Kemiallisen massan valmistus

2.1.1 Puunkäsittely

Tehtaiden puunkäsittely tulee olemaan yleensä samanlainen kuin tänään. Puunkäsittely perustuu kuivaan rumpukuorintaan ja puiden pesuun ennen hakkua, siis nyt jo käytössä olevaan teknologiaan. Vanhempia laitoksia uusitaan jolloin vedenkäyttö laskee uusien laitosten tasolle. Veden kierrätys— ja selkeytysjärjestelmä tulee joka laitokseen.

Kuitenkaan ympäristökuormitus jätevedenkäsittelyyn (BHK, ravinteet), ei tule

92

laskemaan suhteessa veden käyttöön, koska se määrä, joka käsiteltävästä puusta irtoaa, on likimain vakio.

2.1.2 Delignil'iointi

Suomen ainoan jäljellä olevan kalsiumbisulfiittitehtaan teknillis—taloudelliset tulevaisuu-den näkymät ovat huonot, ja tehtaan tuotanto on keskeytetty. Rauma—Repola Oy on ilmoittanut sulkevansa Raumalla valkaistua sulfiittia tuottavan tehtaansa vuonna 1992.

Puolikemiallisen NSSC—massan tuotanto kahdella tehtaalla tullee jatkumaan vuoden 1995 jälkeenkin, mutta uusia, tällä delignifiointiperiaatteella toimivia tehtaita ei suunnitella. Kehitteillä olevat uudet delignifiointimenetelmät, esim. orgaanisten liuottimien käyttöön perustuvat prosessit, eivät vielä 1995 ole saavuttaneet kaupallista kehitystasoa, joten niiden käyttöönottoa lähivuosina Suomessa tuskin harkitaan.

Näin ollen sulfaattikeittomenetelmä tulee yhä olemaan pääasiallinen massanval-mistusmenetelmä. Eräät nykyisistä keittämöistä uusitaan ja eräkeittämö saavuttaa vakavan kilpailu—aseman jatkuvatoimiseen keittämöön nähden. Uusissa eräkeittämöissä saavutetaan noin 50 %:n lämpöenergian säästö vanhaan eräkeittämöön verrattuna ja delignifioinnin selektiivisyys hallitaan paremmin. Tästä johtuen delignifiointia eräkeittimessä voidaan jatkaa alhaisemmalle kappatasolle vaarantamatta massan laatua.

Näin jatkettu keitto on myös mahdollinen uusissa vuokeittimissä. Sen sijaan vanhoissa vuokeittimissä varsinkin havumassakeiton jatkaminen alhaisemmalle kappatasolle tuottaa vaikeuksia. Havumassan delignifiointia voidaan uusissa tai uusituissa keittämöissä jatkaa tavanomaiselta kappatasolta 30 — 35 tasolle 22 — 25, ja koivumassan delignifiointia kappatasolta 20 — 24 tasolle 15 — 17. Happidelignifioinnilla voidaan jäännösligniinin määrää vielä huomattavasti vähentää, noin 40 — 50 %.

Nykyisellään Suomen tehtaissa on neljä happidelignifiointilaitosta käynnissä. Varsinkin tiukennetut AOX—päästörajat aiheuttavat sen, että tehtailla massan jäännösliginiinipitoi-suutta on huomattavasti alennettava ennen kloorikemikaleilla suoritettavaa delignifiointia ja massan loppuvalkaisua. Näin ollen on todennäköistä, että lähivuosina tullaan rakentamaan happidelignifiointilaitoksia monelle suomalaiselle sellutehtaalle.

Happidelignifiointilaitokset tulevat olemaan nykyisten kaltaisia keskisakeudessa toimivia, yksivaiheisella hapen sekoituksella ja tehokkaalla pesulla varustettuja. Sekä keiton että happidelignifionnin jälkeistä pesua tehostetaan uusilla lisälaitteella.

2.1.3 Valkaisu

Massan valkaisussa tapahtuu asteittainen kehitys, lähinnä kloorikemikaalien vähentämis-tarpeesta johtuen. Miten nopeasti muutokset tapahtuvat Suomen sellutehtaissa riippuu nykyisten valkaisimoiden teknisestä kunnosta tai viranomaisten asettamista päästörajoi-tuksista. Uudessa tai uudistetussa tehtaassa jatketun keiton ja happidelignifioinnin ansiosta valkaisimoon saapuvan massan jäännösligniini on alle puolet siitä, mitä se on vanhassa tehtaassa. Tästä johtuen hapettavien valkaisukemikaalien tarve on vastaavasti pienempi. Tehokkaamman pesun ansiosta pesuhäviön kuluttama valkaisukemikaalien määrä pienenee. Ruskean massan lajittamon tehostamisella pienenee myös valkaisukemi-kaalien käyttö massan epäpuhtauksien poistossa. Tehokkaimmilla kemikaalisekoittimilla voidaan vähentää kemikaalien yliannostustarvetta. Yhteisvaikutuksena nämä toimenpiteet voivat vähentää hapettavien valkaisukemikaalien määrää aktiivikloorina mitattuna tavan-omaisesta arvosta noin 100 kg arvoon 50 kg massatonnille laskettuna.

Nykyiset modernit valkaisimot ovat tyypillisesti viisivaiheisia, joissa happamat ja emäksiset vaiheet vuorottelevat. Ensimmäinen vaihe on hapan kloorivaihe. Osa kloorivaiheen kloorikaasusta on jo korvattu klooridioksidilla, jolla syötetylle elementaa-rikloorimäärälle laskettuna on viisinkertainen hapetuspotentiaali. Koivumassan valmistuksessa dioksidisubstituutio on jo monessa tehtaassa 100 %. Ilavumassalla

substituutioaste on huomattavasti alhaisempi mutta selvästi noususuunnassa. Viiden vuoden kuluessa, kun klooridioksidin valmistuskapasiteettiä on tarpeeksi nostettu, voi havumassan kloorivaiheen klooridioksidin substituutioaste, laskettuna aktiivikloorina, olla noin 50 %. Korkeammalla substituutioasteella klooridioksidin tehokkuus heikkenee ja aktiivikloorin määrää valkaisussa on nostettava.

Kloorikaasun käyttöä on syytä vähentää, koska kloori aiheuttaa paitsi hapetus— myös korvausreaktioita ligniinin kanssa. Näin kloorautuu orgaanista ainetta, muodostaen mm.

pieniä määriä kloorifenoleja sekä erittäin pieniä määriä kloorattuja dibenzodioksiineja ja dibenzofuraaneja.

Seuraava valkaisuvaihe on emäksinen uuttovaihe. Tämäkin on muuttumassa hapettavaksi valkaisuvaiheeksi, koska massaan syötetään happea ja joissakin tapauksissa myös vetyperoksidia. Näin ollen alkalivaihe yhä enemmän muistuttaa happidelignifiointia, varsinkin jos alkalivaihe paineistetaan ja lämpötilaa nostetaan.

Massan varsinainen valkaisu eli vaaleuden nosto tapahtuu perinteisesti klooridioksidilla, yleensä kahdessa eri vaiheessa, joiden välissä on emäksinen uuttovaihe. Koska esivalkaisun jälkeinen jäännösligniini edellä selostettujen muutosten jälkeen on alhainen, voidaan varsinainen emäksinen uuttovaihe korvata yksinkertaisemmalla happamuuden säädöllä ensimmäisen dioksidivaiheen pesurilla.

2.1.4 Kemikaalien talteenotto

Mustalipeän talteenotto tehostuu massan pesulaitteiden kehityksen myötä. Pidemmälle viety delignifiointi ennen kloorikemikaalien käyttöä lisää myös talteenotetun mustalipeän määrää. Toisaalta happidelignifiointi vaatii prosessilämpöä, joten siitä saatu osittain jo hapetettu jäteliemi ei huomattavasti vaikuta tehtaan lämpötaseeseen. Mustalipeän haihdutus ja väkevöinti nostetaan korkeampaan kuiva—ainepitoisuuteen. Nykyinen 65

%:n keskiarvotaso nousee 75 %:n tasoon. Tehtaat hankkivat uusia ja uusivat vanhoja väkevöintiyksiköitä lisähaihdutuskapasiteetiksi.

Soodakattilat säilynevät nykyisenlaisina. Uudet yksiköt ovat suurempia ja korvaavat 2 -3 vanhaa. Mustalipeän väkevöinnillä saavutetaan kuiva—ainetonneina laskettuna suurempi polttokapasiteetti. Mustalipeän kuiva—aineen nostolla on myös huomattava ilmansuojelu-vaikutus, koska rikkipäästöt soodakattilasta vähenevät oleellisesti. Tämän lisäksi rakennetaan yleisesti uusiin soodakattiloihin savukaasupesurit.

Kaustistamon nykyiset käytössä olevat tyypit tehokkaine viherlipeän selkeytyksineen ja valkolipeän ja meesan pesun painesuotimineen säilyvät ennallaan.

Meesan poltto tapahtuu yhä edelleen pyörivissä uuneissa, mutta sikäli kuin uuneja tai niiden varusteita uusitaan, märät pesurit korvataan kuivilla sähkösuotimilla. Väkevien hajukaasujen poltto meesauunissa tulee vähentymään, koska monessa tehtaassa asennetaan erilliset hajukaasujen polttojärjestelmät, joiden poistokaasuista rikkidioksidi pestään pois ja palautetaan prosessiin. Myös laimeiden hajukaasujen keräily tehostuu ja hajukaasuja sisältävää ilmaa ruvetaan käyttämään kattiloiden palamisilmana. Laimeiden hajukaasujen keräily tehostuu mm. pesemössä, sikäli kun otetaan käyttöön uusia rumpupesureita korvaavia pesulaitteita, joista tulee huomattavasti vähemmän poistoilmaa.

215 Vaikaisukemikaalien valmistus

Pääasiallisina hapettavina valkaisukemikaaleina säilyvät yhä:

° kloori

• klooridioksidi

• happi

° vetyperoksidi

Happamuuden säätöön käytetään natronlipeää sekä rikkidioksidia, jota myös käytetään hapettavien kemikaalien jäänteiden poistamiseen. Näiden käytössä pyritään tekemään, ja tulee myös tapahtumaan seuraavia muutoksia:

• kloorin käyttö vähenee

• klooridioksidin käyttö lisääntyy

• hapen käyttö lisääntyy

• vetyperoksidin käyttö lisääntyy

Lipeää käytetään valkaisussa kloorauksen jälkeen. Kloorin käytön vähentämisen myötä lipeän tarve myös vähenee, tosin vain noin puolet kloorin käytön vähenemästä. Tästä tulee epätasapainoa kloorin ja lipeän kulutuksen suhteeseen verrattuna nykytilanteeseen.

Lipeää tarvittaisiin samanaikaisesti rikittömänä täydennyskemikaalina keittokemi-kaalikierron sulfiditeetin säätöön. Tarve korostuu entisestään, kun rikkiemissiot ilmakehään rajoitetaan, ja rikkidioksidi palautetaan pesureista yms. prosessiin. Vaihtoeh-toisen natriumlähteen, natriumkarbonaatin markkinat ovat rajalliset, ja muita lipeän tuotantotapoja käytännössä ei vielä ole. Hapetetun valkolipeän käyttö valkaisun ensimmäisessä alkalivaiheessa voisi tulla kysymykseen, koska tällä tavoin voitaisiin poistaa ylijäämärikkiä tehtaan kemikaalikierrosta valkaisujäteliemen mukana. Valkoli-peän sulfidin täytyy silloin hapettaa sulfaatiksi, koska se muuten kuluttaisi hapettavia valkaisukemikaaleja. Koko lipeämäärää ei voi korvata hapetetulla valkolipeällä ilman että kemikaalikiertoon lisättäisiin rikkiä. Ympäristönsuojelun kannalta on kuitenkin rikkitasapainon hoitaminen tällä tavalla kyseenalaista.

Kloorin ja lipeän ainoa merkittävä tuotantotapa on toistaiseksi natriumkloridin elektrolyyttinen hajoitus. Suomessa selluteollisuuden valkaisulaitokset ovat melkein ainoat molekyylikloorin ja natronlipeän kuluttajat. Kloorin kulutus on viime vuosina jatkuvasti vähentynyt ja tämä suuntaus jatkuu lähivuosina. Sen sijaan vastaavaa vähennystä ei esiinny natronlipeän kulutuksessa. Natronlipeän ja kloorin kulutuksen epätasapaino on aiheuttanut huomattavan natriumlipeän hinnankorotuksen.

Klooridioksidia valmistetaan natriumkloraatista monella eri prosessilla. Muutamaa tehdasta lukuunottamatta Suomen sellutehtaat käyttävät rikkidioksidia ja/tai rikkihappoa klooridioksidin valmistukseen, jolloin sivutuotteena syntyy natriumsulfaattia. Klooridiok-sidin käytön lisääntyessä kaikkea natriumsulfaattia ei voida käyttää enää keittokemi-kaalien täydennyskemikaalina. Kloraatti voidaan pelkistää klooridioksidiksi rikkidioksi-dilla, kloridilla tai metanolilla. Suuri rikkiylijäämä saadaan rikkidioksidipelkisteisessä Mathieson—prosessissa, jonka takia suuntaus on ollut kloridipelkisteisiin menetelmiin.

Näiden haittapuolena on katsottu olevan molekyylikloorin muodostuminen sivutuotteena klooridioksidiliuokseen. Tästä syystä ori siirrytty metanolipelkistystä käyttävään prosessiin, jossa molekyylikloorin pitoisuus liuoksessa on melko alhainen, mutta joka taas perustuu rikkihapon käyttöön. Kun ilmansuojelutoimenpiteillä rajoitetaan rikkidioksidin päästöjä ilmakehään muodostuu tehtaan kemikaalikierron rikkitase sellaiseksi, ettei rikkidioksidi— ja metanolipelkisteissä klooridioksidiprosesseissa muodostunut sulfaatti enää mahdu tehtaan kemikaalikiertoon.

Kloraattia ja klooridioksidia voidaan myös sähköenergian avulla valmistaa integroidusti suolahaposta tai kloorista. Koska tämä menetelmä vaikuttaa yleensä myös kloori-lipeätaseeseen lisäämällä kloorin tuotantoa ja vastaavasti tuotetun lipeän määrää, on sen laajempaa käyttöönottoa harkittu. Rajoituksina ovat kasvavat käyttökustannukset ja korkea investointi. Näin ollen integroituja kloraatti—klooridioksidilaitoksia tuskin rakennetaan kuin muutama vuoteen 1995 mennessä. Yksi on nyt käynnistynyt. Koko-naisuutena valkaisukemikaalien valmistus ja keittokemikaalien täydennys sekä rikki-natrium—tase ovat ajankohtaisia selluteollisuuden pulmia, jotka on lähitulevaisuudessa ratkaistava.