SE467977B - Foerfarande och reaktor foer delignifiering av massa med syre vid laag- och medelkoncentration - Google Patents

Description

15 2Û 30 35 40 467 977 icke förtjockad massa, och att en avvattningsskruv är anordnad vid utmatningszonens mot utloppet vettande ände, i vilken zon massan fràn tryckbehàllaren överföres till ett annat tryck- och temperatursteg.

Ytterligare kännetecken för anläggningen enligt uppfin- ningen framgàr av underkraven 11-14.

Reaktorn för användning i anläggningen enligt uppfin- ningen och för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen kännetecknas därav, att i en tryckbehàllare är anordnad en avvattningsanordning, som förtjockar den massa med lag koncen- tration, som skall avvattnas, och inför den i en avskild, cen- tral utmatningszon, i vilken en syrehaltig gas införes, som stiger uppåt i behàllarens överdel, i vilken är anordnad en anslutning för en gasningsanordning för icke förtjockad massa. och att en avvattningsskruv är anordnad, vilken överför massan från tryckbehàllaren till ett annat tryck- och temperatursteg.

Speciellt består gasningsanordningen väsentligen av en cirku- latíonsledning för den icke förtjockade massan, varvid den i behàllarens överdel uppvisar utsugningsslitsar och varvid av- gasningsanordningen mynnar i den behàllarränna som omger den centrala zonen.

Uppfinningen áskàdliggöres i bifogade fig 1-3 såsom exempel och schematiskt. Pig 1 visar ett kopplingsschema och fig 2 visar en detalj därav, varvid en delignifieringsanord- ning i tvà steg visas. Fig 3 visar en anordning av en fler- stegsdelignifieringsanordning.

I fig 1 införes den cellulosahaltiga massan, som skall delignifieras enligt en pil 11 i ett tvättfilter 12 och upp- värmes något till cirka 50°C, genom att tvättvatten av cirka 70°C från en ledning 13 inledes i tvättfiltret 12. Den upp- värmda, cellulosahaltiga massan kommer nu via en ledning 14 in i en beredningsbehàllare 15j där det enligt en pil 16 blan- das med ett alkaliseringsmedel, såsom exempelvis Na0H eller MgO, och omröres. Genom en ledning 17 införes ytterligare tvättvatten av cirka 80°C, så att den cellulosahaltiga massan i beredningsbehàllaren 15 uppvärmes till cirka 70°C. Den be- redda, cellulohaltiga massan ledes via en ledning 18 till en avvattningsanordning 19, såsom exempelvis en avvattningsskruv, och tillföras med en absolut torrsubstanshalt av cirka 11 % till det första förvärmningssteget 20. Förvärmningssteget 1,- 10 15 20 25 30 35 c4Û 467 977 20 uppvärmes med mättad ånga av 140°C från en anordning 21 för bildning av mättad ånga, vilken uppvärmes med turbinånga via värmeväxlarytor. Denna anordning har den fördelen att turbinångan icke förorenas och att erhållet processvatten, vilket naturenligt är förorenat, kan vidare bearbetas. Den i den första förvärmaren 20 partiellt uppvärmda, cellulosa- haltiga massan avvattnas ånyo och tillföres återigen andra förvärmare 22, som uppvärmes av varmvatten av cirka 140°C från anordningen 21 för bildningen av mättad ånga. För bättre blandning återföres den cellulosahaltiga massan flera gånger genom en ledning 23, varvid alltid en delström tillföres den egentliga delignifieringsanordningen 10 genom en ledning 24. I delignifieringsanordningen införes syre och/eller ozon med en eventuell tillsats av peroxid enligt en pil 25 och bringas i kontakt med den cellulosahaltiga massan, varigenom den egentliga delignifieringsprocessen igångsättes. Den delignifierade, cellulosahaltiga massan utmatas genom en utmatningsskruv 7' och tillföres via en omröringsbehållare 26 till en lagringsbehàllare 27, ur vilken den utmatas genom ett tvättfilter 28. Det vid tvättprocessen erhållna tvättvattnet, som väsentligen kommer från avvattningsskruven 7', samlas i två temperatursteg och återföres genom ledningarna 13 och 17.

Fördelen med denna anordning ligger däri, att genom värmeàter- föringen och, såsom visas i fig 2, även genom den stegvisa tryckhöjningen i de enskilda reaktorerna, en stor del av energin kan återvinnas och endast avgående turbinånga i stor- leksordningen 9 ton per timme användes vid en trycknivå av 8 bar, varvid det erhållna kondensatet åter tillföres till ång- pannan. Med denna angmängd kan man bleka cirka B ton cellu- losahaltig massa, varvid genom vattentillförsel denna stegvis förtunnas till 3 X torrsubstans, varigenom i många steg mer än 400 ton vätska per timme passerar. Detta talexempel gäller för användningen av,MgO såsom alkaliseringsmedel. Om NaOH använ- des, sjunker värmeförbrukningen ytterligare.

I fig 2 åskådliggöres en delignifieringsanordning 10 i form av två med olika tryck och temperatur arbetande behållare 1 och 1'. Den cellulosahaltiga massan införes i behållarens 1 cirkulationsledning 8 genom ledningen 24. Cirkulationsled- ningen 8 uppvisar i överdelen 4 av behållaren 1 ett anslut- ningsställe 5, i vilket den i överdelen 4 ansamlade gasen upp- 'n 10 15 20 25 30 35 467 977 4 suges och i gasningsanordningen 6 bringas i kontakt med den i flytande konsistens befintliga, cellulosahaltiga massan med en absolut torrsubstanshalt av cirka 3 %. Genom intensiv kontakt fortsättes delignifieringen även efter avslutad mekanisk gas- ning, så att, för sparande av volym, den gasade, cellulosahal- tiga massan genom en avvattningsanordning 2 resp. 2' införes i en central zon 3 resp. 3'. Den urpressade vätskan återföres därvid till behållarens 1 ringzon 9, så att icke någon vätske- förlust uppträder. I de centrala utloppszonerna 3 resp. 3' lagras nu den partiellt avvattnade, cellulosahaltiga massan och det medtagna syret åstadkommer ytterligare delignifiering, så att efter en uppehållstid om cirka 0,5-1 timme i undre delen av utmatningszonen den till cirka 12-15 % avvattnade, cellulosahaltiga massan kan utmatas genom en ytterligare utmatningsskruv 7, varvid den avskilda vätskan avledes till en samlingsbehållare 28 och återföres därifrån. Gastillförseln resp. syre- och/eller ozontillförseln till behållarens 4 över- del sker lämpligen genom den centrala utmatningszonen 3, var- vid gasen risslar uppåt in i överdelen 4. Den från behållaren 1 bortförda, cellulosahaltiga massan har nu exempelvis en temperatur av 120°C och har i behållaren 1 ett tryck om cirka 4 bar. Vid utloppet från avvattningsskruven kommer den nu in i behállarens 1' tryckområde, vilken arbetar vid cirka 130°C och med 8 bar. Genom avvattningen uppnås nu att relativt ringa vatten införes, varigenom temperatur- och trycknivàn i behållaren 1' endast reduceras obetydligt. Denna reduktion kan lätt utjämnas genom en icke visad tilläggsuppvärmning. Den från behållaren 1 utmatade,.cellulosahaltiga massan kommer nu in i en uppslamningsbehållare 29 och därifrån in i cirkula- tionsledningen B' för gasning vid högre temperatur och tryck- nivå. Behållarna 1 resp 1' är till sin byggnad lika fram till skilda temperatur- och trycknivåer. Likaså är utmatningsskru- varna 7' byggda enligt samma princip; de måste endast vara täta gentemot en högre trycksänkning från 8 bar till 0.

Föreliggande uppfinning grundas i det under försök funna fenomenet, att en med 02 gasad suspension av cellulosahaltig massa även efter avslutad mekanisk gasning delignifieras ytterligare under en bestämd tid, när den föregående O2-till- förseln till fibrerna var tillräckligt intensiv. Försök med 10 15 20 25 30 35 än s 467 977 suspensioner om cirka 2-3 % torrsubstans har visat, att en efterreaktion i tekniskt användbar skala är påvisbar under mer än 1 timme.

Den för reaktionsgenomförandet använda reaktorn bestàr följaktligen av tvà zoner, som är förbundna med varandra med en avvattningsanordning och som arbetar vid samma tryck samt samma temperatur.

I reaktorns yttre ringomràde omröres den förvärmda sus- pensionen av cellulosahaltig massa (tunnmassa med 2-3,5 % torrsubstans) intensivt och gasas med 02. Därvid sker redan en fördelignifiering. Mässan förtjockas därefter genom avvatt- ningsskruvar till cirka 10-15 % torrsubstans och transporteras in i centralrummet, där efterreaktionen sker under bibehål- lande av tryck och temperatur, speciellt 02-partialtrycket.

På grund av de starkt minskade volymerna hos suspen- sionen, som tillföres till centralomràdet, kan apparatvoly- merna väsentligt minskas i förhållande till dem för en konventionell tunnmassablekning för samma uppehållstider.

Värmetekniskt erbjuder användningen av den kombinerade tunnmassa-medelkoncentrationsblekningen väsentliga fördelar, varvid den från tunnmassan utpressade vätskan utan att utmatas med massan fràn apparaterna under tryck användes för förvärm- ning och utspädning av den nyss införda, cellulosahaltiga massan. Den flyter från skruvtràgen omedelbart till anord- ningen för bildning av mättad ånga, där en del förångas genom värmetillförsel från lågtrycksanga. Den i anordningen för bildningen av mättad ånga bildade ångan tjänar i förvärmaren 22 för uppvärmning av den nya massan till driftstillstànd, medan återstående och övervägande del ledes till utspädning ax denna massa i förvärmaren 22. Därmed säkerställas å ena sidan den nedsmutsningsfria driften av värmeytorna i anordningen 21 för bildning av mättad ånga och säkerställas å andra sidan der samtidiga uppvärmningen genom massaomröring mättad ànga) samt den störningsfria utspädningen av massan.

Det i kondensatet från uppvärmningsfärskånga innehal- lande värmet skall icke betraktas såsom värmeförlust, eftersom kondensatet förblir rent och därför kan återvinnas.

Såsom väsentlig komponent övertar inmatningsskruven mellan förvärmningssteget 20 och förvärmaren 22 funktionen fö: massainmatning och tätning mellan apparater under tryck och 10 15 20 25 30 35 40 467 977 6 utan tryck. Den sörjer därutöver för avvattning av den i det första förvärmningssteget med varmvatten resp. uppvärmnings- ànga förvärmda massan. Såsom förvärmningsvätska användes i första steget filtratet fràn det andra stegets tvättfilter 18, vilket filtrat i beredningsbehallaren 16 blandas med den fràn tvättfiltret 12 bortrinnande massan. För att hålla förvârm- ningsenergin lag och icke alltför mycket belasta den mellan förvärmningssteget 20 och förvärmaren 22 kopplade tätnings- skruven föravvattnas den i beredningsbehàllaren 16 förvärmda massan. Den avpressade vätskan tjänar till utspädning av massan före utmatningen pà tvättfiltret 28.

Genom den beskrivna apparatkopplingen förlorar systemet förutom isolationsförluster endast det i tvättvattnet fràn det första tvättfiltret 12 befintliga värmet (filtrat fràn zonen 1 från tvättfiltret 28) samt det värme, som finnes i massan, som utmatas från tvättfiltret 28.

Totalt tillföres systemet cirka 23.108 J/h eller 550.000 kcal/h torrsubstans värme med uppvärmningsànga vid en maximal blektemperatur av 130°C.

Den delignifierade massan stàr till förfogande vid ut- matningen fràn tvättfiltret 28 med cirka 68°C och 11 % torr-, substans. Värmet kan lämpligen utnyttjas i följande bleksteg.

I fig. 3 àskàdliggöres en koppling av flera bleksteg, varvid syre användes i det första steget 30. Det första steget 30 omfattar väsentligen den i fig 1 och 2 visade, värmetek- niska kopplingen och apparater inklusive tvättfiltret 28. Den tvättade cellulosahaltiga massan avkyles i ledningen 37 före inträdet i det första, vid'mindre än 4 X absolut torrsubstans drivna ozonbleksteget 31 till cirka 30°C och ledes efter en alkalisk extraktion av frigjorda ligninbestandsdelar till ett med peroxid arbetande bleksteg 32 samt därpå àter till ett med ozon arbetande, andra bleksteg 33 med anslutet alkaliskt extraktionssteg 44 och till ett slutbleksteg 34 med peroxid.

Peroxidtillförseln betecknas med 35. Ozonbildningen sker i en ozongenerator 41, till vilken syre tillföres genom ledningar 40 och 43. Genom ledningen 42 tillföres ozonrik blekgas, i allmänhet en blandning av syre och ozon med cirka 10 % ozon till det andra bleksteget 33 med ozon. Den fortfarande alltid cirka 5 % innehållande avgasen ledes i motström till den cellulosahaltiga massan till det första bleksteget 31 med vil; f, 10 20 25 7 467 977 ozon. Den bildade syrehaltiga restgasen med spar av ozon lede genom ledningen 39 till bleksteget 30 med syre. Överskott syr áterföres genom ledningen 40 àter till ozongeneratorn 41, var vid tryckförlusten utjämnas genom cirkulationsfläkten 38. I d enskilda blekstegen 30, 31 och 33 ledes blekgasen i motström eller tvärström till den cellulosahaltiga massan.

Inom ramen för uppfinningen kan antalet bleksteg ökas eller minskas alltefter önskad ljushet hos det cellulosahal- tiga materialet, varvid blekföljden först syre, därefter even- tuellt ozon-peroxid eller ozon-peroxid-ozon-peroxid upprätt- hàlles. Det alkaliska extraktionssteget 44 genomföres med en peroxidtillsats och kan därför även betecknas sàsom bleksteg, varvid det eventuellt kan sammanfalla med bleksteget 32. Det kan emellertid även ersättas med en alkalisk tvättning pa tvättfilter vid slutet av ozonsteget 31.

Totalt erbjuder förfarandet följande fördelar: 1) Gentemot en tänkbar konventionell tunnmassablekning väsent- väsentligt minskade apparatstorlekar vid säkerställd massakvalitet. 2) Mindre energitillsats genom sà långt gående cirkulation som möjligt. 3) Pumpbara suspensioner i apparater under tryck, speciellt ,me11an förvärmare och reaktor samt i gasningsdelen. 4) Intensiv syretillförsel genom gasning i tunnmassaomràdet. 5) Vid användning av Na0H sàsom alkaliseringsmedel och den därmed förbundna minskningen av den maximala blektempera- turen till 80-100°C sjunker värmebehovet till cirka 15.108 J/t torrsubstans, som-täckes med uppvärmningsànga.

Claims (16)

å PATENTKRAV

1. Förfarande för delignifiering av cellulosahaltig massa med syre och/eller ozon med en eventuell tillsats av peroxid, k ä n n e t e c k n a t därav, att delignifieringen sker i ett eller flera steg, varvid i det första resp enda steget den i vatten i en koncentration av 2,5-4,5 %, räknat som abso- lut torr substans, suspenderade och med ett alkaliseringsmedel försatta, cellulosahaltiga massan i en eller flera reaktorer vid en temperatur av 80-150°C bringas i kontakt med 02, even- tuellt med en tillsats av peroxid, avvattnas under bibehållan- de av tryck och temperatur, lämnas vid en koncentration av 10-30 %, räknat som absolut torr substans, i samma temperatur- och tryckomràde under en tid av minst 20 minuter, därefter tvättas i en tvättanordning och eventuellt ledes till ytterli- gare steg för delignifiering med syre och/eller ozon.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a t därav, att flera med olika, företrädesvis ökande, tem- peratur och/eller tryck drivna delignifieringsreaktorer kopp- las i serie, varvid den cellulosahaltiga massan alltid åter utspädes före inträdet i nästa reaktor.

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a t därav, att den cellulosahaltiga massan kyles efter reaktionen och efter en ny utspädning ledes över ett tvättfilter med àtminstone tva zoner.

4. Förfarande enligt paentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att filtratet från den första tvättzonen användes i motström för förvärmning resp. förtvättning av den tillförda, cellulosahaltiga massan. _

5. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a t därav, att förvärmningen av den cellulosahaltiga massa, som skall delignifíeras, sker i flera steg och àtminstone i ett förvärmningssteg genom indirekt värmetillförsel.

6. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a t därav, att den cellulosahaltiga massan kyles och tvättas efter det med syre arbetande steget samt blekes i ett eller flera efterkopplade steg med ozon i surgjort till- stand vid mindre än 4 % absolut torrsubstans. .q 467 977

7. Förfarande enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k- n a t därav, att mellan blekningen med ozon och/eller efter denna sker en blekning under användning av peroxid och efter företrädesvis varje blekning en tvättning.

8. Förfarande enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k- n a t därav, att efter varje ozonbehandling sker en alkalisk extraktion av de omvandlade ämnena.

9. Förfarande enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k- n a t därav, att det ozonhaltiga, använda, gasformiga blek- medlet ledes i motström mot den cellulosahaltiga massan och därefter införes sàsom syrebärare i det med syre arbetande första steget.

10. Anläggning för genomförande av förfarandet enligt at- minstone ett av patentkraven 1-9, k ä n n e t e c k n a d därav, att i en tryckbehàllare (1,l') är anordnad en avvatt- ningsanordning (2), som förtjockar den massa med làg koncen- tration, som skall avvattnas, och inför den i en avskild, cen- tral utmatningszon (3,3'), i vilken en syrehaltig gas införes, som stiger uppåt till behàllarens (1,1') överdel, i vilken är anordnad en anslutning (5) för en gasningsanordning (6) för icke förtjockad massa, och att en avvattningsskruv (7) är anordnad vid utmatningszonens (3, 3') mot utloppet vettande ände, i vilken zon massan från tryckbehàllaren (1) överföras till ett annat tryck- och temperatursteg.

11. Anläggning enligt patentkravet 10, k ä n n e t e c k- n a d därav, att vid blekningen av massan i flera steg (30,34) det första steget (30) är utformat sásom syreblekning, till vilken ansluter sig åtminstone tva bleksteg (30,31) med ozon sàsom blekmedel, eventuellt skilda av peroxidbleksteg (32).

12. Anläggning enligt patentkravet 11, k ä n n e t e c k- n a d därav, att blekstegen (31,33) med ozon pà samma sida som den bortströmmande, på ozon utarmade blekgasen är anslutna till inloppssidan för den syrehaltiga blekgasen i steget (30) med syreblekning.

13. Anläggning enligt patentkravet 11, k ä n n e t e c k- n a d därav, att àtminstone ett alkaliskt steg, speciellt ett extraktionssteg (44) och/eller peroxidbleksteg (32,34) är an- ordnat efter varje bleksteg (31,33) med ozon sasom blekmedel. /0 467 977

14. Anläggning enligt patentkravet 12, k ä n n e t e c k- n a d därav, att mellan två bleksteg (31,33) med ozon och speciellt efter det sista bleksteget (33) med ozon är anordnat ett peroxidbleksteg (32,34).

15. Reaktor för användning i anläggningen enligt patentkra- vet IÜ och för genomförande av förfarandet enligt åtminstone nagot av patentkraven 1-9, k ä n n e t e c k n a d därav, att i en tryckbehàllare (1,1') är anordnad en avvattningsanordning (2), som förtjockar den massa med låg koncentration, som skall avvattnas, och inför den i en avskild, central utmatningszon (3.3'), i vilken en syrehaltig gas införes, som stiger uppåt i behállarens (1,l') överdel (4,4'), i vilken är anordnad en anslutning (5) för en gasningsanordning (6) för icke förtjoc- kad massa, och att en avvattningsskruv (7) är anordnad, vilken överför massan fràn tryckbehàllaren (1) till ett annat tryck- och temperatursteg.

16. Reaktor enligt patentkravet 15, k ä n n e t e c k n a d därav, att gasningsanordningen (6) väsentligen bestàr av en cirkulationsledning (8) för icke förtjockad massa, vilken led- ning i behàllarens (1) överdel (4) uppvisar sugslitsar och vilken mynnar i behàllarens (1,1') ränna (9) som omsluter den centrala zonen (3). f!