NO770870L

NO770870L - PROCEDURES FOR TREATMENT OF WOOD MASS BY PRE-TREATING WOOD TILES WITH THE OXYGEN BEFORE CHEMICAL BOILING

Info

Publication number: NO770870L
Application number: NO770870A
Authority: NO
Inventors: Jack Solomon; Joseph Timothy Mullhaupt
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1976-03-12
Filing date: 1977-03-11
Publication date: 1977-09-13
Also published as: SE7702781L; BR7701481A; AU2317777A; DE2710700A1; ZA771491B; TR19409A; JPS52110902A; FR2343855A1; AU504413B2; FI770790A7

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å øke utbyttet av tremasse fra trefliser samtidig som man beholder god massekvalitet, ved at man forbehandler treflisene med oksygen før kjemisk koking. Mer spesielt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for forbehandling av trefliser med oksygen under regulerte betingelser med hensyn til temperatur og trykk i tilstrekkelig langt tidsrom til å øke utnyttet av tremasse ved den etterfølgende kjemiske koking. The present invention relates to a method for increasing the yield of wood pulp from wood chips while maintaining good pulp quality, by pre-treating the wood chips with oxygen before chemical cooking. More particularly, the invention relates to a method for pre-treating wood chips with oxygen under regulated conditions with regard to temperature and pressure for a sufficiently long period of time to increase the utilization of wood pulp in the subsequent chemical cooking.

Kjemisk koking av trefliser for å fjerne ligningog andre forbindelser og deretter innvinne tremasse, kan utføres ved kjemisk koking, f.eks. ved den såkalte sulfat- og sulfittmetoden, noe som er velkjent i papirindustrien. Skjønt noen mekaniske prosesser i høyere masseutbytte enn kjemisk massekoking, så gir de masser hvorfra man kan fremstille papir med relativt dårlig styrke. Denne dårlige styrke begrenser i meget stor grad bruken av slikt papir. Kjemisk koking er følgelig langt mer anvendt. Chemical boiling of wood chips to remove grease and other compounds and then recover wood pulp can be carried out by chemical boiling, e.g. by the so-called sulphate and sulphite method, which is well known in the paper industry. Although some mechanical processes have a higher pulp yield than chemical pulp cooking, they provide pulp from which paper with relatively poor strength can be produced. This poor strength greatly limits the use of such paper. Chemical boiling is consequently far more widely used.

Av de kjemiske prosesser er den såkalte kraftprosessen eller sulfatprosessen mest foretrukket, fordi den gir et akseptabelt masseutbytte til konkurrerende pris, samtidig som en slik kraftmasse gir høykvalitetpapir med ut-merket styrke. Den største ulempen ved kraftprosessen er de medfølgende luft- og vannforurensningsproblemer som er forbundet med de .svovelholdige kjemikalier som man bruker. Sulfittmetod- Of the chemical processes, the so-called kraft process or sulphate process is most preferred, because it gives an acceptable pulp yield at a competitive price, while at the same time such a kraft pulp produces high-quality paper with excellent strength. The biggest disadvantage of the power process is the accompanying air and water pollution problems associated with the sulphur-containing chemicals that are used. sulfite method-

en er langt mindre forurensende enn kraftmetoden, men sulfittmetoden når den utføres slik at man får et masseutbytte som lar seg sammenligne med det man oppnår under kraftprosessen, one is far less polluting than the kraft method, but the sulphite method when it is carried out in such a way that you get a mass yield that can be compared to what is achieved during the kraft process,

gir en masse fra hvilken man bare kan fremstille lavkvalitet-papir med lav styrke. gives a pulp from which only low-quality, low-strength paper can be produced.

Som et resultat av dette er sulfittprosessen relativt lite anvendt i dag, sammenlignet med sulfatprosessen. På grunn av forurensningsproblemene er imidlertid gjort stor forskning på å utvikle og forbedre sulfittprosessen, ikke bare med hensyn til papirkvaliteten, men også med hensyn til utbytte. As a result, the sulphite process is relatively little used today, compared to the sulphate process. Due to the pollution problems, however, much research has been done to develop and improve the sulphite process, not only with regard to paper quality, but also with regard to yield.

Utbytte ved kjemisk massekoking er langt under det teoretisk mulige. Vanligvis vil bare ca. 60% av karbohydratene i veden ende opp som masse under vanlig kommersiell koking. Det er følgelig meget store muligheter for å øke masseutbyttet ved kjemisk koking, og da spesielt i den såkalte sulfat- og sulfittprosessen. At bare meget små forbedringer kan være av meget stor økonomisk betydning, kan illustreres ved det faktum at man ved å øke masseutbyttet fra 48 til 50%, ville kunne spare mer enn 2 mill. tonn ved pr. år bare i USA. Det er imidlertid innlysende at man bare kan akseptere fremgangsmåter ved nye metoder for å øke masseutbyttet hvis disse fremgangsmåter også gir høykvalitetsmasse til konkurrerende pris. Yields from chemical pulping are far below what is theoretically possible. Usually only approx. 60% of the carbohydrates in the wood end up as pulp during normal commercial cooking. There are consequently very large opportunities for increasing the mass yield by chemical boiling, and especially in the so-called sulphate and sulphite process. That only very small improvements can be of very great economic importance can be illustrated by the fact that by increasing the mass yield from 48 to 50%, it would be possible to save more than 2 million tonnes per year only in the USA. However, it is obvious that one can only accept methods by new methods to increase the pulp yield if these methods also provide high-quality pulp at a competitive price.

Som et middel foråå øke masseutbyttet erAs a means of increasing the mass yield is

det i tidenes løp blitt foreslått modifikasjoner under den kjemiske koking. F.eks. er det blitt foreslått en forbehandling med hydrogensulfid for å modifisere karbohydratendeenhetene og derved oppnå et øket masseutbytte. En bruk at hydrogensulfid er imidlertid sterkt forurensende og kostbar, og forbeholdning av trefliser med hydrogensulfid er følgelig ikke blitt særlig anvendt i industrien. modifications during the chemical boiling have been proposed over the years. E.g. a pretreatment with hydrogen sulphide has been proposed to modify the carbohydrate end units and thereby achieve an increased mass yield. A use that hydrogen sulphide is, however, highly polluting and expensive, and reserving wood chips with hydrogen sulphide has consequently not been particularly used in industry.

Også bruken av oksygen under sulfittprosessen er velkjent. Skjønt denne fremgangsmåte unngår svovelforurens-ningsproblemet, så er prosessen dog dårligere enn kraftprosessen eller sulfatprosessen med hensyn til masseutbytte og/eller papir-kvalitet. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer imidlertid The use of oxygen during the sulphite process is also well known. Although this method avoids the sulfur contamination problem, the process is however inferior to the kraft process or the sulphate process with regard to pulp yield and/or paper quality. However, the present invention provides

en ikke-forurensende, relativt billig fremgangsmåte for å øke masseutbyttet fra tre ved at man forbehandler treflisene med oksygen i et fravær av natriumhydroksyd før det etterfølgende kjemiske koketrinn, som enten kan være ved hjelp av sulfitt eller sulfatprosessen. Den fremstilte masse inneholder ikke et overskudd av lignin og kan opparbeides til papir med en kvali-tet som lar seg sammenligne med det man oppnår fra ubehandlet tre ved å bruke samme kjemiske kokemetode. a non-polluting, relatively cheap method of increasing the pulp yield from wood by pre-treating the wood chips with oxygen in the absence of sodium hydroxide before the subsequent chemical cooking step, which can be either by sulphite or the sulphate process. The pulp produced does not contain an excess of lignin and can be processed into paper with a quality that can be compared to that obtained from untreated wood by using the same chemical cooking method.

Oksygenforbehandlingen ifølge foreliggende oppfinnelse kan anvendes på treflisene slik de nå brukes i normal papirindustri, og utføres under regulerte betingelser med hensyn til temperatur, trykk og behandlingstid. Selve parametergrensen er imidlertid ikke særlig trange, og optimale betingelser med hensyn til behandling kan variere alt etter den naturlige variasjon i de trefliser som behandles og variasjoner som kan forefinnes i det spesifikke behandlingsutstyr og den fremgangsmåte som brukes. The oxygen pre-treatment according to the present invention can be applied to the wood chips as they are now used in the normal paper industry, and is carried out under regulated conditions with regard to temperature, pressure and treatment time. However, the parameter limit itself is not very narrow, and optimal conditions with regard to treatment can vary according to the natural variation in the wood chips being treated and variations that can be found in the specific treatment equipment and the method used.

Med hensyn til temperatur har man funnetWith regard to temperature, it has been found

at en temperatur fra ca. 70 - 120°C er effektiv. Betydelig lavere temperaturer er ikke effektive med hensyn til å gi et øket masseutbytte, mens betydelig høyere temperaturer er uønskede fordi man derved øker sjansene for en større oksydasjon av tremassen uten at man får tilsvarende fordeler. Det skal bemerkes at foreliggende fremgangsmåte ikke er avhengig av en oksydasjon av tremassen, og i virkeligheten er forbruket av oksygen i treflisene så lite at det kan være vanskelig å måle. Man kjenner ikke den kjemiske mekanisme ved hvilken oksygenbehandlingen opptrer i treflisene og derved gir høyere masseutbytte ved den etterfølgende koking, og dette er ikke vesentlig for den foreliggende oppfinnelse, så tyder det faktum at det forbrukes lite oksygen, og at effekten skyldes en oksydasjon av endegruppene i cellulosemolekylene. that a temperature from approx. 70 - 120°C is effective. Significantly lower temperatures are not effective in terms of providing an increased pulp yield, while significantly higher temperatures are undesirable because they thereby increase the chances of greater oxidation of the wood pulp without obtaining corresponding benefits. It should be noted that the present method does not depend on an oxidation of the wood mass, and in reality the consumption of oxygen in the wood chips is so small that it can be difficult to measure. The chemical mechanism by which the oxygen treatment occurs in the wood chips and thereby gives a higher mass yield in the subsequent cooking is not known, and this is not essential for the present invention, the fact that little oxygen is consumed and that the effect is due to an oxidation of the end groups suggests in the cellulose molecules.

Med hensyn til trykk har man funnet detWith regard to pressure, it has been found

best å utføre oksygenforbehandlingen i en trykkreaktor for åbest to carry out the oxygen pretreatment in a pressure reactor in order to

gi et for høyt oksygentrykk, og mer viktig, for å beholde vann som eventuelt måtte fordampe fra treflisen. Enhver teknikk som ville føre til for sterk dehydrering av treflisene er uønsket. Det er selvsagt av økonomiske grunner fordelaktig å bruke det laveste trykk som gir den forønskede effekt. Man har funnet at et totalt reaktortrykk på fra f4 - 30 atmosfærer er effektivt. Ettersom temperaturen varierer fra 70 - 120°C provide too high an oxygen pressure, and more importantly, to retain water that may evaporate from the wood chip. Any technique that would lead to excessive dehydration of the wood chips is undesirable. It is of course advantageous for economic reasons to use the lowest pressure that gives the desired effect. It has been found that a total reactor pressure of from f4 - 30 atmospheres is effective. As the temperature varies from 70 - 120°C

så vil damptrykket på vann variere fra ca. 0.3 - 2.0 atmosfærer og det beregnede oksygenpartialtrykk vil variere fra ca. 2.0 atmosfærer til ca. 29,7 atmosfærer. Man har funnet at.kommersi-ellt, rent oksygen er effektivt. Skjønt den nedre grense for oksygen-renheten ikke eksperimentelt er blitt bestemt, så kan man på basis av tidligere eksperimenter ved lavere temperaturer, anta then the vapor pressure of water will vary from approx. 0.3 - 2.0 atmospheres and the calculated oxygen partial pressure will vary from approx. 2.0 atmospheres to approx. 29.7 atmospheres. Commercial pure oxygen has been found to be effective. Although the lower limit for the oxygen purity has not been experimentally determined, on the basis of previous experiments at lower temperatures, it can be assumed

at lavkvalitetsoksygen som inneholder et minimum på ca. 40 volumprosent oksygen, og som vil være effektivt. En slik gass vil i tillegg til oksygen normalt inneholde inerte gasser så that the low-quality oxygen containing a minimum of approx. 40 volume percent oxygen, and which will be effective. Such a gas will normally contain inert gases in addition to oxygen

som nitrogen og / eller argon.such as nitrogen and/or argon.

Med hensyn til behandlingstid, dvs. den tid treflisen holdes i oksygen ved det valgte trykk og den valgte temperatur, så er den foretrukne tid selvsagt den minimumstid som er nødvendig for å oppnå den forønskede effekt. Man har funnet at behandlingstider fra ca. 10 - 60 minutter er effektive. Man antar også at noe kortere eller lengre tider kan være effektive. With regard to treatment time, i.e. the time the wood chips are kept in oxygen at the selected pressure and the selected temperature, the preferred time is of course the minimum time necessary to achieve the desired effect. It has been found that treatment times from approx. 10 - 60 minutes are effective. It is also assumed that slightly shorter or longer times can be effective.

Man har funnet det fordelaktig å oppvarme treflisene til en forønsket reaksjonstemperatur relativt raskt. Man har funnet at oppvarmingstider som overstiger ca. 2 0 minutter er mindre effektive for å øke masseutbyttet. Oppvarmingstider på mindre enn 10 minutter er ikke lett tilgjengelig med det prosessutstyr og fremgangsmåter som brukes pr. idag. Følgelig har man funnet at de foretrukne oppvarmingstider ligger mellom 10 og 20 minutter. Kortere tider kan oppnås å være effektive med andre typer utstyr og fremgangsmåter. Det synes imidlertid ikke klart at meget korte oppvarmingstider, f.eks. under 10 minutter, sannsynligvis vil øke prosessens økonomiske konkurranse-evne. Man har også funnet at oppvarmingstrinnet kan utføres i oksygen eller i en inert gass, så som nitrogen. It has been found advantageous to heat the wood chips to a desired reaction temperature relatively quickly. It has been found that heating times that exceed approx. 2 0 minutes are less effective in increasing mass yield. Warm-up times of less than 10 minutes are not easily available with the processing equipment and methods used per Today. Consequently, it has been found that the preferred heating times are between 10 and 20 minutes. Shorter times can be achieved to be effective with other types of equipment and methods. However, it does not seem clear that very short heating times, e.g. less than 10 minutes, will probably increase the economic competitiveness of the process. It has also been found that the heating step can be carried out in oxygen or in an inert gas, such as nitrogen.

Det tør være innlysende at foreliggende fremgangsmåte kan gjennomføres i kommersiell skala ved å bruke forskjellige typer prosessutstyr og fremgangsmåte. En fremgangsmåte kan f.eks. innbefatte at man kontinuerlig beveger flisene gjennom en reaktor hvor oppvarmingen skjer i en første sone, mens flisene i en annen sone holdes på den foran nevnte ønskelige temperatur. Flisene kan beveges gjennom reaktoren ved hjelp av en skrue. Fremre del av skruen kan være utstyrt med anordninger for indirekte dampoppvarming, slik at. man raskt bringer flisene til den forønskede temperatur, mens midtre og bakre del av reaktoren kan være utstyrt med oppvarmingsanordninger, slik at man holder flisene på den forønskede temperatur. Oksygen tilføres reaktoren for å gi trykk, og en rekke trykkventiler kan brukes for å føre flisene inn og ut av trykkreaktoren med akseptable, lave gasstap. Reaksjonstiden kan reguleres ved å regulere om-dreiningshastigheten på skruen, mens temperatur og trykk kan måles og reguleres ved velkjente fremgangsmåter. Bare en liten oksygenstrøm vil være nødvendig, ettersom bare meget små mengder oksygen forbrukes, og tilførselen av oksygen vil primært skyldes to ting: (1) lekkasje, (2) behov for å eliminere ikke-kon-denserbare gasser. It should be obvious that the present method can be carried out on a commercial scale by using different types of process equipment and method. A method can e.g. include continuously moving the tiles through a reactor where the heating takes place in a first zone, while the tiles in another zone are kept at the aforementioned desirable temperature. The tiles can be moved through the reactor using a screw. The front part of the screw can be equipped with devices for indirect steam heating, so that. the tiles are quickly brought to the desired temperature, while the middle and rear part of the reactor can be equipped with heating devices, so that the tiles are kept at the desired temperature. Oxygen is supplied to the reactor to provide pressure, and a series of pressure valves can be used to feed the chips into and out of the pressure reactor with acceptably low gas losses. The reaction time can be regulated by regulating the speed of rotation of the screw, while temperature and pressure can be measured and regulated by well-known methods. Only a small flow of oxygen will be required, as only very small amounts of oxygen are consumed, and the supply of oxygen will primarily be due to two things: (1) leakage, (2) need to eliminate non-condensable gases.

Etter oksygenforbehandlingsmetoden kan treflisene underkastes en kjemisk koking, f.eks. ved en såkalt kraftprosess eller ved sulfittprosessen eller lignende. After the oxygen pretreatment method, the wood chips can be subjected to a chemical boiling, e.g. by a so-called power process or by the sulphite process or the like.

Oksygenforbehandlingen ifølge foreliggende oppfinnelse kan brukes for å øke masseutbyttet både fra løwed og barved. The oxygen pre-treatment according to the present invention can be used to increase the mass yield from both løwed and barwood.

De følgende prøveresultater og eksempler illustrerer oppfinnelsen. The following test results and examples illustrate the invention.

Furufliser, ca 18 mm lange ble tromletPine tiles, approx. 18 mm long, were rolled

i en trommelvalse i ca. 10 timer for å få et jevnt vanninnhold. Treflisene ble så veiet i s andardpakninger på ca. in a drum roll for approx. 10 hours to obtain a uniform water content. The wood chips were then weighed in standard packages of approx.

300 g. , pakket i poser og lagret i et kjøleskap som hadde en temperatur på 5°C inntil de skulle brukes. Lagring av treflisene under kjøling retarderer eller hindrer en biologisk nedbrytning. 300 g., packed in bags and stored in a refrigerator that had a temperature of 5°C until they were to be used. Storing the wood chips under refrigeration slows down or prevents biological degradation.

Femten prøver av trefliser hvor hver prøve veide ca. 50 g, fra den del som hadde vært tromlet i trommel-valsen i 10 timer, ble veiet og tørket i en ovn ved 105°@ Fifteen samples of wood tiles where each sample weighed approx. 50 g, from the part that had been tumbled in the drum roll for 10 hours, was weighed and dried in an oven at 105°@

i 18 timer, så avkjølt i romtemperatur og veiet i gjen. Ifor 18 hours, then cooled to room temperature and weighed again. IN

hvert tilfelle var vekten på 50 g prøven etter ovntørkingen ca. halvparten av den opprinnelige vekt. Middelet av disse<*>resultater ga det presise innhold av faste stoffer i hele porsjoner, og ble brukt for å beregne mengden av faste stoffer i hver prøve på ca. 300 g av treflisene, som deretter ble oksy-genbehandlet og kokt. Denne fremgangsmåte var nødvendig for å få en meget presis måling av masseutbyttet. in each case the weight of the 50 g sample after oven drying was approx. half of the original weight. The average of these<*>results gave the precise content of solids in whole portions, and was used to calculate the amount of solids in each sample of approx. 300 g of the wood chips, which were then oxygenated and boiled. This procedure was necessary to obtain a very precise measurement of the mass yield.

Oksygenforbehandlingen av treflisene ble utført i en 3-liters sylindrisk reaktor av rustfritt stål. Reaktoren kunne meget nøyaktig reguleres til en forvalgt temperatur ved hjelp av ytre varmespoler, en elektronisk reguler-ingsmekanisme og en termokuppel som var satt inn i reaktorveggen. Reaktoren var også utstyrt med en ekstra elektrisk oppvarm-ingsstav som gikk inn langs reaktorens akse og som kunne" brukes for å akselerere oppvarmingen av gtreflisene. Kraft-tilførselen til denne varmestaven kunne meget nøyaktig settes på et forvalgt nivå ved hjelp av en variabel transformator. Reaktoren ble forbundet med gasskappe som gjorde at man kunne rense reaktoren og sette den under trykk med en gass av den forønskede sammensetning ved det forønskede trykk. Temperaturen på gassen inne i reaktoren ble målt ved hjelp av en termokuppel som var satt inn i gassrommet i reaktoren over tre-flisenes nivå. Den sylindriske reaktoren ble montert horison-talt langs sin akse og ristet for å fremme varmeutjevning blant treflisene, med gassfasen i reaktoren med reaktorvegg-ene og med den nevnte varmestaven. Varmeutjevning ble ytter-ligere lettet ved å ha kuler av rustfritt stål inne i reaktoren sammen med treflisene for derved å bedre røringen. The oxygen pretreatment of the wood chips was carried out in a 3-liter cylindrical stainless steel reactor. The reactor could be very accurately regulated to a preselected temperature by means of external heating coils, an electronic regulation mechanism and a thermodome which was inserted into the reactor wall. The reactor was also equipped with an additional electric heating rod which entered along the axis of the reactor and which could be used to accelerate the heating of the grid tiles. The power supply to this heating rod could be very precisely set at a preselected level by means of a variable transformer. The reactor was connected to a gas jacket which made it possible to purge the reactor and pressurize it with a gas of the desired composition at the desired pressure.The temperature of the gas inside the reactor was measured by means of a thermocouple inserted into the gas space of the reactor above the level of the wood chips. The cylindrical reactor was mounted horizontally along its axis and shaken to promote heat equalization among the wood chips, with the gas phase in the reactor with the reactor walls and with the aforementioned heating rod. Heat equalization was further facilitated by having spheres of stainless steel inside the reactor together with the wood chips to thereby improve the stirring.

Hver av de fire eksperimentelle variable" faktorer definert som angitt nedenfor, kunne nøyaktig reguleres til en forvalgt verdi. Each of the four "experimental variable" factors defined as indicated below could be precisely controlled to a preselected value.

Tg R k Reaksjonstemperatur er den utjevnede temperatur på gass og fliser under oksygenbehandlingen. Tg R k Reaction temperature is the equalized temperature of gas and tiles during the oxygen treatment.

P R = Reaksjonstrykk er lik totalt trykk i P R = Reaction pressure equals total pressure i

reaktoren under oksygenbehandlingen.the reactor during the oxygen treatment.

t ri = Opprinnelig oppvarmingstid, er lik den tid som er nødvendig etter tilførsel av treflisene til reaktoren, for at flisene og gassfasen skal nå T^. t ri = Initial heating time, is equal to the time required after supplying the wood chips to the reactor, for the chips and the gas phase to reach T^.

t_ R = den temperatur under hvilken flisene ble eksponert overfor oksygen ved T^ og P^ t_ R = the temperature at which the tiles were exposed to oxygen at T^ and P^

Hver prøve besto av følgende trinn."" CPrinn 1. Each test consisted of the following steps."" CStep 1.

Reaktoren ble forvarmet til en gasstempera-tur som var lik den forønskede T . The reactor was preheated to a gas temperature equal to the desired T .

Trinn 2.Step 2.

En prøve at treflis på ca. 300 g 0.1 g, ble ført inn i reaktoren. Luft ble så fjernet fra reaktoren ved å bruke nitrogen, og reaktoren ble så satt under trykk med nitrogen. Ruggingen av reaktoren ble så satt igang, og krafttilførselen til nevnte varmestav ble satt på den verdi A sample of wood chips of approx. 300 g 0.1 g, was fed into the reactor. Air was then removed from the reactor using nitrogen, and the reactor was then pressurized with nitrogen. The shaking of the reactor was then started, and the power supply to the aforementioned heating rod was set to that value

som var nødvendig for å oppnå den forønskede oppvarmingstidwhich was necessary to achieve the desired heating time

t„, og angivelsen av krafttilførselen var tatt fra en kalibrer-ingskurve som var bestemt ved tidligere forsøk. Uten ytter-ligere varmetilførsel oppnådde man en jtH på ca. 33 minutter, slik at denne ekstra varmetilførsel var nødvendig når man ønsket kortere oppvarmingstider enn dette. t„, and the indication of the power input was taken from a calibration curve that had been determined in previous experiments. Without additional heat input, a jtH of approx. 33 minutes, so that this additional heat input was necessary when shorter heating times than this were desired.

Trinn 3.Step 3.

Når selve oppvarmingen var fullstendig,When the actual heating was complete,

ble stavelementet slåtttav, nitrogen fjernet fra reaktoren ved hjelp av oksygen, og reaktoren ble sått under trykk med oksygen ved et trykk på P_ R. Gasstemperaturen ble så holdt på the rod element was turned off, nitrogen was removed from the reactor by means of oxygen, and the reactor was pressurized with oxygen at a pressure of P_ R. The gas temperature was then maintained at

T_ og det totale trykk på P., i det forønskede tdldsrom t„.T_ and the total pressure on P., in the desired space t„.

a a tia a ten

Trinn h .Step h.

Etter den forønskede reaksjonstid t_, så ble trykket senket i reaktoren og flisene ble fjernet. After the desired reaction time t_, the pressure was lowered in the reactor and the chips were removed.

frinn 5. frinn 5.

Flisene ble avkjølt, veiet igjen for å bestemme fuktighetstap og eventuelle tap ble supplert ved å tilsette vann. De fuktede fliser ble så lagret under kjøling<*>The tiles were cooled, reweighed to determine moisture loss and any losses were supplemented by adding water. The moistened tiles were then stored under refrigeration<*>

i inntil koking kunne utføres. Dette ble vanligvis utført samme dag. i until boiling could be carried out. This was usually carried out on the same day.

Ettersom flisene typisk inneholdt ca. 50$ vann og bare små mengder av rensegass ble brukt i trinn 2 og 3 j så var vanntapet meget lite, vanligvis mindre enn 20 vekt-prosent av det opprinnelige vanninnhold. Ettersom overskudds-vann alltid var tilstede, kunne oksygenbehandlingen alltid ut-føres i en atmosfære som var mettet med vanndamp. Ved å trekke damptrykket av vann ved T R fra P R, kunne man lett beregne par-tialtrykket for oksygenet. As the tiles typically contained approx. 50% water and only small amounts of purge gas were used in steps 2 and 3, so the water loss was very small, usually less than 20% by weight of the original water content. As excess water was always present, the oxygen treatment could always be carried out in an atmosphere saturated with water vapour. By subtracting the vapor pressure of water at TR from PR, one could easily calculate the partial pressure of the oxygen.

For å bestemme masseutbyttet for hver pr ve av de forbehandlede fliser, så ble disse underkastet en sulfitt-koking eller sulfatkoking i en ytre oppvarmet reaktor med sir-kulerende væske. Kontrollprøver av fliser som ikke hadde vært forbehandlet med oksygen, men ellers var identiske, ble kokt In order to determine the mass yield for each of the pre-treated tiles, these were subjected to sulphite boiling or sulphate boiling in an externally heated reactor with circulating liquid. Control samples of tiles that had not been pretreated with oxygen, but were otherwise identical, were boiled

på nøyaktig samme måte.in exactly the same way.

Kokebetingel ser er angitt nedenfor.Cooking conditions are listed below.

Sulfi ttkoking.Sulfite boiling.

Temperaturen for reaktoren ble programmert fråa.20 - 170°C i 1 time og holdt på sistnevnte (temperatur i 2 timer mens treflisene ble kokt. Koking ble utført ved å bruke 0.32 g NaOH pr. g tre-(på basis av faste stoffer), med hensyn til vandig NaOH, 5,62 g av 1,51 molar vandig NaOH The temperature of the reactor was programmed from 20 - 170°C for 1 hour and held at the latter (temperature for 2 hours while the wood chips were boiled. Boiling was carried out using 0.32 g of NaOH per g of wood (on a solids basis) , with respect to aqueous NaOH, 5.62 g of 1.51 molar aqueous NaOH

pr. g tre (på basis av faste stoffer).per g wood (on a solids basis).

Sulfatkoking.Sulfate boiling.

Temperaturen for reaktoren ble programmert fra 20 - 170°C i 1 time og holdt på sistnevnte temperatur i Intime mens flisene ble kokt. Koking ble utført ved å bruke 0,196 g NaOH pr. g tre (på basis av faste stoffer) 0.082 g~ NagS pr. g tre (på basis av faste stoffer) og totalt 0.222 The temperature for the reactor was programmed from 20 - 170°C for 1 hour and held at the latter temperature in Intime while the chips were cooked. Boiling was carried out using 0.196 g of NaOH per g wood (on solids basis) 0.082 g~ NagS per g three (on a solids basis) and a total of 0.222

g vann pr. g tre (på basis av faste stoffer). Dette tilsvarer en sulfiditet på 30 og et innhold av aktivt alkali av 0.28 g NaOH pr. g tre. g water per g wood (on a solids basis). This corresponds to a sulphidity of 30 and an active alkali content of 0.28 g NaOH per g three.

Etter at koking var ferdig ble massen kvanti-tativt fjernet fra reaktoren, vasket med destillert vann, delvis tørket ved pressing og så veiet. Vanninnholdet og permanganattallet på massen ble så bestemt. For noen prøver bestemte man også innholdet av syreuoppløselig lignin. After boiling was finished, the mass was quantitatively removed from the reactor, washed with distilled water, partially dried by pressing and then weighed. The water content and permanganate number of the pulp were then determined. For some samples, the content of acid-insoluble lignin was also determined.

Vanninnholdet i massen ble målt ved å veie'" to parallelle ho g prøver, tørke disse prøvene i en ovn ved 105°C i 18 timer og så veie prøven igjen. Idet man kjente tørr-vekten på den masse som var fremstilt i forhold til en kjent tørrvekt på treet, kunne masseutbyttet lett oppnås ved enkel be-regning . The water content of the pulp was measured by weighing two parallel high samples, drying these samples in an oven at 105°C for 18 hours and then weighing the sample again. Knowing the dry weight of the pulp that had been produced in relation to a known dry weight of the wood, the mass yield could easily be obtained by simple calculation.

Permanganattallet ble bestemt ved TAPPI-standardmetode T2lk m-50, og innholdet av syreuppløselig lignin ved TAPPI standardmetode T222 m-5^. Kurven på figur 1 viser det forventede lineære forhold mellom permanganattall og lignininnhold, og rettferdiggjør bruken av det langt lettere målbare permanganattall som en indikasjon på lignininnhold. The permanganate number was determined by TAPPI standard method T2lk m-50, and the content of acid-soluble lignin by TAPPI standard method T222 m-5^. The curve in Figure 1 shows the expected linear relationship between permanganate number and lignin content, and justifies the use of the much easier to measure permanganate number as an indication of lignin content.

Data oppnådd i nevnte reaktorprøver er vist i tabellene I og II. Tabell I viser en statistisk sammenligning meliLom 7 prøver av oksygenforbehandléde trefliser og 7 prøver av ubehandlede trefliser, idet alle lk prøvene ble kokt med soda under identiske betingelser. Det ble gjort store anstrengel-ser for å sikre at data fra de to sett av prøver var meget nøyaktig sammenlignbare. Det midlere utbytte fra trefliser som var blitt oksygenforbehandlet var 51,6 $, mens ubehandlete fliser ga et utbytte på 49.6 Denne økning er tilstrekkelig stor til å være av betydelig kommersiell viktighet. Kvaliteten på disse massene slik det er angitt ved permanganattallene, er ikke signifikant forskjellige En oksygenbehandling ifølge foreliggende oppfinnelse kan således øke det etterfølgende utbytte på en sulfittmasse uten at man svekker massekvaliteten. Data obtained in said reactor tests are shown in tables I and II. Table I shows a statistical comparison between 7 samples of oxygen-pretreated wood chips and 7 samples of untreated wood chips, all samples being boiled with soda under identical conditions. Great efforts were made to ensure that data from the two sets of samples were very precisely comparable. The average yield from wood chips that had been oxygen pretreated was $51.6, while untreated chips gave a yield of $49.6 This increase is sufficiently large to be of significant commercial importance. The quality of these masses, as indicated by the permanganate numbers, are not significantly different. An oxygen treatment according to the present invention can thus increase the subsequent yield of a sulphite mass without weakening the mass quality.

Tabell II viser individuelle eksperimenter som indikerer effekten av de spesifikke pro sessvariable. Eks-periment 15 indikerer at 65°C er for lav temperatur, mens 17 Table II shows individual experiments that indicate the effect of the specific process variables. Experiment 15 indicates that 65°C is too low a temperature, while 17

og 18 viser at høyere temperaturer gir den fordelaktige effekt. Eksperimentene 19 - 21 viser at et visst område av behandlingstider kan resultere i øket utbytte. Eksperimentene 22 - 2k indikerer at en langsom oppvarming er uønsket. Eksperimentene 25 og 26 viser at oksygenforbehandlingen øker det etterfølgende masseutbytte ved kraftprosessen, og at den reelle økning er omtrent den samme -man oppnådde for sulfittmetoden. and 18 shows that higher temperatures give the beneficial effect. Experiments 19 - 21 show that a certain range of processing times can result in increased yields. Experiments 22 - 2k indicate that a slow heating is undesirable. Experiments 25 and 26 show that the oxygen pre-treatment increases the subsequent mass yield in the power process, and that the real increase is approximately the same as that obtained for the sulphite method.

Furutrefli sene ble pakket i poser som veide ca. 600 g og lagret i et kjøleskap ved ca. 5°C. Like før bruk ble to 25 g prøver veiet fra posen for å bestemme vanninnholdet og prøvens vekt ble bestemt. Pine chipboard was packed in bags weighing approx. 600 g and stored in a refrigerator at approx. 5°C. Just before use, two 25 g samples were weighed from the bag to determine the water content and the weight of the sample was determined.

Oksygenforbehandling ble utført i et" Oxygen pretreatment was performed in a "

tre liters sylindrisk kar av rustfritt stål. En kobberplate for tilførsel av varme omga reaktoren og var i god kontakt med bunnen av denne, og et vannavkjølt kobberrør var lagt om-kring toppen. Kobberplaten var omgitt av en elektrisk bånd-varmer som kunne tilføres elektrisk energi ved hjelp av en variabel transformator. Oppvarming ble oppnådd ved å tilføre en regulert, elektrisk energimengde for et gitt tidsrom. three liter cylindrical vessel made of stainless steel. A copper plate for supplying heat surrounded the reactor and was in good contact with the bottom of it, and a water-cooled copper tube was laid around the top. The copper plate was surrounded by an electric band heater which could be supplied with electrical energy by means of a variable transformer. Heating was achieved by supplying a regulated amount of electrical energy for a given period of time.

Denne energi ville raskt trenge inn i reaktoren og oppvarme flisene og gjøre at temperaturen steg til en topp og så falt. En typisk tid-temperaturkurve er vist på figur 2. This energy would quickly penetrate the reactor and heat the tiles causing the temperature to rise to a peak and then fall. A typical time-temperature curve is shown in Figure 2.

Under driften av denne reaktor blir det store temperaturgradienter ettersom reaktoren oppvarmes og avkjøles. Vann fordamper fra flisene og kondenserer på den avkjølte øvre vegg og renner så ned i den nedre del av reaktoren . During the operation of this reactor, there are large temperature gradients as the reactor is heated and cooled. Water evaporates from the tiles and condenses on the cooled upper wall and then flows down into the lower part of the reactor.

Et gasstilf rselsrør gjorde det mulig å sette reaktoren under trykk ved hjelp av oksygen og måle trykket under alle eksperimenter. Det var termokuppler i sentrum av flisene, langs kobberflaten og på toppen av reaktoren, slik at temperaturene kunne måles under eksperimentet. A gas supply pipe made it possible to pressurize the reactor using oxygen and measure the pressure during all experiments. There were thermocouples in the center of the tiles, along the copper surface and on top of the reactor, so that the temperatures could be measured during the experiment.

Prøver i denne reaktoren ble gjort ut fra følgende fire parametere. Tests in this reactor were made based on the following four parameters.

Tj^j = Maksimum temperatur som ble nådd i sentrum Tj^j = Maximum temperature reached in the centre

av flislaget.of the tile layer.

P-j- = Er lik det trykk som reaktoren i begyn-nelsen var satt under, P-j- = Is equal to the pressure under which the reactor was initially set,

tj^ = Den tid som var nødvendig etter at man til-førte energi for å oppnå maksimal sjikt-temperatur. Dette parameter er lik men ikke identisk til den opprinnelige oppvarmingstid i den tidligere reaktor (^jj)*tj^ = The time that was necessary after energy was added to achieve the maximum layer temperature. This parameter is similar but not identical to the original heating time in the previous reactor (^jj)*

t^ = Det tidsrom hvor tresjiktets sentrum hadde en temperatur på over 70°C. Dette parameter t^ = The time during which the center of the wood layer had a temperature of over 70°C. This parameter

er lik, men ikke identisk med reaksjonstiden i forannevnte reaktor (tj^)- is similar, but not identical, to the reaction time in the aforementioned reactor (tj^)-

Hver prøve besto av følgende trinn:Each test consisted of the following steps:

Trinn 1.Step 1.

En prøve på ca. 550 g trefliser ble plas-sert i reaktoren. Reaktoren ble så lukket og etter utrensing av luft ble den så satt under trykk med oksygen til den for-ønskede verdi av P-j.. A sample of approx. 550 g of wood chips were placed in the reactor. The reactor was then closed and after purging of air it was then pressurized with oxygen to the desired value of P-j..

Trinn 2.Step 2.

En spenning som var tilstrekkelig til å gi den forønskede TM, ble påsatt oppvarmingselementet i ca. 8-10 minutter og så slått av. Reaktortemperaturen passerte så gjennom et maksimum og avkjøltes så til nær romtemperatur. Trykk og temperatur ble styrt gjennom trinn 2 og målt som en funk-sjon av tiden. A voltage sufficient to give the desired TM was applied to the heating element for approx. 8-10 minutes and then switched off. The reactor temperature then passed through a maximum and then cooled to near room temperature. Pressure and temperature were controlled through step 2 and measured as a function of time.

Trinn 3.Step 3.

Etter at temperaturen oigjen var nådd til nær romtemperatur, ble flisene fjernet fra reaktoren, vanligvis ca. 90 min. etterat de var ført inn i reaktoren. Flisene ble lagret under kjøling inntil kjemisk koking kunne utføres. After the temperature had once again reached close to room temperature, the chips were removed from the reactor, usually approx. 90 min. after they had been introduced into the reactor. The tiles were stored under refrigeration until chemical boiling could be carried out.

For å bestemme masseutbyttet i hver prøve ble flisene underkastet kraftkoking eller koking ved den såkalte sulfatmetoden, slik det tidligere er angitt. Temperaturen på reaktoren ble satt på fra 20 - l65°C i 1 time og så holdt på sistnevnte temperatur i det tidsrom som er angitt i tabell III. Koking ble utført ved å bruke de væskemengder som er angitt i tabell III. All annen behandling av massen ble utført som i de tidligere eksperimenter. In order to determine the mass yield in each sample, the chips were subjected to forced boiling or boiling by the so-called sulfate method, as previously indicated. The temperature of the reactor was set at from 20 - 165°C for 1 hour and then held at the latter temperature for the period indicated in Table III. Boiling was carried out using the amounts of liquid indicated in Table III. All other treatment of the pulp was carried out as in the previous experiments.

Data oppnådd i denne statiske reaktor er vist i tabell III. Disse data viser at utbyttet ved kraftkok-ingen ble hevet ved oksygenforbehandling til omtrent samme nivå som det man oppnådde i den bevegelige reaktoren. Resultater av prøver på papir fremstilt av noen av massene i tabell III er anvist i tabell IV. Disse data viser ingen signifikante styrkeforskjeller mellom papirer fremstilt fra ubehandlete<*>Data obtained in this static reactor are shown in Table III. These data show that the yield in coking was raised by oxygen pretreatment to approximately the same level as that achieved in the moving reactor. Results of tests on paper made from some of the pulps in Table III are shown in Table IV. These data show no significant differences in strength between papers produced from untreated<*>

og forbehandlete fliser. Følgelig vil en oksygenforbehandling ifølge foreliggende oppfinnelsenkunne øke utbyttet i sulfat- and pre-treated tiles. Consequently, an oxygen pretreatment according to the present invention will be able to increase the yield in sulphate

prosessen uten at man svekker styrkeegenskapene på papir fremstilt fra denne masse. process without weakening the strength properties of paper produced from this pulp.

Claims

1. Method for chemical boiling of wood chips containing water, characterized in that the wood chips are treated before said chemical boiling by contacting them in a hot state with oxygen under pressure, so that water is retained in the wood chips.

2. Method according to claim 1, characterized in that the temperature is in the range from 70 - 120°C.

3. Method according to claim 2, characterized in that the reactor pressure is above h atmospheres. k.

Method according to claim 3, characterized in that oxygen is present in the gas mixture in an amount of at least ko volume percent.

5. Method according to claim h, characterized in that the wood chips are quickly heated to a temperature within the said temperature range before they are contacted with the oxygen.

6. Method according to claim characterized in that said rapid heating is carried out in an inert gas.

7. Method according to claim 5> characterized in that said heating is carried out during approx. 20 minutes.