NO760908L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for delignifisering av et celluloseholdig materiale med oksyderende gass i alkalisk miljø.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for delignifisering eller reduksjon av lignininnholdet i tre eller tremasse eller annet lignininneholdende celluloseholdig materiale med oksygengass i alkalisk miljø. Mi ed delignifisering menes her utenom koking av det celluloseholdige materiale også blekning av dette.

Mulighetene for å delignifisere tre og tremasse med oksygen og alkali er i de senere år blitt studert intenst. Oksygen benyttes i industriell målestokk for blekning av tremasse, men ulempene med oksygenblekningen er en viss nedbrytning av karbo-hydratene, som man ikke effektivt har kunnet forhindre. Denne nedbrytning viser seg i form av karbohydrattap og en reduksjon av polymeriseringsgraden, som på sin side forårsaker en reduksjon av fibrenes mekaniske egenskaper. Når man har.forsøkt å benytte oksygen for delignifisering av tre, har man møtt enda større vanskeligheter og den såkalte oksygenkokemetode er der-for ikke ennu blitt industrielt anvendt.

Det er åpenbart at mulighetene for anvendelse av oksygen begrenses av oksygengassens lave oppløselighet, som har til følge at oksygenet ikke i tilstrekkelig mengde overføres til fibrene.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å unngå de ovenfor nevnte ulemper og tilveiebringe en fremgangsmåte for koking og bleking av celluloseholdig materiale i alkalisk miljø i nærvær av oksygen, slik at tilstrekkelig mengde oksygen overføres til fibrene.

Oppfinnelsens vesentlige kjennetegn fremgår av krav 1.

Det har nu overraskende vist seg at overføringen av oksygen til fibrene fremmes merkbart hvis det i oppløsningen til-

settes slike vannoppløselige reduksjons-oksydasjonsstoffer,

som oksyderer fibermaterialet og deretter selv oksyderes av oksygenet i oppløsningen. Disse stoffer kalles oksygen-over-føringssubstanser, da de fremmer overføringen av oksygen til fibrene uten selv nødvendig å forbrukes.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utnyttes oksygen-overførende substanser, som kjennetegnes ved at de oksyderer fibermaterialet og derved reduseres, hvoretter de hurtig igjen oksyderes av oksygenet i oppløsningen. I nærvær av slike stoffer påskynnes overføringen av oksygenet fra gassfasen til væskefasen og fra denne til fibermaterialet på en avgjørende måte.. Hvis man dessuten velger en tilstrekkelig vannoppløse-lig overføringssubstans, kan oksydasjonsmidlets konsentrasjon økes flere ganger. Hvis stoffet er tilstrekkelig stabilt forbrukes det ikke ved reaksjonen.

Da fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blev utviklet

viste de t seg at kinoner og deres derivat seg å være særlig egnet som overføringssubstanser for oksygen. Særlig effektiv viste seg antrakinon-2-sulfonat (AMS) . Denne forbindelse er tidligere blitt benyttet for å stabilisere karbohydrater i sulfatkokinger (Bach, B og Fiehn, GrZellstoff und Papier 21

(1972)_3), men på grunn av at • oksygen ikke forekom, behøves store mengder for å tilveiebringe en nevneverdig virkning. Dessuten er det, som i det følgende vist, innvirkningen av AMS meget liten, da man forsøker å utføre delignifiseringen bare med alkali ved 135°C. Derimot viste det seg at AMS og andre egnede tilsetningsmidler i avgjørende grad fremmet delignifiseringen i nærvær av oksygen. Oppfinnelsen gir således helt nye muligheter til å anvende oksygendelignifisering i praksis.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen egner seg for alkalisk delignifisering og som alkali kan det komme på tale såvel alkalimetallhydroksyder som alkalimetallkarbonat, samt alkali-metallbikarbonat, samt deres forbindelser. Fremgangsmåten gir en fordelaktig mulighet for å utføre delignifiseringen i en koker med væskesirkulasjon, idet oksygen kan doseres i sirkula-sjonssystemet,i en nettop for oksydering av overføringssubstan-sen tilstrekkelig mengde, uten at det i kokeren oppstår et nevneverdig oksygenovertrykk. I stedet for rent oksygen kan det naturligvis også for oksyderingen benyttes f.eks. luft.

Oppfinnelsen belyses av følgende utføreiseseksempler : Eksempel 1. Bjerkved (Betula verrucosa) ble malt til grovt mel og ble kokt i små porsjoner (10 kg regnet som tørrsubstans) under de i tabell 1 angitte betingelser. Forsøkene ble utført i roterende autoklaver og oppvarmingen foregikk med varm luft. AMS ble dosert i tørr form til massen. Maksimaltemperaturen var 135°C (tid for temperaturøkningen 30 min.) og alkali-satsen var 60 % NaOH regnet på veden (oksygenets begynnelsestrykk 784 kPa og forholdet til væske:ved var 20:1 (ml/g). Etter en egnet koketid ble autoklaveheåpnet, massen vasket først med vann, deretter med eddiksyreoppløsning og til slutt en gang til med vann, hvoretter de sedvanlige utbytte- og kappatalbestem-melser ble foretatt. S<r>onri det fremgår av tabell 1 forbedrer tilsettingen av AMS ikke nevneverdig delignifiseringen og øker ikke utbyttet. Derimot øker delignifiseringshastigheten i nærvær av AMS meget kraftig i oksygenalkalisystemer og absolutt verdien for utbyttet øker opp til 25 % ved samme kappatall. Også en liten tilsetning av AMS gir et merkbart resultat og ved 1^1,5 % tilsetning regnet på vedens vekt, ble det oppnådd nesten maksimal effekt.

Eksempel 2.

Ved forsøket ble benyttet ubleket furusulfatmasse, hvis kappatall var 28..Oksygenalkaliblekning ble utført under følgende betingelser: Massekonsentrasjon 25 %, alkalitil-setning 4 % NaOH/abs. tørr masse, oksygenets begynnelsestrykk 588 kPa, behandlingstid i ide fire første forsøk 45 min. og i de følgende forsøk 30 min. Som inhibitor ble det benyttet trietanolamin (TEA) som ble innblandet i opp-løsningen.

Eksempel 3.

Bjerkeved (Betula verrucosa) som var malt til grovt mel ble kokt ved de i eksempel 1 angitte betingelser og det i eksempél 1 angitte apparatur, dog med den forskjell at det som alkali ble benyttet natriumkarbonat (40 % Na2CO^regnet på den tørre ved) ved en maksimal temperatur på 140 C. Resultatene er angitt i tabell 3.

Selv om i dette tilfelle AMS ikke har like stor virkning som i kokingen ifølge eksempel 1, fremgår det likevel tydelig at oksygenoverføringssubstansen har øket delignifiseringshastigheten og forbedret utbyttet.

Eksempel 4.

Ifølge dette eksempel ble det utført en koking av furuved (Pinus silvestris) i form av normal fabrikkflis. Kokingen foregikk i to trinn, av hvilke det første var et alkalitrinn uten oksygen. Ca. 6 kg (regnet som abs. tørr flis ble dosert i en 25 1 koker. Alkali ble tilsatt 15 % Na20 regnet på den tørre flis, forholdet væske til ved var 3,5:1 (l/kg), og maks. temperaturen 170°C (15 min.) (25 - 170° 2 timer). Massen ble defibrert,lett vasket og tørket (utbytte 67,0 %, klortall 30,6).

Den egentlige oksygen-alkalikokning ble utført i to om-ganger med masse oppnådd fra det første trinn, idet det i det første ble tilsatt en overføringssubstans (2 % AMS regnet på den tørre masse eller 1,3 % regnet på den opprinnelige flis-mengde), og det andre var en kontrollkoking utenAMS -tilsetning.

Claims (5)

1. Alkalitilsetningen var 20 % Na2 0 regnet på den tørre masse, MgCC^ -tilsetningen 1 %, forholdet væske: ved 10:1 (l/kg), oksygenets begynnelsestrykk 7 84 kPa og maks. temperaturen 130°C (60 min.) (15 - 130°C 64 min.) Resultatene er vist i tabell 4. Som vist er delignifiseringen merkbart bedret og massens utbytte forbedret.

   a + tilsetning 1,3 % regnet på den opprinnelige flisens tørrvekt - kontrollkoking uten tilsetning b verdien i parantes angir oksygen-alkalitrinnets utbytte, mens de øvrige angir totaluitbyttet... Patentkrav. 1. Fremgangsmåte for delignifisering av et ligninholdig materiale, såsom tre og tremasse med en gass som inneholder oksygen i en alkalisk vannoppløsning ved øket temperatur, karakterisert ved at delignifiseringen utføres i nærvær av en substans som overfører vannoppløselig oksygen for oksydering av det ligninholdige materialet, hvoretter sub-stansen som overfører redusert oksygen under innvirkning av gassen som inneholder oksygen oksyderes, for pånytt å reagere med det ligninholdige materiale.
2. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som oksygenoverførende substans benyttes forbindelser hørende til kinon-hydrokinon-gruppen, som inneholder en eller flere ringer, som eventuelt er substituert av en eller flere vannoppløselige substituenter.
3. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det som oksygenoverførende substans benyttes antrakinon-2-sulfonsyre eller dens salter, såsom natrium-, åmmonium, eller trietaholammoniumsalter.
4. 4. Fremgangsmåte ifølge, et eller flere av de foregående krav , karakterisert ved at den oksygenover-førende substans utgjør 0,2 - 3 % av det ligninholdige materiale, regnet på abs. tørrvekt.
5. 5. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av de foranstående krav, karakterisert ved at den oksygenover-førende substansens reagerende vannoppløsning i en sidestrøm bringes i kontakt med en oksygeninneholdende gass for re-generering av den oksygenoverførende substans, hvoretter den regenererte oksygenoverførende substansinneholdende oppløs-ning tilbakeføres til delignifiseringen.