Sulfatmassaprocessen

Sulfatmassaprocessen

Sulfatmassaprocessen har fått sitt namn efter natriumsulfat , (Na2SO4) som är den kemikalie som man förr ersatte svavel- och natriumförluster i processen med. Numera är förlusterna normalt små och behovet av natriumsulfat litet.

Kokvätskan vid sulfatkokning kallas vitlut. De verksamma beståndsdelarna är natriumhydroxid (NaOH) och natriumsulfid (Na2S). Vitluten innehåller även andra kemikalier, till exempel natriumkarbonat (Na2CO3) och natriumsulfat, vilka dock inte deltar i ligninutlösningen.

Luten i massan efter sulfatkoket kallas svartlut och tvättas ut ur massan efter kokningen. Efter tvättningen går massan till efterbehandlingar som silning, blekning och torkning. Svartluten förs till återvinningssystemet. Luten som förs till återvinning kallas också returlut.

Sulfatmassafabrikerna är kända för att de luktar "sulfat". Det som luktar är bland annat olika svavelhaltiga gaser, till exempel svavelväte och metylmerkaptan. Numera samlas gaserna ihop och bränns för att minimera luktproblemen.

Energin återvinns
Vid kontinuerlig kokning återvinns en del av det tillförda värmen genom att ångan från expansionscyklonen förvärmer flisen. Detta gör att värmeförbrukningen blir låg vid kontinuerlig kokning, 2,0-2,5 GJ/ton massa.

Vid konventionell satsvis kokning blåses det 170-gradiga kokarinnehållet till en blåstank. Vattnet i returluten expanderar och frigör en stor mängd ånga. Denna ånga tar man till vara för varmvattenberedning men värmen kommer inte kokeriet till godo. Den satsvisa kokaren förbrukar därför nästan dubbelt så mycket ånga som den kontinuerliga kokaren. Med Super Batch-kokning minskas värmeförbrukningen till ungefär samma nivå som den kontinuerliga kokarens.

Vedhanteringen är i stort sett lika för alla massaprocesser. Veden kommer till fabriken som rundved eller som flis från sågverken. Rundveden barkas i stora, svagt lutande och roterande trummor, 4-6 meter i diameter och upp till 60 meter i längd. Barken lossnar när stockarna gnids mot varandra och mot trummans vägg. Barken används sedan som bränsle i fabrikens ångpannor.

Den barkade veden huggs till flis i en huggmaskin. Det är viktigt vid kokningen att flisen har jämn storlek. Därför sållas den och bitar som är för stora sönderdelas och återförs före sållen.

Flisen lagras i stackar och matas sedan ut från stackens botten genom ett system av skruvar och transportörer och förs till kokeriet.

Massakokning kan ske på två sätt: satsvis eller kontinuerligt.

Vid satsvis kokning (batchkokning) fylls kokaren med flis, vitlut och svartlut. Kokvätskan som dras av genom silar cirkuleras med en pump till en värmeväxlare, där vätskan värms med ånga, och sedan tillbaka till kokaren, figur 4.

Satsvis kokning

Temperaturen höjs till cirka 170°C efter ett kokschema som är anpassat till massakvalitet och vedråvara. När kokningen är klar öppnar man en ventil i botten av kokaren och den töms (blåses) till en blåstank. Kokaren satsas sedan på nytt och en ny kokcykel påbörjas.

Man har flera kokare i ett satsvis koken. Antalet beror på kokarnas storlek och fabrikens produktion.

Vid kontinuerlig kokning matas flis och vitlut in i kokarens topp i en kontinuerlig ström och färdigkokt massa blåses kontinuerligt ut från kokarens botten.

Kontinuerlig kokare

Kokaren är i princip ett stort vertikalt rör där flisen/massan rör sig nedåt, figur 5. Processen sker i flera steg:

  1. Förbasning med ånga i flisficka.
  2. Basning med ånga i ett basningskärl. Luften i flisen drivs ut för att underlätta för kokvätskan att tränga in i flisbitarna.
  3. Impregnering, där kokvätskan tränger in i flisens hålrum. Impregneringen sker i ett separat kärl, som i figur 5, eller i kokarens övre del.
  4. Kokning, då ligninet löses ut.
  5. Tvättning i kokarens nedre del.

Uppvärmningen sker i ett eller flera cirkulationssystem med silar och värmeväxlare eller med ånga som sätts till direkt i kokartoppen. Kokningen avbryts genom att kallare vätska tillförs i samband med att massan tvättas. I botten av kokaren pumpar man då in lut från ett efterföljande tvättsteg. Tvättvätskan går i motström mot masspelaren och förtränger den heta luten, som dras av genom en sil till en cyklon. Luten avger ånga i cyklonen där trycket är lägre. Ångan leds till basningskärlet där den basar och förvärmer flisen.

Kokningen styrs genom satsad alkalimängd, koktid och temperatur så att man når det kappatal som är lämpligt för den avsedda massakvaliteten. Massa som skall blekas bör ha så litet lignin som möjligt kvar, det vill säga lågt kappatal, så att förbrukningen av blekkemikalier hålls nere. Det är viktigt av såväl miljöskäl som produktionsekonomiska skäl.

Tvättning och silning. Det är viktigt att massan efter kokningen tvättas så ren som möjligt. Lut som är kvar i massan ger ökad kemikalieförbrukning i blekeriet, större miljöpåverkan och sämre massakvalitet. Dessutom förloras brännbar substans och kokkemikalier.

En vanlig tvättapparat efter batchkokerier är trumfiltret. Andra tvättanordningar är den kontinuerliga diffusören eller radialtvätten och tryckdiffusören. Tvättpressen är en kombination av tvättfilter och press.

För att få massan tillräckligt ren måste man ha flera tvättsteg. En filtertvätt kan till exempel ha fyra filter i serie. I andra fall används olika tvättanordningar, till exempel en kombination av kokartvätt, kontinuerlig diffusör och tvättfilter.

Efter kokningen innehåller massan föroreningar i form av bark, kvist, okokt flis och spel (fiberknippen). Dessa tas bort i silar, med perforerade silplåtar som släpper igenom fibrer (accept) och avskiljer större partiklar (rejekt). Man har också hydrocykloner (virvelrenare) för att ta bort framför allt sand. Flis och kvist kokas om och spelen mals i raffinörer och återförs till massan.

Sedan massan tvättats och silats bleks den ofta och torkas slutligen.

Torkning. Vid integrerade bruk pumpas massan direkt till pappersbruket. Skall massan säljas torkas den till 90 procents torrhalt i en torkmaskin. Denna består av tre huvuddelar: våtparti, pressparti och torkparti.

Massan som spätts till 1-1,5 procent pumpas till maskinens inloppslåda. Från inloppslådan strömmar massan ut på virapartiet. Viran är en ändlös duk av vävd plast. Under den finns suglådor som suger vatten ur massan.Förutom suglådorna,sitter pressvalsar på virapartiet Normalt finns det en eller flera filt pressar, med varsin filt. Massabanan leds sedan till presspartiet som vanligen har två -tre par pressvalsar. Efter pressningen är torrhalten cirka 45-50 % procent.

Förr torkade man massan över ett stort antal ångvärmda torkcylindrar. Moderna torkmaskiner har fläkttorkar med luftkudde där massan passerar mellan rader av blåslådor inbyggda i ett torkskåp.

FläkttorkFigur 6. Fläkttork

I torken blåses varm torkluft mot massabanans undersida. Massabanan bärs som på luftkuddar ett par millimeter över blåslådorna. Torkluften avger värme till massan så att vattnet avdunstar.
Den våta luften leds ut genom övre delen av torkskåpet och förvärmer ingående torkluft i en värmeväxlare. Torkluften värms sedan vidare i ångbatterier i torkskåpet.

Den torkade massan skärs till ark som läggs i staplar av önskad vikt, oftast 200 kg. Arkstaplarna pressas i en balpress, emballeras, märks och går på transportörer till magasin. Allt sker helautomatiskt.

Torkmaskinen förbrukar mycket värme. Det som påverkar värmeförbrukningen är framför allt torrhalten efter presspartiet och effektiviteten av värmeåtervinningen ur den varma våtluften.

Källa: Jirvall, Nils (red.) (1995). Miljöinfo från Skogsindustrierna. Stockholm, Media express.