SE521994C2

SE521994C2 - Kokning av cellulosamaterial med användning av hög alkalikoncentration i slutet av koket

Info

Publication number: SE521994C2
Application number: SE9604111A
Authority: SE
Inventors: Auvo K Kettunen; Kaj O Henricson; Aki H Vilpponen; Jian Er Jiang; Bruno S Marcoccia
Original assignee: Andritz Inc
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 2003-12-23
Also published as: US5779856A; SE0303512L; SE0303399D0; US5635026A; SE9604111D0; SE0303399L; SE9604111L; SE0303512D0

Description

BAKGRUND OCH SUMMERING AV UPPFINNINGEN De två viktigaste aktiva kokkemikalierna, som användes för att behandla finfördelat cellulosahaltigt fibröst material under sulfat- eller "kraft"- kokprocessen är natriumsulfid, Na2S, och natriumhydroxid, NaOH. Ett uttryck som användes inom massaindustrin för att ange mängden kokkemikalier, som är närvarande under massaframställningen, är "effektiv alkali". "Effektiv alkali"-koncentration beskriver hydroxidjon (OH)-koncentrationen i kokvätskorna. Eftersom natriumsulfid hydroliserar i ett vattenhaltigt medium för att bilda natriumhydroxid eller "alkali" och natriumhydrosulfid definieras den effektiva alkalin i den färska vitluten såsom den totala koncentrationen av natriumhydroxid + hälften av koncentrationen av natriumsulfid (uttryckt som NaOH), eller effektiv alkali = (NaOH) + % (Na2S) .

Olika metoder att behandla cellulosahaltigt material med alkali har presenterats. Vid konventionell kraftkokning införes exempelvis alla kokkemikalier, eller effektiv alkali, vid början av kokprocessen, d.v.s. före impreg-neringsfasen. I denna process konsumeras alkalin gradvis då behandlingen fortskrider. Den effektiva alkalin i kokvätskan för ett konventionellt kraftkok är typiskt störst vid början av koket och minst vid slutet av koket.

Efter studier utförda vid Svenska Träforsknings-institutet, STFI, tidigt under 1980 infördes s.k. "modifierad kokning" i början till mitten av 1980. Som beskrives av Sjöblom et al (Paper and Timber, 1983, Nr. 4, sid. 227) var ett av målen med denna typ av kokning att åstadkomma en "låg och likformig koncentration av effektiv alkali" som ett medel för att förbättra både viskositet och utbyte. Variationen eller profilen av koncentrationen av effektiv alkali under ett modifierat kontinuerligt kraftkok illustrerades och framhävdes med variationen för konventionell kraftkokning av Johansson et al under 1984 (Svensk Papperstidning nr 10). Johansson et al beskrev hur sådan modifierad kokning med mer likformiga alkalikoncentrationer gav förbättrad massaviskositet, bättre blekbarhet och lägre miljöbelastning bl.a. Detta arbete och följande försök av andra visade att en låg och likformig fördelning av effektiv alkali vid både kontinuerlig och batchvis kraftkokning var det föredragna arbetssättet. Denna låga och likformiga behandling av massa blev hörnstenen i kokprocesserna MCC* och EMCC<®>, sålda av Ahlström Kamyr of Glens Falls, NY, som blev mycket populära i industrin under senare delen av 1980-talet och början av 1990-talet. Även om fördelarna med en låg och likformig effektiv alkali på massaviskositet och utbyte har accepterats inom industrin har det förvånansvärt nog visat sig att dessa profiler ej ger massa som har den högsta egentliga fiberstyrkan.

Termen "massaviskositet" hade associerats direkt med massans fiberstyrka. En massas viskositet tolkas ibland som ett indirekt mått på massans relativa fiberskada eller depolymerisation. Ju lägre viskositet enligt detta synsätt, desto mer är fibern skadad. Det har ofta antagits att en skadad fiber producerade en svagare massa och sålunda tolkades en reducerad viskositet som reducerad egentlig fiberstyrka. Emellertid har man funnit enligt föreliggande uppfinning att höga effektiva alkalikoncentrationer och/eller högt pH under bulk- och restdelignifiering, även om det eventuellt reducerar en massas viskositet, alstrar en massa som har högre egentlig fiberstyrka. Laboratoriekok med användning av höga alkalikoncentrationer under kokningen, exempelvis med effektiva alkalikoncentrationer på 32 g/1, krävde t.ex. endast ungefär 40% av H-faktorn, som är konventionell för att producera ett kappatal på 21 för mjukved och ökad massastyrka. Likaså ger kokning i hög effektiv alkali och/eller pH massa med bättre blekbarhet (som insetts inom litteraturen). Vidare ger den höga koncentrationen av effektiv alkali en hög restalkali-koncentration i den förbrukade kokvätskan, som effektivt kan användas för att förbehandla flis före kokningens bulkdelignifieringssteg. Föreliggande uppfinning tillåter användning av lägre koktemperaturer och/eller kortare koktider för att åstadkomma kok jämförbara med konventionella metoder. Genom användning av denna uppfinning kan med andra ord kokkärlen utformas mindre och billigare. Detta betyder även att existerande kokkärl som är begränsade på grund av existerande processer kan bringas att producera mera massa per tidsenhet utan att deras temperatur eller laddning av effektiv alkali ökas.

Termerna "bulk" och "rest", som används för delignifiering, är standardkoncept inom massa- och papperstekniken och är definierade i "Pulp and Paper Manufacturing", volym 5, Alkaline pulping, Grace et al, Technical Section, Canadian Pulp & Paper Association, 1989, sidorna 60-62. 1 korthet är "bulkdelignifiering" den fas av delignifieringen under vilken det mesta av ligninet avlägsnas med en selektivitet som är hög jämfört med den under den initiala fasen som den följer, medan "restdelignifiering" är en fas efter bulkdelignifiering, som kännetecknas av en mycket lägre delignifierings-hastighet, ökad utbytesförlust och ökad alkalikonsumtion per enhet lignin som avlägsnas.

Den exakta mekanism som ger de önskade resultaten som framställts ovan är ej helt förstådd. Högt pH -- som ej är identiskt med hög alkali (och kan vara mera noga indikator av aktiva kokkemikalier) även om hög alkali normalt skapar ett tillstånd av högt pH -- kan vara mer märkbart än hög alkali själv och kombinationen av de två kan vara mest märkbar.

Den bredaste aspekten av denna beskrivning innefattar en metod att koka finfördelat cellulosahaltigt fibröst material med användning av höga koncentrationer av effektiv alkali i åtminstone ett behandlingssteg. Denna höga alkalikoncentration praktiseras företrädesvis i bulkdelignifieringssteget vid kokningen. Företrädesvis överskrider denna effektiva alkalikoncentration 15 g/1 (mera föredraget 2 0 g/1) under både bulk- och restdelignifiering. Metoden kan utföras kontinuerligt eller batchvis i system med ett enda kärl eller flera kärl, i en hydraulisk kokare eller ång/vätskefaskokare. I den föredragna utföringsformen utföres emellertid metoden enligt uppfinningen kontinuerligt med användning av konventionella kontinuerliga kokare av ett stort antal typer. Enligt metoden enligt uppfinningen är under åtminstone den sista delen av koket koncentrationen av effektiv alkali 20-50 g/1.

En metod åstadkommes även för att behandla finfördelat cellulosahaltigt fibröst material för att producera cellulosahaltig kemisk massa med ökad egentlig fiberstyrka jämfört med massa producerad med konventionella eller modifierade kokmetoder. Metoden innefattar i en utföringsform stegen att kontinuerligt och i följd: (a) Behandla (t.ex. impregnera) det finfördelade cellulosahaltiga fibermaterialet med en första kokvätska som har en första koncentration av effektiv alkali, som är större än 10 g/1, (b) Vidare behandla det (t.ex. nu impregnerade) materialet med den första kokvätskan så att alkali från den första kokvätskan konsumeras, så att koncentrationen av effektiv alkali i den förbrukade första vätskan reduceras till ungefär 10 g/1 eller mindre, (c) Avdragning av den förbrukade första kokvätskan från materialet, (d) Behandling (t.ex. impregnering) av materialet med en andra kokvätska, som har en andra koncentration effektiv alkali större än 25 g/1 och större än den första koncentrationen, och ett pH av åtminstone 13, varvid den andra kokvätskan tillför åtminstone 50% av den totala alkali, som skall konsumeras av materialet vid produktion av kemisk massa, (e) Kokning av materialet med den andra kokvätskan vid koktemperatur för att framställa kemisk massa och en förbrukad andra kokvätska, som har en koncentration av effektiv alkali större än ungefär 20 g/1. Och (f) avdragning av den förbrukade andra kokvätskan från massan.

Steget (b) praktiseras företrädesvis med användning som den första kokvätskan den förbrukade andra kokvätskan från steget (f), varvid någon ytterligare kokvätska (vanligen vitlut) kan tillsättas. I typiska existerande kända massaframställningssystem, "konventionella" eller "modifierade", måste cellulosamaterialet behandlas med kokkemikalier för att förbehandla eller impregnera materialet före formell kokning eller bulkdelignifiering. Normalt konsumeras mer än ungefär 50% av den totala alkali i produktionen av massa under denna förbehandling, d.v.s. i steget (b). Emellertid undviker bland andra fördelar den föreliggande uppfinningen behovet att införa färska kokkemikalier i detta förbehandlingssteg genom användning av restalkali, som finns i svartluten, som produceras i en hög-alkali kokprocess som källa för kokkemikalierna i detta steg.

I en föredragen utföringsform av denna uppfinning kommer för att uppnå en hög koncentration effektiv alkali vid slutet av kokningen, samtidigt som man ej ökar konsum-tionen av färsk vitlut, åtminstone en del av alkalin vid den andra förbrukade kokvätskan att företrädesvis konsumeras i steget (b) innan den förbrukade vätskan transporteras till återvinning. Därför har den första förbrukade kokvätskan, som avdragits i steget (c) och användes i steget (a) företrädesvis en EA-koncentration av mellan 15-50 g/1 (återigen som NaOH), typiskt mellan 18-40 g/1 och företrädesvis mellan 20-35 g/1. Likaså innefattar vätskan som användes i steget (a) åtminstone en del av eller företrädesvis all vätska som avdrages i steget (c). Likaså skall beroende på alkalikonsumtionen i steget (b) den totala alkali-laddningen till steget (a) från den förbrukade vätskan, som avdrages under steget (c), vara åtminstone 5%, typiskt åtminstone 7% och företrädesvis åtminstone 9%, eller även åtminstone 11% EA som NaOH på ved. Denna alkalifyllning från förbrukad kokvätska till stegen före steget (c) skall vara åtminstone 50%, typiskt åtminstone 70% och företrädesvis åtminstone 90% av alkalin som fylles i dessa steg. Därför kommer en eller flera av de förbrukade vätskor som avlägsnas i steget (c) och har en total EA-fyllning av åtminstone 5%, typiskt åtminstone 7%, företrädesvis åtminstone 9%, eller även åtminstone 11% som NaOH på ved, att återanvändas och konsumeras i stegen före steget (c) i kokprocessen. En del färsk kokvätska, exempelvis vit eller grön kraftlut, kan tillsättas till denna förbrukade vätskeström för att åstadkomma önskat EA. Detta säker-ställer att EA som konsumeras under stegen (d) och (e) begränsas så att ett relativt högt pH och EA erhålles vid den senare delen av (e).

Den andra kokvätskan i steget (d) är företrädesvis vitlut kombinerat med tvättvätska, eller svartlut, och önskvärt är att mer än ungefär 80% av den totala mängden vitlut (total alkali som skall konsumeras) som skall användas för att producera massan skall tillsättas i steget (d) som den andra kokvätskan. Tvättvätska användes för att späda ut vitluten för att den andra kokvätskan skall åstadkomma en önskad koncentration av effektiv alkali och ett fördelaktigt förhållande vätska till ved. Praktiseringen av steget (d) kan även i sig resultera i uppvärmning av materialet till koktemperatur eller uppvärmningen kan praktiseras separat, varvid koktemperaturen typiskt är i området 140- 180°C, typiskt mellan 150 och 170°C. Vätskan som förefinnes i kokaren som den andra kokvätskan har företrädesvis en effektiv alkali av större än ungefär 25 g/1, t.ex. ungefär 25-60 g/1, typiskt ungefär 30-50 g/1. Dessa områden av effektiv alkali-koncentration åstadkommes typiskt genom utspädning av de färska kokkemikalierna från början vid ungefär 90 g/1 eller mer effektiv alkali med vilken tillgänglig utspädningskälla som helst. Denna utspädning kan innefatta svartlut, tvättfiltrat, innefattande filtrat från blekningsanläggningens tvätt eller kallblåsnings-filtrat bland annat. Uppfinningen innefattar även följande steg av kylning och tvättning av massan och före steget (a) basas materialet företrädesvis för att uppvärma detsamma och avlägsna luft från detsamma. Likaså kan stegen (a), (b), (d) och (e) praktiseras antingen i motström eller medström (strömmen av material till strömmen av kokvätska). De förbrukade vätskorna som avdragits i stegen (c) och (f) skall hållas separat och användas för olika ändamål, typiskt användes vätskan från steget (f) för att förvärma den andra kokvätskan och därefter flashas eller expanderas, med den återstående vätskan använd som den första kokvätskan samtidigt som ångan matas till flisbingen eller basningskärlet för förbehandling av materialet. Värme kan även återvinnas från vätskan från steget (c) exempelvis via flashning eller en värmeväxlare och därefter ledas till konventionell återvinning i ett kraftpappersbruk.

Där är även en metod att producera kemisk massa, som har ökad egentlig fiberstyrka från finfördelat cellulosahaltigt fibröst material innefattande stegen att kontinuerligt och i följd: (a) behandla (t.ex. impregnera) det finfördelade cellulosahaltiga fibrösa materialet med en första kokvätska som har ett första pH som är mer än ungefär 13,0 (t.ex. mer än ungefär 13,2). (b) Vidare behandla det (impregnerade) materialet med den första kokvätskan så att man konsumerar alkali från den första kokvätskan så att rest-pH i den första kokvätskan är ungefär 13,0 eller mindre (eller ungefär 13,2 eller mindre). (c) Dra av den förbrukade första kokvätskan från materialet, (d) Behandla (t.ex. impregnera) materialet med en andra kokvätska, som har ett andra pH av ungefär 13,5 eller större (t.ex. ungefär 13,7 eller större) och större än det första pH, varvid den andra kokvätskan tillhanda-håller åtminstone 50% av den totala alkali, som skall konsumeras av materialet vid produktionen av kemisk massa, (e) Kokning av materialet med den andra kokvätskan vid koktemperatur för att producera kemisk massa och en förbrukad andra kokvätska, som har ett rest-pH av åtminstone ungefär 13,0 (t.ex. ungefär 13,4 eller större eller ungefär 13,6 eller större) och (f) dra av den förbrukade andra kokvätskan från massan.

En kraftmassa med ökad egentlig fiberstyrka och blekbarhet jämfört med kraftmassa producerad av konventionell och modifierad kokning tillhandahålles likaså. Kraft-massan produceras med användning av en eller båda de ovan beskrivna metoderna.

Enligt uppfinningen åstadkommes en metod att producera kemisk massa från finfördelat, cellulosahaltigt, fibröst material med användning av en kontinuerlig kokare, som har ett inlopp. Metoden innefattar stegen att: (a) kontinuerligt mata finfördelat cellulosahaltigt fibröst material i en vätskeslurry till den kontinuerliga kokarens inlopp och (b) koka materialet i kokaren under mer än 3 0 min. (t.ex. mer än ungefär en timme) vid en temperatur ungefär mellan 140-190°C, innan koket är avslutat, varvid steget (b) praktiseras så att under åtminstone den sista minuten innan koket avslutas koncentrationen av effektiv alkali uttryckt som NaOH eller ekvivalent i kokaren är åtminstone 20 g/1.

Tiden och läget när och var ett "kok är avslutat" i en kemisk massakokare är något oklart och är mycket beroende på den använda kokutrustning, den utförda processen och egenskaperna hos den ved, som behandlas. En kemisk massa-framställningsprocess anses generellt effektivt avslutad då materialtemperaturen är reducerad till ungefär 13 0-140°C; emellertid uppträder fortfarande en viss delignifiering, även om den är mycket långsam vid temperaturer även så låga som ungefär 100°C. Var och när en sådan temperatur uppnås varierar emellertid. I en kontinuerlig kokare, som har dålig distribution av tvättvätska eller ingen tillsättning av tvättvätska, kan massaframställningsreaktionen exempelvis fortsätta även då massan har passerat ut från det formella kokkärlet. I den andra ytterligheten kan i en kontinuerlig kokprocess, i vilken inga kokkemikalier införes till de senare stegen i kokprocessen och innefattande en Hi-Heat™ motströms tvättzon kokreaktionen sluta väl ovanför den understa filteranordningen. Även om det ej är väl definierat när eller var kokprocessen är avslutad, är det enligt denna uppfinning önskvärt att när och var kokningen är effektivt avslutad det finfördelade cellulosahaltiga fibrösa materialet innehåller en relativt hög alkali-koncentration och/eller ett högt pH.

Steget (b) praktiseras företrädesvis så att under åtminstone de sista 15 minuterna och mera företrädesvis under åtminstone de sista 3 0 minuterna innan kokningen avslutas den effektiva alkali-koncentrationen är mellan ungefär 20-50 g/1 (företrädesvis mellan ungefär 20-40 g/1 och mest föredraget mellan ungefär 20-35 g/1). Steget (b) praktiseras även typiskt så att vätska vid åtminstone första och andra lägen avlägsnas från slurryn, varvid det första läget är närmast kokarens inlopp, med tillsättning av alkali varvid mer än 50% av den totala alkali, som tillsättes till slurryn under hela utförandet av stegen (a) och (b) tillsättes efter det första läget. Företrädesvis mer än 70% (och mer företrädesvis mer än 80%, och mest företrädesvis mer än 90%) av den totala alkali, som tillsättes till slurryn under hela utförandet för att framställa en kemisk massa, tillsättes efter det första läget. Emellertid praktiseras steget att tillsätta alkali efter det första läget företrädesvis vid fler än ett läge och företrädesvis vid fler än två olika lägen och alkalin tillsättes så att den högsta koncentrationen effektiv alkali under utförandet av steget (b) är mindre än 50 g/1, företrädesvis mindre än 40 g/1 och mest företrädesvis mindre än 35 g/1. Likaså har före det första läget åtminstone 5%, företrädesvis minst 7%, även mer företrädesvis åtminstone 9% och mest företrädesvis åtminstone 11%, på ved av effektiv alkali som NaOH redan konsumerats av cellulosamaterialet.

Enligt en annan aspekt av föreliggande uppfinning åstadkommes en metod att producera kemisk massa som har ökad egentlig fiberstyrka från finfördelat cellulosahaltigt fibröst material, vilken metod innefattar stegen att kontinuerligt och i följd: (a) behandla det finfördelade cellulosahaltiga fibrösa materialet med en första kokvätska, som har en första koncentration effektiv alkali, som är större än 10 g/1, (b) Vidare behandla materialet med den första kokvätskan så att alkali konsumeras från den första kokvätskan så att koncentrationen effektiv alkali i den förbrukade första vätskan reduceras till ungefär10 g/1 eller mindre, (c) Avdragning av den förbrukade första kokvätskan från materialet, (d) Behand ling av materialet med en andra kokvätska som har en andra effektiv alkali-koncentration större än ungefär 25 g/1 och större än den första koncentrationen, varvid den andra kokvätskan tillhandahåller åtminstone 50% av den totala alkali, som skall konsumeras av materialet vid produktionen av kemisk massa, (e) Kokning av materialet med den andra kokvätskan vid koktemperatur för att producera kemisk massa och en förbrukad andra kokvätska som har en koncentration effektiv alkali större än ungefär 15 g/1, (f) Avdragning av den förbrukade andra kokvätskan från massan, och varvid steget (e) praktiseras under mer än 30 min och under åtminstone de sista 15 minuterna koncentrationen effektiv alkali uttryckt som NaOH är mellan 20-40 g/1. Samma detaljer i praktiserande av steget (e) enligt denna uppfinning kan praktiseras som beskrivs ovan med avseende på praktiserandet av steget (c) i den tidigare utföringsformen. Likaså kommer företrädesvis ungefär 80% eller mera av den totala mängden vitlut och total alkali, som skall användas för att producera massan, att tillsättas i steget (d) som den andra kokvätskan. Andra detaljer i denna metod är sådana som beskrivits tidigare.

Ett annat sätt att erhålla en kokprocess som har en hög koncentration effektiv alkali vid slutet av kokningen enligt denna uppfinning är att modifiera existerande motströms kokprocesser (t. ex. MCC® eller EMCC*-kokning som marknadsföres av Ahlstrom Machinery Inc., Glens Falls, N.Y.) så att alkalin som tillföres vid slutet av den sista motströmszonen märkbart ökas. Konventionellt varierar den alkali, som tillsättes till slutet av det sista motströmskokzonområdet mellan ungefär 5-2 0% av total alkalitillsats, varvid total alkali tillsatt är typiskt ungefär 18-22% EA på ved. I konventionella metoder är med andra ord alkalitillsatsen vid slutet av den sista motströms-kokzonen typiskt endast ungefär 1-4% EA på ved som NaOH. Den typiska EA-koncentrationen vid slutet av den sista motströmskokzonen är ungefär 10-15 g/1. Enligt processen enligt föreliggande uppfinning skulle denna koncentration för att öka massakvaliteten vara mer än 20 g/1 och företrädesvis mer än 25 g/1. Dessa höga koncentrationer kan uppnås då mer än 5%, företrädesvis mer än 7% och mest företrädesvis mer än 9% på ved av effektiv alkali introduceras vid slutet av den sista motströmskokzonen.

Enligt en annan aspekt är, för användning i samband med föreliggande uppfinning, en kontinuerlig kokare av hydraulisk typ eller ångfastyp anordnad, som innefattar följande komponenter: Ett vertikalt kärl som har ett slurryinlopp, ett massautlopp, en första kokzon, en andra kokzon och en vätskeavdragningssil, som har en cirkulation som separerar de två zonerna. Vidare organ för tillsättning av alkali till cirkulationen så att koncentrationen effektiv alkali uttryckt som NaOH av den vätska, som avlägsnas av silen är mellan ungefär 18-40 g/1. Likaså innefattar kokaren företrädesvis dessutom organ för tillsättning av värme till cirkulationen med organ för tillsättning av alkali för att reglera det slutliga kappatalet hos massan, som matas ut från massautloppet. Likaså innefattar kokaren vidare organ för återanvändning av vätska, som avdrages från silen i kokaren närmare slurryinloppet än massautloppet.

Den första kokzonen kan vara en medströms eller motströms kokzon. Den andra kokzonen kan även vara en medströms eller motströms kokzon, men är företrädesvis en motströms kokzon, exempelvis en MCC8 eller EMCC* kokzon eller en motströms tvätt- och kokzon, exempelvis en Hi-Heat™ tvättzon. Vätskecirkulationen innefattar typiskt en pump, en indirekt ångvärmare och kan innefatta tillsättning av spädvätska. En typ av sil och cirkulation, som kan användas, betecknas vanligen som "quench cirkulation". Huvudsyftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ökad egentlig fiberstyrka och ökad blekbarhet hos kemisk massa genom kokning med hög alkali-koncentration. Dessa och andra syften med uppfinningen kommer att framgå klart av den detaljerade beskrivningen av uppfinningen och de tillhörande patentkraven.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Figur 1 visar en schematisk representation av en första utföringsform av utrustning (nytt kokarystem med två kärl) för att utföra en metod för att framställa kemisk massa med ökad egentlig fiberstyrka. Figur 2 visar en schematisk representation av en andra utföringsform av utrustning (för existerande koksystem med två kärl) för att utföra en metod för att producera en kemisk massa med ökad egentlig fiberstyrka. Figur 3 visar en schematisk representation av en tredje utföringsform av utrustning (existerande koksystem med enkelkärl) för att utföra en metod för att producera kemisk massa med ökad egentlig fiberstyrka. Figur 4 visar en schematisk representation av ännu en utföringsform av utrustning för att praktisera en metod att producera kemisk massa med ökad egentlig fiberstyrka. Figur 5 visar ett diagram med alkali-koncentration vs koktid i en konventionell kokning. Figur 6 visar ett diagram av alkali-koncentration vs koktid i en modifierad kokning. Figur 7 visar ett diagram av alkali-koncentration vs koktid då en exempelmetod enligt denna beskrivning utföres. Figur 8 visar en grafisk representation av massans styrka som funktion av rest-alkali vid två olika slitlängder. Figur 9 visar en grafisk representation av massans styrka som funktion av rest-pH vid två olika slitlängder. Figur 10 visar schematiskt en vy av ett exempel på kokarsystem enligt föreliggande uppfinning för att utföra en metod enligt uppfinningen. Figurerna 11- 13 visar grafiska representationer av effekten av rest-koncentrationen av effektiv alkali på massans egenskaper då uppfinningen utövas. Figur 14 visar en vy liknande figur 10 och visar endast ett annat exempel på ett system för utförande av uppfinningen. Figurerna 15- 17 visar grafiska representationer av effekten av hög koncentration av effektiv alkali i verkliga försökskörningar med användning av systemet enligt figur 14.

DETALJERAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Den beskrivna uppfinningen kan praktiseras i samband med andra föredragna kokmetoder för att åstadkomma ett massatillverkningssystem som åstadkommer en massa som har högsta möjliga styrka, samtidigt som man mest effektivt använder den tillgängliga energien, materialet och kemikalierna. Typiska massatillverkningssystem visas på ritningarna.

Ett typiskt system som inkorporerar fördelarna med den beskrivna uppfinningen visas i fig. 1. Denna figur illustrerar ett typiskt hyduliskt kontinuerligt kokarsystem 10 med två kärl för utförande av processen enligt uppfinningen. Träflis 11 eller annat finfördelat cellulosahaltigt fibröst material avges till en flisbehållare 12 för basning och/eller förbehandling. Behållaren 12 är typiskt ett kärl som har enkel konvergens och sidoavlastning, såsom beskrives i US 5500083 och US 5635 025, sålda under varumärket DIAMONDBACK<®>av Andritz Inc., Glens Falls, N.Y. Basningsprocessen kan utföras vid atmosfärtryck eller övertryck. Flisen kan införas till behållaren medelst klaffar, såsom visas i US 4,927,312, eller medelst synkroniserade klaffar, som visas i WO 96/17124 Den basade flisen utmatas från flisbehållaren till en ledning eller ränna 13, som har en nivå av kokvätska 14 så att flisen nedsänkes i kokvätska och processen med kokvätskeimpregnering börjar. Utmatningen från behållaren kan innefatta en roterande matare (ej visad) av luftlås-typ, såsom en Chip Meter som säljs av Andritz Inc. Vätskenivån inuti ledningen 13 bibehålles med konventionella nivåkontrollorgan (ej visade). Om så önskas kan vätskenivån upprätthållas i flisbehållaren 12 ovanför ledningen eller rännan 13.

Ledningen 13 matar ut till en konventionell högtrycks-matare 15, som även säljs av Andritz Inc. Den roterande mataren 15 av ficktyp i samband med en högtryckspump (ej visad) trycksätter och transporterar flisslurryn från det låga trycket i matningssystemet till det höga trycket i kokkärlet (t.ex. kärlet 19). Exempelvis kan trycket i flisslurryn höjas från ett tryckområde från 0 till 30 psi (0-2 bar) till ett tryck som krävs för delignifierings-reaktionen av 45 till 200 psi (3-14 bar) . Detta matningssystem innefattar typiskt som konventionella komponenter en flisrännepump, dränering i linje, nivåtank etc. (alla ej visade) associerade med cirkulationen 16, såsom är konventionellt. Denna trycksättning och transport kan även åstadkommas av en slurrypump, som beskrives i US 5476572 eller US 5622598. Under denna trycksättning och transport är flisslurryn typiskt exponerad för uppvärmd kokvätska vid en temperatur av 80 till 120°C, typiskt 90 till 110°C medelst cirkulationen 17.

Denna uppvärmda, trycksatta överföring av flis och vätska leder slurryn medelst ledningen 18 till en topp på ett kokkärl 19, exempelvis ett impregneringskärl, förbehandlingskärl eller kokare. Figur 1 visar ett typiskt impregneringskärl 19, som kan användas för denna uppfinning. Överskottsvätska avlägsnas från slurryn medelst silar 20 och återföres via ledningen 17 för att användas för att uppslamma material från mataren 15. I kärlet 19 utsättes flisslurryn för en relativt lång, kall medströms impregnering i zonen som identifieras som zonen I. Denna långa, kalla impregnering beskrives i US 6248208, vars beskrivning inkluderas häri genom referens. I denna långa, kalla impregneringszon I, som börjar då vätska införes i högtrycksmataren 15, upprätthålles flisslurryn typiskt vid en temperatur av 80° till 110°C, företrädesvis 90° till 105°C. Även om denna behandling visas som en medströms behandling i figur 1 kan den även vara en motströms behandling.

Impregneringszonen I kan innefatta en sil 21 och en cirkulation 22 för att hjälpa till med nedåtrörelsen av flisen och för att distribuera värme och kemikalier mera likformigt genom flispelaren. Denna cirkulation kan åstadkommas med en konventionell vätskepump och indirekt ånguppvärmare (ej visad). Denna cirkulation kan även kompletteras med tillsättning av svartlut, vitlut eller massaförbättrande ingredienser såsom polysulfider och antraquinoner och deras derivat. I figur 1 är cirkulationen kompletterad via ledningen 23 med svartlut, som avlägsnas från en följande behandlingszon.

Sedan den behandlats i impregneringszonen, zon I, passerar slurryn typiskt till en motströms uppvärmningszon, zon II. Zonerna I, II är separerade av en eller flera vätskeavdragningssilar 24 och 25, vilka via kärlets tryck eller pumpning avlägsnar vätska från impregneringszonen och åstadkommer drivkraft för att dra upp vätska genom motströmszonen II. Den avdragna vätskan kan användas någon annanstans i kokprocessen eller kan styras till vätske- och återvinningssystemet. Som visas i figur 1 kan exempelvis den kallare spädsvartluten, som avdrages från den övre silen 24, sändas till återvinning via ledningen 26. Den varmare vätska, som avdrages genom silen 25, som kan innehålla användbar alkali och sulfid, kan ledas via ledningen 23 till cirkulationen 22 för att öka alkali och sulfid och förbättra temperaturfördelning-en i den övre delen av zonen I. Även om ett aggregat med en enda sil användes, kan vätskan, även om den blandas, avdelas och användas som önskas.

Den varma vätskan i ledningen 2 6 kan även styras till en indirekt värmeväxlare, som beskrives i US 6306252.

Vätskeavdraget via silen 24 avslutar effektivt impregneringssteget och avlägsnar även vedfukt och ångkondensat som tenderar att späda ut koncentrationen av kokkemikalier i de följande kokzonerna. Hela impregneringssteget från den tidpunkt flisen möter vätskan vid mer än 80°C till avlägsnandet av den kallare vätskan medelst avdragssilarna kan vara från 3 0 minuter till 72 timmar, men varar typiskt en till sex timmar, företrädesvis en till tre timmar. I motströms uppvärmnings- och impregneringszonen 11 uppvärms den nedåtströmmande, impregnerade flisen medelst varmare kokvätska, som dras uppåt medelst silarna 24 och 25. Denna vätska uppvärmes typiskt medelst cirkulation 28 till en temperatur av 120 till 160°C, typiskt 130 till 150°C, företrädesvis 135 till 145°C. Denna motströms uppvärmning kan vara från ungefär fem minuter till sex timmar, men varar typiskt en halv till tre timmar. Detta motströms steg är föredraget, men andra medel för att uppvärma slurryn kan användas, såsom en eller fler medströms uppvärmningscirkulationer (med användning av indirekta eller direkta uppvärmnings-metoder), applikation av utvändig värme till kärlet eller strömmar från kärlet eller liknande. Liknande cirkulationen 22 innefattar cirkulationen 28 typiskt en eller flera silar 27, en pump och en indirekt ångvärmare (ej visad). Vätskan i denna cirkulation kan kompletteras genom tillsättning av uppvärmd vätska, som avdrages från följande koksteg. Vätskan i denna cirkulation kan även kompletteras genom tillsättning av renare filtrat, med eller utan tillsättning av kokvätska, så att upplöst vedmaterial förtränges från koksystemet. Genom att göra så, använder detta system LO-SOLIDS™ kokaraggregat och process, som säljs av Andritz Inc. och som beskrives i US 5489363 och WO 94/25668. I den föredragna utförings formen som visas i figur 1 tillsättes både varm svartlut från överföringscirkulationen mellan de två kärlen via ledningen 29 och kallblåst tvättfiltrat via ledningen 30 till denna cirkulation.

Sedan den uppvärmts i den undre delen av impregneringskärlet 19 kommer den uppvärmda, impregnerade slurryn att utmatas från impregneringskärlet, uppvärmas till koktemperatur och ledas till ett andra kokkärl eller kokare 33. Även om impregneringskärlet kan använda en konventionell, roterande utmatningsanordning uppvisar utloppet 31 från det första kärlet företrädesvis geometriskt en enkel konvergens och sidoavlastning istället för en roterande mekanisk anordning. Denna typ av utlopp beskrives i den amerikanska publiceringen H 1681 och säljes under varumärket DIAMONDBACK av Andritz Inc., Glens Falls, New York.

Under utmatningen från impregneringskärlet utsättes flis-och vätskeslurryn för kokvätska väsentligen vid full koktemperatur, d.v.s. vid en temperatur av mellan 14 0 och 180°C, typiskt mellan 150 och 170°C. Den varma vätskan, som införes via ledningen 35 till kärlets 19 utlopp, "uppslammar" materialet till toppen av kokaren 33. Överskottsvätska avlägsnas därefter typiskt från slurryn medelst silen 34 och återföres till utloppet 31 medelst ledningen 35. Denna returvätskecirkulation 35 uppvärmes typiskt medelst ånga i en konventionell indirekt värmeväxlare 36. Innan den införes till värmeväxlaren del av vätskan i denna cirkulation avlägsnas och införas till vätskecirkulationen 2 8 via ledningen 29.

Kokvätska, typiskt kraftvitlut, tillföres företrädesvis materialet i cirkulationen 35 medelst ledningen 37 uppströms värmaren 36. Som är karaktäristiskt för denna uppfinning tillsättes företrädesvis en stor procent av kokvätskan till detta system via ledningen 37 till cirkulationen 35. Typiskt tillsättes åtminstone 50% av kokvätskan till cirkulationen 35, företrädesvis åtminstone 80% (t.ex. ungefär 90%) tillsättes till cirkulationen 35. Detta producerar en mycket hög koncentration av effektiv alkali i kokaren av mer än 25 g/1, företrädesvis större än 35 g/1. Vätskebalansen kan tillsättas till cirkulationen 16 via ledningen 38 eller till cirkulationerna 22 eller 28 för att säkerställa ett minsta alkali-innehåll i dessa cirkulationer för att förhindra lignin-kondensation, syra-hydrolys etc. Kokvätskan som tillsättes via ledningen 37 kan uppvärmas indirekt i en värmeväxlare 39 medelst ånga eller med varm, förbrukad kokvätska, som avdrages från kokaren exempelvis från silen 40.

För att uppnå de önskade tillstånden med hög alkali och högt pH enligt föreliggande uppfinning kan kokvätskan (såsom kraftvitlut) som tillsättes via ledningen 37 ha följande egenskaper: en total alkali på ved i området från ungefär 15-25% (typiskt ungefär 16-22%), en koncentration effektiv alkali av ungefär 90-13 0 g/1 som NaOH (typiskt ungefär 100-120 g/1), utspädd till de önskade områdena av ungefär 25-60 g/1, företrädesvis ungefär 30-50 g/1, före praktiserandet av uppfinningen; och en ström av ungefär 2,0-5,0 kubikmeter torrtänkt metriskt ton av massa (m<3>/BDMT), typiskt ungefär 3,0-4,0 m<3>/BDMT.

Den uppvärmda slurryn med kokvätska, väsentligen vid koktemperatur, överföres under tryck från utloppet 31 till toppen av kärlet eller kokaren 33 via ledningen 32. Överskottsvätska avlägsnas via silaggregatet 34 i inloppet till kokaren och återföres till impregnerings-kärlets utlopp 31 via ledningen 35 för att uppslamma flisen. Typiskt ånguppvärmes denna återförda vätska i en indirekt värmeväxlare 36 innan den introduceras till utloppet 31. Denna uppvärmda vätska kan införas till ett flertal munstycken i utloppet för att underlätta likformig utmatning av slurryn.

Den nu helt impregnerade flisen vid koktemperatur passerar medströms nedåt i kokaren 33 i zonen III då massatillverkningsreaktionen fortskrider. Även om denna behandling visas som medströms kan det även vara en motströms behandling. Denna kokreaktion med hög alkali-koncentration kan vara från en halv till sex timmar, men varar typiskt endast en till tre timmar. I den undre sektionen av kokaren avlägsnas varm förbrukad kokvätska från den nu helt kokta flisen medelst ett eller flera silaggregat 40 och 41. Kallare tvättfiltrat från medströms massatvättare (ej visade) kan införas till kokarens botten via en eller flera ledningar 42 för att avsluta kokningsreaktionen och reducera temperaturen hos den kokta flisslurryn.

Tvättvätska i ledningen 42 kan även tillsättas där så behövs för att reducera koncentrationen av upplöst material i kokningen, exempelvis till cirkulationerna 155, 135 eller 17. Den sålunda kylda kokta flisen utmatas därefter från kokaren via utloppet 43 till ledningen 44. Den kokade massan ledes därefter till förvaring eller följande behandling såsom brunmassatvätt och blekning (ej visad). Om en enda sil 4 0 användes kan den avdragna vätskan uppdelas och därefter användas efter önskan. Även om konventionellt denna utmatning underlättas av en roterande utmatningsanordning kan utmatningen återigen även åstadkommas utan hjälp av en roterande anordning, men genom användning av ett utlopp som geometriskt uppvisar enkel konvergens och sidoavlastning. Ett sådant utlopp beskrives i den amerikanska publiceringen H 1681.

Som visas i figur 1 avdrages företrädesvis den varma, förbrukade kokvätskan från kokaren medelst ett övre silaggregat 40 och ledningen 45. Eftersom en majoritet av effektiv alkali infördes till inloppet i kokaren kommer denna heta vätska att ha ett relativt högt innehåll av oförbrukad alkali eller "rest-alkali". Alkali-koncentrationen hos vätskan i ledningen 45 kommer typiskt att vara åtminstone femton (t.ex. åtminstone 20) g/1 och är företrädesvis åtminstone ungefär 25 g/1. Rest-alkali innehållet i konventionell kraftkokning och modifierad kraftkokning hålles typiskt mellan ungefär sex-tolv g/1. Denna låga rest-alkali sökes konventionellt säkerställa att tillräcklig alkali finns närvarande vid punkten för vätskeavdrag för ett riktigt kok, men för att samtidigt minimera resten av alkali som utmatas till återvinningssystemet. Den relativt stora rest-alkalin enligt föreliggande uppfinning härrör från den föredragna höga alkalitillsatsen, som införes i kokaren.

Denna alkalinitet i denna "förbrukade" vätska kan, även om den ej är totalt förbrukad eftersom den fortfarande innehåller ett avsevärt alkali-innehål1, emellertid med fördel återcirkuleras för förbehandling av vedflisen. Notera vidare att vätska, som avlägsnas via ledningen 45, även innehåller en märkbar mängd sulfid, typiskt 10-3 0 g/1, som likaså är fördelaktigt att ha under flisens förbehandling eller impregnering. Förhållandet mellan sulfid-koncentration och koncentration effektiv alkali är högre än i vitlut; därför har den förbrukade kokvätskan en högre sulfid-koncentration och/eller en högre "sulfiditet", så att en högre sulfiditet uppnås vid början av delignifieringen då materialet behandlas med vätska från ledningen 45, än som är vanligt i konventionella och modifierade kok.

Vätskan i ledningen 45, som innehåller både alkali och sulfid, ledes företrädesvis till cirkulationen 16 i matningssystemet för användning vid förbehandlingen eller impregneringen av den inkommande vedflisen. Eftersom vätskan i ledningen 45 typiskt är vid koktemperatur, d.v.s. 14 0-180°C, kan den användas som uppvärmnings-medium i värmeväxlaren 3 9 för att uppvärma den inkommande vitluten i ledningen 49. Denna varma vätska kan även expanderas i flash-tanken 46 för att åstadkomma en ång-källa och ytterligare kyla vätskan. Ångan kan användas via ledningen 47 för att basa flisen i flisbehållaren 12. Den kylda vätskan kan ledas till cirkulationen 16 via ledningen 48. I stället för expandering kan den varma vätskan även användas för att indirekt värma vatten i en värmeväxlare och åstadkomma en "ren" källa av ånga.

Likaså kan en andra, lägre silanordning 41 användas i bottnen av kokaren 33 för att dra av kallare tvättvätska, som dragés i motström från kokarens botten. Den undre delen av kärlet 33 kan innefatta en motströms uppvärmd tvättzon (betecknad som Hl-HEAT™ tvättzon i konventionella Kamyr-kokare) eller en motströms kokzon, exempelvis en Andritz Inc. EMCC kokzon, i vilken en del kokkemikalier tillsättes till tvättvätskan för att strömma motströms med denna. Det avdragna filtratet i ledningen 50 kommer att ha lägre sulfid-koncentration på grund av utspädning genom tvättfiltratet. Filtratet från ledningen 50 kan användas för att förbehandla flisen som inkommer i kokaren genom att återcirkulera detsamma i överföringsvätskans returslinga 35 medelst ledningen 52. Återcirkulation via ledningen 52 medger kontroll av koncentrationen effektiv alkali och förhållandet vätska till ved under kokningen. Det relativt rena filtratet i ledningen 52 - som kan kompletteras med tvättfiltrat - kan även användas för att förtränga upplösta, fasta ämnen för att åstadkomma Andritz Inc.:s LO-SOLIDS™ kokning (t.ex. se WO 94/25668). Eftersom vätskan i ledningen 50 kan innehålla fiber kan ett fiberfilter eller en sil 51 användas för att avlägsna fiber och återföra den till massaströmmen via ledningen 53.

Den svaga svartluten i ledningen 50 och den starka svartluten i ledningen 45 kan även användas för att utföra den tvåstegs-vätskeimpregneringsprocess, som beskrives i US 5660686. Exempelvis kan den svaga svartluten i ledningen 50 införas till cirkulationen 16 eller 22 som en första behandling av flisen och den starka svartluten i ledningen 45 kan införas till cirkulationen 22 eller 28 som en andra behandling. Denna följd kan även reverseras så att behandlingen med stark svartlut föregår behandlingen med svagare svartlut.

I systemet som visas i figur 1 är de långa motströms kokzonerna begränsade till förbehandlingszonerna istället för till vid änden av koket. Eftersom massan av vedflis (eller annat finfördelat cellulosahaltigt fibröst material) är mjukare vid slutet av kokningen är det svårare att leda vätska i motström genom densamma. Genom att begränsa storleken av motströmszonen vid slutet av koket kommer kokaren att vara enklare att driva. Omvänt tillåter den fastare flismassan i en förbehandlingszon passagen av motströms vätska lättare och är sålunda enklare att driva. Denna aspekt är speciellt signifikant då den tillämpas på äldre, överbelastade kokare, som har begränsat eller inget motströmsflöde vid slutet av koket. Figur 2 visar tillämpningen av processerna som visas i figur 1 i ett existerande kokarsystem med två kärl. Komponenter i figur 2, som är identiskt lika med eller har samma funktion som de i figur 1, är identifierade med samma nummer. Komponenter i figur 2, som är unika även om de liknar de i figur 1, föregås av siffran "1". Figur 2 visar ett massatillverkningssystem 110 med ett identiskt matningssystem som visas i figur 1. (Notera att matningssystemet som visas innefattar det nya DIAMONDBACK-ångkärlet. Detta system kan även innefatta ett konventionellt matarsystem, innefattande en konventionell flisbehållare och basningskärl). Efter basning i kärlet 12 behandlas cellulosamaterialet med kokvätska i ett långt, kallt impregnerings- eller förbehandlingssteg. Denna behandling i zonen I är typiskt vid mellan 80 och 110°C, företrädesvis mellan 95-105°C under en halv till sex timmar, företrädesvis 1-3 timmar. Denna behandling sker i ett första kokkärl eller impregneringskärl 119 i ett medströms behandlingssätt. Detta existerande kärl innehåller typiskt ej några vätskecirkulationer eller silar, även om det kan ha cirkulationer och silar. Exempelvis kan kärlet 119 innefatta en eller flera avdragningssilar som skapar zoner med medströms och motströms behandling.

Efter förbehandling uppslammas det impregnerade materialet vid ungefär loo°C från det konventionella utloppet 131 i kärlet 119 genom ledningen 132 till toppen av ett andra kokkärl eller kokare 133. överskottsvätska återvinnes från slurryn via silarna 134 och återföres via ledningen 135 till kärlutloppet 131, som källan för uppslammande vätska. Vätskan i ledningen 135 kan kompletteras med avdragen vätska, som avlägsnas från andra delar av koket, exempelvis via ledningen 151. Därför har slurryn som inkommer i toppen av kokaren 133 typiskt en temperatur av mellan 110 och 120°C, typiskt ungefär 115°C.

Förbehandlingssteget fortsätter i medströms zonen I i kokaren 133 till dess att slurryn når en eller flera silar 152 och 154. Förbehandlingsvätska, d.v.s. svag svartlut, kan dras av via silarna 152 och föras till återvinning via ledningen 153. Starkare svartlut, som dras upp från motströms kokzonen, zon II, kan avdras via silen 151 och tillsättas återcirkulationsledningen 135 via ledningen 151.

Behandlingskaraktäristiken med hög alkali enligt denna uppfinning åstadkommes i motströms kokzonen II i kokaren 133. Det mesta av vitluten, typiskt åtminstone 50%, företrädesvis åtminstone ungefär 80% (t.ex. ungefär 90%) tillsättes till slurryn via cirkulationen 155. Detta producerar en mycket hög koncentration av effektiv alkali i kokaren på mer än 25 g/1, företrädesvis större än 35 g/1. Cirkulationen 155 innefattar en eller flera silar 156 och en indirekt ångvärmare 157. Kokvätskan, typiskt kraftvitlut, tillsättes till cirkulationen 155 via ledningen 137 och kan förvärmas i värmeväxlaren 39 med varm vätska, som avdrages från annat håll i kokaren 119. Den uppvärmda cirkulationen 155 uppvärmer typiskt slurryn med vätska till koktemperatur, typiskt 140-180°C, företrädesvis 150-170°C, innan den inkommer i medströms kokzonen, (zon III, som även kan innefatta en motströms kokzon). Cirkulationen 155 kan även innefatta ett avdrag och införandet av vätska, som har mindre av löst organiskt material för att åstadkomma Andritz Inc.:s LO-SOLIDS™ kokning.

Kokprocessen fortskrider i zonen III till dess att en eller flera silar 40 och 41 möts. Identiskt med processerna, som beskrevs med avseende på figur 1, avslutas kokprocessen vid dessa silar och de förbrukade vätskorna med olika kemisk make-up användes för förbehandling, kemisk återvinning och värmeåtervinning. Även om det ej visas, kan tvättvätskan i ledningen 42 även styras till någonstans i kokaren, där den kan användas för att sänka koncentrationen av löst material under kokningen, exempelvis till cirkulationerna 17, 135 eller 155. Figur 3 visar tillämpningen av processerna, som praktiseras med användning av apparaten visad i figur 1, i ett existerande kokarsystem med enkelt kärl. Komponenterna i figur 3, som är identiska med eller har samma funktion som de i figurerna 1 och 2 identifieras med samma nummer. Komponenterna i figur 3, som är unika även om de liknar de i figurerna 1 och 2, föregås av siffran "2". Figur 3 visar ett massatillverkningssystem 210 med ett enda kärl med ett identiskt matningssystem, som visas i figurerna 1 och 2. (Notera återigen att matningssystemet som visas innefattar det nya DIAMONDBACK basningskärlet. Detta system kan även innefatta ett konventionellt matningssystem innefattande en konventionell flisbehållare och basningskärl). Efter basning i kärlet 12 införes kokvätskorna till cellulosamaterialet och materialet behandlas i ett långt, kallt impregnerings- eller förbehandlingssteg. Denna behandling identifierad som zonen I börjar i rännan 13 och fortsätter i överföringsledningen 18 och i den övre delen 233 av kokaren 219. Denna behandling är typiskt vid mellan 80 och 110°C, företrädesvis mellan 95 och 105°C, under ungefär fem minuter till sex timmar, företrädesvis ungefär en halv till tre timmar. Denna behandling kan typiskt utföras på ett medströms sätt, men den kan även vara en motströms behandling. Överskottsvätska avlägsnas från slurryn vid toppen av kärlet genom silar 234 och återcirkuleras via ledningen 17 tillbaka till högtrycksmataren 15 för att verka som överföringsmedium.

Förbehandlingszonen I kan innefatta en vätskecirkulation 260. Cirkulationen 260 kan innefatta en eller flera silar 261 och en värmeväxlare (ej visad). Vätskan i 260 kan kompletteras genom tillsättning av vätska avdragen från andra områden i kokaren, t.ex. via ledningen 262. Som ett resultat kan temperaturen på slurryn i förbehandlingszonen under silen 261 öka till 110-120°C, typiskt till ungefär 115°C.

Förbehandlingen avslutas effektivt vid en eller flera silar 263 och 264, som är belägna under silen 261. Den övre silen 2 63 kan användas för att dra av förbehandlingsvätska från slurryn. Denna vätska i ledningen 2 65 är typiskt låg i användbara behandlingskemikalier, såsom alkali och sulfid, och sänds typiskt till återvinningssystemet. Liksom tidigare kan vätskan i ledningen 2 65 även användas för att alstra ånga antingen genom flashning eller via en indirekt värmeväxlare. Vätskan som avlägsnas från den undre silen 264 innehåller typiskt en märkbar mängd alkali och sulfid och kan återcirkuleras till cirkulationen 260 för att förbehandla det inkommande materialet.

En motströms kokzon, zonen II, är belägen under silen 264. Återigen kan denna zon även vara medströms. Som är karaktäristiskt för föreliggande uppfinning införes en hög koncentration av effektiv alkali till denna kokzon II via ledningen 237. Som tidigare tillsättes det mesta av vitluten, typiskt åtminstone 50%, företrädesvis åtminstone 80% (t.ex. ungefär 90%) till slurryn via cirkulationen 266. Återigen alstrar detta en mycket hög koncentration av effektiv alkali i denna kokzon av större storlek än 25 g/1, företrädesvis större än 35 g/1. Cirkulationen 266 innefattar en eller flera silar 267 och en indirekt ångvärmare 268. Kokvätskan, typiskt kraftvitlut, tillsättes till cirkulationen 266 via ledningen 237 och kan förvärmas i värmeväxlaren 3 9 med varm vätska, som avdrages från annat håll i kokaren 219. Den uppvärmda cirkulationen 266 uppvärmer typiskt slurryn med kokvätska till koktemperatur, typiskt 140-180°C, företrädesvis 150-170°C, innan den inträder i medströms kokzonen, zon III. Återigen kan koktiden vara från fem minuter till sex timmar, men typiskt varar den endast ungefär en halv till tre timmar och LO-SOLIDS™ avdrag och utspädning kan även anordnas iförening med cirkulationen 266.

Som tidigare fortskrider kokprocessen i zonen III till dess att den möter silarna 40 och 41. Identiskt med processerna, som beskrevs med avseende på figurerna 1 och 2 vid silarna 40 och 41, avslutas kokprocessen och de förbrukade vätskorna med olika kemisk make-up användes för förbehandling, kemisk återvinning och värmeåtervinning. Tvättvätskan kan styras som beskrivits med avseende på utföringsformen enligt figur 2.

Figur 4 visar schematiskt en illustration av ett annat exempel på system, som kan användas enligt föreliggande uppfinning. Figur 4 innefattar typiska bundna och fria vätskeströmvolymer (i m<3>/BDMT) och strömningsriktning för fri vätska och illustrerar ett hydrauliskt kokarsystem 310 med enkelt kärl, liknande systemet 210 i figur 3 (i figur 4 visas komponenter liknande de i de andra figurerna med samma två heltalsreferensnummer föregånget av "3"), för effektiv hög alkali/högt pH kokning enligt föreliggande uppfinning. I figur 4 är siffrorna total vätskeström i m<3>/BDMT; vilken del av varje ström som är"bunden" eller "fri" kommer att beskrivas här. "Bunden" vätska är den vätska som är inrymd i cellulosamaterialet, medan "fri" vätska är den vätska som ej är bunden men tillätes passera i och runt cellulosamaterialet.

Kärlet 12 och matningssystemet 15 i figur 4 är samma som de i de andra figurerna, emellertid användes i figur 4 en vitlutskylare 70, som ej används i de andra utförings-formerna. Kylaren 70 reducerar temperaturen på vitluten (vilken även om den visas som "0" i figur 4 kan vara närvarande) och andra vätskor, såsom svartlut, som inkommer i matningssystemet, t.ex. i ledningen 16. I exemplet i figur 4 inkommer ungefär 9,4 m<3>/BDMT vätska imatningssystemet vid ledning 16, medan 2,2 m<3>/BDMT inkommer med flisen, åstadkommande en total ström av ungefär 11,6 m<3>/BDMT. Av dessa 11,6 m<3>/BDMT som matas till toppen av kokaren 319, är ungefär 4,4 m<3>/BDMT bundet och ungefär 7,2m<3>/BDMT fritt.

Impregneringen fortsätter till dess att vätska avdrages via silen 3 65. Av de 9,2 m<3>/BDMT som avlägsnas via silen 3 65 är ungefär 7,2 m<3>/BDMT impregneringsvätska, medan den andra ungefär 2,0 m<3>/BDMT är vätska som dras uppåt från motströms sektionen i kokaren 319 under silen 365. De 4,4 m<3>/BDMT som är bundet då de inkommer i toppen av kokaren 319 fortsätter att vara bundet under passagen genom kokaren 319.

Sedan den rört sig förbi silen 365 uppvärmes cellulosa-materialslurryn, vitlut tillsättes och fasta partiklar förskjutes i cirkulationen 71 i förening med silen 72.

Av de 2,5 m<3>/BDMT vitlut och 2,5 m<3>/BDMT tvättvätska, som tillsättes till cirkulationen 71, strömmar ungefär 2,0 m<3>/BDMT i motström och avdrages och ungefär 3,0 m<3>/BDMT fortsätter med cellulosamaterialet, som rör sig nedåt i kokaren 319.

Cellulosamaterialet i slurryn fortsätter att koka med hög alkali och låg mängd lösta fasta partiklar till silen 74, förbunden med cirkulationen 75. Svartlut innehållande hög rest-alkali och sulfider avdrages i ledningen 76 från cirkulationen 75 (ungefär 4,0 m<3>/BDMT) och riktas till matningssystemet. En del av den avdragna vätskan ersättes med ungefär 1,0 m<3>/BDMT vardera av vitlut och tvättfiltrat. Materialet fortsätter att kokas under silen 74 i en motströms kokzon dock med mindre fri vätska än tidigare.

Koket avslutas vid silen 77, där ungefär5,4 m<3>/BDMT av förbrukad vätska avdrages och kombineras med avdraget från ledningen 76 och riktas till matningssystemet, varvid vätskan kyles i värmeväxlaren 70. Kall tvättvätska (ungefär 7,0 m<3>/BDMT) tillsättes till bottnen av kokaren 319 och passerar i motström till massan för att avsluta koket, kyla massan och tvätta massan före utmatningen. Av de ungefär 7,0 m<3>/BDMT tillsatta, passerar ungefär 4,4 m<3>/BDMT uppåt och avdrages via silen 77, medan ungefär 2,6 m<3>/BDMT lämnar kokaren 319 med en ungefär 4,4 m<3>/BDMT bundna vätskan för att producera de ungefärliga 7,0 m<3>/BDMT av vätska som utmatas med massan, som visas i figur 4. Figurerna 5- 7 visar typiska variationer i alkali och koncentration eller profiler under ett kraftkok för olika koksätt som funktion av koktid. Figur 5 visar alkali-profilen för ett konventionellt kraftkok, i vilket all alkali tillsättes till matningssystemet före impregneringen. Kurvan 301 illustrerar hur alkalin är störst vid början och minskar kontinuerligt under koket och uppnår en minimal alkali-koncentration vid slutet av koket. Figur 6 visar en typisk alkali-profil för ett representa-tivt modifierat kok, i vilket ungefär hälften av alkali tillsättes vid kokets början och ungefär hälften tillsättes vid slutet av impregneringen. Som visas av kurvan 401 bildar alkali-koncentrationen en topp vid varje tillsats av alkali, men denna topp är mindre än toppen, som visas i figur 5. Figur 7 visar en typisk alkali-profil för ett kraftkok enligt föreliggande uppfinning. All, eller väsentligen all, alkali tillsättes efter impregneringen vid punkten 502 och rest-alkalin närvarande i vätskan efter kokningen återcirkuleras till förbehandlingen vid kokets start, punkten 503. Som visas av kurvan 501 orsakar rest-alkali-återcirkulationen en moderat topp i alkali vid kokets början, punkten 503, men en högre topp uppträder vid punkten där all alkali tillsättes, punkten 502. Enligt föreliggande uppfinning har man funnit, att en alkali-prof il, sådan som visas i figur 7, producerar kemisk massa, som har högre egentlig fiberstyrka och bättre blekbarhet än massa, som produceras av de modifierade eller konventionella kokmetoderna enligt figurerna 5 och 6. Figurerna 8 och 9 illustrerar grafiskt testdata, som visar effekten av rest-alkali och högt pH (d.v.s. företrädesvis ungefär 13,4 eller högre, typiskt ungefär 13,6 eller högre) vid slutet av laboratoriekok. Figur 8 visar hur riv-index (en indikation av egentlig fiberstyrka) ökar då koncentrationen av rest-alkali ökar vid slutet av koket (alkalin uttryckes som g/1 NaOH i figur 8) , varvid riv-index visas vid slitlängd 70 (kurvan 801) och 90 (kurvan 802). Figur 9 visar en liknande trend av riv-indexvärden avsatta relativt rest-pH, med användning av samma vätska, som användes i figur 8, kurvan 901, vid slitlängd 70 och kurvan 902 vid slitlängd 90. Figurerna 8 och 9 illustrerar sålunda klart att den egentliga fiberstyrkan i massan ökar då rest-alkali och/eller rest-pH ökar.

Notera att koncentrationerna av pH och alkali, som visas i figurerna 8 och 9, är de som föreligger vid batch-kok i laboratorier. Aktuella tillstånd i fabriken, såsom närvaron av upplösta salter och andra material i vätskan, reducerar vanligen både pH och rest-alkali, som i själva verket uppmätes i fabriken, till värden lägre än de som visas.

Ett exempel på kokarsystem för att praktisera uppfinningen visas schematiskt i figur 10. Liksom figurerna 3 och 4 visar figur 10 ett kokarsystem 410 med enkelt kärl, i vilket uppfinningen användes. Denna kokare kan vara en ny kokare, utformad för att praktisera denna uppfinning, eller en existerande kokare modifierad för att praktisera uppfinningen. Även om en hydraulisk kokare med enkelt kärl visas, skall det stå klart att ett system med flera kärl eller en dubbel kokare med ång/vätskefas likaså kan användas. En distinktion mellan kokaren som visas i figur 10 och de som visas i figurerna 3 och 4 är, att kokaren som visas i figur 10 innefattar en motströms kokzon mot bottnen av kokaren, exempelvis en Hi-HEAT™ eller EMCC<*>kokzon. Systemet 410 använder samma matningssystem, 12, 15, 16, 17 och 18 som beskrivits tidigare. Detta system identifierar även de ungefärliga "bundna" och "fria" vätskeströmmar, som diskuterats med hänvisning till figur 4. Dessa vätskeströmmar, såväl som de som diskuteras nedan, är ungefärliga. Verkliga strömningshastigheter kommer att variera beroende på den använda utrustningen, de behandlade objekten och produktionshastigheten bland annat. Flisen, som inkommer i matningssystemet, innehåller typiskt 2,2 m<3>av bunden vätska per torrtänkt metriskt ton (BDMT) av massa, som produceras inuti cellulosamaterialet, typiskt flis av hård eller mjuk. ved. Strukturer liknande eller identiska med de som visats i tidigare figurer identifieras med liknande siffror, även om de föregås av en "4".

Som visats tidigare leder matarsystemet en slurry av flis och vätska till inloppet i kokaren 419. Kokaren 419 har fyra sil-anordningar, 80, 81, 85 och 95, ej inkluderande den övre silanordningen från vilken returflödet 17 till HPF 15 tages. Lite eller ingen kokvätska, d.v.s. kraftvitlut, behöver tillsättas via ledningen 3 8 till cirkulationen 17. Återigen tillsättes den mesta, om ej all, kokvätska, d.v.s. 3,5 m<3>/BDMT i ett exempel, via ledningarna 49 och 437 till kokzoner nedströms. I en föredragen utföringsform av uppfinningen tillsättes kokkemikalier, d.v.s. den effektiva alkalin (EA--alltid uttryckt som NaOH eller ekvivalent) typiskt till slurryn, som inkommer i kärlet 419 genom att införa förbrukad kokkemikalie som har rest-innehåll av EA från en kokprocess nedströms. Denna förbrukade vätska, exempelvis kraftsvartlut, införes exempelvis till ledningen 17 via ledningen 93 till toppen av kokaren 419 via ledningen 94, eller till någon annan lämplig plats i matarsystemet, exempelvis till cirkulationen 16 eller till en flisränna 13 eller flisbehållaren 12 i figur 3.

Slurryn inkommer i kokaren 419 och överskottsvätska avdrages via silen och ledningen 17 och återföres till HPF 15. Den förtjockade slurryn ledes nedåt i en första "förbehandlings"-zon. Denna slurry innehåller typiskt ungefär 4,4 m<3>/BDMT av vätska, bundet inuti cellulosamaterialet och 3,8 m<3>/BDMT av fri vätska. I förbehandlingszonen rör sig den fria vätskan i samma riktning som flisen, d.v.s. behandlingen är "medströms". Slurryn inkommer i denna zon och har ett EA av ungefär 20-25 g/1 som NaOH. Temperaturen på slurryn i denna zon är ungefär 80-13 0°C och behandlingstiden varierar från 0,1 till fyra timmar, t.ex. 0,5 till 2 timmar. Förbehandlingszonen slutar effektivt då slurryn möter en eller flera silar 80. Slurryn fortsätter förbi silen 80 till en andra "impregnerings"- zon. I dennna zon passerar vätskan i en riktning motsatt strömmen av flis, d.v.s. behandlingen är "motströms". Vätska från både den övre förbehandlingszonen och den undre impregneringszonen avlägsnas eller avdrages via silen 80 till ledningen 98. EA-innehållet i de kombinerade vätskorna, som avdrages från silen 80 är ungefär 2-10 g/1. Den relativt svaga förbrukade vätskan i ledningen 98 matas typiskt till kemikalieåtervinningsområdet i massafabriken, exempelvis till evaporation, men den kan först expanderas, exempelvis i flashtanken 99, för att producera en källa av ånga eller ledas till en värmeväxlare för att uppvärma en annan vätskeström i fabriken. Denna svaga vätskeström kan även användas för förbehandling av den inkommande flisen, exempelvis i flisrännan 13 eller flisbehållaren 12 i figur 3.

Impregneringszonen innefattar en uppvärmd cirkulation 82, som avlägsnar vätska från zonens ände via en eller flera silar 81 medelst en pump (ej visad). Kokvätska och förbrukad kokvätska tillsättes typiskt till denna cirkulation. Exempelvis tillsättes kraftvitlut (utspädd med tvättvätska) via ledningen 83 i den ungefärliga mängden 4,0 m<3>/BDMT och som har en EA av ungefär 50-100 g/1. Förbrukad kokvätska, företrädesvis vätska som avlägsnats från en kokprocess nedströms och har en EA av ungefär 20-40 g/1, tillsättes via ledningen 84 i den ungefärliga mängden 3,0 m<3>/BDMT. Den kombinerade effekten av tillsättningen av färsk kokvätska och förbrukad kokvätska till cirkulationen 82 ger en EA i närheten av silen 81 av ungefär 20-30 g/1. Ungefär 4,9 m<3>/BDMT av vätskan som tillsättes via cirkulationen 82 passerar i motström genom impregneringszonen och avlägsnas i den kombinerade strömmen av ungefär 8,7 m<3>/BDMT, som avdrages via silen 80. Temperaturen på slurryn i denna impregneringszon är mellan ungefär 100-170°C och behandlingstiden varierar från 0,1 till 2 timmar. Den mättade flisen i slurryn innehåller fortfarande typiskt ungefär4,4m3 /BDMT av bunden vätska. slurryn uppvärmes effektivt till en koktemperatur av 140-180°C (280-360°F) av den uppvärmda cirkulationen 82 och, sedan den passerat silen 81, inträder slurryn i "kok"-zonen. I kokzonen passerar ungefärliga 2,1 m<3>/BDMT av fri vätska i medström med flisen, som återigen typiskt innehåller 4,4 m<3>/BDMT av bunden vätska. I denna zon kokas flisen medströms i närvaron av den färska kokvätskan och förbrukade kokvätskan, som tillsättes av cirkulationen 82. Behandlingstiden i kokzonen varierar från 0,1 till 4 timmar och är företrädesvis mer än 30 minuter. Den medströms kokzonen slutar effektivt då slurryn når en eller flera silar 85. Under silen 85 inträder slurryn i en motströms kokzon. Förbrukad kokvätska från medströms kokzonen och motströms kokzonen avlägsnas via silen 85. Åtminstone en del av vätskan, som avlägsnas via silen 85, pumpas av en pump (ej visad) , uppvärmes och återcirkuleras via cirkulationen 86 till närheten av silen 85.

Ett signifikant särdrag är att en del av den förbrukade vätskan, som avlägsnas via silen 85, avlägsnas från ledningen 86 via ledningen 87 och användes för förbehandling i ett tidigare koksteg. Företrädesvis återcirkuleras den förbrukade vätskan, som har ett ungefärligt EA av 25-35 g/1 (även om det kan vara i området 10-60 g/1) via ledningarna 87, 90, 92 och 94 (eller 93) till början av förbehandlingssteget. Denna varma vätska kan även användas för att uppvärma andra vätskor eller alstra ånga; exempelvis kan den varma förbrukade vätskan i ledningen 87 ledas igenom en värmeväxlare 89 för att uppvärma kokvätska, som införes via ledningen 437, eller någon annan vätskeström, som kräver uppvärmning. Likaså kan ånga genereras från denna heta vätska genom att leda den via ledningen 90 till flash-tanken 91.

I motströms kokzonen kommer flisen --som återigen innehåller 4,4 m<3>/BDMT av bunden vätska-- att passera i motström till ungefär 2,9 m<3>/BDMT av fri vätska. Motströms kokzonen sträcker sig effektivt till en eller flera silar 95. Den fria vätskan införes via cirkulationen 96, förbunden med silen 95, och via tvättvätskan 42, introducerad till bottnen av kokaren 419. Temperaturen på slurryn i den motströms kokzonen är ungefär 140-180°C och behandlingstiden varierar från 0,1 till 6 timmar och är företrädesvis mer än 3 0 minuter. Såsom i cirkulationerna 82 och 86 avlägsnar cirkulationen 96 förbrukad kokvätska via silen 95 medelst en pump (ej visad) och återinför åtminstone en del av vätskan till närheten av silen 95 efter uppvärmning. Som beskrivits ovan är ett särdrag att en del av den förbrukade vätskan, som avlägsnas via silen 95, återcirkuleras via ledningen 84 till ett tidigare koksteg, i detta fall till kokcirkulationen 82. Vätskan som avlägsnats via silen 95 har ett typiskt EA av ungefär 20-30 g/1. Likaså tillsättes en del kokvätska, typiskt ungefär 0,5 m<3>/BDMT, till denna cirkulation via ledningen 97 .

Under silen 95 avslutas kokprocessen effektivt genom tillsättning av tvättfiltrat, också känt som "kallblåsnings"-filtrat, via ledningen 42 och två eller flera munstycken belägna i det undre huvudet av kokaren 419. Typiskt tillsättes ungefär 9,0 m<3>/BDMT av filtrat till bottnen av kokaren för att avsluta koket och kyla massan före utmatning. Likaså tillsättes 2,0 m<3>/BDMT av detta filtrat till tillförselledningen 437 för vitlut för att späda ut vitluttillförseln för att åstadkomma L0-SOLIDS™-kokning, som marknadsförs av Andritz Inc. och beskrives i amerikanska patenten 5,489,363 och 5,547,012. Den kylda massan utmatas från kokaren 419 in i ledningen innehållande 8,0 m<3>/BDMT av fri och bunden vätska, d.v.s. vid ungefär 10-12% torrtänkt konsistens.

Med användning av kokaren 419, som kan vara en hydraulisk kontinuerliq kokare eller en kontinuerlig kokare med ångfas, matar man kontinuerligt finfördelat cellulosahaltigt fibröst material och vätskeslurry till inloppet till toppen av kokaren 419 och materialet kokas i kokaren 419 typiskt under mer än en timme vid en temperatur mellan ungefär 1400-190°C innan koket är avslutat, som beskrivits ovan. Kokningen praktiseras så, att under åtminstone den sista minuten (och företrädesvis åtminstone de sista 15 minuterna och mest företrädesvis åtminstone de sista 3 0 minuterna) innan koket avslutas koncentrationen av effektiv alkali (uttryckt som NaOH eller ekvivalent) i kokaren är åtminstone 2 0 g/1, som är typiskt mellan 20-50 g/1, företrädesvis mellan ungefär 20-40 g/1, och mest företrädesvis mellan ungefär 20-35 g/1. Likaså, åtminstone vid det första läget (silen 80) och ett andra läge (silen 85) och företrädesvis även vid det tredje läget, silen 95 eller flera lägen), med det första läget (silen 80) närmast kokarens inlopp, avlägsnas vätska från slurryn och alkali kan tillsättas. Mer än 50% av den totala alkalin, som tillsättes till slurryn under hela behandlingen av träflisen för att producera kemisk massa, tillsättes till slurryn efter det första läget 80, önskvärt mer än 70%, mer önskvärt mer än 80% och mest önskvärt mer än 90%. Alkalin tillsättes företrädesvis som angivits i figur 10 vid mer än ett och företrädesvis mer än två lägen, såsom i ledningarna 83, 88, 97 i figur 10. Alkalin tillsättes vid ett antal olika lägen och på ett sådan sätt, att man erhåller en hög men likformig alkaliprofil över koksteget, så att alkali-tillsatsen företrädesvis praktiseras så att den högsta koncentrationen effektiv alkali under kokningen är mindre än 50g/l, företrädesvis mindre än 4 0 g/1 och mest företrädesvis mindre än 35 g/1. Före alkali-tillsatsen efter det första läget (silen 80) har åtminstone 5%, företrädesvis mer än 7% även mer företrädesvis mer än 9% och mest företrädesvis mer än 11% effektiv alkali som NaOH på ved redan konsumerats av vedflisen.

I kokaren 419 utgör cirkulationerna 86 och 96 och ledningarna 88 och 97 och lämpliga andra konventionella ut-rustningar organ för att tillsätta alkali till cirkulationerna 86 och 96 så att koncentrationen effektiv alkali uttryckt som NaOH i kokzonen just före kokets avslutning (d.v.s. genom minskning av temperaturen genom introduktion av "kallblåst"-filtrat via ledningen 42 etc.) är mellan 20-50 g/1, företrädesvis mellan ungefär 20-40 g/1 och mest företrädesvis mellan 20-35 g/1. Likaså kan finnas organ för att tillsätta värme till cirkulationen 86 och 96, såsom en konventionell indirekt värmare 96' och 88' eller någon annan lämplig konventionell vätskeuppvärmningsanordning, användbar i en cirkulation. Värmetillsatsen vid 88' eller 96' kombinerat med alkali-tillsatsen vid 88 eller 97 kontrollerar det slutliga kappa-talet hos massan som utmatas från massautloppet 44 med mycket kortare fördröjning av kontrollåterkopplingen än om kappa-talet skulle kontrol-leras medelst temperaturen i cirkulationen 82, såsom sker konventionellt. Silen 95 är förenad med cirkulationen 96 och organ är anordnade, såsom ledningen 84, och vilka andra lämpliga konventionella komponenter som helst för återanvändning av vätska som avdrages från silen i kokaren närmare slurryinloppet vid toppen av kokaren 419 än massautloppet 44. Genom att göra så kan temperaturen i bottnen av kokaren regleras mera noggrant. Exempelvis genom användning av ett högt motströms flöde (d.v.s. en högre "spädfaktor") i zonen ovanför silen 95, kan massans temperatur sänkas kraftigt för att avsluta koket. Om kokaren ej kan tåla en positiv spädfaktor mellan silarna 85 och 95 kan temperaturen på massan och kokets avslutning bättre regleras genom användning av den ena eller båda dessa cirkulationer 86 och 96. (Spädfaktorn är ett mått på förträngningen av vätska medelst tvättvatten. En positiv spädfaktor indikerar att tvättvätska i överskott av vad som krävs för total förträngning av massan appliceras. En negativ spädfaktor indikerar att total förträngning av vätskan i massan ej sker.) Systemet som visas i figur 10 illustrerar en föredragen metod och apparat för att utöva uppfinningen. Genom att introducera de mesta av, om ej väsentligen alla, de färska kokkemikalierna vid ett senare steg i en kokprocess och selektivt återcirkulera åtminstone en del av den alkali-innehållande förbrukade kokvätskan till en tidigare behandling eller koksteg erhålles specifikt en föredragen hög alkali-profil i kokprocessen. Som illustreras av de data i laboratorie- och fabriksskala, som presenteras i figurerna 11-13 och 15-17 producerar denna höga alkali-profil en cellulosamassa, som har hög hållfasthet och ljushet och reducerat rejekt-innehåll.

Figurerna 11 till 13 visar laboratorietestresultat för massa producerad enligt föreliggande uppfinning. Vedflisen behandlad i dessa laboratorieförsök var skandinavisk mjukved under följande tillstånd: Förbehandlingssteget var ungefär två timmar långt vid ungefär 100°C och EA-koncentrationen minskade från ungefär 20 g/1 till ungefär 8 g/1. Impregneringssteget var ungefär en timme långt vid ungefär 12 5°C och EA-koncentrationen var ungefär 20 g/1. Förbehandlings- och impregneringsstegen var lika för alla kok. Koksteget var ungefär två timmar långt vid olika temperaturer och EA-koncentrationerna för att erhålla ett mål-kappa av 25. Vid slutet av impregneringssteget infördes olika alkali-fyllningar (som omfattade från 0-27% EA på ved) för att erhålla olika stora EA-koncentrationer vid koksteget. Alla laboratoriesteg skedde medströms.

Figur 11 visar ett diagram 100 av riv-index vid 70 Nm/g slitlängd versus rest-alkali-innehållet i den förbrukade kokvätskan vid slutet av koket. Som data indikerar med ökad rest-alkali enligt denna uppfinning ökar riv-index, som är en indikation av egentlig fiberstyrka. Figur 12 visar ett diagram 101 av brunmassa-ljushet (ISO) versus rest-alkali för samma flismassa, som produceras för figur 11. Figur 12 visar att ljusheten ökar då rest-alkali ökar, vilket ytterligare illustrerar fördelarna med denna uppfinning. Figur 13 visar ett diagram 102 av "rejects"-innehållet versus rest-alkali för samma massa, som användes för att producera data enligt figur 11 och 12. Termen "reject" refererar till mängden okokad ved, som produceras och som uppträder som finmaterial eller små spätor av ved i den resulterande massan. Ju färre "reject" som föreligger desto mera komplett är massaframställningsprocessen och desto mindre ved går till spillo. Såsom visas minskar procenttalet "reject" då rest-alkalin, som återstår efter kokprocessen, ökar. Figur 14 illustrerar en annan föredragen utföringsform för att praktisera uppfinningen och jämför denna med ett konventionellt operationssätt. Distinktionen mellan sätten är att vitlut tillsattes till de två kokcirkulationerna i det andra sättet, förutom till matningssystemet och BC cirkulationen. Denna nedströms introduktion av vitlut ökade EA i vätskan i den första cirkulationen från 20 g/1 (som NaOH) till 35 g/1 och EA i vätskan, som avdrogs från kokaren, från 10 g/1 till 25 g/1. (Alla kemikaliekoncentrationer i denna specifikation uttrycks som ekvivalenta koncentrationer av NaOH, om ej annat specificeras.) En detaljerad beskrivning av systemet enligt figur 14 följer.

Det kontinuerliga koksystemet 510, som visas i figur 14, innefattar ett konventionellt matningssystem 511, ett konventionellt impregneringskärl (IV) 512 och en kontinuerlig ångfaskokare 513, som har två uppvärmda vätskecirkulationer 520 och 530. I aktuella försök utförda enligt denna uppfinning introducerades tallvedsflis 514 till matningssystemet 511, i vilket flisen basades, uppslammades med kokvätska via ledningen 515, trycksattes och fördes via ledningen 516 till toppen av IV 512 vid en temperatur av ungefär 116-119°C. Den varma slurryn av flis och vätska passerade i medström genom IV 512 och utmatades från IV med hjälp av vätska, som infördes via ledningen 517. Ytterligare vitlut tillsattes till ledningen 517 via ledningen 518 så att EA i ledningen 517 och EA introducerad till flisen uppslammad till kokaren i ledningen 519 var ungefär 30-60 g/1 i både försöken och i referensoperationssättet.

Den uppvärmda, kokande vätskebelastade slurryn infördes till toppen av kokaren 513 vid en temperatur av ungefär 127-129°C. Överskottsvätska avlägsnades från slurryn via en första vätskeavdragssil (ej visad) och fördes via ledningen 517 tillbaka till bottnen av IV 512 för att bilda vätskan som uppslammade flisen till kokaren 513. Denna återcirkulation innefattade även en ledning 5171, som tillåter en del av vätskan i ledningen 517 att införas i den övre delen av IV 512 för att hjälpa till i flisens rörelse och vätska-till-ved-förhållandet vid toppen till IV, som är konventionellt. Slurryn som infördes till kokaren 513 fördes därefter i medström nedåt till en första cirkulation 520, refererad till som "trim"-cirkulationen, innefattande en första vätskeavdrags-silanordning 521, en avdrags- och återcirkulationsledning 522 och en värmare 523. I referensoperationssättet tillsattes ingen färsk kokvätska till denna cirkulation och EA i denna cirkulation var ungefär 20 g/1. I försöken utförda enligt denna uppfinning tillsattes vitlut till ledningen 522 via ledningen 524 så att EA i cirkulationen 520 under försöket var ungefär 35 g/1, d.v.s. ungefär 75% högre än konventionella metoder.

Sedan slurryn passerat silen 521 i båda sätten fortsatte denna --nu uppvärmd till koktemperatur vid ungefär 160-70°C - till och uppvärmdes i den första kokzonen i kokaren. Den första kokzonen avslutades effektivt då slurryn nådde en andra och tredje vätskeavdragssil-anordning 525 och 526. Förbrukad kokvätska avlägsnades från slurryn av silarna 525 och 526 och leddes via ledningen 527 till konventionella flash-tankar 528 och 529 för att generera ånga innan de fördes till kemikalie-och värmeåtervinning.

Med silen 526 var associerad en andra uppvärmd vätskecirkulation 530, "quench"-cirkulationen bestående av en återcirkulationsledning 531 och en värmare 532. Enligt metoden enligt den testade uppfinningen och avvikande från referenssättet att koka tillsattes ytterligare vitlut via ledningen 533 till ledningen 531. Även om den följande kokzonen är en motströms kokzon säkerställde tillsättningen av vätska via ledningen 533 och dess återcirkulation till närheten av silen 526 att tillräcklig alkali var närvarande för att fortsätta kokningen i motströms zonen.

Systemet visat i figur 14 visar schematiskt ett existerande kokarsystem. Eftersom rörledningar, som krävs för att åstadkomma den önskade uppfinningen, ej var tillgängliga, simulerades exempelvis rörledningen för att återcirkulera alkali-innehållande förbrukad vätska från ledningen 527 till impregneringskärlet 512 genom tillsättning av alkali till cirkulationerna 520 och 530. Detta resulterade i en alkali-koncentration i den förbrukade vätskeströmmen 527 av ungefär 25 g/1. Enligt denna uppfinning är denna ström med relativt hög alkali i ledningen 527 införd exempelvis till kärlet 512 för att ersätta EA, som åstadkommes av den färska vitluten i ledningarna 515 och 518; emellertid kunde detta under de utförda försöken ej ske. Effekten av att ha ett högt alkali-innehåll vid slutet av kokzonen utvärderades emellertid genom att införa ytterligare alkali via ledningarna 524 och 533, vilket åstadkom en högre alkali-koncentration i den förbrukade vätskan i ledningen 527.

De aktuella approximativa alkali-satsningarna använda under dessa försök, uttryckta som EA på ved, var 13% till matningen i ledningen 515, 7% till cirkulationen 517 via ledningen 518 (d.v.s. till "bottencirkulationen" eller "BC-cirkulationen") , 5% till cirkulationen 522 via ledningen 524 (d.v.s. till "trim-cirkulationen") och 5% till cirkulationen 531 via ledningen 533 (d.v.s. "quench-cirkulationen") .Som ett resultat var den totala satsningen på-ved i detta försök ungefär 30%. Detta är naturligtvis högre än den typiska totala fyllningen, som användes, vilken är 20%, exempelvis de 13% och 7% som användes i baslinjeförsöken i dessa försök. Vid tillämpningen av föreliggande uppfinning är den aktuella alkalin, som tillföres hela processen, i de flesta önskade fallen tillsättes alkalin vid de senare stegen av kokning, ungefär 20, d.v.s. mellan 18-22%, som är konventionellt. Genom att introducera en sådan relativt hög alkali-koncentration och sålunda ett högt pH vid slutet av koket produceras emellertid en förbrukad vätska, som har en relativt hög alkali-koncentration och pH. Denna förbrukade vätska med hög alkali användes företrädesvis i de tidigare kokstegen som en källa av alkali. Genom att sålunda enligt denna uppfinning återanvända den förbrukade vätskan med hög alkali utsättes cellulosan effektivt för en EA på-ved av mer än 20%, typiskt större än 25%, eller även större än 30%, samtidigt som man ej introducerar färsk kokvätska i en större mängd än som är konventionellt, d.v.s. ungefär 2 0% på ved. Som ett alternativ kan genom återanvändande av en del av EA tillfört de senare stadierna av koket kan mindre färsk kokvätska introduceras till systemet samtidigt som samma grad av kokning upprätthålles. D.v.s. massafabriken kan erhålla en besparing i kemikalier som användes och kostnader genom att tillämpa denna uppfinning.

Sedan slurryn passerat silen 526 inkom den i en motströms koktvättzon, d.v.s. en Hi-Heat™ tvättzon, tillgänglig från Andritz Inc., Glens Falls, New York, i den undre delen av kokaren 513. Även om den principiella behandlingen i denna zon var en motströms förträngning av kokvätska med tvättvätska, kan på grund av införandet av kokvätska till cirkulationen 53 0, sålunda åstadkommande EMCC<*->kokning, som marknadsförs av Andritz Inc., en del ytterligare kokning att uppträda i denna zon. Hi-Heat-zonen avslutades effektivt då den kokta slurryn nådde silanordningen 534. Filtratet 526, som användes i motströms tvättzonen infördes via munstycken 535 i kokarens bottenhuvud. Massan, refererad till som brun massa, utmatades i ledningen 527. Massan blektes därefter med användning av en 0-O-DO-E-Dl-D2 blekningsföljd. Även om det föredrages att åtminstone en del alkali introduceras till den slutliga motströms koknings/tvättningszonen för att bibehålla den önskade alkaliniteten och pH kan ibland ineffektiviteterna hos behandlingen göra alkali-tillsats onödig. Idealiskt är att all alkali, som inträder i motströms zonen, avdrages från flisen in i vätskan och avlägsnas via silen 526. På grund av icke likformig förträngning eller diffusion av alkali från flisen kan emellertid en del alkali och temperatur förbli i den nedåtströmmande flismassan. Denna alkali och temperatur kan vara tillräcklig för att åstadkomma den önskade alkaliniteten och pH enligt föreliggande uppfinning. Sådant var fallet i kokaren, i vilken dessa försök utfördes. Även om ingen alkali tillsattes i närheten av silen 534 återstod tillräcklig alkali och temperatur (ungefär 130°C) i flismassan så att den önskade alkaliniteten och pH var närvarande i den motströms kok/tvättzonen.

I ett försök i systemet enligt figur 14 var tvättcirkula-tionen (ej visad) förenad med silen 534 på, men strömningshastigheten var mycket låg.

En jämförelse av resultaten uppnådda i referensoperationssättet och operationssättet enligt uppfinningen (figur 14) på mjukved framgår av figurerna 15, 16 och 17. Produktionshastigheten under försöket var ungefär 600 lufttorra metriska ton per dag (ADMT/D). Kappa-talet under försöket var relativt väl kontrollerat mellan ett värde av 24 och 30. För att erhålla detta kappa-tal med den nya fördelningen av kokkemikalier sänktes koktemperaturen jämfört med referenssättet med 5°C.

Figur 15 visar variationen av blekkemikaliekonsumtion och slutlig blekt massa ljushet under försöksperioden.

(Utanför denna period behandlades hårdvedsbjörkflis; hårdved har typiskt ett lägre behov av blekkemikalier, d.v.s. en högre "blekbarhet" än mjukved.) Abskissan definierar timmarna av drift, den vänstra ordinatan total relativ konsumtion av klordioxid (D), och den högra ordinatan den slutliga blekta massans ljushet i ISO-enheter. Konventionell kokning ägde rum under timmarna 103 på båda sidor av försöket (hög EA kokning) 104.Klordioxidkonsumtionen indikeras av de vertikala linjerna 105, den slutliga ljusheten indikeras av den heldragna linjen 106. Såsom visas minskar klart klordioxidkonsumtionen sedan försöket initierats vid ungefär timme sju. Likaså visas den klara ökningen av slutlig ljushet eftersom kontrollen av blekkemikalietillsatsen fördröjes i reaktion till det reducerade behovet av blekkemikalier i den försökskokade massan, som är typiskt. Då emellertid ljusheten stabiliseras är klordioxidkonsumtionen ungefär 9% lägre än referensbehandlingen av tallmjukved. Detta är riktigt även om kappa-talen (ej visade) under försöksperioden var högre än de i referenskokbehandlingen. Figur 16 illustrerar den ökade blekta massans hållfasthet som åstadkommes genom föreliggande uppfinning 110 i jämförelse med referenskoksättet 111. Abskissan enligt figur 16 är papperets dragstyrka i Nm/g. Ordinatan är rivstyrka i Nm2/kg. Detta diagram visar klart att rivstyrkan hos papperet, som produceras med processen enligt denna uppfinning 110, är större än rivstyrkan hos referens-massan. Vid en drag- eller slitstyrka av 90 Nm/g är exempelvis rivstyrkan hos massan, som produceras enligt denna uppfinning, ungefär 20% större ån hos referens-massan . Figur 17 jämför den blekta "bulken", eller torrspecifik-volymen hos papper producerad av massan tillverkad genom de två processerna som en funktion av draghållfasthet. "Bulken" hos ett ark av papper är förhållandet av arkens tjocklek till dess vikt per ytenhet, som uttryckes som en enhet av volym per vikt, och i detta fall kubikmeter per ton (m3/t). "Bulk" indikerar densiteten av ett ark av papper. En låg "bulk" motsvarar hög densitet. Figur 17 visar att papper, producerat med processen enligt denna uppfinning 112, har ungefär 5% högre "bulk" än referensen 113 för en given slitlängd. Detta betyder att finpapper producerat enligt denna uppfinning kan i vissa situationer ha en minskad vikt (gram massa per kvadratmeter papper) och fortfarande ha samma kvaliteter.

Det framgår sålunda att massaframställningsprocessen med hög alkali beskriven i denna ansökning lätt kan integreras till flera existerande system för att åstadkomma nya processer att producera en kemisk cellulosamassa, som är starkare än massor producerade enligt den konventionella tekniken. Även om uppfinningen häri har visats och beskrivits i vad som man för närvarande bedömer vara den mest praktiska och föredragna utföringsformen av densamma, framgår för fackmannen att många modifikationer kan utföras inom uppfinningens ram, vilken ram bestämmes av den vidaste tolkningen av tillhörande patentkrav så att alla ekvivalenta processer, produkter och system täcks.

Claims

1. Metod för att producera kemisk cellulosamassa från finfördelat cellulosahaltigt fibröst material med användning av en kontinuerlig kokare som har ett inlopp, innefattande stegen att: (a) kontinuerligt mata finfördelat cellulosahaltigt fibröst material i en vätskeslurry till inloppet till den kontinuerliga kokaren, och (b) koka materialet i kokaren under mer än trettio minuter vid en temperatur mellan ungefär 140-190°C, innan koket är avslutat, kännetecknad av att steget (b) praktiseras så att under åtminstone den sista minuten innan koket avslutas koncentrationen av effektiv alkali uttryckt som NaOH eller ekvivalent i kokaren är 20-50 g/1.

2. Metod enligt patentkravet 1, i vilken steget (b) praktiseras så att nämnda koncentration av effektiv alkali föreligger under åtminstone de sista 15 minuterna innan koket avslutas. _

3. Metod enligt patentkravet 1 eller 2, i vilken steget (b) praktiseras så att nämnda koncentration av effektiv alkali föreligger under åtminstone de sista 30 minuterna innan koket avslutas.

4. Metod enligt något av föregående patentkrav, i vilken steget (b) praktiseras så att nämnda koncentration av effektiv alkali är 20-40 g/1.

5. Metod enligt något av föregående patentkrav, i vilken steget (b) praktiseras så att nämnda koncentration av effektiv alkali är 20-35 g/1.

6. Metod enligt något av föregående patentkrav, i vilken steget (b) praktiseras så att nämnda koncentration av effektiv alkali är mellan ungefär 25-35 g/1.

7. Metod enligt något av föregående patentkrav, i vilken alkali tillsätts så att en hög men likformig alkaliprofil erhåLls över koksteget.

8. Metod enligt något av föregående patentkrav, i vilken steget (b) praktiseras genom: åtminstone vid första och andra lägen avlägsnande av vätska från slurryn, varvid det första läget är närmast kokarens inlopp, och tillsättning av alkali, varvid mer än 50% av den totala alkali som tillsättes slurryn under hela utförandet av stegen (a) och (b) tillsättes efter det första läget.

9. Metod enligt patentkravet 8, i vilken mer än 70 % av den totala alkali som tillsättes till slurryn under hela utförandet av stegen (a) och (b) tillsättes efter det första läget.

10. Metod enligt patentkravet 8, i vilken mer än 80 %, företrädesvis mer än 90% av den totala alkali som tillsättes till slurryn under hela utförandet av stegen (a) och (b) tillsättes efter det första läget.

11. Metod enligt något av patentkraven 8-10, i vilken nämnda steg att tillsätta alkali efter det första läget praktiseras vid mer än två olika lägen och alkali tillsättes så att den högsta koncentrationen av effektiv alkali under utförandet av steget (b) är mindre än_ 50 g/1.

12. Metod enligt patentkravet 11, i vilken nämnda steg att tillsätta alkali efter det första läget praktiseras vid mer än två olika lägen och alkali tillsättes så att den högsta koncentrationen av effektiv alkali under utförandet av steget (b) är mindre än 40 g/1.

13. Metod enligt patentkravet 11, i vilken nämnda steg att tillsätta alkali efter det första läget praktiseras vid mer än två olika lägen, och alkali tillsättes så att den högsta koncentrationen av effektiv alkali under utförandet av steget (b) är mindre än 35 g/1.

14. Metod enligt något av patentkraven 8-13, i vilken efter en alkalitillsättning efter det första läget åtminstone 7 % på -ved av effektiv alkali konsumeras av cellulosamaterialet.

15. Metod enligt patentkravet 14, i vilken efter en alkalitillsättning efter det första läget åtminstone 9 % på ved av effektiv alkali konsumeras av cellulosamaterialet.

16. Metod enligt något av föregående patentkrav, i vilken steget (b) praktiseras i åtminstone två olika steg, ett första steg närmare kokarens inlopp, och ett andra steg längre från kokarens inlopp, varvid det andra steget är ett motströms koksteg.

17. Metod enligt patentkravet 16, i vilken det andra koksteget är det sista koksteget.

18. Metod enligt något av föregående patentkrav, innefattande det ytterligare steget att materialet utsättes för motströmstvätt för att väsentligen avsluta koket innan materialet utmatas från den kontinuerliga kokaren.

19. Metod enligt patentkrav 1, innefattande stegen att kontinuerligt och i följd: (a) behandla det finfördelade, cellulosahaltiga, fibrösa materialet med en första kokvätska som har _en första koncentration av effektiv alkali som är större än 10 g/1; (b) vidare behandla materialet med den första kokvätskan för att konsumera alkali från den första kokvätskan så att koncentrationen av effektiv alkali i den första förbrukade kokvätskan reduceras till ungefär 10 g/1 eller mindre; (c) avdragning av den förbrukade första kokvätskan från materialet; (d) behandling av materialet med en andra kokvätska som har en andra koncentration av effektiv alkali större än ungefär 25 g/1 och större än den första koncentrationen, varvid den andra kokvätskan tillför åtminstone 50 % av den totala alkali som skall konsumeras av materialet vid produktionen av kemisk massa; (e) kokning av materialet med den andra kokvätskan vid koktemperatur för att producera kemisk massa och en förbrukad andra kokvätska som har en koncentration av effektiv alkali större än ungefär 15 g/1; och (f) avdragning av den förbrukade andra kokvätskan från massan; och vari steget (e) praktiseras under mer än 30 minuter och vari under de sista femton minuterna koncentrationen av effektiv alkali uttryckt som NaOH eller ekvivalent är 20 g/1.

20. Metod enligt patentkravet 19, i vilken under åtminstone de sista trettio minuterna koncentrationen effektiv alkali är 20-35 g/1.

21. Metod enligt patentkravet 19 eller 20, i vilken ungefär 80 % eller mer av den totala mängden vitlut och total alkali som skall användas för att producera massan tillsättes i steget (d) som den andra kokvätskan.