SE514825C2 - Oxygendelignifiering av cellulosamassa med oxiderad vitlut som alkalikälla - Google Patents

Description

:Skv1 -r4 jsvzßiil. i på så sätt att sulfiden övergår till tiosulfat. Oxideringen kan utföras med hjälp av luft eller ren oxygengas. Oxygende- lignifieringsstegets filtrat återförs vanligen även det till kemikalieåtervinningscykeln.

Efter oxygendelignifieringen bleks cellulosamassan för att avlägsna de sista resterna av ligninet och därmed få en ljus och ren massa. I konventionell blekning ingår klordioxid och peroxid men även helt klorfria alternativ med ozon eller men fortfa- Blekeri- filtratens negativa effekter om de släpps ut har gjort att perättiksyra används idag kommersiellt. Gamla, rande använda blekmedel, är klor och hypoklorid. man dels minskat blekningsbehovet, dels specifikt minskat klorkemikalieanvändningen och dels försökt återföra eller Ett sätt att minska blekbe- hovet är att utföra mer delignifieringsarbete i oxygen- återanvända blekerifiltraten. delignifieringssteget.

Det finns emellertid en övre gräns för hur mycket oxygengas som kan tillföras i delignifieringssteget och detta begrän- sar möjligheterna att öka delignifieringsarbetet. Det är nämligen inte möjligt att blanda in allt för stora gasmäng- der med de mixrar som idag är tillgängliga. Om man ökar gas- mängden eller gasvolymen utöver bestämda gränser får man en kanalbildning i massan och åtminstone en del av den till- förda och kostsamma syrgasen kommer att passera genom massan utan att utföra något delignifieringsarbete. Ett sätt att lösa detta problem är att utnyttja fler än en blandningsan- ordning, vilket naturligtvis leder till högre kostnader.

EP-A-543 135 beskriver ett förfarande för tillverkning av oxiderad vitlut och totaloxiderad vitlut. I denna patentan- sökan redogörs för olika försök vid vilka oxiderad vitlut utnyttjas som alkalikälla i olika processteg vid massatill- verkning. 10 15 20 25 30 35 EP-A-792 395 beskriver ett förfarande för att regenerera restgasen från ett ozonbleksteg och utnyttja denna restgas vid oxygendelignifieringen.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att förbättra ef- fektiviteten i oxygendelignifieringen.

Detta ändamål uppnås med ett förfarande för en integrerad behandling av cellulosamassa, innefattande åtminstone föl- jande steg: tillhandahållande av nämnda cellulosamassa; tillhandahållande av en bestämd nàngd vitlut innefat- tande alkali och svavelkomponenter; tillhandahållande av en oxygeninnehållande gas; oxidering av svavelkomponenterna hos vitluten genom tillförsel av en del av nämnda gas på så sätt att åtminstone en väsentlig del av svavlet föreligger i form av sulfat; transport av cellulosamassan till åtminstone en bland- ningsanordning; tillförsel av oxiderad vitlut från nämnda oxiderings- steg till cellulosamassan; tillförsel av en del av nämnda gas till cellulosamassan i nämnda blandningsanordning; blandning av cellulosamassan med den oxiderade vitluten och nämnda gas i nämnda blandningsanordning och transport av cellulosamassan från blandningsanordningen till en delignifieringsreaktor för oxygendelignifiering av cellulosamassan.

Genom att oxiderad vitlut innehållande sulfat utnyttjas i oxygendelignifieringssteget istället för partiellt oxiderad vitlut innehållande tiosulfat uppnås ett flertal fördelar.

På så vis kan man undvika att en del av det till oxygen- delignifieringsreaktorn tillförda oxygenet används till att 10 15 20 25 30 35 s1s4t 4 oxidera svavelkomponenter (huvudsakligen tiosulfat) och istället utnyttjas till att öka delignifieringsarbetet.

Detta innebär endast en förflyttning av tillsatsen av oxy- gen. Inget extra oxygen förbrukas för oxidation av svavel- komponenterna när detta nu görs i den föregående oxideringen av vitluten, dvs utanför delignifieringsreaktorn.

Förfarandet enligt uppfinning möjliggör uppnående av många fördelar. Exempelvis är det möjligt om nan startar med en relativt hög ligninhalt i massan in till oxygendelignifie- vedutbytet, vilket direkta ekonomiska fördelar och indirekta fördelar genom att kapa- ringssteget att öka innebär citeten i. kokaren ökar och belastningen på kemikalieåter- vinningen minskar. Om man sänker ligninhalten ut från delig- nifieringssteget minskar det efterföljande blekningsbehovet, fördelaktigt ekonomisk synpunkt. vilket är både ur miljösynpunkt och ur En ytterligare fördel är att värmet från den exoterma oxida- tionen av svavelkomponenterna utvecklas utanför oxygendelig- nifieringsreaktorn. Detta gör det möjligt att bättre styra temperaturen inne i delignifieringsreaktorn under delignifi- Följaktligen kan, eringen. enligt en utföringsform av upp- finningen, cellulosamassan värmas innan den tillförs delig- nifieringsreaktorn för upprätthållande av en bestämd och vä- sentligen jämn temperaturnivå under delignifieringen. Tem- peraturen på den totaloxiderade vitluten, när den blandas in i massan, kan således väljas utgående från vad som är opti- är nämnda 85°C och Med fördel mäts temperaturen hos den oxiderade vit- malt ur delignifieringssynpunkt. Företrädesvis temperaturnivå mellan 70°C och l20°, lOO°C. luten och den oxiderade vitluten som tillförs cellulosamas- exempelvis san kyls som svar på denna mätning. På så vis kan det värme som bildas vid oxideringen av svavelkomponenterna tillvara- tas och utnyttjas för förvärmning av cellulosamassan. Det skall också noteras att det uppfinningsenligt förfarandet gör det möjligt att även uppnå en jämn temperaturfördelning l0 15 20 25 30 35 514 lokala temperaturtoppar i cellulosamassan, vilka tidigare kunde in- i delignifieringsreaktorn, dvs man kan undvika nefatta lokala temperaturhöjningar på 70°C och således ha en negativ inverkan på selektiviteten.

Enligt en ytterligare utföringsfornx av uppfinningen inne- fattar förfarandet styrning av den mängd oxiderad vitlut som tillförs cellulosamassan på så sätt att en önskad, bestämd alkalihaltsprofil upprätthålls under delignifieringssteget.

När, i enlighet med teknikens ståndpunkt, oxidationen av svavelkomponenterna sker inne i. oxygendelignifieringsreak- torn måste alkalihalten initialt vara extra hög för att kom- pensera för svaveloxidationens alkaliförbrukning. En för hög alkalihalt är negativ för selektiviteten eftersom den inte bara resulterar i borttagande av lignin utan även i en ned- brytning av cellulosafibrer. Genom att svavelkomponenterna oxideras utanför delignifieringsreaktorn fås en större fri- het alkalihalten i massan såsom en funktion av tiden) i deligni- vid utformandet av alkalihaltsprofilen (dvs, fieringssteget så att en önskad selektivitet kan upprätt- hållas och därmed kan kvalitén på den producerade massan höjas. Det går således inte åt någon ökad mängd alkali för att nå samma delignifieringsresultat som enligt teknikens ståndpunkt. Eventuellt kan det totala alkalibehovet minska något eftersmm man kan undvika de alkaliförbrukande cellu- Med fördel mäts en parameter som är relaterad till halten alkali losa/hemicellulosareaktionerna j. delignifieringssteget. hos cellulosamassan, exempelvis pH-värdet, vid åtminstone en position i delignifieringssteget, varvid nämnda styrning utförs som svar på nämnda mätning.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen tillförs den delignifierade cellulosamassan till en blekningsprocess.

Såväl reducerande som oxiderande blekning är nwjlig. Exem- pelvis kan massan blekas med ozon, peroxid, klordioxid, per- ättiksyra etc. Med fördel innefattar blekningsprocessen per- i.<~ U 10 15 20 25 30 oxid- och/eller peroxid/oxygenbleksteg, varvid oxiderad vit- lut från nämnda oxideringssteg tillförs cellulosamassan, i ståndpunkt utnyttjas blekningsprocessen. Enligt teknikens vanligtvis ren NaOH som alkali vid peroxidblekning. Genom att ersätta NaOH med oxiderad vitlut kan behovet av externt tillsatt alkali reduceras.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen har cel- lulosamassan en massakoncentration som är minst 5% och högst 20%, och högst 15% minst 10% och högst 12%, exempelvis 11%. Cellulosamassan kan företrädesvis minst 8% och speciellt innefatta kemiska massor tillverkade i uppslutningsprocesser såsom exempelvis sulfatkokning, med polysulfid, ASAM, MILOX. sulfitkokning, sulfatkokning Enligt nämnda oxygeninnehållande gas innehålla åtminstone 60%, åt- en ytterligare utföringsform av uppfinningen kan minstone 70%, åtminstone 80% eller åtminstone 90% oxygen. På grund av den högre effektiviteten i oxygendelignifieringen är det således möjligt att utnyttja mindre högvärdigt ren oxygen än tidigare. Naturligtvis fås det bästa resultatet med en väsentligen ren oxygen som i kommersiella sammanhang eller 99-100% resultat torde också kunna uppnås med en gas som innehåller kan innehålla ca 90-95% oxygen. Mycket goda 86-88% oxygen.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN Föreliggande uppfinning skall nu förklaras närmare genom en beskrivning av en utföringsform och med hänvisning till bi- fogade ritning på vilken Pig 1 visar schematiskt ett block- diagram över ett förfarande för integrerad behandling av cellulosamassa. ho \' 10 15 20 25 30 35 i » DETALJERAD BESKRIVNING AV EN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig 1 visar schematiskt ett förfarande för en integrerad be- handling av cellulosamassa. Vedflis tillförs en kokare l för framställning av en cellulosamassa och närmare bestämt en sulfatmassa. Kokaren l tillförs vitlut från en integrerad vitlutsframställning 2, Använd vitlut framställningen 2 på i sig känt sätt. den s k kemikalieåtervinningscykeln. till Från kokaren l trans- återförs från kokaren l vitluts- porteras den producerade cellulosamassan till tvättningen 3, sonx i sig kan innefatta ett eller flera tvättsteg. Från tvättningen 3 transporteras cellulosamassan till en bland- ningsanordning 4. I Pig l visas en blandnings-anordning men förfarandet kan innefatta två eller flera efter varandra an- ordnade blandningsanordningar för tillsats av kemikalier. I blandningsanordningen 4 blandas den tvättade cellulosamassan med alkali i form av oxiderad vitlut, dvs vitlut i vilken en alla alla komponenter har oxiderats till sulfat. I beskrivningen hän- väsentlig del av eller väsentligen svavel- visas i fortsättningen till totaloxiderad vitlut även om inte alla svavelkomponenter med nödvändighet har oxiderats till sulfat.

Den totaloxiderade vitluten tillverkas i en integrerad oxi- deringsanordning 5 som erhåller icke eller delvis oxiderad vitlut från vitlutsframställningen 2. Oxideringsanordningen 5 tillförs en oxygeninnehållande gas exempelvis luft eller en gas som innehåller exempelvis åtminstone 60%, åtminstone 70%, åtminstone 80% eller åtminstone 90% oxygen, exempelvis 86 - 88% oxygen, 90 - 95% oxygen eller 99 - 100% oxygen.

Blandningsanordningen 4 kan vara anordnad i väsentligen di- rekt anslutning till ett oxygendelignifieringssteg 6 och cellulosamassan tillförs således oxygendelignifieringssteget Den oxygeninnehàllande gas tillförs 6 efter blandningsanordningen 4. som erfordras i oxygendelignifieringssteget 6 10 15 20 25 30 35 .I 5 Til 18 blandningsanordningen 4 för uppnående av en jämn fördelning av oxygenet i cellulosamassan. Den oxygeninnehållande gas sonx tillförs blandningsanordningen 4 kan innehålla åtmin- åtminstone 80% eller åtminstone stone 60%, åtminstone 70%, 90% oxygen, exempelvis 86 - 88% oxygen, ler 99 - 100% fieringssteget en koncentration av mellan 5 - 20%, 12%. ringssteget 6 genomförs i en eller flera oxygendelignifie- 90 - 95% oxygen el- oxygen. Cellulosamassan har i oxygendeligni- företrä- och speciellt 10 - desvis 8 - 15% Oxygendelignifie- ringsreaktorer, eventuellt med mellanliggande tvättning, pumpar och blandningsanordningar där värme eller kemikalier, såsom oxygen eller alkali tillsättes. Den totala uppehålls- tiden för massan i hela oxygendelignifieringssteget 6 är åt- minstone 10 min, åtminstone 20 min eller åtminstone 30 min.

Den delignifierade cellulosamassan transporteras sedan till en tvättning 7, innefattande ett eller flera tvättsteg, och därifrån till en ytterligare bland-ningsanordning 8 innan ett bleksteg 9. Filtratet från tvättningen 7 återförs direkt eller indirekt till vitluts- cellulosamassan tillförs framställningen 2. kade ättiksyra, I blandningsanordningen 8 tillförs öns- blekkemikalier exempelvis peroxid, klordioxid, per- ozon etc. Efter bleksteget 9 tillförs massan en ytterligare tvättning 10. Filtratet från tvättningen 10 kan beroende av använda blekkemikalier återföras direkt eller indirekt till vitlutsframställningen 2. Med fördel innefat- tar bleksteget 9 peroxid- och/eller peroxid/oxygenblekning.

Därvid kan såsom alkali totaloxiderad vitlut tillföras från oxideringsanordningen 5. Den totaloxiderade vitluten till- förs lämpligen blandningsanordningen 8 på nmtsvarande sätt externt tillsatt natriumhydroxid kan därigenom reduceras eller helt utgå med som vid oxygendelignifieringen. Mängden avseende på blekningen, varvid integrationsgraden hos förfa- randet ökar. Även bleksteget 9 kan innefatta en eller flera blekreaktorer med mellanliggande tvättsteg och blandningsan- ordningar. «.. .« 10 15 20 25 30 35 13,14 i I oxideringsanordningen 5 genomförs en tvåstegsoxidering av den sulfid som finns i vitluten. I en första reaktion oxide- ras sulfid till tiosulfat och i en andra reaktion oxideras tiosulfat till sulfat. delvis oxiderad vitlut med huvudsakligen tiosulfat som ut- Det är också :möjligt att utnyttja gångssvavelkomponent. Oxidationen drivs så långt att vä- sentligen alla svavelkomponenter i vitluten föreligger i form av sulfat. De två oxidationsreaktionerna är båda exo- termiska, dvs det utvecklas värme i oxideringsanordningen 5.

Detta värme kan användas till att dels ge den totaloxiderade vitluten en lämplig temperatur när den tillförs blandnings- anordningen 14 och dels värma cellulosamassan som tillförs oxygendelignifieringssteget 6. En sådan värmning kan utföras med hjälp av en schematiskt antydd värmeväxlaranordning ll.

Värmeväxlaranordningen ll kan vara utformad att tillföra ånga till cellulosamassan i blandningsanordningen 4 så att cellulosamassan erhåller en temperatur av nællan 70°C och l20°C, steget. Det uppfinningsenliga förfarandet kan möjliggöra en exempelvis 85°C och l00°C j. oxygendelignifierings- högre temperatur och därmed en snabbare delignifiering.

Exempelvis kan temperaturen i oxygendelignifieringen vara åtminstone l00°C eller åtminstone l10°C. I enlighet med uppfinningen är det således enklare att hålla en jämn tempe- ratur under oxygendelignifieringssteget 6 eftersom de exo- terma svaveloxidationsreaktionerna nu äger rum utanför de- lignifieringsreaktorerna. Följaktligen får vi ingen tempera- turhöjning på grund av oxidation av svavelkomponenter i ox- ygendelignifieringssteget 6. Med fördel mäts temperaturen efter oxidationsprocessen i oxideringsanordningen 5 och värmeväxlingen styrs som svar på nämnda mätning på så sätt att ovan nämnda önskade temperatur upprätthålls. Det är även att tillföra till oxygendelignifieringssteget 5 via den ånga som tillförs möjligt den oxygeninnehållande gasen blandningsanordningen 4. 10 15 20 25 30 35 10 Det uppfinningsenliga förfarandet möjliggör med avseende på selektiviteten en för- dvs alkalihalten såsom funktion av tiden i cellulosamassan i oxygendelignifi- den uppnådda delignifieringen och bättrad styrning av alkalihaltsprofilen, eringssteget. Med det uppfinningsenliga förfarande erhålls en i jämförelse med teknikens ståndpunkt utjämnad alkali- haltsprofil, dvs för att uppnå en bestämd alkalihalt efter oxygendelignifieringen kan den initiala alkalihalten reduce- ras i förhållande till en motsvarande oxygendelignifiering med tillsats av delvis oxiderad vitlut. En sådan utjämnad alkalihaltsprofil är möjlig eftersom ingen väsentlig alkali- förbrukande sidoreaktion i form av oxidation av svavelkom- ponenter kommer att äga rum i oxygendelignifieringsreaktorn, utan den huvudsakliga alkaliförbrukningen kommer att ske i reaktionerna med cellulosamassan. Därmed kan den mängd to- taloxiderad vitlut som tillförs cellulosamassan i bland- ningsanordningen 4 väljas på så sätt att en önskad initial alkalihalt erhålls i oxygendelignifieringsreaktorn_ En sådan styrning kan göras genom att exempelvis pH-värdet i oxygendelignifieringsreaktorn mäts, till exempel vid oxy- gendelignifieringsstegets 6 utloppsände, och mängden till- förd totaloxiderad vitlut styrs som svar på detta värde.

Enligt uppskattningar som sökanden har gjort kan mängden alkali som tillförs massan före oxygendelignifieringssteget vara 10-20% lägre och åtminstone 5-10% lägre med total oxi- derad vitlut i jämförelse med icke totaloxiderad vitlut för istället väljer att bibehålla samma mängd alkali när totaloxiderad uppnående av samma delignifieringsgrad. Om man vitlut tillförs som när icke totaloxiderad vitlut användes uppnås en mer långtgående delignifiering av cellulosamassan.

Av nedanstående tabell framgår såsom exempel kemikalietill- satsen före oxygendelignifieringssteget, den resulterande mängden borttaget lignin mätt som delta kappa samt kemika- lieförbrukningen per bortaget kappatal för olika mängder partiellt oxiderad. vitlut (OWL) och totaltoxiderad vitlut (TOWL). 5 10 15 fsk t 11 TABELL kg NaOH/ton kg 02/ton Delta kappa kg NaOH/kappa kg 02/kappa (OWL) 36 18 18 2 * 1 * (TOWL) 29 12 18 1.6 0.7 (TOWL) 36 16 22.5 1.6 0.7 (TOWL) 41 18 25.7 1.6 0.7 * totala behovet av kemikalier i steget för att delignifiera och oxidera svavelkomponenter dividerat med mängden utlöst lignin mätt som delta kappa.

Uppfinningen är inte begränsad till den beskrivna utförings- formen utan kan varieras och modifieras inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Förfarandet är inte bara till- lämpligt på sulfat massa utan även på andra kemiska massor, såsom exempelvis sulfitmassa, externt, verkning. varvid vitlut tillhandahålls exempelvis från en intilliggande sulfatmassatill-

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 hr. .. 12 Patentkrav

1. maSSa, Förfarande för en integrerad behandling av cellulosa- innefattande åtminstone följande steg: tillhandahållande av nämnda cellulosamassa; tillhandahållande av en bestämd mängd vitlut innefat- tande alkali och svavelkomponenter; tillhandahållande av en oxygeninnehållande gas; oxidering av svavelkomponenterna hos vitluten genom tillförsel av en del av nämnda gas på så sätt att åtminstone en väsentlig del av svavlet föreligger i form av sulfat; tillvaratagande av det värme som bildas vid nämnda ox- idering av svavelkomponenterna; transport av cellulosamassan till åtminstone en bland- ningsanordning; tillförsel av oxiderad vitlut från nämnda oxiderings- steg till cellulosamassan; tillförsel av en del av nämnda gas till cellulosamassan i nämnda blandningsanordning; blandning av cellulosamassan med den oxiderade vitluten och nämnda gas i nämnda blandningsanordning och transport av cellulosamassan från nämnda blandningsan- ordning till en delignifieringsreaktor för oxygendelignifi- ering av cellulosamassan, varvid cellulosamassan värms innan den tillförs delignifieringsreaktorn och varvid det till- varatagna värmet tillförs delignifieringssteget för nämnda förvärmning av cellulosamassan.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid cellulosamassan värms för upprätthållande av en bestämd och väsentligen jämn temperaturnivå under oxygendelignifieringen.

3. Förfarande enligt krav 2, är mellan 70°C och l20°C, exempelvis 85°C och 100°C. varvid nämnda temperaturnivå 10 15 20 25 30 35 -. -I_ -. ~ . <- _. .I = fr f z . - _. V _ . f. <. .. .- . _ e f -. u: . _ .. f. _; < . <4 r > - - . . . - ,. . hf _ . « 4 , » . . . .f H mf- rr f< L 13

4. Förfarande enligt något av kraven 1 till 3, innefat- tande mätning av temperaturen hos den oxiderade vitluten och kylning av den oxiderade vitluten som tillförs cellulo- samassan såsom svar på nämnda mätning.

5. Förfarande enligt något av de föregående kraven, inne- fattande styrning av den mängd totaloxiderad vitlut som tillförs cellulosamassan på så sätt att en önskad alkali- haltsprofil upprätthålls under delignifieringssteget.

6. Förfarande enligt krav 5, innefattande mätning av en parameter som är relaterad till halten alkali hos cellulosa- massan vid åtminstone en position j. delignifieringssteget, varvid nämnda styrning utförs som svar på nämnda mätning.

7. Förfarande enligt något av de föregående kraven, inne- fattande det efterföljande steget: tillförsel av den delignifierade cellulosamassan till en blekningsprocess.

8. Förfarande enligt krav 7, varvid blekningsprocessen in- nefattar peroxid- och/eller peroxid/oxygenbleksteg och var- vid oxiderad vitlut från nämnda oxideringssteg tillförs cellulosamassan i blekningsprocessen.

9. Förfarande enligt något av de föregående kraven, varvid cellulosamassan har en massakoncentration som är minst 5%, företrädesvis minst 8% och speciellt minst 10%.

10. Förfarande enligt något av de föregående kraven, varvid cellulosamassan har en massakoncentration som är högst 20%, företrädesvis högst 15% och speciellt högst 12%.

11. Förfarande enligt något av de föregående kraven, varvid cellulosamassan innefattar kemiska massor, tillverkade i ïszslf 14 uppslutningsprocesser såsom exempelvis sulfatkokning, sul- fitkokning, sulfatkokning med polysulfid, ASAM, MILOX.

12. Förfarande enligt något av de föregående kraven, varvid nämnda första och/eller andra oxygeninnehàllande gas inne- håller åtminstone 60%, åtminstone 70%, åtminstone 80% eller åtminstone 90% oxygen.