Θειική μέθοδος πολτοποίησης

Η μέθοδος Kraft, γνωστή ως μέθοδος πολτοποίησης Kraft ή συνήθως ως θειική μέθοδος πολτοποίησης, είναι βιομηχανική διαδικασία πολτοποίησης για μετατροπή του ξύλου σε χαρτοπολτό που αποτελείται από σχεδόν καθαρές ίνες κυτταρίνης (το κύριο συστατικό του χαρτιού).^[1]

Εργοστάσιο παραγωγής χαρτοπολτού με τη μέθοδο Kraft

Ξυλοτεμαχίδια για χημική πολτοποίηση

Η μέθοδος περιλαμβάνει την επεξεργασία ξυλοτεμαχιδίων υπό πίεση με υπέρθερμο υδατικό διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) και θειούχου νατρίου (Na₂S) -όλα μαζί γνωστά με τον όρο λευκό υγρό (white liquor)- το οποίο διασπά τους χημικούς δεσμούς που συνδέουν τη λιγνίνη, τις ημικυτταρίνες και την κυτταρίνη. Η θειική πολτοποίηση είναι μια αλκαλική μέθοδος πολτοποίησης.^[2]

Η τεχνολογία αυτή περιλαμβάνει διάφορα στάδια, τόσο μηχανικά όσο και χημικά. Σήμερα είναι η κυρίαρχη και βασική μέθοδος χημικής πολτοποίησης για την παραγωγή χαρτιού, σημ. το 85% του παραγόμενου παγκοσμίως (χημικού) πολτού παράγεται με αυτή τη μέθοδο.^[3] Σε ορισμένες περιπτώσεις, από τα εργοστάσια μπορούν να απελευθερωθούν δυσάρεστες οσμές ή/και παραπροϊόντα που σε ορισμένες περιπτώσεις περιέχουν σημαντικά απόβλητα.^[4][5]

Η ονομασία της μεθόδου προέρχεται από τη γερμανική λέξη Kraft, που σημαίνει «δύναμη», λόγω της αντοχής του χαρτιού kraft που παράγεται με αυτή τη μεθοδολογία.^[6]

Ιστορική αναδρομή

Ένα ρολό χαρτί κραφτ

Μία πρόδρομη τεχνική της μεθόδου Kraft χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια των Ναπολεόντειων Πολέμων στην Αγγλία.^[7]

Η μέθοδος kraft (ονομάζεται έτσι λόγω της ανώτερης αντοχής του χαρτιού που προκύπτει, από τη γερμανική λέξη Kraft για «δύναμη») επινοήθηκε από τον χημικό Carl F. Dahl το 1879 στο τότε Γκντανσκ της Πρωσίας. Η αμερικανική ευρεσιτεχνία, U.S. Patent 296.935 που εκδόθηκε το 1884, αφορά την παραγωγή χαρτοπολτού που χρησιμοποιεί αυτή την χημική τεχνολογία. Η πρώτη παραγωγική διεργασία ξεκίνησε στη Σουηδία το 1890.^[8]

Ωστόσο, στην αρχή δεν είχε επιτυχία ούτε και ευρεία χρήση. Αυτό κατέστη δυνατό μόνον μετά την εφεύρεση του λέβητα ανάκτησης από τον Γερμανό G.H. Tomlinson στις αρχές της δεκαετίας του 1930. Αυτό αποτέλεσε το κυρίαρχο ορόσημο στην δραματική και εντυπωσιακή -μετέπειτα- πρόοδο της μεθόδου kraft.^[9] Κατέστησε εφικτή την πλήρη ανάκτηση και επαναχρησιμοποίηση των ανόργανων χημικών τηςπολτοποίησης, έτσι ώστε μια μεθοδολογία τύπου kraft να είναι μια διαδικασία κυκλικού τύπου (closed-loop) σε σχέση με τα ανόργανα χημικά, εκτός από εκείνα που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία της λεύκανσης.

Για το λόγο αυτό, στη δεκαετία του 1940, η μέθοδος kraft πλήρως αντικατέστησε την όξινη θειώδη μέθοδο και έγινε έτσι η κυρίαρχη μέθοδος για την παραγωγή ξυλοπολτού στον πλανήτη.^[8]

Παραγωγική διαδικασία

Εμποτισμός

Τα κοινά ξυλοτεμαχίδια που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή χαρτοπολτού είναι 12–25 millimetres (0,47–0,98 in) μήκος και 2–10 millimetres (0,079–0,394 in) χοντρό. Τα τσιπς κανονικά πρώτα μπαίνουν σε προάτμιση όπου βρέχονται και προθερμαίνονται με ατμό. Οι κοιλότητες μέσα στα φρέσκα ροκανίδια είναι εν μέρει γεμάτες με υγρό και εν μέρει με αέρα. Η επεξεργασία με ατμό κάνει τον αέρα να διαστέλλεται και περίπου το 25% του αέρα να αποβάλλεται από τα τσιπ. Το επόμενο βήμα είναι να κορεστούν τα πατατάκια με ασπρόμαυρο ποτό . Ο αέρας που παραμένει στα τσιπς στην αρχή του εμποτισμού του υγρού παγιδεύεται μέσα στα τσιπ. Ο εμποτισμός μπορεί να γίνει πριν ή μετά την είσοδο των τσιπς στον χωνευτήρα και συνήθως γίνεται κάτω από 100 °C (212 °F) . Τα μαγειρικά λικέρ αποτελούνται από ένα μείγμα λευκού λικέρ, νερού σε τσιπς, συμπυκνωμένου ατμού και ασθενούς μαύρου λικέρ. Στον εμποτισμό, το μαγειρικό υγρό διεισδύει στην τριχοειδή δομή των τσιπς και αρχίζουν οι χημικές αντιδράσεις χαμηλής θερμοκρασίας με το ξύλο. Ένας καλός εμποτισμός είναι σημαντικός για να αποκτήσετε ομοιογενή μάγειρα και χαμηλές απορρίψεις. Περίπου το 40–60% της συνολικής κατανάλωσης αλκαλίων, στη συνεχή διαδικασία, συμβαίνει στη ζώνη εμποτισμού.

Χημική κατεργασία & χώνευση

Στη συνέχεια, τα ξυλοτεμαχίδια υφίστανται δριμεία χημική κατεργασία (χώνευση) μέσα σε συσκευές μεγάλες που ονομάζονται χωνευτήρια (digesters), υπό υψηλή πίεση. Τα σύγχρονα χωνευτήρια μπορεί να φτάσουν σε ύψος και τα 60 μέτρα, ή/και περισσότερο, και αποτελούν την καρδιά του εργοστασίου. Μερικά χωνευτήρια λειτουργούν κατά στάδια (batch process) και άλλα πιο σύγχρονα σε συνεχή ροή (continuous process).

Χωνευτήρια που παράγουν σήμερα 1.000 τόνους ή/και περισσότερο πολτό την ημέρα είναι συνήθεις, με το μεγαλύτερο χωνευτήριο στον κόσμο (Valmet, Σουηδία) να παράγει περισσότερους από 3.500 τόνους ημερησίως.^[10][11] Συνήθως, η θεμελιώδης διεργασία της μεθόδου, η απολίγνωση απαιτεί περίπου δύο ώρες^[12], σε θερμοκρασία περίπου 170-176°C. Υπό συνθήκες πλήρους μαλάκωσης, η λιγνίνη και οι ημικυτταρίνες αποικοδομούνται για να δώσουν πολλά παραπροϊόντα που είναι διαλυτά μέσα στο ισχυρά αλκαλικό διάλυμα. Ο στερεός πολτός (περίπου 50% κατά βάρος της αρχικής μάζας ξύλου) -ίνες σε μορφή υδατοκορεσμένου πολτού- συλλέγεται και υφίσταται πλύση. Σε αυτό το σημείο, ο πολτός ονομάζεται καφετής πολτός λόγω του χαρακτηριστικού χρώματός του. Τα υγρά, γνωστά και ως μαύρο υγρό (λόγω του χρώματός του), περιέχουν πολλά κλάσματα της διασπασμένης λιγνίνης, υδατάνθρακες από τη διάσπαση των ημικυτταρινών, ανθρακικό νάτριο, θειικό νάτριο και διάφορα ανόργανα άλατα.

Κύρια αντίδραση που οδηγεί σε αποπολυμερισμό της λιγνίνης με ανιόντα SH ^- (Ar = αρύλιο, R = αλκυλομάδες), τα οποία μπορούν να διαρρήξουν τους αιθερικούς δεσμούς εύκολα

Μία από τις κύριες χημικές αντιδράσεις που χαρακτηρίζουν τη διαδικασία της θειικής μεθόδου (αλκαλική πολτοποίηση Kraft) είναι η κυρίαρχη διάσπαση των αιθερικών δεσμών από τα πυρηνόφιλα σουλφιδικά (S²⁻) ή διθειώδη (HS⁻) ανιόντα.^[9] Γεγονός που δεν είναι εφικτό να λάβει χώρα μόνον με τα ιόντα Na+ και OH-, ιδίως στη μέθοδο της σόδας.

Διαδικασία ανάκτησης

Η περίσσεια του μαύρου υγρού περιέχει περίπου 15% στερεά υλικά και συγκεντρώνεται σε έναν ειδικό βιομηχανικό αποστακτήρα (multiple effect evaporator).

Μετά το πρώτο στάδιο, το μαύρο υγρό έχει περίπου 20-30% στερεά. Σε αυτή τη συγκέντρωση σαπούνι, το οποίο έχει συστατικά του κολοφωνίου, επικάθεται στην επιφάνεια και αφαιρείται σταδιακά. Το συλλεγμένο σαπούνι επεξεργάζεται περαιτέρω για να γίνει ταλλέλαιο (tall oil). Η αφαίρεση του σαπουνιού βελτιώνει τη λειτουργία εξάτμισης των λοιπών συστατικών σε μεταγενέστερα στάδια που ακολουθούν.

Το ασθενές μαύρο υγρό εξατμίζεται περαιτέρω μέχρι να φτάσει τα 65% στερεά, ή ακόμα και τα 80% στερεά ("βαρύ μαύρο υγρό"^[13]) και υφίσταται πλήρη καύση στο λέβητα ανάκτησης (recovery boiler) για να συλλεχθούν και οι ανόργανες χημικές ουσίες με στόχο την επαναχρησιμοποίηση αυτών στη διεργασία της πολτοποίησης. Υψηλότερα στερεά (%, solids content) στο συμπυκνωμένο μαύρο υγρό αυξάνουν την ενεργειακή και τη χημική απόδοση όλου του κύκλου ανάκτησης, αλλά επίσης δίνουν υψηλότερο ιξώδες, καθώς και καθίζηση των στερεών (βύσμα και ρύπανση του εξοπλισμού).^[14][15] Κατά τη διάρκεια της καύσης, το θειικό νάτριο ανάγεται σε θειούχο νάτριο από τον οργανικό άνθρακα (C) στο μείγμα, ήτοι:

1. Na₂SO₄ + 2C → Na₂S + 2CO₂

Αυτή η αντίδραση είναι παρόμοια με τη θερμοχημική αναγωγή θειικών ενώσεων, όπως στη γεωχημεία.

Τα τηγμένα άλατα από τον λέβητα ανάκτησης διαλύονται σε νερό σε μια διεργασία γνωστή ως "ασθενής πλύση". Αυτό το νερό γνωστό και ως "αδύναμο" λευκό υγρό αποτελείται από όλα τα υγρά συστατικά που χρησιμοποιούνται για την έκπλυση της λάσπης ασβέστη και των ιζημάτων πράσινου υγρού. Το προκύπτον διάλυμα ανθρακικού νατρίου και θειούχου νατρίου είναι γνωστό ως "πράσινο υγρό". Το πράσινο χρώμα του προκύπτει από την παρουσία του κολλοειδούς θειούχου σιδήρου.^[16]

Αυτό το υγρό στη συνέχεια αναμιγνύεται με οξείδιο του ασβεστίου, το οποίο γίνεται υδροξείδιο του ασβεστίου σε διάλυμα, για να αναγεννηθεί το (αρχικό) λευκό υγρό που χρησιμοποιείται στη διαδικασία χημικής πολτοποίησης μέσω μιας αντίδρασης ισορροπίας (το Na₂S φαίνεται επειδή είναι ένα συστατικό του πράσινου υγρού αλλά δεν συμμετέχει στη χημική αντίδραση):

2. Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ ←→ 2 NaOH + CaCO₃

Το ανθρακικό ασβέστιο καθιζάνει από το λευκό υγρό και ανακτάται, αφού πρώτα θερμαίνεται σε ασβεστοκάμινο όπου μετατρέπεται σε οξείδιο του ασβεστίου (άσβεστος).

3. CaCO₃ → CaO + CO₂

Το οξείδιο του ασβεστίου αντιδρά με νερό για να αναγεννηθεί το υδροξείδιο του ασβεστίου που χρησιμοποιείται και στην αντίδραση αρ. 2:

4. CaO + H₂ O → Ca(OH)₂

Ο συνδυασμός των αντιδράσεων 1 έως 4 σχηματίζει έναν κλειστό κύκλο σε σχέση με το νάτριο, το θείο και το ασβέστιο και είναι η κύρια ιδέα της λεγόμενης διαδικασίας επανακαυστικοποίησης, όπου το ανθρακικό νάτριο αντιδρά για την αναγέννηση του υδροξειδίου του νατρίου .

Ο λέβητας ανάκτησης παράγει επίσης ατμό υψηλής πίεσης που τροφοδοτείται σε στροβιλογεννήτριες, μειώνοντας την πίεση ατμού για τη χρήση του μύλου και παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια . Ένα σύγχρονο εργοστάσιο χαρτοπολτού κραφτ είναι περισσότερο από αυτάρκης στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και κανονικά θα παρέχει μια καθαρή ροή ενέργειας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από μια σχετική χαρτοποιία ή να πωληθεί σε γειτονικές βιομηχανίες ή κοινότητες μέσω του τοπικού ηλεκτρικού δικτύου. ^[17] Επιπλέον, τα υπολείμματα φλοιού και ξύλου καίγονται συχνά σε ξεχωριστό λέβητα ισχύος για την παραγωγή ατμού.

Αν και οι λέβητες ανάκτησης που χρησιμοποιούν την εφεύρεση του G.H. Tomlinson χρησιμοποιούνται γενικά από τις αρχές της δεκαετίας του 1930, έχουν γίνει προσπάθειες να βρεθεί μια πιο αποτελεσματική διαδικασία για την ανάκτηση χημικών ουσιών μαγειρέματος.

Η αμερικανική εταιρεία Weyerhaeuser έχει λειτουργήσει με επιτυχία έναν αεριοποιητή ροής μαύρου υγρού πρώτης γενιάς Chemrec στο εργοστάσιό της στη Νέα Βέρνη στη Βόρεια Καρολίνα, ενώ ένα εργοστάσιο δεύτερης γενιάς λειτουργεί σε πιλοτική κλίμακα στο εργοστάσιο της Smurfit Kappa στο Piteå της Σουηδίας.^[18]

Εκτόνωση

Τα ήδη χημικώς κατεργασμένα και υπό μαλάκωση ξυλοτεμαχίδια εκτονώνονται απότομα σε μια δεξαμενή συλλογής που ονομάζεται δοχείο εκτόνωσης που λειτουργεί σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση 1 atm. Αυτό απελευθερώνει πολύ ατμό και πτητικά. Τα πτητικά συμπυκνώνονται και συλλέγονται, στην περίπτωση των κωνοφόρων ξύλων αυτό αποτελείται κυρίως από ακατέργαστo νέφτι.

Διαχωρισμός με κόσκινα

Το κοσκίνισμα του πολτού μετά την πολτοποίηση είναι μια διαδικασία κατά την οποία ο πολτός διαχωρίζεται από μεγάλα συσσωματώματα, μη πολτοποιημένα στοιχεία και ρόζους, όπως και από ακαθαρσίες και άλλα υπολείμματα. Το αποδεκτό είναι ο πολτός (accept). Το υλικό που διαχωρίζεται από τον πολτό ονομάζεται απορριπτέο (rejects).

Το τμήμα κοσκινίσματος αποτελείται από διαφορετικούς τύπους κόσκινων (σίτες) και φυγοκεντρικό καθαρισμό. Τα κόσκινα κανονικά τοποθετούνται σε λειτουργία πολλαπλών σταδίων καταρράκτη επειδή σημαντικές ποσότητες καλών ινών μπορούν να πάνε στο ρεύμα απόρριψης όταν προσπαθούν να επιτύχουν τη μέγιστη καθαρότητα στη ροή αποδοχής.

Οι ίνες που περιέχουν συσσωματώματα και κόμβους διαχωρίζονται από το υπόλοιπο απόρριψη και υποβάλλονται σε επανεπεξεργασία είτε σε ραφινέρα είτε αποστέλλονται πίσω στο χωνευτήριο. Η περιεκτικότητα σε μη κατεργασμένους ρόζους είναι συνήθως 0,5-3,0% στην έξοδο του χωνευτηρίου, ενώ η περιεκτικότητα σε μεγάλα ξυλοτεμαχίδια (μη επαρκώς αποϊνωμένα) είναι περίπου 0,1-1,0%.

Πλύση

Το καφέ υγρό οδεύει για τα στάδια της πλύσης, όπου τα χρησιμοποιημένα χημικά υγρά (πολτοποίησης) διαχωρίζονται από τις ίνες της κυτταρίνης (πολτό). Συνολικά σε μια μονάδα χαρτοπολτού υπάρχουν 3-5 στάδια πλύσης εν σειρά. Τα στάδια πλύσης τοποθετούνται επίσης μετά την απολίγνωση με οξυγόνο και μεταξύ των σταδίων λεύκανσης. Οι ιμάντες μεταφοράς πολτού χρησιμοποιούν αντίθετη ροή μεταξύ των σταδίων έτσι ώστε ο πολτός να κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση από τη ροή του ύδατος πλύσης. Στην όλη διαδικασία λαμβάνουν χώρα διάφορες διεργασίες: πύκνωση / αραίωση, μετατόπιση και διάχυση.

Ο συντελεστής αραίωσης είναι μέτρο της ποσότητας νερού που χρησιμοποιείται στην πλύση σε σύγκριση με τη θεωρητική ποσότητα που απαιτείται για την εκτόπιση του υγρού από τον παχύρρευστο πολτό. Ο χαμηλότερος συντελεστής αραίωσης μειώνει την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ ο υψηλότερος συντελεστής αραίωσης δίνει συνήθως καθαρότερο πολτό. Το σχολαστικό πλύσιμο του πολτού μειώνει γενικότερα τη ζήτηση χημικού οξυγόνου, το λεγόμενο (COD).

Χρησιμοποιούνται αρκετοί τύποι εξοπλισμού πλύσης:

• Διαχυτές πίεσης
• Ατμοσφαιρικοί διαχυτές
• Ροδέλα τυμπάνου κενού
• Μετατοπιστές τυμπάνων
• Πρέσες

Λεύκανση

Σε ένα σύγχρονο εργοστάσιο πολτού, το καφέ ινώδες υλικό (ίνες κυτταρίνης που περιέχουν περίπου 5% υπολειμματική λιγνίνη) που παράγεται από την πολτοποίηση πλένεται πρώτα για να αφαιρεθεί μέρος της διαλυμένης οργανικής ύλης και στη συνέχεια απομαγνητίζεται περαιτέρω από μια ποικιλία σταδίων λεύκανσης . ^[19]

Στην περίπτωση ενός εργοστασίου που έχει σχεδιαστεί για την παραγωγή πολτού για την παραγωγή χαρτιού καφέ σάκου ή χαρτονιού επένδυσης για κουτιά και συσκευασίες, ο πολτός δεν χρειάζεται πάντα να λευκαίνεται σε υψηλή φωτεινότητα. Η λεύκανση μειώνει τη μάζα του πολτού που παράγεται κατά περίπου 5%, μειώνει την αντοχή των ινών και αυξάνει το κόστος κατασκευής.

Χημικές διεργασίες

Στην όλη παραγωγική διαδικασία προστίθενται χημικές ουσίες για τη βελτίωση του παραγόμενου πολτού:

• Εμποτιστικά - τασιενεργά, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση του εμποτισμού των ξυλοτεμαχιδίων με τα χημικά πολτοποίησης (λευκό υγρό).
• Ανθρακινόνη, που χρησιμοποιείται ως πρόσθετο στη χημική κατεργασία (χώνευση) και δρα ως οξειδοαναγωγικός καταλύτης για οξείδωση της κυτταρίνης και αναγωγή της λιγνίνης. Αυτό προστατεύει την κυτταρίνη από την αποικοδόμηση και καθιστά τη λιγνίνη σαφώς πιο υδατοδιαλυτή.^[20]
• Διαχωριστής γαλακτώματος, που μπορεί να προστεθεί στο διαχωρισμό σαπουνιού και να βελτιώσει τον διαχωρισμό από τα χρησιμοποιημένα υγρά πολτοποίησης (μαύρο υγρό) με κροκίδωση.^[21]
• Αντιαφριστικά, που αφαιρούν και μειώνουν τον αφρό και επιταχύνουν τη όλη διαδικασία παραγωγής. Η πλύση βελτιώνεται έτσι και αποδίδει καθαρότερο πολτό.
• Μέσα διασποράς, όπως αποκολλητικά και συμπλοκοποιητές, που διατηρούν το όλο σύστημα καθαρότερο και μειώνουν την ανάγκη για συντήρηση.
• Παράγοντες στερέωσης, χημικές ουσίες που συγκρατούν τις λεπτά διεσπαρμένες εναποθέσεις στις ίνες και έτσι τις μεταφέρουν εκτός της όλης διαδικασίας.

Σύγκριση με άλλες μεθόδους

Ο χαρτοπολτός που παράγεται με την αλκαλική μέθοδο kraft έχει υψηλότερες μηχανικές αντοχές από εκείνον που παράγεται από άλλες μεθόδους πολτοποίησης και διατηρεί υψηλή αναλογία θείου (θειούχα), ένας σημαντικός παράγων της αντοχής του χαρτιού. Μέθοδοι που βασίζονται σε όξινη θειώδη διεργασία, αποικοδομούν την κυτταρίνη πολύ περισσότερο από τη μέθοδο kraft, γεγονός που οδηγεί σε ασθενέστερες ίνες. Η θειική πολτοποίηση αφαιρεί το μεγαλύτερο μέρος της λιγνίνης που υπάρχει αρχικά στο ξύλο, ενώ αντίθετα, οι μέθοδοι μηχανικής πολτοποίησης αφήνουν το μεγαλύτερο μέρος της λιγνίνης μέσα στις ίνες.

Η υδρόφοβη φύση της λιγνίνης^[22] παρεμβαίνει στο σχηματισμό δεσμών υδρογόνου μεταξύ της κυτταρίνης και των ημικυτταρινών στις ίνες, που απαιτούνται για την μηχανική αντοχή του χαρτιού^[8] (σημείωση: η αντοχή αναφέρεται ιδίως στην αντοχή σε αξονικό εφελκυσμό και στην αντοχή σε σχίση).

Ο πολτός τύπου kraft είναι πιο σκούρος από άλλους ξυλοπολτούς, αλλά μπορεί να λευκανθεί για να γίνει πολύ λευκός πολτός. Ο πλήρως λευκασμένος πολτός κραφτ χρησιμοποιείται για την παραγωγή χαρτιού υψηλής ποιότητας όπου η αντοχή, η λευκότητα και η αντοχή στο κιτρίνισμα είναι σημαντικά.

Η διαδικασία kraft μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα ευρύτερο φάσμα πηγών ινών από τις περισσότερες άλλες διαδικασίες πολτοποίησης. Όλοι οι τύποι ξύλου, συμπεριλαμβανομένων πολύ ρητινωδών τύπων όπως το νότιο πεύκο, ^[23] και μη ξύλινων ειδών όπως το μπαμπού και το κενάφ μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη διαδικασία του κραφτ.

Παραπροϊόντα και εκπομπές

Διυλιστήριο ταλλέλαιου στην πόλη Rauma της Φινλανδίας.

Τα κύρια υποπροϊόντα της πολτοποίησης αυτής είναι το ακατέργαστο θειικό νέφτι και το σαπούνι ταλλέλαιου. Η διαθεσιμότητα αυτών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα είδη ξύλου που χρησιμοποιούνται, την ηλικία και την ανάπτυξή τους, τον χρόνο αποθήκευσης των κορμών και των ξυλοτεμαχιδίων και τη εν γένει παραγωγική διαδικασία του κάθε εργοστασίου.^[24] Τα πεύκα είναι είδη που περιέχουν πολλά εκχυλίσματα, ιδίως σε ρηνινώδη συστατικά (τερπένια και τερπενικά οξέα).

Η ακατέργαστη τερεβινθίνη είναι ουσία πτητική και αποστάζεται από τον χωνευτήρα, ενώ το ακατέργαστο σαπούνι διαχωρίζεται από το χρησιμοποιημένο μαύρο υγρό με απόχυση του στρώματος σαπουνιού που σχηματίζεται επιφανειακά στις δεξαμενές αποθήκευσης του υγρού. Από τα πεύκα, η μέση απόδοση σε τερεβινθίνη είναι περιπου 5–10 kg/t πολτού και η απόδοση του ακατέργαστου ταλλελαίου είναι περίπου 30–50 kg/t πολτού. ^[24]

Διάφορα υποπροϊόντα που περιέχουν υδρόθειο, μεθυλμερκαπτάνη, διμεθυλοσουλφίδιο και άλλες πτητικές ενώσεις του θείου (S) αποτελούν την αιτία των δύσοσμων εκπομπών στον αέρα που χαρακτηρίζουν τα εργοστάσια χαρτοπολτού που αξιοποιούν τη χημική μέθοδο kraft.^[25]

Οι εκπομπές διοξειδίου του θείου των εργοστασίων χαρτοπολτού με τη θειική μέθοδο είναι πολύ χαμηλότερες από αυτές των εργοστασίων της θειώδους (όξινης) μεθόδου. Στον ατμοσφαιρικό αέρα έξω από ένα σύγχρονο εργοστάσιο χαρτοπολτού kraft, η οσμή διοξειδίου του θείου γίνεται αντιληπτή μόνο σε καταστάσεις διαταραχής, όπως π.χ. για παράδειγμα όταν ο μύλος κλείνει για ένα διάστημα συντήρησης ή όταν συμβαίνει μία εκτεταμένη διακοπή ηλεκτρικού ρεύματος. Ο έλεγχος των οσμών επιτυγχάνεται μέσω της συλλογής και της καύσης αυτών των δύσοσμων αερίων στον λέβητα ανάκτησης μαζί με το μαύρο υγρό.

Σε σύγχρονα εργοστάσια, όπου τα καλά αποξηραμένα στερεά καίγονται (αποτεφρώνονται πλήρως) στον λέβητα ανάκτησης, σχεδόν καθόλου διοξείδιο του θείου δεν δραπετεύει από τον λέβητα. Σε υψηλές θερμοκρασίες του λέβητα, το νάτριο που απελευθερώνεται από τα σταγονίδια του μαύρου υγρού αντιδρά με το διοξείδιο του θείου, με αποτέλεσμα να το καθαρίζει αποτελεσματικά σχηματίζοντας άοσμους κρυστάλλους θειικού νατρίου.

Τα εργοστάσια χαρτοπολτού βρίσκονται σχεδόν πάντα κοντά σε μεγάλες υδάτινες μάζες (π.χ. λίμνες ή ποτάμια) λόγω της υψηλής τους ζήτησης σε νερό. Η απολίγνωση απελευθερώνει σημαντικές ποσότητες οργανικού υλικού στο περιβάλλον, ιδιαίτερα σε ποτάμια. Τα λύματα μπορεί επίσης να αποτελέσουν πηγή ρύπανσης, καθώς περιέχουν κλάσματα προϊόντων της λιγνίνης, υψηλή βιολογική ζήτηση οξυγόνου (BOD) και διαλυμένο οργανικό άνθρακα (DOC), μαζί με αλκοόλες, χλωρικά άλατα, βαρέα μέταλλα και χηλικούς παράγοντες. Τα λύματα μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία σε μια μονάδα βιολογικής επεξεργασίας, η οποία μπορεί να μειώσει σημαντικά την τοξικότητά τους.^[26][27]

Παραπομπές

1. «Χημεία και Χημική Τεχνολογία Ξύλου» (PDF). Καθ. Αθανάσιος Γρηγορίου, Α.Π.Θ., Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος. Ανακτήθηκε στις 19 Σεπτεμβρίου 2023.
2. «Χαρτί και χαρτοπολτός» (PDF). Γιώργος Μαντάνης, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας (Εργαστήριο Επιστήμης και Τεχνολογίας Ξύλου), σελ. 9. Ανακτήθηκε στις 27 Φεβρουαρίου 2023.
3. Φιλίππου, Ιωάννης (2014). Χημεία και Χημική Τεχνολογία Ξύλου. Θεσσαλονίκη: Εκδόσεις Γιαχούδη. σελ. 278.
4. Hoffman, E., Lyons, J., Boxall, J., Robertson, C., Lake, C. B., & Walker, T. R. (2017). Spatiotemporal assessment (quarter century) of pulp mill metal (loid) contaminated sediment to inform remediation decisions. Environmental Monitoring and Assessment, 189(6), 257.
5. Hoffman, E., Bernier, M., Blotnicky, B., Golden, P. G., Janes, J., Kader, A., ... & Walker, T. R. (2015). Assessment of public perception and environmental compliance at a pulp and paper facility: a Canadian case study. Environmental Monitoring and Assessment, 187(12), 766.
6. Both capitalized and lowercase spelling ("Kraft process" and "kraft process") appear in the literature, but "kraft" is most commonly used in the pulp and paper industry.
7. Joint Textbook Committee of the Paper Industry (1969). Macdonald, επιμ. Pulp and Paper Manufacture, vol. 1 : The Pulping of Wood. Pulp and Paper Manufacture. 1 (2nd έκδοση). McGraw Hill.
8. Biermann, Christopher J. (1993). Essentials of Pulping and Papermaking. San Diego: Academic Press, Inc. ISBN 0-12-097360-X.
9. E. Sjöström (1993). Wood Chemistry: Fundamentals and Applications. Academic Press. ISBN 0-12-647480-X.
10. Woodman, Jocelyn (1993). «Pollution Prevention Technologies for the Bleached Kraft Segment of the U.S. Pulp and Paper Industry». U.S. Environmental Protection Agency. σελ. 66. Ανακτήθηκε στις 6 Φεβρουαρίου 2022.
11. https://www.valmet.com/media/articles/pulping-and-fiber/sca-starts-worlds-largest-softwood-pulp-line/
12. «Basics of Kraft Pulping» (PDF). University of Tennessee Knoxville - Department of Chemical and Biomolecular Engineering. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο (PDF) στις 23 Οκτωβρίου 2021. Ανακτήθηκε στις 23 Οκτωβρίου 2021.
13. «Equipment to handle heavy black liquor». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 20 Απριλίου 2005. Ανακτήθηκε στις 9 Οκτωβρίου 2007.
14. Hsieh, Jeffery S.· Smith, Jason B. «Second Critical Solids Black Liquor Scaling» (PDF). Pulp and Paper Engineering, School of Chemical Engineering, Georgia Institute of Technology. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο (PDF) στις 31 Αυγούστου 2011. Ανακτήθηκε στις 9 Οκτωβρίου 2007.
15. , "High solids black liquor of reduced viscosity and viscosity reduction method for high solids black liquor"
16. Giddings, J.F.· Roll, D.R. (2008). «12.12.4.». Στο: Karassik, I. Pump Handbook (4η έκδοση). New York: McGraw Hill. ISBN 9780071460446. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 4 Μαρτίου 2013. Ανακτήθηκε στις 21 Φεβρουαρίου 2013.
17. Jeffries, Tom (27 Μαρτίου 1997). «Kraft pulping: Energy consumption and production». University of Wisconsin Biotech Center. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 28 Σεπτεμβρίου 2011. Ανακτήθηκε στις 21 Οκτωβρίου 2007.
18. «Chemrec web site». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 9 Ιουλίου 2012. Ανακτήθηκε στις 7 Ιανουαρίου 2011.
19. «Environmental Comparison of Bleached Kraft Pulp ManufacturingTechnologies» (PDF). Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο (PDF) στις 18 Δεκεμβρίου 2004. Ανακτήθηκε στις 28 Σεπτεμβρίου 2007.
20. Goyal, Gopal C. (1997). Anthraquinone Pulping. A TAPPI Press Anthology of Published Papers, 1977-1996. Atlanta: TAPPI Press. ISBN 0-89852-340-0.
21. «Tall Oil and Tall Oil Soap Recovery» (PDF). Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο (PDF) στις 5 Μαρτίου 2012. Ανακτήθηκε στις 19 Δεκεμβρίου 2008.
22. Hubbe, Martin a.; Lucian A. Lucia (2007). «The "Love-Hate" Relationship Present in Lignocellulosic Materials». BioResources 2 (4): 534–535. http://ojs.cnr.ncsu.edu/index.php/BioRes/article/view/BioRes_2_4_534_535_Hubbe_Lucia_Love_and_Hate_Lignocellulosics. Ανακτήθηκε στις 2015-02-03.
23. «The Southern Pines» (PDF). US Department of Agriculture. 1985. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο (PDF) στις 9 Ιουλίου 2007. Ανακτήθηκε στις 13 Σεπτεμβρίου 2007.
24. Stenius, Per, επιμ. (2000). «2». Forest Products Chemistry. Papermaking Science and Technology. 3. Helsinki, Finland: Fapet OY. σελίδες 73–76. ISBN 952-5216-03-9..
25. Hoffman, E., Guernsey, J. R., Walker, T. R., Kim, J. S., Sherren, K., & Andreou, P. (2017). Pilot study investigating ambient air toxics emissions near a Canadian kraft pulp and paper facility in Pictou County, Nova Scotia. Environmental Science and Pollution Research, 24(25), 20685-20698.
26. Hoffman, E., Bernier, M., Blotnicky, B., Golden, P. G., Janes, J., Kader, A., ... & Walker, T. R. (2015). Assessment of public perception and environmental compliance at a pulp and paper facility: a Canadian case study. Environmental monitoring and assessment, 187(12), 766.
27. Hoffman, E., Lyons, J., Boxall, J., Robertson, C., Lake, C. B., & Walker, T. R. (2017). Spatiotemporal assessment (quarter century) of pulp mill metal (loid) contaminated sediment to inform remediation decisions. Environmental monitoring and assessment, 189(6), 257.