NO129262B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for blekning av lignocellulosemateriale.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for oksygenblekning. av lignocellulosemateriale, f.eks. masser fra ved.

Lignocellulosemateriale i fiberform anvendes kommersielt

som råmateriale for fremstilling av papir, kartong, bygnings-plater etc. For mange anvendelser har materialet for dårlig lys-

het og må blekes.. Den dårlige lysheten skyldes tilstedeværelsen av lighin som er bundet til cellulosefibrene i materialet.

Blekningen er spesielt nødvendig i forbindelse med ligno-cellulosematerialer som er fremstilt ved sulfat eller kraftmetoden. Sulfatmasse inneholder betydelige mengder av restlignin og dette

lignin er strukturelt vanskeligere å behandle med kjemikalier enn restlignin i sulfitmasse. Blekningen er hovedsakelig en delignifi-seringsmetode. I almindelighet anvendes klor for å starte

blekningen av lignocellulosemasse og etterfølges av ekstraksjon av den klorbehandlede masse med alkali, f.eks. natriumhydroksyd. Disse behandlinger etterfølges så åv én eller flere oksydative eller ekstraktive behandlinger. For sulfatmasse er det vanligvis nødvendig å anvende minst fem trinn med vasking mellom hvert trinn for å fremstille en fullstendig bleket masse. Serien klo-rering - alkalibehandling - kloridoksyd - alkalibehandling - k lor dioksyd,, forkortet C-E-D-E-D, er en, typisk kommersi-ell fremgangsmåte. Andre serier som omfatter hypoklorit og alkalisk peroksydtrinn er også kjente. I det siste er det fore-slått blekeserier som inneholder et alkalisk oksygentrinn. I oksygenbehandlingstrinnet behandles massen i alkalisk miljø med oksygengass under trykk. Oksygentrinnet kan gå forut for eller etterfølge et kloreringstrinn.

Fra svensk patent nr. 334 286 er det kjent å bleke

masse som er behandlet i alkalisk miljø med oksygengass, med en blanding av klor og klordioksyd.

I en konvensjonell kraft- eller sulfatfabrikk som anvender blekeserien C-E-D-E-D, utgjør spillvannet fra blekeriet 20% av det totale BOD (biologiske oksygenbehov) fra fabrikken. I tillegg utvikles det giftige stoffer i form av klorfenoler som er gjort løselige i kloreringstrinnet. Størsteparten av massede-lignifiseringen, som bidrar til BOD, finner sted i alkaliseringstrinnet. Innføringen av oksygen i alkaliseringstrinnet medfører en oksydativ nedbrytning av de organiske rester. Lignende reak-sjoner finner sted i et alkalisk oksygentrinn som følger etter et kloreringstrinn. Spillvann fremstilt ved både delserien CO og et første trinn med alkalisk oksygenbehandling ligner hverandre meget. BOD-målinger på disse spillvann indikerer høyere verdier enn dem som man oppnår fra ekstraksjonstrinn i en konvensjonell serie slik som C-E-D-E-D.

Lovgivningen i Nord-Amerika presser en til å eliminere BOD-innholdet av alle spillvann som slippes ut, og den observerte økning ved alkalisk oksygenbehandling kan vise seg å være uaksep-tabel. En løsning av problemet er å brenne spillvannet i gjenvinningstrinnet for svartlut i cellulosefabrikken. Dersom imidlertid det alkaliske oksygentrinnet følger etter et kloreringstrinn, vil brenningen av spillvannet fra denne delen av blekeserien innføre en stor mengde klor i brennerne i gjenvinningssystemet for svartlut. Dette kan gi en eksplosjonsrisiko. Andre vanskeligheter som er forbundet med et slikt system er muligheten for å holde tilbake klorid i smeiten som er fremstilt i gjenvinningssystemet for svartlut, og dette vil resultere i en opp-bygning av klorid i systemet ettersom materialet resirkuleres.

På den annen side, dersom den alkaliske oksygenbehandling er første trinn i blekeserien, vil brenningen av spillvannet gi få problemer, idet den kjemiske sammensetning tilsvarer svart-luten selv. Dette har den ytterligere fordel at man kan gjenvin-ne natriumverdiene fra smeiten og muligheten for å anvende disse i oksygenbleketrinnet. Brenningen av spillvann fra et første alkalisk oksygenbleketrinn gir således en økonomisk og teknisk fordel. Imidlertid er ett oksygenbleketrinn ikke tilstrekkelig til å bleke mange masser til det ønskede lyshetsnivå, og i alminnelighet er det nødvendig med ytterligere bleketrinn. Disse omfatter i alminnelighet reagenser som inneholder klor, og disse gir også problemer ved utslipp av spillvann.

Det er nå funnet frem til en oksygen-kloreringsbleke-serie som anvender reduserte mengder av klorinneholdende reagenser og som kan integreres i gjenvinningssystemet for svartlut i cellulosefabrikken. Denne serien anvender alkalisk oksygenbehandling i første og tredje trinn, med en spesiell klor/klordioksyd-behandling i annet trinn og klordioksydbehandling i fjerde og siste trinn, forkortet 0-C/D-O-D. Spillvannet fra første oksygenbehandling er egnet for tilsetning til gjenvinningstrinnet for svartlut i cellulosefabrikken. Når den anvendes for å bleke en sulfatmasse, gjør fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen det mulig å fremstille et bleket produkt med høy lyshet og liten tilbakegang i lyshet.

Det er således et mål ved oppfinnelsen å skaffe tilveie en effektiv metode for oksygenblekning av lignocellulosemateriale hvor spillvannet fra hovedoksydasjonstrinnet kan innføres i gjenvinningssystemet for svartlut i cellulosefabrikken. Ytterligere formål vil fremgå av det følgende.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for blekning av lignocellulosemateriale består av følgende trinn: 1) I et første trinn behandler man lignocellulosemateriale i vandig alkalisk medium med oksygengass eller en gass som inneholder oksygen ved et trykk som er høyere enn atmosfæretrykket. 2) I et annet trinn bleker man det oksygenbehandlede materiale i vandig suspensjon med en blanding av klor og klordioksyd som har et vektforhold klor:klordioksyd på mellom 98:2 og 80:20, hvor konsentrasjonen av tilgjengelig klor ligger i området 0,11 x Kappa-tallet for

det oksygenbehandlede materiale til 0,3 x Kappa-

tallet for det oksygenbehandlede materiale.

3) Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er karakterisert ved at man i et tredje trinn behandler det klor/klordioksyd-blekede materiale i vandig alkalisk medium med oksygengass eller en gass som inneholder oksygen ved et trykk som er høyere enn atmosfæretrykketj og i et fjerde trinn bleker det oksybenbehandlede materiale fra tredje trinn med klordioksyd.

Når fremgangsmåten anvendes for å bleke masser fremstilt ved sulfatmetoden, kan det alkaliske spillvann fra første trinn resirkuleres gjennom gjenvinningssystemet for svartlut i cellulosefabrikken.

Det alkaliske spillvann fra tredje trinn kan føres til kloakk på vanlig måte eller behandles med brent kalk for utfel-ling av organisk rest som deretter kan fjernes før spillvannet føres til kloakk.

Behandlingen av lignocellulosematerialet med oksygen ut-føres på masser i vandig suspensjon ved en konsentrasjon på fra 3 til 30%. Massen gjøres alkalisk ved behandling med 1 til 5 vektprosent av massen med et alkali. Massen kan også på dette punkt tilsettes et viskositets-stabiliserende middel slik som magnesiumkarbonat, magnesiumoksyd eller magnesiumhydroksyd. Den alkaliske massen utsettes deretter i et trykk-kar for oksygen eller en gass som inneholder oksygen ved et partialtrykk av oksygen i området på fra 2,1 til 14,2 kg/cm i 10 til 45 minutter ved en temperatur i området på fra 100°C til 200°c. I løpet av oksygenbehandlingen ved lav konsentrasjon omrøres massen fortrinnsvis kontinuerlig. Det er foretrukket å behandle den vandige massen først med alkalisk materiale, og deretter å behandle med oksygen under trykk og til slutt å bringe reaksjonsblandingen til reak-sjonstemperaturen. Denne serien har vist seg å gi bedre deligni-fisering av lignocellulosemassen enn når massen oppvarmes før til-setningen av oksygen. Etter avslutningen av oksygenbehandlingen vil massen vanligvis bli vasket med vann. Det alkaliske spillvannet, fra første trinn kan resirkuleres gjennom gjenvinningssystemet for svartlut i en tilknyttet cellulosefabrikk.

Behandlingen.med , en blanding av klor og klordioksyd utføres på massen i vandig suspensjon ved en konsentrasjon på fra 3 til 30% ved 10°C til 40°C. Konsentrasjonen av klor/klordiokaydblandingen er slik at tilgjengelig klor ligger i området fra 0,11 til 0,30 multiplisert med kappatallet av de oksygenbehandlede ligno-cellulosematerialer. Kappatallet er et mål på oksydasjonsbehovet av ligninet i massen som skal blekes. Kappatallet bestemmes etter metoden i TAPPI Standard T236. Vektforholdet av klor til klordioksyd i klor/klordioksydblandingen kan variere mellom 98<:2 >til 80-20 Fortrinnsvis ligger forholdet av klor til klordioksyd i området 95:5 til 80:20 angitt på vektbasis. Behandlingen tar mellom 10 og. 60 minutter. Den klorbehandiede massen vaskes deretter med vann.

I den annen alkaliske oksygenbehandling behandles massen ved 3 til 30% konsentrasjon med 1 til 3% alkali og underkastes deretter behandling med oksygen eller en gass som inneholder oksygen ved et trykk på fra 2,1 til 14,2 kg/cm . Det er foretrukket å anvende et viskositetsstabiliserende middel slik som magnesiumkarbonat, magnesiumoksyd eller magnesiumhydroksyd. Behandlingen fortsettes i 10 til 30 minutter ved en temperatur i området på fra 100°C til 200°C, fortrinnsvis under røring. Massen vaskes deretter med vann.

Massen behandles deretter ved 3 til 30% konsentrasjon med 0,1 til 1,0% klordioksyd ved 60°C til 90°C i 1 til 4 timer. Massen vaskes deretter med vann.

Ved en typisk behandling av en kraft eller sulfatmasse anvendes de følgende reaksjonsbetingelser.

Trinn 1) Alkalisk oksygenbehandling. Massen ved 6,0% konsentrasjon blandes med 3,0% natriumhydroksyd og 1,0% magnesiumkarbonat. Den alkaliske massen behandles deretter ved 130°C i en reaktor med luft ved 14,2 kg/cm 2i 10 minutter under røring. Massen vaskes deretter med vann. Den alkaliske luten og spillvannet fra vaskingen føres tilbake gjennom svartlutsystemet i cellulosefabrikken.

Trinn 2) Klor/ klordioksyd- behandling. Den oksygenbehandlede massen behandles ved 3,0% konsentrasjon med en blanding av 2,16% klor og 0,15% klordioksyd i 10 minutter ved værelsestemperatur. Massen vaskes deretter med vann.

Trinn 3) Alkalisk oksygenbehandling. Massen ved 3,0% konsentrasjon blandes med 1,75% natriumhydroksyd. Den alkaliske massen behandles deretter ved 130°C i en reaktor med luft ved 14,2 kg/cm^ i 10 minutter under røring. Massen vaskes deretter med vann.

Trinn 4) Klordioksydbehandling. Massen behandles ved 12% konsentrasjon med 0,4% klordioksyd ved 80°C i 3 timer.

Alkalien som anvendes i første og annet trinn ved fremgangsmåten vil vanligvis være natriumhydroksyd, imidlertid er også kaliumhydroksyd, natriumkarbonat, kaliumkarbonat eller kalsiumhydroksyd egnet. Magnesiumkarbonat, magnesiumoksyd eller magnesiumhydroksyd kan eventuelt anvendes i første trinn ved fremgangsmåten for å hindre nedbygningen av lignocellulosemasse ved oksygenbehandlingen.

Fremgangsmåten ved foreliggende oppfinnelse gir et bleket produkt som har tilfredsstillende lyshet og viskositet og som samtidig gir et spillvann som lett kan behandles for å redusere forurensningen. I tillegg er kjemikaliekostnadene ved fremgangsmåten lavere enn ved andre oksygenbehandlingsmetoder som gir et produkt med sammenlignbar lyshet.

Verdiene av lyshet, kappatall og viskositet refererer seg til verdier som er oppnådd etter de følgende metoder:

Lyshet: TAPPI Standard T 217m,

218m,

Kappatall: TAPPI Standard T 236

Viskositet: TAPPI Standard T 230sm

Tilbakegang i lyshet er reduksjon i lyshetsverdi målt etter at prøven er oppvarmet i 1 time ved 105°C i en ovn med tvungen sirkulasjon.

Prosenttallene er angitt på basis av vekten av ovntørret lignocellulosemateriale dersom intet annet er angitt.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen.

Eksempel 1

Blekeserien ifølge foreliggende oppfinnelse (0-C/D-O-D) ble sammenlignet med to analoge oksygenblekeserier: O-C/D-E-D og C/D-O-D-E-D. Det ble anvendt to prøver av kraftmasse:

Prøve I var en Øst-kanadisk kraftmasse med et kappatall på 27

og en ubleket viskositet på 35,0; Prøve II var en svensk kraftmasse med et kappatall på 35,5 og en ubleket viskositet på 75,0. Reaksjonsbetingelsene for serien 0-C/D-O-D var som følger:

Reaksjonsbetingelsene for 0-C/D-E-D-serien er som følger:

Reaksjonsbetingelser for C/D-O-D-E-D-serien er som følger:

Resultatene fremgår av tabell I.

Eksempel 2

En øst-kanadisk kraftmasse med et kappatall på 26,2 ble bleket etter to fremgangsmåter 0-C/D-O-D og C/D-E-D-E-D.

Reaksjonsbetingelsene for serien 0-C/D-O-D var som følger:

Reaksjonsbetingelser for serien C/D-E-D-E-D er som følger:

Målingene av viskositet, lyshet og tilbakegang i lyshet ble målt på masser etter avslutningen av begge bleketrinn.

I tillegg ble kappatallet i første blekeserie målt etter første trinn og lysheten etter tredje trinn. Lyshetsmålingene etter det siste trinnet ble utført etter behandling av massen med svoveldioksyd.

Resultatene er vist i tabell II.

Det fremgår at fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse gir det samme lyshetsnivå som de vanlig anvendt bleke-metoder, men forbruker mindre klor og klordioksyd.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for blekriing av lignocellulosemateriale, hvor man i et første trinn behandler lignocellulosemateriale i vandig alkalisk medium med oksygengass'eller en gass som inneholder oksygen, ved et trykk som er høyere enn atmosfæretrykket; og derpå i et annet trinn bleker det oksygenbehandlede materiale i vandig suspensjon med en blanding.av klor og klordioksyd som har et vektforhold klor: klordioksyd på mellom 98:2 og 80:20, hvor konsentrasjonen av tilgjengelig klor ligger,.,i. området 0,11 x Kappa-tallet for det oksygenbehandlede materiale til 0,3 x Kappa-tallet for det oksygenbehandlede materiale; karakterisert ved at man i et tredje trinn behandler det klor/klordioksyd-blekede materiale.i vandig alkalisk medium med oksygengass elier en gass som inneholder oksygen,ved et trykk som er høyere enn atmbs-færetrykket; og i et fjerde trinn bleker det oksygenbehandlede materiale fra tredje trinn i.vandig suspensjon med klordioksyd.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det klorbehandlede materiale, fra tredje trinn som i og for seg kjent behandles med 1 til 3 vekt% alkalisk materiale i vandig suspensjon ved 3 til 30 vekt% konsentrasjon med oksygen eller en gass som inneholder oksygen ved et partialtrykk av oksygen på fra 2,1 til 14,2 kg/cm 2 under røring ved en tempera-, tur i området på fra 100°c til 200°C i 10 til 30 minutter.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at man i løpet av trinn fire behandler lignocellulosemateriale i vandig suspensjon ved'3 til 30 vekt% konsentrasjon med 0,1 til 1, 0 vekt% .klordioksyd ved. 60°c Ttil 90°C i 1 til 4 timer.