SE524896C2 - Blekning av cellulosamassa med klordioxid i två faser med uppvärmning mellan faserna - Google Patents

Description

524 896 2 nedflödestornet. Genom denna tornkonstruktion erhålles ett kompakt bleksteg samtidigt som värmen från uppströmstornet strålade ut i nedflödesstornet.

I WO;A;01/96656 (med prioritet 13 juni, 2000), visas att den kända kombinationen med uppflödes och nedflödestorn i ett klordioxidsteg kan anpassas till olika cellulosamassor. Här anges att vid anpassning av klordioxidsteget till barrvedsmassa (softwood/SW) så kan uppehållstiden vara längre, angivet till 2-4 timmar, än vad uppehållstiden kan vara för lövvedsmassa (hardwood/HW), angivet till 10 minuter-2,5 timmar, men i vissa fall identisk (överlappande). Vad avser temperaturen så kan den vara lägre för barrmassa, 50-70 °C, och för lövvedsmassa 60-85 °C, men således inte nödvändigtvis lägre för barrvedsmassan. I denna anpassningsstrategi anges även att de angivna villkoren skall vara tillämpliga för såväl första, andra som tredje klordioxidsteg (D0-, D1- respektive Dz-steg). l ingen av dessa nämnda kända lösningar användes en selektiv justering av temperaturen mellan faserna i uppflödestornet och nedflödestornet i bleksteget.

Det har visat sig att blek- och delignifieringsprocessen i ett Do steg där ingående cellulosamassa har en hög halt restlignin, typiskt över kappa 7 och ofta över kappa 10, skiljer sig väsentligen från de blekprocesser som sker i efterföljande Dj samt D2 steg i en flerstegssekvens, där halten restlignin pà ingående massa till D1 är mycket låg, typiskt väl under kappa 6.

Likaså finns det normalt i cellulosamassan vid blekning av lövved som framställts enligt sulfatkokprocesser (antingen batch eller kontinuerlig kokning, konventionellt åtföljt av syrgasdelignifiering efter kokningen) men innan första klordioxidsteg, en hög halt av organiska syror som ger dålig ljusstabilitet pà slutblekt massa. Dessa organiska syror önskar man ta bort selektivt i speciellt löwedsmassor, och detta görs effektivast med en högtemperaturbehandling vid sura betingelser under längre tid, typiskt 1-3 timmar. Denna teknik visade redan E.Venemark 1963 i SE,C,225253(=GB1.062.734). 0302se3-nya kravdoc 20 25 30 524 896 3 En kombination av ett konventionellt DQ-steg med efterföljande sur behandling vid kraftigt förhöjd temperatur och lång uppehàllstid beskrivs i D.Lachena| & C.Chirat, 1998 Pulping Conference, "High temperature chlorine dioxide delignification: A breaktrough in ECF bleaching of hardwood kraft pu|ps", s. 601-604. Här användes dock ett konventionellt Do-steg med lång uppehàllstid.

Upnfinninqens svfte och ändamål Det har överraskande visat sig att i ett första klordioxidsteg, ofta benämnt D0- steg, så skall detta första Do-steg i en första fas köras vid konventionell låg temperatur på 6011 0 °C med mycket kort uppehållstid och först därefter köras i en andra fas vid en kraftigt förhöjd temperatur 90:10 °C och lång uppehàllstid. Genom detta förfarande erhålles en förbättrad gränsviskositet om 20-30 enheter (mätt i dmS/kg), relativt ett modifierat hett första Do-steg som anpassats för att destruera de oönskade organiska syrorna.

Med ett första klordioxidsteg, så kallat DO steg, avses härefter ett bleksteg där en klormultipel på minst 1,0 användes, d.v.s. minst 1 kg aktivt klor satsat per kappatal på ingående massa, eller alternativt att en total satsad mängd av aktivt klor överstigande 10 kg/BDMT massa (Bone Dry Metric Tonne), och där inget föregående steg med satsning av aktivt klor över dessa nivåer användes i bleksekvensen.

Det huvudsakliga syftet med uppfinningen är att erhålla ett bättre Do-steg där man erhåller högsta möjliga massastyrka samtidigt som massan blir lättblekt till önskad slutljushet i efterföljande bleksteg.

Ftitningsförteckning Figur 1, visar en lämplig processutrustning där lövvedsmassa bleks med klordioxid i enlighet med uppfinningen; Figur 2, visar den förbättrade viskositeten erhållet med kort kall första fas vid 60 °C under 3- 6- eller 12 minuter, före ett 120 minuters steg vid 90 °C. 0302sc3-nya krav.doc 20 30 524 896 i! Detalierad Beskrivning av föredragna utförindsformer I figur 1 visas en processutrustning med vilket det uppfinningsenliga förfarande kan tillämpas. Här sker blekning av cellulosamassa vid medelkonsistens 7-22 %, företrädesvis mellan 10-14 %, i ett första bleksteg med klordioxid. Massan 1 matas frán en föregående sulfatkokning och oftast även med en föregående syrgasdelignifiering till ett massastup 2. Massan till bleksteget har ett ingående kappatal över 7,0. I massastupet 'kan en värmning ske med ånga ST1. I massastupet etableras en massanivà, och en MC-pump 3 är anordnad i stupets botten. Massan trycksättes med pumpen 3 till minst 2 bars övertryck (2 atö), företrädesvis 4-8 bars övertryck.

Massan leds därefter till en andra värmningsanordning 4 och en mixer 5 i serie, där klordioxid C102 inblandas i massan med mixern efter det att massan getts rätt temperatur i värmningsanordningarna.

Temperaturen på massan i denna position skall hållas låg, i intervallet 60:10 °C.

Massan leds därefter till reaktorn 6 vid etablerad reaktionstemperatur vilken reaktor består av uppflödestorn 6a och ett nedflödestorn 6b kopplade efter varandra i serie. Uppflödestornet 6a är här en grövre massaledning som ger en uppehållstid/stigtid i uppflödestornet på 1-30 minuter vid en normerad produktion. l enlighet med uppfinningen så skall massan blekas i en första fas i detta uppflödestorn vid låg temperatur under en uppehållstid understigande 30 minuter, och direkt efter denna första fas utan föregående tvätt uppvärmes massan minst 10 °C, varefter massan ges en uppehållstid vid denna förhöjda temperatur i en andra fas i intervallet 60-200 minuter, företrädesvis 100-180 minuter och typiskt cirka 120 minuter. Massan kan därför som visats i figuren uppvärmas i övergången mellan uppflödetornet 6a och nedflödestornet 6b med åtminstone en uppvärmningsanordning, företrädesvis en ångmixer 12.

Lämpligen kan uppehàllstiden under den första fasen understiga 20 minuter, och än mer företrädesvis understiga 10 minuter. Det är dock nödvändigt att en viss minsta reaktionstid etableras för denna första fas, varför uppehállstiden i den första fasen bör uppgå till minst 30 sekunder och företrädesvis minst 1 0302se3-nya kravdoc 20 25 30 524 896 s* minut. Denna minsta uppehållstid ger klar distinktion mot eventuella klordioxid satsningar där uppvärmning eventuellt ligger omedelbart efter inmixning av klordioxiden. Konventionellt brukar dock alltid etablering av ”rätt” eller önskad reaktionstemperatur ske före det att klordioxiden inblandas i massan.

Vid uppehàllstider på 1-3 minuter så kan den första fasen etableras i en rörledning på några tiotals meter, vilken rörledning i form av en U-böj kan dras i ett och samma horisontalplan, eller i ett vertikalplan, eventuellt átföljt av en andra fas vid förhöjd temperatur i en uppflödesreaktor.

Temperaturökningen erhàllen med värmaren/mixern 12 inför den andra fasen är i intervallet 10-30 °C, vilket ger en starttemperatur för det andra steget i intervallet 90:10 °C .

Nedflödestornet har en volym som hydrauliskt fylld med massa medför en uppehállstid på 60-200 minuter vid normerad produktion.

Uppehällstiden pà massan i reaktorns nedflödestorn kan regleras genom att nivån i nedflödestornet regleras till önskad nivå genom nivágivaren, dp- givaren, som är kopplad till utmatningspumpen 9. För att underlätta utmatningen från nedflödestornet 6b finns en roterande skrapa 8 i tornets botten.

Efter utpumpningen via pumpen 9 leds massan till en tvättpress, där massan tvättas med renare processvatten PW. Detta processvatten kan företrädesvis i slutna bleklinjer, där processvatten leds i motström mot massaflödet, vara filtrat från efterföljande tvättsteg(icke visade). I Den andra värmningsanordningen 4 och värmningsanordningen 12 kan lämpligen utgöras av åtminstone en statisk (visad) eller dynamisk àngmixer igenom vilken massan strömmar under tillsättning av ånga direkt till massan. I en statisk mixer kan en spaltmixer med reducerad massaströmningsarea lokalt vid àngtillsättningen användas, eller en konventionell statisk mixer där ångan tillsättes ett pluggflöde i massaledningen. En dynamisk mixer kan vara av en typ motsvarande en enkel vispmixer eller en flerzoners spaltmixer av en typ motsvarande en DUALDMIX (tidigare benämnd MC-mixer).

O302sc3-nya krav.doc 10 20 25 30 524 896 c Såsom visats i figuren kan den andra värmningsanordningen 4 men även värmningsanordningen 12 även kompletteras med eller bara utgöras av en vätskemixer igenom vilken massan strömmar under tillsättning av via en pump 30 trycksatt överhettad processvätska. Vid sådan uppvärmning sker en något högre grad av nedspädning av massa-koncentrationen. Denna processvätska kan företrädesvis vara filtrat WF från en tvättanordning 10 anordnad att tvätta massan efter klordioxidsteget, vilket filtrat värmts med ånga ST2 i en indirekt värmeväxlare 31 till erforderlig temperatur på processvätskan.

I figur 2 áskådliggöres det överraskande resultatet från försök. Här jämföres viskositeten på slutblekt massa fràn en D*(EOP)D sekvens, ett hett DO-steg (D*=12O minuter, 90 °C) med olika kombinationer av en kort kallare fas före den varmare slutfasen i DO-steget, med uppehållstider på 3- 6- samt 12 minuter i den kallare fasen.

Utgångsmassan för blekningen i försöken har varit lövvedsmassa med kappatal på 11,4, och (EOP)-steget har hållits likartat med samma förbrukning av peroxid, 3 kg/BDMT, samma sats av alkali, 15 kg/BDMT, och samma slut pH vid 11,0.

Utmärkande är den påtagliga förbättringen av viskositeten främst med de korta stegen om 3 och 6 minuter, vilket för en massa med slutljushet på ISO 90 ger en viskositet som är cirka 25 enheter bättre (907 vs. 932). Men även för en kallare fas på 12 minuter erhålles en förbättring.

För denna provserie har i första D-steget (D* I D(OP)D sekvensen) använts 15,9 kg CIOQ räknat i aktivt klor per ton massa (ADMT), och totala satsningen av CIO2 räknat i aktivt klor per ton massa (ADMT) i båda klordioxidstegen uppgick till 23, 31 respektive 38 kg för respektive slutljushet på cirka 89 % ISO, 90 % ISO respektive 91 % ISO.

Genom denna modifiering av DÛ-steget kan man till stor del kompensera för den styrkeförlust som annars blir resultatet av att köra Do-steget med högre temperatur (90i10 °C), relativt konventionellt Do-steg vid lägre temperatur 0302sc3-nya kravdoc 524 896 l (60110 °C), vilken styrkeförlust för DO-steg vid hög temperatur typiskt ligger i intervallet 5-10 % av den fullblekta massans viskositet.

Och man kan helt undvara den styrkeförlust pà massan som erhålles genom att bara Iagerhàlla massan i ett lagringstorn vid sura betingelser, làng tid och hög temperatur, vilket annars tillämpas för att destruera de oönskade organiska syrorna.

O302sc3-nya krav.doc

Claims (1)

1. 20 524 896 S' PATENTKRAV . Förfarande för blekning av cellulosamassa i ett första klordioxidbleksteg i en bleksekvens med ett till första klordioxidbleksteget ingående kappatal över 7, där massan blekes vid medelkonsistens och först värmes till en primärtemperatur i intervallet 60:10 °C, varefter klordioxid inblandas i massan, varefter massan vid etablerad primärtemperatur leds till ett första fas k ä n n e t e c k n a d av att massan blekes i denna första fas under en uppehállstid understigande 20 minuter, och direkt efter denna första fas utan föregående tvätt uppvärmes minst 10 °C, varefter massan ges en uppehällstid vid denna förhöjda temperatur i en andra fas i intervallet 60- 200 minuter, företrädesvis 100-180 minuter. . Förfarande enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d av att uppehàllstiden i den första fasen är understigande 10 minuter. . Förfarande enligt krav 1 eller 2 k ä n n e t e c k n a d av att uppehàllstiden i den första fasen är minst 30 sekunder och företrädesvis minst 1 minut. . Förfarande enligt krav 1, 2 eller 3 k ä n n e t e c k n a d av att temperaturökningen inför den andra fasen är i intervallet 10-30 °C, vilket ger en starttemperatur för den andra fasen i intervallet 901-10 °C . 0302se3-nya kravdoc