FI92725B

FI92725B - Menetelmä keittolipeän valmistamiseksi

Info

Publication number: FI92725B
Application number: FI915482A
Authority: FI
Inventors: Kaj Henricson
Original assignee: Ahlstroem Oy
Priority date: 1991-09-09
Filing date: 1991-11-21
Publication date: 1994-09-15
Also published as: JPH06101187A; FR2681081A1; JPH07122226B2; SE9202561D0; FI92725C; FI915482A0; CA2077216C; CA2077216A1; FI915482A; SE512614C2; SE9202561L; PT100847A; US5340440A

Description

92725

MENETELMÄ KEITTOLIPEÄN VALMISTAMISEKSI

Keksintö kohdistuu sellun valmistuksessa tarvittavien 5 keittolipeiden tuottamiseen rikkipitoisuudeltaan korkeasta mustalipeästä.

Valmistettaessa selluloosaa sulfaattimenetelmällä käsitellään puu natriumhydroksidin (NaOH) ja natriumsulfidin 10 (Na2S) sisältävällä valkolipeällä, jolloin ligniiniä liukenee ja selluloosakuidut vapautuvat. Sulfiditeetti on normaalisti 30-40 % (sulfiditeetti tarkoittaa natriumsulfi-din määrän suhdetta keitossa käytetyn natriumsulfidin ja natriumhydroksidin yhteenlaskettuun määrään). Alhaisem-15 massa sulfiditeetissa keitto vaikeutuu ja hidastuu, ja massan laatu heikkenee, korkeammassa sulfiditeetissa puolestaan keittokemikaalien talteenotto vaikeutuu. Korkea rikkipitoisuus aiheuttaa mustalipeää soodakattilassa poltettaessa korroosio-ongelmia ja nostaa kattilan rikki-20 päästöjä.

Kuitenkin on jo pitkään tiedetty, että valkolipeän korkea sulfiditeetti keitossa parantaa massan viskositeettia ja fysikaalisia ominaisuuksia. Tiedetään myös, että korkea 25 sulfiditeetti on edullisempi keiton alussa kuin keiton myöhemmissä vaiheissa. Tällöin on tarkoituksenmukaista, jos käytössä on sulfiditeetiltaan erilaisia keittolipeitä käytettäväksi sopivasti keiton eri vaiheissa. Rikkipitoisuudeltaan korkeaa keittolipeää käytetään keiton alussa ja 30 rikkipitoisuudeltaan alhaista lipeää syötetään keittoon myöhemmissä vaiheissa. Korkeaa rikkipitoisuutta on kuitenkin vältetty mm. aikaisemmin mainittujen korroosio-ongelmien ja rikkipäästöjen takia.

35 Toisaalta on tunnettua, kuten on esitetty mm. FI-hakemuk-sessa 903454, että haihdutuksen yhteydessä, siis ennen P1020+/T3 2 92725 soodakattilaa, voidaan mustalipeästä irrottaa rikkiä kaasumuodossa. On havaittu että jopa 30-60 % mustalipeän rikistä voidaan irrottaa kuumentamalla mustalipeää yli 200 °C:ssa. Näin voidaan soodakattilaan tai vastaavaan tal-5 teenottoprosessiin, kuten kaasutukseen tai pyrolyysiin, menevän mustalipeän rikkipitoisuutta laskea merkittävästi ja siten välttää edellä mainitut haitat.

Mustalipeän kuumennuksessa syntyvä rikkipitoinen kaasu 10 sisältää dimetyylisulf idia, joka voidaan muuttaa rikkivedyk si ja elementaaririkiksi. Näitä rikkiyhdisteitä voidaan käyttää hyväksi valmistettaessa sulfiditeetiltaan korkeita keittoliuoksia. FI-patenttihakemuksessa 914252 on esitetty, miten soodakattilassa tuotetuista, rikkipitoisuudeltaan 15 erilaisista sulista voidaan valmistaa vastaavasti sulfidi-teetiltaan erilaisia keittolipeitä.

Yleensä soodakattilasta tai vastaavasta saatu sula liuotetaan veteen natriumkarbonaattia ja natriumsulfidia sisältä-20 vän viherlipeän valmistamiseksi, joka taas kaustisoidaan sammuttamattomalla kalkilla (CaO) natriumhydroksidia ja natriumsulfidia sisältäväksi valkolipeäksi. Kaustisointi vaatii oman laitoksen, joka aiheuttaa sellutehtaalle huomattavia investointi- ja käyttökustannuksia.

25

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa edellämainittuja ongelmia ja valmistaa rikkipitoisuudeltaan korkeasta mustalipeästä kierrättämällä rikkiä soodakattilan tai vastaavan talteenottoreaktorin ohi rikkipitoisuudel-30 taan erilaisia keittolipeitä, joita voidaan käyttää sel-. laisenaan keittämöllä ilman kaustisointia.

Kun lipeää ei kaustisoida, natriumkarbonaatti ei muutu natriumhydroksidiksi, joten keitossa aktiivinen kemikaali 35 on natriumsulfidi ja osittain natriumkarbonaatti. Sulfidi-teetti-käsite tällöin luonnollisesti muuttuu, ja se tulisi

II

P1020+/T3 3 92725 ymmärtää sinä sulfiditeettina, mikä olisi saatu, jos lipeä olisi kaustisoitu.

Esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on olennais-5 ta, että ainakin osasta mustalipeää erotetaan rikkiä ja näin saadusta rikkipitoisuudeltaan alkuperäistä mustalipeää alhaisemmasta mustalipeästä valmistetaan sula, josta tehdään keittolipeää, ja mustalipeästä erotettu rikki otetaan talteen ja käytetään rikkipitoisuudeltaan korkean keittoli-10 peän valmistamiseksi.

Korkealla rikkipitoisuudella tarkoitetaan sopivimmin pitoisuutta, joka ylittää keitossa perinteisesti käytettyä sulfiditeettia, ts. 30-40 %, vastaavan rikkipitoisuuden.

15

Keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan monia etuja. Soodakattilan rikkikuormitus alenee, kun rikkiä erotetaan mustalipeästä ennen kattilaa. Näin rikkipäästöt ja korroosio-ongelmat vähenevät. Talteenotettu rikki käytetään 20 hyväksi valmistettaessa sulfiditeetiltaan korkeaa keittolipeää, jota voidaan käyttää keiton alussa, ja siten parantaa massan laatua ja saantoa. Lisäksi saadaan normaalisulfidi-teettista keittolipeää käytettäväksi keiton loppuvaiheessa.

25 Keittolipeitä ei kaustisoida, mutta silti saadaan hyvälaa-: tuista massaa. Tämä on mahdollista, koska keitossa on rikkipitoisuus keskimäärin nostettu yli normaalin, jolloin natriumsulfidi korvaa osittain natriumhydroksidin roolin keitossa. Lisääntynyt natriumkarbonaattipitoisuus keitossa 30 on myös aktiivinen keittokemikaalikomponentti.

Kaustisoinnilta välttyminen alentaa huomattavasti sellutehtaan investointi- ja käyttökustannuksia. Keittimöllä joudutaan mahdollisesti käyttämään paremmin rikkikorroosiota 35 kestäviä materiaaleja, mutta tämä kustannus on vain osa P1020+/T3 — - n__ 92725 4 kaustisointilaitoksen ja meesauunin aiheuttamista kustannuksista.

Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti tuotetaan 5 rikkipitoisuudeltaan erilaisia keittolipeitä seuraavasti: - rikkipitoisuudeltaan korkeaa mustalipeää painekuumenne-taan tai käsitellään vastaavalla menetelmällä rikin erottamiseksi mustalipeästä ja mustalipeän rikkipitoisuuden alentamiseksi sellaiselle tasolle, että lipeä voidaan 10 polttaa soodakattilassa tai vastaavassa talteenottoreakto-rissa. Sopiva rikkipitoisuus on sellainen, joka vastaa keittolipeän alle 40 %:n sulfiditeettia; - syntynyt rikkipitoinen kaasu käsitellään rikkivedyn ja/tai elementaaririkin tai muun yhdisteen saamiseksi, joka taas 15 reagoi sulan natriumkarbonaatin kanssa natriumsulfidin muodostamiseksi. Sopivia käsittelytapoja on esitetty esimerkiksi suomalaisessa patenttihakemuksessa 914585.

Eräs mahdollinen käsittelytapa on muuttaa rikkikaasut elementaaririkiksi, joka reagoi sulassa muodostaen natrium-20 polysulfidia ja/tai natriumsulfidia; - mustalipeä, josta on erotettu rikkiä, poltetaan soodakattilassa tai vastaavassa sulan saamiseksi, osa sulasta liuotetaan ja syntyvä sulfiditeetiltaan (30-40 %) normaali viherlipeä käytetään keittolipeänä sopivimmin keiton 25 loppuvaiheissa; - talteenotettu rikki lisätään soodakattilasta saadun sulan toiseen osaan, jolloin ainakin osa sen natriumkarbonaatista muuttuu Na2S:ksi ja syntyvä rikkipitoisuudeltaan korkea sula liuotetaan ja muodostuva sulfiditeetiltaan 30 normaalia korkeampi (yli 50 %) viherlipeä käytetään keitto-, lipeänä. Sulaan voidaan lisätä myös muista sellutehtaan rikkilähteistä peräisin olevaa rikkiä. Tällaisia lähteitä ovat haihduttamon ja keittämön poistokaasut, klooridioksidi-laitoksen ja mäntyöljykeittämön jätehapot ja soodakattilan 35 tuhka.

P1020+/T3 5 92725

Edellä mainittujen tapojen lisäksi on mahdollista viedä rikki toisella tavalla keittolipeään esim. korkearikkisen polton tai absorption avulla.

5 Keksintöä selitetään tarkemmin viittaamalla oheiseen kuvioon, jossa esitetään virtauskaaviota keksinnön mukaisesta menetelmästä.

Keitosta, jossa on käytetty sulfiditeetiltaan korkeaa 10 lipeää, saadaan runsaasti rikkiä sisältävää mustalipeää 1, jonka rikkipitoisuus voi olla 60-80%:n sulfiditeettia vastaava. Mustalipeästä irrotetaan rikkiä painekuumennuksel-la tai vastaavalla tavalla. Esimerkiksi hyvin tehokas tapa on mustalipeän lämpökäsittely 2, mielellään yli 200 °C:ssa, 15 jossa syntyy rikkipitoinen kaasu 3, joka sisältää muun muuassa dimetyylisulfidia, metyylimerkaptaania ja rikkivetyä. Orgaaniset rikkiyhdisteet konvertoidaan sinänsä tunnetuilla tavoilla esim. rikkivedyksi, joka reagoi sulan Na2C03:n kanssa muodostaen NaS2:a. Rikkiyhdisteistä osa 20 voidaan konvertoida elementaaririkiksi, joka muodostaa sulaan polysulfidia, jonka on myös todettu lisäävän keiton saantoa.

Lämpökäsittelyssä yli 50 % mustalipeän rikistä voidaan 25 saada erotettua, joten mustalipeän rikkipitoisuus puoliintuu • vastaten normaalia 30-40 %:n sulfiditeettia.

Edellä saatu, rikkipitoisuudeltaan normaali mustalipeä 4 voidaan polttaa soodakattilassa ja saadaan sulaa 5. Osa 6 30 sulasta liuotetaan sellaisenaan ja saadaan rikkipitoisuudeltaan alhaista keittolipeää 7. Tällainen lipeä on sinänsä käyttökelvoton keitossa, mutta sitä voidaan käyttää keiton loppuvaiheissa pH:n säätöön ja loppudelignifiointiin.

35 Toista osaa 8 sulasta ei liuoteta sellaisenaan, vaan siihen lisätään, kuten edellä on esitetty, talteen otettu rikki 9 P1020+/T3 6 92725 (esim. rikkivetynä) sulfiditeetin nostamiseksi. Näin saatu runsasrikkinen sula 10 liuotetaan korkean rikkipitoisuuden omaavan keittolipeän saamiseksi. Tällainen runsasrikkinen keittolipeä 11, jonka rikkitaso on yli 50 %:n , edullisesti 5 yli 60 %:n sulfiditeettia vastaava, on sopiva käytettäväksi keiton alkuvaiheissa ja etenkin hakkeen imeytysvaiheessa.

Tarpeen mukaan on mahdollista valmistaa myös useampaa kuin kahdenlaista keittolipeää käytettäväksi keiton eri 10 vaiheissa jakamalla soodakattilasta tai vastaavasta saatu sula useampaan kuin kahteen osaan ja tuomalla niihin haluttu määrä rikkiä paitsi yhteen osaan, jonka sulfiditeetti pidetään vastaavalla tasolla kuin kattilaan syötetyn mustalipeän rikkipitoisuus.

15

Esillä oleva keksintö ei rajoitu yllä kuvattuun edulliseen suoritusmuotoon, vaan voidaan ajatella monta eri tapaa toteuttaa keksintöä. Yllä kuvatussa suoritusmuodossa koko mustalipeävirta on käsitelty rikin erottamiseksi ja poltettu 20 sitten soodakattilassa. Vaihtoehtoinen tapa on että rikkiä erotetaan osasta rikkipitoisuudeltaan korkeaa mustalipeää, jolloin sen rikkipitoisuus alenee niin, että se voidaan polttaa soodakattilassa tai vastaavassa. Se osa mustalipeää, josta rikkiä ei erotettu, poltetaan reaktorissa, joka 25 kestää korkeaa rikkipitoisuutta. Talteenotettu rikki lisätään tässä reaktorissa tuotettuun sulaan, josta voidaan valmistaa rikkipitoisuudeltaan korkeaa keittolipeää.

30

II

P1020+/T3

Claims

92725

1. Menetelmä sellun valmistuksessa tarvittavien, rikkipitoi-5 suudeltaan erilaisten keittolipeiden valmistamiseksi runsas- rikkisestä mustalipeästä, missä menetelmässä mustalipeää lämpökäsitellään rikin erottamiseksi siitä ja tästä mustalipeästä valmistetaan sula, tunnettu siitä, että - mustalipeästä erotettu rikki otetaan talteen; 10. sula jaetaan ainakin kahteen osaan; - ensimmäinen osa sulaa liuotetaan ensimmäisen keittolipeän valmistamiseksi; ja - toiseen osaan sulaa lisätään talteenotettu rikki, ja sula liuotetaan toisen, rikkipitoisuudeltaan korkean 15 keittolipeän valmistamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että keittolipeät käytetetään kaustisoimattomina selluloosan keitossa. 20

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mustalipeästä erotetun ja talteenotetun rikin ohella käytetään rikkipitoisuudeltaan korkean keittolipeän valmistukseen sellutehtaan muista rikkilähteistä, kuten 25 keittämön ja haihduttamon poistokaasuista, klooridioksidi-; laitoksen ja mäntyöl jykeittämön jätehapoista tai soodakatti lan tuhkasta, peräisin olevaa rikkiä.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen 30 menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen tuotetun keittolipeän rikkipitoisuus vastaa sulan tuottoreaktoriin syötetyn mustalipeän rikkipitoisuutta.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen 35 menetelmä, tunnettu siitä, että toisen keittolipeän rikkipitoisuus on vähintään 50 %:n, edullisesti yli 60 %:n sulfidi-teettia vastaava. 92725