ønskelig å benytte natrium hydroksyd for i det minste en del av chargen av alkaliske kjemi-• kalier i de ovenfor angitte tilfeller. For imidlertid massen som trer inn i oksygendelignifiseringsreaktoren inneholder mengder av medrevet sur sulfitlut som reagerer hurtig med natrium hydroksyd og oksygen, blir natrium hydroksydet i det vesentlige forbrukt før det kan del i delignifiseringsreaksjonen.

Denne utførelsesform av oppfinnelsen løser dette problemet ved

å tilveiebringe separat tilsetning av natriumhydroksyd til massen inneholdende medrevet sulfitlut kun etter at en første charge av et annet alkalisk kjemikalium er tilsatt. Således kan en charge av et. første alkalisk kjemikalium slik som ammoniakk tilsettes til massen før dennes inngang i reaksjonsbeholderen. Når massen først er i beholderen sprøytes en andre charge alkalisk kjemikalium inneholdende natriumhydroksyd inn i gassrommet over nivået av massen i reaktoren etter at tilstrekkelig tid (minst 10 sek.) er gått med for det første alkaliske kjemikalium til å reagere med medreven sulfitlut. På denne måte oppnås en forbedret delignifiseringshastighet.

Reaksjonsbetingelsen som benyttes for prosessen og apparaturen ifølge oppfinnelsen avhenger av råstoffet. Generelt er imidler tid en driftstemperatur på 70-160°C i reaksjonsbeholderen funnet å være egnet. Retensjonstiden i reaksjonsbeholderen kan variere fra 5-120 min., oksygenpartialtrykket kan variere fra 1,4-21 kg/cm 2 manometertrykk og den totale alkaliske kjem-iske charge kan variere fra 0,5-30%, beregnet som Na^O basert på den ovnstørkede vekt av materialet. Mange typer alkaliske kjemikalier kan benyttes ved gjennomføring av oppfinnelsen. Disse inkluderer natriumhydroksyd, natriumkarbonat, natrium bikarbonat, krafthvitlut, oksydert krafthvitlyt, ammoniakk, natriumtetraborat, natriummetaborat eller blandinger derav. I enkelte tilfelle kan bruken av blandinger av alkaliske kjemikalier gi fordelaktige resultater slik som økede delignifiser-ingshastigheter mens man opprettholder masseutbytte selektivi-tet. Ved delignifisering av sulfitlut kan f. eks. bruken av

et alkaliske kjemikalium i kombinasjon med et annet som er forenelig med møllegjenvinningssystemet gi gode resultater.

I enkelte tilfeller kan det væreønskelig som additiv å benytte et beskyttende kjemikalium sl ik som magnesium sulfat, magnesium hydroksyd, magnesium oksyd, magnesium karbonat eller andre kjente additiver, for å understøtte opprettholdelse av en høy masse viskositet under oksygendelignifiseringsreaksjonen. Imidlertid er slike additiver eventualiteter og ikke ubetinget nødvendige..

Konsistensen for massen i reaksjonsbeholderen eller beholderne, bør holdes innen området 8-20%. Bruk av massekonsistenser på mindre enn 8% har selv om muligheten foreligger, mangelen av øket dampbehov og oksygen- og alkalisk kjemikalieforbruk. Videre må volumet av reaktorbeholderen økes tilsvarende. Bruken av en massekonsistens over 20% som imidlertid også er mulig, har mangelen av øket kompleksitet p.g.a. behovet for ekstra utstyr for å oppnå den høyere konsistens og større vanskelighet for å oppnå enhetlig blanding av masse og alkaliske kjemikalier. Fremgangsmåten og apparaturen ifølge oppfinnelsen er egnet for delignifisering av enhver type masse eller andre fibrøse materialer på et hvilket som helst utbyttenivå inkludert kraft-, sulfit-, NSSC-, polysulfid-, kjemomekanisk, termomekanisk og mekansik masse såvel som landbruksfibrer slik bagasse eller strå. Generelt inkluderer fordelene ved gjennomføring av foreliggende oppfinnelse høyere masseviskositet, bedre massestyrke og høyere masseutbytte og disse er mest åpenbare når en stor delignifiseringsgrad f. eks. 20 Kappa enheter eller mer gjenn-omføres iflg. oppfinnelsen.

I' henhold til dette er det en gjenstand for oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og en apparatur for kontrollert tilsetning og enhetlig blanding av alkaliske kjemikalier med masse i en middels konsistens oksygen delignifiseringsprosess. Dette og andre gjenstander og fordeler ved oppfinnelsen vil være åpen-bar ut fra den følgende beskrivelse, de ledsagende tegninger og de tilhørende krav. Figur 1 er et skjematisk flytdiagram som viser en utførelses-form av fremgangsmåten av apparaturen iflg. oppfinnelsen; Figur 2 er et skjematisk flytdiagram som viser en annen utførel-sesform av oppfinnelsen; Figur 3 er et skjematisk flytdiagram som viser ytterligere en utførelsesform av oppfinnelsen; og Figur 4 er et diagram om virkningen på det totale masseutbytte mot Kappa-tallet for forskjellig kombinerte alkaliske kjemikalie charger.

Som vist i fig. 1 føres en massematestrøm med en konsistens på 8-20% og fortrinnsvis fra 10-15%, til en første i det vesentlige horisontal reaksjonsbeholder 10 ved hjelp av en tykkmassepumpe 12. Den midlere konsistens på fra 8-20% bør opprettholdes under hele reaksjonen for å oppnå de beste resultater. Med uttrykket "i det vesentlige horisontal" menes at skrå reaksjonsrør også kan benyttes men at skråningsvinkelen ikke bør overskride om-trent 45° for å unngå kompresjon og avvanning av massen i den nedre del av beholderennoe som vil påvirke den enhetlige blanding. Mens i tillegg reaksjonsbeholderen er vist som et i det vesentlige sylindrisk reaksjonsrør kan ikke-sylindriske rør slik som dobbelskruesystemer benyttes.

Pumpen 12 kan være en Moyno "progressing cavity" pumpe fra Robbins&Myers, Inc. Alternativt kan pumpen 12 være en Clove-rotorpumpe fra Impco Division of Ingersoll-Rand Co. eller en tykkmassepumpe fra Warren Pumps Inc.

Det er funnet at disse pumper er istand til å mate massen til reaksjonsbeholderen mot trykket i denne uten i vesentlig grad å presse massen sammen og uten gasstap fra beholderen. Andre mateinnretninger slik som rotasjonsventiler eller skruematere er ikke så ønskelige for bruk iflg. oppfinnelsen. En rotasjons-ventil tillater vesentlig gasstap fra reaksjonsbeholderen under rotasjonen av ventillommene som alternerende eksponeres til høyt oksygentrykk i beholderen og til atmosfærisk trykk utenfor

denne. Bruken av en skruemater resulterer i alvorlig kompresjon

o og avvanning av massen slik at effektiv oksygenering og blanding med den riktige konsistens ikke kan skje.

For tilføring av massen til tykkmassepumpen 12 kan en del av dampbehovet for reaksjonen tilføres til matelinjen 14 fra damp-kilden 16 via dampledningen 18. Tilsetningen av damp under-støtter og fortrenger overskytende luft fra massen og hever også temperaturen i massen noe.

Imidlertid er det viktig ved gjennomføring av oppfinnelsen at minst en del av den damp som er nødvendig for å opprettholde riktig reaksjonstemperatur tilsettes først etter at hoveddelen av chargen av alkaliske kjemikalier er tilsatt til reaksjonsbe-

holderen.

Dette tillater at alkaliske kjemikalier og masse med en gang

kan blandes grundig med kun en viss oppvarming av massen på grunn av den eksoterme delingifiseringsreaksjon. Denne måte å tilsette damp på unngår masseforringelsesproblemer som kan skje på grunn av overheting av massen hvis all damp tilsetttes til reaksjonsbeholderen før eller under tilsetning av alkaliske kjemikalier.

Som vist i fig. 1 kan resten av dampbehovet tilsettes til beholderen 10 gjennom rørledningen 20. Når damp tilsettes til reaktorbeholderen 10. bør den fortrinnsvis ikke tilsettes under overflaten av massen i beholderen. Dette kan føre til overheting og forringelse av massen. Heller bør dampen tilsettes gjennom ett eller flere innløp til gassrommet over massen.

Alkaliske kjemikalier inkludert blandinger av forskjellige kjemikalier tilsettes til reaksjonsbeholderen 10 fra en alkalisk væskekilde 30. Karakteristisk vil den totale charge av alkaliske kjemikalier være fra 0,5-30 vekt-% av massen, beregnet som N02på ovnstørt materiale. Det er ønskelig å tilsette en andel av de alkaliske kjemikalier til massen før inngang av massen til reaksjonsbeholderen 10. Som vist i fig. 1 tilmåtes alkalisk væske fra kilden 20 via rørledningen 34 til massen i mateledningen 14. Den alkaliske væske tjener til å "smøre" massen for lettere pumping såvel som til å sikre at massen vil ha en alkalisk pH-verdi når den trer in» i reaksjonsbeholderen.

Resten av chargen av alkaliske kjemikalier tilføres til reaksjonsbeholderen 10 via rørledningen 36 til et antall sprøyte-dyser 38. For å oppnå enhetlig blanding av alkaliske kjemikalier med massen ved drift ved midlere konsistens uten bruk av kostbart og omfattende blandeutstyr må oppløsningen av alkaliske kjemikalier til å begynne med oppdeles til dråper og sprøytes inn i gassrommet over massen. Flere dyser som kan gi den nød-vendige fine eller forstøvede spray av alkalisk oppløsning er kommersielt tilgjengelige. Mens bruk av damp som forstøvnings-middel er mulig er det ikke foretrukket for bruk ved gjennom-føring av oppfinnelsen. Dette fordi varm alkalisk spray som dannes vil reagere meget hurtig med massen på overflaten av sjiktet før det hele grundig kan blandes. Dette fører til masseforringelse. I tillegg blir temperaturkontrollen i reaksjonsbeholderen vanskelig å gjennomføre p.g.a. at den varme alkaliske spray aksellererer den eksoterme oksygen delignifiseringsreaksjonen slik at det kan inntre overheting av massen. Således er det viktig ved gjennomføring av oppfinnelsen at minst en del av dampbehovet for reaksjonen tilføres separat

fra de alkaliske kjemikalier og fortrinnsvis først etter at hovedandelen av de alkaliske kjemikalier er tilsatt til reaksjonsbeholderen.

I en utførelsesform av oppfinnelsen dannes en fin spray av alkalisk oppløsning ved bruk av sprøytedyser av typen SM Solid-Jet dyser fra William Steinen Manufacturing Co. eller fullstråle-dyser fra Spraying Systems Co. Disse dyser danner en tilstrekkelig fin spray. P.g.a. de relative små munninger kan det imidlertid være et behov for å tilveiebringe et "in line" filter for å fjerne partikler og "andre forurensende stoffer fra den alkaliske oppløsning. Dette er spesielt tilfelle når krafthvitlut benyttes som alkalisk oppløsning fordi denne alltid vil inneholde noe kalsium karbonat, kjent som "kalkslam", fra kaus-tiseringstrinnet..,.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen dannes den fine spray av alkalisk oppløsning ved injisering av oksygengass fra oksy-genkilden 40 gjennom rørledningen 42 til den alkaliske oppløs-ning for der å tilveiebringe en forstøvet spray. Dette kan gjennomføres f. eks. ved å benytte en luftforstøvningsdyse fra Spraying Systems Co. Munningene i disse dyser kan velges til relativt store dimensjoner for å unngå tilstopping eller andre problemer. Ytterligere oksygen kan mates til reaksjonsbeholderen 10 ved tilsetning til gassrommet over massesjiktet gjennom rørledningen 44 eller ved spyling gjennom massesjiktet gjennom rørledning 46.^Imidlertid er det siste ikke nødvendig p.g.a. den utmerkede blanding som tilveiebringes i beholderen.

Karakteristisk holdes oksygen partialtrykket i systemet fra ca. 2,1-14 kg/cm 2 manometertrykk. Avgass kan fjernes fra systemet ved lufting til atmosfæren. Alternativt kan den gjenvinnes for tilbakeføring til reaksjonen eller benyttes for andre formål. Enhver organisk damp eller karbonmonoksyd som dannes under delignif iseringsreaks jonen kan fjernes ved å føre gassen gjennom en katalysatorsjikt.

Enhetlig blanding av masse, oksygen og alkaliske kjemikalier oppnås ved mild men grundig røring som tilveiebringes ved en blandeskrue 48, drevet av egnede drivinnretninger 50 i beholderen 10. Rotasjonshastigheten for skruen kan varieres såvel som tilveiebringes av en modifisert skruestigning for å forbedre blandingen slik det beskrives i den paralleltløpende US SN 99 694. Rotasjonshastigheten for skruen 48 reguleres for å trans-portere massen forover i idet vesentlig pluggstrøm og for å holde beholderen mindre enn full av masse, fortrinnsvis 50-90% full, slik at det forblir et gassrom øverst i beholderen. Den kontinuerlige bevegelse av gass og masse langs reaktorbeholderen og utveksling mellom gass i massen og fri gass over massen forhindrer dannelse av varme punkter eller lommer med potensielt eksplosive gasser ogøker også den enhetlige delignif isering av massen. Totale oppholdstider i systemet kan variere avhengig av art og tilstand for massen og den ønskede delignifiseringsgrad. Oppholdstider på mellom 5 og 120 min. er funnet tilfredsstillende .

Mens i mange tilfelle tilfredsstillende delignifisering kan oppnås ved å benytte en enkelt reaksjonsbeholder kan det i noen tilfeller være ønskelig å tilveiebringe et antall reaksjonsbeholdere der delignifiseringen av massen skjer. Som vist i fig. 2 der like komponenter er representert ved de samme hen-visningstall blir massen etter å ha gått gjennom beholderen 10 ført til en andre reaksjonsbeholder 22 gjennom en vertikal rørledning 26. En del av den alkalisk kjemikaliecharge kan tilføres til massen gjennom rørledning 52 og sprøytedyser 54 når massen faller gjennom rørledningen 26. Slaget når massen treffer bunnen av beholderen 22 tjener til enhetlig å blande masse og alkaliske kjemikalier. Ytterligere damp kan også eventuelt tilsettes på dette punkt gjennom rørledning 28 for å opprettholde den foretrukne driftstemperatur innen området 70-160°C i systemet. Ytterligere damp kan også tilføres gjennom rørledning 24 til gassrommet over massenivået i beholderen 22. En indre blandeskrue 56 i beholderen 22 drives med egnede drivmidler 58 og transporterer masseblandingen gjennom beholderen i idet vesentlige pluggstrøm. Ytterligere oksygengass

kan tilføres gjennom rørledning 59 som kan være anordnet enten over eller under massenivået i beholderen 22. Igjen kan rotasjonshastigheten for skruen varieres for å regulere oppholdstiden og massenivået for å tillate ønsket delignifisering. Ytterligere ikke viste reaksjonsbeholdere kan benyttes hvis nødvendig. Massen trekkes av fra utløpet 62 i beholderen 22

og føres til et blåsekammer der den bringes i kontakt med for-tynningsvann eller væske fra rørledningen 60. Derfra kan den føres til vasking.

I enkelte tilfeller kan det være fordela-ktig å benytte to forskjellige alkaliske kjemikalier ved oksygendelignifiseringreak-sjonen på forskjellige trinn av reaksjonen. I den utførelses-form som er vist i fig. 3 der like komponenter er representert ved de samme referansetall, er et slikt to kjemikaliesystem vist. En første alkalisk kjemikalieoppløsning fra en alkalisk væskekilde 30 mates gjennom rørledning 34 til massen i matelinjen 14. Etter inngang i reaksjonsbeholderen 10 kan et andre alkalisk kjemikalium fra en alkalisk væskekilde 32 sprøytes over massen ved hjelp av sprøytedyser 38. Oksygengass kan eventuelt benyttes for å forstøve den andre alkaliske oppløsning ved til-føring cjjennom rørledning 42. Alternativt kan oksygen mates til gjennom rørledning 44. I ytterligere en annen alternativ utførelsesform kan massen tillates å transporteres gjennom beholderen 10 for å gi tid for det første alkaliske kjemikalium til å reagere helt før det andre alkaliske kjemikalium tilmåtes gjennom rørledning 52 og dysen 54 til massen som faller gjennom den vertikale rørledning 26. Egnede ikke viste ventilarrange-menter fører oksygengass og alkalisk væske til de ønskede steder.

Den utførelsesform som er vist i fig. 3 er spesielt anvendelig når massen kommer fra en sulfittmølle. Det er ved delignifisering av slik masse fordelaktig å benytte et alkalisk kjemikalium som er forenelig med møllens gjenvinningssystem slik som ammoniakk, kalsium hydroksyd eller magnesium hydroksyd. Imidlertid gir disse alkaliske kjemikalier ikke ås hurtig delignifisering 'som natrium hydroksyd. Foreliggende oppfinnelse tillater bruk av et første alkalisk kjemikalium som er forenelig med sulfitt-mølle gjenvinningssystemet i de første trinn av reaksjonen for

å nøytralisere enhver medrevet sulfittlut, fulgt av tilsetning av et andre alkalisk kjemikalium slik som natriumhydroksyd, for å akselerere delignifiseringshastigheten for massen. For bedre forståelse av massen skal det henvises til de følgende illustrer-ende eksempler.

Eksempel 1

Det ble gjennomført to forsøk i en horisontal rørereaktor ut-styrt med en horisontal roterende transportskrue. Oksygen ble sprøytet inn i gassrommet i reaktoren over massenivået. Alkalisk oppløsning ble sprøytet inn i gassrommet over massesjiktet gjennom et perforert rør med ca. 20 perforeringer for å finopp-dele strømmen. Oksygengasstrykk ble benyttet for å sprøyte alkalisk oppløsning. Damp ble tilsatt adskilt fra den alkaliske

oppløsning til reaktoren.

Utgangsmassen var en Kappa 6 0.8 bløtved kraftmasse. Reaksjonsbetingelsene som ble benyttet for oksygendelignifiseringen var 110 C, 7,7 kg/cm monometertrykk totalt trykk, 15 min. oppholdstid, 15% massekonsistens, 0,3% MgSO^doseringer på ovnstørr masse og 20 omdreininger pr. minutt rotasjonshastighet for skruen. I forsøk 1 a ble en alkalisk kjemikaliedosering på 6% NaOH tilsatt til massen før massen ble innført i reaktoren. I forsøk 1b blir en dose på 2% NaOH tilsatt til massen før den ble anbragt i reaktoren og en dose på 4% NaOH ble sprøytet inn i gassrommet over massen som beskrevet ovenfor. Denne alkaliske opp-løsning ble sprøytet gradvis inn under de første to minutter av den 15 min. lange reaksjonsperiode. Resultatene for disse to forsøk er vist nedenfor:

Det er åpenbart at en forbedring både hva angår masseviskositet og massestyrke kan oppnås ved bruk av fremgangsmåten iflg. oppfinnelsen.

Eksempel 2

Virkningen av å benytte to forskjellige alkaliske kjemikalier for oksygendelingifiseringen av ammonium sulfit møllespill ble prøvet. Ammonium sulfit møllespill med.et første siktet Kappa tall på 70 ble anbragt i en reaktor. Reaksjonsbetingelsen som ble benyttet for oksygendelignifiseringen var 120 C, 10,5 kg/cm monometertrykk totaltrykk, 30 min. oppholdstid, 15% massekonsi stens og 10% alkalisk dosering, beregnet som natriumhydroksyd, beregnet på ovnstørr masse.

Resultatene er vist i fig. 4. Som det fremgår er ren ammoniakk mere utbytteselektiv enn ren ammoniumhydroksyd som alkaliekilde. Imidlertid er delignifiseringshastigheten langsommere ved bruk av ammoniakk sammenlignet med natriumhydroksyd. Tilsetningen av natriumhydroksyd til massen i mengder på opptil 1:1 véktfor-hold med ammoniakk forbedrer delignifiseringshastigheten uten å redusere utbytte selektiviteten (punktene 1 og 2). Ytterligere bruk av natrium hydroksyd istedet for ammoniakk resulterer ikke i ytterligere hastighetsøkning og reduserer utbytteselek-tiviteten (punktene 3 og 4). Disse prøver viser at for det spesielle prøvede reaksjonssystem er tilsetning av natrium hydroksyd til ammoniakk i et vektforhold på opptil 1:1 i en oksygen delignifiseringsreaksjon fordelaktig med henblikk på delignifiseringshastigheten uten ugunstig å påvirke utbyttesel-ektiviteten.

Eksempel 3

Ved å benytte det samme utstyr som i eksempel 1 og den samme metode for tilsetning av alkalisk oppløsning som beskrevet i eksempel 1 ble en bløtved magnesium sulfit masse med et Kappa-tall på 30,5 og en viskositet på 28,8 eps. delignifisert ved bruk av oksygen ved et totaltrykk på 7,7 kg/cm 2 manometertrykk, 15% massekonsistens, 140°C reaksjonstemperatur og 22 min. ret-ensjonstid. Rotasjonshastigheten for skruen var 20 omdreininger pr. min. i de første to min. av oppholdstiden og 3 omdreininger pr. min. for resten av de 20 minuttene.

I forsøk 2a ble en dose på 2% MgfOH^ beregnet på ovnstørr masse tilsatt til massen før denne ble anbragt i reaktoren. I forsøk 2b var metoden den samme som under 2a bortsett fra at en dose på 0,5% NaOH, beregnet på ovnstørr masse, ble injisert i løpet av de første 2 min. av oppholdstiden men etter at mag nesium hydroksyd var tillatt å reagere i minst 10 sek. I for-søk 2c var metoden den samme som for 2b, bortsett fra at brukt magnesium sulfitlut med en pH-verdi på 3,0 ble tilsatt til utgangsmassen slik at det var en mengde på 3% brukt sulfitlut faststoffer beregnet på ovnstørr masse. Forsøk 2c simulerte derfor en virkelig møllesituasjon der det ville være overføring av brukt sulfittlut sammen med massen som føres til oksygen delignifiseringstrinnet.

Resultatene viser at denne metode for tilsetning av alkaliske kjemikalier gir en fordel med henblikk på delignifiseringshastigheten, selv når brukte sulfitlut faststoffer er tilstede i massen. M.a.o. reagerer de brukte sulfitlut faststoffer meget .hurtig med Mg(OH)2og oksygen før NaOH tilsettes slik at NaOH deretter reagerer med lignin i massen istedet for med sulfitlut faststoffene, og derfor oppnås det denønskede økning av delignifiseringshastigheten.

Eksempel 4

Utstyret som ble benyttet for denne prøve var et kontinuerlig

6 tonn/dag pilotanlegg bestående av tre rørereaktorbeholdere med indre blandeskruer. Den første beholder var skrådd i en vinkel på ca. 20° fra horisontalen og des andre beholdere var horisontale. Massen som ble delignifisert med oksygen var en bløtved kraftmasse med en opprinnelig Kappa verdi på 29,3 og en viskositet på 26,9 eps. Reaksjonsbetingelsene som ble benyttet var 113°C reaksjons temperatur, et totaltrykk på 7 kg/ cm 2 manometertrykk, 10% massekonsistens og 6 min. oppholdstid. Endosering på 1,5% NaOH på ovnstørr masse ble tilsatt til massen før den ble pumpet inn i systemet under trykk ved hjelp av en tykkmassepumpe. En ytterligere dose på 1,5% NaOH beregnet på ovnstørket masse ble tilsatt ved sprøyting av alkalisk opp-løsning# av to dyser anordnet i den vertikale rørledning som forbinder den første og andre reaktorbeholder. For å under-støtte forstøvning av sprayen av NaOH oppløsning ble en liten mengde damp tilsatt gjennom de samme dyser. Imidlertid ble den virkelige temperaturkontroll for systemet oppnådd ved tilsetning av damp igjennom separate innløpsåpninger i den første og tredje reaktorbeholder. Blandingen av damp med massen for god temperaturkontrolli systemet ble oppnådd adskilt fra det alkaliske innsprøytningssystem.

Oksygen delignifisert masse fra denne prøve hadde et Kappa tall 12,4 og en viskositet på 16,0 eps. Dette viser at en enormt stor grad av delignifisering, 58%, ble oppnådd mens man fremdeles bibeholdt en god masseviskositet.

Eksempel 5

Utstyret som ble benyttet var det samme som i eksempel 4. Utgangsmassen var en bløtved kraftmasse med et Kappa tall på 57,0 og en viskositet på 30,2 eps. Reaksjonsbetingelsene var et totalt trykk på 7 kg/cm manometertrykk, med en oppholdstid på 15 min., 120°C og en massekonsistens på 10%. En dose på 2% NaOH beregnet på ovnstørr masse ble tilsatt til massen før tykk-massematepumpen og en ytterligere dose på 2% NaOH ble tilsatt ved bruk av en sprøytedyse til den første reaktor. Det ble benyttet en Steinen SM 41 sprøytedyse og strømningshastigheten for NaOH oppløsningen var 0,83 l/min. For å oppnå god delignifisering uten massenedbrytning ble den alkaliske oppløsning blandet enhetlig med massen ved a) sprøyting av den inn i gassrommet over massen, b) tilsetning av all damp separat fra den alkaliske oppløsning via damptilsetningsåpninger i reaktorbeholderen for å oppnå god temperaturkontroll i systemet, og c) ved å kjøre blandeskruen i den første reaktor ved relativt høy hastighet på 15,4 omdreininger pr. min.

Den oksygen delignifiserte masse fra denne prøve hadde et Kappa tall på 30,3 og en viskositet på 19,4 eps. Det ble oppnådd en stor delignifiseringsgrad (26,7 Kappa verdier) under et relativt lite viskositet tap,(10,8 eps).

Eksempel 6

Utstyret og metoden som ble benyttet var alt som i eksempel 5. Utgangsmassen var en bløtved sulfitmasse.med et Kappa tall på 28,5 og en viskositet på 24,8 eps. Reaksjonsbetingelsene var et totaltrykk på 7 kg/cm 2 monometertrykk, en oppholdstid på 22 min., temperatur på 138°C og en massekonsistens på 10%. En dose på 2% Mg(OH)2beregnet på ovnstørr masse ble tilsatt til massen før tykkmassepumpen og en ytterligere dose på 0,5% natriumhydroksyd ble sprøytet over massen som i eksempel 5 i den første reaktorbeholder.

Den oksygen delignifiserte masse fra denne prøve hadde et Kappa tall på 16,4 og en viskositet på 26,9 eps. Det ble oppnådd en god delignifiseringsgrad (12,1 Kappa enheter) mens man bebeholdt en høy masseviskositet.

Mens fremgangsmåten og apparaturen slik den heri er beskrevet utgjør foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen skal det være klart at oppfinnelsen ikke er begrenset til disse nøyaktig beskrevne metoder og apparaturer, og at det kan foretas forandring-er både hva angår fremgangsmåte og apparatur uten å gå utenfor oppfinnelsens ramme slik den er definert i ledsagende krav.

•v

Claims (9)

1. Apparatur for kontinuerlig oksygen delignifisering av fibrøse materialer, karakterisert ved at den i kombinasjon omfatter: en første i det vesentlige horisontal rør-reaksjonssone med et innløp og et utløp, midler for tilføring av fibrøse materialer til inn-løpet, midler for omrøring og transportering av nevnte fibrøse materialer gjennom nevnte første reaksjonssone til utløpet av denne, en andre i det vesentlige horisontale rørformet reaksjonssone med et innløp og et utløp, midler for omrøring og transportering av nevnte fibrøse materialer gjennom nevnte andre reaksjonssone, midler for avtrekning av delignifisert fibrøse materialer fra nevnte andre reaksjonssone, rørledninger som forbinder nevnte ut-løp fra nevnte første reaksjonssone med nevnte innløp for nevnte andre reaksjonssone, midler for tilførsel av oksygengass til nevnte første og andre reaksjonssone samt midler for tilførsel av alkaliske kjemikalier til nevnte rørledningsinnretninger-der de blandes med nevnte fibrøse materialer.

2. Apparatur for kontinuerlig oksygen delignifisering av fib-røse materialer, karakterisert ved at den i kombinasjon omfatter: en i det vesentlige horisontal rør formet reaksjonssone med et innløp og et utløp, midler for rilførsel av fibrøse materialer til innløpet, midler for omrøring og transport av nevnte fibrøse materialer gjennom nevnte reaksjonssone til utløpet av denne, midler for avtrekking av delignifiserte fibrøse materialer fra nevnte reaksjonssone og midler i nevnte reaksjonssone anordnet over nivået for fibrøse materialer inneholdt i sonen for blanding av oksygengass og alkaliske kjemikalier og til-føring av blandingen over nevnte fibrøse materiale.

3. Apparatur for kontinuerlig oksygen delignifisering av fibrøse materialer, karakterisert ved at den i kombinasjon omfatter: en i det vesentlige horisontal rørformet reaksjonssone med et innløp og et ut-løp, middel for tilførsel av fibrøse materialer til nevnte innløp, midler for omrø ring og transport av nevnte fibrøse materialer gjennom reaksjonssonen til utløpet, midler for avtrekking av delignifiserte fibrøse materialer fra nevnte reaksjonssone, midler for tilførsel av oksygengass til nevnte reaksjonssone, midler for tilførsel av en på forhånd bestemt mengde av et første alkalisk kjemikalium til nevnte fibrøse materialer før innløpet til reaksjonssonen og midler for tilførsel av en på forhånd bestemt mengde av et andre alkalisk kjemikalium til nevnte reaksjonssone.

4. Apparatur for kontinuerlig oksygen delignifisering av fibrøse materialer, karakterisert ved at den i kombinasjon omfatter: en idet vesentlige horisontal rørformet reaksjonssone med et innløp og et utløp, midler for tilførsel av fibrøse materialer til nevnte innløp, midler for omrøring og transport av nevnte fibrøse materialer gjennom nevnte reaksjonssone til utløpet av denne, midler for avtrekning av delignifisert fibrøse materialer fra nevnte reaksjonssone, midler i nevnte reaksjonssone anordnet over nivået for fibrøse materialer inneholdt i sonen for tilføring av alkaliske kjemikalier til overflaten av nevnte fibrøse materiale, midler for tilførsel av. oksygengass til nevnte reaksjonssone^ og midler for til-førsel av damp til nevnte reaksjonssone over nivået for fibrøse materialer inneholdt i nevnte reaksjonssone.

5. Apparatur ifølge krav 2 eller 3, inkludert midler for til-førsel av damp til nevnte reaksjonssone over nivået for fibrøse materialer holdt i reaksjonssonen.

6. Fremgangsmåte for kontinuerlig oksygen delignifisering av fibrøse materialer, karakterisert ved at den^ omfatter kombinering av fibrøse materialer med en første andel alkaliske kjemikalier og deretter tilføring av nevte fibrøse materialer i en konsistens fra 8-20% til en i det vesentlige horisontal reaksjonssone og å opprettholde nevnte 8-20% konsistens i reaksjonssonen, sprøyting av en blanding av oksygengass og en andre andel av nevnte alkaliske kjemikalier til rommet over nivået for nevnte fibrøse materialer i reaksjonssonen.og transportering av nevnte fibrøse materialer gjennom nevnte reaksjonssone under agitering av det fibrøse materialet for å blande disse med nevnte blanding av oksygengass og alkaliske kjemikalier.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at en damp tilsettes til rommet over nivået for fibrøse materialer i nevnte reaksjonssone på et tidspunkt etter at nevnte blanding av oksygengass og alkaliske kjemikalier er tilsatt.

8. Fremgangsmåte for kontinuerlig oksygen delignifisering av fibrøse materialer, karakterisert ved kombinering av fibrøse materialer med en første andel alkaliske kjemikalier og deretter tilførsel av nevnte fibrøse materialer i en konsistens av 8-20% til en første i det vesentlige horisontal reaksjonssone og opprettholdelse av nevnte konsistens på 8-20% i den første reaksjonssone, til-setting av oksygengass til rommet over nivået for fibrøse materialer i nevnte første reaksjonssone, transportering av nevnte fibrøse materialer gjennom nevnte reaksjonssone under agitering for å blande de fibrøse materialer, alkaliske kjemikalier og oksygengass, initiering av delignifiseringen og deretter tilførsel av den partielt delignifiserte blanding til en andre i det vesentlige horisontal reaksjonssone gjennom en i det vesentlige vertikal forbindelse, tilsetning av en andre andel av alkaliske kjemikalier til nevnte blanding mens den faller gjennom nevnte rørledning og transport av nevnte blanding gjennom nevnte andre reaksjonssone under agitering av denne i et tidsrom tilstrekkelig til ytterligere delignifisering.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at damp tilsettes rommet over nivået for fibrøse materialer i nevnte første reaksjonssone.

0' . Fremgangsmåte for kontinuerlig oksygen delignif isering av fibrøse materialer, karakterisert ved at den omfatter kombinering av fibrøse materialer med et første alkalisk kjemikalium og deretter tilførsel av nevnte fibrøse materialer i en konsistens av 8-20% til en i. det vesentlige horisontal reaksjonssone og opprettholdelse av nevnte konsistens på 8-20% i nevnte reaksjonssone, til-førsel av oksygengass til reaksjonssonen, tilførsel av et andre alkalisk kjemikalium med en sammensetning forskjellig fra nevnte første alkaliske kjemikalium til nevnte reaksjonssone, og transport av nevnte fibrøse materialer gjennom nevnte reaksjonssone under agitering av nevnte fibrøse materialer for å blande disse med nevnte oksygengass og nevnte første og andre alkaliske kjemikalium.

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig oksygen delignifisering av fibrøse materialer, karakterisert ved at den omfatter tilførsel av nevnte fibrøse materialer i en konsistens på 8-20% til en i det vesentlige horisontal reaksjonssone og å opprettholde nevnte konsistens på 8-20% i reaksjonssonen, sprøyting av alkaliske kjemikalier inn i rommet over nivået for de fibrøse materiler i reaksjonssonen, tilsetning av oksygen til nevnte reaksjonssone, tilsetning av damp til rommet over nivået for fibrøse materi aler i nevnte reaksjonssone til et tidspunkt etter tilsetning av en hovedandel alkaliske kjemikalier, og transport av pevnte fibrøse materialer gjennom nevnte reaksjonssone under agitering av nevnte fibrøse materiale for å blande disse med nevnte oksygengass og alkaliske kjemikalier.