SE528837C2 - Peroxidblekning av mekanisk massa med alkalimetallaluminat som alkali - Google Patents

Description

2 I mekaniska defibreringsprocesser är utbytet 90 till 97% beräknat på trä. Termomekaniska massprocesser, t.ex. TMP- processen, är i allmänhet integrerade med pappersbruksanläggningarna. Det kemiska syrebehovet (COD) för denna process är 50 till 80 kg per ton producerad massa.

Avloppsvattmet från processen leds till en biologisk behandlingsprocess i samband med annat avloppsvatten från pappersbruket.

Kemi-mekanisk raffinering eller CTMP-anläggningar är inte lika ofta integrerade med ett pappersbruk, utan den producerade massan bleks, torkas och transporteras för användning på annat ställe. Det kemiska syrebehovet för avloppsvatten från denna process kan vara så mycket som två gånger jämfört med konventionell mekanisk defibrerad massa, varigenom också kostnaden för avloppsvattenbehandlingen i en biologisk behandlingsanläggning ungefär fördubblas. Dessutom kan inte förbrukade kemikalier återvinnas utan dumpas i stället ofta i närbelägna vattenvägar och utgör därmed en miljöfara.

CTMP-processen producerar fibrer med ett högt utbyte, fibrer som i vissa tillämpningar kan ersätta sulfatmassa. Dessutom är fiberutbytet tydligt högre och investeringskostnaderna i relation till produktionskapaciteten väsentligt lägre än i sulfatmassaprocessen.

I en CTMP-anläggning impregneras spån med en Na2SO¿-lösning. I allmänhet är den kemiska förbrukningen omkring 20 kg per ton massa. Efter malning bleks massan med användning av omkring 20 kg H55 per ton massa tillsammans med en lika stor del NaOH.

Om en kemisk återvinningsprocess av den typ som används i sulfatmassaanläggningar skulle finnas tillgänglig för anläggningar som producerar blekt kemimekaniskt raffinerad massa skulle den allmänna konkurrenskraften för en CTMP- anläggning förbättras och miljölasten för anläggningen skulle kunna reduceras.

De första stegen i denna riktning vid en fullskaleanläggning har redan tagits i en kanadensisk anläggning som producerar blekt kemimekaniskt raffinerad massan från Aspen. Den producerade massan torkas och säljs.

I denna anläggning utförs impregneringen med en natriumsulfitlösning och blekning utförs med alkalisk peroxid.

Den använda luten från båda stegen koncentreras genom förångning och den sålunda erhållna koncentrerade luten förbränns i en återvinningskokare, vari det lösta organiska ämnet förbränns till koldioxid, under det att det förbrukade natriumet och svavelkemikalierna reduceras till en smälta av NaQS och Na1C0,. I denna kända process avkyls smältan och lagras för möjlig senare användning. Eftersom båda ämnena är vattenlösliga måste de lagras under torra förhållanden.

Industriell användning av en massprocess känd som Sonoco- processen beskrivs i publikationen Appita, volym 33, nr 6, sid. 447-453. Fibrerna som produceras häri är s.k. NSSC-massa producerad genom att impregnera en Nagïh-lösning vid förhöjt tryck och temperatur till flisor i en kontinuerlig rötkammare.

Efter kokning utförs defibreringen i en raffinator.

Massautbytet är omkring 80% är träet. Den aktiva kemikalien som används i processen är sama som i en CTMP-process. Enligt publikationen utförs den kemiska återvinningen genom att addera aluminiumhydroxid till förångningsprocessen innan den slutliga koncentreringen. Dessutom läggs återvunnet natriumaluminat till den starka förbrukade luten och denna blandning kulsintras. Kulorna förbränns i en roterande âterförande smältugn som har en utloppstemperatur av omkring 900°C. Reducerande förhållanden råder i det inre av kulorna och svavlet i den använda luten reduceras till sulfit och samtidigt bildar natrium och aluminium ett stabilt natriumaluminat som har en hög smälttemperatur (l6OWT). Svavel avges från kulorna son1IgS och oxideras omedelbart till S02. En del av de förbrända kulorna krossas och återcirkuleras till kulsintringen av den m r _; en f n »Iz 4 starka använda luten. De återstående delarna av aluminatkulorna upplöses. Natriumaluminat är vattenlösligt och bildar en stark alkalisk lut. S02 i rökgaserna absorberas in i denna lut, varigenom Nagäg bildas och aluminiumhydroxid fälls ut.

Na,SO3 återanvänds för impregnering och aluminiumhydroxiden läggs till förångningsfasen för den förbrukade luten.

I allmänhet säger litteraturen inom tekniken att produktion av CTMP-massa kräver sulfonation av lignin i impregneringsfasen, d.v.s. användning av sulfit, och massan normalt bleks med användning av peroxid, vilken process behöver alkaliska förhållanden. Konventionellt används NaOH för att kontrollera pH:et. Ãtervinningen av värmeinnehållet i det organiska materialet som löses ut från träet kräver en sådan hög temperatur att kemikalierna som används i processen smälter vid denna temperatur. Effektiv återvinning av värme och kemikalier från en sådan smälta är mycket krävande och kräver dyra utrustningsinvesteringar. Följaktligen skulle det vara speciellt önskvärt att finna en blekningsprocess, och företrädesvis också en associerad defibreringsmetod, vari sådana kemikalier skulle kunna användas som inte smälte under förbränningen av koncentrerad förbrukad lut som erhållits från blekningen och, företrädesvis, också från defi- breringsprocessen, när värme och kemikalier skall återvinnas från nämnda lut.

Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en sådan metod, där de huvudsakliga egenskaperna för föreliggande uppfinning visas i de bifogade kraven och speciellt i krav 1. De andra kraven visar föredragna utföringsformer av uppfinningen som exempel på olika sätt att tillämpa uppfinningen. Emellertid är uppfinningen inte begränsad till dessa utföringsexempel.

Natriumaluminat är extremt alkaliskt så det kan användas i stället för NaOH i peroxidblekning av defibrerad massa. Vidare är smältpunkten för natriumaluminat så hög att den inte kommer att smälta vid förbränning av koncentrerad, förbrukad lut för att återvinna värme och kemikalier, utan bildar i stället aska, vilken lätt löses i vatten i syfte att återcirkuleras.

Eftersom de basiska blekningsförhållandena enligt föreliggande uppfinning tillhandhâlls genom att lägga till starkt alkaliskt natriumaluminat i stället för Na0H till massan som skall blekas med peroxid är det speciellt fördelaktigt att impregnera flisor som mekaniskt skall defibreras med en utspädd lösning av natriumaluminat, vilken efter det mekaniska raffineringssteget skickas till blekningssteget tillsammans med massan som skall blekas. Natriumaluminatimpregnerad och defibrerad massa är helt klart starkare än motsvarande sulfonerad och defibrerad massa.

Vid impregneringen av flisor som skall defibreras mekaniskt används natriumaluminat, vilket åtminstone delvis erhålls genom att förbränna koncentrerad, förbrukad lut och genom att lösa den erhållna askan.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen utförs blekning vid en temperatur av omkring 20 till l50°C, företrädesvis 50 till 100°C, och vid ett pH-värde av omkring av 9,5 till 12,5, företrädesvis 10 till 12.

Den koncentrerade förbrukade luten från blekningen och företrädesvis från defibreringen kan förbrännas vid en mycket hög temperatur om omkring 500 till ll00°C utan risk att kemikalierna som används i blekningen eller i impregneringen bildar en smälta. Innan förbränningen koncentreras företrädesvis natriumaluminatet som innehåller förbrukad lut erhållen från blekningssteget och möjligen från defibreringssteget, till fast form om åtminstone omkring 30% och fördelaktigt upp till 35% till 45%. Ytterligare koncentration av koncentrerad avfallslut utförs företrädesvis genom användning av varma rökgaser erhållna från förbränningen .av koncentrerad förbrukad lut, t.ex. i en sprayförângare. (_51 flš G3 G9 L, .i -._ 6 Om den förbrukade luten innehåller svavelföreningar kan dessa bindas till CaSO, under förbränningen på ett känt Sätt 9en°m att lägga till lämpliga kalkprgdukter, SOK* t-ex- mald kalksten, till den förbrukade luten som skall förbrännas.

För en fackman är det uppenbart att metoden enligt uppfinningen kan utnyttjas med natriumaluminat eller i brist därpå också något annat alkalimetallaluminat. Emellertid är natriumaluminat en kemikalie med ett attraktivt pris och lätt tillgänglighet som används mycket i andra tillämpningar vid rening av vatten och avloppsvatten. Det är dessutom uppenbart att också med ett alkalimetallaluminat eller i brist därpå, kan någon annan lämplig alkalisk kemikalie som har en tillräcklig hög smälttemperatur, t.ex. titanat eller ferriter, användas.

Den mekaniska defibreringen som föregår blekningssteget enligt uppfinningen kan utföras med användning av en termomekanisk eller kemimekanisk raffineringsprocess i ett eller flera steg på ett, som sådant, känt sätt. Om flisorna impregneras med en utspädd lösning av natriumaluminat innan defibreringen kan den malda massan skickas direkt till peroxidblekningssteget utan mellanliggande tvättning av massan och separation av tvättvatten.

Det är en huvudsaklig fördel med metoden enligt uppfinningen att den är kompatibel med alla fiberanläggningsråmaterial och _speciellt alla träarter.

I det följande beskrivs uppfinningen närmare medelst exempel och genom hänvisning till de bifogade ritningarna som visar blockschemat för en process som speciellt passar för att utföra metoden enligt uppfinningen, vilken process, emellertid, endast representerar en av många möjliga utföringsformer av uppfinningen.

Träflisor ll och en utspädd lösning av Na-aluminat matas till ett impregneringssteg 1, varifrån den impregnerade flisen leds CH I ul CS ”Na xwßø/ M3 7 genom ett rör 13 till en mekanisk defibrering eller malningssteg 2 som utförs medelst en eller flera skivraffinerare kopplade i serie.

Därpå skickas den defibrerade massan tillsammans med impregneringskemikalierna genom ett rör 14 till ett blekningssteg 3, till vilket också peroxid 29 och mer utspädd lösning av Na-aluminat 28 läggs till. Blekning utförs vid en förhöjd temperatur och genom att mata en sådan mängd med Na- aluminat 28 till blekningssteget 3 att starka alkaliska blekningsförhållanden erhålls. Därpå skickas den blekta massan genom ett rör 15 till ett tvättsteg 4, till vilket också tvättvatten 32 matas och från vilket steg den blekta kemimekaniska raffinerade massan 18 avleds och den använda luten 16 skickas till ett förångningssteg 5, vari luten först koncentreras medelst ånga 30 och sedan ytterligare koncentreras 8 med varma rökgaser 20 när den koncentrerade förbrukade luten har passerat genom ett rör 17 till ett sprayförångningssteg 8, till viket också varma rökgaser skickas från en cirkulationsbäddsmältugn 6. De fuktiga rökgaserna som lämnar sprayförångningssteget genom ett rör 22 filtreras ytterligare i ett dammfilter 9 innan de avleds 26 från processen, under det att dammet som samlats i dammfiltret returneras genom ett rör 25 till ett rör 21 som förenar cirkulationsbäddsmältugnen 6 och sprayförångningssteget 8.

Den ytterligare koncentrerade förbrukade luten, som innehåller organiskt material förutom aska och damm, vilken lut flödar från sprayförångningssteget genom det sammankopplande röret 21, förbränns i cirkulationsbädden 6 med luft 19 vid en sådan hög temperatur att värmeinnehållet för den förbrukade luten kan återvinnas, utan att det bildas en smälta däri, aska som samlas på botten av smältugnen avleds genom rör 31 till ett asklösningssteg 7, till vilket också vatten 23 matas. Från lösningssteget skickas den utspädda lösningen som innehåller Na-aluminat genom rör 24 till ett filtreringssteg 10, varifrån P3 p a vv A- tm! b Q u. i <3 . 8 filtreringsresterna 27 tas bort från processen, under det att den renade lösningsluten matas genom ett recirkulationsrör 28 till blekningssteget 3 och speciellt också till impregneringssteget l, om nödvändigt tillsammans med en tillförsel av färskt Na-aluminat 12.

I stället för en cirkulationsbäddsmältugn 6 kan någon annan konventionell smältugn användas, t.ex. en roterande brännugn eller en flödesbäddsmältugn. Jämfört med en sodaåtervinningskokare är dessa anordningar väsentligt mindre kostsamma och de erbjuder en mycket lättare förbränningsstyrning än sodaåtervinningskokaren.

Exemgel Träflisor impregnerade med natriumsulfit som har en ursprunglig vithet om 60,6 innan blekning blektes med väteperoxid med en mängd av l,5% av den torra vikten för flisorna när en lika stor del kaustiksoda i referenstestet och en lika stor del natriumaluminat i det jämförande testet fanns närvarande.

Genomsnittet för ett mångfald av test visade att i en blekningsprocess när kaustiksoda användes för att styra pH- värdet ökade ljusheten till 68,6 enheter, d.v.s. med 8 enheter, och när natriumaluminat användes ökade massans ljushet till nästan samma nivå, nämligen med 6,6 enheter till 67,2 enheter.

I båda testserierna utfördes blekningen med samma temperatur 65°C. Emellertid är värme och kemikalieåtervinning från förbrukad lut innehållande natriumaluminat väsentligt lättare och mer kostnadseffektiv än från förbrukad lut innehållande kaustiksoda.

Claims (9)

Lfi ni C25 CI' in \J Patentkrav

1. Metod för att bleka (3) mekaniskt (2) defibreräd massa (14) med peroxid (29) i en alkalisk miljö och för att tvätta (4) den blekta massan (15) och återvinna kemikalier från den förbrukade luten (16) erhållen från blekningssteget genom att koncentrera (5, 8) och förbränna (6) den förbrukade luten och lösa (7) askan (31) som därmed bildats i vatten (13), k ä n n e t e c k n a d a v att de alkaliska förhållandena i blekningssteget (3) erhålls genom att lägga till alkalimetallaluminat (12) till massan (14) som skall blekas, vilken alkalimetallaluminat åtminstone till en del är nämnda aska (28) npplöst i vatten.

2. Metod enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda alkalimetallaluminat är natriumaluminat.

3. Metod enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda alkaliska förhållanden i blekningssteget (3) delvis erhålls genom att impregnera (1) nämnda träflisor (ll) som skall defibreras mekaniskt med en utspädd lösning (12, 28) av natriumaluminat och skicka massan (14) efter det mekaniska defibreringssteget (2) till nämnda blekningssteg (3).

4. Metod enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att impregneringssteget (1) för nämnda träflisor (ll) som skall defibreras mekaniskt åtminstone delvis använder askan (28) som är upplöst i vatten.

5. Metod enligt något av föregående krav, k ä n n e ~ t e c k n a d a v att blekningssteget (3) utförs vid en temperatur av omkring 20°C till l50°C, företrädesvis 50°C till lOO°C.

6. Metod enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v att pH-värdet för nämnda blekningssteg (3) Lfi "i Pm; fi”. »av F* if» xw: 10 anpassas till ett värde av omkring 9,5 till 12,5, företräd6SViS 10 till 12.

7. Metod enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e o k n a d a v att den koncentrerade (5, 8) förbrukade luten (21) från nämnda blekningssteg (3) förbränns vid en temperatur om 500 till 1100°C.

8. Metod enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v att den förbrukade luten (16) som erhålls från blekningssteget (3) koncentreras (5) till ett fast innehåll av omkring åtminstone 30%, företrädesvis 35% till 45%.

9. Metod enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d a v att den koncentrerade förbrukade luten (17) från nämnda blekningssteg (3) är ytterligare koncentrerad med varma rökgaser (20) som avges från förbränningssteget (6) för nämnda förbrukade lut.