Wood chips for kraft and sulfite pulping : evaluation of novel forest-industrial drum-chipping technology

• Wood chipping and the supply of high-quality wood chips are of critical importance for most forest-industrial processes. The quality of wood chips affects product yield, product quality, and processability. Wood chips from a novel type of forest-industrial drum chipper, with a large drum and specially designed wood-chip channels, were evaluated with regard to wood chips for the Kraft and sulfite processes. Wood chips from a full-scale demonstration version of the drum chipper and from a conventional disc chipper at a Kraft mill were compared. The average bulk density and the fractions of oversized and overthick wood chips were similar, but the demonstration drum chipper produced 51% more large accept chips, 11% more total accept chips, and 74% less pin chips and fines. A pilot-scale drum chipper based on the new technology was used to produce short wood chips designed for acidic processes. When the drum velocity was 30-34 m/s and the average wood-chip length 21-22 mm, the fraction of pin chips and fines was 4.2% and the fraction of total accept was 89-90%. When the average wood-chip length was decreased to 17 mm, the fraction of pin chips and fines increased to 8.5% and the fraction of total accept decreased to 80-82%. The pilot drum chipper was used to investigate the influence of using different tree species (aspen, birch, pine, and spruce), processing of wood with different moisture content, and frozen wood. For hardwood (aspen and birch), the fraction of total accept reached ~90% when the average wood chip length was 17 mm. The pilot drum chipper was also used to generate wood chips of heartwood of pine for a comparison of 15 sulfite-process reaction conditions that differed with regard to impregnation and cooking procedures. The analyses included absorption of liquid in a specially designed impregnation reactor, pulp yield, reject, viscosity, kappa number, brightness, fiber properties, and chemical composition as determined using compositional analysis based on two-step hydrolysis with sulfuric acid and pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry. The results reveal in detail how the individual wood constituents were affected by the different treatments, and demonstrate the benefits of using a pressurized impregnation step prior to sulfite cooking.

• När vi producerar massa till papper och kartong vill vi använda så mycket av vedråvaran som möjligt, dvs. ha ett högt utbyte när råvaran konverteras till produkt. Det är viktigt för att minimera transporter, råvaruåtgång och kemikalieåtgång, vilket bidrar till en ekonomiskt bärkraftig process. Ett av processens första steg är att sönderdela stockarna till flis. Hur jämn flisen är i storlek, dess fukthalt och dess packdensitet påverkar hur bra massa det blir.Idag huggs nästan all flis som blir massa med skivhuggsteknik. Skivhuggen uppvisar en hastighetsgradient, vilket leder till att en större andel av råvaran blir till pinnflis och spån. Pinnflis och spån har för små dimensioner för att fungera bra som råvara vid impregnering med kokkemikalier och vid massakok.En ny typ av trumhugg har utvecklats. Trumman har inte den hastighetsgradient som skivhuggen har och borde teoretiskt sett kunna producera en mindre andel pinnflis och spån. För att utvärdera den nya tekniken så jämfördes en fullstor demonstrationshugg baserad på den nya trumhuggstekniken med en konventionell skivhugg på ett sulfatmassabruk. För att utvärdera effekten av trummans hastighet och stockens inmatningsvinkel användes istället en pilothugg baserad på den nya tekniken. Med hjälp av pilothuggen undersöktes också hur fliskvalitén påverkades av stockarnas fukthalt, vilket trädslag det var och om veden var fryst eller tinad.Den nya trumhuggstekniken skapade flis som visuellt liknade den från skivhuggen. För att få bra massa behöver en andel på ungefär 85% av flisen vara acceptflis, dvs. dess dimensioner ligger inom de storleksintervall som industrin har valt att definiera som acceptabel. Den nya trumhuggen gav en andel på 85% acceptflis direkt efter huggning i demonstrationsskala, ett värde som brukar uppnås först efter sållning av flis. Framför allt minskade andelarna av de fraktioner som kan ses som förlust, pinnflis och spån. Dessa småfraktioner stör massaprocessen och även om de kan användas som bränsle innebär det en värdeförlust. Bra huggresultat gick också att få med andra inställningar och varierande råvara. När flis som var betydligt kortare än normalt producerades gick som väntat andelen acceptflis ner, dock fortfarande inom gränser som är industriellt acceptabla. Detta pekar på att den nya trumhuggstekniken kan vara speciellt fördelaktig för sura processer där kortare flis är att föredra.Den nya flisningstekniken användes också för att producera flis från kärnved av tall. En stor andel av vedråvaran i Sverige består av tall, men det är utmanande att använda en stor andel tallkärnved i sulfitprocessen. Flisen användes till försök där 15 olika reaktionsförhållanden jämfördes. Skillnaden mellan de 15 olika reaktionsförhållandena bestod i hur impregnering och sulfitkok utfördes. Resultatet utvärderades genom analys av upptaget av impregneringsvätska i en specialkonstruerad impregneringsreaktor, bestämning av utbytet av massa, rejekt, viskositet, kappatal, ljushet och fiberegenskaper, samt detaljerad analys av råvarans och de 15 produkternas kemiska sammansättning. Försöket gav detaljerad information om hur veden påverkas under olika reaktionsbetingelser och visar tydligt de positiva effekterna av att inkludera ett trycksatt impregneringssteg innan sulfitkoket.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Kemiteknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Chemical Engineering (hsv//eng)

Nyckelord

wood chip

drum chipper

impregnation

pulping

sulfite process

kraft process

Scots pine

Norway spruce

heartwood

frozen wood

moisture content

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)