SE526162C2 - Tillverkning av färdigblekt lövvedsmassa i ett klordioxidsteg följt av ett trycksatt peroxidsteg - Google Patents

Description

:#40 20 30 526 162 Z Vid tillverkning av fluffmassa används i ett bruk i Sverige (Skutskär) sekvensen DQ(PO) på barrmassa (softwood), vilket ger en ljushet på producerad massa i nivå med 88% ISO. l denna sekvens tillämpas den gängse tekniken för klordioxidsteget, med temperaturer runt 60 °C. Denna fluffmassa, vilken användes till sanitetsprodukter såsom blöjor, servetter m.m, och då eftergulning inte är ett påtagligt problem vid blekning av barrmassa, är processen kommersiellt gångbar. l ett annat bruk i Sverige (Skoghall) så användes sekvensen DQ(PO) på barrrnassa och processen drivs inte lika långt då massan användes för framställning av kraftmassa med lägre ställda krav på ljushet till förmån för styrka (användes till kartong tillverkning). I inte i något bruk användes bleksekvensema DQ(PO) eller (DQ)(PO) på syrgasdelignifierad lövmassa, då lövmassan har mycket större benägenhet till eftergulning.

Uppfinningens syfte och ändamål Det huvudsakliga syftet med uppfinningen är att få en process för tillverkning av blekt cellulosamassa från ett sulfatkok, företrädesvis med svårblekt löwedsmassa, med så få processteg som möjligt, där antalet kostsamma tvättapparater minimerats, men där massa med kommersiell ljushet över 90% ISO kan erhållas med god massakvalitet, dvs styrka dragindex m.m.

Ett annat syfte är att erhålla en blekprocess med i allt väsentligt konstant temperatur, där skillnader mellan lägsta och högsta temparturi processen är minimal, varigenom energibehovet kan reduceras betydligt relativt alternativa processer där temperaturen på massan efter kokningen sänks mer än 20-30 grader, för att sedan återigen höjas 20-30 grader.

Ytterligare ett syfte är att bibehålla en hög verkningsgrad i ingående tvättapparater, vilket ger bättre processresultat alternativt högre kapacitet i processen. 0230se.doc b IOIII 20 30 526 162 3 Ännu ett syfte är att massans ljushetsstabilitet, speciellt för lövvedsmassa som kokats i ett sulfatkok, kan bibehållas hög utan att behöva implementera speciella behandlingssteg för reduktion av eftergulning.

Ritningsförteckning Figur 1, visar en komplett behandlingsprocess enligt uppfinningen.

Detaljerad Beskrivning av föredragna utföringsformer lfigur 1 visas en komplett apparatuppsättning för delignifiering samt efterföljande slutblekning.

Massan som erhålles efter kokningen och efterföljande sileri matas till ett fallrör 1, där oxiderad vitlut kan tillsättas ( Ox. Wh. L).

DELlGNlFlERlNG (Syrgas I 02) Massan matas och trycksättes till en första trycknivå P1 med pump 2 till en första mixer 3 där syrgas (oxygen) tillsättes. En första reaktionszon med uppehållstiden Ri bildas i en ledningsloop 4, vid ett bestämt första tryck P1 samt vid en första temperatur T1. Dessa villkor, P1/T1/R1 etablerar optimala reaktionsvillkor för den första delignifieringszonen.

Efter denna första delignifieringszon matas och trycksättes massan till ett bestämt andra tryck P2 med pump 5 till en andra mixer 6 där syrgas (oxygen) och ånga (steam) tillsättes. En andra reaktionszon med förlängd uppehållstid R2 bildas i en reaktor 7, vid ett bestämt andra tryck P2 samt vid en andra temperatur T2. Dessa villkor, P2fl'2/R2 etablerar optimala reaktionsvillkor för den andra delignifieringszonen.

Delignifieringen sker företrädesvis i enlighet med det av Kvaerner Pulping AB marknadsförde systemet DUALOXTM, vilket system motsvarar patent- ansökningen SE,A,9902586-8 (=EP,A,1067237), och som utmärkes av att storhetema P2fl'2/R2 alla överstiger villkoren i första delignifieringszonen P1/T1/R1, d.v.s att P2 > P1_ T2> Tisamt även att R2> R1. 02§$0se.doc 20 25 30 526 162 lll DUALOXTM är en vidareutveckling av Kvaerners Pulping ABs utvecklade två- reaktor syrgasdelignifiering med pionjärpatent i SE,C,467582, vilken tvàreaktorsteknik fått omfattande marknadsacceptans och eftertagning av andra leverantörer av delignifieringssystem.

Denna processteknik i DUALOXTM skiljer sig från den gängse tekniken där trycksättningen etableras i första zonen och där tryck i efterföljande reaktorer är lägre. Pâ detta sätt etableras en optimal delignifieirngsprocess som anpassats till initiell samt avslutande delignifieringsprocess.

Efter delignifieringen i reaktor 7 matas massan till till ett ventilerande stup 8, där massan avlastas från visst övertryck.

Inom uppfinningstanken så kan givetvis även andra typer av delignifierngssteg användas, exempelvis även en reaktors syrgasdelignifieringssystem, men där en massa med kappatal under 15 erhålles.

TVÄTI' EFTER DELIGNIFIERING Efter delignifieringen vidtager tvättning av massan. För bästa effekt användes här två tvättapparateri serie, där den första tvättapparaten är en så kallad tryckdiffusör 10. Denna apparat matar in massan i toppen där massan leds i ett ringformat flöde ned mot utloppet. Tvättvatten tillföres den bildade nedåtströmmande massabädden från utsidan, varpå man förtränger ut filtrat radiellt inåt i tomet. Den trycksatta tvätten medför att en högtemperaturtvätt kan erhållas med bibehållen hög temperatur på massan från föregående syrgasdelignifiering in i tvättapparaten.

Efter tryckdiffusören leds massan till en tvättpress 11, företrädesvis men inte nödvändigtvis en tvättpress av typ COMPACT PRESS, motsvarande patentet SE,C,512753 (=US6306259). Här sker en tvättförlrängning med tvättvätska samt slutavvattning genom att massan som lagts på två motroterande trummor leds via konvergerande svep mot ett avslutande pressnyp mellan trummoma där slutawattning sker.

Kombinationen med dessa två olika tvättapparater ger en ur tvättsynpunkt optimal tvätt av massan, vilket är mycket viktigt i denna tidiga position av O230se.doc 20 30 526 162 S" massans behandling. Även om varje tvättapparat motsvarar en investering på 30-50 miljoner SEK (drygt 3-5 miljoner Euro), så hämtas denna investeringskostnader oftast hem i form av lägre driftskostnader i form av lägre kemikaliesatsningar senare i blekprocessen.

KLORDIOXIDSTEG Efter syrgastvätten 10,11 leds massan till ett stup 15 för vidare befodran och trycksättning, medelst en pump 16, till efterföljande klordioxidsteg. Den från pumpen trycksatta massan leds till en mixer 17 där klordioxid (ClOg) satsas till massan. Efter denna kemikalimixer leds massan till en ångmixer 18, där ånga tillföres massan i syfte att värma upp den till erforderlig temperatur.

Efter denna satsning av klordioxid samt ånga leds massan till en uppströms- reaktor 19, där massan matas in underifrån och därefter matas uti toppen.

METALLBINDNING (Q-benandiing) _ I klordioxidstegets slutfas, som sker under sura betingelser som är gynnsamt för utlösning av metaller från massan, satsas kelateringsmedel, här i form av DTPA, till det massastup 20 som mottager massan från den föregående klordioxidbehandlingen i reaktorn 19.

Då inte alla metaller är skadliga för efterföljande peroxidsteg, så kallade nyttiga metaller såsom kalcium och magnesium (som återutfäller på massan vid pH över 5), så kan en alkalitillsats (NaOH) tillsättas i samband med tillsättningen av kelateringsmedlet.

Lämpligt pH som därvidlag etableras för att behålla de nyttiga metallema skall då ligga i intervallet pH 5-7.

TVÄTT EFTER KLORDIOXID (KELATERING/Q-behandling)' Den i stupet 20 befintliga massan, med sin tillsats av kelateringsmedel samt alkali, matas därefter med en pump 21 till en tvättapparat 22, vilken motsvarar den tidigare beskrivna tvättapparaten 11.

PEROXIDSTEG 0230se.doc 0 0 I IOII C000 QIO 20 30 526 1s2 C;- Efter klordioxidtvätten 22 leds massan till ett stup 25 där man satsar peroxid (H2O2). Från stupet 25 befodras och trycksättes massan med en pump 26 till mixer 27. l denna mixer satsas ånga (MP-Steam) samt syrgas (oxygen).

Massan som tillsatts peroxid, ånga samt syrgas leds sedan till ett efterföljande peroxidsteg i form av en uppströmsreaktor 29, där massan matas in underifrån och därefter matas ut i toppen.

TVÄTl' EFTER PEROXlD Efter peroxidsteget 29 matas massan till ett ventilerande stup 30 där övertryck på massan vädras bort. Efter stupet 30 matas massan med en pump 31 vidare till en avslutande tvättapparat 32, vilken motsvarar de tidigare beskrivna tvättapparaterna 11 och 22. Massan ut från tvättapparaten 32 ger den färdigblekta massan.

PROCESSVÄTSKEFLÖDEN Rent processvatten leds i strikt motström, relativt massaflödet, genom processen.

Det rena processvattnet 40 (White Water) tas in i processen som tvättvätska till sista tvätten 33. Filtratet 41 från tvätten 33, som är vannt, leds i sin tur via tanken 60, dels till stupet 30 som spädvätska dels till tvätten 11 som tvättvätska.

För den mellanliggande tvätten 22 tillföres processen hetvatten/kondensat 42, som normalt finns tillgängligt på massabruket. Filtratet 43 från tvätten 22, som innehåller utlösta metaller/kelat, går via tank 61 dels till stupet 20 som spädvätska dels via värmeväxlare 62 till massan före stupet 15 som spädvätska. l tvättpositionen efter klordioxidsteget där metaller tvättas ur massan i tvättapparaten 22 så medger processen en begränsad utblödning av metallrikt flitrat till avlopp (eller speciellt destruktionssystem).

Utblödningen av metallrikt filtrat 44 från tvättapparatens 22 filtrat 43 kan begränsas till en volym motsvarande < 5 ma/ton massa. 0230sc.doc 20 30 526 162 5* Filtratet från tvätten 11 leds via tank 63 till tvätten 10 som tvättvätska, och flltratet från tvätten 10 leds sedan i sin tur motströms i processen till föregående kokning (icke visad) på i sig känt sett.

PROCESSVILLKOR Processvilkoren som användes i figur 1 och som är nödvändiga för blekningen, medger att full ljushet, så kallad "90massa", kan erhållas från en sulfatkokad massa som i huvudsak utgöres av lövedsamassa, dvs. att mer än 85% av massan utgöres av löwedsmassa, vilken massa därefter syrgas- delignifierats i åtminstone ett alkaliskt syrgassteg, varvid massan efter syrgasdelignifieringen tvättas för erhållande av en massa med ett kappatal under 15.0 innan den uppfinningsenliga blekningen tar vid för erhållande av blekt massa med önskad ljushet.

Löwedsmassan är mer benägen till eftergulning än barrvedsmassa.

Processen är avpassad och utgår från att-att hela slutblekningen sker vid en massakoncistens i området 5-15% i en bleksekvens benämnd (DQ)*(PO), där kelateringen Q är en option, och "*" betecknar hög temperatur över 85°C eller företrädesvis över 90°C. Bleksekvensen kan således i sin enklaste form benämnas D*(PO). lett första bleksteg i form av ett klordioxidsteg D* tillsättes ånga, klordioxid samt syra vid behov för pH korrigering. Mängden klordioxid som satsas skall motsvara en kappafaktor i intervallet O,5-2,5. Syra tillsättes i en mängd som resulterari ett start pH under 4.0. Ånga tillsättes i en mängd vilken resulterari en temperatur på minst 90 °C, företrädesvis 100°C eller mer. Uppehållstiden i D* liggeri intervallet 60-200 minuter, företrädesvis 90-120 minuter. På detta sätt erhålles en mycket hårt drivet klordioxidsteg som samtidigt ger en nebrytning/utlösning av de beståndsdelar i massan som annars orsakar eftergulning, och där låga halter av AOX i filtrat erhålles.

Efter D* tvättas massan i en tvättapparat.

Den tvättade massan överföres sedan till ett trycksatt peroxidsteg (PO), med minst 2 bars övertryck företrädesvis 5-20 bars övertryck, i vilket (PO) steg alkali tillsättes i en mängd som resulterar i ett start pH över 9.0, typiskt pH 10,5-12,0. Peroxid tillsättes (PO) steget i en mängd inom intervallet 5-25 kg 0230se.doc Ironi 20 30 526 162 rr ton massa (kg/BDMT). Ånga tillsammans med syrgas/OZ tillsättes i en mängd vilken resulterari en temperatur på minst 90°C, och företrädevis över 100 °C och som mest upp till 140°C. Syrgasen tillsättes i en lämplig mängd i intervallet 2-20 kg/BDMT.

Uppehållstiden i detta peroxidsteg (PO) liggeri intervallet 30-200 minuter, företrädesvis 60-120 minuter.

Efter peroxidsteget (PO) tvättas massan med åtminstone en tvättapparat för erhållande av en färdigblekt massa med önskad ljushet. Tvättapparaten kan företrädesvis vara en tvättpress, eller en diffusörtvätt där diffusörtvätten sitter anordnat i toppen på ett uppflödes lagringstorn, där Iagringstornet kan ha 20- 180 minuters uppehållstid vid atmosfäriska förhållanden (ej trycksatt lagerhållning utöver statiskt tryck i tornet).

I en föredragen utföringsform av processen motsvarar satsningen av klordioxid i D*-steget en kappafaktor i intervallet 1,0-2,0. Mängden klordioxid som satsas, samt syra vid behov för pH korrigering, motsvarar en mängd klordioxid som ligger i intervallet 10-20 kg per ton massa (kg/BDMT), företrädesvis omkring 1511 ,0 kg per ton massa (kg/BDMT).

Vid blekning av massor med högt metallinnehåll, eller vid processer där man inte löst ut dessa metaller på annat sätt (exvis genom sura förblekningsteg etc), behandlas massan efter klordioxidbehandlingen utan mellanliggande tvätt med komplexbildare, företrädesvis DTPA, och vid behov alkalitillsättning för höjning av pH, följt av tvättning av massan. Alkalit tillsättes då i en mängd vilket resulterar i ett pH i intervallet 5-7.

I en fördelaktig implementation sker hela bleksekvensen inklusive åtminstone sista steget i en föregående två-reaktors syrgasdelignifiering vid temperatur över 90 °C. Lämpligen kan sista (PO) steget ske vid t00°C, föregående (DQ)*/D* vid 95i5°C samt sista steget i föregående syrgasdelignifiering vid 90i5°C. Sista tvättvätskan som tillföres sista tvätten 32 är något kallare, vilket ger en viss temperatursänkning på erhållet filtratet från tvätten 32 som sedan förs till föregående steg(i motström mot massflödet). Men det 0230se.doo annan o 20 526 1e2 ï 7 hetvattenkondensat som tillföres i tidigare steg, exempelvis som tvättvätska i tvätten 22, är högtempererat runt 80-95°C, och ger ingen större grad av nedkylning. Aktuella tvättsteg kan köras vid hög temperatur vilket ger god tvättning av massan.

Den färdigblekta massan från (DQ)*(PO) eller D*(PO) sekvensen enligt uppfinningen kan med dessa villkor erhålla en ljushet om minst 85% ISO, företrädesvis över 88% ISO, och än mer fördelaktigt 90% ISO, med utgångspunkt från en löwedsmassa som kokats i sulfatkok med åtföljande syrgasdelignifiering ned till kappa under 15.

JÄMFÖRANDE EXEMPEL Som utgångspunkt för jämförelsen av den uppfinningsenliga (DQ)*(PO) sekvensen användes en kort variant på konventionell DEDED-bleksekvens i form av en DED bleksekvens, vilken drivits så hårt att endast tre steg erfodras med mellanliggande tvätt och där extraktionssteget förstärkts med syrgas, således ett D(EO)D.

Den referensmassa som användes genomgående i jämförelsen är en eukalyptusmassa (löwedsmassa) som först kokats i ett sulfatkok till ett kappatal på 15,2 och viskositet på 1220 dma/kg och därefter delignifierats med syrgas ned tm ett kappatal på 9,9 een viskositet på 941 dina/kg.

Processen är tillämplig på massa som först kokats i ett sulfatkok och därefter syrgasdelignifierats till kappatal under 10, från vilken massa en slutblekt "90 massa" kan erhållas.

För D(EO)D sekvensen gäller följande villkor; .kg Satsning H2SO4, kg/BDMT av aktivt klor, UI 0230sc.doc 00 00 0 O O I I O O O 0 0 000 0000 0 0 0 0000 0000 000 526 162 /0 Satsning MgSO4, kg/BDMT Temp, “C min Den totala satsningen av aktivt klor i sekvensen D(EO)D enligt ovan blir då; 2 3 CIÖzi 15,5 totalt För (DQ)*(PO) sekvensen gäller följande villkor; D' ANDE Q 10 NaOH.

Satsning aktivt klor, Satsning H2SO4, kg/BDMT BV , Test 2 Test 3 1 Temp, “C 1 00 . min , bar Satsning MgSO4, kg/BDMT 0230sc.doc 526 162 /l ör bestämning av Ijusheten efter forcerad eftergulning användes en behandling av ark formad av massan, där arken torkas i ugn vid 105°C i tre timmar och som sedan får svalna i ett konditioneringsrum (92% luftfuktighet).

Den totala satsningen av aktivt klor och peroxid i sekvensen (DQ)*(PO) enligt ovan blir då; Slutsatser av jämförande test Med ett uppfinningsenligt förfarande för blekning enligt (DQ)*(PO) kan erhållas väsentligen samma ljushet på massan som en hårt driven DED bleksekvens, vilken ljushet är fullt accepterad för en kommersiellt acceptabel "90 massa". "90 massa" är en benämning på en konventionell massakvalitet som har en nedre acceptgräns vid 88 (ibland 89) % ISO.

Bleksekvenser enligt DEDED är den dominerande bleksekvensen som användes.

Detta erhålles med en (DQ)*(PO) sekvens med endast två steg, till skillnad från D(EO)D sekvensen vilken kräver tre steg till en merkostnad för investering på cirka 40-50 miljoner SEK (cirka 5-6 miljoner Euro) och tillhörande ökade driftskostnader för tvätten. Varje tillkommande tvättning kräver en installation av tvättapparat och tillhörande utrustning.

Den genom (DQ)*(PO) sekvensen blekta massan blir minst lika beständig mot eftergulning, där endast cirka två % lSO enheter tappas vid forcerad eftergulning enligt ovan beskrivna standardförfarande. 0230se.doc 526 162 /1 Mängden klordioxid som användes i blekningen kan minskas radikalt, med cirka 30-50% för direkt kompatibla massor med motsvarande ljushet, vilket reducerar eventuell belastning med AOX i fiitrat. s Uppfinningen kan med fördel användas i en sekvens där såväl åtminstone sista(eller enda) reaktorn i syrgasdelignifieringen som efterföljande (DQ)*(PO) sekvens sker vid väsentligen samma temperatur vid eller överstigande 90°C.

C 00000 n Q II ID U I O U O I I O 000 000! I Q I 0000 0001 IDO oo 00 00 la 0 I 9 I 0 O 0 II 0 0 0 I U Û O O 00 0000 nu 0230sc.doc

Claims (1)

1. 20 25 30 526 162 /3 PATENTKRAV _ Process för tillverkning av blekt cellulosamassa som utgöres till mer än 85% av lövvedsmassa, vilken utgår från att massan först kokats i ett sulfatkok och syrgasdelignifierats i åtminstone ett alkaliskt syrgassteg, varvid massan efter syrgasdelignifieringen tvättas för erhållande av en massa med ett kappatal under 15,0 innan blekning tar vid för erhållande av blekt massa med önskad ljushet k ä n n e t e c k n a d av att hela bleksekvensen inklusive föregående syrgasdelignifiering sker vid temperatur över 90 °C -att hela slutblekningen sker vid en massakoncistens i området 5-15% i följande sekvens; -efter syrgasdelignifieringen överföres den tvättade massan till ett klordioxidsteg till vilket tillsättes ånga, klordioxid samt syra vid behov för pH korrigering, där mängden klordioxid innebär en satsning motsvarande en kappafaktor i intervallet 0,5-2,5, syra i en mängd som resulterari ett start pH under 4,0, samt ånga i en mängd vilken resulterar i en temperatur på 100°C eller mer, och där uppehållstiden i detta klordioxidsteg ligger i intervallet 60-200 minuter, företrädesvis 90-120 minuter, -att massan efter klordioxidbehandlingen utan mellanliggande tvätt behandlas med komplexbildare, företrädesvis DTPA, och vid behov alkalitillsättning för höjning av pH, -varefter massan tvättas i en tvättapparat, -varefter den tvättade massan överföres till ett trycksatt peroxidsteg, i vilket alkali tillsättes i en mängd som resulterar i ett start pH över 9,0, peroxid tillsättes i en mängd inom intervallet 5-25 kg ton massa (kg/BDMT), samt ånga i en mängd vilken resulterar i en temperatur på minst 90 °C, och där uppehållstiden i detta peroxidsteg ligger i intervallet 30-200 minuter, företrädesvis 60-120 minuter, -varefter massan tvättas med åtminstone en tvättapparat för erhållande av en färdigblekt massa med en ljushet över 88% ISO, och än mer fördelaktigt 90% ISO. 0230se4.doc 20 25 30 526 162 11/ . Process enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d av att mängden klordioxid i pklordioxidbehandlingen innebär en satsning motsvarande en kappafaktor i intervallet 1,0-2,0. . Process enligt krav 3 k ä n n e t e c k n a d av att vid behandling av komplexbiidare tillsättes alkali i en mängd vilket resulterar i ett pH i intervallet 5-7. . Process enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d av att mängden klordioxid som satsas, samt syra vid behov för pH korrigering, motsvarar en mängd klordioxid som ligger i intervallet 10-20 kg per ton massa (kg/BDMT), företrädesvis omkring 15-_H,0 kg per ton massa (kg/BDMT). . Process enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a d av att blekningen efter syrgasdelignifieringen till färdigblekt massa sker i endast två steg, med endast två mellanliggande tvättsteg, där ett tvättsteg är anordnat efter komplexbildarbehandlingen och ett tvättsteg anordnat efter peroxidbehandlingen. _ Process enligt krav 5 k ä n n e t e c k n a d av att hela delignifierings- processen samt blekningen efter kokningen, dvs syrgasdelignifiering samt slutblekning endast innefattar tre tvättapparater. _ Process enligt krav 5 k ä n n e t e c k n a d av att hela delignifierings- processen samt blekningen efter kokningen, dvs syrgasdelignifiering samt slutblekning endast innefattar fyra tvättapparater, där två av dessa tvättapparater är anordnade i serie med eller utan mellanlagringstorn, efter syrgasdelignifieringen. . Process enligt något av kraven 5-7 k ä n n e te c k n a d av att från blekningen uttages maximalt 5 m3 filtrat per ton massa till avlopp, vilket filtrat uttages efter behandligen med komplexbiidare. 0230se4.doc