SK283771B6 - Kyslíková delignifikácia odpadových celulózovo-papierenských výrobkov - Google Patents

Abstract

Odpadové celulózové papierenské výrobky, napríklad staré obaly z vlnitej lepenky sa recyklujú využitím kyslíkovej delignifikácie v prítomnosti alkalického materiálu za vzniku recyklovanej buničiny s nízkym číslom kapa pri udržaní zodpovedajúcej pevnosti vlákna. Spôsob recyklovania výhodne využíva predspracovanie kyselinou v kombinácii s kyslíkovou delignifikáciou a vystavenie odpadového výrobku alkalickému materiálu je výhodne riadené tak, že v každom stupni delignifikácie sa na odpadové produkty pôsobí alkalickým materiálom v dávkach, ktoré nie sú väčšie než 50 %, vztiahnuté na hmotnosť sušiny, z hmotnosti zvyškového lignínu v odpadovom papierovom výrobku. ŕ

Description

Oblasť techniky

Tento vynález sa týka postupu a zariadenia na recyklovanie odpadového celulózového materiálu na získanie bieliteľnej buničiny z celulózových vlákien. Vynález sa zvlášť týka recyklovanej odpadovej vlnitej lepenky.

Doterajší stav techniky

Prepravné obaly z vlnitej lepenky sa bežne vyrábajú z krycieho kartónu a z papiera na zvlnenú vrstvu. Na výrobu krycieho kartónu sa obyčajne používa vysoko výťažková sulfátová buničina z ihličnatého dreva a na papier na zvlnenú vrstvu sa bežne využíva vysoko výťažková listnatá polobuničina. Bežnou vlastnosťou týchto buničín je ich vysoký obsah lignínu. Buničiny na krycie kartóny obsahujú okolo 10 % hmotn. lignínu, čo zodpovedá hodnote stupňa prevarenia kapa okolo 70. Buničiny na zvlnenú vrstvu majú okolo 18 % hmotn. lignínu, čo zodpovedá hodnote kapa okolo 120. Obsah lignínu v obaloch z vlnitej lepenky je preto približne 12 - 14 %, čo zodpovedá kapa okolo 90 (% lignínu = kapa x 0,15).

Staré obaly z vlnitej lepenky (OCC) sa tradične pokladajú za odpadový papier, ktorý' obyčajne skončí na skládke. Stupeň recyklovania OCC na výrobu recyklovaného krycieho kartónu a papiera na zvlnenú vrstvu je v súčasnosti maximálne okolo 40 %. Je známe, že pevnosť starých obalov z vlnitej lepenky vzhľadom na ich opotrebenie a obsah recyklovanej vlákniny je veľmi nízka, čo zodpovedá viskozite podľa Metódy TAPPI T-230 okolo 28 až 32 mPa. s. Na porovnanie, viskozity ešte nepoužitých buničín na krycí kartón a zvlnenú vrstvu sú až 50 - 60 mPa. s.

Aby sa mohol zvýšiť podiel OCC, ktorý' sa môže recyklovať a použiť pri výrobe krycieho kartónu vysokej kvality, navrhla sa metóda delignifikácie OCC kyslíkom v prítomnosti alkálie, ktorú opísali A. de Ruvo, P. A. Farnstrand a N. Hagen v článku zverejnenom na TAPPI konferencii o buničine v roku 1985. Podľa tohto článku vedie navrhnutá delignifikácia OCC kyslíkom k podstatnému zníženiu viskozity OCC. Na ilustráciu sa v tejto publikácii uvádza, že pri znížení kapa OCC zo 70 na 28 pomocou delignifikácie kyslíkom sa viskozita OCC znížila na 265 podľa metódy SCAN C15:62, čo zodpovedá hodnote 3,0 mPa.s podľa metódy TAPPI T-230.

Na ekonomicky výhodné bielenie odpadov dosiaľ nepoužitej buničiny s vysokým kapa, ako sú uzliny, nerozvláknené zväzky vlákien, odrezky a čiastočne prevarené štiepky navrhuje U. S. patent 4,435,249 ich delignifikáciu kyslíkom v prítomnosti alkalickej látky.

Cieľom bolo znížiť ich kapa z hodnoty okolo 90 na hodnotu okolo 20 -30, pri ktorej sa môžu ekonomicky výhodne bieliť pri súčasnom dodržaní predpisov na ochranu životného prostredia. Navrhlo sa bielenie týchto buničín s nízkym kapa, aby sa podstatne znížil obsah zvyškového lignínu a buničina sa zosvetlila. Takáto buničina sa potom môže použiť na výrobu bezdrevných (čo znamená bezlignínových) tlačových a písacích papierov.

Je známe, že pri delignifikácii nebielených buničín kyslíkom s cieľom znížiť podiel lignínu v nich sa súčasne degraduje celulózový podiel. Táto nežiaduca degradácia celulózy tiež zapríčiňuje pozorovaný pokles viskozity buničiny a zvyčajne určuje, do akej nízkej hodnoty kapa sa môže buničina delignifikovať pri súčasnom zachovaní minimálnej viskozity, resp. pevnosti na výrobu papiera.

Pevnosť plne bielených buničín používaných na komerčných papierenských strojoch na výrobu papiera týchto akostných stupňov je veľmi vysoká. Pre tieto buničiny je obyčajne minimálnou požiadavkou hodnota TAPPI viskozity aspoň 10 mPa. s, aby papierenský stroj pracoval s dobrou účinnosťou a vyrábal papier s dostatočnou pevnosťou.

Bielenie sulfátových buničín z ihličnatého dreva sa obyčajne robí na nebielených buničinách, ktoré majú kapa v rozmedzí 30 až 35. Aby sa znížili náklady na bielenie, navrhuje US patent 4,946,556 použiť kyslíkovú delignifikáciu na zníženie hodnoty kapa nebielených buničín na menej ako 10.

Podobne na zníženie strát viskozity spojených s delignifikáciou sa navrhlo riešenie, pri ktorom je nutné viacstupňové pôsobenie kyslíkom spolu s protiprúdovým praním buničiny medzi okysličovacími stupňami. Zistilo sa tiež, že na zachovanie viskozity priaznivo pôsobilo pridanie komplexotvorného činidla, ako napríklad EDTA, do premývacej kvapaliny alebo tiež predchádzajúce pôsobenie komplexotvorného činidla, ako je DTPA, na buničinu. Medzistupňové premývanie buničiny uvedené v US patente výrazne zvyšuje zložitosť a náklady na vykonanie kyslíkovej delignifikácie, napríklad viac než zdvojnásobuje investičné a prevádzkové náklady.

Podstata vynálezu

Podstata tohto vynálezu spočíva v zistení, že strata pevnosti počas delignifikácie kyslíkom odpadového celulózového materiálu s vysokým kapa je spôsobená dvoma faktormi, menovite znečistením celulózového odpadového materiálu počas jeho spracovania a vysokou koncentráciou hydroxidu sodného vo varnom lúhu, ktorá sa vyžaduje na rozpustenie podstatného množstva oxidovaného lignínu prítomného v odpade.

Predmetom vynálezu jc spôsob recyklovania odpadového celulózového materiálu za súčasného minimalizovania strát viskozity, ktoré sú s tým spojené. K takýmto odpadovým materiálom patrí lepenka, zvlášť vlnitá lepenka.

Vynález sa ďalej týka recyklovanej lepenky, zvlášť recyklovanej vlnitej lepenky, krycieho kartónu a starých obalov z vlnitej lepenky.

Vynález sa ďalej týka recyklovanej buničiny a spôsobu jej výroby z odpadových celulózovo-papierenských výrobkov a z buničinových odpadov. Táto recyklovaná buničina má nižšiu hodnotu kapa ako zberový papier a môže sa využiť čiastočne alebo ako jediný zdroj buničiny pri produkcii papierenských výrobkov.

Vynález sa ďalej týka postupu výroby recyklovanej buničiny s nízkym číslom kapa a s vysokou viskozitou, ktorá je vhodná na bielenie a na produkciu výrobkov z bieleho papiera.

Podľa jedného aspektu vynálezu sa tu uvádza postup na recyklovanie výrobkov z odpadového celulózového papiera, ktorý zahrnuje predspracovanie odpadových celulózovo-papierenských výrobkov s prvým číslom kapa vodným roztokom kyseliny, ktorá nemá nežiaduce účinky na celulózu a následnú kyslíkovú delignifikáciu takto spracovaného odpadového produktu v prítomnosti alkalického materiálu, pričom vznikne celulózová vláknitá buničina s viskozitou najmenej 10 mPa.s a s druhým číslom kapa, ktoré je nižšie ako uvedené prvé číslo kapa.

Podľa ďalšieho aspektu vynálezu sa tu uvádza spôsob recyklovania odpadového celulózového papiera, ktorý zahrnuje kyslíkovú delignifikáciu odpadového celulózového papiera s prvým číslom kapa vo vodnom prostredí v prítomnosti alkalického materiálu a stanovujú sa podmienky na delignifikáciu, pri ktorej sa na odpadový produkt pôsobí nie viac než približne 50 % (na hmotnosť sušiny) alkalického materiálu, ktoré sa vzťahujú na hmotnosť zvyškového lignínu v odpadovom celulózovom produkte, platí to pritom pre každé štádium delignifikácie.

Podľa ešte ďalšieho aspektu vynálezu sa tu uvádza postup na výrobu produktov z bezdrevného bieleho papiera, ktorý zahrnuje (a) bielenie celulózovej vláknitej buničiny, ktorá pozostáva prevažne z recyklovaných vlákien zo starých obalov z vlnitej lepenky a ktorá má viskozitu aspoň 10 mPa.s a číslo kapa 15-35, (b) sformovanie výslednej bielenej buničiny do výrobkov z bieleho papiera v papierenskom procese a (c) izolovanie vyrobených produktov z bieleho papiera.

V konkrétnom uskutočnení vynálezu sa získa celulózová vláknitá buničina, ktorá má viskozitu najmenej 10 mPa.s a číslo kapa 15 až 30, kyslíkovou delignifikáciou odpadových celulózovo-papierenských výrobkov, ktoré majú číslo kapa najmenej 70.

Podľa ešte ďalšieho aspektu vynálezu sa získa bielená celulózová vláknitá buničina s viskozitou najmenej 10 mPa.s, ktorá pozostáva najmä z bielených recyklovaných vlákien zo starých obalov z vlnitej lepenky a ktorá má takú kvalitu, že sa môže použiť samotná na výrobu bieleho papiera.

a) Predspracovanie kyselinou

V jednom vhodnom uskutočnení vynálezu sa na odpadové celulózovo-papierenské výrobky pôsobí pred kyslíkovou delignifikáciou vodným roztokom minerálnej kyseliny, výhodnejšie kyselinou, ktorá nemá škodlivé účinky na celulózu.

Je výhodné, keď sa odpadové celulózovo-papierenské výrobky vyperú vodným roztokom kyseliny, pričom vhodná koncentrácia kyseliny je taká, aby pH bolo od 2 do 4.

Vhodnou kyselinou je kyselina sírová v koncentrácii 0,5 až 1,5 hmotn. % vztiahnuté na hmotnosť vodného roztoku kyseliny sírovej.

Medzi ďalšie vhodné kyseliny patrí kyselina siričitá, kyselina chlórna, kyselina chlorovodíková a kyselina dusičná.

Kyselina dusičná je menej vhodná kvôli jej korozívnym vlastnostiam. Kyseliny obsahujúce chlór sú vo všeobecnosti menej výhodné, pretože je všeobecne snaha nezavádzať alebo minimalizovať zavádzanie chlóru do buničiny, a to v akejkoľvek jeho forme.

Predspracovanie kyselinou je vhodné uskutočniť pri teplote 20 až 60 °C, výhodne okolo 50 °C počas 20 až 40 minút, výhodne okolo 30 minút.

Je výhodné, keď sa odpadové celulózovo-papierenské výrobky rozvláknia s vodou a vodný roztok kyseliny sa pridá k rozvlákneným odpadovým papierenským výrobkom. Za tým nasledujúci krok odstraňujúci kyselinu je vhodné uskutočniť praním alebo odvodnením, alebo obidvomi spôsobmi. Odstránenie kyseliny je vhodné z toho dôvodu, aby sa neplytvalo s alkalickým materiálom v nasledujúcom kroku kyslíkovej delignifikácie.

b) Kyslíková delignifikácia

Podľa tohto vynálezu sa odpadový celulózovo-papierenský produkt delignifikujc kyslíkom v prítomnosti alkalického materiálu. Medzi výhodné alkalické materiály patria hydroxidy alkalických kovov, zvlášť hydroxid sodný. Alkalický materiál slúži na rozpustenie oxidovaných produktov delignifikácie, aby sa mohli odstrániť z výslednej celulózovej vláknitej buničiny, ktorá je požadovanou recyklovateľnou buničinou.

Je vhodné, aby sa kyslíková delignifikácia uskutočňovala na odpadovom celulózovo-papierenskom produkte, ktorý sa rozvláknil vo vode a ktorý sa výhodne predspracoval kyselinou ako je uvedené, za čím nasledoval krok na odstránenie kyseliny a tiež pranie a/alebo odvodnenie.

Kyslíkovú delignifikáciu je vhodné uskutočňovať pri teplote 80 až 120 °C a pri takom tlaku kyslíka, ktorý udržuje vodné prostredie rozvlákneného odpadového produktu nasýtené kyslíkom. Všeobecne je vhodný tlak kyslíka 414 kPa až 827 kPa (60 až 120 psig), výhodne okolo 689 kPa (100 psig).

Kyslíková delignifikácia sa typicky uskutočňuje počas 30 až 120 minút v závislosti od teploty. Vo všeobecnosti pokles prevádzkovej teploty asi o 10 °C zdvojnásobí čas delignifikácie, kým zvýšenie prevádzkovej teploty asi o 10 °C zníži požadovaný čas na delignifikáciu na polovicu.

Pod kyslíkovou delignifikáciou sa normálne rozumie jediná delignifikácia odpadového celulózovo-papierenského produktu v procese recyklácie podľa tohto vynálezu.

Alkalická kyslíková delignifikácia podľa tohto vynálezu, zvlášť pri zvýšenej teplote, je tiež účinná pri rozpúšťaní a odstraňovaní lepivých častí, lepidiel a taviteľných materiálov, ktoré sú nečistotami v starých obaloch z vlnitej lepenky, takže sa vyrobí čistá buničina.

Alkalický materiál sa využíva v kyslíkovej delignifikácii v takom množstve, že na odpadový celulózový papier obsahujúci lignín sa pôsobí nie viac než 50 % (na hmotnosť sušiny) alkalického materiálu vzhľadom na hmotnosť zvyškového lignínu v odpadovom produkte. Pôsobenie vyšších koncentrácií alkalického materiálu na odpadový produkt spôsobuje značnú stratu pevnosti vlákien získanej buničiny.

Na výrobu papierenských výrobkov vyhovujúcej pevnosti musí mať recyklovaná buničina viskozitu najmenej 10 mPa. s pri meraní podľa TAPPI T-230.

Podľa tohto vynálezu sa zistilo, že strate viskozity alebo pevnosti v priebehu kyslíkovej delignifikácie sa dá vyhnúť alebo ju možno minimalizovať riadením pôsobenia alkalického materiálu na odpadový produkt tak, aby sa na odpadový produkt pôsobilo v ľubovoľnom štádiu delignifikácie nie viac než 50 % (na hmotnosť sušiny) alkalického materiálu vzhľadom na hmotnosť zvyškového lignínu v odpadovom produkte.

Riadenie pôsobenia alkalického materiálu na odpadový produkt je možné dosiahnuť zavádzaním alkalického materiálu do odpadového produktu obsahujúceho lignín počas kyslíkovej delignifikácie postupne v dávkach, pričom veľkosť dávky nepresahuje približne 50 % (na hmotnosť sušiny) zo základu, ktorým je hmotnosť sušiny lignínu obsiahnutého v odpadovom produkte.

Toto je možné konkrétne dosiahnuť zaradením množstva oddelených kyslíkových reaktorov a zavádzaním produktu obsahujúceho lignín postupne z prvého kyslíkového reaktora do druhého reaktora, ktorý je zaradený za prvým reaktorom. Týmto spôsobom produkt obsahujúci lignín prechádza postupne cez väčšie množstvo kyslíkových reaktorov a v každom reaktore je vystavený účinkom kyslíkovej delignifikácie v prítomnosti nízkej koncentrácie alkalického materiálu.

Oddelené nižšie dávky alebo podiely alkalického materiálu sa zavádzajú do každého reaktora, pričom veľkosť každej dávky nie je väčšia než 50 % suchej hmotnosti alkalického materiálu zo základu, ktorým je hmotnosť zvyškového lignínu v produkte obsahujúcom lignín.

Je vhodné, aby prietok produktu obsahujúceho lignín cez reaktory bol taký, že alkalický materiál v prvom reaktore sa v podstate úplne spotrebuje predtým, než spracovávaný produkt obsahujúci lignín pretečie do nasledujúceho reaktora na ďalšiu delignifikáciu.

Je vhodné, keď sa kyslík a alkalický materiál pridávajú na vstupe do každého reaktora.

Keď sa alkalický materiál úplne nespotrebuje, vyžaduje sa primerané zníženie dávky alkalického materiálu do nasledujúceho reaktora, aby sa na produkt obsahujúci lignín v tomto nasledujúcom reaktore nepôsobilo viac než 50 % (na hmotnosť sušiny) alkalického materiálu. Treba si uvedomiť, že toto predstavuje menej účinný spôsob prevádzky.

Kyslíková delignifikácia sa teda vykoná na väčšom množstve kyslíkových reaktorov usporiadaných za sebou, pričom nie sú potrebné pracie medzistupne.

c) Odpadový celulózovo-papierenský produkt

Vynález sa týka recyklovania odpadových celulózovo-papierenských výrobkov s relatívne vysokým obsahom lignínu, konkrétne s číslom kapa najmenej 70, výhodnejšie od 80 do 180. Podľa tohto vynálezu sa „odpadovým celulózovo-papierenským produktom“ myslia priemyselne vyrobené papierenské výrobky, ktoré už spotrebitelia použili a teda pôsobil na ne proces starnutia. Môžu sa tiež označovať ako postspotrebiteľské papierenské výrobky, pretože ich spotrebiteľ používal a buď uplynul čas ich životnosti alebo splnili účel, na ktorý boli určené. Príkladom sú obaly z papierovej lepenky, ktoré sa používajú na balenie spotrebných výrobkov a ktoré spotrebiteľ po zakúpení výrobku obyčajne odhodí. V čase po odhodení obalu sa s ním rozlične zaobchádza a manipuluje, pritom zároveň starne, a to všetko prispieva k znižovaniu obsahu celulózových vlákien do takej miery, že podľa vžitých názorov je nevhodné takýto produkt recyklovať na výrobu kvalitných papierenských výrobkov. Je bežné, že recyklovaná buničina z takej odhodenej lepenky sa používa na podradné papierenské výrobky nízkej kvality alebo ako minoritné zložky miešané s dosiaľ nepoužitou buničinou, aby sa znížili náklady na iné papierenské výrobky.

Staré obaly z vlnitej lepenky (OCC) sú zvlášť užitočné ako odpadový produkt v tomto vynáleze.

Treba tomu rozumieť tak, že aj keď vynález sa týka menovite spracovania odpadu s hodnotou kapa najmenej 70, vzťahuje sa aj na zmes odpadu s hodnotou kapa najmenej 70 a odpadu s nižšou hodnotou kapa, takže priemerné kapa bude menšie než 70.

d) Konečné spracovanie

Celulózová buničina alebo recyklovaná buničina, ktorá vznikne po kyslíkovej delignifikácii, sa získa ako hnedá látka, z ktorej vypraním vodou vznikne recyklovaná hnedá buničina a hnedý prací lúh alebo slabý čierny lúh, ktorý obsahuje anorganické zlúčeniny a horľavé organické látky, ktoré vznikli počas delignifikácie. Z hnedého pracieho lúhu sa môže pripraviť koncentrát.

Spaľovanie organických prímesí poskytuje tepelnú energiu, ktorá sa môže využiť vo výrobe ako časť tepla potrebného na zvýšenie teploty pri predspracovaní kyselinou alebo pri kyslíkovej delignifikácii. Vedľajší produkt uhličitan sodný obyčajne vzniká ako roztavená hmota pri spaľovaní koncentrátu, môže sa rozpustiť vo vode a nechať zreagovať s páleným vápnom, čím z uhličitanu sodného vznikne hydroxid sodný, a vyzrážaním uhličitanu vápenatého zostane lúh, obsahujúci hydroxid sodný, ktorý možno recyklovať do stupňa kyslíkovej delignifikácie.

Recyklovaná buničina sa môže použiť priamo ako jediná zložka nového vyrobeného papierenského výrobku alebo sa môže primiešať do dosiaľ nepoužitej buničiny. Recyklovaná buničina sa môže vybieliť, keď sa požadujú výrobky z bieleho papiera.

e) Recyklovaná buničina

Recyklovaná buničina v tomto vynáleze má bežné číslo kapa 15 až 35, obvykle 20 až 30, a má viskozitu najmenej mPa. s a výhodne 10 mPa. s až 15 mPa. s. Celulózová vláknitá buničina má konkrétne ISO belosť najmenej 30 a papier z nej má pevnosť vlákna (tržnú dĺžku) najmenej km.

Zvláštnou prednosťou tohto vynálezu je, že mimoriadne charakteristiky v ISO belosti a pevnosti vlákien sa dosiahli zároveň s vysokou viskozitou a s nízkym kapa.

Je prekvapujúce, že recyklovaná buničina s týmto charakterom by sa mohla získať použitím kyslíkovej delignifikácie odpadového celulózovo-papierenského produktu ako je OCC, pretože po prvé je známe, že prvá kyslíková delignifikácia silne znižuje viskozitu a tým pevnosť celulózovej vláknitej buničiny, a po druhé OCC sa všeobecne pokladajú za nevhodné na výrobu kvalitnej buničiny kvôli starnutiu papierenských výrobkov, pretože sa všeobecne uznáva, že toto starnutie znižuje obsah vlákien, čo má vplyv zvlášť na pevnostné charakteristiky.

Vysoká belosť buničiny, bežne najmenej 30, znamená, že je potrebné menej bieliaceho činidla v následných operáciách zameraných na zvýšenie belosti výrobkov z bieleho papiera vyrobeného z recyklovanej buničiny.

Mimoriadne fyzikálne vlastnosti recyklovanej buničiny podľa tohto vynálezu sú také, že táto recyklovaná buničina sa môže použiť ako jediná zložka nového vyrobeného papierenského výrobku.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Obr. 1 schematicky znázorňuje recyklovacie zariadenie a spôsob recyklovania praného celulózovo-papierenského produktu podľa tohto vynálezu, obr. 2 znázorňuje zmeny viskozity recyklovanej buničiny v závislosti od čísla kapa pre rozličné postupy kyslíkovej delignifikácie, vrátane postupu podľa tohto vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Ako je znázornené na obr. 1, recyklovacie zariadenie 10 pozostáva z rozvlákňovača 12, okysľovacej nádrže 14 a kyslíkových reaktorov 16,18 a 20.

Recyklovacie zariadenie 10 ďalej pozostáva z triediacej a čistiacej nádrže 22, zahusťovača 24 a práčky 26.

Rozvlákňovač 12 pozostáva zo vstupného potrubia 28 na odpadové cclulózovo-papierenské produkty, vstupného potrubia 30 na prídavnú vodu, vstupného potrubia 32 na recyklovanú vodu a výstupného potrubia 34 na nečistoty.

Potrubie 36 spája rozvlákňovač 12 s okysľovacou nádržou 14 a vstupné potrubie 37 na kyselinu vedie do okysľovacej nádrže 14.

Potrubie 38 spája okysľovaciu nádrž 14 s triediacou a čistiacou nádržou 22 a potrubie 40 spája triediacu a čistiacu nádrž 22 so zahusťovačom 24.

Triediaca a čistiaca nádrž 22 má výstupné potrubie 41 na nečistoty, zahusťovač 24 má potrubie 42 na zrieďovaciu vodu a kanalizačné potrubie 46.

Potrubie 32 na recyklovanú vodu spája zahusťovač 24 s rozvlákňovačom 12 a odvetvené potrubie 44 spája potrubie 32 na recyklovanú vodu s potrubím 38. Potrubie 48 spája zahusťovač 24 s prvým kyslíkovým reaktorom 16, potrubie 50 spája prvý kyslíkový reaktor 16 so stredným kyslíkovým reaktorom 18 a potrubie 52 spája stredný kyslíkový reaktor s posledným kyslíkovým reaktorom 20. Kyslíkové potrubie má kyslíkové vetvy 56, 58 a 60, ktoré sú pripojené na potrubia 48, 50, resp. 52. Potrubie 62 spája posledný kyslíkový reaktor 20 s práčkou 26.

Práčka 26 pozostáva zo sprchového vodného potrubia 64, potrubia 66 na hnedý prací lúh a potrubia 68 na produkt. Kaustické potrubie 70 má kaustické vetvy 72, 74 a 76, ktoré sú pripojené na potrubia 48, 50, resp. 52.

Ďalej sa opisuje konkrétny postu]) podľa tohto vynálezu, ako je uvedený na obr. 1: Odpadový celulózovo-papierenský produkt sa zavedie cez prívodné vstupné potrubie 28 do rozvlákňovača 12. V rozvlákňovači 12 sa odpadový produkt rozvlákni s vodou vpustenou cez vstupné potrubie 30 a cez potrubie 32 na recyklovanú vodu. Nečistoty, ktoré sa usadzujú v rozvlákňovači 12, sa odstránia cez výstupné potrubie 34 na nečistoty.

Rozvláknená buničina vo vode sa zavádza potrubím 36 z rozvlákňovača 12 do okysľovacej nádrže 14, v ktorej sa buničina okyslí na pH okolo 2 až 4 kyselinou sírovou vpúšťanou vstupným potrubím 37 na kyselinu. Je vhodné, keď sa okysličovanie uskutočňuje pri teplote okolo 50 °C počas približne 30 minút.

Takto spracovaná buničina sa vedie z okysľovacej nádrže 14 do triediacej a čistiacej nádrže 22, kde prebieha triedenie a čistenie buničiny a nečistoty sa odstraňujú cez výstupné potrubie 41 na nečistoty. Takto vytriedená a vyčistená buničina sa zavádza potrubím 40 do zahusťovača 24, kde sa perie vodou privádzanou potrubím 42 na zrieďovaciu vodu. Časť vody v zahusťovači 24 s usadenými nečistotami sa odstráni cez kanalizačné potrubie 46 a časť zrieďovacej vody v zahusťovači 24 sa recykluje potrubím 32 na recyklovanú vodu do rozvlákňovača 12 a cez odvetvené potrubie 44 do potrubia 38.

Takto pripravená buničina je teraz vhodná na kyslíkovú delignifikáciu a vedie sa postupne cez kyslíkové reaktory 16,18 a 20 s využitím potrubí 48, 50 a. 52. Plynný kyslík sa vpúšťa cez kyslíkové potrubie 54 a napája kyslíkové vetvy 56, 58 a 60, ktoré napájajú potrubia 48, 50 a 52 pred vstupom do reaktorov 16,18, resp. 20. Kyslík je vhodné privádzať tak, aby kyslíkové reaktory 16, 118 a 20 boli saturované kyslíkom. Je vhodné udržovať reaktory pri teplote 80 až: 120 °C, pričom sa buničina zadrží v každom reaktore počas 30 až 120 minút, v priebehu ktorej prebieha delignifikácia odpadového produktu.

Žieravý lúh, t. j. hydroxid sodný sa vpúšťa potrubím 70 do kaustických vetiev 72, 74 a 76, ktoré sú pripojené na potrubia 48, 50, resp. 52 tesne nad prívodmi kyslíka do týchto potrubí potrubiami 56, 58, resp. 60. Vpúšťanie hydroxidu sodného sa riadi tak, že množstvo hydroxidu v každom z kyslíkových reaktorov 16, 18 a 20 nie je väčšie ako 50 % (na hmotnosť sušiny) z hmotnosti zvyškového lignínu v odpadovom papierenskom produkte.

Delignifikovaná buničina sa vedie z kyslíkového reaktora 20 do práčky 26, kde sa perie vodou zo sprchového vodného potrubia 64. Hnedý prací lúh sa odvedie potrubím 66 a delignifikovaná buničina sa odvedie potrubím 68 na produkt. Delignifikovaná celulóza sa môže v tomto stave použiť v papierenskej výrobe alebo sa môže najprv vybieliť na bieliacej linke.

Hnedý prací lúh odvedený potrubím 66 sa môže využiť na výrobu tepelnej energie na recykl ovácie zariadenie 10 spaľovaním horľavých organických zložiek lúhu a hydroxid sodný z tohto lúhu sa môže regenerovať a viesť do kaustického potrubia 70.

Nasledujúce príklady slúžia na ilustráciu jednotlivých aspektov vynálezu a vylepšení oproti doterajšiemu stavu techniky, v týchto príkladoch sa výťažky a vsádzky vyjadrujú v hmotnostných % vztiahnutých r a sušinu buničiny.

Príklad 1

Komerčný odpad vlnitej lepenky sa rozvláknil s vodou a pridalo sa 1 % kyseliny sírovej, vztiahnuté na suchý odpadový materiál. Pôvodný odpad mal kapa 82,8 a TAPPI viskozitu 26,7 mPa. s. Rozvláknený a kyselinou vypraný odpad s 5 % hustotou sa udržoval pri 50 °C počas 30 minút, potom sa vypral s vodou a odvodnil do asi 10 % hustoty. Takto spracovaný odpad sa varil s 5 % hydroxidu sodného (NaOH) a 0,5 % síranu horečnatého (MgSO₄) pri 100 °C a pri tlaku 689 kPa (100 psig) plynného kyslíka počas asi 25 minút, dokiaľ pH zmesi nekleslo asi na 10,5, čo znamenalo, že všetok NaOH sa spotreboval. NaOH sa znovu pridal v dávke 4 % a delignifikácia kyslíkom pokračovala, dokiaľ sa pridaný NaOH v podstate spotrebovával. Pridali sa znovu 3 % NaOH a krok kyslíkovej delignifikácie sa zopakoval až do spotrebovania dávky NaOH. Na celý proces sa použilo celkom 12 % NaOH. Kombináciou týchto krokov spracovania odpadu sa získal buničinový produkt s výťažkom 82 % z pôvodného množstva odpadu. Recyklovaný produkt mal hodnotu kapa 25,3, viskozitu 12,2 mPa. s, ISO belosť 39,6 a pevnosť vlákna (tržnú dĺžku) 12 km.

Príklad 2

Komerčný odpad sa spracoval postupom uvedeným v príklade 1, ale namiesto dávok NaOH 5 %, 4 % a 3 % sa použilo päť rovnakých dávok 2 % NaOH. Recyklovaný produkt buničiny mal kapa 32,4, TAPPI viskozitu 14,4 mPa. s, ISO belosť 33,9 a pevnosť vlákna 12 km.

Príklad 3

Komerčný odpad ako v príklade 1 sa rozvláknil s vodou na hustotu asi 10 %. Rozvláknený odpad sa varil s 2 % NaOH a 0,5 % MgSO₄ pri 100 °C a pri tlaku plynného kyslíka 689 kPa (100 psig) 15 minút, dokiaľ sa všetok NaOH nespotreboval. Pridali sa znovu 2 % NaOH a uskutočnila sa kyslíková delignifikácia, až sa spotreboval celý nový prídavok NaOH. Kroky, v ktorých sa pridali 2 % NaOH a prebehol kyslíkový delignifikačný proces, sa opakovali, až sa spotrebovalo celkovo 10 % NaOH. Výťažok z pôvodného množstva odpadu bol 84 % a konečný recyklovaný produkt buničiny mal kapa 32,4, viskozitu 10,6 mPa. s, ISO belosť 32,1 a pevnosť vlákna 11,6 km.

Príklad 4

Komerčný odpad sa rozvláknil a vypral kyselinou ako v príklade 1. Odpad sa varil s 12 % NaOH a 0,5 % MgSO₄ asi 120 minút pri 100 °C a pri tlaku 689 kPa (100 psig) plynného kyslíka. Odpad sa varil dovtedy, kým sa všetok NaOH nespotreboval alebo kým pH nekleslo asi na 10,5. Výsledný buničinový produkt mal kapa 27, TAPPI viskozitu 10,4 mPa. s, ISO belosť 39,7 a pevnosť vlákna 11,5 km.

Komparatívny príklad 5

Rozvláknený komerčný odpad ako v príklade 2 sa vylúhoval 8 % NaOH a 0,5 MgSO₄ a delignifikoval sa pri 689 kPa (100 psig) plynného kyslíka pri 100 °C, kým sa všetok NaOH nespotreboval. Výťažok z pôvodného množstva odpadu bol 85 % a buničinový produkt mal kapa 37,7, TAPPI viskozitu 8,7 mPa. s, ISO belosť 27,8 a pevnosť vlákna 10,5 km.

Komparatívny príklad 6

Komerčný odpad sa spracoval ako v príklade 4 s dávkou 12 % NaOH, ale bez predspracovania kyselinou. Produkt buničiny mal kapa 24, TAPPI viskozitu 5,2 mPa. s, ISO belosť 35,6 a pevnosť vlákna 7 ,5 km.

Komparatívny príklad 7

Rozvláknený komerčný odpad ako v príklade 2 sa spracoval s 0,5 % DTPA, ako sa uvádza v US patente 4,946,556. Odpad spracovaný s DTPA sa potom varil s 12 % NaOH a 0,5 % MgSO₄ a delignifíkoval sa pri 689 kPa (100 psig) kyslíka 120 minút. Produkt buničiny mal kapa 23,9, TAPPI viskozitu 5,9 mPa. s, ISO belosť 36,2 a pevnosť vlákna 7,8 km.

Komparatívny príklad 8

Dodržiaval sa postup z príkladu 7, ale použilo sa 0,5 % EDTA namiesto DPTA. Buničinový produkt mal kapa 24, TAPPI viskozitu 5,8 mPa. s, ISO belosť 36,4 a pevnosť vlákna 7,6 km.

Komparatívny príklad 9

Dodržiaval sa postup z príkladu 1, ale ihneď po pridaní kyseliny sírovej sa pridal oxid chloričitý v množstve 1 % a vzniknutá zmes sa udržiavala pri 25 °C počas 20 minút. Dávky hydroxidu sodného boli 6 %, 5 % a 3 %. Produkt buničiny mal kapa 19,7, viskozitu 11,8 mPa. s a ISO belosť 44,8 %.

Výsledky týkajúce sa kapa, belosti, viskozity a pevnosti vlákna v uvedených príkladoch sa získali s použitím nasledujúcich štandardných skúšobných metód:

Kapa podľa Metódy TAPPI T-236 alebo Metódy CPPA G18,

Belosť podľa Metódy TAPPI T- 452 alebo metódy CPPAE1,

Viskozita podľa Metódy TAPPI T - 230 alebo Metódy CPPA G24,

Pevnosť vlákna podľa „Ručné hárky pre fyzikálne skúšky (Tržná dĺžka v ťahu pri nulovej vzdialenosti svoriek)“ z Metódy TAPPI T - 205 alebo podľa Metódy CPPA C4.

Na obr. 2 je znázornená závislosť viskozity recyklovanej buničiny od čísla kapa pre päť pokusov (situácií).

V kontrolnom pokuse sa použil hydroxid sodný v množstve viac než 50 % (na hmotnosť sušiny) z hmotnosti lignínu v odpadovom papierenskom produkte v styku s týmto odpadovým papierenským produktom, ktorý nebol predspracovaný kyselinou a nepoužil sa žiadny krok na obmedzenie pôsobenia hydroxidu sodného na odpadový produkt. Ako je vidno, všetky hodnoty viskozít sú nízke a sú všetky pod hodnotou 10 mPa. s.

Krivka označená „DTPA“ sa získala za rovnakých podmienok ako v kontrolnom pokuse, ale s pridaním chelátotvorného činidla DTPA podľa US patentu 4,946,556. Je vidno, že viskozity sú len nepatrne lepšie v porovnaní s kontrolnou závislosťou a sú stále pod 10 mPa. s.

Pri krivke označenej „ACID“ (kyselinová) sa použilo predspracovanie kyselinou podľa tohto vynálezu s bežnou kyslíkovou delignifikáciou a bez zavedenia zvláštnych podmienok podľa tohto vynálezu. Je vidno, že pri týchto podmienkach došlo k značnému zlepšeniu v porovnaní s kontrolnou závislosťou a krivkou DTPA; viskozita má hodnotu 10 mPa.s a vyššiu.

Krivka označená 5X zodpovedá postupu podľa tohto vynálezu s tým, že sa nepoužilo predspracovanie kyselinou, ale použila sa schéma takého typu, ako je znázornené na obr. 1, ale s piatimi samostatnými prídavkami hydroxidu sodného tak, aby jeho pôsobenie na odpadový papierenský produkt bolo riadené v zmysle tohto vynálezu. Je vidno, že výsledky sú porovnateľné s tými, ktoré sa získali pre samotné predspracovanie kyselinou.

Krivky označené A5X a A3X sú pre preferované postupy podľa tohto vynálezu, ktoré využívajú predspracovanie kyselinou a riadené pôsobenie hydroxidu sodného v piatich alebo v troch dávkach podľa schémy typu, ako je uvedené na obr. 1 a je vidno, že tieto postupy poskytujú najlepšie výsledky v zmysle vyššej viskozity vzhľadom na číslo kapa.

Obr. 2 ukazuje, že vynález prináša výhody buď len samotným použitím predspracovania kyselinou, alebo riadeným pôsobením hydroxidu sodného, ale dáva ešte lepšie výsledky, keď sa použije tak predspracovanie kyselinou, ako aj riadené pôsobenie hydroxidom sodným.

V prevádzke bude postup vyžadovať 7 až 14 hmotn. % kyslíka vztiahnutých na hmotnosť odpadového celulózovo-papierenského produktu. Aby sa dosiahlo podstatné zníženie kapa podľa tohto vynálezu, vpúšťa sa kyslík vo väčšom množstve stupňov tak, ako je opísané, typicky v množstve do 5 hmotn. % v každom stupni. Pritom je výhodné, aby sa v každom stupni použilo množstvo kyslíka potrebné na nasýtenie vodnej zmesi v podmienkach, pri ktorých proces prebieha.

Claims (30)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob recyklovania odpadového celulózovo-papierenského produktu, ktorý zahrnuje krok kyslíkovej delignifikácie v prítomnosti alkalického materiálu za vzniku celulózovej buničiny, vyznačujúci sa tým, že uvedeným odpadovým celulózovo-papierenským produktom sú staré obaly z vlnitej lepenky, ktoré majú číslo kapa väčšie než 70 a zahrnuje a) rozvláknenie starých obalov z vlnitej lepenky s vodou, b) podrobenie rozvláknených starých obalov z vlnitej lepenky z kroku a) kyslíkovej delignifikácii v prítomnosti alkalického materiálu v čase potrebnom na získanie celulózovej buničiny z recyklovaných vlákien, ktorá má viskozitu najmenej 10 mPa.s a číslo kapa 15 až 35, pričom uvedená kyslíková delignifikácia zahrnuje vystavenie rozvláknených starých obalov z vlnitej lepenky vo vodnom prostredí plynnému kyslíku v prítomnosti uvedeného alkalického materiálu v niekoľkých postupných delignifikačných stupňoch bez premývacích medzistupňov, pričom sú rozvláknené staré obaly z vlnitej lepenky v každom postupnom delignifikačnom stupni vystavené uvedenému alkalickému materiálu v dávke nie viac než 50 % sušiny alkalického materiálu, vztiahnuté na hmotnosť lignínu v starých obaloch, a pričom uvedené rozvláknené staré obaly z vlnitej lepenky a vodné prostredie postupne pretekajú uvedenými stupňami kyslíkovej delignifikácie a v každom stupni majú čas zdržania umožňujúci delignifikáciu, c) získanie celulózovej vláknitej buničiny z recyklovaných vlákien z kroku b), ktorá má číslo kapa 15 až 35 a viskozitu najmenej 10 mPa. s.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že uvedený alkalický materiál je vodný hydroxid sodný.
3. 3. Spôsob podľa nárokov 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že uvedené číslo kapa v stupni a) je 80 až 180.
4. 4. Spôsob podľa nárokov 1, 2 alebo 3,vyznačujúci sa tým, že sa rozvláknené staré obaly z vlnitej lepenky z kroku a) podrobia pred krokom b) predspracovaniu vodnou minerálnou kyselinou.
5. 5. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa t ý m , že uvedená vodná minerálna kyselina je vodná kyselina sírová.
6. 6. Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že vodná kyselina sírová obsahuje 0,5 až 1,5 hmotn. % kyseliny sírovej.

   SK 283771 Β6
7. 7. Spôsob podľa nárokov 4, 5 alebo 6, vyznačujúci sa tým, že uvedené predspracovanie sa uskutočňuje pri teplote 20 až 60 °C a uvedená zriedená minerálna kyselina je schopná vytvoriť pritom pH 2 až 4 a uvedená kyslíková delignifikácia sa uskutočňuje pri teplote 80 až 120 °C a pri tlaku kyslíka 414 až 827 kPa.
8. 8. Spôsob podľa nároku 7, vyznačujúci sa t ý m , že čas predspracovania je 20 až 40 minút.
9. 9. Spôsob podľa nároku 8, vyznačujúci sa t ý m , že čas kyslíkovej delignifikácie v kroku b) je 30 až 120 minút.
10. 10. Spôsob podľa nárokov 4, 5, 7, 8 alebo 9, vyzná ó u j ú c i sa tým, že pred kyslíkovou delignifikáciou v kroku b) zahrnuje pranie piedspracovaných rozvláknených starých obalov z vlnitej lepenky na odstránenie kyseliny.
11. 11. Spôsob podľa nárokov 1, 2, 3„ 4, 5 alebo 6, v y značujúci sa tým, že uvedená kyslíková delignifikácia sa uskutočňuje pri teplote 80 až 120 °C a pri tlaku kyslíka 414 až 827 kPa.
12. 12. Spôsob podľa nároku 11, vyznačujúci sa t ý m , že čas kyslíkovej delignifikácie v kroku b) je 30 až 120 minút.
13. 13. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 12, vyznačujúci sa tým, že uvedená celulózová vláknitá buničina z kroku c) má belosť ISO najmenej 30 a pevnosť vlákna najmenej 11 km.
14. 14. Spôsob podľa nároku 13, vyznačujúci sa t ý m , že buničina z kroku c) má viskozitu 10 až 15 mPa.s a číslo kapa 20 až 30.
15. 15. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa t ý m, že; kyslíková delignifikácia sa uskutočňuje v niekoľkých stupňoch s celkovým obsahom kyslíka 7 až 14 % hmotnostných, vztiahnuté na hmotnosť odpadu, a obsahom kyslíka v každom stupni až 5 % hmotnostných.
16. 16. Spôsob výroby produktov z bezdrevného bieleho papiera bielením celulózovej vláknitej buničiny, formovaním výrobkov z bieleho papiera zo získanej bielenej buničiny v papierenskom procese a izolovaním vyrobených produktov z bieleho papiera, vyznačujúci sa t ý m , že sa použije celulózová vláknitá buničina zahrnujúca zložku kyslíkom delignifikovanej celulózovej vláknitej buničiny získanú spôsobom podľa nároku 1 až 15, ktorá je vhodná ako jediná buničinová zložka pri výrobe produktov z bieleho papiera.
17. 17. Spôsob podľa nároku 16, vyznačujúci sa t ý m , že uvedená zložka kyslíkom delignifikovanej celulózovej vláknitej buničiny má viskozitu 10 až 15 mPa. s.
18. 18. Spôsob podľa nároku 17, vyznačujúci sa t ý m , že uvedená zložka kyslíkom delignifikovanej celulózovej vláknitej buničiny má číslo kapa 20 až 30.
19. 19. Spôsob podľa nárokov 16, 17 alebo 18, v y z n a čujúci sa t ý m, že staré obaly z vlnitej lepenky majú číslo kapa 80 až 180.
20. 20. Spôsob podľa nárokov 16, 17, 18 alebo 19, vyznačujúci sa tým, že uvedená zložka kyslíkom delignifikovanej celulózovej vláknitej buničiny má belosť ISO najmenej 30 a pevnosť vlákna najmenej 11 km.
21. 21. Spôsob podľa nárokov 16, 17, 18, 19 alebo 20, vyznačujúci sa tým, že uvedená zložka kyslíkom delignifikovanej celulózovej vláknitej buničiny je jediná buničinová zložka uvedenej celulózovej vláknitej buničiny.
22. 22. Spôsob podľa nárokov 16, 17, 18, 19 alebo 20, vyznačujúci sa tým, že uvedená celulózová vláknitá buničina zahrnuje uvedenú zložku kyslíkom delig nifikovanej celulózovej vláknitej buničiny s primiešanou dosiaľ nepoužitou buničinou.
23. 23. Výrobok z bezdrevného bieleho papiera obsahujúci bielenú celulózovú vláknitú buničinu, vyznačujúci sa t ý m , že je získaný s použitím buničiny zahrnujúcej zložku bielenej kyslíkom delignifikovanej celulózovej vláknitej buničiny získanú spôsobom podľa nárokov 1 až 15, pričom sa z uvedenej zložky ako jedinej buničinovej zložky získa papier majúci pevnosť vlákna najmenej 11 km, pričom uvedená zložka bielenej buničiny má viskozitu najmenej 10 mPa. s a kvalitu takú, že táto buničinová zložka môže byť použitá ako jediná buničinová zložka pri výrobe bieleho papiera, pričom táto bielená buničina zahrnuje bielené kyslíkom delignifikované recyklované vlákna a bielená buničina z kyslíkom delignifikovaných recyklovaných vlákien má v nebielenom stave číslo kapa 15 až 35.
24. 24. Papierenský výrobok podľa nároku 23, v y znali u j ú c i sa tým, že uvedená nebielená buničina je kyslíkom delignifikovaná buničina zo starých obalov z vlnitej lepenky s číslom kapa 80 až 180.
25. 25. Papierenský výrobok podľa nárokov 23 alebo 24, vyznačujúci sa tým, že zahrnuje uvedenú zložku bielenej kyslíkom delignifikovanej celulózovej vláknitej buničiny ako jedinú buničinovú zložku uvedenej bielenej celulózovej vláknitej buničiny.
26. 26. Papierenský výrobok podľa nárokov 23, 24 alebo 25, vyznačujúci sa tým, že uvedená bielená celulózová vláknitá buničina je zmesou uvedenej zložky kyslíkom delignifikovanej celulózovej vláknitej buničiny s bielenou dosiaľ nepoužitou buničinou.
27. 27. Bielená celulózová vláknitá buničina, ktorá má viskozitu najmenej 10 mPa. s, vyznačujúca sa t ý m , že pozostáva v podstate z bielených recyklovaných vlákien zo starých obalov z vlnitej lepenky s číslom kapa väčším než 70, a získa sa spôsobom podľa nárokov 1 až 15, pričom táto buničina má kvalitu takú, že môže byť použitá ako jediná buničina pri výrobe bieleho papiera.
28. 28. Bielená buničina podľa nároku 27, vyznačujúca sa tým, že zodpovedajúca nebielená buničina má belosť ISO najmenej 30 a uvedená bielená buničina má pevnosť vlákna najmenej 11 km.
29. 29. Bielená buničina podľa nároku 28, vyznačujúca sa tým, že uvedená nebielená buničina má číslo kapa 15 až 35.
30. 30. Bielená buničina podľa nárokov 28 alebo 29, v y značujúca sa tým,že uvedená nebielená buničina je kyslíkom delignifikovaná buničina zo starých obalov z vlnitej lepenky s číslom kapa 80 až 180.