NO142091B - Fremgangsmaate ved ozonbehandling av raffinoermekanisk og termomekanisk masse. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved ozonbehandling av raffinørmekanisk og termomekanisk masse, hvor massen behandles i en ozonreaktor direkte etter ett eller flere behandlingstrinn i en skiveraffinør og deretter med høy konsistens, fortrinnsvis med et tørrstoffinnhold på 20-60%, behandles i en modningsreaktor hvor der tilføres lut og eventuelt blekekjemikalier.

Nærmere bestemt angår den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for behandling av raffinør-mekanisk masse (Refined Mechanical Pulp, RMP) og termomekanisk masse (Thermo Mechanical

Pulp, TMP) med ozon mellom to samhørende raffineringstrinn.

Det er tidligere kjent at man ved ozonbehandling av mekaniske masser i betydelig grad kan forbedre massens egenskaper, se i denne forbindelse for eksempel Norsk Skogindustri nr. 2 (1968) 46, nr. 3

(1971) 61, nr. 5 (1971) 135, nr. 10 (1973) 274, nr. 6 (1974) 165

og NO-PS 115.279.

Videre er der i norsk patentskrift nr. 137.651 beskrevet

en fremgangsmåte og anordning til behandling av findelt masse med ozongass uten overtrykk, hvor den ozonbehandlede masse underkastes en lavkonsistens-modning. En videreutvikling av denne fremgangsmåte og anordning er beskrevet i norsk utlegningsskrift nr.

140.771, ifølge hvilken den ozonbehandlede masse bringes direkte over i en høykonsistens-modningsreaktor som er slik konstruert at den totale behandlingstid representert ved gassfasereaksjonstid pluss modningstid blir betraktelig redusert. Følgelig blir også prosessutstyrets størrelse redusert, samtidig som en kombinert modning og bleking av massen kan utføres uten tilleggsutstyr.

I NO-PS 131 996 er der beskrevet en fremgangsmåte ved ozonbehandling av papirmasse, som går ut på at massen raffineres i en skiveraffinør ved høy konsistens, hvoretter massen direkte underkastes en ozonbehandling. Herved oppnås en masse med spesielt egnet konsistens og gunstig fysikalsk tilstand, dvs. en lett og luftig eller såkalt fluffet masse, for ozonbehandling uten bruk av spesielle avvannings- og flufferutstyr.

Dette patentskrift gir imidlertid ingen konkrete anvisninger på hvilken freeness eller vannavgivende evne massen bør ha ved ozonbehandlingen eller hvor mange behandlingstrinn massen bør gjennomgå i skiveraffinørene. Heller ikke gir dette patentskrift noen anvisning på en behandling av massen etter ozonbehandlingen som i lys av den foregående behandling gir et vesentlig mindre energiforbruk og en ferdig masse med ytterligere gunstigere riv-

og slitstyrkeegenskaper.

I norsk patentskrift nr. 139.89 5 er der beskrevet én fremgangsmåte ved ozonbehandling av masse, som går ut på at den ferdig defibrerte masse fraksjoneres før ozonbehandlingen, slik at man derved drar nytte av det forhold at en masse får større rivstyrke jo høyere freeness massen har ved ozonbehandlingen.

Videre er der i norsk patentskrift nr. 139.896 gitt anvisning på en fremgangsmåte som drar nytte av det ovennevnte forhold i forbindelse med rejektmasser.

Dersom man med utgangspunkt i den kjente teknikk skulle skaffe en masse som har et slikt freeness-tall at den egner seg for ozonbehandling, ville man gå frem på en av følgende to måter: 1) Man fraksjonerer massen, hvilket medfører en fortynning av massen til såkalt silekonsistens, som vanligvis ligger i området 1% tørrstoff, for å kunne skille ut den grove fraksjon. Denne blir så underkastet en avvanning og fluffing før ozonbehandlingen. 2) Man benytter rejektmasser, som pr. definisjon er en grov masse, og oppkonsentrerer og fluffer denne før ozonbehandlingen, hvoretter den ozonbehandlede masse gjennomløper en konvensjonell rejekt-behandling.

Som beskrevet i de norske patentskrifter 139.895 og 139.876 oppnås der ved ozonbehandling av en grov masse en energibesparelse i forhold til den samme behandling av en mer findelt masse, idet nødvendig energi til avvanning/pressing avtar med økende freeness av massen. Den totale energi som er nødvendig for avvanning av en masse med en freeness på ca. 100 csf (Canadian Standard Freeness) til ca. 35% TS (tørrstoff) ligger i størrelsesorden 60 kWh/odt (oven dry ton), og bare en liten del av denne energi kan innspares ved bruk av en grovere masse fremkommet ved fraksjonering eller representert ved rejektmasse.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er således å komme frem til en fremgangsmåte som muliggjør en fullstendig in-tegrering av ozonbehandlingen i massefremstillingsprosessen, og som gir en vesentlig reduksjon av energiforbruket når hele massefremstillingsprosessen ses under ett. Videre er det en hensikt med oppfinnelsen å gi anvisning på en fremgangsmåte som muliggjør en vesentlig forenkling av det utstyr som inngår i det prosesstekniske anlegg.

Ifølge oppfinnelsen oppnås disse hensikter ved at ozonbehandlingen finner sted under spesielle betingelser mellom to sam-hørende raffineringstrinn, slik at ozonbehandlingen utgjør et fullstendig integrert ledd mellom et første og et annet raffineringstrinn i en kontinuerlig massefremstillingsprosess, og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen erkarakterisert vedfølgende trinn: a) at massen raffineres til en freeness-verdi på minst 200 csf, fortrinnsvis minst 400 csf,før massen underkastes ozonbehandling, b) at den ozonbehandlede masse gis en oppholdstid i høykonsistens-modningsreaktoren begrenset oppad til 30 minutter, fortrinnsvis

under 10 minutter, og

c) at massen ledes fra modningsreaktoren med en konsistens på 8-40%, fortrinnsvis 16r25%, og med en alkalisk pH-verdi i området

7-10 direkte og kontinuerlig til en skiveraffinør eller annen male-anordning.

De ovennevnte trekk innebærer en fremgangsmåte for behandling av RMP og TMP med ozon som muliggjør en vesentlig reduksjon av energiforbruket, dvs. en reduksjon i størrelsesorden 200-500 kWh/odt, samtidig som fremgangsmåten krever et prosessteknisk opplegg for massefremstillingen som er vesentlig forenklet i forhold til apparater brukt ved kjente fremgangsmåter av denne art.

Selv om de ovennevnte kjente ozonbehandlinger isolert kan utføres på masser med et vidt konsistens- såvel som freenessområde, så har der tidligere ikke vært angitt noen konkrete verdier av disse områder som torde anspore til de gunstige energisparende resultater som er oppnådd ved den foreliggende fremgangsmåte.

Før den raffinerte masse fra skiveraffinøren ledes til ozonreaktoren, bør den ha en temperatur på under ca. 70°C for at ozonbehandlingen skal bli så effektiv som mulig.

I raffinøren som følger etter høykonsistens-modningsreaktoren,males massen ned til det for sluttproduktet aktuelle freenessnivå som for avis- og magasinpapir vanligvis ligger i området 80-130 csf.

Konvensjonell raffinering av masser til f.eks. avis- og magasinpapir ved bruk av skiveraffinører foregår vanligvis i et to-trinns anlegg. Basert på dagens teknikk er den optimale for-deling av energien mellom de to raffinører i størrelsesorden 60-75% på første trinn og 25-40% på annet trinn, noe som gir en masse etter første trinns raffinering en freeness-verdi i området 200-

250 csf på en "latency"-fri masse (dvs. etter at fibrene er blitt underkastet en "latency"-behandling for fjerning av de indre spen-ninger i massefibrene).

Det er en rekke faktorer som ligger bak energifordelingen mellom de to raffinørtrinn utover en ren energiøkonomiseringsfaktor. En faktor av spesiell interesse er rivstyrken. Skulle man f.eks.

ved kjent teknikk raffinere en masse til avis- eller magasinpapir ved å velge et høyt freeness-nivå, f.eks. 500-700 csf etter første raffineringstrinn for deretter å male massen ned til omkring 100 csf i det annet raffineringstrinn, ville en økt fiberkutting og følgelig svakere masse som i første rekke erkarakterisert vedlavere rivstyrke, bli resultatet, da man må bruke en større energimengde for nedmaling av massen i det annet trinn (hvilket i praksis vanligvis gjøres ved reduksjon av spalteåpningen mellom skivene i raffi-nøren) .

Også problemet med fiberkutting og lav rivstyrke lar seg

løse ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, idet man ved raffi-nering av den ifølge fremgangsmåten fremkomne ozonbehandlede og alkaliske fibermasse med høy konsistens behøver forholdsvis liten energi for i det annet raffinørtrinn å oppmale massen til en ønsket freeness. Ved den foreliggende oppfinnelse oppnås en så stor reduksjon av energibehovet i det nevnte annet raffineringstrinn at det totale energiforbruk representert ved 1. og 2. trinns raffinering samt ozonbehandlingen er mindre enn den energimengde som er nødvendig ved konvensjonell teknikk for å male massen ned til ønsket freeness.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningen.

Fig. la og lb er forenklede flytdiagrammer over henholdsvis en kjent fremgangsmåte til ozonbehandling av celluloseholdig masse og fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er et diagram som anskueliggjør forskjellen i energiforbruk ved en konvensjonell fremgangsmåte og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 er et diagram som viser sammenhengen mellom energiforbruk og freeness ved ozonbehandling av celluloseholdig masse. Fig. 4 er et diagram som anskueliggjør rivfaktoren som funksjon av ozon-forbruket ved forskjellige freeness-verdier. Fig. 5 viser mengden av utløst organisk materiale som funksjon av freeness-verdiene.

På fig. lb,som er et forenklet flytdiagram over en kjent fremgangsmåte til ozonbehandling av celluloseholdig masse, betegner 1 et slipeapparat eller raffinør som bearbeider et råstoff i form av kubb eller flis til en slipemasse, resp. raffinørmasse. Disse masser kan felles betegnes som mekanisk masse eller celluloseholdig høyutbyttemasse.

Fra apparatet 1 føres den defibrerte masse til et annet måleapparat eller raffinør la, og fra dette føres den findelte mekaniske masse til en fraksjoneringsinnretning 2, hvor massen fordeles i en grovfraksjon som tilføres en avvannings/presse-inn-retning 3,og en finfraksjon som f.eks. tilføres et ikke vist ozoneringsapparat. Med et tørrstoffinnhold på ca. 35-50% føres grovfraksjonen fra awannings/presse-innretningen 3 til en fluffer 4, hvor den gis en lett og luftig konsistens, hvoretter den føres inn i et ozoneringsapparat 5 med omtrent samme tørrstoffinnhold som da den forlot awannings/presse-innretningen 3.

Etter ozoneringsbehandlingen i apparatet 5 føres den behandle^ grovfraksjon direkte inn i en høykonsistens-modningsreaktor 6,hvor:'" den etter en passende modningstid føres gjennom et avvanningsappar 7 og deretter gjennom en etterraffinør 8 for å gjennomgår en slutt behandling som går ut på å homogenisere massen.

Eventuelt kan awanningsapparatet 7 og etterraf f inøren 8 sløyfes.

Et anlegg i likhet med det som er vist på fig. la,er nærmere beskrevet i norsk patentskrift nr. 139.895, hvori også de fordeler som er forbundet med fraksjonering av den raffinerte masse i to eller flere fraksjoner etter partikkelstørrelsen, er angitt. Disse

fordeler går bl.a. ut på en mer effektiv utnyttelse av ozonet,

idet det totale ozonforbruk blir lavere enn om hele massen ble ozonbehandlet uten en foregående fraksjonering. Fraksjoneringen av den raffinerte masse i to eller flere fraksjoner etter partikkel-størrelsen har også den fordel at avvannings/presse-behandlingen av grovfraksjonen eller -fraksjonene enklere lar seg utføre, idet en massesuspensjon er lettere å avsile, jo grovere de suspenderte partikler eller fibre er.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, som er anskueliggjort ved flytdiagrammet på fig. lb, bibeholdes de gunstige egenskaper hos massen som fremgangsmåten ifølge fig. la fremskaffer, samtidig som man oppnår en betydelig besparelse av energiforbruket og en betydelig forenkling av de apparater som er nødvendige for å gjennomføre en kontinuerlig massefremstillingsprosess.

På fig. lb,som er et flytdiagram over fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, betegner 9 et slipeapparat eller en raffinør som på samme måte som raffinøren 1 på fig. la bearbeider et råstoff i form av kubb eller flis til en slipemasse eller raffinørmasse.

I raffinøren 9 blir den mekaniske eller i Gfelluloseholdige høyut-byttemasse raffinert til et freeness-nivå på minst 200 csf, fortrinnsvis minst 400 csf. Den sistnevnte verdi er det dobbelte av det freeness-nivå som konvensjonell teknikk benytter før massen utsettes for ozonbehandlingen og gjennomløper en høykonsistens-modning. Fra raffinøren 9 ledes således massen med en temperatur på fortrinnsvis ikke mer enn 70°C.til et ozoneringsapparat 10

som kan være av den type som er beskrevet i norsk patentskrift nr. 137.651, og som er tilsluttet en modningsreaktor 11, fortrinnsvis av den type som er beskrevet i norsk patentskrift nr. 140.771. Ved bruk av et ozoneringsapparat 10 av den type som er beskrevet i det ovennevnte norske patentskrift, kan behandlingstiden reduseres til et minimum. I modningsreaktoren II gis den ozonbehandlede masse en oppholdstid i alkalisk miljø

på under 30 minutter, fortrinnsvis under 10 minutter, eventuelt under tilsetning av blekekjemikalier. En slik modningstid tilsvarer ca. en tredjedel av den tid som er nødvendig ved kjent teknikk. Fra modningsreaktoren 11 ledes høykonsistens-massen med et tørrstoffinnhold på ca. 10-30%, fortrinnsvis 16-25% og med en alkalisk pH-verdi på 7-10 direkte og kontinuerlig

til et måleapparat eller en raffinør 12, hvor massen males ned til det for sluttproduktet aktuelle freeness-nivå. For avis-

og magasinpapir er dette område vanligvis fra 80 til 130 csf.

På fig. 2 er i kurveform anskueliggjort den energibesparelse som oppnås ved bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen sammenlignet med en konvensjonell fremgangsmåte av denne art. På diagrammet på fig. 2 er der inntegnet kurver som gir sammenhengen mellom energiforbruket ved ozonering av masse og dennes freeness-nivå.

Ved forsøket ble der benyttet to masser som på figuren er betegnet med henholdsvis referansemasse og ozonert masse, idet begge masser ble fremstilt i samme to-trinns raffineringsprosess, hvor en Sprout Waldron skiveraffinør, 42", utgjorde første trinn og en Bauer skiveraffinør, 36", utgjorde annet trinn.

I første raffineringstrinn ble begge masser behandlet på samme måte, mens referansemassen deretter ble raffinert videre på konvensjonell måte og den ozonerte masse ble behandlet ifølge den foreliggende fremgangsmåte.

Dersom man for de ferdige sluttprodukter ønsker en freeness-verdi på 108 csf, ses det at man oppnår en energibesparelse på hele 400 kWh/odt. Imidlertid krever også ozonbehandlingen ut-ført på den ozonerte masse energi. Massen merket "ozonert masse" på fig. 2 ble behandlet med 2,5% 03(vekt-% pr. odt), hvilket betyr totalt 300 kWh/odt, idet der for fremstilling av 1 kg 03kreves 12 kWh.

Netto energibesparelse ved denne freeness-verdi er 100 kWh/c samtidig som man oppnår en ozonert masse med vesentlig høyere styrketall. Generelt vil styrkeøkningen for en granmasse, som det her refereres til, være på ca. 50-70% for slitindeksens og ca. 10-40% for rivindeksens vedkommende.

På grunnlag av de måledata man hittil har kunnet oppnå,kan man danne seg et meget godt bilde av funksjonssammenhengen mellom csf og kWh/odt med og uten ozonbehandling. På fig. 3 er denne funksjonssammenheng vist i ytterligere detalj, idet der av diagrammet på denne figur klart fremgår hvilken reduksjon av energiforbruket som kan oppnås ved økende freeness ved ozonbehandlingen.

I denne forbindelse skal nevnes at man ved raffinering av kjemi-kalieimpregnert flis eller ved kjemikalietilsetning direkte i raffi-nør for fremstilling av mekaniske masser til bruk i avis- og magasinpapir, ikke har kunnet observere noen reduksjon i energifor-

bruket, i motsetning til hva som oppnås ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gir også en mer effektiv utnyttelse av ozonet, regnet somøkning i rivstyrke ved forskjellige freeness-nivåer. På fig. 4 er vist et diagram som anskueliggjør rivfaktoren som funksjon av ozon-forbruket ved forskjellige freeness-verdier. Av diagrammet på fig. 4 fremgår det at den prosent-viseøkning i rivstyrke ved 2,5% ozon er 30% for en masse med 130 csf, mens økningen er hele 63% for en masse med 600 csf.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gir også en gunstig

effekt hva angår mengde utløst organisk materiale i forhold til tidligere kjente teknikker ved ozonbehandling. På fig. 5 er der vist hvordan mengden av utløst organisk materiale er avhengig av massens freeness-verdi. Mengden av utløst organisk materiale er her målt som biologisk oksygenforbrukende materiale sett i rela-sjon til freeness. På grunnlag av de målinger som er foretatt/vil man kunne observere at resultatene er parallelle til dem som er fremkommet i forbindelse med en undersøkelse av ikke-ozonert masse utført av Inder, Norberg, Norrstrøm, Sørmark og Ullmann, slik de er angitt i en rapport "Utslapp vid tillverkning av mekanisk massa" publisert i Meddelelse f rån Svenska Tråforedlingsinstitutet, B:326 (1975).

Claims (3)

1. Fremgangsmåte ved ozonbehandling av raffinørmekanisk og termomekanisk masse, hvor massen behandles i en ozonreaktor direkte etter ett eller flere behandlingstrinn i en skiveraffinør og deretter med høy konsistens, fortrinnsvis med et tørrstoffinn-hold på 20-60%, behandles i en modningsreaktor hvor der tilføres lut og eventuelt blekekjemikalier,karakterisertved følgende trinn a) at massen raffineres til en freeness-verdi på minst 200 csf, fortrinnsvis minst 400 csf, før massen underkastes ozonbehandling, b) at den ozonbehandlede masse gis en oppholdstid i høykonsistens-modningsreaktoren begrenset oppad til 30 minutter, fortrinnsvis under 10 minutter, og c) at massen ledes fra modningsreaktoren med en konsistens på 8-40%, fortrinnsvis 16-25%, og med en alkalisk pH-verdi i området 7-10 direkte og kontinuerlig til en skiveraffinør eller annen male-anordning.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat massen kjøles ned til minst 70°C før ozonbehandlingen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat den ozonerte og modnede masse med alkalisk pH-verdi føres til en skiveraffinør for oppmaling til et freeness-nivå på 70-150, fortrinnsvis 80-130 csf.