SE518538C2 - Förbehandling av flis med färsk vitlut före behandling med svartlut - Google Patents

Description

5 1 8 5 5 8 2 I alla dessa koncept har tillsats av alkali skett tidigt i koket, eller tidigt under impregnering, varefter den etablerade kokvätskan succesivt har fått mindre eller större tillsatser av alkali.

Under 80-talet utvecklades MCC tekniken, vilket innebar att alkali delades upp i satser. Normalt satsades huvuddelen i medströmszonen, cirka 75-80%, varav 45%-70% satsades till impregneringen, och 10-35% till kokzon, och resterande mängd, cirka-20-25%, satsades i motströmszonen. Därmed kunde alkali koncentrationen reduceras till en nivå om cirka 40 gram NaOH/liter i början av impregneringen. På detta sätt kunde en viss utjämning av alkaliprofilen i koket erhållas.

I en kokare med MCC-tekniken implementerad kan typiskt en total sats av alkali till koket motsvara 18% effektivt alkali räknat som NaOH. Av detta satsas redan 12% till impregneringen (relativ andel 12/18*100 »~. 67% av total sats), emedan 2% (relativ andel 2/18*100 z 11% av total sats)satsas till överföringen och 4% (motsvarar relativ andel 4/18*1OO e 22% av total sats) till andra motströmszon i koket. l syfte att ytterligare utjämna alkaliprofilen under koket så har man börjat tillämpa mycket höga vätske-ved förhållanden samt hög andel svartlut i förimpregneringskärl. Denna teknik utgör en av grunderna i det av Kvaemer Pulping utvecklade COMPACT COOKINGTM konceptet. Härigenom kan alkali- koncentrationen i kokvätskan reduceras, samtidigt som dock mycket alkali finns tillgängligt totalt sett i impregneringsvätska och kokvätskan under den initiella och snabba neutralisationsprocessen. Nödvändig mängd alkali för en effektiv neutralisationsprocess kan då finnas i kokvätskan. I dessa system har så pass högt vätske-ved förhållande som 7:1 och upp till 8:1 tillämpats i förimpregneringskärl och i kokare med integrerad impregneringszon. l syfte att utjämna alkaliprofilen så har olika förslag på alkalijustering under koket i kokaren använts. Exempelvis kan man tillämpa justeringscirkulationer, där en mängd kokvätska dras av från kokaren och återförs till kokaren efter alkalijustering, eller där avdragen kokvätska som återföras till kokaren helt 0126SE.doc 20 25 30 518 538 3 eller delvis ersättas med spädvätska, vilket främst ger en reduktion av utlöst material (lignin etc.). Att dra av kokvätska vid flera positioner och sedan ersätta den avdragna kokvätskan med annan vätska medför dock minskat utbyte, då fiberrester och utlöst hemicellullosa försvinner ut med den avdragna kokvätskan.

Ett sätt att öka utbytet har varit att tillsätta polysulfid under koket, dock sönderdelas polysulfid termiskt vilket leder till att en stor del bryts ned av den höga koktemperaturen innan utbyteshöjande effekt erhålles på massan.

Ytterligare ett sätt är att återföra avdragen kokvätska från kokets initiella fas, vilken kokvätska då är rik på utlöst xylan, och därefter återföra den xylan-rika kokvätskan till kokets sista fas, där xylan kan återutfällas på fibrema. För denna process är det av stor vikt att uppehållstiden för den xylanrika luten hålls lång, typiskt minst 60 minuter, så att utfällningsprocessen hinner komma igång och ge en verksam effekt på utbyteshöjningen. Typiskt kan utbytet höjas med 2-5% med denna typ av xylan återutfällning.

Utbytet är mycket betydelsefullt vid kokning då en höjning med en enda procent medför att en produktionsanläggning av normalstorlek på 1.500 ton/dygn ger ökad produktion om 15 ton, vilket med ett massapris på 700 USD/ADT, ger en ökad intäkt på minst 10.500 USD per dygn. Ökning av marginalproduktionen ger i allt väsentligt en ren vinst.

Dessutom minskas belastningen på återvinningen om mindre andel cellullosa skickas till indunstning och förbränning i sodapannan.

Flera olika lösningar är kända där svartlut användes som impregneringsvätska i en impregneringszon innan koket. I US 5.080.755 visas ett system med svartlut i inrnatningen. l US 5.053.108 visas en variant där svartlut avdragen från kokaren återcirkuleras till högtryckskiken för att där bilda större del av behandlingsvätskan i överföringscirkulation till kokaren. I EP 477.059 visas en vidareutvecklad variant där vedflisen impregnerad med svartlut lyfts till koktemperatur innan den huvudsakliga tillsättningen av vitluten. Dessa visar att mängder med olika förslag på processer studerats i syfte att förbättra 0 l 26SE2,doc 20 25 30 518 538 4 massan kvalite, utbyte under bibehållande av hög delignifieringsgrad i den efter koket tvättade massan.

Ugupfinningens syfte och ändamål Det huvudsakliga syftet med uppfinningen är att öka utbytet från koket genom att använda en sekvens med behandlingsvätskor där man etablerar gynsamast möjliga förutsättningar för massan under såväl överföringen, impregnering samt efterföljande kok.

Ett annat syfte är att vid användning av främst polysulfidrik vitlut utnyttja den utbyteshöjande effekten av polysulfiden vid en processposition där temperaturen inte är alltför hög och polysulfiden kan ge den utbyteshöjande effekten utan att polysulfiden dessförinnan hunnit brytas ned. Därefter kan ytterligare temperaturhöjning av flisen ske i annan impregnerings-/kokvåtska, varefter den egentliga kokningen sker. Polysulfiden reagerar snabbare än alkali, speciellt vid lägre temperaturer, och i allt väsentligt förbrukas endast en mindre del av alkali som sedan kan användas i koket. Polysulfids oxiderande förmåga dvs utbytehöjande effekt ökar med ökande alkalihalt. Det gör att det också är fördelaktigt att satsa polysulfid med vitlut tidigt i kokprocessen.

Ytterligare ett syfte är att genom den tidiga satsningen av alkalirik behandlingsvätska vid måttlig temperatur och kort uppehàllstid så erhålles en effektiv initiell neutralisering av flisen samt upplösning av lättlösligt lignin utan att massastyrkan påtagligt påverkas. Genom förfarandet kan sedan de längre impregneringsprocesserna samt avslutande kokprocess ske vid lägre alkalihalter, vilket totalt sett ger god massastyrka kombinerat med högt utbyte.

Uppfinningen kan tillämpas på såväl ångfaskokare som hydrauliska kokare, med inverterad toppseparator såväl som nedåtmatande toppseparator samt typer utan toppseparator och kan användas vid tillverkning av cellulosamassa enligt både sulfit och sulfatmetoden. Likaså kan såväl lövved, barrved, ettåriga växter (typ bagass etc.) mm. utgöra cellulosaråvaran. 0126SE211oc 20 25 30 518 538 . -f 5 Uppfinningen kan även tillämpas i satsvis kokning, så kallad batch-kokning, där flisen matas till ett kärl där sedan en sekvensbehandling följer av den i kärlet stillastående flisen.

Ritningsförteckning Figur 1, visar hur satsning av vitlut sker enligt känd teknik.

Figur 2, visar hur satsning av vitlut sker i enlighet med uppfinningen, Figur 3 visar principiellt hur uppfinningen kan tillämpas i ett system med kontinuerlig kokning; Detaljerad Beskrivning av föredragna utföringsformer lfigur 1 visas översiktligt hur man konventionellt hartillverkat cellulosamassa med olika alkaliska kokprocesser. Utgångmaterialet, ofta huggen flis (chip), matas till en flisficka där det sker en uppvärmning av flisen medelst ånga (CSt / Chip Steaming). Ofta sker detta i flera steg, med ånga(St / Steam) av successivt högre värrnevärde(temperatur). Uppvärmningen av utgångsmaterial sker till en temperatur i området 80i20°C, under en tidsrymd om minst 5-60 minuter. Normalt bildas giftiga svaggaser (Gas) vilka omhändertages och destrueras i ett svaggassystem.

Efter uppvärmningen med ånga blandas/slammas cellulosamaterial upp i en vätske-ved blandning genom tillsättning av vätska. Tillsatt vätska erhålles från efterföljande behandlingssteg i koket, så kallad svartlut(BL/Black Liqour), och ofta med en tillsättning vitlut/alkali (WL /White Liqour). Denna vätske vedblandning förs i en överföringscirkulation, oftast innefattande pump/pumpar och slussmatare (ex.vis en högtryckskik) vidare till ett trycksatt behandlingskärl. Här visas ett behandlingssteg, BL-imp/Black Liqour lmpregnation, där cellulosamaterialet impregneras med svartlut med en given restalkalihalt. l samband med inmatningen till detta behandlingsteg, BL-imp, frånskiljes huvuddelen av vätskan i överföringscirkulationen och returneras till inmatningen, Csl/Feed, och ny vätska i form av svartlut, men även tvättvätska, Wash Liq tillsättes. 0126SE.doc 10 20 25 30 518 538 6 Efter det att cellulosamaterialet behandlats med svartlut och förbrukat restalkalit i denna avdrages kvarvarande förbrukad svartlut till återvinning, BL- REC. Normalt ligger restalkali-halten på den förbrukade svartluten väl under 15 g/l, typiskt under 8 g/l.

Efter impregneringen, vilken kan ske i fler än ett steg med olika svartlutar, börjar själva kokningen. Här visas två koksteg, Cook1 samt Cook2, där första koksteget Cook1 kan vara ett så kallat medströmskok, konventionellt vid temperatureri området 150:20°C, där alkalit satsas i början på koket och får följa med flisen i en kontinuerlig kokare. l äldre kokningssystem drogs förbrukad kokvätska, svartlut, av från koksteget till återvinningen , Konv. & Mcc/lTC REC, och då återfördes ingen svartlut till ett föregående svartlutsimpregnemingssteg. l andra koksteget Cook2 kan kokningen ske i ett motströmsförfarande, konventionellt vid temperatureri området 150:20°C. Här kan viss del av alkalit satsas i botten på motströmszonen, varefter kokvätskan går motströms flisflödet. Normalt har flisen en uppehállstid i kozonerna Cook1/Cook2 i intervallet 40-200 minuter.

Efter kokningen vidtager tvättning, wash eller displacement, där utlöst lignin tvättas ut från den kokade massan för erhållande av en massa med kappa tal under 40, företrädesvis under kappa 24.

Vad gäller satsningen av färsk vitlut, WL, så gjordes denna i huvudsak i början på koket, och endast mycket ringa satsningar, väl under 50% och normalt under 20%, av vitlut gjordes i impregneringen innan koket. När polysulfidrik vitlut användes för utbyteshöjning tillsattes denna under impregneringen, vid lägre temperatur, och fick följa med flisen till koket.

När svartlutsimpregneringen infördes modifierades kokningen så att ett relativt högt restalkali erhölls i avdraget från kokaren, normalt runt 20g/l eller högre, vilken svartlut fördes till svartlutsimpregenringen där restalkalit förbrukades ner till en nivå under 10 g/l, men huvuddelen, mer än 50%, av satsningen av färsk vitlut, WL, nödvändigt för processen satsades fortfarande till koket.

UIZÖSEldoc :unnu 20 25 30 ? . . . . . . . . . ..

I figur 2 visas ett fördelaktigt förfarande i enlighet med uppfinningen, där istället huvuddelen, mer än 50%, av satsningen av vitluten sker i ett förbehandlingssteg som är placerat före ett behandlingssteg med svartlut.

Utgångmaterialet (chips), matas som tidigare visats till åtminstone ett steg där det sker en uppvärmning av flisen medelst ånga (CSt). Uppvärmningen av utgångsmaterial sker företrädesvis till en temperatur i området 80i20°C, under en tidsrymd om minst 5-60 minuter.

Efter uppvärmningen med ånga slammas/blandas cellulosa material upp i en vätske-ved blandning genom tillsättning av vätska (som erhållits från efterföljande behandlingssteg i koket) och en större del av den för koket erforderliga satsningen av färsk vltlut. Minst 50% av den totala satsningen av alkali som erfodras för att koka cellulosan ner till ett kappa tal under 40, företrädesvis under kappa 24, tillföres i denna position. Så mycket som upp till 100% av den totala satsningen av färsk vitlut till Impregnering och koket kan göras l denna position.

Denna vätske-ved blandning med hög halt av alkali förs i en överförings- cirkulation på gängse sätt vidare till ett trycksatt behandlingskärl. Här visas ett behandlingssteg, BL-imp/Black Liqour lmpregnatlon, där cellulosamaterialet impregneras med svartlut med en given restalkalihalt.

I samband med inmatningen till detta behandlingsteg, BL-imp, fränsklljes huvuddelen av vätskan i överföringscirkulationen, minst 50% men upp till 90%, varefter denna vätska tillsättes till cellulosan i samband med kokningen vid koktemperaturen. På detta sätt ges en möjlighet för vitluten att fälla ut sitt innehåll av polysulfid på cellulosafibrerna vid en processposition, här i överföringen, där en lägre temperatur råder vilken temperatur inte är så hög att polysulfiden till större omfattning riskerar att brytas ned innan den utbyteshöjande effekten inträder. lnför behandlingen med svartlut ersättes den alkalirika vätskan i överföringen med svartlut.

Efter det att cellulosamaterialet behandlats med svartluten och förbrukat restalkalit i denna avdrages kvarvarande förbrukad svartlut till återvinning, BL- REC. Normalt bör restalkali halten på den förbrukade svartluten även här I ligga väl under 15 g/l, typiskt under 8 g/I. 0126SE.doc 20 25 30 518 538 8' Efter impregneringen, vilken kan ske i fler än ett steg med olika svartlutar, börjar själva kokningen. Här visas två koksteg, Cook1 samt Cook2, där första koksteget Cook1 kan vara ett så kallat medströmskok, konventionellt vid temperatureri området 150if20°C. Då den alkalirika vätskan från överföringscirkulationen tillsättes till koket reduceras satsningen av färskt alkali till kokstegen i motsvarande grad.

Den alkalirika vätskan från överföringscirkulationen och den mindre mängden färskt alkali satsas i början på koket och får följa med flisen i en kontinuerlig kokare. l andra koksteget Cook2 kan kokningen ske i ett motströmsförfarande, konventionellt vid temperaturer i området 150:20°C. Här kan viss del av alkalit, eller det alkalirika avdraget från impregneringen, satsas i botten på motströmszonen, varefter kokvätskan går motströms flisflödet. Normalt har flisen en uppehållstid i kokzonerna Cook1/Cook2 i intervallet 40-240 minuter, och företrädesvis cirka 120120 minuter per kokzon.

Efter kokningen vidtager på konventionellt sätt tvättning, wash eller displacement, där utlöst ligning tvättas ut från den kokade massan för erhållande av en massa med kappa tal under 40, främst för barrved, och företrädesvis under kappa 24, främst för löwed. l figur 3 visas schematiskt ett system för kontinuerlig kokning av cellulosamassa där det uppfinningsenliga förfarandet kan tillämpas. Flisen, chips, matas till en flisficka 10 därflisen värms upp med ånga, St, under avdrivning av svaggaser, Gas. Den så uppvärmda flisen matas sedan till ett flisstup 11 där flisen slammas upp till lämpligt vätske-ved förhållande genom tillsättning av vitlut, WL och i eventuellt i kombination med viss tillsats av svartlut (icke visat). I botten på flisstupet 11 slussas flisen vidare med en högtryckskik 12 via en överföringscirkulation 13a,13b till ett trycksatt behandlingskärl 15 för svartlutsimpregnering. Vätskan som tillförts flisstupet 11 och som medföljer flisen i flödet 13a frånskiljes till största delen från flisen med en toppseparator 14, och returneras till högtryckskiken 12 via återföringsflödet 13b. Den alkalirika överföringsvätskan dras av i ett flöde 30 i ()126SE2.doc vagn: 10 20 25 30 51 s sas v en mängd som motsvarar tillsatsen av färsk vitlut till flisstupet 11 för senare a o r | 1 n nu tillsättning inför koket.

En tillsättning av vitluten vid denna position i systemet medför att en relativt kort uppehållstid erhålles vid måttlig temperatur, i området 60:40°C på cirka 2-60 minuter, företrädesvis 2-10 minuter, varför den höga alkalinivå inte hinner påverka massastyrkan. l behandlingskärlet 15 sker en Impregnering med svartlut vilken tillsättes via flödet 31 som avdragits från koket via avdragssilen 20. Restalkalinivån på svartluten i flödet 31 ligger normalt väl över 15 g/l. l behandlingskärlet 15 sker en förbrukningen av restalkalit och förbrukad svartlut med en restalkalihalt under 10 g/l dras av från silen 16 för vidare befodran till återvinningen 32.

Efter behandlingen med svartluti kärlet 15 matas flisen till kokaren 19 och den alkalirika vätskan 30 tillsättes lämpligen flisen inför koket i samband med utmatningen 17 från behandlingskärlet 15. Det sålunda förbehandlade utgångsmaterialet matas kontinuerligt till toppen på kokaren 19. Efter kokning i exempelvis en första medströmskokning och en avslutande motströmskokning matas färdigkokt massa ut från kokarens botten och vidare till en tvättapparat, här en tryckdiffusör, där det i koket utlösta ligninet tvättas ur för erhållande av en cellulosamassa med kappatal under 40, företrädesvis kappa under 24.

I figur 3 visas bara de för uppfinningen väsentliga funktionerna. Exempelvis så kan det finnas flera uppvärmningscirkulationer respektive avdragspositioneri såväl impregneringskärl 15 som kokaren 19. Likaså kan flera tvätt- eller spädvätska dras av vid A, B eller C, för att tillsättas till inmatning, Impregnering respektive kok, för att i dessa zoner etablera rätt vätske ved förhållande.

Om man använder ett satsvis koksystem för tillverkning av cellulosamassa kan det uppfinningsenliga alkalirika behandlingen ligga före eller efter impregneringen med varm svartlut, där den satsvisa kokningen av den flis som fyllts på kärlet sker enligt sekvensen; 1) Fyllning av kärlet med flis 0126SE.doc rum» 20 25 30 518 5 3 8 - 'f ' /O 2) Värmning av flisen med ånga 3) Värmning/impregnering med varm svartlut 4) Värmning/impregenering med het svartlut 5) Kokning med koklut 6) Tvättförträngning efter koket där den utdrivna kokvätskan lagras i tank för het svartlut; 7) Tvättförträngning efter föregående steg med tvättvätska där den först utdrivna vätskan lagras i tank för varm svartlut. 8) Tömning av den kokta och tvättade flisen.

Den alkalirika behandlingen kan således ligga före steg 3 eller efter steg 3 i ovan angivna sekvens, som ett tillkommande eller steget 3 ersättande steg där flisen behandlas med den färska vitluten.

Uppfinningen kan modifieras på ett flertal sätt inom ramen för patentkraven.

Exempelvis kan uppfinningen även tillämpas i ett kontinuerligt kokeri i en övre behandlingszon på ett impregneringssteg vilken zon avgränsas med en avdragssil i en övre del för behandling med alkalirik behandlingsvätska, och åtminstone en underliggande behandlingszon för svartlut.

Den alkalirika vätskan, som avdragits från den uppslammade cellulosa- suspensionen innan svartlutsimpregneringen, kan även tillsättas på flera positioner i koket. Exempelvis kan åtminstone en del av denna alkalirika behandlingsvätska tillsättas i botten på kokaren i slutet på en motströmskokzon. Den kan även tillsättas i mitten på koket om alla kokzoneri kokaren är medströmskokzoner.

Uppfinningen är mest fördelaktig i de massabruk där man framställer polysulfidrik vitlut för användning i kokprocessen, vilken polysulfid ger en påtaglig ökning av utbytet från koket om den kan utnyttjas optimalt utan att brytas ned innan de positiva effekterna på fibrerna erhållits. Polysulfiden reagerar mycket snabbare än alkalit, varför man erhåller full effekt av polysulfiden utan större förbrukning av alkali. 0126SE.doc

Claims (12)

1. »»,|| 20 25 30 1. 518 538 I/ PATENTKRAV Förfarande för framställning av cellulosamassa, där man i flera steg behandlar ett utgángsmaterial, företrädesvis huggen vedflis, i olika behandlingssteg vid successivt ökande temperatur, där första steget kan innefatta uppvärmning av utgångsmaterialet med ånga till en första temperatur, och i efterföljande steg behandla utgångsmaterialet med olika impregneringsvätskor i successivt ökande temperatur för att slutligen kokas i en alkalisk kokvätska vid en förbestämd koktemperatur i området 150i20°C k ä n n e t e c k n at av att flisen i ett förbehandlingsteg före åtminstone en behandling med svartlut med en given restalkalihalt behandlas i ett steg vid en temperatur väl under koktemperaturen, minst 20°C under kok-temperaturen, och företrädesvis under temperaturen för behandlingen med svartlut, där impregnerings vätskan i detta förbehandlingssteg utgöres av minst 50% av den totala alkalisats som erfordras för att koka cellulosan, varefter huvuddelen av den i förbehandlingssteget använda impregneringsvätskan avdrages från extrasteget och inför behandlingen med svartlut ersättes med svartlut, och att den avdragna impregneringsvätskan från förbehandlingssteget tillsättes till cellulosan i samband med kokningen vid koktemperaturen.

2. Förfarande enligt krav 1 k ä n n e t e c k n at av att impregnerings vätskan i förbehandlingssteget utgöres av minst 50% av den totala alkalisats som erfordras för att impregnera och koka cellulosan ner till ett kappa tal under 40, företrädesvis under kappa 24.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2 k ä n n e t e c k n at av att impregnerings vätskan i förbehandlingssteget utgöres av upp till 100% av den totala alkalisats som erfordras för att koka cellulosan ner till ett kappatal under 40, företrädesvis under kappa 24.

4. Förfarande enligt krav 1,2 eller 3 k ä n n e t e c k n a t av att temperaturen i förbehandlingssteget ligger i området601°4O°C. 0126SE.doc 20 30 518 538 /Z

5. Förfarande enligt krav 4 k ä n n e t e c k n a t av att uppehållstiden i förbehandlingssteget ligger i området 2-60 minuter, företrädesvis 2-10 minuter.

6. Förfarande enligt krav 5 k ä n n e t e c k n a t av att den den avdragna impregneringsvätskan från förbehandlingssteget har en restalkalihalt över 35 g/l, företrädesvis över 45 g/l.

7. Förfarande enligt krav 6 k ä n n e t e c k n a t den avdragna impregner- ingsvätskan från extrasteget förs till en position i efterföljande kok med full koktemperatur.

8. Förfarande enligt krav 5 k ä n n e t e c k n a t av att före förbehandlings- steget uppvärmes utgångsmaterialet medelst ånga till en temperatur i intervallet 60-1 OO°C.

9. Förfarande enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att förfarandet tillämpas i en kontinuerlig process med en kontinuerlig kokare där förbehandlat utgångsmaterial kontinuerligt matas till toppen på kokaren och där kokad cellullosa kontinuerligt matas ut från kokaren botten.

10.Förfarande enligt krav 9 k ä n n e t e c k n a t av förbehandlingssteget sker i samband med överföring av utgångsmaterialet från en flisficka via en överföringscirkulation till ett trycksatt behandlingskärl där behandling av cellulosamaterialet sker med svartlut med en given restalkalihalt.

11.Förfarande enligt krav 10 k ä n n e t e c k n at av att svartluten med en given restalkalihalt erhålles från ett avdrag från kokprocessen, där denna svartlut har en restalkalihalt i området 10-100 g/l, företrädevis över 15 g/l.

12.Föifarande enligt något av kraven 1-8 k ä n n e t e c k n a t av att förfarandet tillämpas i en satsvis process där utgångsmaterialet matas till 0126SE2.doc 5 1 8 5 3 8 /3 ett kärl och där olika behandlingsvätskor därefter användes i en sekvens för att genomströmma utgångsmaterialet i kärlet intill dess detta färdigkokats till aktuellt kappa tal. »zurp 0126SE.doc