Soodakattila

Soodakattila on sellun tuotantoprosessin osa, jonka tehtävinä ovat kemikaalien talteenotto ja regenerointi (uudelleen muodostaminen), mustalipeän polttaminen sekä poltossa syntyvän lämmön talteenotto. Lämpö hyötykäytetään prosessihöyrynä ja sähkön tuotannossa. Selluloosantuotannossa syntyvän mustalipeän energiasisältö on niin suuri, että käytettäessä soodakattilaa höyryturbiinivoimalan höyrykattilana tehdas kykenee saavuttamaan energiaomavaraisuuden; monet selluloosatehtaat itse asiassa tuottavat soodakattilan ansiosta enemmän energiaa kuin kuluttavat ja syöttävät sähköä valtakunnanverkkoon.
Mustalipeän synty.
Soodakattila käyttää polttoaineenaan selluntuotantoprosessin sivutuotetta, mustalipeää. Korkeaan kuiva-ainepitoisuuteen haihdutettu mustalipeä on huoneenlämmössä kiinteää, pien mustaa, kovaa hartsimaista ainetta, mutta haihdutuksessa ja soodakattilaan syötettäessä se on niin kuumaa, että se esiintyy sulana.
Tehtäessä paperin valmistuksessa tarvittavaa massaa kemiallisella prosessilla (mekaanisen prosessin sijaan) on kemikaalien ja lämmön avulla tarkoitus poistaa puukuituja toisiinsa sitovaa ligniiniä. Vapautuneet kuidut hyödynnetään paperinvalmistuksessa. Nykyisin ns. sulfaattikeitto on ylivoimaisesti yleisin massan valmistustapa.
Valkolipeästä mustalipeäksi.
Keittokemikaaleina käytetään pääosin kahden alkalin, natriumhydroksidin (NaOH) ja natriumsulfidin (Na2S) seosta, valkolipeää. Keittolämpötila on sulfaattikeitossa yleensä 150–170 °C.
Valkolipeä reagoi keitossa puuaineksen kanssa ja muuttuu mustalipeäksi. Musta väri johtuu lipeään liuenneista alkalin värjäämistä ligniiniyhdisteistä. Keittämisen jälkeen massa pestään ja jäteliuos, mustalipeä, johdetaan haihdutuksen kautta soodakattilaan.
Haihdutus.
Haihduttamolla mustalipeästä poistetaan mahdollisimman paljon vettä, jotta sen polttaminen olisi ongelmattomampaa ja jotta maksimoidaan soodakattilan sähköenergiantuotanto. Samalla otetaan talteen puun keitossa syntyviä sivutuotteita, pääasiassa metanolia (CH3OH), tärpättiä ja suopaa. Nykyaikaisessa soodakattilassa poltettavan mustalipeän kuiva-ainepitoisuus nostetaan haihduttamolla yleensä yli 80 %:n.
Soodakattilan tehtävät.
Soodakattilan tarkoituksena on:
Soodakattilassa sellunkeiton kemikaalit, rikki (S) ja natrium (Na) vapautuvat mustalipeästä, ja ne otetaan talteen jatkokäsittelyyn. Soodakattila toimii myös tavanomaisena höyrykattilana, jonka tuottama höyry hyödynnetään lämpönä ja sähköntuotannossa. Soodakattila on siis usein myös voimalaitoksen osa siinä missä sellutehtaankin. Soodakattilassa polttamalla sellutehtaan kemialliset sivutuotteet muuttuvat myrkyttömäksi hiilidioksidiksi (CO2) ja vesihöyryksi ennen ympäristöön päästämistä. Toisaalta polttoaine on puuperäinen, joten syntyvä energia on uusiutuvaa.
Soodakattilan toiminta.
Mustalipeä ruiskutetaan tavallisesti pisaroivilla suuttimilla kattilan paloalueelle eli tulipesään. Polttoilman säädöllä tulipesän alaosissa palamiseen on tarjolla vähemmän happea, kuin mustalipeän hiili ja vety vaativat stoikiometrisiin reaktioihin. Tämän vuoksi hiili ja vety ottavat tarvitsemansa hapen mustalipeän sulfaateista, jolloin sulfaatit pelkistyvät sulfidiksi. Osa sulfaateista jää pelkistymättä.
Soodakattilan tulipesän alaosassa on sulakourut, joiden kautta valuu ulos kemikaalisulaa. Sula sisältää natriumsulfidia (Na2S), natriumkarbonaattia (Na2CO3) ja reagoimatta jäänyttä natriumsulfaattia (Na2SO4). Kemikaalisula liuotetaan laihavalkolipeään, jolloin syntyy viherlipeää. Viherlipeä johdetaan kaustistamossa tapahtuvan lisäprosessoinnin jälkeen takaisiin selluprosessiin. Viherlipeästä mitataan reduktioastetta eli reduktioreaktion täydellisyyttä, joka saadaan jakamalla sulfidien ainemäärä sulfaattien ja sulfidien ainemäärien summalla. Tyypillisesti tämä reduktioaste on 90 ja 95 % välillä.