RU2068904C1

RU2068904C1 - Method of producing cellulose

Info

Publication number: RU2068904C1
Application number: RU9193005264A
Authority: RU
Inventors: К.Эндрюс Этан; Э.Мера Фернандо; К.Свифт Лоренс
Original assignee: Белойт Текнолоджиз, Инк.
Priority date: 1990-10-24
Filing date: 1991-10-07
Publication date: 1996-11-10
Also published as: MX9101706A; CA2094819C; NO931486D0; NO302187B1; ATE151824T1; FI931854A; DE69125722T2; CA2094819A1; PL168216B1; CN1061452A; AU9022291A; ZA918441B; NO931486L; WO1992007994A1; FI931854A0; DE69125722D1; ES2101830T3; CN1028250C; EP0554391A1; EP0554391B1

Abstract

FIELD: cellulose industry. SUBSTANCE: cellulose-containing material and cooking solution are loaded into a cooking boiler and cooked therein, while hot worked out cooking solution is replaced with a liquid pumped in into the boiler under pressure and column of cellulose mass is maintained constant. Cellulose mass is further deligninified and bleached by pumping a chlorine-free bleacher through cellulose column in the boiler resulting in obtaining material suitable for production of paper ware. EFFECT: improved process. 5 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области процессов химической варки и, в частности, к способу варки целлюлозы (например, для изготовления бумажных изделий), при котором волокнистый материал варят при повышенных температуре и давлении в присутствии химических реагентов, а затем подвергают обработке в варочном котле для отделения волокон от связующих веществ, присутствующих в материале, и для осветления целлюлозной пульпы. The invention relates to the field of chemical cooking processes and, in particular, to a method of cooking pulp (for example, for the manufacture of paper products), in which the fibrous material is boiled at elevated temperature and pressure in the presence of chemicals, and then subjected to processing in a digester to separate the fibers from binders present in the material, and to lighten cellulose pulp.

При типичных операциях по химической варке целлюлозы древесные волокна отделяют от лигнина варкой древесной щепы при повышенных температурах и давлениях в присутствии химических реагентов. В варочных емкостях, известных под названием варочных котлов, достигается определенный уровень делигнификации; получаемая в них целлюлозная масса направляется затем из котлов на последующие стадии обработки. Последующие операции часто включают в себя различные этапы промывки для удаления остатков химических реагентов и других составляющих массы, а также различные стадии отбелки, при которой массу подвергают дальнейшей химической обработке с целью боле тщательного удаления лигнина и повышения степени осветления получаемой при этом целлюлозы. Операции по отбелке производят в отдельных отбеливательных емкостях, вслед за этими операциями производят промывку в несколько стадий для удаления из целлюлозы отбеливающих химреагентов. Промывку часто осуществляют в промывных аппаратах барабанного типа, в которых суспензия наматывается на барабан непрерывным образом. Для отбеливательного оборудования и соответствующих промывочных операций требуются обширные площади земельных угодий для установки оборудования и значительные капиталовложения. In typical chemical pulping operations, wood fibers are separated from lignin by pulping wood at elevated temperatures and pressures in the presence of chemicals. In cooking tanks, known as cooking boilers, a certain level of delignification is achieved; the pulp obtained in them is then sent from the boilers to the subsequent processing stages. Subsequent operations often include various washing steps to remove residual chemicals and other constituents of the mass, as well as various bleaching stages, in which the mass is subjected to further chemical treatment in order to thoroughly remove lignin and increase the degree of clarification of the resulting pulp. The bleaching operations are carried out in separate bleaching containers, after these operations, washing is carried out in several stages to remove bleaching chemicals from cellulose. Rinsing is often carried out in drum-type washers in which the suspension is continuously wound onto the drum. Bleaching equipment and associated flushing operations require vast areas of land for equipment installation and significant investment.

В результате возросшего внимания к проблемам окружающей среды пристальное внимание было обращено и на целлюлозно-бумажную промышленность, поскольку различные операции варки, промывки и отбеливания могут быть сопряжены с выбросом стоков отработанных водных растворов, потенциально опасных для окружающей среды. Для типичных операций отбелки характерным было использование хлора, поэтому в стоках со стадий отбелки мог содержаться остаточный хлор, вредный для окружающей среды. Улавливание хлора затруднено тем, что стоки в этом случае вызывают коррозию обычных металлов, поэтому для улавливания хлора требуется дорогостоящее оборудование. Кроме того, технология улавливания крайне сложна и сопряжена с большими затратами, не давая прибыли на вложенный капитал. As a result of increased attention to environmental problems, close attention was also paid to the pulp and paper industry, as various operations of cooking, washing and bleaching can be associated with the discharge of effluents from waste aqueous solutions that are potentially harmful to the environment. Typical bleaching operations were characterized by the use of chlorine, so residual chlorine harmful to the environment could be contained in effluents from the bleaching stages. The capture of chlorine is complicated by the fact that the effluents in this case cause corrosion of ordinary metals, therefore, expensive equipment is required to capture chlorine. In addition, the capture technology is extremely complex and involves high costs, not giving a return on invested capital.

При проведении типичных периодических процессов варки по ее завершении открывается продувочный клапан варочного котла, находящаяся при высокой температуре и под большим давлением жидкость в варочном котле быстро испаряется, и происходит опорожнение варочного котла. Широкое распространение приобрела технология нагрева и варки способом вытеснения, при которой до или после завершения варки прибегают к вытеснению варочной жидкости для сбережения энергии и химреагентов. When carrying out typical periodic cooking processes, the purge valve of the digester opens at its completion, the liquid in the digester is at high temperature and high pressure and evaporates quickly, and the digester is emptied. The heating and cooking technology by the displacement method has become widespread, in which, before or after completion of cooking, they resort to displacing the cooking liquid to save energy and chemicals.

Известен способ варки целлюлозной массы, включающий загрузку варочного котла периодического действия целлюлозосодержащего материала и варочным раствором, варку и вытеснение горячего отработанного раствора путем закачивания в варочный котел жидкости под давлением при сохранении столба целлюлозной массы. (US патент, N 4578149, кл. D 21 C 11/00, 1986 г.). Горячие отработанные варочные растворы в автоклаве вытесняют стоками с последующих стадий промывки и используют для предварительного нагрева и предварительной обработки последующих партий щепы, предназначенной для загрузки в варочный котел. Такой способ варки позволяет уменьшить потребность в паре и более приемлем с точки зрения охраны окружающей среды. Он также дает целлюлозу повышенного качества и в большей мере, нежели обычные периодические процессы, сберегает энергию и химреагенты, используемые для проведения процесса. После вытеснения в конце варки сваренная масса выгружается из варочного котла путем создания давления в верхней его части, после чего целлюлозная масса направляется на последующие обычные стадии обработки, такие как дальнейшая промывка целлюлозы, отбелка, дополнительная промывка и т.п. A known method of cooking pulp, including loading a digester with a periodic action of cellulose-containing material and a cooking liquor, cooking and displacing the hot spent solution by pumping liquid under pressure into the digester while maintaining a column of pulp. (US Patent No. 4,578,149, class D 21 C 11/00, 1986). Hot spent cooking solutions in an autoclave are displaced by effluents from subsequent washing stages and used for preheating and pretreatment of subsequent batches of wood chips intended for loading into the digester. This cooking method reduces the need for steam and is more acceptable from the point of view of environmental protection. It also gives high quality cellulose and, to a greater extent than conventional batch processes, saves energy and chemicals used to carry out the process. After displacement at the end of cooking, the welded mass is discharged from the digester by creating pressure in its upper part, after which the pulp is sent to the subsequent usual processing stages, such as further washing of the pulp, bleaching, additional washing, etc.

Таким образом, одной из основных технических задач изобретения является дальнейшее расширение объема технологических операций, осуществляемых в котле для варки целлюлозы, с тем чтобы свести к минимуму объем оборудования и пространства, необходимых для последующей обработки волокнистого материала после выхода его из варочного котла. Thus, one of the main technical problems of the invention is the further expansion of the scope of technological operations carried out in the boiler for pulping, in order to minimize the amount of equipment and space required for the subsequent processing of fibrous material after it leaves the digester.

Другой задачей изобретения является создание способа варки целлюлозы, который можно было бы осуществлять в форме периодического процесса и который позволил бы завершать различные операции по промывке и отбелке, не прибегая к выгрузке массы из варочного котла периодического действия и подаче ее на другое оборудование для осуществления дальнейших технологических операций. Another object of the invention is to provide a method of cooking pulp, which could be carried out in the form of a batch process and which would allow to complete various washing and bleaching operations without resorting to unloading the pulp from the digester of a batch operation and feeding it to other equipment for further technological operations.

Если одной задачей изобретения является создание способа варки целлюлозы с минимальной потребностью в земельных площадях для установки оборудования и с более компактными установками для варки целлюлозы, дающими в то же время целлюлозу приемлемого качества. If one object of the invention is to provide a method for cooking pulp with a minimum need for land for installation of equipment and with more compact plants for cooking pulp, while at the same time producing pulp of acceptable quality.

Еще одной задачей изобретения является создание способа отбелки целлюлозы, не требующего применения хлора и более совершенного с точки зрения охраны окружающей среды по сравнению с известными способами, основанными на использовании хлора. Another objective of the invention is to provide a method of bleaching pulp that does not require the use of chlorine and is more advanced from the point of view of environmental protection compared with known methods based on the use of chlorine.

Еще одной задачей изобретения является создание способа варки целлюлозы, позволяющего уменьшить общую продолжительность процесса от его начала до его конца по сравнению с аналогичными известными процессами. Another objective of the invention is to provide a method of cooking pulp, which allows to reduce the total duration of the process from its beginning to its end in comparison with similar known processes.

Указанные и другие задачи достигаются в изобретении путем использования периодического способа варки, при котором по завершении варки при повышенных давлениях и температурах используют технологию вытеснения для осуществления промывки щепы и удаления из нее остаточных растворов и для дальнейшего освобождения щепы от лигнина путем вытеснения жидкости из котла химическими реагентами, отбеливающими целлюлозу. В предпочтительном варианте изобретения отбелку осуществляют с использованием химических реагентов, не содержащих хлора, достигая при этом приемлемой степени осветления целлюлозы. These and other objectives are achieved in the invention by using a periodic cooking method, in which, upon completion of cooking at elevated pressures and temperatures, displacement technology is used to wash the chips and remove residual solutions from it and to further free the chips from lignin by displacing the liquid from the boiler with chemical reagents bleaching cellulose. In a preferred embodiment of the invention, bleaching is carried out using chlorine-free chemicals, while achieving an acceptable degree of clarification of the pulp.

Изобретение предусматривает продолжение проведения технологических операций в варочном котле, в котором осуществляют вытеснение жидкости с помощью различных дополнительных химреагентов и/или отработанных растворов, дополнительно растворяющих лигнин и осветляющих целлюлозную массу. До сих пор эти технологические операции осуществлялись вне варочного котла, т.е. в дополнительном оборудовании, и менее эффективно. Для дальнейшей делигнификации и осветления предпочтительно выбирают химические реагенты, не содержащие хлора, такие как, например, перекись водорода, кислород, полисульфид натрия, сульфит натрия, бороводород натрия, гидросульфит натрия, озон и надуксусную кислоту. С той же целью можно использовать и другие реагенты, если они удовлетворяют общим критериям выбора. Подходящими отбеливающими агентами могут быть отбеливатели, растворяющие лигнин и осветляющие целлюлозу, совместимые с металлами технологического оборудования, отвечающие требованиям практического осуществления рекуперации химреагентов и материального балансира и предпочтительно имеющие побочные продукты, относительно безвредные для окружающей среды в случае их утечки. The invention provides for the continuation of technological operations in a digester, in which the liquid is displaced using various additional chemicals and / or spent solutions, additionally dissolving lignin and clarifying the pulp. Until now, these technological operations were carried out outside the digester, i.e. in additional equipment, and less effective. For further delignification and clarification, chlorine-free chemicals are preferably selected, such as, for example, hydrogen peroxide, oxygen, sodium polysulfide, sodium sulfite, sodium borohydride, sodium hydrosulfite, ozone and peracetic acid. Other reagents can be used for the same purpose if they satisfy the general selection criteria. Suitable bleaching agents can be bleaches that dissolve lignin and lighten cellulose, are compatible with process equipment metals, meet the requirements for the practical implementation of chemical recovery and material balance, and preferably have by-products that are relatively environmentally friendly in the event of leakage.

Технологический процесс можно вести различными способами, при которых осуществляют вытеснение жидкости из варочного котла при осуществлении как варочных, так и отбеливающих операций, вместе с необходимой промывкой, с тем чтобы уменьшить потребность в последующей обработке с получением тех же результатов при дилигнификации, что и при использовании обычной технологии. The technological process can be carried out in various ways, in which the liquid is displaced from the digester during both cooking and bleaching operations, together with the necessary washing, in order to reduce the need for subsequent processing to obtain the same results during dilignification as when using conventional technology.

В нижеследующих примерах осуществления изобретения представлены результаты испытаний, проведенных на пилотной установке. In the following embodiments, the results of tests conducted on a pilot plant are presented.

Пример 1. Южную желтую сосну варили традиционным сульфатным способом при нагреве с вытеснением в соответствии с технологией "быстрого нагрева с вытеснением" (БНВ), предлагаемого фирмой Белойт Корпорэйшн. Данный способ в основном соответствует описанному в патенте США N 4.578.149. Варка БНВ продолжалась до достижения заданного числа Каппа, равного 16, после чего осуществлялось обычное вытеснение в соответствии с процессом БНВ. Вслед за вытеснением вместо выгрузки целлюлозной массы, как это обычно делают при применении технологии БНВ, через столб щепы при температуре 80^oС прогоняли в течение 30 мин раствор перекиси водорода в концентрации 0,0032 г Н₂O₂ (100% )/л в количестве 1,4 мас. на целлюлозную массу. Получали заметно более белую целлюлозу с показателем 31,8% по ИСО против 30,3% по ИСО для обычной целлюлозы, полученной по технологии БНВ при числе Каппа, равном 16.Example 1. Southern yellow pine was cooked in the traditional sulfate way by heating with displacement in accordance with the technology of "fast heating with displacement" (BNV), proposed by Beloit Corporation. This method generally corresponds to that described in US Pat. No. 4,578,149. Cooking BCF continued until a predetermined Kappa number of 16 was reached, after which normal displacement was carried out in accordance with the BCF process. Following the displacement instead of discharging the pulp as is conventionally done when using CBF technology through the chip column at 80 ^o C was run for 30 minutes, a solution of hydrogen peroxide at a concentration of 0.0032 g of H ₂ O ₂ (100%) / l the amount of 1.4 wt. on pulp. Received a noticeably whiter cellulose with an index of 31.8% according to ISO versus 30.3% according to ISO for ordinary cellulose obtained by the BCF technology with a Kappa number of 16.

Пример 2. Южную желтую сосну варили традиционным сульфатным способом БНВ по обычной процедуре до достижения заданного числа Каппа, равного 16. После обычного вытеснения по способу БНВ через столб щепы прогоняли окисленный зеленый щелок (полисульфид натрия с низкой щелочностью формулы Na₂S_x, где х 3-5 в концентрации 0,0090 г S/л в количестве 5% серы полисульфида на загрузку цепы) и затем производили еще два последовательных вытеснения и обработку умеренным количеством (2% к массе целлюлозы в каждом вытеснении) перекиси водорода. В результате была получена целлюлоза с числом Каппа 7,5 при степени осветления на выходе из варочного котла 55% по ИСО.Example 2. Southern yellow pine was cooked in the traditional sulfate method of the BCF according to the usual procedure until the specified Kappa number is 16. After the usual displacement by the BCF method, oxidized green liquor (sodium polysulfide with low alkalinity of the formula Na ₂ S _x , where x 3-5 at a concentration of 0.0090 g S / L in an amount of 5% polysulfide sulfur per flask loading), and then two further successive displacements were performed and treated with a moderate amount (2% of the mass of cellulose in each displacement) of hydrogen peroxide. As a result, cellulose with a Kappa number of 7.5 was obtained with a degree of clarification at the outlet of the digester 55% according to ISO.

Пример 3. Производили варку, аналогичную описанной в примере 2, после чего проводили две раздельные операции обработки 2%-ной перекисью водорода. После обработки было получено число Каппа около 10 при степени осветления 40,7% по ИСО. Для конечной обработки через столб щепы в буферном растворе ацетате натрия в уксусной кислоте с рН 4 прогоняли водный раствор надуксусной кислоты в концентрации 0,006763 г CH₂CO₂Н (100%)/л в количестве 3,76 мас. на целлюлозную массу. После этой обработки получали целлюлозу с числом Каппа около 6 и со степенью осветления 50,8% по ИСО.Example 3. Cooked, similar to that described in example 2, after which two separate operations were carried out processing with 2% hydrogen peroxide. After processing, a Kappa number of about 10 was obtained with a clarification degree of 40.7% according to ISO. For final processing through a column of wood chips in a buffer solution of sodium acetate in acetic acid with a pH of 4, an aqueous solution of peracetic acid was run in a concentration of 0.006763 g of CH ₂ CO ₂ N (100%) / l in an amount of 3.76 wt. on pulp. After this treatment, cellulose was obtained with a Kappa number of about 6 and with a clarification degree of 50.8% according to ISO.

Кроме того, проводили сравнение результатов нескольких других способов отбелки, основанных на использовании перекиси (Р) и надуксусной кислоты (А) с результатами аналогичных способов, основанных на использовании двуокиси хлора (D) в количестве 1,5% (D₁ и 1,0% (D₂) на целлюлозную массу), действующей аналогично надуксусной кислоте, но содержащей нежелательные атомы хлора. Были получены результаты, представленные в таблице.In addition, we compared the results of several other bleaching methods based on the use of peroxide (P) and peracetic acid (A) with the results of similar methods based on the use of chlorine dioxide (D) in an amount of 1.5% (D ₁ and 1.0 % (D ₂ ) per pulp), acting similarly to peracetic acid, but containing undesirable chlorine atoms. The results were presented in the table.

Как можно видеть, используя более благоприятные для окружающей среды последовательности операций, основанные на применении только перекиси водорода и надуксусной кислоты, можно получить приемлемую степень осветления целлюлозы, сравнимую с результатами аналогичной технологии, использующей двуокись хлора. При этом, однако, сохраняются все выгоды от внутрикотловой обработки, в том числе меньшие затраты на установленную мощность оборудования для отбелки и меньшее число технологических операций, а также устраняется нежелательное использование хлорсодержащих реагентов. И хотя расход химреагентов может оказаться более высоким из-за меньшего объема промывок между стадиями процесса, этот недостаток компенсируется тем, что все химреагенты возвращаются в цикл химической рекуперации. При желании можно прибегнуть к дополнительным промывкам вытеснением между различными технологическими стадиями, в том числе с использованием химреагентов для нейтрализации или подготовки иным способом содержимого варочного котла между последовательными химическими обработками, с тем чтобы сделать более эффективным применением реагентов, прогоняемых через столб щепы. Эффективным способом осуществления такой промывки или подготовки является применение перед вытеснением в процессе обработки обработанного реагента от какой-либо предыдущей аналогичной обработки, например, в другом варочном котле. As you can see, using more environmentally friendly sequences of operations based on the use of only hydrogen peroxide and peracetic acid, an acceptable degree of cellulose clarification can be obtained, comparable to the results of a similar technology using chlorine dioxide. At the same time, however, all the benefits of internal boiler processing are retained, including lower costs for the installed capacity of bleaching equipment and fewer technological operations, as well as the undesirable use of chlorine-containing reagents is eliminated. And although the consumption of chemicals may be higher due to the smaller volume of leaching between the stages of the process, this disadvantage is compensated by the fact that all chemicals are returned to the chemical recovery cycle. If you wish, you can resort to additional washing by displacement between various technological stages, including using chemicals to neutralize or otherwise prepare the contents of the digester between successive chemical treatments in order to make it more efficient to use reagents driven through a column of wood chips. An effective way to carry out such washing or preparation is to use, before displacing during processing, the treated reagent from any previous similar treatment, for example, in another digester.

Внутрикотловое отбеливание вслед за варкой БНВ позволяет сократить продолжительность процесса в расчете на одну загрузку щепы. В то время как для традиционного процесса, начиная с загрузки щепы в варочный котел перед варкой и кончая моментом, когда отбеленная целлюлоза направляется в хранилище концентрированного продукта, требуется приблизительно 15 ч, при использовании данного процесса внутрикотлового отбеливания общее время можно сократить приблизительно до 9 ч. И хотя на одну загрузку котла требуется более продолжительное время, в пределах завода по производству целлюлозы можно предусмотреть дополнительные мощности варочных котлов при меньших затратах на установленную мощность, чем в случае обычных технологий отбелки и промывки. Благодаря эффективности, присущей процессам с вытеснением, они дают экономию времени по сравнению с традиционным процессом промывки и отбелки, при котором требуются многочисленные повторяющиеся операции сгущения, перемешивания, разбавления и реагирования. ТТТ1 Intra-boiler whitening following the cooking of pulp and paper can reduce the duration of the process per one load of wood chips. While for the traditional process, starting from loading wood chips into the digester before cooking and ending with the moment when bleached pulp is sent to the concentrated product storage, approximately 15 hours are required, using this internal boiler bleaching process, the total time can be reduced to approximately 9 hours. And although it takes a longer time to load one boiler, additional capacities of digesters can be provided within the pulp mill at lower costs installed capacity than with conventional bleaching and rinsing technologies. Due to the efficiency inherent in displacement processes, they save time compared to the traditional washing and bleaching process, which requires multiple repetitive operations of thickening, mixing, dilution and reaction. TTT1

Claims

1. The method of producing cellulose, including loading the digester with a periodic action of cellulose-containing material and the cooking liquor, cooking and displacing the hot spent solution by pumping liquid under pressure into the digester while maintaining a column of pulp in the boiler, characterized in that further delignification and bleaching of the resulting pulp the masses are carried out in a digester by pumping through a column of pulp a bleaching reagent that does not contain chlorine, while maintaining a column of c cellulose mass.

2. The method according to claim 1, characterized in that before pumping the bleaching agent into the digester, the spent bleaching agent is pumped.

3. The method according to claim 1, characterized in that as a chlorine-free bleaching reagent, a compound selected from the group consisting of hydrogen peroxide, oxygen, sodium polysulfide, sodium sulfite, sodium borohydride, sodium hydrosulfite, ozone and peracetic acid is used .

4. The method according to claims 1 and 3, characterized in that the pumping of the bleaching reagent through the pulp column is carried out in several stages, with each stage using a different bleaching reagent.

5. The method according to claim 4, characterized in that before each stage of pumping the bleaching reagent into the digester, a similar spent bleaching reagent is pumped.