NO864070L - Fremgangsmaate og apparatur for alkalisk delignifisering av lignocelluloseholdige fibermaterialer. - Google Patents

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Ved fremstilling av papirmasser fra lignocellulosematerialer er det ofte ønskelig å bleke massene for å oppnå et hvitet produkt. Mange metoder for bleking av masse utøves og er beskrevet i en rekke publikasjoner (1,2). Enkelte av disse tidligere kjente blekeprosesser krever flere behandlingstrinn for å fjerne lignin og andre "fargelegemer" fra massen. Det er karakteristisk for de fleste blekeprosesser at dyre kjemikalier og prosessutstyr kreves for å oppnå relativt små forandringer i produktmassens renhet og lyshet. For f.eks. å oppnå tremasse med 90 lyshet fra bløttre-kraftmasse er det ofte nødvendig å bruke fem bleketrinn under slike betingelser som i tabell I. Blekesekvensen og betingelsene som er beskrevet i tabell I, representerer selv om de er typiske, bare en av mange blekesekvenser som er i vanlig bruk av masseindustrien.

Avfallsproduktene fra blekeprosessen er kjent å inneholde BOD, organisk bundet klor og farge. Således bidrar de til vannforurensning når de tømmes fra massemøllen.

Virkningsgraden av blekereaksjonene hemmes ved at det foreligger kondensasjonsreaksjoner. Dette kan spesielt være tilfelle i det alkaliske ekstraksjonstrinn hvor kondensasjonsreaksjoner blokkerer videre delignifisering. En publikasjon av Seymour (3) beskriver at mengden av kaustik som anvendes i ekstraksjonstrinnet kan dobles utover det normale uten praktisk talt noen reduksjon i blekningskjemikalie-forbruket i de følgende trinn.

Det er et stadig mål for masseindustrien å redusere totale blekningsomkostninger ved å forbedre virkningsgraden i forskjellige prosesstrinn. Forbedret virkningsgrad kan føre til lavere omkostninger ved reduksjon av kjemikalieforbruk eller reduksjon av antallet prosesstrinn. En ytterligere gevinst ved forbedret virkningsgrad kan være en senkning av forurensningsuttømmingen.

Tidli gere forsøk på å løse problemet

Lachenal et al, (4) har funnet at med natriumkarbonat som oppslutningsmiddel er totrinns-oppslutningen av hvetestrå mer effektiv enn entrinns-oppslutning. Hvis avlut fjernes etter det første trinn, oppnås enda større virkningsgrad. Dette angir de som bevis på viktigheten av kondenseringsreaksjonene i alkalisk delignifisering.

Varm alkalisk ekstraksjon av den ublekede masse er blitt foreslått for å forbedre blekeanleggets effektivitet. Dette kalles noen ganger for-bleking eller for-delignifisering. Hensikten er å redusere blekningsomkostningene ved å redusere kappatallet (lignininnhold) av massen før den kommer inn i blekeanlegget. På denne måten oppnås en tilsvarende reduksjon i mengden av dyrere blekemidler. Senere har oksygen-delignifisering vært gjenstand for en rekke US patenter (8 til og med 11, 13 til og med 17) som et forblekingstrinn for å senke kappatallet til massen før bleking. I dette tilfelle kontaktes den ublekede masse med oksygen og alkali under høyere temperaturbetingelser og trykk over tidsrom som gjerne er ca. 15 - 30 min. Industrien har vært langsom til å ta opp denne teknikk, imidlertid, fordi den krever dyrt utstyr for utførelsen.

På et tidligere trinn ble "kaldsoda"-prosessen utviklet (1), hovedsaklig som.et middel for å fjerne hemicellulose og således forbedre alfa-celluloseinnhold ved oppløsning av kvalitetsmasse. Denne prosess kan anvendes på masser ved ethvert trinn i blekingen eller rensesekvensen som inneholder masser som ikke er blitt varmalkaliekstrahert. Optimumstemperaturer for kald kaustik-ekstraksjon ligger mellom 15 og 25°C og behandlingstider mellom 15 og 60 minutter.

Oksygen er blitt brukt til å forsterke ligninfjerning i ekstraksjonstrinnet. Kemph og Dence (5) rapporterte betydelige reduksjoner i permanganattall etter ekstraksjon av klorert pulp i en oksygenatmosfære. Forsøk de utførte i en luftatmosfære viste også en forbedring, selv om den bare var 1/5 så stor som virkningen man fant med oksygen. Senere har den tekniske bruk av oksygen i ekstraksjonstrinnet tiltatt raskt over hele verden og basert på forbedrede metoder for å blande masse og oksygen så som beskrevet i US patent nr. 3.832.276 og 4.451.332.

Elton beskriver de to vanligste systemer for oksygenekstrak-sjon (6). For begge systemtyper settes natriumhydroksyd til massen etter den forlater kloreringstrinnvaskeren og før tilsetningen av oksygen til en blandingsanordning. Den alkaliske masseoppslemming som inneholder en fin dispersjon av oksygen, innføres enten i bunnen av ekstraksjonstårnet eller, ved ekstraksjon i et nedstrømstårn, i et for-retensjonsrør.

Selv om oksygen-ekstråksjon er mer effektiv for å bedre virkningsgraden, skaper den noen ytterligere problemer. Disse er behovet for å håndtere oksygen, et potensielt farlig kjemikalium; den økede omkostning ved oksygenet; og behovet for å tilveiebringe tilstrekkelig ventilasjon til å forhindre oppbygging av toksiske og brennbare gasser.

Bruken av hydrogenperoksyd har også vært anvendt for å fjerne mer lignin i ekstraksjonstrinnet (2). Selv om dette er en relativt enkel metode, krever anvendelse av den ytterligere utgift med peroksyd.

En annen fremgangsmåte for alkalisk ekstraksjon av klorert masse er beskrevet av Liebergott i US patent nr. 3.874.992. I denne fremgangsmåte presses blandingen av masse og alkali til en høy konsistens i løpet av 5 minutter etter blanding av det varme alkali og massen. Metoden rapporterer tilsvarende resultater som de som oppnås med konvensjonell alkalisk ekstraksjon.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Denne oppfinnelse beskriver en forbedret fremgangsmåte ved utførelse av alkalisk ekstraksjon av masse. Den anvendes fortrinnsvis på et eller flere av tre punkter:

1. Før konvensjonell bleking, d.v.s. som en forbleking:

2. I ekstraksjonstrinnet i en vanlig blekningsrekkefølge; eller, 3. I forbindelse med et vanlig oksygendelignifiseringstrinn.

Den foreliggende oppfinnelse er basert på en overraskende oppdagelse vedrørende alkalisk behandling av masse.. Det ble funnet at masse-delignifisering kan forbedres hvis en del av den flytende fase fjernes fra den reagerende blanding bare etter en kort tid (0,5 til 10 minutter) reaksjon. Massen får så fortsette å reagere med den gjenværende flytende løsning over et normalt tidsrom (30 til 90 minutter). Dette tyder på at under reaksjonens begynnelsesfase dannes substanser som enten reverserer eller forhindrer masse-delignifisering.

Man lærte videre at den flytende fase etter å være fjernet fra massesuspensjonen, kan behandles til å forandre, fjerne eller på annen måte deaktivere slike substanser som reverserer eller forhindrer delignifiseringsprosessen, og således gjør den flytende fase egnet for ny bruk ved delignifisering eller ekstraksjon. En slik behandlingsmetode er å oppvarme den flytende fase over et tidsrom som strekker seg fra ca. 5 minutter eller lenger, avhengig av reaksjonstemperaturen. Gjentatt bruk av den behandlede flytende fase kan utføres enten ved å sette den til frisk masse eller ved å sette den på nytt til den opprinnelige masse. Dette skal ikke bety at ny bruk av luten er begrenset til disse to metoder.

Således er det et mål for denne oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for å forbedre masse-delignifisering i et papirfremstillingssystem ved å blande massematerialet med alkali og dens bærerlut over et kort tidsrom, ta ut den flytende fase fra blandingen etter et kort tidsrom og deretter fortsette å omsette massen og alkaliet i et normalt tidsrom.

Et annet mål for denne oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte ved massebleking og delignifisering i en papirfremstillingsprosess ved å redusere kondensajonsreaksjoner mellom oppløst og ikke-oppløst lignin ved å tilsette en alkalisk blanding til massen, og etter et kort tidsrom, ta ut en hoveddel av den flytende fase fra den alkaliske blanding og fortsette å omsette den gjenværende masseløsning.

Et annet mål for oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte hvorved en del av den flytende fase av en alkalisk blanding i et papirfremstillingssystem som settes til massen, tas ut fra massesuspensjonen og den uttatte lut brukes på nytt som et additiv med den alkaliske blanding som kombineres med massen.

Andre mål, trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå klart etter å ha lest den følgende beskrivelse sett i forbindelse med de medfølgende tegninger.

Kort be skrivelse av tegningene

Figur 1 er et flyteskjema som illustrerer hvordan en prosess ifølge oppfinnelsen kan utøves. Figur 2 - 7 er flyteskjemaer i likhet med figur 1, men illustrerer hvordan alternative prosesser ifølge oppfinnelsen kan utøves.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Idet det nå vises i nærmere detalj til tegningene, hvor like tall refererer til like deler gjennom flere avbildninger, illustrerer figur 1 den første og mest forenklede utførelsesform av oppfinnelsen, hvor enten ubleket klorert eller delvis bleket tremasse blandes med en hensiktsmessig alkali, så som NaOH, i en blander 1 ved en massekonsistens mellom ca. 0,01% og 30%, fortrinnsvis ca. 7 til 15%. Alternativt kan alkaliet kombineres med massen ved å fordele den på et ark av massen slik at de naturlige kapillarkrefter vil fordele alkaliet gjennom massen. Mengden av tilsatt alkali kan være den samme som eller større eller mindre enn den mengden som normalt brukes for ekstraksjon, delignifisering eller oksygen-delignifisering. Den alkaliske massesuspensjon føres så til reaktoren 2 hvor den behandles i 0,5 til 10 minutter eller lenger, avhengig av reaksjonstemperaturen. Tabell II viser den omtrentlige sammenheng mellom optimum reaksjonstid og temperatur.

Det er viktig å bemerke at andre faktorer så som blandings-virkningsgraden, typen av lignocellulose-materialet og tidligere behandling av massen kan påvirke den optimale behandlingstid. Verdiene i tabell II er derfor omtrentlige, og forskjellige spesifikke anvendelser av oppfinnelsen kunne vise noe variasjon av optimum behandlingstid. Lengre eller kortere behandlingstider enn de verdier som er angitt i tabell II kan brukes; men hvis behandlingstiden er for kort eller for lang, reduseres metodens effektivitet.

Etter den relativt korte reaksjonstid i reaktor 2, fjernes en del av den flytende fase ved filtrering av den alkaliske massesuspensjon i filteret 3; og det fortykkede masseslam transporteres til reaksjonskjelen 6. Mengden av fjernet filtrat fra masseslammet ved filteret 3 justeres til mindre enn ca. 90% av den flytende fase av blandingen og fortrinnsvis mellom 40 og 70% av den flytende fase som foreligger med massen i reaktoren 2. Masseslammet som går til reaksjonskjelen 6 burde inneholde tilstrekkelig innfanget kjemikalium til å fullføre delignifiser-ingsreaksjonen i kjelen.

Tids- og temperaturbetingelsene som anvendes i kjelen 6 kan være slike som normalt anvendes på massen for behandlingstrinnet ved hvilket denne oppfinnelse utøves. Hvis den alkaliske ekstraksjon således utøves på klorert masse, kunne kjelen 6 drives ved 60 til 70°C og 30 til 90 minutter, og hvis den drives med oksygen-delignifisering, ville kjelen 6 drives ved ca. 100°C og 6,8 atm. i 15 til 45 minutter. Hvis den drives som en alkalisk for-delignifisering, kunne kjelen 6 drives mellom 70 og 100°C i 15 til 45 minutter. Mengden av tilstedeværende alkali i kjelen 6 kan være betydelig mindre enn det som normalt brukes for den tilsvarende prosess utført uten forbedringen ifølge denne oppfinnelse.

Sluttvaskeren 7 er fakultativ. Den er tatt med fordi den utgjør god blekningpraksis. Den er ikke ment å begrense denne oppfinnelse til systemer som inneholder vasking etter reaksjonskjelen 6.

En annen utførelsesform av oppfinnelsen er vist på figur 2. Denne adskiller seg fra figur 1 ved å inneholde en andre blander 5 i prosessføringen mellom filteret 3 og reaksjonskjelen 6. I denne metoden tilsettes det nødvendige alkali for reaksjonen i to deler - den første del ved blanderen 1 og den andre del ved den andre blander 5. Ved å utføre prosessen på denne måten er det ingen begrensninger på fraksjonen av den flytende fase som fjernes ved filteret 3, annet enn de som følger ved den mekaniske drift av filteret. Når det således er mulig å fjerne 95 til 100%, i det vesentlige all væsken fra massen som kommer ut fra reaktor 2, ville dette være akseptabelt. Sammenhengen mellom optimal behandlingstid og temperatur i reaktoren 2, er i det vesentlige det samme som angitt i tabell II for den første utførelsesform av denne oppfinnelse. De beste resultater oppnås når mellom 50 til 80%, og fortrinnsvis ca. 55 til 70% av alkalibehovet settes til blanderen 1 og resten ved den andre blander 5. Betingelser i reaksjonskjelen 6 og vaskeren 7 er lignende som i figur 1.

I en tredje utførelsesform av denne oppfinnelse som er vist på figur 3, tilføyes et vasketrinn 4 mellom filteret 3 og blanderen 5. Dette forbedrer fjerningsgraden av den flytende fase. Alternativt kan filteret 3 og vaskeren 4 kombineres til en enhet ved å bruke en vanlig massevasker som anvendes i et filtreringstrinn etterfulgt av en fortrengningsvask. Vaskevæsken som brukes, kan enten være vann eller frisk alkaliløsning. Filtrat fra sluttvaskeren 7 kan brukes på nytt som vaskevæske hvis det er hensiktsmessig. For alkalisk ekstraksjon av klorert pulp som er illustrert på figur 3, er den optimale dose av alkali ved blanderen 1 mellom 50 og 80% og fortrinnsvis mellom 55 og 65% av det totale innfylte alkali, idet resten anvendes ved den andre blander 5. Betingelsene i reaksjonskjelen 6 og vaskeren 7 er

lignende som dem i figur 1 og 2.

Den fjerde utførelsesform av denne oppfinnelse er vist i figur 4. Anordningen er den samme som i utførelsesformen som er illustrert i figur 2 med unntagelse av at hele alkalisatsen tilsettes ved blanderen 1 og filtratet fra filteret 3 samles i en tank 8. Noe av filtratet behandles i filtratreaktoren 9 og settes på nytt til massen enten ved blanderen 5 eller mellom reaktoren 2 og filteret 3 eller på begge steder. Den del av filtratet som ikke behandles i reaktoren 9, kan kastes. Mengden av filtrat som fjernes fra systemet på dette punkt, bestemmes av konsistensen av tilførselsmassen og massen som går inn i reaktoren 6. Det er mulig å drive prosessen uten å kaste filtrat på dette punkt, men generelt er det fordelaktig å kaste et volum av filtrat lik ca. 40 til 70% av det totale væskevolum i massen og alkaliet som kommer inn i blanderen 1, selv om større mengder noen ganger kan kastes. Massen vil typisk komme inn i reaktoren 2 ved mellom 8 til 15% konsistens og ha en konsistens mellom 8 og 25% når den kommer inn i reaktoren 6. Reaksjonsbetingelser i reaktoren 2 ligner dem som forut er gitt i tabell II. Ventiler (ikke vist) i ledningene på figur 4 kan brukes til å kontrollere strømmen.

Det er funnet at å holde filtratet i filtratreaktoren 9 på figur 4 i et tidsrom på 5 til 12 minutter ved 60°C, eller 8 til 60 minutter ved 50°C, gir tilfredsstillende resultater. I overensstemmelse med den normale reaksjonskinetikkteori, ville lengre oppholdstider kreves ved lavere temperaturer og kortere tider ved høyere temperaturer. Oppvarmeren 12 er en anordning for å føre varme til filtratreaktoren 9 som vist i figur 4. Det meste av varmebehovet for reaksjonen i kjelen 6 kunne tilføres på dette punkt.

Betingelsene i reaksjonskjelen 6 og vaskeren 7 ligner på dem i figur 1, 2 og 3.

En femte utførelsesform av denne oppfinnelse er vist på figur 5. Denne er den samme som figur 4, unntatt at det er tatt med en vasker 4 mellom filteret 3 og blanderen 5 i prosess-strømlinjen. I dette tilfelle vaskes massen med behandlet filtrat fra filtratreaktoren 9 for å fjerne ytterligere spor av innfanget væskefase som forblir i massen etter filtrering. Det er mulig å bruke det behandlede filtrat bare ved vaskeren 4 i figur 5. I tillegg til å bruke behandlet filtrat til å vaske massen ved vaskeren 4, kan alternativt ytterligere behandlet filtrat settes til pulpen enten ved blanderen 5 eller mellom reaktoren 2 og filteret 3 eller på begge steder. Ventiler (ikke vist) i ledningene på figur 5 kan brukes til å kontrollere strømmen. Som i den tredje utførelsesform kan filteret 3 og vaskeren 4 kombineres til en enhet. Ytterligere behandlet filtrat tilsettes massen ved blanderen 5 om nødvendig, eller alternativt kan blanderen 5 sløyfes og massen transporteres til reaksjonskjelen 6 for ytterligere behandling.

Reaksjonsbetingelser i filtratreaktoren 9 er de samme som i den fjerde utførelsesform (figur 4). Betingelsene i reaksjonskjelen 6 og vaskeren 7 er lignende som for figur 1, 2, 3 og 4.

Den sjette og syvende utførelsesform av denne oppfinnelse er vist i figur 6 og 7. Ved å anvende resirkulering av det behandlede filtrat er det mulig å bruke større alkalimengder ved blanderen 1 og reaktoren 2 og således gjøre det lettere å fjerne lignin.

I utførelsesformen av oppfinnelsen som er vist i figur 6, blandes klorert og ubleket masse med behandlet filtrat fra filtratreaktoren 9 i blanderen 1. Eventuelt sprøytes det behandlede filtrat eller fordeles på annen måte på et ark av masse som tillater de naturlige kapillarkrefter å fordele filtratet. Massesuspensjonens temperatur på dette punkt vil avhenge av temperaturene til strømmene som kommer inn i blanderen og vil normalt være i området fra 40 til 60°C. Etter et kort opphold i reaktoren 2 etter de retningslinjer for tid og temperatur som er beskrevet i utførelsesform 1 og oppført i tabell II, filtreres så slammet eller avvannes ved filtret 3. Før filtréringstrinnet kan behandlet filtrat brukes til å fortynne massen, selv om denne fortynning er fakultativ. Den fakultative lutfjerning ved filteret 3 i systemet på figur 6 er mellom 70 og 90% fjerning, men 30 til 70% lutfjerning ville fortsatt gi betydelige fordeler. Imidlertid er lutfjerningsmengder på 75 til 90% lett å oppnå teknisk. Tabell III viser for systemet på figur 6 noen verdier for konsistens som kommer inn i filteret 3 og kommer inn i reaktoren 6 som vil føre til 67%, 80% og 90% fjerning av væskefasen i filteret 3.

Prosessen går best når alkalifyllingen til det første trinn maksimaliseres. Etter filtrering ved filter 3 vil det resulterende fortykkede masseslam føre fremover tilstrekkelig alkali i den innfangede væskefase til å fullstendiggjøre delignifiserings-reaksjonen. Tids- og temperaturbetingelsene i reaksjonskjeden 6 og vaskeren 7 kan være de samme som de som er angitt i de første utførelsesformer av denne oppfinnelse (fig. 1 til og med 5).

Noe av filtratet fra filter 3 på figur 6 samles i tanken 8 og behandles i filtratreaktoren 9 før det blir resirkulert til blanderen 1 og det fakultative fortynningspunkt mellom reaktoren 2 og filteret 3. Den del av filtratet som ikke rommes i tanken 8 for behandling i reaktoren 9, kan kastes. Som angitt i utfør-elsesform 4 av denne oppfinnelse (figur 4), er det mulig å drive prosessen uten å kaste filtrat, men et forbedret resultat oppnås ved å kaste et volum av filtratet som er ca. 40-70% av det totale væskevolum i massen som kommer inn i blanderen 1 og i det friske alkali som kommer inn i prosessen. Ventiler (ikke vist) i ledningene på figur 6 kan brukes til å kontrollere strømmen.

Oppvarmeren 12 sørger for å føre varme til filtratreaktoren 9. Dette gir den ønskede høyere temperatur for filtratbehand-lingen. Oppholdstider i filtratreaktoren 9 fra 8 til 60 minutter ved 50°C er blitt brukt med godt resultat. Den korte behandlingstid foretrekkes fordi det krever den minste reaktorstørrelse for utførelsen. Som angitt i omtalen av utførelsesform 4, er en oppholdstid mellom 5 og 12 minutter tilstrekkelig ved en temperatur på 60°C i filtratreaktoren 9.

Temperaturen av masseblandingen som kommer inn i reaktoren 2 på figur 6 bestemmes av temperaturen og konsistensene av strøm-mene som kommer inn i blanderen 1. Da det er en fordel å bruke høyere temperatur til å behandle filtratet i filtratreaktoren 9, vil temperaturen av massevolumet som kommer inn i reaktor 2, være tilsvarende høy. Typisk for verdiene man kunne finne, ville være massevolum ved 35° C og 15% konsistens som beveger seg til blanderen 1, og filtrat ved 60°C som resirkuleres fra filtratreaktoren 9 til blanderen 1, hvilket resulterer i tilførsel fra blanderen 1 til reaktor 2 med en temperatur på ca. 50°C og en konsistens på 5,6%.

På figur 6 kan frisk alkali tilsettes systemet enten ved tanken 8 (punkt A), ved innløpet til filtratreaktoren 9 (punkt B) eller ved utløpet av filtratreaktoren 9 (punkt C). Hvor det enn tilsettes, bør man ha tilstrekkelig røring for normale strøm-ningsbetingelser i systemet til å dispergere alkali jevnt gjennom filtratet. Hvis ikke, vil det væreønskelig å anordne en rører-anordning. Det er selvfølgelig mulig å tilsette frisk alkali til massen på et punkt før den kommer inn i blanderen 1, for eksempel ved å sette den til i massetransportøren eller sprøyte den på vaskeren eller i oppslutteren av et tidligere (ikke vist) trinn.

Den syvende utførelsesform av denne oppfinnelse som er vist i figur 7, adskiller seg fra den sjette ved å inneholde en vasker 4 i prosess-strømmen mellom filteret 3 og reaksjonskjelen 6. Vaskeren bruker behandlet filtrat fra filtratreaktoren 9 til å fortrenge gjenværende lut i massen etter filtrering med filteret 3. Innføringen av vaskeren 4 gjør det mulig å fjerne lutfasen mer fullstendig ved å erstatte den med behandlet filtrat. Det er ønskelig å operere ifølge retningslinjene fra utførelsesform 6 med alkalifylling til reaktoren 2 så høyt som mulig i praksis. Dette oppnås ved å maksimalisere uttak av væskefase mellom reaktorene 2 og 6. Vasketrinnet forbedrer virkningen av væske-fasefjerningen uten å kreve lav konsistens inn til filteret. Som i utførelsesform 6 er tilsetningen av behandlet filtrat til massen mellom reaktoren 2 og filteret 3 fakultativ. Ventiler

(ikke vist) i ledningene på figur 7 kan brukes til å kontrollere strømmen.

I systemet på figur 7 ville det beste alkalitilsetningspunkt være punkt C som får den friske alkali til å blandes direkte med det behandlede filtrat som resirkuleres til blanderen 1. En fagmann vil se at dette maksimaliserer alkalifyllingen til reaktoren 2. Stedene A, B og E i systemet på figur 7 ville være alternative steder for alkalitilsetning, og stedet D det minstønskelige punkt for alkalitilsetning. Betingelsene i filtratreaktoren 9 ligner dem som brukes i figur 4, 5 og 6.

Som i utførelsesform 6 kunne frisk alkali settes til massen oppstrøms for blanderen 1 på figur 7. Betingelser som anvendes på massesuspensjonen i reaksjonsdelen 6, er lignende dem som er angitt for de andre utførelsesformer. Videre er vaskeren 7 fakultativ som i alle de andre utførelsesformer.

Utstyrsspesifikasjoner

Blanderne 1 på figur 1 - 7 og 5 på figur 2-5 kan velges fra utstyr som allerede foreligger for masseindustri og innbefat-ter, men er ikke begrenset til statiske blandere, høyskjær-blandere og rørte tankblandere.

Reaktoren 2 kan være enhver kjele av passende størrelse til å gi tilstrekkelig oppholdstid for den første trinns reaksjon. Kjelen bør ideelt sett være konstruert for å minimalisere tilbakeblanding. Derfor ville en lang rørformet reaktor så som en rørledning, høyt tårn eller stående rør være egnet. Det ville væreønskelig å ha fleksibilitet til å justere oppholdstid i reaktoren 2 som muliggjør reaksjoner på forandringer i driftstemperatur. Tallrike metoder for å foreta dette er kjente for en maskinfagmann på reaktorer.

Filteret 3 velges fra utstyr som allerede foreligger i industrien, innbefattet, men ikke begrenset til, slike anord-ninger som er kjent som sideskråningsgittere, ekstraktorer, "deckers", trommelfiltere og beltefiltere. Det vil være åpenbart for en fagmann på området at utførelsesformene hvori filteret 3 og vaskeren 4 brukes sammen (figur 3, 5 og 7) kan kombineres ved å bruke en vanlig massevasker som anvender et filtreringstrinn etterfulgt av fortrengning (ikke vist). Hvis en separat vasker brukes, er slike som normalt anvendes i masseindustrien så som diffusjonsvaskere, trykkvaskere eller vaskepresser, akseptable.

Ved bruk for alkalisk ekstraksjon kan reaksjonskjelen 6 være hvilken som helst av de vanlige typer som brukes for ekstraksjon. Dens hovedformål er å gi tilstrekkelig oppholdstid og temperatur til å fullstendiggjøre ekstraksjonsreaksjonen. Hvis prosessen skal brukes i forbindelse med oksygendelignifisering, kan reaksjonskjelen 6 være hvilken som helst av de oksygendeligni-fiseringssystemer som normalt brukes for dette formål.

Tanken 8 (figur 4-7) kan være ethvert standardfiltrat eller pakningstank som normalt brukes i masseindustrien. Dens hensikt er å tjene som et samlingspunkt for filtrat og gi en barometrisk tetning når et vakuumfilter brukes som filteret 3. Tanken 8 kan sløyfes fra systemet uten nevneverdig å endre virkningsgraden av systemet. Filtratreaktoren 9 (figur 4-7) er konstruert for å gi den nødvendige oppholdstid (5 til 10 minutter) for filtratbehand-ling med et minimum av tilbakeblanding. Filtratreaktoren 9 inneholder en oppvarmer 12 for å tilføre filtratet varme, hvilket vil øke temperaturen til filtratet til dets reaksjonstemperatur på 50 til 60°C. En rørledningsreaktor med indirekte dampopp-varming ville være akseptabel som en filtratreaktor.

EKSEMPLER

Eksempel 1

For å demonstrere prosessen på figur 1 ble forut tørket ubleket bløttrekraftmasse med et kappatall på 25,2 behandlet med natriumhydroksyd. Massen ble godt vasket, formet til en pute på en oppvarmet Buchner-trakt og mettet til 7,7% konsistens ved å fordele forvarmet løsning av natriumhydroksyd over dens overflate som simulerer det første reaksjonstrinnet. Etter et minutt ble Buchner-trakten satt under vakuum og 67% av den flytende fase ble fjernet hvilket bringer massekonsistensen til 20%. Den våte masse ble så overført til plastposer og plassert ved et konstant temperaturbad i 30 minutter som simulerte behandlingen i reak-sjonskjele 6. Som en kontroll ble en prøve av den samme masse vasket godt, blandet med natriumhydroksydløsning til en konsistens på 7,7% i en plastpose og plassert i et konstant temperaturbad i 30 minutter for å simulere normal alkalisk ekstraksjon.

Da ekstraksjonstiden var ferdig, ble masser dispergert i ionefritt vann til 1% konsistens, vasket godt, og formet til ark og analysert på kappatall ved bruk av TAPPI metode T236 m-60. Betingelsene som ble brukt og resultatene er oppført i tabell IV. Dosen av NaOH anbrakt på massene er uttrykt som vektprosent i forhold til en ovnstørr masse. Ligninfjerning registreres som forandring i kappatall av massen som et resultat av behandlingen.

Dette resultat viser fordelen ved behandling ved å bruke fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse. Ved å bruke ekvivalente mengder NaOH ble en høyere grad ligninfjerning oppnådd i sats nr. U5 (48% mer) enn i kontrollprøven hvilket viser seg ved større forandring i kappatall. Sats nr. U6 viser at ved å bruke fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse kan det nødvendige NaOH reduseres til mindre enn 1/3 som kreves ved kontrollen, mens den samme grad ligninfjerning fortsatt oppnås.

Sats nr. U3 viser at fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse også kan brukes til å bevirke en reduksjon i driftstemperatur for ekstraksjonen og samtidig oppnå en liten forbedring i delignifisering.

Eksempel 2

En prøve av den samme ublekede bløttre-kraftmasse som ble brukt for eksempel 1, ble delignifisert med oksygen ved bruk av fremgangsmåten på figur 1. Behandlingsbetingelsene var de samme som i sats nr. U3 i eksempel 1, med unntak av at etter at 67% av væskefasen var fjernet på Buchner-trakten, ble arket teppelagt med oksygen av 99,5% renhet. Oksygenet fikk gjennomtrenge arket under vakuumvirkning. Arket ble så løftet forsiktig fra filteret for å bevare dets porøsitet, plassert i en oksygenatmosfære inne i en plastpose og behandlet ved 70°C i 30 minutter. Tabell V viser resultatene av denne prøven.

Resultatet viser at selv under de relativt milde anvendte betingelser, fjernet behandling med oksygen 9,7% mer lignin enn det tilsvarende forsøk uten oksygen.

De følgende eksempler 3 til og med 12 viser anvendelsen av denne oppfinnelse for alkalisk ekstraksjon av klorerte masser. Hårdtre-kraftmassen som velges for disse forsøk hadde et kappatall på 15,8, og bløttre-kraftmassen (kappa 25,2) var den samme som ble brukt som råmaterialer i eksempel 1 og 2. Massene ble klorert i 60 minutter ved 3,5% konsistens og 35°C. I den anvendte kloreringsprosedyre ble en utmålt mengde konsentrert klor/vann- løsning fortynnet med tilstrekkelig vann til å gi den ønskede forsøkskonsistens og umiddelbart blandet med 50 g (ovnstørr basis) av den forvaskede masse. Reaksjonsblandingen ble i dekkede beholdere så plassert i et konstant temperaturbad for å utføre kloreringen. Periodisk blanding av massesuspensjonen ble utført under den første oppvarmingsperioden. Klordosen som ble brukt for forsøkene, ble variert, og er angitt i eksemplene som følger. Alle prøver ble godt vasket før de ble brukt.

Etter behandling av massene ifølge fremgangsmåten som ble brukt i eksempel 3 til og med 11, ble massene vasket godt, formet til ark og analysert på ekstrahert permanganat (CEK) tall ved bruk av TAPPI-metoden T214 m-50. I eksempel 12 ble massen godt vasket og dens reaksjon på natrium-hypoklorittbleking ble målt. Med mindre annet er angitt, er dosen av klor, alkali og hypo-kloritt som er angitt i eksempel 3 til og med 12, uttrykt som vektprosenter basert på en ovnstørr masse.

Eksempel 3

For å demonstrere fremgangsmåten i figur 1 på klorert masse ble to prøver av hårdtre som var blitt klorert med 3,2% klor blandet med like mengder NaOH-løsning. Den første fikk reagere i 1,25 minutter ved 40° C og 10,4% konsistens, hvoretter 69% av vaeskefasen ble fjernet og den fortykkede masse, nå ved 27,2% konsistens, ble behandlet i ytterligere 60 minutter ved 60°C. Som kontroll ble den andre prøve ganske enkelt behandlet ved 10,4% konsistens i 60% minutter ved 60°C uten fjerning av den flytende fase. Den mengde alkali som ble blandet med massene, var den samme i begge tilfeller, 1,91% basert på ovnstørr massevekt. Resultatene er vist i tabell VI.

Dette resultat viser klart at fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse tillater en reduksjon av ekstrahert permanganattall. En fagmann vil se at dette vil føre til et tilsvarende fall i mengden av kjemikalier som kreves for etterfølgende trinn i blekeprosessen.

Eksempel 4

Fremgangsmåten på figur 1 ble brukt for oksygenekstråksjon av klorert bløttre-kraftmasse. Massen som var blitt klorert med 4% klor, ble fortynnet til 1% konsistens og formet til en pute på en Buchner-trakt. Putekonsistensen ble bestemt å være 25%. Massen ble så mettet til 11% konsistens ved å fordele forvarmet NaOH-løsning på dens overflate. Alkaliløsningen inneholdt 3,3% NaOH basert på ovnstørr massevekt. Massen som nå hadde en temperatur på ca. 40°C, fikk reagere 1,5 minutter. Buchner-trakten ble så satt under vakuum, hvilket fjernet ca. 67% av væskefasen og øket putekonsistensen til ca. 25%. Den fortykkede masse ble så behandlet i en atmosfære av ren oksygengass i 60 minutter ved 60°C og 1 atmosfære totaltrykk.

Som en kontroll ble en andre prøve av den samme klorerte masse ekstrahert med 3,3% NaOH ved 11% konsistens i 60 minutter ved 60°C. Oksygen ble ikke brukt for kontrolleksperimentet.

Resultatene som er vist i Tabell VII viser en 21% reduksjon i ekstrahert permanganattall.

Eksempel 5

For å vise virkningen av høyere alkalidose på fremgangsmåten i figur 1 ble myktre-kraftmasse klorert med 4% klor brukt. Fremgangsmåten var lik den som ble brukt i eksempel 4, med unntagelse av at høyere alkalidoser (9,2% til forskjell fra 3,3%) ble brukt, massen ble mettet til 8,3% konsistens på Buchner-trakt istedenfor 11%, og etter fjerning av 67% av væskefasen, hadde masseputen en konsistens på 20% istedenfor 25%. Behandlingstiden i det andre trinn var 90 minutter istedenfor 60, og 2.trinn behandlinger med og uten oksygen ble forsøkt. Kontrollen ble omsatt ved 3,1% alkali og 8,3% konsistens i 90 minutter ved 60°C. Resultatene er angitt i tabell VIII.

Sammenligning av den oppnådde verdi for sats nr. E10 med eksempel 4 viser at den høyere alkalifylling gir en betydelig reduksjon i CEK nummer. Resultatene viser også en bedre reduksjon i ekstrahert CEK nummer uten bruk av oksygen enn når enten oksygen eller luft foreligger i det andre trinn. Mens alkali-doseringen ved trinn 1 er ca. 3 ganger normal for trinnene E10, Ell og E12, føres bare ca. 1/3 av den alkaliholdige væskefase fremover i det andre reaksjonstrinn, mens resten separeres og er tilgjengelig for ny bruk. 36,8% reduksjon i CEK tall oppnådd i sats nr. E12 er et eksepsjonelt godt resultat.

Eksempel 6

Hardtre-kraftmasse ble klorert med 3,5% klor og brukt i en annen demonstrasjon av prosessen på figur 1. For dette forsøk ble første trinn konsistens, første trinn tid og alkalifylling til første trinn variert. Fremgangsmåten adskiller seg noe fra den som ble brukt i de foregående eksempler. For det foreliggende eksempel ble reaksjonen utført i polyetylenposer istedenfor flyting av Buchner-trakten. Dette tillot bruk av lavere konsi-stenser i det første trinn og simulerte bruken av blanderne. Første trinns behandling ble utført ved romtemperatur (23-24°C) etterfulgt av delvis fjerning av væskefasen ved filtrering på en Buchner-trakt. Nok væske ble fjernet til å gi en massekonsistens på ca. 30% for det andre reaksjonstrinn. Som i foregående eksempler ble andre trinns reaksjon utført i polyetylenposer ved 60°C i 60 minutter. Massene ble sammentrykket for å utelukke gass fra det andre trinn, unntatt for to prøver HW1 K og HW1 L. For disse to prøver ble masseputen forsiktig løftet fra Buchner-trakten for å bibeholde dens porøsitet, og det andre reaksjonstrinn ble utført under oksygen for HW1 K og luft for forsøk HW1 L. Kontrollforsøkene ble utført ved 1,91% alkali, 10% konsistens og 60°C i 60 minutter. Resultatene er vist i tabell IX, hvor alkalifylling er uttrykt som prosent på en ovnstørr basis.

Virkningen av tid i det første trinn er vist ved undersøk-else av satsene HW2 C2, HW2 D2, HW1 H og HW1 J. Ved temperaturene som ble brukt for disse forsøk (23-24°C) ble de beste resultater oppnådd ved behandlingstider mellom 3,75 og 7 minutter i det første trinn. Noe reduksjon i virkningsgrad ble bare notert når 3 minutter ble brukt.

Sammenligning av satsene HW1 H, HW1 J og HW1 K viser at oksygen synes å forbedre virkningen når første trinns tid er kort, men oksygen viser ved ytterligere tid i det første trinn ingen fordel.

Virkningen av innfylt alkalimengde på det første trinn vises klart i høyere nivåer av alkali, som fører til lavere CEK slutt-tall. Dette tyder på at opprettholdelsen av høy konsentrasjon i dette første trinn er viktig for å oppnå optimale resultater. Bemerk at selv ved de høyeste nivåer av NaOH dosering, føres bare små mengder av det opprinnelige natriumhydroksyd fremover til det andre trinn. Uttrykt som NaOH påfylt på ovnstørr massebasis, når denne 1,34% for sats nr.#HW2 Dl og bare 0,26% for satsene nr. HW1 H til og med L. Disse tall er 70% og 13,6% henholdsvis av alkaliet som brukes for kontrollforsøket.

Eksempel 7

I denne serie satser ble klorert bløttre-kraftmasse behandlet ifølge fremgangsmåten på figur 3. Massen var blitt klorert med 4,4% klor og godt vasket. Natriumhydroksydløsning og masse ble blandet i plastposer med 10% konsistens og 25°C og øyeblik-kelig plassert i et konstant temperaturbad ved 60°C i tidsrom fra 1 til 5 minutter. Massen ble så straks filtrert på en Buchner-trakt, fortynnet til 1% med ionefritt vann og igjen filtrert for å fjerne ca. 95% av den resterende førstetrinnsvæske. En andre aliquot NaOH ble så blandet med massen ved 10% konsistens og 25°C etterfulgt av behandling ved 60°C i 60 minutter. Den totale fylling NaOH var 3,3% som ble delt mellom de to trinn. I et forsøk ble hele alkalifyllingen satt til det første trinn og bare vann tilsatt i andre trinn. Etter det andre trinn ble massen vasket godt, formet til ark og analysert på CEK-tall.

To kontrollforsøk ble kjørt under normale ekstraksjons-betingelser. Alkalifylling for kontrollforsøkene var 3,3% og behandlingen var ved 10% konsistens og 60°C i 60 minutter. Tabell X oppfører resultatene.

Resultatene viser tydelig at fremgangsmåten i denne oppfinnelse fører til mer effektiv ekstraksjon av lignin enn vanlig ekstraksjon, hvilket fremgår av de lavere CEK tall i satsene SW3 C, SW3 A og SW3 E. De beste resultater ble oppnådd i sats SW3 A hvori 60% av den totale alkalifylling ble tilsatt ved det første trinn og 40% ved det andre trinn.

Det er viktig å merke seg at når det første trinns behandling ble utført i 5 minutter som nådde en slutt-temperatur på ca. 60°C, ble fordelene ved prosessen redusert i den grad at CEK slutt-tallet var det samme som i kontrollsatsene.

Eksempel 8

Ved å bruke prosessen på figur 3 ble en rekke satser foretatt for å vise virkningen av tid og temperatur i det første trinn, når prosessen brukes på klorerte masser. Bløttre-prøvene som ble brukt, ble klorert ved 4% klor og hårdtre ved 3,2% ifølge de forut beskrevne fremgangsmåter. Fremgangsmåten som ble brukt for dette eksempel, er den samme som for eksempel 7, med unntak av at alkaliløsningen som ble brukt i det første trinn, ble for varmet før tilsetningen til massen for å gi bedre kontroll av reaksjonstemperaturen. Kontrollforsøkene ble utført ved 10% konsistens og 60°C i 60 minutter ved bruk av 3,3% NaOH for bløttre og 1,91% for hårdtre. Resultatene er angitt i tabell XI.

Disse resultatene viser at ved ca. 40°C oppnås de beste resultater ved førstetrinns-behandlingstider mellom 1 og 2 minutter, selv om forbedret ekstraksjon finnes ved alle behandlingstider fra 0,5 til 4 minutter . For en førstetrinns-temperatur på 29°C var det ingen forskjell når reaksjonstiden ble variert fra 1 til 4 minutter. Dette står i motsetning til observasjonen i eksempel 6, hvor det viser seg å være en fordel ved 23°C å utføre forbehandling i ca. 4 minutter eller lenger.

Eksempel 9

Fremgangsmåtene på figur 2 og 3 ble brukt for en annen rekke satser for å prøve virkningene av førstetrinns-konsistens og tid på klorert hårdtre-kraftmasse. Massen som ble brukt for dette eksempel, ble klorert ved 3,5% klor. Fremgangsmåten var den samme som for eksempel 7, med unntak av at det første trinn ble utført ved romtemperatur og ved 1% konsistens for tre av forsøkene. Forsøkene ved 1% konsistens ble ikke vasket mellom trinn 1 og 2, mens 10% forsøkene ble. Konsistensen i det andre trinnet var 10% som i eksempel 7. Resultatene er vist i tabell XII.

Resultatene viser ingen nevneverdig forskjell mellom drift av 1 eller 10% konsistens i det første trinn. Virkningen av tiden i det første trinn er liten, men viser en svak preferanse for den lengre tid på 4 minutter.

Eksempel 10

Ved å bruke fremgangsmåten på figur 5 ble en rekke satser foretatt for å vise den nye bruk av førstetrinns filtrat. De klorerte masser var de samme som dem som ble brukt i eksempel 8. Alkalifyllingen var 3,3% for myktreet og 1,91% for hårdtreet.

Forvarmet NaOH-løsning ble blandet med massene i plastposer og blandingen fikk reagere i 1,5 minutter ved 40°C og 10% konsistens. Slammet ble så filtrert på Buchner-trakten og vasket med behandlet førstetrinns filtrat fra en tidligere sats på de samme typer. Filtratet var blitt behandlet ved å holde det ved 60°C over et tidsrom på mellom 5 og 12 minutter. Filtratene fra disse to operasjoner (filtreringen og vasken) ble slått sammen og behandlet ved 60°C som forut. Det behandlede kombinerte filtrat ble så delt i to like aliquoter, hvorav en ble tilsatt massen på nytt og den andre spart for bruk på den neste sats. Massen ble så omsatt ved 60°C i 60 minutter, vasket og preparert for CEK tallmåling. For sats nr. SW4 J ble massen plassert i en atmosfære av rent oksygen ved 60° C i 10 minutter mellom vasketrinnet etter det første trinn og før ny tilsetning av behandlet filtrat. Kontrollforsøkene var de samme som de som ble brukt i eksempel 8 og vil her gjentas for klarhets skyld. Resultatene er gitt i tabell XIII.

Sammenligning av disse data med eksempel 8 viser omtrent det samme resultat for hårdtre og bedre resultater for bløttre. Behandlingen av filtratet i 5 til 10 minutter ved 60°C synes derfor passende for å forandre, ødelegge eller på annen måte gjøre substansene inaktive i den flytende fase som hindrer eller forsinker delignifisering.

Eksempel 11

En rekke satser ble gjort for simulere fremgangsmåten på figur 6 ved bruk av bløttre-kraftmasse klorert med 5,5% klor. Dette ble utført ved gjentagne ganger å samle filtratet fra det første trinn av en enkel forsøkssats, tilsette en mengde av konsentrert NaOH-løsning i volum lik 2% av hele totalvolumet og 3,0% NaOH (ovnstørr massebasis), og deretter behandle blandingen ved ca. 50°C over tidsrom fra 10 til 60 minutter. Dette behand lede filtrat ble så satt til en ny prøve av masse for den neste sats. Denne fremgangsmåte ble gjentatt over 8 cykler, med det resultat at konsentrasjonen av oppløst lignin i den resirkulerte lut nådde ca. 55 - 60% av sin konstanttilstandsverdi. For den første syklus inneholdt NaOH-løsningen som var satt til massen 9% NaOH (ovnstørr massebasis), en konsentrasjon som ble ansett å være omtrent lik den mengde NaOH som skulle bygges opp i resirku-lasjonsstrømmen under konstanttilstandsbetingelse. Den første-trinns reaksjon ble utført i 1,0 minutt ved en temperatur på mellom 43 og 47°C og 3,5% konsistens. I filtreringstrinnet som fulgte ble måssekonsistensen bragt til 23% ved å fjerne 87,8% av væskefasen. Det andre trinn ble utført ved 60°C i 90 minutter. De to kontroller ble kjørt ved 3% NaOH, 60°C og 10% konsistens i 90 minutter. Resultatene er angitt i tabell XIV.

Resultatene viser en stabil verdi av CEK-tall på 3,3 ved bruk av fremgangsmåten på figur 6. Dette representerer 18,5% reduksjon i CEK-tall og viser at fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse kan gi utmerkede resultater. Resultatet viser også at fremgangsmåten på figur 1 når den brukes ved en høy alkali-dosering, kan brukes som en gyldig simulering av fremgangsmåten på figur 6.

Eksempel 12

En kraftmasse med høyt utbytte ble delignifisert med oksygen og alkali i 30 minutter ved 100°C og et trykk på 6,8 atmosfærer. Den resulterende masse som hadde et kappatall på 37.3 ble klorert som tidligere beskrevet ved bruk av en klorfylling på 7,9% og behandlet ifølge fremgangsmåten på figur 1.

For et av forsøkene, sats nr. 0X3, ble forvarmet natrium-hydroksydløsning blandet med massen ved 3% konsistens i et Pyrex begerglass og fikk reagere i ett minutt ved 52° C og en alkalifylling på 12,87%. Ved bruk av en Buchner-trakt ble 86,4% av den flytende fase fjernet og massen brakt til konsistens på 18,5%. Andretrinns-behandling ble så utført ved 60°C i 90 minutter. Den høye alkalidose på 12,87% som ble brukt i dette forsøket, var ment å simulere fremgangsmåten på figur 6 som nevnt i eksempel 11.

For sats nr. 0X4 ble samme fremgangsmåte brukt som for 0X3, med unntak av at 1,53% hydrogenperoksyd (ovnstørr massebasis) ble satt til natriumhydroksydløsningen før den ble forvarmet og satt til massen. Temperaturen i det første trinn for sats nr. OX4 var 50°C, og bare 85,1% av den flytende fase ble fjernet på Buchner-trakten, istedenfor 86,4%. Således var massekonsistensen i det andre trinn 17,2% for sats nr. 0X4.

To kontrollsatser, 0X1 og 0X2, var normale ekstraksjoner utført ved 10% konsistens og 60°C i 90 minutter. Begge satser, 0X1 og 0X2, hadde en natriumhydroksydfylling på 4,29%. For sats nr.0X2 ble imidlertid også en 0,55% fylling av hydrogenperoksyd tilsatt sammen med natriumhydroksydet.

Etter de ovenfor beskrevne alkalibehandlinger ble massene vasket godt med ionefritt vann og bleket med natriumhypokloritt. Hypoklorittblekingen ble utført ved 10% konsistens og 50° C i 60 minutter ved en utgangs-pH på 11,5. Hypoklorittdosen var 0,70% uttrykt som aktivt klor og var den samme for alle forsøk. Etter bleking ble prøvene filtrert, godt vasket, formet til puter og analysert på Elrepho-klarhet ifølge TAPPI-metoden T452 om-83 og kopperetylendiamin (CED) viskositet ved TAPPI metoden T230 om-82. Avluten fra filtreringen av hypoklorittblekingen ble analysert på hypoklorittrest. Dette muliggjorde beregning av mengden hypo- kloritt som ble brukt under blekingen. Dette er angitt i tabell XV sammen med lysheten og viskositets-resultatene.

Resultatene viser at fremgangsmåten i denne oppfinnelse kan brukes til å redusere mengden av forbrukt kjemikalium i etter-følgende blekingstrinn. I tillegg viser sammenligning av sats 0X2 og 0X3 at hypoklorittreduksjonen er lik eller bedre enn det som oppnås ved å tilsette en 0,5% påfylling av peroksyd i et normalt ekstraksjonstrinn. Videre viser sats nr. 0X4 at også høyere virkningsgrad oppnås når peroksyd brukes i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Forbedringen i lyshet og viskositet som oppnås ved fremgangsmåten i denne oppfinnelse fremfor tilsvarende kontroll-forsøk,viser produktfordelene som oppnås ved å anvende prosessen.

Fremgangsmåten i denne oppfinnelse har ved eksempel 1 til og med 12 vist å være en effektiv fremgangsmåte for å forbedre virkningsgraden av delignif isering av ubleket '. bløttrekraf t, klorert bløttrekraft, klorert hårdtrekraft og klorert oksygen delignifisert kraftmasse ved ekstraksjon med natriumhydroksyd. Videre er det vist i eksempel 12 at fremgangsmåten også er effektiv når hydrogenperoksyd og natriumhhydroksyd brukes sammen.

Det foreslås at fremgangsmåten i denne oppfinnelse også vil forbedre delignifiseringsvirkningen når andre alkaliske substanser brukes. Slike alkaliske substanser som tidligere har vært brukt for delignifisering, er ammoniumhydroksyd, litiumhydroksyd og andre alkalimetallhydroksyder.

Det foreslås videre at fremgangsmåten i denne oppfinnelse kan brukes effektivt på et bredt område av lignocellulosematerialer. En delvis liste over disse lignocellulosematerialer ville innbefatte, men bør ikke være begrenset til de følgende: ikke-trefibermaterialer så som bagasse, kenaf, bambus, gress og andre vegetabilske fibre, ubleket hårdtre-kraftmasse, ubleket bløttre-sulfittmasse, ubleket hårdtre-sulfittmasse, klorert bløttre-sulfittmasse, klorert hårdtre-sulfittmasse, ublekete klorerte masser fra alle oppslutningsprosesser på alle typer av lignocellulosematerialer, og partielt bleket masse som har hatt tre eller flere bleketrinn så som CEH, CED og andre.

Denne oppfinnelse forbedrer virkningen av oppslutning av bleking ved å tilveiebringe en teknikk som oppnår høyere ekstraksjon av lignin uten bruk av ytterligere kjemikalier. Forbedringen i virkningsgraden fører til en netto reduksjon i kjemikalieforbruk og gir i tillegg en produktmasse med høyere lyshet og høyere viskositet.

Ved bruk på ubleket masse som et forblekings- eller for-delignifiseringstrinn muliggjør det reduksjoner i det etter-følgende behov for klorholdige blekemidler proporsjonalt med kappatallreduksjonen som oppnås ved oppfinnelsen. I tillegg til reduserte blekingskostnader vil denne føre til en tilsvarende reduksjon i strømforurensning med toksiske klorerte organiske forbindelser og BOD fordi filtratet fra prosessen kan resikuleres gjennom "Brownstock" vaskere og eventuelt gjenvinnes. Til forskjell fra oksygendelignifisering avhenger fremgangsmåten i denne oppfinnelse ikke av kostbare trykkreaktorer for å kunne utføres. Istedet er fremgangsmåten enkel og anvender bestanddeler som er godt utprøvet. I tillegg er det ingen ytterligere kostnader eller farer med ytterligere kjemikalier.

Ved bruk for alkalisk ekstraksjon av klorert masse kan prosessen drives på en måte som reduserer alkaliforbruket mens den samme ekstraksjonsgrad opprettholdes, hvilket måles ved CEK-tallet. Dette vil redusere driftskostnadene for blekeanlegget med samme grad som det reduserte alkaliforbruk. Alternativt har fremgangsmåten den fleksibilitet som gjør at den kan drives ved alkaliforbruk lik eller høyere enn det som brukes i normal blekings-anleggspraksis. Dette muliggjør reduksjoner i CEK-tall som er betydelig større enn det som kan oppnås ved enten lav-trykksoksygen-ekstraksjon eller ved å anvende sammenlignbare økninger i alkalifylling med tidligere kjente ekstraksjons-systemer. Bare oksygensystemer under trykk er rapportert å gi reduksjoner i CEK-tall like høye eller høyere enn de 36,8% som er oppnådd i eksempel 5, og dette krever kostbart høytrykksutstyr. Videre fleksibilitet får man også ved at fremgangsmåten er effektiv når peroksyd brukes i ekstraksjonen.

Fremgangsmåten kan også redusere kostnader og forurensning på annen måte. Det er mulig å bruke fremgangsmåten til å redusere klorforbruket i det første trinn av blekingen, mens normale alkalifyllingsmengder opprettholdes i ekstraksjonstrinnet. I tillegg til å redusere klorkostnadene, muliggjør dette også en reduksjon i forurensning fra kloreringsfiltratet som er meget giftig for liv i vann.

Fremgangsmåten kan også brukes for begge formål samtidig, delignifisering av ubleket masse og ekstraksjon av klorert masse. Dette muliggjør å nyde fremgangsmåtens fordeler for begge.

Fremgangsmåten virker som om et av materialene som ekstra-heres fra massen med alkali, kan gjennomgå reaksjoner med det gjenværende lignin som forhindrer at det fjernes videre. Konden-sas jonsreaks joner er kjent å forekomme ved delignifisering, og det er derfor sannsynlig at disse reaksjoner er ansvarlige for inhiberingen.

Når massen først kontaktes med alkaliløsning, oppløses disse forstyrrende substanser raskt. Dette gir dem større mobilitet enn de hadde i den faste fase, og kondensasjonsreaksjoner begynner å forekomme. Kondensasjonsreaksjoner foregår noe langsommere enn den første oppløsningsprosess. Hvis den flytende fase derfor straks fjernes fra massesuspensjonen etter den første oppløs-ningsperioden, blokkeres kondensasjonsreaksjonen med masselignin effektivt ved fysisk separasjon av massen og luten. Det beste tidspunkt for å skille massen og luten er når konkurransen mellom kondensasjonsreaksjonene og oppløsningsprosessen begynner å favorisere kondensasjonen. Dette ville tilsvare den optimale tid i det første trinns behandling. Hvis alkali er i kontakt med massen i for kort tid, oppløses en utilstrekkelig mengde av den forstyrrende substans og fører til redusert virkningsgrad av prosessen. Hvis for lang tid går i det første reaksjonstrinn, avsluttes kondensasjonsreaksjonene og fremgangsmåten gir liten gevinst.

Ved å la væskefasen være alene over et tidsrom etter den er fjernet fra massen, opptrer kondensasjonsreaksjoner mellom oppløste materialer som foreligger i den separerte væskefase. Dette fjerner på effektiv måte de forstyrrende substanser fra løsningen og gjør det mulig å kontakte filtratet på sikker måte med frisk pulp eller forenes med den opprinnelige pulp etter kondensasjonen har foregått.

Det synes å være en sammenheng mellom virkningsgraden til fremgangsmåten og konsentrasjonen av alkali i det første trinn. Bruken av filtrat-recyklisering hjelper til å opprettholde en høyere konsentrasjon i det første trinn, delvis på grunn av det tilgjengelige alkalioverskudd. Dette gjør det lettere å fjerne forstyrrende substanser eventuelt ved øket løselighet.

Publikasjoner

1. Rapson, W.H., Editor, The Bleachinq of Pulp, TAPPI

Monograph Series No. 27, TAPPI, New York 1963.

2. Singh, R.P., Editor, The Bleaching of Pulp, Third

Edition, TAPPI, Atlanta 1979.

3. Seymour, G.W., "Cost Reducing Bleach Plant Control Strategy, " Seminar Notes, 1977 Bleachinq Seminar on Chlorination and Caustic Extraction, TAPPI, Washington, D.C., November 10, 1977. 4. Lachenal, D., Wang, S.J., og Sarkanen, K.V., "Non-sulfur Pulping of Wheat Straw", TAPPI Proceedinqs,

Pulping Conference, Houston, Tx, oktober 1983.

5. Kemph, A.W., og Dence, C.W., "Structure and Reactivity of Chlorolignin," TAPPI, Vol. 53, No. 5, s.864-873, mai

1970.

6. Elton, E.F., "Oxidative Extraction Process Is(Now Well Accepted but Still Has Hazards," Pulp & Paper, s. 71-73, august 1984. 7. Ericsson, E.O., og Moody, D.M., "Operating Experience With a New Horizontal Brownstock Washer", TAPPI, Vol. 66, No. 7, s.43-45, juli 1983. 8. Verreyne, A.J., Rerolle, P., Richter, J., og Job,L.A.,

US patent 3.660.225 - mai 1972.

9. Schleinkofer, R.W., US patent 3.703.435 - november 21, 1972. 10. Samuelson, H.O., og Croon, I.L.A., US patent 3.759.783 - september 18, 1973. 11. Roymoulik, S.K., og Brown, K.J., "Delignification and Bleaching of a Cellulose Pulp Slurry with Oxygen," US patent 3.832.276, august 27, 1974. 12. Ericsson, E.O., "Pulp Washer", US patent 4.154.644, mai 15, 1979. 13. Kikuiri, M., Nakashio, Y., Arai, Y., og Hidaka, T., "Process for Producing Alkali Pulp", US patent 4.274.913, juni 23, 1981. 14. Bentvelzen, J.M., Meredith, M.D., Bepple, H., Torre-grossa, L.O., Battan, H.R., og Justice,D.H., "Treating Pulp with Oxygen", US patent 4.295.925, 20.oktober 1981. 15. Bentvelzen, J.M., Meredith, M.D., Bepple, H., Torre-grossa, L.O., Battan, H.R., og Justice, D.H., "Method and Apparatus for Treating Pulp with Oxygen", US patent 4.295.926, 20.oktober 1981. 16. Markham, L.D., Elton, E.F., Magnotta, V.L., "Method and Apparatus for Oxygen Delignification", US patent 4.384.920, 24.mai 1983.

17. Annergren, G.E., Hagglund, T., Lindblad,P., Lindstrøm,

L.T., og Nasman, L.E., "Method for Delignification of Lignocellulose-containing Fiber Material with an Alkali Oxygen Extraction Stage", US patent 4.451.332, 29.mai

1984 . 18. Cusi, D.S., og Jolley, P.W.R., "How Bagasse is Pulped by Method Used in Mexico", Pulp & Paper International,

s. 56-59, juni 1968.

19. Venkataraman, T.S., Rangamannar, G., og Torza, S., "The Roll of High and Low Consistency Impregnation In

Chemical Pulping of Bagasse for Newsprint, Fine Paper,

and Linerboard", TAPPI Proceedings, Pulping Conference,

San Francisco, CA, november 1984.

20. Cusi, D.S., "Method of Producing Cellulosic Pump", US patent 2.913.362, juni 1954. 21. Liebergott, N., Barclay, H.G., og Clayton, D.W., "Rapid Press-caustic Extraction in Pulp Bleaching Sequences", Preprints, TAPPI Alkaline Pulping Conference, Williamsburg, VA, oktober 1975. 22. Perkins, J.K., "Equipment for Rapid Press-caustic Extraction", Preprints, TAPPI Alkaline Pulping Conference, Williamsburg, VA, oktober 1975. 23. Liebergott, N., Press Alkaline Extraction of Cellulosic Pulp, US patent 3.874.992, 1.april 1975.

Selv om uttrykkene "masse" og "tremasse" brukes i beskrivelsen og kravene, er uttrykkene ment å innbefatte alle typer lignocellulose-fibermaterialer med mindre annet er angitt. Videre er beskrivelsen beskrevet i form av foretrukne utførelsesformer, men det vil være klart at mange modifikasjoner, tilføyelser og utelatelser kan foretas uten at man går ut over oppfinnelsens ide og omfang som er fremsatt i de følgende krav.

Claims (24)

1.. Fremgangsmåte ved papirfremstilling hvor en alkalisk løsning settes til lignocellulose-fibermateriale, så som tremasse for å bevirke en reaksjon som delignifiserer massen, karakterisert ved at tremassen blandes med en alkalisk løsning inneholdende fra ca. 1,5% til 25% alkali basert på en ovnstørr masse, partielt omsetter blandingen ved en konsistens fra ca. 1% til 25% og en temperatur fra ca. 20°C til 60° C i ca. 0,5 til 10 minutter, tar ut i det minste noe av væskefasen fra den reagerende blanding for å øke massen til en konsistens fra ca. 10% til 45% før reaksjonen er avsluttet, og fortsetter omsetningen av gjenværende alkali og masse ved en temperatur fra ca. 35°C til 120°C i ca. 30 til 120 minutter.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og hvori fjerningstrinnet av i det minste noe av væskefasen fra reaksjonsblandingen er karakterisert ved at man tar ut opptil ca. 80% av væskefasen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og hvori trinnet uttak av i det minste noe av væskefasen fra reaksjonsblandingen er karakterisert ved at man tar ut mellom 40% og 70% av væskefasen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og hvori tremassen er fra en gruppe materialer bestående av klorert blø ttre-kraftmasse, klorert hårdtre-kraftmasse, ubleket bløttre-kraftmasse, ubleket hårdtre-kraftmasse og klorert oksygen-delignifisert kraftmasse.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og når tremassen er fra listen nedenunder, inneholder den alkaliske løsning som settes til fibermaterialet, den prosentdel alkali basert på ovnstø rr masse som angitt, og trinnet fortsettelse av reaksjonen er karakterisert ved at man fortsetter reaksjonen i temperaturområdet fra ca. 40°C til ca. 80° C.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og hvori trinnet delvis omsetning av blandingen er karakterisert ved at man delvis omsetter blandingen ved en temperatur på ca. 23°C til 50°C i ca. 0,5 til 7 minutter, idet tiden for partiell reaksjon er lenger ved lavere temperaturer i området og er kortere for høyere temperaturer i området.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og hvor trinnet fortsettelse av reaksjonen av gjenværende alkali og masse er karakterisert ved at man fortsetter reaksjonen i nærvær av oksygen, idet reaksjonstemperaturen er fra ca. 60° C til 120°C og ved et trykk på 0 til 10,2 atmosfærer.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 4 og hvori den alkaliske løsning inneholder opptil ca. 2% hydrogenperoksyd basert på ovnstørr masse.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og videre inneholdende trinnet tilsetning av ytterligere alkalisk løsning til massen etter trinnet uttak av i det minste noe av væskefasen fra reaksjonsblandingen og før trinnet fortsettelse av reaksjonen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9 og videre inneholdende trinnet vasking av massen før trinnet tilsetning av ytterligere alkalisk løsning.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9 og hvori trinnet tilsetning av ytterligere alkalisk lø sning til massen er karakterisert ved at man tilsetter mellom 20 og 50% av det totale alkali som tilsettes massen i prosessen.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og videre inneholdende trinnet behandling av i det minste noe av den uttatte væskefase, og tilsetning av i det minste noe av den behandlede uttatte væskefase til tremassen.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12 og videre inneholdende trinnet fjerning fra prosess-strømmen av et volum uttatt væskefase lik opptil ca. 80% av totalvolumet til væsken i massen som går inn i prosessen og i alkaliet som kommer inn i prosessen.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12 og videre inneholdende trinnet fjerning fra prosess-strømmen av et volum uttatt væskefase lik mellom 40% og 70% av totalvolumet av væsken i massen som kommer inn i- prossesen og i alkaliet som kommer inn i prosessen.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 12 og hvori trinnet tilsetning av behandlet uttatt væskefase til tremassen er karakterisert ved at man i det minste tilsetter noe av den behandlede uttatte væskefase til tremassen ved et punkt i prosessen etter trinnet uttak av væskefasen og før trinnet fortsettelse av reaksjonen.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 12 og hvori trinnet tilsetning av behandlet uttatt væskefase til tremassen er karakterisert ved at man tilsetter i det minste noe av den behandlede uttatte væskefase til tremassen som kommer inn i prosessen.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 12 og hvori trinnet tilsetning av behandlet uttatt væskefase til tremassen er karakterisert ved at man tilsetter i det minste noe av den behandlede uttatte væskefase til tremassen ved et punkt i prosessen etter trinnet partiell omsetning av blandingen og før trinnet uttak av i det minste noe av væskefasen fra den reagerende blanding.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 12 og hvori trinnet blanding av alkalisk løsning med tremassen er karakterisert ved at man først blander alkalisk løsning med den uttatte væskefase og så innfører blandingen av alkalisk lø sning og uttatt væskefase i massen.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 12 og ytterligere innbefat-tende trinnet vask av massen med behandlet uttatt væskefase før trinnet fortsettelse av reaksjonen.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 12 og hvori trinnet behandling av den uttatte væskefase er karakterisert ved oppvarming av den uttatte væskefase.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20 og hvori trinnet oppvarming av den uttatte væskefase er karakterisert ved at oppvarmingen av den uttatte væskefase utføres over et tidsrom på ca. 5 til 60 minutter.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 20 og hvori trinnet oppvarming av den uttatte væskefase er karakterisert ved oppvarming av den uttatte væskefase til et temperaturområde fra 50°C til 60°C over et tidsrom på minst 8 minutter ved den lavere ende av temperaturområdet og minst 5 minutter ved den høyere ende av temperaturområdet.

23. Produkt dannet ved fremgangsmåten ifølge krav 1.

24. Apparat for alkalisk delignifisering av lignocellulose-fibermateriale, så som tremasse, karakterisert ved transportanordninger for å fjerne tremasse langs en massebehandlingsbane, blandingsanord-ninger i banen for tilsetning av en alkalisk løsning til massen etter som massen beveger seg langs behandlingsveien, en første reaksjonssone i veien nedstrøms fra blandingsanordningene for å holde den alkaliske lø sning og massen i et tilstrekkelig tidsrom til å la massen og alkaliet gjennomløpe partiell reaksjon, filteranordninger i veien nedstrø ms fra den første reaksjonskjeie for å fjerne i det minste noe av den flytende fase fra massen før reaksjonen av masse og alkali er fullstendig etter som massen beveger seg langs veien, en andre reaksjonssone i veien nedstrø ms fra filteret for å ta imot massen og fortsette reaksjonen av alkali og masse, et rør for å ta imot i det minste noe av væskefasen fra filteranordningen og føre den mottatte væskefase tilbake til behandlingsveien, og en filtrat-reaksjonsanordning i røret for å holde og oppvarme den mottatte væskefase før den mottatte væskefase føres tilbake til behandlingsveien.