SE435301B - Forfarande vid ozonbehandling av raffinormassa och termomekanisk massa - Google Patents

Description

YMÛdQÛ-D behandlingstiden, som utgöres av gasñænrsktflnstiden plus mognings- tid, reduceras avsevärt. Följaktligen blir ocksâ processutrust- ningens storlek reducerad samtidigt som en kombinerad mogning och blekning av massan kan genomföras utan tilläggsutrustning.

I NO-PS l3l 996 beskrives ett förfarande för ozonbehand- ling av pappersmassa, som går ut på att massan raffineras i en skivraffinör vid hög konsistens, varefter massan direkt under- kastas en ozonbehandling. Härvid erhålles en massa med särskilt lämplig konsistens och gynnsamt fysikaliskt tillstånd, dvs. en lätt och luftig eller s.k. fluffad massa, för ozonbehandling utan an- vändning av särskild avvattnings- och torrrivningsutrustning.

Denna patentskrift ger emellertid inga konkreta anvisningar om vilken freeness eller vattenavgivande egenskaper massan bör ha vid ozonbehandlingen eller hur många behandlingssteg massan bör genomgå i skivraffinörerna. Inte heller ges någon anvisning på en behandling av massan efter ozonbehandlingen, som i beroende av den föregående behandlingen ger en väsentligt lägre energiför- brukning och en färdig massa med ännu fördelaktigare riv- och slit- styrkeegenskaper.

I den norska patentskriften 139 895 beskrives ett förfaran- de vid ozonbehandling av massa, som innebär, att den färdiga de- fibrerade massan fraktioneras före ozonbehandlingen, så att man där- vid drar nytta av förhållandet, att en massa får större rivstyrka ju högre freeness massan har vid ozonbehandlingen.

Vidare ges i norska patentskriften 139 896 anvisning på ett förfarande som drar nytta av det ovannämnda förhållandet i samband med rejektmassor.

Därest man med utgângspunktfrân den kända tekniken skulle framställa en massa, som har ett sådant freeness-tal, att det lämpar sig för ozonbehandling, skulle man gå tillväga på följande två sätt. 1) Massan fraktioneras, vilket medför en utspädning av V massan till en s.k. silkonsistens, som vanligtvis ligger i omrâdet 5 l % torrhalt, för att kunna avskilja den grova fraktionen. Denna A underkastas så en avvattning och torrivning före ozonbehandlingen. 2) Rejektmassor utnyttjas, som definitionsmässigt är en § grov massa, och uppkoncentrerar och torriver denna före före ozon- g behandlingen, varefter den ozonbehandlade massan genomlöper en kon- _ ventionell rejektbehandling. -» Såsom beskrives i de norska patentskrifterna 139 895 och 139 896 uppnås vid ozonbehandling av en grov massa en energibespa- 7810620-0 ring i förhållande till samma behandling av en mer finfördelad massa, i det att nödvändig energi till avvattning/pressning avtar med ökande freeness hos massan. Den totala energin, som krävs för avvattning av en massa med en freeness på ca 100 CSF (Canadian Standard Freeness) till ca 35% torrhalt ligger i storleksord- ningen 60 kwh/odt (oven dry ton), och endast en liten del av denna energi kan besparas vid användning av en grövre massa, som fram- kommit vid fraktionering eller representerad av rejektmassa. Ändamålet med föreliggande uppfinning är således att åstad- komma ett förfarande, som möjliggör en fullständig integrering av ozonbehandlingen i massaframställningsprocessen, och som ger en väsentlig reduktion av energiförbrukningen, när hela massaframställ- ningsprocessen ses som en enda enhet. Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande, som möj- liggör en väsentlig förenkling av den utrustning, som ingår i den processtekniska anläggningen.

Detta åstadkommes medelst uppfinningen genom att ozonbehand- lingen äger rum under särskilda betingelser mellan tvâ samhörande raffineringssteg, så att ozonbehandlingen utgör ett fullständigt integrerat led mellan ett första och ett andra raffineringssteg i en kontinuerlig massaframställningsprocess, och förfarandet enligt uppfinningen karakteriseras därigenom att a) massan raffineras till ett freeness-tal av minst 200 CSF, företrädesvis minst 400 CSF, varvid massan har en torrhalt av ca 20-60%, innan den underkastas ozonbehandling, b) den ozonbehandlade massan ges en uppehâllstid i en hög- konsistens-mogningsreaktor av högst 30 minuter, företrädesvis under 10 minuter, och tillföres lut och eventuellt blekkemikalier samt att c) massan ledes från reaktorn med en torrhalt av ca 8-40%, företrädesvis ca 16-25%, och företrädesvis med ett alkaliskt pH-värde av 7-10 direkt och kontinuerligt till en raffinör eller någon annan malanordning.

De ovannämnda stegen innebär ett förfarande för behandling av raffinörmassa och termomekanisk massa med ozon, som möjliggör en väsentlig reduktion av energiförbrukningen i storleksordningen 200-500 kWh/odt, samtidigt som förfarandet kräver en processteknisk uppläggning för massaframställningen, som är väsentligt mycket enklare i förhållande till anordningar, som användes vid kända för- faranden av detta slag. Även om ovannämnda kända ozonbehandlingar isolerat kan ut- föras pâ massor inom ett vitt koncentrations- såväl som freeness- 7810620-0 4 -intervall, har det tidigare icke angivits några konkreta värden på dessa intervall, som skulle kunna ge de gynnsamma resultat, som uppnås vid föreliggande förfarande. Massan bör sålunda här raffi- neras till det angivna freeness-talet, när den har en torrhalt av ca 20-eo%.f Innan den raffinerade massan från skivraffinören ledes till ozonreaktorn, bör den ha en temperatur på under ca 70°C för att ozonbehandlingen skall bli så effektiv som möjligt. I högkonsistens- -mogningsreaktorn, där den ozonbehandlade massan ges en uppehålls- tid i alkalisk miljö av under 30 minuter, företrädesvis under 10 minuter, kan massan sålunda eventuellt tillsättas blekkemikalier,' I raffinören, som följer efter högkonsistens-mognings- reaktorn, males massan ned till den för slutprodukten aktuella freeness-nivån, som för tidnings- och journalpapper vanligtvis ligger i området 80-130 CSF.

Konventionell raffinering av massor till exempelvis tidnings- och journalpapper föregår vanligtvis vid bruk av skivraffinörer i en tvåstegsanläggning. Baserad på dagens teknik är den optimala fördelningen av energi mellan de två raffinörerna i storleksord- ningen 60-75% på första steget och 25-40% på det andra steget, vilket efter första stegets raffinering ger en massa ett freeness-tal i området 200-250 CSF på en "latensfri" massa, dvs efter det att fibrerna underkastats en "latens"-behandling för avlägsnande av de inre spänningarna i massafibrerna. 7 En lång rad faktorer ligger bakom energifördelningen mellan de två raffinörstegen utöver en ren energiekonomi-faktor. En faktor av särskilt intresse är rivstyrkan. Skulle man t ex med känd teknik raffinera en massa till tidnings- eller journalpapper genom att välja en hög freeness-nivå, t ex 500-700 CSF efter första raffine- ringssteget för att därefter mala ner massan till omkring 100 CSF i det andra raffineringssteget, skulle resultatet bli en ökad fiberavkortning och följaktligen svagare massa, som i första hand karakteriseras av lägre rivstyrka, då man måste använda en större energimängd för nedmalning av massan i det andra steget, vilket i praktiken vanligen göres genom reduktion av spaltöppningen mellan skivorna i raffinören.

Också problemet med fiberavkortning och låg rivstyrka låter sig lösas vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning, genom att man vid raffineringen av den enligt förfarandet åstadkomna ozonbeï handlade och alkaliska fibermassan med hög koncentration behöver I 7810620-0 förhållandevis lite energi för att i det andra raffinörsteget mala massan till en önskad freeness. Vid föreliggande uppfinning uppnås en så stor reduktion av energibehovet i det nämnda andra raffine- ringssteget, att den totala energiförbrukningen vid raffineringen i det första och andra steget samt ozonbehandlingen är mindre än den energimängd, som krävs vid konventionell teknik för att mala massan ned till önskad freeness, 5 Uppfinningen skall nedan beskrivas närmare i anslutning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1a och flb visar förenklade flyt- scheman över respektive ett känt sätt för ozonbehandling av cellu- losahaltig massa och förfarandet enligt föreliggande uppfinning, fig. 2a och 2b är diagram, som åskådliggör skillnaden i energiför- brukning vid konventionell framställning och förfarandet enligt upp- finningen, fig. 5 är ett diagram, som visar sambandet mellan energi- förbrukning och freeness vid ozonbehandling av cellulosahaltig massa, fig. 4 är ett diagram, som åskådliggör rivfaktorn som funk- tion av ozonförbrukningen vid olika freeness-tal, fig. 5 visar mängden av utlöst organiskt material som funktion av freeness-talen, fig. 6 visar mängden av utlöst organiskt material vid olika massa- typer, fig. 7 visar totala mängden av utlöst organiskt material vid en bestämd ozonbehandling och fig. 8 är ett förenklat översikts- schema över en komplett nassflæaflæmningsanläggning, där förfarandet enligt föreliggande uppfinning ingår.

På fig. la, som är ett förenklat flytschema över ett känt förfarande för ozonbehandling av cellulosahaltig massa, betecknar 1 en slipanordning åller raffinör, som bearbetar ett råmaterial i form av rundved eller flis till en Slipmassa respektive raffinör- massa. Dessa massor kan betecknas som mekanisk massa eller cellu- losahaltig högutbytesmassa.

Från anordningen 1 matas den defibrerade massan till en andra malanordning eller raffinör 1a, och från denna matas den finfördela- de mekaniska massan till en fraktioneringsanordning 2, där massan uppdelas i en grovfraktion, som tillföras en avvattnings/press-anord- ning 5, och en finfraktion, som t.ex. tillföras en icke visad ozon- behandlingsanordning. Med en torrhalt på ca 55-50 % matas grovfrak- tionen från avvattnings/press-anordningen 5 till en torrivare 4, där den ges en lätt och luftig konsistens, varefter den matas in i en ozonbehandlingsanordning 5 med ungefär samma torrhalt som då den lämnade avvattnings/press-anordningen 5.

Nïfiüöëß-Û Efter ozonbehandlingen i anordningen 5 matas den behandlade grovfraktionen direkt in i en högkonsistens-mogningsreaktor 6, varifrån den efter en lämplig mogningstid matas genom avvattnings- anordning 7 och därefter genom en efterraffinör 8 för att genomgå en slutbehandling för homogenisering av massan.

Eventuellt kan avvattningsanordningen 7 och efterraffinören 8 slopas.~ En anläggning liknande den som visas på fig. la beskrives närmare i den norska patentskriften 139 895, där också fördelarna anges, som är förbundna med fraktionering av den raffinerade massan i två eller flera fraktioner efter partikelstorleken. Dessa för- delar ligger b1.a. i ett effektivare utnyttjande av ozonet, genom att den totala ozonförbrukningen blir lägre än om hela massan ozon- behandlades utan en föregående fraktionering. Fraktioneringen av den raffinerade massan i tvâ eller flera fraktioner efter partikel- storleken har också den fördelen, att ävvâtfiniflqs/PresS'behanÖlin99fl av grovfraktioneneller -fraktionerna enklare låter sig utföras, genom att en massasuspension kan avsilas lättare ju grövre de sus- penderade partiklarna eller fibrerna är.

Vid förfarandet enligt uppfinningen, som åskådliggöres genom flytschemat pâ fig. lb, bibehålles de gynnsamma egenskaperna hos massan, som åstadkommes med förfarandet enligt fig. la, samtidigt som man uppnår en betydande inbesparing av energiförbrukningen och en betydande förenkling av de anordningar, som är nödvändiga för att genomföra en kontinuerlig massaframställningsprocess.

Pâ fig. lb, som är ett flytschema över förfarandet enligt uppfinningen, betecknar 9 en slipanordning eller en raffinör, som på sammasätt som raffinören l på fig, la bearbetar ett råmaterial i form av rundved eller flis till en slipnassa eller raffinörmassa. I raffinören 9 raffineras den mekaniska massan eller cellulosahaltiga högutbytesmassan till en freeness-nivå på minst 200 CSF, före- trädesvis minst 400 CSF. Det sistnämnda värdet är dubbla den freeness-nivå, som enligt konventionell teknik användes, innan massan utsätts för ozonbehandlingen och genomlöper en högkonsis- tensmogning, Från raffinören 9 matas sålunda massan med en tempera- tur, som företrädesvis icke överstiger 70°C till en ozonbehand- linganordning 10, som kan vara av den typ, som beskrives i den norska patentskriften 137 651, och till vilken är ansluten en mog- ningsreaktor ll, företrädesvis av den typ, som beskrives i norska patent- 7 1310620-n @UfiïtfiH140 TN-_ Genom att använda en ozonbehandlingsanordning 10 av den typ, som beskrivas i ovannämnda norska patentansökan, kan behandlingstiden reduceras till ett minimum. I mogningsreaktorn 11 ges den ozonbehandlade massan en uppehållstid i alkalisk miljö på under 50 minuter, företrädesvis under 10 minuter, eventuellt under tillsats av blekkemikalier. En sådan mogningstid motsvarar ca tredjedelen av den tid, som är nödvändig vid känd teknik. Från mogningsreaktorn 11 matas högkonsistensmassan med en torrhalt på ca 10-50 %, företrädesvis 16-25 %, och med ett alkaliskt pH-värde på ca 7-10 direkt och kontinuerligt till en malanordning eller en raffinör 12, där massan males ned till den för slutprodukten aktuel- la freeness-nivån. För tídnings- och journalpapper ligger detta område vanligtvis inom området 80-130 CSF.

Pa fig. 2a åskådliggöres i kurvform den energibesparing, som uppnås genom att utnyttja förfarandet enligt uppfinningen tillsam- mans med ett konventionellt förfarande av denna typ. På diagrammet i fig. 2a är inlagda kurvor, som ger sambandet mellan energiförbruk- ningen vid ozonbehandling av massa och dennas freeness-tal.

Vid försöket användes två massor, som på figuren är beteckna- de med resyektive referensmessa och ozonbehandlad massa, varvid båda massorna framställdes i samma tvàstegs raffineringsprocess, där en Sprout Waldron skivraffinör, 42", utgjorde första steget och en Bauer skivraffinör, 56", utgjorde det andra steget.

I första raffineringssteget behandlades bägge massorna på samma sätt, medan referensmassan därefter raffinerades vidare på konventionellt sätt och den ozonbehandlade massan behandlades enligt förfarandet enligt föreliggande uppfinning.

Om man för de färdiga slutprodukterna önskar ett freeness-tal pà 108 CSF, framgår av fíg. 2a, att man uppnår en energibesparing på hela 400 kwn/odt. Emellertid kräver också ozonbehandlingen, som utförts på den ozonbehandlade massan, energi. I vårt fall har massan behandlats med 2,5 vikt-% 05/odt, vilket betyder totalt 500 kWh/odt, eftersom det för framställning av 1 kg 05 krävs 12 kWh.

Nettoenergibesparingen vid detta freeness-tal blir 100 kWh/odt samtidigt som man uppnår en ozonbehandlad massa med väsentligt högre styrketal. Generellt kommer styrkeökningen för en granmassa, som det refereras till här, att vara ca 50-70 % för slitindex och ca 10-40 % för rivinaex.

Om man utför ozonbehandling av en grövre massa, som t.ex. har .J 78106204) 8 en freeness på ca 700 CSF, uppnås en energibesparing, som visas på fig, 2b, För att förenkla jämförelsen med finare massor, nedmaldes den grövre massan till en freeness på 250 CSF, vilket motsvarar den begynnelse-freeness, som visas på fig. 2a. Vid jämförelse av fig. 2a och 2b framgår, att man teoretiskt kan uppnå en bruttoenergi- inbesparing på hela 750 kWh/odmt, om en mycket grov massa ozonbe- handlas, innan den males ned till en freeness på ca 100 CSF, som är valt som jämförelseunderlag.

Pâ grundval av de mätdata man hittils kunnat uppnå, kan man skapa sig en mycket god bild av funktionssambanden mellan CSE och kwh/odt med och utan ozonbehandling. På fig. 5 visas detta funktions- samband i ytterligare detalj, i det att av detta diagram klart fram- går, vilken reduktion av energiförbrukningen, som kan uppnås vid ökande freeness vid ozonbehandlingen. ' I detta sammanhang skall nämnas att vid raffinering av kemikalieimpregnerad flis eller vid kemikalietillsättning direkt i raffinören för framställning av mekaniska massor för användning i tidnings- och journalpapper, har man icke kunnat observera någon reduktion i energiförbrukning, i motsats till vad som uppnås vid förfarandet enligt uppfinningen. Om kemikalieimpregnerad flis, i detta fall sulfitimpregnerad granflis, utsättas för ozon i enlig- het med föreliggande uppfinning, uppnås således en reduktion i energiförbrukningen på respektive 58 % vid 2 % ozon och 56 % vid 5 %_ ozon, mätt vid en freeness på 500 CSF.

Förfarandet enligt uppfinningen ger också ett effektivare utnyttjande av ozonet, räknat som ökning i rivstyrka vid olika free- ness-nivåer. På fig. 4 visas ett diagram, som åskådliggör riv- faktorn som funktion av ozonförbrukningen vid olika freeness-värden.

Av diagrammet på fig. 4 framgår, att den procentuella ökningen i rivstyrka vid 2,5 % ozon är 50 % för en massa med 150 CSF, medan ökningen är hela 65 % för en massa med 600 CSF.

Förfarandet enligt uppfinningen ger också en gynnsam effekt vad gäller mängden utlöst organisk substans i förhållande till tidi- gare kända tekniker vid ozonbehandling. På fig. 5 visas, hur mängden av utlöst organisk substans beror på massans freeness-tal. Mängden utlöst organisk substans är här mätt som biologiskt syreförbrukande substans sett i relation till freeness. På grundval av de mätningar, som företagits, kan man observera, att resultaten stämmer överens med dem, som framkommit i samband med en undersökning av icke ozon- behandlad massa, utförd av Inder, Norberg, Norrström, Sörmarklcch 7810620-0 Ullman, såsom detta angives i en rapport "Utsläpp vid tillverkning av mekanisk massa" publicerad i Meddelande från Svenska Träföräd- lingsinstitutet, B:326 (l975).

Till höger på fig. 6 visas i form av stolpdiagram hur mängden av utlöst organisk substans varierar med metoden för fram- ställning av massan, dvs. om massan är en slipmassa, SGW, raffinör- massa, RMP, ellertermomekanisknmssa, TMP. Vidare har till vänster på fig. 6 försökt åskådliggöras, hur mängden av utlöst organisk substans varierar med den ozonmängd, som användes vid själva ozon- behandlingen. Värdena hänför sig till massa med en freeness-nivå på ca 100 CSF. _ g På fig. 7 visas exempel på hur mycket organiskt material, som utlöses vid respektive känd teknik och enligt föreliggande upp- finning, när vid respektive ozonbehandling användes 2,5 % ozon. stapeln till vänster, som är märkt “l", visar totala mängden utlöst organisk substans enligt känd teknik, medan stapeln till höger märkt “2" visar motsvarande reducerade förhållande vid förfarandet enligt uppfinningen. De grafiskt representerade data på fig. 7 hänför sig till ett freeness på ca 100 CSF. Såsom framgår av fig. 7 uppnås vid förfarandet enligt uppfinningen i stort sett en halvering av utlöst organisk substans, något som har stor miljömässig betyäelše.

Fig. 8 är ett förenklat övesiktsschema över en fullständig massabehandlingsanläggning, där förfarandet enligt föreliggande uppfinning ingår. Här betecknas blocket lc en förstastegsraffinör, termoanläggning, som tillmatas massa vid pilen 2c. Vidare beteck- nar 3c en vattenkyld kylare, som den raffinerade massan passerar, innan den matas in i ett slutet transportsystem 4c av den typ, som beskrives närmare i norska patentskriften 139 897. Via transport- systemet 4c matas massan till en reaktoranläggning bestående av en ozonreaktor 5c och a1tïU.damaansluten högkonsistens-mognings- reaktor 6c. Reaktorerna 5c och 6c är företrädesvis av den typ, som omtalas i norska patentskriften 140 771, och från nämnda reaktorer matas den färdigozonbehandlade och mognade massan till en andra- stegsraffinör 7c.

För övrigt omfattar anläggningen i fig. 8 en vatten- och luftfördelningsenhet 80, en gasgenererings- och recirkulationsenhet 9c samt ytterligare utrustning och apparatur, som är nödvändig för drift av en anläggning och som beskrives i närmare detalj i ovan- nämnda patentskrifter.

Claims (3)

7310620-0 ID Patentkrav

1. Förfarande vid ozonbehandling av raffinörmassa och termo- mekanisk massa, där massan behandlas i en ozonreaktor direkt efter ett eller flera behandlingssteg i en skivraffinör, och därefter med hög konsistens behandlas i en mogningsreaktor, _ k ä n n e t e c k n a t a v a) “att massan raffineras till ett freeness-tal av minst 200 CSF, företrädesvis minst 400 CSF, varvid massan har en torrhalt av ca 20-60% innan den underkastas ozonbehandling, b) att den ozonbehandlade massan ges en uppehållstid i högkonsistens-mogningsreaktorn av högst 30 minuter,'företrädesvis mindre än 10 minuter, och tillföres lut och eventuellt blekkemi- kalier samt c) att massan ledes från reaktorn med en torrhalt av ca 8-40%, företrädesvis ca 16-25%, och med ett alkaliskt pH-värde av 7-10 direkt och kontinuerligt till en skivraffinör eller en annan malanordning.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att massan kyles ned till under högst 70°C före ozonbehandlingen.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att den ozonbehandlade och mognade massan med alkaliskt pH- värde föres till skivraffinör för malning till en freeness-nivå av ca 70-150, företrädesvis ca 80-130 CSF.