SE525064C2 - Metod för impregnering av flis med sur behandlingsvätska i samband med sulfatkokning av cellulosamassa - Google Patents

Description

525 064 2 Man kan även behandla flisen med H2S i gasform i syfte att öka utbytet.

Dessa processer ger dock nackdelar i det att denna gas är giftig och illaluktande. l SE,C,506.702 visas en metod där man strävar till att öka utbytet från kokprocessen, där sulfidanrikad impregneringsvätska vid pH 4-8, företrädesvis 5-7, tillåts impregnera flisen. Liknande teknik är även visad i US,A,3.841.962, där man hävdar utbyteshöjningar på 6-7%, om impregneringen med H2S rik vätska sker vid 120-165 grad C under 20-200 minuter och ett partialtryck H2S på 10-80 psi, men vid neutralt pH 6-7,5. Här användes H2S rik behandlingsvätska vilken även den medför risk för utsläpp av H2S gaser. l flertalet av dessa sura förbehandlingssteg, antingen de är förhydrolyssteg eller utblödningssteg för metaller, avslutas dessa med att den sura vätskan i flis- eller fiberblandningen blandas eller förträngs ut med en alkalisk kokvätska, vilket medför att onödigt stora mängder alkalisk vätska erfordras enbart för att neutralisera den sura flisblandningen, eller att den alkaliska vätskan medföljer den förträngda sura vätskan bort från steget. Detta ger en oekonomisk hantering av processvätskorna och filtrat som inte kan användas effektivt i processen och som kräver anpassade återvinnings- eller destruktionssystem för filtraten.

Uobfinninoens svfte och ändamål Det huvudsakliga syftet med uppfinningen är att erhålla ett ökat utbyte från kokprocessen där man kan berika flisen med H2S utan att få de olägenheter som kända sura förbehandlingssteg medför.

Processen kräver ej de extremt höga temperaturer som förhydrolyssteg kräver och syftet är ej att förhydrolysera massan vilken förhydrolys innebär att hemicellulosan (främst, men även viss del av cellulosan)omvandlas till pentoser (five carbon sugar) (resp.hexoser/ six carbon sugar för cellulosan).

Aktuell process skall undvika sådan ombildning så att hemicellulosan såväl som cellulosan kvarstår i massan för optimalt utbyte av processen. 0304SE.DOC 525 064 3 Genom den sura förbehandlingen kan det sura förbehandlingssteget vara slutet och inga sura filtrat strömmar erhålls. Sur förbehandlingsvätska tillsätts i allt väsentligt enbart i en mängd som motsvarar den mängd sur vätska som medföljer den dränerade surgjorda flisen.

Utan avdrag av processvätska från den sura förbehandlingen riskeras ej heller att man får utbytesförluster, då hemlcellulosan förhydrolyseras och går ut i lösning.

Med relativt milda betingelser och kort uppehållstid så hinner inte heller cellulosan att degraderas.

Ingen eller försumbar bildning av giftig och illaluktande H2S gas bildas i surgörnings steget.

H2S bildas i allt väsentligt i den surgjorda flisen först när den alkaliska vätskan tillsätts den surgjorda dränerade flisbiten. Den alkaliska vätskan med sitt innehåll av sulfid reagerar då med de vätejoner H* som finns kvar i flisbiten, varvid H2S bildas i allt väsentligt enbart där den skall vara närvarande för att ge en utbyteshöjande effekt.

Omfattande prover med H2S berikad flis visar att man i en industriell sulfatkoknings process kan nå en utbyteshöjning från koket på drygt 1-3%, och under vissa gynnsamma betingelser kan utbytet höjas ytterligare någon eller några procentenheter.

Ritningsförteckning Figur 1, visar schematiskt hur den uppfinningsenliga metoden kan tillämpas i en process för tillverkning av sulfatmassa.; Figur 2, visar en alternativ process enligt uppfinningen, där flisen uppvärmes genom våtbasning.

Detalierad Beskrivning av föredragna utförirtggsformer I figur 1 visas principiellt den uppfinningsenliga metoden för förbehandling av flis som matas till en sulfatkokningsprocess, där stegen ACID samt DEWAT utgör en modifikation av den i övrigt konventionella processen. 0304SE.DOC 525 064 4 Flisen som erhålls efter flishuggen upptar stor volym, där flisbitarna endast n ~ v - .n upptar 1/3-de| och resten 2/3 delar är luft. l själva flisbiten så utgörs endast 1/3-de| av ved och resterande del av flisen utgörs av flisfukt 1/3 samt luft 1/3- del.

Normalt uppvärmes flisen CHIPS med ånga som första åtgärd, vilket kan ske i minst ett steg STEAM l/STEAM ll. Konventionellt matas den obehandlade flisen till en atmosfärisk eller lätt trycksatt flisficka STEAM l där man tillsätter lågtrycks ånga ST 1 för att dels värma flisen men även för att driva ut luft i flisen. Temperaturen på flisen ut från flisfickan ligger normalt på 80-100°C.

Efter flisfickan matas/slussas den uppvärmda flisen till ett basningskärl STEAM ll där flisen utsätts för kraftigare ångbasning under tryck, för att driva ut eventuella kvarvarande luftrester samt ytterligare värma upp flisen 10-20°C till en flis temperatur på 90-120°C.

Typiskt för denna uppvärmningsprocess är att ångkondensatet från basningen når ett pH på 4-5, då i flisen naturligt förekommande syror löses ut. l vissa system har det förekommit att man försökt dra av detta sura kondensat, då efterföljande uppslamning till önskat alkaliskt pH i alkalisk kok- eller impregneringsvätska motverkas.

Mängden av detta sura kondensat är dock så pass litet att det normalt inte är ekonomiskt försvarbart att investera i pumpar etc. för att dra av det sura kondensatet, och dylika system är mycket utsatta för igensättning. I konventionella system har man därför som regel låtit detta sura kondensat följa flisen till efterföljande alkalisering ALK.

Efter ångbasningen uppslammas flisen med alkalisk impregneringsvätska AIK_SULF inför kokningen i kokaren. I figur 1 visas schematiskt en uppslamning i steget ALK-SULF vilket kan motsvara ett konventionellt stup efter ett basningskärl, vilket stup bildar första delen av en överföringscirkulation till första kokarkärl. l stupet slammas flisen upp för att bli pumpbart, för vidare överföring till kokarkärl antingen via slussmatare(högtryckskik) eller direkt med pumpar. Överföringscirkulationen kan på konventionellt sätt bestå av högtryckskik med en trycksatt cirkulation mot kokaren och en lågtryckscirkulation mot stupet. I 0304SE.DOC 525 064 högtryckscirkulationen kan en toppseparator finnas i toppen på första kokarkärlet, vilken toppseparator drar av huvuddelen av transportvätskan TRP.LIQ och återför denna till stupet/uppslamningen. Härigenom kan man etablera en första impregnering av flisen med en specifik vätska i transportcirkulationen.

Koket kan sedan lämpligen utföras i ett enkärls- eller tvåkärls koksystem, där man impregnerar flisen i ett första steg IMP med den svartlut BL.LlQ som avdraglts från koket. Svartluten som dras av från koket har normalt en restalkalihalt på 10-60 g/l effektivt alkali, och efter tillsättningen i första steget så förbrukas det kvarvarande alkalit ned till en nivå på cirka 5-20 g/l. Denna förbrukade svartlut dras sedan av efter impregneringen och innan koket till återvinningen REC. Efter avdraget av förbrukad svartlut satsas nya kokkemikalier till koket i form av vitlut WL.

Den schematiskt visade kokprocessen motsvarar en kokprocess som föregås av en svartlutsimpregnering. Men även andra kokprocesser som konventionell kokning(utan svartlutsimpregnering), LO-SOLIDS(med kontinuerligt avdrag av utlöst organiskt material från koket) eller COMPACT COOKING (med höga halter utlöst organiskt material i koket och högt initialt vätske-ved förhållande) kan givetvis användas.

Utmärkande för uppfinningen är de två förstegen ACID samt DEWAT. I enlighet med uppfinningen uppslammas flisen i steget ACID i en sur behandlingsvätska vilken bildar en blandning av flis och sur behandlings- vätska med en vätske andel överstigande 50% och företrädesvis överstigande 80%.

Tillräckligt med sur förbehandlingsvätska skall vara närvarande så att tomrummen mellan flisbitarna kan fyllas ut i allt väsentligt fullständigt. Då flisvolymen i packad form uppvisar 2/3 delar fri luft mellan fllsbitarna så medför en vätskeandel på 66% (exklusive flisfukten och luften inuti flisbiten) att flisen blir helt dränkt, och inräknat flisfukten (1/3 del på flisen) så tillkommer drygt 11%, resulterande i total vätskeandel på cirka 77%.

Efter uppslamningsstegtet ACID skall den surgjorda flisen dräneras i ett steg DEWAT så att den dränerade flisen erhåller en kvarvarande fri vätskeandel 0304SE.DOC 525 064 6 understigande 10% och företrädesvis understigande 5% (inklusive flisfukten, +11%, dvs. understigande total vätskeandel på 21% respektive företrädesvis 16%), varefter den dränerade flisen uppvärmes med ånga.

Den sura behandlingsvätskan har ett pH understigande 4-5, och som lämplig sur behandlingsvätska kan användas svavelsyra (H2SO4), ättiksyra eller annan syra med hög koncentration fria vätejoner. Genom att flisen surgöres väl innan basningen så kommer flisen redan från början av basnings- processen att vara sur, och utlösningen av de naturligt förekommande syrorna iflisen förstärker processen så att en hög koncentration av fria vätejoner etableras inuti flis bitarna.

Den sura behandlingsvätskan HZSO., tillsättes lämpligen i ett behandlingskärl i en ersättningsmängd motsvarande den mängd som medföljer flisen till efterföljande uppvärmning av ånga. Behandlingskärlet kan exempelvis utformas såsom visas i SE,518789, där man använder ett enkelt vätskelås före flisfickan i syfte att förhindra utsläpp av NCG-gaser. Således kan den sura behandlingsvätskan användas i vätskelåset och den efterföljande dräneringen sker vid utmatningen med en dränerande transportskruv uppåt från vätskelåset till flisfickans inlopp .

Något kontinuerligt avdrag av sur behandlingsvätska från behandlingskärlet erfordras icke, och de eventuella metaller som löses ut bildar snabbt en jämviktsbalans med flisen och flisens metallinnehåll påverkas icke i nämnvärd utsträckning. Utblödning av sur behandlingsvätska sker kontinuerligt i form av den mängd som trots allt medföljer flisen. En perfekt dränering av flisen är omöjlig, även om alla fri vätska skulle dras av. Även om inte all luft drivits ut från flisen så kommer viss andel av den sura behandlingsvätskan att penetrera flisen och till viss del förtränga/späda ut den i flisen närvarande flisfukten.

För att största möjliga mängd H28 skall bildas inuti flisbiten så bör den alkaliska impregneringsvätskan utgörs av sulfidrik lut. 0304SE.DOC 525 064 7* Sulfiditeten är ett relativt mått på mängden tillgänglig sulfid och där sulfiditeten - n u - .- ges av förhållandet; Sulfiditet = NazS / (Na2S + NaOH).

Ett annat mått på mängden sulfid i vätskan kan uttryckas som molhalten, eller mol/liter vätska. Även normala vitlutar förekommande i kokprocessen innehåller mindre mängder sulfid. Normal vitlut håller oftast en sulfiditet på 30-40% med en molhalt HS' på 0,5 mol/liter.

Men lutarna kan berikas på olika sätt. Exempelvis kan en mer sulfidrik vitlut produceras med hjälp av processer som CHEMREC-processen. Svartlut, som företrädesvis dras av från kokets initella skede, vilken har en hög sulfiditet runt 60-80% kan även användas i större eller mindre mängd. Konventionell svartlut har dock en låg molhalt HS', vilken halt ligger runt 0,15-0,25 mol/liter.

Svartluten har dock den olägenheten att den innehåller utlöst lignin, och detta lignin kan återutfällas på fibern, så kallad lignin kondensation, speciellt vid de sura betingelser som råder i den sura uppslamningen.

För en optimal bildning av H2S i flisbiten så är det fördelaktigt att man begränsar koncentrationen av NaOH och håller koncentrationen av HS' hög.

Detta då OH jonerna lättare diffunderar in i flisen, och konkurrerar med diffusionen av HS jonerna. Således bör den alkaliska vätskan som diffunderar in iflisen direkt efter surgörningen icke bestå av ren vitlut, med hög koncentration av NaOH.

Den alkaliska impregneringsvätskan utgörs därför lämpligen av en blandning av åtminstone endera av sulfidrik vitlut, sulfidrik svartlut och/eller sulfidrik grönlut, och där den alkaliska impregneringsvätskan har en molhalt på HS' överstigande 0,15 mol/liter, företrädesvis överstigande 0,25 mol/liter.

För en optimal diffusion av HS' bör även den alkaliska impregneringsvätskan ha en molhalt av NaOH understigande 0,75 mol/liter, företrädesvis understigande 0,5 mol/liter. 0304SE.DOC 525 064 8 När den sulfidrika luten tränger in iflisbiten så reagerar sulfiden med dei flisbitarna befintliga vätejonerna, och H28 bildas på plats i flisbiten.

Uppslamningen av flisen i den sura behandlingsvätskan i steget ACID sker lämpligen under en tidsrymd av 1-30 minuter, företrädesvis 5-10 minuter.

Den sura behandlingsvätskan i steget ACID står under en extern cirkulation mot en värmeväxlare för värmning av den sura behandlingsvätskan till en temperatur överstigande 20°C men understigande 80°C, företrädesvis 40- 60°C . l figur 1 visas att den dränerade sura vätskan passerar värmeväxlaren, där värmeväxling sker mot Iågtrycksånga LP ST eller ett någorlunda varmt processvatten. Normalt finns det tillgängligt stora mängder filtrat i ett kokeri vilket filtrat normalt håller cirka 75-85°C, och som är fullt tillräckligt för att ge en viss uppvärmning av flisen redan innan ångbasningen. l figur 2 visas en alternativ process vilken kan värma flisen i allt väsentligt utan tillsättning av ånga. Här leds flisen CH via ett transportband 1 till ett vattenlåsliknande förbehandlingskärl 2 liknande det i SE,518789. l detta kärl tillsättes sur vätska AC i tillräcklig mängd för att bibehålla nivån (detekterad via givaren 10). Flisen matas efter impregneringen med sur vätska upp med en motordriven transportskruv, och överföres till ett våtbasningskärl 5. l detta våtbasningskärl tillsättes varm alkalisk impregnerignsvätska LIQ1 vid en första övre tillsättningspunkt, och via en avdragssil 11 dras förbrukad alkalisk impregneringsvätska bort. Härigenom etableras en mot flisflödet i kärlet motriktad strömning av alkalisk impregneringsvätska i kärlet. Detta medför att den i den alkaliska impregneringsvätskan förekommande mängden NaOH till viss del förbrukas och mest gynnsamma villkor för HS' diffusion etableras.

Eventuellt kan en hetare alkalisk impregneringsvätska LlQ2 tillsättas vid en andra nedre tillsättningspunkt.LlQ1 håller lämpligen en temperatur i området 60-100°C, emedan LlQ2 håller en temperatur som är 10-20°C högre.

Som stöd till uppvärmningsprocessen så kan i vissa fall en mindre mängd ånga ST tillsättas i våtbasningskärlet 6 vid olika positioner. 0304SE.DOC 525 064 9 Slutligen matas den våtbasade och i alkalisk impregneringsvätska indränkta flisen ut via utloppet 6 CHMP från botten av våtbasningskärlet.

Uppfinningen kan varieras på ett flertal sätt inom ramen för bifogade patentkrav. Exempelvis kan andra typer av kokprocesser användas som tidigare påpekats. Kokprocessen kan även vara av en förenklad typ där man matar flisen med pumpar mellan ett eller flera steg utan återföring av transportvätska (TRP.L|Q) och där huvuddelen av den i koket etablerade kokvätskan tillsätts redan i uppslamningspositionen. 0304SE.DOC

Claims (1)

1. 20 25 30 1. 525 064 PATENTKRAV l O Metod för förbehandling av flis som matas till en sulfatkokningsprocess där lagerhållen flis som håller omgivningens temperatur uppvärmes och i samband med denna uppvärmning uppslammas med alkalisk impregneringsvätska inför kokningen i kokaren k ä n n e t e c k n a d av att flisen innan uppvärmning i ett slutet förbehandlingssteg uppslammas i en sur behandlingsvätska vilken bildar en blandning av flis och sur behandlingsvätska med en vätske andel överstigande 50% och företrädesvis överstigande 80%, varefter den surgjorda flisen dräneras så att den dränerade flisen erhåller en kvarvarande fri vätskeandel understigande 10% och företrädesvis understigande 5%, och där sur förbehandlingsvätska tillsättes i allt väsentligt enbart i en mängd som motsvarar den mängd sur vätska som medföljer den dränerade flisen, varefter den dränerade flisen uppvärmes till en temperatur ej överstigande 140°C och i samband med uppvärmningen uppslammas med den alkaliska impregnerings-vätskan. . Metod enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d av att uppvärmningen av flisen i allt väsentligt sker genom tillsättning av varm alkalisk impregnerings- vätska. Metod enligt krav 2 k ä n n e t e c k n a d av att tillsättningen av varm alkalisk impregneringsvätska sker i ett kärl där en mot flisflödet i kärlet motriktad strömning av alkalisk impregneringsvätska utbildas i kärlet. Metod enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d av att uppvärmningen av flisen sker genom tillsättning av ånga till flisen i åtminstone ett steg, varefter den med ånga uppvärmda flisen uppslammas med alkalisk impregneringsvätska. Metod enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a d av att den sura behandlingsvätskan har ett pH understigande 4-5, och att den sura O304SE2.DOC 15 20 25 30 525 064 . n o - n. ll behandlingsvätskan tillsätts ett behandlingskärl i en ersättningsmängd motsvarande den mängd som medföljer flisen till efterföljande uppvärmning av ånga. . Metod enligt krav 5 k ä n n e t e c k n a d av att inget kontinuerligt avdrag av sur behandlingsvätska sker från behandlingskärlet utöver den utblödning som sker i form av sur behandlingsvätska som medföljer den dränerade flisen. . Metod enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a d av att den alkaliska impregneringsvätskan utgöres av sulfidrik lut. . Metod enligt krav 7 k ä n n e t e c k n a d av att den alkaliska impregneringsvätskan utgöres av en blandning av åtminstone endera av sulfidrik vitlut, sulfidrik svartlut och/eller sulfidrik grönlut, och där den alkaliska impregneringsvätskan har en molhalt på HS' överstigande 0,15 moi/liter, företrädesvis överstigande 0,25 moi/liter. . Metod enligt krav 8 k ä n n e t e c k n a d av att den alkaliska impregnerings vätskan har en molhalt av NaOH understigande 0,75 mol/liter, företrädesvis understigande 0,5 mol/liter. 10. Metod enligt något av föregående krav k ä n n e te c k n a d av att uppslamningen av flisen i den sura behandlingsvätskan sker under en tidsrymd av 1-20 minuter, företrädesvis 5-10 minuter. 11.Metod enligt krav 10kä n netecknad av attden sura behandlingsvätskan i kärlet står under en extern cirkulation mot en värmeväxlare för värmning av den sura behandlingsvätskan till en temperatur överstigande 20°C men understigande 80°C, företrädesvis 40- 60°C _ 0304SE2.DOC 525 064 /2 12. Metod enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a d av att den dränerade surgjorda flisen uppvärmes med ånga i åtminstone ett steg till en temperatur i intervallet 80-120°C. 0304SE2.DOC