DE2320812C2

DE2320812C2 - Verfahren zum Aufschließen von Harthölzern für Wellpapier-Pulpe

Info

Publication number: DE2320812C2
Application number: DE19732320812
Authority: DE
Inventors: Byron Mcpherson Dillard; Robert John Toledo Ohio Gilmer; John Dennis Lynchburg Va. Kennedy
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1972-05-15
Filing date: 1973-04-25
Publication date: 1982-06-16
Also published as: DE2320812A1; NO141951C; JPS5643495A; GB1425901A; NO141951B; FI55363B; CA990910A; FR2184608B1; AU5452873A; FI55363C; SE404043B; FR2184608A1; BR7303500D0; JPS4947601A; ES414474A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschließen von Harthölzern für Wellpapier-Pulpe, bei welchem die HarthoIzspSne in einer wäßrigen Lösung mit hohem Natriumcarbonat-Gehalt bei erhöhten Temperaturen und Drücken gekocht weiden, bib die Späne durchdrungen sind und erweichen und die erhaltenen erweichten Späne unter Bildung einer Pulp., defibriert werden können.

Eines der am häufigsten verwendeten Verfahren zur Herstellung von Wellpapier-Pulpe ist das halbchemische Neutral-Sulfitverfahren, das mit NSSC-Aufschluß bezeichnet wird. In der Kochlauge dieses Aufschlußverfahrens ist das Molverhältnis von Natriumsulfit zu Natriumcarbonat etwa 7:1 bis etwa 3:1, wobei eine Pulpenausbeute von etwa 65 bis 80% erzielt wird. Gegebenenfalls können Puffer, wie Natriumbicarbonat oder Natriumhydroxid zugesetzt werden; Natriumbicarbonat wird manchmal bevorzugt, da es die Pulpe nicht so stark verfärbt wie das Hydroxid. Ein verbessertes NSSC-Verfahren, bei dem viel weniger Natriumsulfit verwendet wird, ist in der US-PS 30 03 909 offenbart. Ein typisches Verfahren für die so Herstellung yon Wellpappe aus Hartholz arbeitet mit einem Verhältnis von Natriumsulfit zu Natriumbicarbonat von 5 :1 bei einer Laugenkonzentration von 35 g/l, 14% Chemikalien, bezogen auf Holzbasis, einer Temperatur von 170⁰C und einem Druck von 7 bar für eine Zeitdauer von 2 bis 3 Stunden; die Ausbeute beträgt 70%. jedoch ist das Vorhandensein des Schwefels in der Kochlauge unter ökologischen Gesichtspunkten sehr zu beanstanden, da die Endprodukte der Zersetzung der Kochlauge des NSSC-Verfahrens Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid enthalten, die beide übelriechend und korrodierend sind und somit zur Umweltverschmutzung führen.

F i g. 1 zeigt ein Fließdiagramm des Arbeitsablaufs einer gegenwärtig gebräuchlichen Wellpapier-Pulpenanlage, die nach dem NSSC-Verfahren arbeitet Bei einem derartigen Verfahren gehen unei-wünschte Schwefelverbindungen aus dem Blastank, den Mehrfachverdampfern, den Kaskadenverdampfern, dem Wiedergewinnungsofen und dem Turm zur Sättigung der Grünlauge mit Schwefeldioxid wie auch aus verschiedenen Lösungstanks und Abflußauffanggruben an die Atmosphäre verloren.

Die US-PS 51568 offenbart ein Verfahren zur Behandlung von Holz durch Kochen mit Natriumcarbonat alleiii unter Druck, während nach der CA-PS 4 69 638 Natriumhydroxid allein als AufscWußmittel verwendet wird Außerdem ist in Tappi, Vol. 36, Nr. 7, 294 (1953) ein Verfahren beschrieben, bei dem reine Natriumhydroxidlösung als Aufschlußmittel für Hartholz benutzt wird. Die Verwendung von Natriumcarbonat allein führt zu einem langsamen Aufschluß und erfordert mehr Chemikalien, was unwirtschaftlich ist während Natriumhydroxid allein im größeren Maße die erwünschten Hemizellulosen herauszieht, die für ein gutes Wellpapier erforderlich sind.

In der DE-PS 2 52 411 ist der Aufschluß von Stroh, Lumpen und dergleichen nach dem Natron- oder Sulfat-Verfahren beschrieben. Solche Materialien sind aber nicht mit Hartholz gleichzusetzen. Die Kochlauge wird stark verdünnt eingesetzt und enthält mindestens 25% Soda, bezogen auf den Gesamt-Alkaligehalt Bei dem aus der US-PS 18 59 846 bekannten Hartholzaufschluß für Wellpappen-Pulpe wird als Aufschlußchemikalie Natriumsulfit, das in der Lösung durch mindestens ein Natriumsalz einer mehrbasischen Säure, wie z. B. Kohlensäure, neutralisiert ist, eingesetzt Es handelt sich also um das Neutral-Sulfit-Verfahren, bei dem das Carbonat zur Neutralisation des Sulfits dient

In der nicht vorveröffentlichten DE-PS 23 22 375 ist ein Verfahren zum Aufschließen von Hartholzspänen zur Herstellung von Wellpapier-Pulpe offenbart, bei dem die Kochlösung als Aufschlußchemikalien Natriumcarbonat und ggf. Natriumsulfit enthält Eine repräsentative Kochlösung enthält 92,6 g/l Na2O, worin 80% des Na₂O in Form von Na₂CO₃ und 20% in Form von Na₂S vorliegen. Nach Spalte 6, Zeilen 21 bis 33 der PS enthält die Grünlauge, die für den Aufschluß verwendet wird, Natriumcarbonat Natriumsulfit und eine kleine Menge anderer natrium- und schwefelhaltiger Verbindungen, wie Natriumhydroxid, Natriumsulfit, Natriumsulfat Natriumthiosulfat und zahlreiche andere Verunreinigungen. In der Kochlösung liegen also Schwefelverbindungen vor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufschließen von Hartholzspänen für Wellpapier-Pulpe mit einer Kochlösung, die keine Schwefelverbindungen enthält, zu schaffen. Das Verfahren soll wirtschaftlich sein und zu einer Pulpe mit den erwünschten Eigenschaften führen.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Hauptanspruch gelöst. Eine bevorzugte Ausführungsform ist im Unteranspruch angegeben.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung eines Aufschlußverfahrens, bei dem eine Kochlösung zur Verwendung kommt, die völlig frei von Schwefelverbindungen ist, eine Pulpe ergibt, die sich als Wellmasse (d. h. zur Herstellung von Wellpapier und/oder Wellpappe) eignet, und dieselben physikalischen Eigenschaften aufweist wie die mit neutraler Sulfitlauge erhaltene Pulpe, bei dem jedoch der Geruch, die Korrosion sowie die bei den gegenwärtig angewendeten Verfahren auftretende Luft- und Wasserverschmutzung in Fortfall kommen.

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht in der Vereinfachung der Zubereitung der Kochlösung sowie

der Wiedergewinnungsanlage, was eine Senkung der Anschaffungs- wie auch der Betriebskosten bedeutet.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich die erhaltene Pulpe auf einer Papiermaschine mit größerer Geschwindigkeit zu Wellpapier verarbeiten läßt

Während bei dem Verfahren nach der oben genannten DE-PS 23 22 375, von dem die Erfindung ausgeht, eine Kochlösung mit hohem Natriumcarbonatgehalt verwendet wird, die Schwefelverbindungen enthält und in der Natriumhydroxid eine Verunreinigung darstellt, ist nun überraschend gefunden worden, daß Hartholzspäne mit einer schwefelfreien wäßrigen Lösung bestimmter Mengen von Natriumhydroxid und Natriumcarbonat aufgeschlossen werden können, um eine Wellpapier-Pulpe mit Eigenschaften gleich denen der beim NSSC-Aufschluß erhaltenen Weilpapier-Pulpe zu erzeugen. Die Chemikalienmenge in der Kochlösung, ausgedrückt als Na2O, beträgt, bezogen auf die ofentrockene Holzbeschickungsmenge, normalerweise 4,5 Gew.-%, kann jedoch zwischen 3 und 10 Gew.-% variiere werden. Die Konzentration der Kochlösung beträgt 100 g/l an aktivem NaOH und Na₂COi wobei das Hydroxid in einer Menge von 8 bis 20 g/l und das Carbonat in einer Menge von 80 bis 92 g/l, ausgedrückt als Na₂O, vorliegen können. Der Aufschluß wird bei einer Temperatur von etwa 190⁰C bei einem Druck von etwa 12,40 bar und einer Kochzeit von 5 Minuten oder äquivalenten Zeit/Temperatur-Beziehungen durchgeführt

Aus dem Freisein des Aufschlußsystems von Schwefel erwachsen mehrere Vorteile:

1. Die Entfernung von Wasser aus der Papiermaschine wird bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bis zu etwa 5% verbessert was eine entsprechende Herabsetzung des Dampfbedarfs nach sich zieht

2. Die Gesamtmenge an Aufschlußchemikalien ist herabgesetzt Beim bekannten NSSC-Verfahren werden durchschnittlich 6% Aufschlußmaterial, ausgedrückt als Na₂O und bezogen auf ofentrockene Holzspäne, benötigt während beim erfindungsgemäßen Verfahren nur 4,5% Chemikalien insgesamt (berechnet auf gleicher Grundlage) erforderlich sind.

3. Die Belastung der Verdampfer der Anlage ist um 23% herabgesetzt

4. Die Pulpenausbeute ist um 1,8% höher, ausgehend von einer gegebenen Holzmenge.

5. Die Schmelze des Rückgewinnungsofens ist sehr viel weniger empfindlich gegenüber Reaktionen zwischen der Schmelze und dem Wasser, indem die Intensität der Stöße im Auflösetank merklich herabgesetzt ist

6. Alle unangenehmen Gerüche der beim NSSC-Verfahren gebildeten schwefelhaltigen Verbindungen sind in sowie in der Umgebung der Anlage ausgeschaltet

7. Die Abwasserprobleme sind vermindert da in der Ablauge keine schwefelhaltigen Reduktionsmittel vorhanden sind, und

8. die Ausschaltung von Schwefel aus dem Aufschlußverfahren führt auch zur Ausschaltung jeglicher Bildung von Bodensatz und der damit verbundenen Beseitigungiprobleme.

F i g. 2 zeigt ein Fliefrchema einer nach dem Verfihren der Erfindung mit Ctxbonat und Hydroxid arbeiten· den Wellpapier-Pulpenanlage.

In einer solchen Anlage ist es möglich, den Schwefelprenner und den Turm zur Sättigung der Grünlauge mit Schwefeldioxid, die Handhabung und Lagerung des Schwefels, die, wie Fig. 1 zeigt, für den NSSC-Aufschluß erforderlich sind. Es ist auch möglich, die Grünlauge-KJäreinrichtung und das Sulfitlager sowie auch das Silo zur Lagerung kalzinierter Soda und den Auflösetank zu eliminieren, wodurch die Investitionskosten erheblich herabgesetzt werden. Ebenso kann an den meisten Flächen, die mit der Aufschluß-Lösung in Berührung kommen, der rostfreie Stahl durch einfachen Stahl ersetzt werden, wodurch weitere Einsparungen ermöglicht werden. Ferner kann bei einer Neuinstallierung anstelle der Kaskadenverdampfer und der Wiedergewinnungsöfen ein weniger kostspieliger Wirbelschichttrockner eingesetzt werden, um die verbrauchte Lösung zu verbrennen und den anorganischen Gehalt in Natriumcarbonat umzuwandeln und dieses dem Aufschlußverfahren v/ieder zuzuführen. Dieses ist nicht durchführbar, weim beim Aufschluß Sulfit verwendet wird, da unter den oxidierenden Bedingungen der Verbrennung in einem solchen Wirbelschichttrockner Natriumsulfat gebildel wird, welches für das Aufschlußverfahren nicht geeignet ist

Bei dem in Fig.2 gezeigten System werden von keinem Verfahrensschritt irgendwelche unangenehmen Schwefelverbindungen freigesetzt und somit wird Luftverschmutzung, die ein charakteristisches Merkmal des gegenwärtig angewandten NSSC-Verfahrens ist ausgeschaltet

Wie in Fig.2 gezeigt wird zur Aufbereitung der Aufschlußlauge Natriumhydroxid-Lösung bevorzugt. Dieses Natriumhydroxid könnte jedoch auch in fester Form gekauft werden oder könnte wahlweise auch durch Kaustizierung neuen oder wiedergewonnenen Natriumcarbonats hergestellt werden. In dem letztgenannten Fall kann anstelle des Natriumhydroxids Natriumcarbonat als chemisches Aufbereitungsmittel verwendet werden.

Beispiel Ibis5

Die folgenden Beispiele erläutern das Aufschließen von Hartholz unter Verwendung von verschiedene Mengen an Natriumhydroxid und Natriumcarbonat enthaltenden Kochlösungen, sowie die Wirkung derartiger Lösungen auf die Eigenschaften der so erzeugten Wellpapier-Pulpe im Vergleich zu dem üblichen NSSC-Verfahren. Der Chemikaliengehalt der bei dem Standard-Verfahren verwendeten Kochlösung war 70 Gew.-% Natriumcarbonat 22 Gew.-% Natriumsulfit und 8 Gew.-% Natriumsulfid, alles berechnet auf Na₂O. Jede Partie bestand aus 2000 g ofentrockenen Hartholzspänen, die mit 7 Gew.-% Gesamtaufschlußchemikalien, ausgedrückt als Na₂O, behandelt wurden Das Verhältnis Flüssigkeit/Holz betrug 4/1. Die Kochpartie wurde innerhalb von 50 Minuten auf 170⁰C erhitzt und 45 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten. Dh gekochten Spar? wurden dann durch einen Labor-Scheibenrefiner mit einem Plattenabstand von 0,254 mm geschickt, um sie zu zerfasern. Die entstande ne Pulpe wurde dann in einem Laburaoriumsrefiner raffiniert und in Handbögen umgewandelt, die nach den üblichen Verfahren getestet wurden. Die Festigkeitseigenschaften der bögen sind nachstehend aufgeführt, wobei die Abkürzungen CMT Wellmaterialtest, OH Natriumhydroxid und CO₃ Natriumcarbonat, ausgedrückt als Na₂O, bedeuten.

Gew.·"'«
Oll zu CO,

Ringdrucktesl Reißtest /ugtesl

CMT

Ausbeule

in %

Standard
Standard
Standard
Standard

Durchschnitt

25,106 24,970 25,651 27,422

Durchschnitt	25,787
50-50	25.6%
50-5(1	24.334
Durchschnitt	25.015
4(1 -A(I	22,0! R
40-60	23.154
Durchschnitt	22.382
3d "O	25.424
30- ⁷O	24.743
Durchschnill	25.106
-0-80	24.244
2ti SU	25.606

24.925

70 68 60 68_

67

'M ''4

74

71 76

67 66

In der obigen Tabelle sind die Werte des Ringdrucktests in kg pro 1 5.24 cm. des Reißtests in Gramm pro 16 Biatt. des Zugtests in kg/cm Breite und der CMT-Tests in kg/10 Rippen angegeben.

Aus den Testwerten ist klar ersichtlich, daß die Ausbeute sowie die physikalischen Eigenschaften des

4.672	18,160	76,4
4,923	20,884	77,5
5,048	20.430	71,1
4,654	22,927	76,8
4.833	20.612	75.5
4.350	21.656	74.2
4,565	21.701	73.5
4.457	21.701	73.9
J AlUl	ISlIs	7.1 (I
4.565	18,432	75.0
4.582	18.296	74.5
4.761	19.522	75.8
4.833	19,068	75.4
4.~97	19.295	75.6
4.565	23.063	■M.O
3.473	19.431	/5.6

4.028

21.247

Wellmaterials nicht wesentlich beeinträchtigt werden, wenn ein schwefelfreies Aufschlußmittel im Vergleich zu der üblichen NSSC-Kochlösung benutzt wird. Jedoch werden geringere Mengen Natriumhydroxid (etwa 20%) und höhere Mengen Natriumcarbonat (80¹^b) bevorzugt.

Beispiele 6 bis 7

In diesen Beispielen wurde wiederum das NSSC-Verfahren als übliches Verfahren angewendet und mit einer Kochlösung verglichen, deren Chemikaliengehalt als aus dem folgenden bestehend ausgedrückt werden kann: 20Gew.-% Natriumhydroxid und 8OGew.-°/o Natriumcarbonat, ausgedrückt als Na2O. jede Kochpartie bestand aus 2000 g ofentrockenen Hartholzspänen, die mit 7 Gew.-% der Gesamtaufschlußchemikalien (als Na₂O) behandelt wurden. Das Verhältnis von Flüssigkeit zu Holz betrug 6 : 1 und die Kochpartien wurden innerhalb von 3 Minuten auf 193⁰C erhitzt und dann 3 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten. Die gekochten Späne wurden dann weiterverarbeitet, wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben, und in Handbögen umgewandelt Die Festigkeitseigenschaften dieser Bögen sind in der folgenden Tabelle gezeigt

Kochen	Ringdrucktest	Reißiest	Zugtest	CMT	Ausbeute in %
Standard Hydroxid Carbonat	23.426 22.155	66 68	4.600 4.099	17,479 16344	77,0 78,2

Die Werte zeigen, daß bei dem beanspruchten schwefelfreien Verfahren die Ausbeute etwas höher sein kann, daß jedoch die Eigenschaftswerte des erzeugten Wellmaterials im Vergleich zu dem NSSC-Standardverfahren bei Laboratoriumsversuchen etwas niedriger sein können.

Beispiele 8bis9

In tatsächlichen Produktionsläufen der Anlage wurden Hartholzspane in kontinuierlich arbeitenden Zellstoffkochern aufgeschlossen, und zwar unter Anwendung von 12,06 bar Manometerdruck, einer Temperatur von 191⁰C und einer Kochzeit von 4 bis 6 Minuten. Die Gesamtmenge der Aufschlußchemikalien, auf der Grundlage von NajO, betrug 4,5 Gew.-% einer Kochlösung, enthaltend 15% Natriumhydroxid und 85% Natriumcarbonat oder 8 g/l Hydroxid und 44,5 g/l Carbonat. ausgedrückt als Na^O. Diese Kochlösung wurde mit der in dem NSSC-Standardverfahren verwendeten verglichen, bei welchem die in dir Zellstoffkocher eingeführte Menge Aufschlußchemikalien 6 bis IO Gew.-%. ausgedrückt als Na>O. betrug.

Die Holzspäne wurden in den Zellstoffkochern gekocht und dann in einer Reihe von Pulpe-Refinern gemahlen, welche die Fasern voneinander trennten und iiic raset länge kür/iert, bis sich die Puipe zur Herstellung von Papier auf einer Fourdrinier-Papiermaschine eignete. Nach zwei derartigen Mahlstufen wurde die allgemein als Schwarzlauge bekannte verbrauchte Kochlö^r'i<* in Drehtrommel-Vakuumwaschvorrichtungen au;, J^, l'u.pe herausgewaschen. Die Schwarzlauge wurde sodann durch Verdampfen konzentriert und in einem Schmelzofen verbrannt. Die geschmolzene Asche aus dem Ofen wurde in Wasser unter Bildung von Grünlauge gelöst, die im wesentlichen in einer Natriumcarbonatlösung bestand, wenn das Hydroxid-Carbonatkochverfahren benutzt wurde. Die Grünlauge wurde mit Natriumhydroxid aufbereitet, um Kochlauge zur Verwendung in den Zellstoffkochern zu erhalten und so den Kochlaugeniimlauf zu beenden. Die durch das erfindungsgemäße Hydroxid-Carbonat-Verfahren erzeugte Pulpe wurde in Wellpapier übergeführt, und zwar bei 12,70 kg/100 m² und die Festigkeitseigenschaften wurden mit denen eines gleichen nach dem NSSC-Verfahren hergestellten Wellpapiers verglichen. Die Durchschnittswerte, die im Betrieb der Anlage über einige Monate erzielt wurden, sind der folgenden Tabelle zu entnehmen.

koch.irt	Ringdrucktest	("MT	Zerreißen in	g ie Ih Hngcn
			Miischinen-	Quer
			richtung	richtung

Standard
Hydroxid
Carbonat

18.16(1

19.522

32.098

31.916

48

50

65
67

Die obigen Zahlen zeigen deutlich, daß ein durch das neue Verfahren hergestelltes Wellpapier gleiche oder bessere mechanische Festigkeitseigenschaften besitzt als ein nach dem üblichen NSSC-Verfahren hergestelltes Wellpapier. Außerdem zeigten die Produktionsläufe der Anlage alle weiter vorn genannten Vorteile, und zwar eine um etwa 2% erhöhte Ausbeute, einen geringeren Verbrauch an Chemikalien, den Fortfall unangenehmer Gerüche sowie eine erhöhte Produktionsgeschwindigkeit.

Gegebenenfalls können andere Alkalimetallhydroxide und Carbonate anstelle der Natriumverbindungen eingesetzt werden. Jedoch werden aus wirtschaftlichen Gründen Natriumhydroxid und Natriumcarbonat bevorzugt.

Hierzu 2 Blatt Zcichnuncen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufschließen von Harthölzern für Wellpapier-Pulpe, bei welchem die Hartholzspäne in einer wäßrigen Lösung mit hohem Natriumcarbonat-Gehalt bei erhöhten Temperaturen und Drücken gekocht werden, bis die Späne durchdrungen sind und erweichen und die erhaltenen erweichten Späne unter Bildung einer Pulpe ι ο defibriert werden können, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschluß mit einer schwefelfreien wäßrigen Lösung durchgeführt wird, die das Natriumcarbonat in einer Menge von 80 bis 92 g/l und 8 bis 20 g/l Natriumhydroxid, ausgedrückt als Natriumoxid, enthält

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschluß bei einer Temperatur von etwa 190⁰C und einem Druck von etwa 12,40 bar h: einer Zeit von 5 Minuten durchgeführt wird.