SE528726C2 - Oxygen delignification of cellulose pulp into a high pressure part and a low pressure part - Google Patents
Oxygen delignification of cellulose pulp into a high pressure part and a low pressure partInfo
- Publication number
- SE528726C2 SE528726C2 SE0403223A SE0403223A SE528726C2 SE 528726 C2 SE528726 C2 SE 528726C2 SE 0403223 A SE0403223 A SE 0403223A SE 0403223 A SE0403223 A SE 0403223A SE 528726 C2 SE528726 C2 SE 528726C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- oxygen
- pressure
- pump
- reactor
- pulp
- Prior art date
Links
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
- D21C9/10—Bleaching ; Apparatus therefor
- D21C9/147—Bleaching ; Apparatus therefor with oxygen or its allotropic modifications
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Paper (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
Abstract
Description
528 726 t". kemikalier, där andra steget mer blir en förlängd alkalisk extraktion med restkemlkalier från första steget. 528,726 t ". Chemicals, where the second step becomes more of an extended alkaline extraction with residual chemicals from the first step.
Genom exempelvis efterföljande patent SE505141 (= US 6.221.206; US6.319.357 samt US 6.454.900) visas ett senare system där minst 25 kg alkali samt 25kg syrgas per ton massa skall satsas initiellt i ett system med två reaktorer i serie. Endast en àtermixning sker mellan reaktorerna, dock eventuellt med mindre alkalisats. I dessa system etableras ett högre tryck i första reaktorn med ett angivet högsta tryck pà 10 bar, och ett lägre tryck om maximalt 5 bar i andra reaktorn. Samma sökande, Sunds Defibrator numera Metso Paper, har i därefter efterföljande patent SE510740(=US6238517) visat en andra variant med 4-15 bar i första reaktorn och 2-5 bar i andra reaktorn, och i SE507871 samt SE507870 redovisat en tredje och fjärde variant med 3- 10 bar i en första uppflödesreaktor och under 2 bari en andra nedflödes- reaktor. Av dessa otal varianter från samma sökande inses att denna sökande inte insett vikten av bibehàllet högt tryck i en andra reaktor efter en ommixning.For example, subsequent patents SE505141 (= US 6,221,206; US 6,319,357 and US 6,454,900) show a later system in which at least 25 kg of alkali and 25 kg of oxygen per tonne of pulp are to be initially charged in a system with two reactors in series. Only a remixing takes place between the reactors, however possibly with a smaller alkali batch. In these systems, a higher pressure is established in the first reactor with a specified maximum pressure of 10 bar, and a lower pressure of a maximum of 5 bar in the second reactor. The same applicant, Sunds Defibrator now Metso Paper, has in the subsequent patent SE510740 (= US6238517) shown a second variant with 4-15 bar in the first reactor and 2-5 bar in the second reactor, and in SE507871 and SE507870 reported a third and fourth variant with 3-10 bar in a first upflow reactor and below 2 bar in a second downflow reactor. From these countless variants from the same applicant, it will be appreciated that this applicant did not realize the importance of maintaining high pressure in a second reactor after a remixing.
Den maximala trycksättningen på 12 bar följer de teorier som exempelvis anammats av Metso Paper och som presenterats av Olm och Teder (Tappi Proceedings Seattle, 1979, sid 169-179), där man redovisat att inga fördelaktiga effekter kan påvisas vid högre tryck över 10-12 bar. Det skall dock nämnas att dessa teorier främst etableras efter försök i laboratorier där man utnyttjat autoklaver där endast en liten mängd massa blekts i ett massaprov som ligger i autoklaven som kontinuerligt roteras, eller så har man använt laboratorie-mixrar vilka hàllit en liten mängd i massaprovet under kontinuerlig omröring och ofta under kontinuerlig trycksättning med externt tillsatt syrgas (vilket medför obegränsad tillgång av syrgas).The maximum pressurization of 12 bar follows the theories adopted by Metso Paper and presented by Olm and Teder (Tappi Proceedings Seattle, 1979, pages 169-179), where it has been reported that no beneficial effects can be demonstrated at higher pressures above 10- 12 bar. It should be mentioned, however, that these theories are mainly established after experiments in laboratories where autoclaves have been used where only a small amount of mass has been bleached in a mass sample lying in the autoclave which is continuously rotated, or laboratory mixers have been used which have kept a small amount in the mass sample. during continuous stirring and often during continuous pressurization with externally added oxygen (resulting in unlimited supply of oxygen).
I patentet WO97/17489 (STORA) samt US3725194 (SAPPI) redovisas teorier om den positiva effekten av att applicera ett högt tryck under syrgas- delignifieringen i syfte att öka den mängd syrgas som åtminstone initiellt kan lösas i vätskefasen. l STOFtAs ansökan appliceras tryck pà 15-20 bar emedan SAPPl 's patent redovisar tryck upp till 400 psi (ca 27 bar). Även KUF635 20 25 30 528 726 5 dessa lösningar strävar till att få en förbättrad delignifiering där andelen syrgas som lösts i vätskefasen är hög. l ett annat patent SE369746 patenteras en specifik sekvens O-C/D-O-D där första och andra syrgassteget körs mycket tufft vid tryck pà 14 bar och temperaturer pà 119°C respektive 130°C. Även i EP865531 redovisas ett tvåstegs syrgasdelignifieringssystem där upprepad mixning sker mellan reaktorer. Här anges dock att trycket ligger i intervallet från 20 psig till topptrycket 180 psig (dvs fràn 1,37-12 bar). Här har man inte alls insett vikten av upprepad mixning vid högt tryck för att optimera andelen löst syrgas. l en variant visad i detta patents figur 4 visas en mixer följt av en reaktor försedd med omrörare vilken då kan bidra med en upprepad omröringseffekt i reaktorn. Även i Camilla Röösts avhandling The Impact of Extended Oxygen Delignification on the Process Chemistry in Kraft Pulping, ISSN 1652-2443, Maj 2004, föreslås en process med 2 syrgasreaktorer där man sökt optimera tvàstegstekniken enligt US 5.217.575 med värmning mellan stegen, och där sett ett kraftfullt delignifieringssystem där man etablerar ett tryck på 16 bar i första reaktorn och ett tryck pà 6 bar i andra reaktorn. Under optimeringen har 6/10/16 bar utprovats i första reaktorn, och trycket har visat vara en av de mest dominanta parametrarna för god delignifiering, tillsammans med alkalisatsen.The patent WO97 / 17489 (STORA) and US3725194 (SAPPI) report theories on the positive effect of applying a high pressure during the oxygen delignification in order to increase the amount of oxygen that can be dissolved at least initially in the liquid phase. In STOFtA's application, pressures of 15-20 bar are applied, while SAPP1's patent reports pressures up to 400 psi (approx. 27 bar). These solutions also strive to obtain an improved delignification where the proportion of oxygen dissolved in the liquid phase is high. Another patent SE369746 patents a specific sequence O-C / D-O-D where the first and second oxygen stages are run very hard at pressures of 14 bar and temperatures of 119 ° C and 130 ° C, respectively. EP865531 also reports a two-stage oxygen delignification system where repeated mixing takes place between reactors. Here, however, it is stated that the pressure is in the range from 20 psig to the peak pressure 180 psig (ie from 1.37-12 bar). Here, the importance of repeated mixing at high pressure to optimize the proportion of dissolved oxygen has not been realized at all. In a variant shown in Figure 4 of this patent, a mixer is shown followed by a reactor provided with a stirrer which can then contribute to a repeated stirring effect in the reactor. Also in Camilla Rööst's dissertation The Impact of Extended Oxygen Delignification on the Process Chemistry in Kraft Pulping, ISSN 1652-2443, May 2004, a process with 2 oxygen reactors is proposed where an attempt was made to optimize the two-stage technology according to US 5,217,575 with heating between the stages, and where seen a powerful delignification system where a pressure of 16 bar is established in the first reactor and a pressure of 6 bar in the second reactor. During the optimization, 6/10/16 bar has been tested in the first reactor, and the pressure has proven to be one of the most dominant parameters for good delignification, together with the alkali charge.
Andra lösningar har presenterats med upprepad ommixning under syrgasdelignifieringen. l US 5.460.696 redovisas ett system med 3 mixrari serie där ett tryck på 120 psig (ca 8,2 bar) etableras. Syftet här är att reducera ett alltför högt pH om man satsar all alkali i början, och den upprepade mixningen sker i syfte att successivt blanda in alkali varefter denna förbrukas.Other solutions have been presented with repeated remixing during the oxygen delignification. US 5,460,696 discloses a system with 3 mixer series where a pressure of 120 psig (approx. 8.2 bar) is established. The purpose here is to reduce an excessively high pH if you invest all the alkali in the beginning, and the repeated mixing takes place in order to gradually mix in the alkali after which it is consumed.
I US 4.384.920 samt US 4.363.697 visas 3 mixrar i sekvens där dessa mixrar utgöres av liggande reaktorer med en invänding matar-/omröringsskruv.US 4,384,920 and US 4,363,697 show 3 mixers in sequence where these mixers consist of horizontal reactors with an object feed / stirring screw.
Massan matas genom de horisontella reaktorerna under det att en gasfas KUF635 25 30 528 726 “l etableras i reaktorernas tak. Detta system körs uppenbarligen vid måttligt övertryck. l US 4.259.150 visas ett system där massan leds direkt fràn kokaren, under bibehållande av fullt kokartryck, genom 4 stycken mixerstationer i serie för tillsättning syrgas. Här användes så kallade in-line drainers (rör awattnare) vilka under passagen dränerar bort vätska med utlöst organiskt material, vilket får till följd att koncentrationen höjs varefter. Detta system blir dock mycket kostsamt då stora syrgasmängder krävs då massasuspensionen ut från kokaren har mycket stor andel oxiderbartorganiskt material i vätskefasen, och betydande mängder med ofullständigt defibrerade/kokade fiberknippen med hög ligninhalt medföljer massan då ingen silning föregår syrgas behandlingen, vilka fiberknippen förbrukar stora mängder syrgas. Här sägs att man kan justera koket så att den kokade massan får ett höjt kappatal runt 70 , istället för det normala pà 35, varefter delignfiering kan ske ned till kappa 15. Genom denna justering kan man få bättre selektivitet, d.v.s nå samma kappatal men med högre massastyrka. Detta är ingen långt driven process då flertalet syrgasdelignifieringssteg i bleklinjen verkar på cellulosamassa som har ett ingående kappatal pà denna nivå.The mass is fed through the horizontal reactors while a gas phase KUF635 25 30 528 726 “l is established in the roof of the reactors. This system is obviously running at moderate overpressure. US 4,259,150 discloses a system in which the pulp is led directly from the digester, while maintaining full digester pressure, through 4 mixer stations in series for the addition of oxygen. Here, so-called in-line drainers (pipe dewaterers) are used, which during the passage drain away liquid with released organic material, which has the consequence that the concentration is increased accordingly. However, this system becomes very expensive when large amounts of oxygen are required as the pulp suspension from the digester has a very large proportion of oxidizable organic material in the liquid phase, and significant amounts of incompletely defibrated / boiled high lignin fiber bundles accompany the pulp as no screening precedes the oxygen treatment. oxygen. It is said here that you can adjust the boil so that the cooked mass has a higher kappa number around 70, instead of the normal of 35, after which delignification can take place down to kappa 15. Through this adjustment you can get better selectivity, ie reach the same kappa number but with higher mass strength. This is not a far-reaching process as the majority of oxygen delignification steps in the bleach line act on cellulosic pulp having an integral kappa number at this level.
Otaliga år de försök som utförts där man strävat till att driva delignifieringen vid medlekoncistens längre än vad som visat sig möjligt att nå i fabriksmiljö. verifiering av nya processer sker ofta i laboratorier med autoklaver eller laboratoriemixrar, vilka till skillnad mot kontinuerliga processer i fabrik, ofta sker under kontinuerlig omrörning av massaprovet samt ibland med trycksåttning med syrgas fràn extern källa vilket garanterar överskott på syrgas under hela processen, samt närvaro av mättad syrgas i alla delar av det behandlade massaprovet. Ofta kan man därför driva syrgas- delignifieringen längre i laboratorieprov än ifabriksmiljö.Countless years the attempts that have been made where efforts have been made to push the delignification at medium consistency beyond what has proved possible to achieve in a factory environment. verification of new processes often takes place in laboratories with autoclaves or laboratory mixers, which in contrast to continuous processes in the factory, often takes place during continuous stirring of the pulp sample and sometimes with pressurization with oxygen from external source which guarantees excess oxygen throughout the process, and the presence of saturated oxygen in all parts of the treated pulp sample. Therefore, oxygen delignification can often be carried out further in laboratory tests than in an in-factory environment.
Mixningen av kemikalierna, syrgas samt alkali, har av vissa ansetts betydelsefull och flera lösningar innebär att man skall etablera höga tryck och/eller tillsats av ytaktiva ämnen för att hålla den finförelade gasfasen jämnt fördelad i cellulosamassan under processen. Teorier har presenterats där man skall bibehålla en maximal kontaktyta mellan gasfasen och vätskefasen, KUF635 20 25 30 528 726 vilket kan ske genom att minimera de finfördelade gasbubblornas storlek, sä att man kan främja att syrgas i gasfas kan gå i lösning i vätskefasen över en maximerad övergàngsyta. Den fysikaliska processen där syrgasen går uti lösning går dock relativt långsamt, i jämförelse med förbrukningstakten av syrgas under reaktionens första faser, och kräver att den vätskefas som lokalt omger syrgasbubblan har lägre halt löst syrgas än vad som under rådande processvillkor är teoretiskt möjligt. Syrgasen avses dock reagera främst med lignlnet ifibern(efter det att det oxiderbara materialet i vätskefasen reagerat), och den vätskefas som trängt in iflbern omges inte direkt av syrgasbubblor vilket medför att den syrgas som skall reagera med fibermaterialet (och reducera kappatalet) först mäste gå i lösning från gasfas till vätskefas, sedan i vätskefasen diffundera in i fibern, och allt detta utan att den lösta syrgasen först förbrukas på organiskt material i vätskefasen. Detta medför att fibern har konstant låg halt av löst syrgas med vilken den kan reagera vilket är ogynnsamt för processen.The mixing of the chemicals, oxygen and alkali, has been considered important by some and several solutions mean that high pressures and / or addition of surfactants must be established to keep the finely divided gas phase evenly distributed in the cellulose mass during the process. Theories have been presented where one should maintain a maximum contact area between the gas phase and the liquid phase, which can be done by minimizing the size of the atomized gas bubbles, so that one can promote that oxygen in gas phase can go into solution in the liquid phase over a maximized transition surface. However, the physical process in which the oxygen goes into solution is relatively slow, compared to the rate of oxygen consumption during the first phases of the reaction, and requires that the liquid phase that locally surrounds the oxygen bubble has a lower content of dissolved oxygen than is theoretically possible under current process conditions. However, the oxygen gas is intended to react primarily with the lignin in the fiber (after the oxidizable material in the liquid phase has reacted), and the liquid phase that has penetrated the fiber is not directly surrounded by oxygen bubbles, which means that the oxygen to react with the fibrous material (and reduce kappa number) must first pass. in solution from gas phase to liquid phase, then in the liquid phase diffuse into the fiber, and all this without the dissolved oxygen gas first being consumed on organic material in the liquid phase. This means that the fiber has a constant low content of dissolved oxygen with which it can react, which is unfavorable for the process.
Uppfinningens syfte och ändamål Föreliggande uppfinningen avser att förbättra syrgasdelignifieringen vid medelkoncistens, i området 846% massakoncistens härefter benämnt MC, i fabriksmässig miljö så att delignifieringen kan drivas lika långt eller längre än vad som är möjligt vid testning i laboratorier. Genom uppfinningen sä kan man även i fabrlksmiljö maximera andelen löst syrgas i vätskefasen och befrämja den med syrgas mättade vätskan att tränga in i fibern om man bibehåller mycket högt tryck samt utsätter massan för en upprepad mixning vid detta höga tryck.Object and object of the invention The present invention aims to improve the oxygen delignification at medium consistency, in the range 846% pulp consistency hereinafter referred to as MC, in a factory environment so that the delignification can be driven as far or longer than is possible in laboratory testing. Through the invention, even in a factory environment, the proportion of dissolved oxygen in the liquid phase can be maximized and the oxygen-saturated liquid can be promoted to penetrate into the fiber if very high pressure is maintained and the pulp is subjected to repeated mixing at this high pressure.
De principer som tillämpats i uppfinningen är att man i en första högtrycksdel med hjälp av ett flertal pumpar l serie av specifik konfiguration etablerar ett tryck som är högre än de 12-15 bar som i flertalet kommersiella system satts som maximalt lämpligt högsta drift-tryck, och att man under bibehållande av detta högre tryck initierar om-mixningseffekteri massa-suspensionen, med eller utan extra tillsats av kemikalier, i syfte att säkerställa att den i vatskefasen lösta delen av syrgasen hålls så hög som möjligt i hela vätskevolymen och att fibern rörs om i denna med syrgas mättade KUF635 20 25 30 523 7261 *iv vätskevolym så att med syrgas mättad vätska kan tillåtas tränga in ifibern på ett bättre sätt.The principles applied in the invention are that in a first high-pressure part by means of a plurality of pumps in a series of specific configurations a pressure is established which is higher than the 12-15 bar which in most commercial systems is set as the maximum suitable maximum operating pressure. and while maintaining this higher pressure, the mass suspension is initiated by remixing effect, with or without additional addition of chemicals, in order to ensure that the part of the oxygen dissolved in the liquid phase is kept as high as possible in the whole volume of liquid and that the fiber is stirred in this oxygen-saturated KUF635 20 25 30 523 7261 * iv volume of liquid so that oxygen-saturated liquid can be allowed to penetrate the fiber in a better way.
Typiskt etableras ett tryck på över 15-20 bar eller högre, i denna högtrycksdel. Övriga fördelar och ändamål framgår av följande beskrivning av utföringsexempel.Typically, a pressure of over 15-20 bar or higher is established in this high pressure part. Other advantages and objects will be apparent from the following description of exemplary embodiments.
Ritningsförteckning Figur 1, visar schematiskt en system för syrgasdelignifiering i vilket den uppfinningsenliga metoden kan tillämpas; Figur 2, visar principiellt hur inmixad syrgas är inblandad i cellulosa- massan som finfördelad respektive löst andel under en process enligt figur 1; Figur 3 visar hur syrgasen förbrukas i ett alternativt system med 3 ommixningspositioner under högtrycksfasen och vid bibehållet tryck, samt med en omröringseffekti högtrycksdelens sista reaktor; Figur 4 visar hur syrgasen förbrukas i ännu ett alternativt system med endast 14 kg satsad syrgas samt 2 ommixningspositioner tätt inpà varandra; Figur 5 visar hur syrgasen förbrukas i ett tvàreaktorsystem med en högtryck och en làgtryckszon utan upprepad ommixning i högtryckszonen.List of drawings Figure 1, schematically shows a system for oxygen delignification in which the method according to the invention can be applied; Figure 2, shows in principle how mixed oxygen is mixed into the cellulose pulp as a finely divided or dissolved proportion during a process according to Figure 1; Figure 3 shows how the oxygen is consumed in an alternative system with 3 remixing positions during the high-pressure phase and at maintained pressure, and with a stirring effect of the last reactor of the high-pressure part; Figure 4 shows how the oxygen is consumed in yet another alternative system with only 14 kg of oxygen charged and 2 remixing positions close together; Figure 5 shows how the oxygen gas is consumed in a two-reactor system with a high pressure and a low pressure zone without repeated remixing in the high pressure zone.
Detaljerad Beskrivning av föredragna utföringsformer I figur 1 visas ett syrgasdelignifieringssystem mellan en föregående tvätt Wl samt en efterföljande tvätt Wz/Wg, med ett antal reaktorer R1,R2,Fl3 samt H4 därimellan.Detailed Description of Preferred Embodiments Figure 1 shows an oxygen delignification system between a previous wash W1 and a subsequent wash Wz / Wg, with a number of reactors R1, R2, F13 and H4 in between.
Efter den första tvätten Wj förs massan till ett atmosfäriskt lagringstorn ST (eller ett atmosfäriskt massastup).After the first wash Wj, the pulp is transferred to an atmospheric storage tower ST (or an atmospheric pulp drop).
Det alkali som behöver satsas till syrgasdelignifieringen kan lämpligen satsas till botten av lagringstornet (NaOHMAlN) varefter alla efterföljande pumpar (P1/P2) medverkar till god inmixning, då pumpar är en bra mixer för vätskeformiga tillsatser som exempelvis alkali(NaOH).The alkali that needs to be charged for the oxygen delignification can suitably be charged to the bottom of the storage tower (NaOHMAlN), after which all subsequent pumps (P1 / P2) contribute to good mixing, as pumps are a good mixer for liquid additives such as alkali (NaOH).
De tre första reaktorerna R1,l'-'l2,samt Ra ingår i en högtrycksdel vilken etablerar sitt tryck med tvà pumpar P1 samt P2 kopplade i serie. Första pumpen P1 är en fluidiserande MC-pump med avgasning, vilken dels behövs för att fluidisera MC-massan till ett pumpbart tillstànd, dels användes för att separera bort luft (Air) fràn massan, vilken luft annars inverkar negativt i KUF635 20 30 processen ur delignifieringssynvinkel (ej hög halt syrgas och innehåll av andra restgaser) samt reducerar möjligheten att trycksätta massan optimalt.The first three reactors R1, 1 '-' l2, and Ra are part of a high-pressure part which establishes its pressure with two pumps P1 and P2 connected in series. The first pump P1 is a fluidizing MC pump with degassing, which is partly needed to fluidize the MC mass to a pumpable state, and partly used to separate air (Air) from the mass, which air otherwise has a negative effect in the process from KUF635. delignification point of view (not high content of oxygen and content of other residual gases) and reduces the possibility of pressurizing the pulp optimally.
Den första pumpen motsvarar den typ av pump som visas i exempelvis US4776758, där pumpen har aktuell typ av förfluidisator (det.16), pumpkammare (det.18) samt medel (det.23) för avgasning av massan i pumpen.The first pump corresponds to the type of pump shown in, for example, US4776758, where the pump has the current type of pre-fluidizer (det.16), pump chamber (det.18) and means (det.23) for degassing the mass in the pump.
Den andra pumpen P2 kan även den vara en fluidiserande MC-pump men då utan avgasning (dvs i övrigt lik pumpen i US4776758 men utan medel för avgasning), men är lämpligen en konventionell centrifugalpump optimerad för trycksättning, dä massan redan är fluidiserad samt avgasad av den första pumpen. Den andra pumpen har lämpligen en betydligt högre pumpverknings- grad, normalt 10-20% högre pumpverkningsgrad än första pumpen.The second pump P2 can also be a fluidizing MC pump but then without degassing (ie otherwise similar to the pump in US4776758 but without means for degassing), but is suitably a conventional centrifugal pump optimized for pressurization, as the mass is already fluidized and degassed by the first pump. The second pump suitably has a significantly higher pump efficiency, normally 10-20% higher pump efficiency than the first pump.
Pumparna som är kopplade i serie är företrädesvis anordnade i tät följd efter varandra med en mellanliggande flödessträcka mellan pumpar som understiger 2 meter, företrädesvis under 1 meter och än mer föredraget kopplade med en föregående pumps utloppsfläns till efterföljande pumps inloppsfläns.The pumps connected in series are preferably arranged in close succession with an intermediate flow distance between pumps of less than 2 meters, preferably less than 1 meter and even more preferably connected with the outlet flange of a previous pump to the inlet flange of the subsequent pump.
Pumparna i sig är utmärkta mixrar för främst vätskeformiga kemikalier, såsom alkali som tillsättes före pumpningen. I syfte att ytterligare förbättra delignifieringen kan tillsättning av ett ytaktivt ämne tillföras massan efter den första pumpen med sin avluftning. Tillförseln av det ytaktiva ämnet störs dä inte av eventuella restgaser och/eller luft i massan och inträngningen av vätskefasen i cellulosfibrerna med vätskefasens höga andel löst syrgas förbättras.The pumps themselves are excellent mixers for mainly liquid chemicals, such as alkali which is added before pumping. In order to further improve the delignification, the addition of a surfactant can be added to the pulp after the first pump with its deaeration. The supply of the surfactant is then not disturbed by any residual gases and / or air in the pulp and the penetration of the liquid phase into the cellulose fibers with the high proportion of dissolved oxygen in the liquid phase is improved.
Pumparna P1, P2 etablerar ett tryck initiellt i högtrycksdelen R1- H3 som ligger väl över 15,0 bar, typiskt i intervallet 17-30 bar och företrädesvis i intervallet 17-25 bar. Trycket kan vara högre men begränsas av praktiska skäl till 17-20 bar med två pumpar i serie. Om en trycknivä på exempelvis 18 bar skall etableras efter pumparna P1/P2 kan lämplig dimensionering/val av pumpar göras sä att den första fludiserande MC-pumpen P1 etablerar en tryckhöjd på 6-8 bar (ca 30-40°/>), och efterföljande centrifugalpump etablerar en tryckhöjd på 12-14 bar (ca 60-70%), dvs cirka 1/3 del av totalt erfoderlig tryckhöjd i första MC-pumpen och resterande pumphöjd i andra pumpen.The pumps P1, P2 establish an initial pressure in the high-pressure part R1-H3 which is well above 15.0 bar, typically in the range 17-30 bar and preferably in the range 17-25 bar. The pressure can be higher but is limited for practical reasons to 17-20 bar with two pumps in series. If a pressure level of, for example, 18 bar is to be established after the pumps P1 / P2, suitable dimensioning / selection of pumps can be made so that the first fluidizing MC pump P1 establishes a pressure height of 6-8 bar (approx. 30-40 ° />), and subsequent centrifugal pump establishes a pressure height of 12-14 bar (approx. 60-70%), ie approximately 1/3 of the total required pressure height in the first MC pump and the remaining pump height in the second pump.
KUF635 30 528 726 Önskas högre tryck kan fler pumpar sättas in i serie, där en tredje och sista pump ävenledes kan vara en centrifugalpump.KUF635 30 528 726 If higher pressure is desired, more pumps can be inserted in series, where a third and final pump can also be a centrifugal pump.
Företrädesvis efter trycksättningen med pumparna P1/P2 tillsättes syrgas till den trycksatta cellulosamassan via en huvudmixer M1. Mixern M1 bör lämpligen vara en högintensiv mixer med uppehàllstider på minst O,1-2,0 sekunder, vilken i ett kraftigt skjuvkraftfält mixar in syrgasen jämnt i celiulosamassan.Preferably after the pressurization with the pumps P1 / P2, oxygen is added to the pressurized cellulose mass via a main mixer M1. The mixer M1 should suitably be a high-intensity mixer with residence times of at least 0, 1-2.0 seconds, which in a high shear force field mixes the oxygen evenly into the cellulose mass.
Ut från den första huvudmixern M1 leds den trycksatta massan vid ett tryck på cirka 18 bar med sin inmixade syrgas till en första reaktor Ri i vilken massan strömmar uppåt med en första uppehàllstid T1 i reaktorn R1.Out of the first main mixer M1, the pressurized mass is led at a pressure of about 18 bar with its mixed oxygen to a first reactor R1 in which the mass flows upwards with a first residence time T1 in the reactor R1.
Efter det att massan passerat genom första reaktorn H1 leds massan till en andra ommixningsposition i form av mixern M2. Denna mixer kan vara av enklare typ än huvudmixern M1, och huvudsyftet är att fà en ommixningseffekt för att öka den lösta andelen av syrgas och befrämja penetrering av den mättade vätskefasen in i cellulosafibern. Tryckfallet över denna mixer skall hållas så lågt som möjligt, helst väl under 1 bar, och mixern kan i sin enklaste form vara en statisk mixer eventuellt i form av en halvstängd ventil. Mixern M2 kan även vara en mindre enklare pump (med begränsad tryckuppbyggnad som motsvarar tryckfallet i ledningarna/systemet fram till denna punkt), eller en agiterande och fluidiserande mixer.After the pulp has passed through the first reactor H1, the pulp is led to a second remixing position in the form of the mixer M2. This mixer can be of a simpler type than the main mixer M1, and the main purpose is to have a remixing effect to increase the dissolved proportion of oxygen and promote penetration of the saturated liquid phase into the cellulose fiber. The pressure drop across this mixer should be kept as low as possible, preferably well below 1 bar, and the mixer can in its simplest form be a static mixer, possibly in the form of a semi-closed valve. The mixer M2 can also be a smaller simpler pump (with limited pressure build-up that corresponds to the pressure drop in the lines / system up to this point), or an agitating and fluidizing mixer.
Ut från den andra ommixnlngspositionen med mixern M2 leds den trycksatta massan vid ett tryck på cirka 17 bar med sin ommixade syrgas till en andra reaktor F12 i vilken massan strömmar uppåt med en andra uppehàllstid T2 i reaktorn H2.From the second remixing position with the mixer M2, the pressurized mass is led at a pressure of about 17 bar with its remixed oxygen to a second reactor F12 in which the mass flows upwards with a second residence time T2 in the reactor H2.
Efter det att massan passerat genom andra reaktorn F12 leds massan till en tredje ommixningsposition i form av mixern M3. Denna mixer kan vara av samma typ som mixern M2 med samma syfte och tryckfall.After the pulp has passed through the second reactor F12, the pulp is led to a third remixing position in the form of the mixer M3. This mixer can be of the same type as the mixer M2 with the same purpose and pressure drop.
Ut från den tredje ommixnlngspositionen med mixern M3 leds den trycksatta massan vid ett tryck pà cirka 16 bar med sin ommixade syrgas till en tredje KUF635 20 30 528 726 »r reaktor H3 i vilken massan strömmar uppåt med en tredje uppehållstid T3 i reaktorn H3.From the third remixing position with the mixer M3, the pressurized mass is led at a pressure of about 16 bar with its remixed oxygen to a third reactor H3 in which the mass flows upwards with a third residence time T3 in the reactor H3.
Efter den tredje reaktorn RQ, avslutas högtrycksdelen och därefter vidtages en kontrollerad och behärskad tryckreduktion inför den avslutande lågtrycksdelen i åtminstone en sista reaktor R4.After the third reactor RQ, the high pressure part is terminated and then a controlled and controlled pressure reduction is taken before the final low pressure part in at least one last reactor R4.
Tryckreduktionen kan implementeras genom åtminstone en ventil men företrädesvis ett flertal ventiler V1, V2 samt V3, där man säkerställer ett tryckfall som hålls så lågt som möjligt över varje ventil för att undvika stora, snabba tryckfall som onödigtvis riskerar att flasha ut gas i form av större bubblor. Ett flertal ventiler i serie medför att varje ventil även ger en omrörande mixningseffekt i den turbulens som bildas, vilket delvis motverkar tryckreduktionens negativa effekt på att hålla syrgasen jämt fördelad i form av små bubblor.The pressure reduction can be implemented through at least one valve but preferably a plurality of valves V1, V2 and V3, where a pressure drop is ensured which is kept as low as possible over each valve to avoid large, rapid pressure drops which unnecessarily risk flashing out gas in the form of larger bubbles. A number of valves in series mean that each valve also gives a stirring mixing effect in the turbulence that is formed, which partly counteracts the negative effect of the pressure reduction on keeping the oxygen evenly distributed in the form of small bubbles.
Làgtrycksdelen skall dock fortsättningsvis ha ett relativt högt tryck för att kunna bibehålla finfördelade rester av syrgasen i cellulosamassan, men samtidigt så lågt tryck att man kan värma massan med tillsats av direktånga från fabrikens àngnät för medeltryckånga (MP steam). Medeltryckànga i dessa nät håller normalt ett tryck på 10-12 bar och för att kunna införa ånga i massan krävs en positiv tryckdifferens på minst 1-2 bar. Behövlig tryckdifferens beror på aktuell mixer M4 där denna medeltryckånga tillföres massan efter det att man etablerat rätt tryck efter den kontrollerade tryckavlastningen efter ventilerna V1 -V3.However, the low-pressure part will continue to have a relatively high pressure in order to be able to maintain finely divided residues of the oxygen in the cellulose pulp, but at the same time so low that the pulp can be heated with the addition of direct steam from the factory steam steam network (MP steam). Average pressure steam in these nets normally maintains a pressure of 10-12 bar and in order to be able to introduce steam into the mass, a positive pressure difference of at least 1-2 bar is required. The required pressure difference depends on the current mixer M4 where this average pressure steam is supplied to the mass after the correct pressure has been established after the controlled pressure relief after the valves V1 -V3.
Lämpligen etableras ett tryck under 10-12 bar efter högtrycksdelen, vilken nivå bestäms av fabrikens tryck i ångnätet för medeltryckàngan, vilket tryck efter högtryckdelen bör vara minst 1-2 bar under trycket i detta àngnät med konventionella mixningsmetoder för ångan. Är det lägre tryckskillnad måste man använda en anordning för ångtillsats där man slussar in ångan i massan utan risk för utströmning av massa mot ångflödet. Ängtillsättningen medför att cellulosamassans temperatur höjs minst 5°C följt av att den uppvärmda massan leds till ett reaktorsystem i en Iågtrycksdel med KUF635 20 25 30 528 726 M; en uppehàllstid t4 som överstiger totala uppehàllstiden (t1+t2+t3) i högtrycksdelen.Preferably a pressure below 10-12 bar is established after the high pressure part, which level is determined by the factory pressure in the steam network of the medium pressure steam, which pressure after the high pressure part should be at least 1-2 bar below the pressure in this steam network with conventional mixing methods for the steam. If there is a lower pressure difference, you must use a device for steam addition where you steam the steam into the pulp without risk of outflow of pulp against the steam flow. The addition of vapor causes the temperature of the cellulose pulp to be raised by at least 5 ° C, followed by the heated pulp being led to a reactor system in a low-pressure section with KUF635 20 25 30 528 726 M; a residence time t4 which exceeds the total residence time (t1 + t2 + t3) in the high pressure part.
Reaktorerna H1, Flg samt F13 i högtrycksdelen är så dimensionerade att cellulosamassan ges successivt längre uppehàllstid för cellulosamassan, så att med X antal högtrycksreaktorer så är uppehàllstiden för reaktorerna t1.X sådan att t1< , där tj utgör uppehàllstiden för reaktor Fi; o.s.v. Detta för anpassning till reaktionsprocessen, i form av förbrukning av satsade kemikalier, vilken sker mycket snabbt i början och avtar därefter väsentligen exponentiellt. Lämpliga uppehàllstider i reaktorerna H1 till RX i högtrycksdelen kan grovt uttryckas som: tmm = 1 minuter för t1 därefter (tx=2 *tx.1) samt tmax: X *10 minuter ; (t1=1-10, t2=2-2O; t3=4-3O;t4=8-4O min. o.s.v.), däf tX < t)(+1. l syfte att ytterligare optimera andelen löst syrgas i hela vätskevolymen i högtrycksdelen kan åtminstone i en högtrycksreaktor finnas en omrörare verkande i huvuddelen av reaktorvolymen(skal| verka över >50% av reaktorvolymen), antingen i form av en mekanisk omrörare (S) eller hydrodynamisk omrörare vilken åtminstone cirkulerar fri vätska i reaktorn.The reactors H1, F1g and F13 in the high-pressure part are dimensioned so that the cellulose mass is given successively longer residence time for the cellulose mass, so that with X number of high-pressure reactors the residence time of the reactors t1.X is such that t1 <, where tj constitutes the residence time of reactor Fi; etc. This is to adapt to the reaction process, in the form of consumption of charged chemicals, which takes place very quickly in the beginning and then decreases substantially exponentially. Suitable residence times in reactors H1 to RX in the high pressure section can be roughly expressed as: tmm = 1 minutes for t1 thereafter (tx = 2 * tx.1) and tmax: X * 10 minutes; (t1 = 1-10, t2 = 2-2O; t3 = 4-3O; t4 = 8-4O min. etc.), then tX <t) (+ 1. l purpose to further optimize the proportion of dissolved oxygen in the entire liquid volume in the high-pressure part can at least in a high-pressure reactor be a stirrer operating in the main part of the reactor volume (shell | operates over> 50% of the reactor volume), either in the form of a mechanical stirrer (S) or hydrodynamic stirrer which at least circulates free liquid in the reactor.
Denna omrörare kan exempelvis finnas i den största reaktorn i högtrycksdelen eller i den reaktor där förbrukningen är som snabbast (=den första), eller i alla reaktorer. Den mekaniska omröraren kan realiseras som en roterande axel med radiellt utskjutande armar i reaktorn, vilken omrörare drivs med relativt måttligt varvtal pà 10-100 rpm och inte medför någon fluidiserande effekt pà cellulosamassan.This stirrer can, for example, be located in the largest reactor in the high-pressure part or in the reactor where consumption is fastest (= the first), or in all reactors. The mechanical stirrer can be realized as a rotating shaft with radially projecting arms in the reactor, which stirrer is operated at a relatively moderate speed of 10-100 rpm and does not cause any fluidizing effect on the cellulose mass.
Uppehällstiden i den uppvärmda Iågtrycksdelen är längre än den samman- lagda tiden i högtrycksdelen. Vid en total uppehällstid på minst 3-10 minuter i högtrycksdelen är en lämplig minsta uppehällstid i Iågtrycksdelen minst 30 minuter, vilket resulterar i en total uppehàllstid pà minst 40 minuter. För dessa minivillkor kan högtryckdelen bestå av en första reaktor med minst 1 minuts uppehállstid, ommixning följt av en andra reaktor med minst 2 minuters uppehållstid samt efter ytterligare ommixning en avslutande tredje reaktor i högtryckdelen med uppehällstid pà minst 4 minuter. f KU F635 20 30 528 726 /l Lågtrycksdelen kan ha en uppehàllstid i intervallet 30-120 minuter, företrädesvis 60-90 minuter. l en anläggning som delignifierar 3000 ton MC-massa vid 10% konsistens per dygn så är flödet genom processen drygt 18 kbm per minut. Vid sådan produktion användes normalt röriedningar med diameter pà cirka 1,2 meter som då håller cirka 1,1 kbm per meter rörledning. En första reaktor som då implementeras i form av enkel rörledning med 1 minuts uppehållstid blir då cirka 16 meter läng. Ofta försöker man realisera reaktorerna som röriedningar vilket är främsta skälet till att hålla uppehàllstiderna nere l reaktorerna. En 16 meter lång rörledning kan då dras iform av en U-böj i ett vertikalplan eller liggandes i ett horisontalplan.The residence time in the heated low pressure part is longer than the total time in the high pressure part. With a total residence time of at least 3-10 minutes in the high pressure section, a suitable minimum residence time in the low pressure section is at least 30 minutes, resulting in a total residence time of at least 40 minutes. For these mini-conditions, the high pressure part may consist of a first reactor with a residence time of at least 1 minute, remixing followed by a second reactor with a residence time of at least 2 minutes and after further remixing a final third reactor in the high pressure part with a residence time of at least 4 minutes. f KU F635 20 30 528 726 / l The low pressure part can have a residence time in the range 30-120 minutes, preferably 60-90 minutes. In a plant that delignifies 3000 tonnes of MC pulp at 10% consistency per day, the flow through the process is just over 18 kbm per minute. In such production, pipe wires with a diameter of about 1.2 meters are normally used, which then hold about 1.1 kbm per meter of pipe. A first reactor which is then implemented in the form of a simple pipeline with a residence time of 1 minute will then be approximately 16 meters long. Attempts are often made to realize the reactors as pipelines, which is the main reason for keeping the residence times down in the reactors. A 16 meter long pipeline can then be drawn in the form of a U-bend in a vertical plane or lying in a horizontal plane.
Efter lågtycksdelen släpper man på trycket i cellulosamassan i utloppet från reaktorn Ft4 och matar massan till ett atmosfäriskt massastup (eller lagringstorn) som kan leda bort restgaser, varefter tryckavlastad massa pumpas med en pump P3 till efterföljande tvättsystem, vilket i figur 1 visas i form av en tryckdiffusör W2 samt en tvättpress W3 i serie. Denna kombination kan bli aktuell om mycket högt ställda krav pà massan renhet ställs, exempelvis om massan skall användas till emballage av livsmedel. Ofta räcker det dock med en enda tvättapparat, vilket reducerar investerings- kostnaden. På konventionellt sätt leds tvättfiltrat F3 från sista tvätten Wg som tvättvätska F2 till näst sista tvätten W2, dvs leder tvättfiltrateti motström mot massatlödet. Tvättfiltratet F1 från tvätten Wg direkt efter sista reaktorn R4 leds på motsvarande sätt till en tvätt W1 före syrgasdelignifieringen som tvättvätska och/eller spädvätska till lagringstornet ST efter denna tvätt W1. Den syrgasdelignifierade och tvättade massan pumpas sedan med pumpen P5 till efterföljande bleksteg i bleksekvensen. l figur 2 visas principiellt hur syrgasen förbrukas i ett system enligt figur 1, där mängden syrgas återges pä Y-axeln samt tiden på X-axeln. Den totala satsen syrgas som tillsättes i mixern M1 är här 20kg per ton massa, vilken satsningsmängd ligger i det övre området av det intervall på 14-20 kg per ton massa som konventionellt satsas till ett syrgasdelignifierande steg. Mycket KUF635 20 25 30 528 726 :vi mer än 30-35 kg syrgas per ton massa kan normalt inte satsas till en inmixningsposition vid tryck på 12 bar då så pass stora gasmängder lätt ger kanalbildning i efterföljande reaktorer, vilket etablerar ett centralflöde genom reaktorn med mycket hög hastighet och uppehållstider pà massan i reaktorn på endast bråkdelar av den avsedda uppehàllstiden. Det höga trycket som appliceras enligt uppfinningen vid om-mixningen och i efterföljande reaktor medför ävenledes att större gasmängder kan tillsättas utan risk för kanalbildning, alternativt att risken för kanalbildning kraftigt reduceras jämfört med system med lägre tryck och samma satsning av syrgas. Restmängden syrgas som vid varje tidpunkt inte förbrukats följer i stort sett linjen 02 RESTOT och i början är förbrukningen mycket snabb. Med I, ll samt lll avses uppehâllstiden i reaktorerna Ft1, RQ respektive H3. l denna figur 2 återges med det gråmarkerade fältet 02 LiqMAX den maximala mängd som vid rådande tryck teoretiskt kan lösas i vätskefasen. Vid 20 bars tryck, 80°C samt pH 10 kan cirka 0,5 kg syrgas lösas i vätske-fasen per kbm vätska. (0,25 vid 10 bar). Med 10% massakoncistens finns det 9 kbm vätska per ton massa, vilket medför att maximalt 4,5 kg syrgas per ton massa kan lösas vid 20 bars tryck. 4,5 kg pà en totalsats på 20 kg motsvarar så mycket som 22,5% av den totala satsen. Lösligheten på syrgas i vätskefasen är relativt låg jämfört med många andra blekmedel såsom klordioxid eller andra vätskeförmiga blekmedel. Processen där syrgas går över från gasfas till vätskefas är relativt långsam, men kan påskyndas genom kraftig agitering i fluidiserande mixrar. Första mixern M1 bör därför antingen vara en högfluidiserande mixer med relativt kort uppehållstid på O,1-2,0 sekunder, vilken kraftigt agiterar blandningen av massa och gas lett intensivt skjuvkraftfält applicerat i en tunn flödesspalt, eller en måttligare kontinuerlig agitering under en längre tid på 1-10 sekunder.After the low-pressure part, the pressure in the cellulose pulp in the outlet from the reactor Ft4 is released and the pulp is fed to an atmospheric pulp precipitation (or storage tower) which can dissipate residual gases, after which pressure-relieved pulp is pumped to a subsequent washing system. a pressure diffuser W2 and a washing press W3 in series. This combination may be relevant if very high demands are placed on the purity of the pulp, for example if the pulp is to be used for food packaging. Often, however, a single washing machine is sufficient, which reduces the investment cost. In a conventional manner, the wash filtrate F3 is led from the last wash Wg as washing liquid F2 to the penultimate wash W2, ie the wash filtrate leads countercurrent to the pulp solder. The wash filtrate F1 from the wash Wg directly after the last reactor R4 is similarly passed to a wash W1 before the oxygen delignification as washing liquid and / or diluent to the storage tower ST after this wash W1. The oxygen delignified and washed pulp is then pumped with pump P5 to subsequent bleaching steps in the bleaching sequence. Figure 2 shows in principle how the oxygen is consumed in a system according to Figure 1, where the amount of oxygen is represented on the Y-axis and the time on the X-axis. The total batch of oxygen added to the mixer M1 here is 20 kg per ton of pulp, which batch amount is in the upper range of the range of 14-20 kg per ton of pulp conventionally charged to an oxygen delignifying step. Very KUF635 20 25 30 528 726: we more than 30-35 kg oxygen per tonne of pulp can not normally be invested in a mixing position at a pressure of 12 bar as such large amounts of gas easily give channel formation in subsequent reactors, which establishes a central flow through the reactor with very high speed and residence times of the pulp in the reactor at only a fraction of the intended residence time. The high pressure applied according to the invention during the remixing and in the subsequent reactor also means that larger amounts of gas can be added without risk of duct formation, or that the risk of duct formation is greatly reduced compared with systems with lower pressure and the same charge of oxygen. The residual amount of oxygen that has not been consumed at any given time largely follows line 02 RESTOT and in the beginning the consumption is very fast. By I, ll and lll is meant the residence time in the reactors Ft1, RQ and H3, respectively. In this figure 2, the gray-marked field 02 LiqMAX shows the maximum amount that can be theoretically dissolved in the liquid phase at the prevailing pressure. At 20 bar pressure, 80 ° C and pH 10, approximately 0.5 kg of oxygen can be dissolved in the liquid phase per kbm of liquid. (0.25 at 10 bar). With 10% pulp consistency, there is 9 kbm of liquid per tonne of pulp, which means that a maximum of 4.5 kg of oxygen per tonne of pulp can be dissolved at 20 bar pressure. 4.5 kg on a total batch of 20 kg corresponds to as much as 22.5% of the total batch. The solubility of oxygen in the liquid phase is relatively low compared to many other bleaches such as chlorine dioxide or other liquid bleaches. The process where oxygen passes from gas phase to liquid phase is relatively slow, but can be accelerated by vigorous agitation in fluidizing mixers. The first mixer M1 should therefore either be a high-fluidizing mixer with a relatively short residence time of 0, 1-2.0 seconds, which strongly agitates the mixture of mass and gas led to an intensive shear force field applied in a thin flow gap, or a more moderate continuous agitation for a longer time. in 1-10 seconds.
Med en optimal mixning l mixern M1 kan man anta att mängden syrgas som lösts i vätskefasen ligger nära den mängd som teoretiskt kan lösas i vätskefasen. Förbrukningen av den mängd syrgas som lösts i vätskefasen sker dock mycket snabbt och betydligt snabbare än syrgasens övergång från gasfas till vätskefas, varför andelen kvarvarande löst syrgas i vätskefasen följer kurvan 02 Liq RES. Den syrgas som skall reagera med fiberväggen i KUF635 20 25 30 528 726 n? cellulosan utarmas därför alltför fort och detta medför att syrgas- delignifieringen av cellulusaflbern inte alls fortgår under gynnsamma betingelser. Därför aktiveras en ommixning efter tiden l med mixern M2 så att man kan öka andelen syrgas som är löst i vätskefasen. Även denna lösta mängd förbrukas under tidsperioden ll i reaktorn H2 och ännu en ommixning sker därför med mixern M3 för att åter öka andelen syrgas som är löst i vätskefasen. Den av av mixern M3 lösta syrgasen förbrukas sedan under tidsperioden lll i reaktor H3.With an optimal mixing in the mixer M1, it can be assumed that the amount of oxygen dissolved in the liquid phase is close to the amount that can theoretically be dissolved in the liquid phase. However, the consumption of the amount of oxygen dissolved in the liquid phase takes place very quickly and significantly faster than the transition of the oxygen from the gas phase to the liquid phase, which is why the proportion of remaining dissolved oxygen in the liquid phase follows the curve 02 Liq RES. The oxygen that is to react with the fiber wall in KUF635 20 25 30 528 726 n? the cellulose is therefore depleted too quickly and this means that the oxygen delignification of the cellulose fibers does not proceed at all under favorable conditions. Therefore, a remix is activated after time 1 with the mixer M2 so that the proportion of oxygen that is dissolved in the liquid phase can be increased. This dissolved amount is also consumed during the time period II in the reactor H2 and a further remixing therefore takes place with the mixer M3 to again increase the proportion of oxygen which is dissolved in the liquid phase. The oxygen dissolved by the mixer M3 is then consumed during the time period III in reactor H3.
Systemet i figur 1 är av konventionell typ där trycket sjunker succesivt genom systemet p.g.a tryckfall i ledningar e.t.c. I figur 1 sjunker därför trycket från reaktor Rj till F12 med cirka 1 bar, och från Rz till H3 med cirka 1 bar exklusive tryckfall beroende på förluster i statisk höjd. Med en reaktor med 10 meters höjd blir det även ett tryckfall på 1 bar pga skillnad i statisk höjd mellan in- och utlopp på reaktorn. Med ett högt starttryck på 17 bar får man cirka 16 samt 15 bar i reaktorerna Fig respektive H3. Tryckfallet genom systemets högtrycksdel HP (=reaktorerna H1, F12, H3) skall minimeras då principen i uppfinningen är att så långt möjligt bibehålla trycket högt i hela högtrycksdelen HP och att aktivera ommixningar under bibehållet tryck för att så långt det är praktiskt möjligt hälla andelen syrgas som är löst i vätskefasen så hög som möjligt.The system in Figure 1 is of the conventional type where the pressure drops gradually through the system due to pressure drop in lines e.t.c. In Figure 1, therefore, the pressure from reactor Rj to F12 drops by about 1 bar, and from Rz to H3 by about 1 bar excluding pressure drops due to losses in static height. With a reactor with a height of 10 meters, there will also be a pressure drop of 1 bar due to the difference in static height between the inlet and outlet of the reactor. With a high starting pressure of 17 bar, you get about 16 and 15 bar in the reactors Fig and H3, respectively. The pressure drop through the high pressure part of the system HP (= reactors H1, F12, H3) must be minimized as the principle of the invention is to keep the pressure high as far as possible in the entire high pressure part HP and to activate remixes under maintained pressure to pour as much oxygen as possible which is dissolved in the liquid phase as high as possible.
Trycket i sig själv är väsentligt för att underlätta övergången från gasfas till vätskefas då man kan hålla kontaktytan mellan gasfas och vätskefas hög om icke löst syrgas (distribuerad i suspensionen som antingen synligt eller icke synligt skum/bubblor) kan bibehàllas i form av små bubblor och motverka att dessa klumpas ihop till större gasaggregat, vilket bl.a sker om trycket sänks.The pressure itself is essential to facilitate the transition from gas phase to liquid phase as the contact surface between gas phase and liquid phase can be kept high if undissolved oxygen (distributed in the suspension as either visible or invisible foam / bubbles) can be maintained in the form of small bubbles and prevent these from clumping together into larger gas units, which happens, among other things, if the pressure is reduced.
Om gasen kan hållas i form av bubblor med 0,1 mm's diameter istället för 1 mm's diameter så ökar kontaktytan mellan gasfas samt vätskfas med en faktor på 100. Små bubblor kan även lättare hàllas fördelade över hela suspensionsvolymen samt kan lättare penetrera in till fiberväggar.If the gas can be kept in the form of bubbles with a diameter of 0.1 mm instead of a diameter of 1 mm, the contact surface between the gas phase and the liquid phase increases by a factor of 100. Small bubbles can also be more easily distributed over the entire suspension volume and can more easily penetrate into fiber walls.
Efter högtryckdelen HP reduceras trycket ned till en lägre nivài lâgtrycks- delen LP, vid ett tryck där mellantrycksånga kan användas för att direktvärma massasuspensionen. Vid en lämplig trycknivå på 10 bar i lågtrycksdelen så kan endast hälften av den mängd syrgas som kan lösas vid 20 bar gå ut i KUF635 20 25 30 528 if! 726 lösning. Restmängden syrgas vid denna processposition är dock pà grund av den höga förbrukningen i högtrycksdelen relativt låg. Den teoretiskt lösbara mängden syrgas vid 10 bars tryck kan dock ändock uppgå till 40-60% av den restmängd syrgas som finns kvar, och i vissa system kan man därför vilja satsa lite extra syrgas inför làgtrycksdelen.After the high pressure part HP, the pressure is reduced down to a lower level of the low pressure part LP, at a pressure where intermediate pressure steam can be used to directly heat the pulp suspension. At a suitable pressure level of 10 bar in the low pressure part, only half of the amount of oxygen that can be dissolved at 20 bar can go out in KUF635 20 25 30 528 if! 726 solution. However, the residual amount of oxygen at this process position is relatively low due to the high consumption in the high pressure part. However, the theoretically soluble amount of oxygen at 10 bar pressure can still amount to 40-60% of the residual amount of oxygen that remains, and in some systems you may therefore want to invest a little extra oxygen for the low pressure part.
Sammanfattnignsvis visar figur 2 hur man genom upprepad ommixning kan hälla andelen i vätskefasen löst syrgas hög genom dels ommixning samt dels bibehàllet högt tryck. Båda dessa villkor är nödvändiga för att kunna lösa sä pass stor andel som drygt 20% av den totala satsen syrgas, samt bibehålla mängden syrgas i vätskefasen hög genom hela högtrycksdelen. Härigenom etableras gynnsamma villkor för delignifiering av fiberväggen i dess kontakt med vätskefasen som ävenledes tränger in i och emellan fibrerna.In summary, Figure 2 shows how, by repeated remixing, the proportion of dissolved oxygen gas can be poured high through remixing and at the same time maintaining high pressure. Both of these conditions are necessary to be able to solve as large a proportion as just over 20% of the total batch of oxygen, and to keep the amount of oxygen in the liquid phase high throughout the entire high-pressure part. This establishes favorable conditions for delignification of the fiber wall in its contact with the liquid phase which also penetrates into and between the fibers.
I figur 3 visas en annan variant där man har 3 ommixningspositioner mellan 4 reaktorer, och där man i den sista reaktorn även har en omrörare S som visas schematiskt i figur 1. Här är samma höga tryck etablerat genom hela högtrycksdelen HP, vilket eventuellt kan säkerställas med mixrari ommixnings-positionerna som höjer trycket. Kvaerner Pulping AB's mixrar DUALOMIXTM är en sådan typ av mixer som vid vissa applikationer (storlek/flöden) och utförande pà mixern kan ge tryckuppbyggnad. Alternativt kan man sätta in hjälppumpar mellan reaktorerna. Även här satsas 20 kg syrgas i början men ommixningarna sker tätare med kortare samt successivt ökande uppehàllstider mellan ommixningspositionerna.Figure 3 shows another variant where you have 3 remixing positions between 4 reactors, and where in the last reactor you also have a stirrer S which is shown schematically in figure 1. Here the same high pressure is established throughout the high pressure part HP, which can possibly be ensured with mixerari remixing positions that increase the pressure. Kvaerner Pulping AB's mixers DUALOMIXTM is such a type of mixer that in certain applications (size / flows) and design of the mixer can give pressure build-up. Alternatively, auxiliary pumps can be installed between the reactors. Here, too, 20 kg of oxygen is invested in the beginning, but the remixes take place more frequently with shorter and gradually increasing residence times between the remixing positions.
I figur 4 visas en variant med initiell syrgassats pà 14 kg, bibehàllet tryck genom systemet och tätare mellan ommixningarna relativt figur 2 men i övrigt lika.Figure 4 shows a variant with an initial oxygen charge of 14 kg, maintained pressure through the system and denser between the remixes relative to Figure 2, but otherwise the same.
I figur 5 visas hur syrgasen skulle förbrukas om inte den uppfinningsenliga metoden tillämpades i ett tvà-reaktorssystem med en första högtrycksdel samt en andra lägtrycksdel, d.v.s. om inte ommixning sker i högtrycksdelen. Här framgår att mängden löst syrgas i vätskefasen snabbt faller till mycket låg KUF635 20 25 30 528 726 l 5” mängd, varför delignifiering av fibern/fibervåggen sker långt fràn gynnsamma villkor i första högtrycksdelens senare del.Figure 5 shows how the oxygen gas would be consumed if the method according to the invention were not applied in a two-reactor system with a first high-pressure part and a second low-pressure part, i.e. unless remixing takes place in the high pressure part. Here it appears that the amount of dissolved oxygen in the liquid phase quickly falls to a very low KUF635 20 25 30 528 726 l 5 ”amount, which is why delignification of the fiber / fiber wall takes place far from favorable conditions in the latter part of the first high pressure part.
Principiellt skall huvuddelen av den erfoderliga mängden kemikalier, både syrgas samt alkali, satsas före den första reaktorn, vilka kemikaliemänger är sådana att alkali satsas för erhållande av ett start pH väl över 9,0 samt syrgas i en sats mellan 5-50 kg per ton massa. Aktuell sats är beroende av ingående kappatal. Med massa med ingående kappatal på 40-50 enheter och reduktion ned till kappatal 8-10 kan syrgassatsen uppgå till 30-50 kg per ton massa, dvs en kappafaktorstyrning på 1-2 kg per Akappa och ton massa. Med lägre ingående kappatal ligger kappafaktorn typiskt på 1,5-3,0 kg per Akappa och ton massa. Uppfinningen tillämpas således i en syrgasdelignifeirng med kappafaktor satsning av syrgas i omådet 1.0-3,0 (kg syrgas per Akappa och ton massa).In principle, the majority of the required amount of chemicals, both oxygen and alkali, must be charged before the first reactor, which chemical amounts are such that alkali is charged to obtain a starting pH well above 9.0 and oxygen at a rate between 5-50 kg per tonne pulp. The current rate depends on the input kappa number. With pulp with an incoming kappa number of 40-50 units and a reduction down to kappa number 8-10, the oxygen rate can amount to 30-50 kg per tonne of pulp, ie a kappa factor control of 1-2 kg per Akappa and tonne of pulp. With lower input kappa numbers, the kappa factor is typically 1.5-3.0 kg per Akappa and tonnes of pulp. The invention is thus applied in an oxygen delignification with kappa factor investment of oxygen in the range 1.0-3.0 (kg oxygen per Akappa and tonne of pulp).
Alkali måste tillsättas så att pH bibehålles på ett slut-pH på 10-10,5 så att alkaliteten bibehålles hög under hela processen. Normalt innebär detta att 80- 100% av alla syrgas satsas till första inmixningspositionen, emedan 70-90% av allt alkali, i vissa enstaka fall hela satsen då främst totala uppehållstiden år kort, tillsättes samma inmixningsposition.Alkali must be added so that the pH is maintained at a final pH of 10-10.5 so that the alkalinity is maintained high throughout the process. Normally this means that 80-100% of all oxygen is charged to the first mixing position, while 70-90% of all alkali, in some individual cases the entire batch when mainly the total residence time is short, is added to the same mixing position.
Normalt tillsättes före lågtrycksdelen endast alkali främst vid långa totala uppehållstider, samt mindre mängd syrgas om uppehållstiden i lågtrycksdelen är lång. Det har praktiskt visat sig att de allra flesta system uppvisar förbättrad delignifiering samt förbättrad styrka på massan, d.v.s förbättrad selektivitet, om en mindre mängd (typiskt 10-40% av totalsatsen) satsas till andra steget.Normally, before the low-pressure part, only alkali is added, mainly during long total residence times, and a smaller amount of oxygen if the residence time in the low-pressure part is long. It has been found in practice that the vast majority of systems show improved delignification as well as improved strength of the pulp, i.e. improved selectivity, if a smaller amount (typically 10-40% of the total batch) is invested in the second stage.
Anpassning av satsningsstrategi sker i beroende av ett flertal faktorer som o ingående kappatal, där högre ingående kappatal kan medföra fler satsningspositoner av alkali och/eller syrgas; ~ total kappareduktion i syrgasdelignifieringen, ~ aktuell cellulosa (löwed, barrved, tung eucalyptus etc där kortfibrig lövved kan kräva tätare eller fler ommixningspositioner i högtrycksdelen) 0 efterföljande bleksteg (ECF eller TCF sekvens, förekomst av andra alkaliska bleksteg typ P-steg, samt effekt och antal av alkaliska extraktionssteg av E-/EO-/EOP-typ), KUF635 20 30 528% 726» R» - önskade egenskaper pà slutblekt massa ~ krav på COD-halt i utsläpp (kan kräva tuffare körning i syrgasen trots minskad selektivitet vilket kan reducera erfoderlig mängd klordioxid i D- steg). l syfte att få optimal verkan på cellulosamassan, och inte förbruka kemikalierna på onödigt organiskt material i vätskefasen kan cellulosamassan före syrgasdelignifieringen awattnas till högre konsistens samt återutspädes inför syrgasdelignifieringen till medelkonsistens med rent filtrat (filtrat som kommer från tvåttsteg efter syrgasdelignifieringen eller annat rent processvatten) som företrädesvis oxiderats dessförinnan i en oxiderande reaktor OxR. Det alkali som satsas kan av samma skäl satsas till delar eller helt i form av oxiderad vitlut.Adjustment of investment strategy takes place in dependence on a number of factors such as the input kappa number, where higher input kappa numbers can lead to more investment positions of alkali and / or oxygen; ~ total coat reduction in oxygen delignification, ~ topical cellulose (hardwood, softwood, heavy eucalyptus etc where short-fiber hardwood may require denser or more remixing positions in the high pressure part) 0 subsequent bleaching steps (ECF or TCF sequence, occurrence of other alkaline bleaching steps type P-step and number of alkaline extraction steps of E- / EO- / EOP type), KUF635 20 30 528% 726 »R» - desired properties of final bleached mass ~ requirement for COD content in emissions (may require tougher driving in the oxygen despite reduced selectivity which can reduce the amount of chlorine dioxide required in step D). In order to have an optimal effect on the cellulose pulp, and not consume the chemicals on unnecessary organic material in the liquid phase, the cellulose pulp before the oxygen delignification can be dewatered to a higher consistency and diluted before the oxygen delignification to medium consistency with pure filtrate (filtrate coming from preferably previously oxidized in an OxR oxidizing reactor. The alkali that is charged can for the same reason be charged in part or entirely in the form of oxidized white liquor.
Uppfinningen kan varieras pà ett flertal sätt inom ramen för uppfinningen.The invention can be varied in a number of ways within the scope of the invention.
Exempelvis kan andra typer av reaktorer än uppflödestorn användas såsom nedflödestorn eller enkla rörledningar som dras i horisontalplanet eller vertikalplanet i en U-böi. l vissa svårdellgnifierade massor såsom löwed kan satsning av syrgas krävas i alla mixningspostioner l systemet. Fler än 3 reaktorer med föregående mixningari högtrycksdelen och/eller mer än 1 reaktor i den efterföljande lågtrycksdelen kan även krävas.For example, other types of reactors than the inflow tower can be used such as downflow towers or simple pipelines drawn in the horizontal plane or the vertical plane in a U-bend. In some difficult-to-define masses such as leaves, the addition of oxygen may be required in all mixing positions in the system. More than 3 reactors with previous mixing in the high pressure part and / or more than 1 reactor in the subsequent low pressure part may also be required.
Dock skall minst en ommixningsposition etableras i högtrycksdelen med en minsta förbestämd tidsutdräkt efter en föregående huvudmixningsposition och med en efterföljande làgtrycksdel i minst en reaktor.However, at least one remixing position shall be established in the high pressure section with a minimum predetermined time extension after a previous main mixing position and with a subsequent low pressure section in at least one reactor.
Den förbestämda tidsutdräkten mellan mixningspositionerna kan anpassas till aktuell förbrukning av i vätskefasen löst syrgas eller den totalt satsade syrgassatsen, där en ommixning lämpligen kan ske så fort som mer än 30% av syrgasen som satsats dessförinnan förbrukats. De angivna föredragna uppehållstiderna för massan i reaktorerna R1-Fl3 är dock bra riktmärken för de allra flesta processer, vilka riktmärken är anpassade till den snabba förbrukningen i början av processen vilken förbrukningshastighet avklingar successivt.The predetermined length of time between the mixing positions can be adapted to the actual consumption of oxygen dissolved in the liquid phase or the total charged oxygen charge, where a remixing can suitably take place as soon as more than 30% of the oxygen charged before consumption. However, the stated preferred residence times for the pulp in the reactors R1-F13 are good benchmarks for most processes, which benchmarks are adapted to the fast consumption at the beginning of the process, which consumption rate gradually decreases.
KU F635 10 20 25 528 72s 17' Uppfinningen kan även tillämpas i ett delignifierings system med en kort första lågtrycksdel, där en mindre mängd syrgas, typiskt väl mindre än 40% och företrädesvis mindre än 20% av det som totalt satsas till syrgassteget, tillsättes före eller i lágtryckdelen i syfte att oxidera det material som finns löst i vàtskefasen. På detta sätt kan man undvika att den syrgas som tillsättes till efterföljande högtrycksdel onödigtvis förbrukas på oxiderbart material i vätskefasen, och till större del utnyttjas för delignifiering av cellulosan i högtrycksdelen.KU F635 10 20 25 528 72s 17 'The invention can also be applied in a delignification system with a short first low-pressure part, where a smaller amount of oxygen, typically well less than 40% and preferably less than 20% of what is invested in the total oxygen step, is added. before or in the low pressure part for the purpose of oxidizing the material which is dissolved in the liquid phase. In this way, it is possible to avoid that the oxygen gas added to the subsequent high-pressure part is unnecessarily consumed on oxidizable material in the liquid phase, and is to a greater extent used for delignification of the cellulose in the high-pressure part.
Företrädesvis användes även oxiderad vitlut som alkalitillsats.Preferably, oxidized white liquor is also used as an alkali additive.
Med den uppfinningsenliga metoden kan syrgasdelignifieringen i fabriksmiljö lättare drivas till lägre kappatal, och exempelvis lövved som vid laboratorieförsök kan delignifieras ned till kappatal 9 eller lägre kan även i fabriksmiljö närma sig denna potentiella kappreduktion. Under vissa omständigheter kan kappatalsreduktionen i fabriksmiljö förbättras upp till 3 kappaenheter med bibehållen styrka i massan. Alternativt kan man erhålla samma kappatalsreduktion med väsentligen förbättrad massastyrka eller mellanvarianter mellan dessa båda ytterlighets-alternativ där både massastyrkan samt kappareduktionen förbättras. Kostnaderna för bleklinjens drift, främst kostnader för övriga blekkemikalier i efterföljande bleksteg reduceras kraftigt om man redan tidigt i bleklinjen i syrgasdelignifieringen kan reducera kappatalet med 2-3 enheter ytterligare.With the method according to the invention, the oxygen delignification in a factory environment can be more easily driven to lower kappa numbers, and for example hardwood which in laboratory experiments can be delignified down to kappa numbers 9 or lower can also approach this potential kappa reduction in a factory environment. Under certain circumstances, the kappa number reduction in a factory environment can be improved up to 3 kappa units while maintaining strength in the pulp. Alternatively, one can obtain the same kappa number reduction with substantially improved mass strength or intermediate variants between these two extreme alternatives where both the mass strength and the kappa reduction are improved. The costs for the operation of the bleaching line, mainly costs for other bleaching chemicals in subsequent bleaching steps, are greatly reduced if the kappa number can be reduced by 2-3 units further early in the bleaching line in the oxygen delignification.
KUF635KUF635
Claims (15)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0403223A SE528726C2 (en) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | Oxygen delignification of cellulose pulp into a high pressure part and a low pressure part |
| PCT/SE2005/001337 WO2006071164A1 (en) | 2004-12-30 | 2005-09-15 | Method for oxygen delignification of cellulose pulp at high pressure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0403223A SE528726C2 (en) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | Oxygen delignification of cellulose pulp into a high pressure part and a low pressure part |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE0403223D0 SE0403223D0 (en) | 2004-12-30 |
| SE0403223L SE0403223L (en) | 2006-07-01 |
| SE528726C2 true SE528726C2 (en) | 2007-01-30 |
Family
ID=34102165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE0403223A SE528726C2 (en) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | Oxygen delignification of cellulose pulp into a high pressure part and a low pressure part |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| SE (1) | SE528726C2 (en) |
| WO (1) | WO2006071164A1 (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE9401628L (en) * | 1994-05-10 | 1995-11-11 | Stora Kopparbergs Bergslags Ab | Oxygen delignification procedure |
| WO2000075420A1 (en) * | 1999-06-08 | 2000-12-14 | Eastern Pulp And Paper Corporation | Bleaching pulp with high-pressure o¿2? |
-
2004
- 2004-12-30 SE SE0403223A patent/SE528726C2/en not_active IP Right Cessation
-
2005
- 2005-09-15 WO PCT/SE2005/001337 patent/WO2006071164A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE0403223D0 (en) | 2004-12-30 |
| WO2006071164A1 (en) | 2006-07-06 |
| SE0403223L (en) | 2006-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4363697A (en) | Method for medium consistency oxygen delignification of pulp | |
| US4431480A (en) | Method and apparatus for controlled addition of alkaline chemicals to an oxygen delignification reaction | |
| US20050150618A1 (en) | Methods of processing lignocellulosic pulp with cavitation | |
| EP0106460A1 (en) | Improved method and apparatus for oxygen delignification | |
| SE514789C2 (en) | Delignification and bleaching of cellulose pulp with peracetic acid, ozone and oxygen | |
| EP0106609A1 (en) | Apparatus and method for oxygen extraction of lower consistency pulp | |
| US4543155A (en) | Method for bleaching wood pulp including dissolving oxygen into the dilution water of an extraction stage | |
| US20090107642A1 (en) | Method for oxygen delignification of cellulose pulp at high pressure in several steps | |
| JP3217065B2 (en) | Continuous cooking of pulp | |
| SE526707C2 (en) | Continuous alkaline oxygen gas delignification of pulp, uses reactor system divided into high and low pressure runs | |
| SE528726C2 (en) | Oxygen delignification of cellulose pulp into a high pressure part and a low pressure part | |
| EP3249098A1 (en) | Method and assembly for processing cellulose pulp of wood processing industry | |
| US20160002858A1 (en) | Methods for the oxygen-based delignification of pulp | |
| EP3380667B1 (en) | Method and system for oxygen delignification of cellulose pulp | |
| US6793771B2 (en) | Ozone bleaching of low consistency pulp | |
| EP0047656A1 (en) | Process and apparatus for the oxygen delignification of pulp | |
| KR920007531B1 (en) | Method for bleaching wood pulp | |
| JPS5982487A (en) | Apparatus and method for extracting oxygen from low concentration pulp | |
| Hart et al. | Pilot scale trials of a low consistency oxygen delignification system performed with a Hydro Dynamics ShockWave Power Reactor | |
| EP0303962A2 (en) | Oxygen alkali extraction process for producing bleached pulp | |
| SE516688C2 (en) | Treatment of pulp before peroxide bleaching with acid and complexing agents | |
| SE516065C2 (en) | Peroxide bleaching process for pref. chemical pulp | |
| SE512491C2 (en) | Chlorine free bleaching of chemical paper pulps |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |