FI75615C - Foerfarande foer saenkning av svartlutens viskositet. - Google Patents

Description

1 75615

Menetelmä mustalipeän viskositeetin alentamiseksi -Förfarande för sänkning av svartlutens viskositet

Keksintö kohdistuu menetelmään se I I uIoosakeItosta saatavan mustalipeän viskositeetin alentamiseksi ja haihdutettavuu-den parantamiseksi.

Haihdutettaessa su Ifaa11imusta I ipeää korkeaan (60 - 75 %) kuiva-ainepitoisuuteen lipeän viskositeetti kasvaa jyrkästi. Samalla haihdutettavuus huononee huomattavasti koska musta-lipeää tarttuu Iämpöpintoihin, jolloin lämmönsiirto lämpö-pinnoilta mustalipeään heikkenee. Haihduttimen teho siis laskee. LämmönsiirtopinnoiI I a saattaa tämän takia tapahtua myös ylikuumenemista. Korkeassa kuiva-ainepitoisuudessa virtausnopeus esim. I ameIiihaihduttimen IämpöpinnoiI I a pienenee ja lopulta tahmea mustalipeä estää läpivirtauksen täys i n.

Jatkokäsittelyn kannalta olisi edullista haihduttaa lipeä mahdollisimman korkeaan kuiva-ainepitoisuuteen, jolloin jäteliemen tehollinen polttoarvo on suurempi kuin märän liemen ja soodakattilan höyrynkehitys on vastaavasti suurempi.

Ruotsalaisen patenttihakemuksen SE 8400904 mukaan on tunnettua alentaa mustalipeän viskositeettia, haihduttamon jälkeen välittömästi ennen soodakattilaa, hapettamalla lipeä, jolloin soodakattilaan pystytään johtamaan kuiva-ainepitoisuudeltaan kuivempaa lipeää. Hapetusreaktio, joka aikaansaadaan sekoittamalla lämmitettyä hapettavaa kaasua (ilmaa) lipeään, aiheuttaa lipeän lämpötilan nousun, jolloin lipeä on helpommin juoksevaa. Menetelmä vaatii suhteellisen monimutkaisen laitteiston hapettavan kaasun jakamiseksi tasaisesti lipeään. Menetelmä soveltuu käytettäväksi lähinnä välittömästi ennen soodakattilaa, jolloin lipeän lämpötila nousee ja pumpattavuus paranee ennen soodakattilaa. Mikäli menetelmää käytetään ennen Ioppuhaihdutusta hapetusreaktiossa syntyvä C02 ja orgaaniset hapot laskevat lipeän pH:ta, mikä saattaa johtaa ligniinin kondensoitumiseen ja lämpö- 2 75615 pintojen voimakkaaseen likaantumiseen.

On ennestään tunnettua, että viskositeetti on riippuvainen mustalipeän sisältämän suurimoIekyyIisen ligniinin määrästä. Aikaisemmin on viskositeetti saatu laskemaan poistamalla suurimoIekyyIinen Iigniinifraktio.

Suomalaisesta patenttijulkaisusta 66035 onkin tunnettua poistaa se I IuIoosakeiton jäte Iiuoksesta orgaanista ainetta, joka käsittää liuoksessa olevan suurimoIekyyIisen fraktion. Fl 66035:n mukaan suurimoIekyyI inen fraktio poistetaan u11rasuodattamaI I a tai saostamalla. Saostaminen tapahtuu hapettamalla liemi. Näin saadaan viskositeetti laskemaan huomattavasti jäljellä olevassa jäte I iemessä.

UItrasuodatusmeneteImä, jolla suurimoIekyyI inen fraktio erotetaan jäteI iemestä, edellyttää kuitenkin kalliita ja mittavia laitteistoja. Samoin saostaminen vaatii suhteellisen monimutkaisen laitteiston. Kemikaalien lisäys saostumisen aikaansaamiseksi vaikuttaa koko järjestelmän kernikaaIitasapainoon. Jatkuvatoimisessa keitossa erotusoperaatiosta tulee hankala. Erotusoperaatio ei myöskään ole helposti säädettävissä tai muunneltavissa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut haitat ja aikaansaada menetelmä, jossa mustalipeän viskositeettia ennen loppuhaihdutusta voidaan alentaa jakamatta mustalipeä eri fraktioihin, jotka sitten olisi käsiteltävä er i kseen.

Esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että mustalipeän lämpötila nostetaan keittoIämpötiI an yläpuolelle sopivimmin 1 70 - 1 90° C:seen siinä olevien suurimoIekyyIis ten I igniinifraktioiden pi Ikkomi seks i.

Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan alentaa koko musta Iipeämäärän viskositeettia hallitusti il 3 75615 - ilman hankalaa erotusoperaatiota - ilman suuria kalliita laiteinvestointeja sekä erä- että jatkuvan keiton ollessa kyseessä.

Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan nostaa olemassa olevan haihduttamon kapasiteettia tai uutta haihduttamoa mitoitettaessa voidaan konsentraattorin lämpöpinta mitoittaa pienemmäksi. Lisäksi voidaan lipeän Ioppukuiva-ainepitoisuut-ta nostaa tekemättä oleellisia muutoksia paineistukseen tai laitteistoon, jolloin polton lämpötalous paranee. Virtausvastuksen pienetessä lipeän pumpattavuus paranee ja pumpun tehon tarve pienenee.

Tutkittaessa erikokoisten I igniinifraktioiden absoluuttisia määriä keittoparametrien funktiona sooda- ja su Ifaa11ikei-tossa voitiin todeta seuraavaa: - soodakeitossa suurimoIekyyIisen ligniinin abso-luuttimäärä kasvaa keiton alussa ja saavuttaa s i tten vakiotason - su Ifaa11ikeitossa suurimoIekyyIisen ligniinin määrä aluksi kasvaa ja saavuttaa maksimin, minkä jälkeen sen määrä alkaa pienentyä ligniinin pilkkoutuessa sulfidin vaikutuksesta kuten seuraavas-ta taulukosta voidaan nähdä.

Sulfiditeetti Keittoaika M > 10000 M > 5000 % min. % g/kg k.p. % g/kg k.p.

35 10 3 6,4 11 23,4 35 50 9 30,0 20 66,7 35 110 9 32,1 22 78,4 35 170 7 25,1 22 78,8 25 140 12 41,1 29 96,0 25 170 10 34,5 22 75,9 0 10 7 9,6 18 24,7 0 110 14 40,2 32 91,9 0 170 17 52,5 33 101,8 4 75615

Voidaan todeta, su I f iditeetin ollessa 35 %, että suurimole-kyyli fraktio (M > 10000) 25,1 g/kg k.p. on pienentynyt 170 mi n.keittoajan jälkeen 110 mi n.keittoaikaan verrattuna, jolloin määrä oli 32,1 g/kg k.p. Samaten voidaan todeta, että su I fiditeetin ollessa 25 % suurimoIekyyIifraktio on pienentynyt ajan kuluessa. Su I fiditeetin ollessa nolla molekyylien pilkkoutumista ei voida todeta. Hyvän tuloksen aikaansaamiseksi on siis vältettävä hapetusta, jotta rikki säilyisi su I f i id ina.

Pilkkoutuminen on siis sitä tehokkaampaa mitä korkeampi sul-fiditeettitaso on, mutta normaaIikeitossa 20 - 35 % sulfidi-teettia IueeI I a kulumaton jäännös- sulfidimäärä on tarkoitukseen riittävä.Pelkistävää ainetta kuten rikkiä tai poly-sulfidia voidaan joissakin tapauksissa lisätä pilkkoutumisen ed i stämi seks i.

Yllättäen todettiin, että lämpötilan nosto normaalin keit-tolämpötilan yläpuolelle 170 - 190°C:een nopeuttaa suuri- molekyylisen Iigniinifraktion piIkkoutumisreaktiota siinä määrin, että jo 1 - 5 minuutin viiveaika korotetussa lämpötilassa on riittävä aiheuttamaan pilkkoutumisen ja viskositeetin laskun. On myös todettu, että Ca-IigniinikompIeksit, jotka aiheuttavat likaantumista haihduttamossa, hajoavat lämpökäsittelyn vaikutuksesta.

Edellä esitetyn mukaan viskositeettia voidaan alentaa itse musta I ipeässä ilman IisäkemikaaI eja tai erotusoperaatiota joko keittoprosessin tai haihdutuksen yhteydessä yksinkertaisella painekuumennukseI I a. Lämpötilaa voidaan nostaa myös erillisessä kierto Ioopissa , joka on kytketty keitto-

II

5 75615 prosessiin, erikoisesti jatkuvatoimisen keiton ollessa kyseessä .

Lämmitykseksi voidaan valita kulloinkin taloudellisin järjestelmä, epäsuora tai suora höyry Iämmitys, tai esimerkik-s i sähkö Iämmi tys.

Kuviossa on osoitettu lämpökäsittelyn vaikutus mustalipeän viskositeettiin. Musta Iipeänäytteitä, joiden kuiva-ainepitoisuudet olivat 65 %, 70 %, 75 % tai 80 %, I ämpökäs i te I-ti in 190°C:ssa. Viskositeetti mitattiin ennen lämpökäsittelyä sekä 1 min., 5 min. ja 60 min. jäI keen.Lämpökäsitte I y vaikutti viskositeettiin kuvion osoittamalla tavalla. Esimerkiksi 70 - 73 % kuiva-ainepitoisuuden omaavan lipeän viskositeetti on laskenut 60 minuutin lämpökäsittelyn jälkeen samalle tasolle kuin n. 65 % kuiva-ainepitoisuuden omaavan käsittelemättömän lipeän viskositeetti eli normaalin polttolipeän tasolle.

Tehdaslipeän jatkokuumennuksen vaikutus lipeän viskositeettiin ilmenee seuraavista mittaustuloksista. Myös Na2S tai NaOH -lisäyksen vaikutus huomioidaan. Kyseessä on Kamyr-keitosta saatu mustalipeä, jonka kuiva-ainepitoisuus oli 71 %.

Lisätty kerni kaal i Kuumennus Lärrpötila Viskositeetti min. °C mPas Käsittelemätön lipeä 200 1 190 78 60 190 40

Na2S 60 120 158

Na2S 60 190 32

NaOH 20 190 63

NaOH 60 190 52 6 75615 Lämpökäsittelyn vaikutus viskositeettiin on siis ilmeinen. 120°C:n lämpökäsittely kyllä alentaa viskositeettia, mutta ei läheskään yhtä paljon kuin käsittely 190°C:eessa. Pelkkä minuutin lämpökäsittely alentaa viskositeettia 200 mPas:sta 78 mPas:iin. Na2S -lisäyksellä näyttää olevan pieni viskositeettia alentava vaikutus, NaOH:n lisäyksellä sitä vastoin e i .

Tämän keksinnön mukaisesti pystytään täten alentamaan musta-lipeän viskositeettia haihdutettavuuden ja lipeän siirron parantamiseksi. Muunnelmat ovat mahdollisia patenttivaatimusten määrittelemän suojapiirin puitteissa.

Il

Claims (6)

1. Menetelmä selluloosakeitosta saatavan sulfaattimustalipeän viskositeetin alentamiseksi ja haihdutettavuuden parantamiseksi lämpökäsittelemällä sitä, tunnettu siitä, että mustalipeän lämpötila nostetaan keittolämpötilan yläpuolelle, sopivimmin 170 - 190°C:een, siinä olevien suurimolekyylisten ligniinifraktioiden pilkkomiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mustalipeän lämpötila ylläpidetään korotettuna 1-60 minuutin ajan, sopivimmin 1-5 minuutin ajan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mustalipeän lämpötila nostetaan välittömästi keiton jälkeen.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, t u n -n e t t u siitä, että mustalipeän lämpötilaa nostetaan keittoprosessiin kytketyssä kiertoloopissa.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mustalipeän lämpötila nostetaan välittömästi ennen loppuhaihdutusta.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mustalipeään lisätään pelkistävää ainetta kuten rikkiä tai polysulfidia.