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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Holzstoff für die Papier- und Kartoner- zeugung, wobei Holzhackschnitzel oder Holzspäne unter Dampfdruck zerfasert und die Fasern nach der Zerfaserung vom Dampf getrennt werden.
Die Erzeugung von Holzstoff für die Papier- und Kartonherstellung erfolgt heute entweder nach dem Steinschliffverfahren, wobei Rundholz an einem rotierenden Stein verschliffen wird oder mittels des Refinerholzstoffverfahrens, bei dem Holzhackschnitzel in Scheibenmühlen bzw. Refi- nern gemahlen werden. Erfolgt die Mahlung in Refiner unter Dampfdruck, so bezeichnet man diesen Prozess als Thermo-mechanisches Holzstoffverfahren. Der Mahlvorgang setzt sich im wesentlichen aus einer Zerlegung der Holzsubstanz in Einzeifasern und einer Fibrillierung der einzelnen Fasern zusammen. Bei der Fibrillierung, Verfeinerung und teilweise auch Kürzung der
Fasern wird die Faseroberfläche vergrössert und die Bindekräfte zwischen Fasern zur nachfolgen- den Papierherstellung werden entwickelt.
Der Mahlvorgang ist sehr energieintensiv. Aufgrund der visko-elastischen Eigenschaften der feuchten Holzstruktur sind eine Vielzahl von Lastwechsel im Schleifer oder Refiner erforderlich, um eine "Ermüdung"der Materialstruktur zu bewirken. Nur etwa 1-5 % der zugeführten mechanischen
Energie werden zur Zerfaserung und Oberflächenvergrösserung des Fasermaterials genutzt, der
Rest wird in Wärme umgewandelt. Der Mahlzustand des Holzstoffes wird durch das sogenannte Wasserrückhaltevermögen bzw. durch den Mahlgrad (Grad Schopper Riegler OSR) ausgedrückt bzw. gemessen. Je nach Mahlgrad des Holzstoffes, beträgt der Energieeinsatz 1000 bis 3000 kWh/t (90 % trocken).
Holzstoffe für die Papier- und Kartonerzeugung werden nach dem Mahlvorgang in Schleifern oder Refinern mit Wasser zu einer Suspension mit 0, 5-4, 0 % Trockengehalt verdünnt, um in Sortierern und/oder Wirbelreinigern Splitter und unzureichend zerfasertes Material abzuscheiden. Diese Sortierrückstände werden neuerlich gemahlen und dem Gesamtstoff zugegeben, der dann für die weitere Verarbeitung/Lagerung in der Regel entwässert bzw. auf einen höheren Trockengehalt gebracht wird. Dieses Verfahren der Nasssortierung bedingt einen hohen energetischen Aufwand (Pumpenergie, Rührwerke, Wärmeverluste) sowie Stoffverluste und Wasserverunreinigung, da diverse Holzsubstanzen in Lösung gehen. Bekannt ist auch, dass die Zerfaserung bzw.
Zerlegung des Holzes in Einzelfasern bei relativ geringem spezifischen Energieeinsatz (ca. 200 kWh/t) erfolgen kann, wenn das Holzmaterial nahe an die oder über die Lignin-Erweichungstemperatur erwärmt wird. Dabei wird die ligninreiche Mittellamelle erweicht bzw. plastifiziert und die Fasertrennung kann an diesen Trennflächen energiesparend erfolgen. Die Ligninerweichung muss jedoch unter genau kontrollierten Temperatur bzw. Dampfdruck-Bedingungen vor sich gehen, so dass zum Teil auch Trennflächen in den angrenzenden Faserwänden (Primär- und Sekundärwand) entstehen, die aufgrund ihres höheren Zellulosegehalts bevorzugt Bindekräfte entwickeln. Der anschliessende Mahlvorgang der Einzelfasern ist aber nach wie vor sehr energieaufwendig.
Eine weitere bekannte Technik, ist es Holzspäne in Prallmühlen bzw. Sichtermühlen zu zerkleinern, um Holzmehl zu produzieren, das als Füllstoff für Kunststoffe etc. dient. Ausgehend von Holzspänen ist jedoch auch dieses Verfahren energieintensiv, wenn ein Material mit einer Korngrösse von 100 pm oder kleiner erzeugt werden soll.
Die US 4 235 665 (Reinhall et al.) und US 4 298 425 (Ranzen er al.) beschreiben beide Verfahren mit zwei Refinerstufen und einer zwischengeschalteten Dampfabscheidung. Sie weisen somit die oben angeführten Nachteile, insbesondere den hohen Energieverbrauch, auf.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Holzstoff, insbesondere als Füllstoff, zur Papier- oder Kartonherstellung zu schaffen, das einen geringeren Energieeinsatz benötigt und zu voluminöserem Papier führt.
Die Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern anschliessend an die Dampfabtrennung einer Trockenmahlung zugeführt werden und die Trockenmahlung bei einem Anfangstrockengehalt von 45-80 % durchgeführt wird. Dadurch kann der Gesamtenergieeinsatz wesentlich verringert werden, wobei vorteilhafterweise die Zerfaserung bei geringem Energieeinsatz erfolgt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Energieeinsatz zwischen 100 und 800 kWh/t beträgt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeinsatz bei der Trockenmahlung zwischen 300 und 1000 kWh/t beträgt.
Gemäss einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Trockengehalt während der Trockenmahlung auf 80-96 % steigt.
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Günstig ist es, wenn der Holzstoff vor der Trockenmahlung einer Bleiche unterzogen wird.
Eine Verwendung der Erfindung des nach obigem Verfahren hergestellten Holzstoffes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Holzstoff der Masse zur Papier- bzw. Kartonherstellung beigegeben wird, oder auch einem konventionellen Holzstoff beigegeben werden kann.
Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Herstellung von Holzstoff für die Papier- und Kartonherstellung mit einem Druckrefiner, wobei nach dem Druckrefiner ein Dampfseparator, der vorteilhafterweise als Zyklon ausgebildet ist, vorgesehen ist. Sie ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass anschliessend eine Prall- oder Sichtermühle vorgesehen ist.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das heisse Material in einem Schnecken- oder Paddelförderer aus dem Zyklon ausgetragen und der Prall- oder Sichtermühle zugeführt wird, wobei nach dem Schnecken- oder Paddelförderer ein Bleichbehälter vorgesehen sein kann.
Gemäss der Erfindung werden Holzhackschnitzel oder Holzspäne unter Dampfdruck nach dem thermo-mechanischen Holzstoffverfahren oder dem chemo-thermomechanischen Holzstoffverfahren mit einem spezifischem Energieeinsatz von 100-800 kWh/t (90 % trocken) zerfasert bzw. weitgehend in Einzelfasern zerlegt und eine gewisse Fibrillierung der Faseroberflächen erzeugt, so dass der Mahlgrad im Bereich von 10-35 SR) liegt.
Das Rohmaterial hat vor der Zerfaserung einen Trockengehalt von mindestens 35 %. Die für die Zerfaserung zugeführte mechanische Energie wird zum Grossteil in Wärme und diese wieder in Wasserdampf umgewandelt, so dass das Fasermaterial nach der Bearbeitung und Separierung des Dampfes einen höheren Trockengehalt hat als vorher. Da weiters die Zerfaserung unter Druck vor sich geht, erhöht sich die Temperatur des Fasermaterials über 100 C, entsprechend der Sattdampftemperatur im Refiner. Die Temperatur kann dabei bis zu 190 C betragen. Die Fasern, die nach der Zerfaserung bzw. Mahlung max. etwa 0, 5 mm dick und bis zu ca. 5 mm lang sind, verlassen den Refiner gemeinsam mit Transportdampf durch eine sogenannte Blasleitung und ein darin angeordnetes Ventil.
Nach dem Ventil entspannt der Dampf auf Umgebungstemperatur und wird mittels eines Zyklons oder mechanischem Dampf-/Faser-Separator von dem Faserstoff getrennt.
Das heisse Fasermaterial wird in einem Schnecken-/Paddelförderer ausgetragen, in denn das Material entsprechend gemischt und mit Umgebungsluft in Berührung gebracht wird, so dass es ausdampft, abkühlt und dabei trocknet. Die beschriebenen Trocknungsvorgänge begünstigen die nachfolgende Trockenmahlung, die bei einem Anfangstrockengehalt von 45-80 % in Prallmühlen bzw. Sichtermühlen durchgeführt wird.
In der Prallmühle werden die vorfibrillierten Fasern in Faserbruchstücke zerlegt, die max.
100 um dick und max. 1000 um lang sind. Durch den hohen Trockengehalt und die reduzierte Elastizität bzw. durch die Versprödung des Materials erfolgt dieser Zerkleinerungsvorgang wesentlich energieeffizienter als die bisher übliche Mahlung bei hoher Feuchtigkeit und Temperatur. Je nach erforderlicher Korngrösse werden 300 bis 1000 kWh/t (90 %) eingebracht. Während der Trockenmahlung erhöht sich sukzessive der Trockengehalt und der Wirkungsgrad des Mahivor- ganges steigt. Schliesslich wird das Material bei einem Trockengehalt von 80-96 % aus der Mühle ausgetragen.
Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung von Holzstoff handelt es sich somit um einen Halbtrocken- bzw. Trockenprozess, der ohne nachfolgende Sortierung auskommt, da die bisher erforderliche Verdünnung zur Sichtung nach dem Refiner nicht erforderlich ist.
Je nach Anfangsmahlgrad verfügt der Holzstoff über ein gewisses Bindevermögen, weiters über ein sehr hohes spezifisches Volumen, hohe Opazität, gutes Entwässerungsverhalten und eine dem Einsatzzweck angepasste Korngrösse.
Dieser Holzstoff wird der Masse zur Papier- bzw. Kartonerzeugung beigegeben bzw. dem konventionellen Holzstoff, um das Volumen und die Steifigkeit von Papier- und Kartonprodukten zu erhöhen ; weiters um die Opazität zu verbessern und das Entwässerungsverhalten auf der Papierbzw. Kartonmaschine positiv zu beeinflussen.
Die Verwendung dieses Holzstoffes wirkt sich in mehrfacher Weise günstig auf die Herstellkosten von Papier und Karton aus. Einerseits durch die Verarbeitung eines Materials, das energiesparender und damit kostengünstiger hergestellt werden kann, als konventioneller Holzstoff, weiters aufgrund der Einsparung von Fasermaterial zur Erzeugung eines Papier- bzw. Kartonproduktes mit gleicher Dicke bzw. Steifigkeit und aufgrund des besseren Entwässerungsverhaltens des Gesamt-
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stoffes, wodurch sich der Energieaufwand zur Trocknung der Papier- bzw.
Kartonbahn verringert Eine Variante des Verfahrens besteht darin, dass das Fasermaterial nach dem Schnecken-/Paddelförderer mit einer Bleichflotte bestehend aus Wasserstoffperoxyd, Alkali und gegebenenfalls Komplexbildnern vermischt wird, um eine höhere Weisse erzielen bzw. um die Weisse den Anforderungen des Papiers und Kartons anzupassen.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei Fig. 1 eine Anlage gemäss der Erfindung darstellt.
Die Hackschnitzel werden bei 1 einer Stopfschnecke 2 aufgegeben, die diese in einen Silo oder Vordämpfbehälter 3 fördert. Die Vordämpfung erfolgt dabei bei einer Temperatur von 100 bis 190 C. Über eine Dosierschnecke 4 werden die (vorgedämpften) Hackschnitzel anschliessend ausgetragen und über einen Austragsschacht 5 einer Einspeiseschnecke 6 aufgegeben. Diese Einspeiseschnecke 6 führt die Hackschnitzel dem Druckrefiner 7 zu, der durch einen Motor 8 angetrieben wird. Die Temperatur im Refiner kann dabei etwa zwischen 100 und 190 C betragen, wobei der Druck bis zu 12-14 bar beträgt. Der Refiner wird vorteilhafterweise bei Drehzahlen zwischen 1000 und 3000 UpM betrieben, wobei auch höhere Drehzahlen möglich sind.
Die Fasern werden gemeinsam mit dem Transportdampf über eine Blasleitung 9 aus dem Refiner 7 ausgetragen und einem Zyklon 10 zur Dampfabscheidung zugeführt. Mittels des Blasventils 11 lässt sich der Druck in der Blasleitung 9 auf Umgebungsdruck entspannen. Im Zyklon 10 wird der Dampf bei 12 abgetrennt und die Fasern bei 13 einem Schnecken- oder Paddelförderer 14 aufgegeben. In diesem Förderer 14 wird das Material mit Umgebungsluft in Berührung gebracht, dampft aus und trocknet. Mit einem Trockengehalt von etwa 45-80 % wird das Material über eine Leitung 15 dann einer Prallmühle oder Sichtermühle 16 mit Antrieb 17 zugeführt. In dieser Mühle 16 werden die vorfibrillierten Fasern in Faserbruchstücke zerlegt, die max. 100 um dick und max. 1000 um lang sind. In der Mühle 16 befindet sich ein Sieb, so dass die Faserstücke sortiert werden.
Eine zusätzliche Sortierung ist daher nicht erforderlich. Dies erfolgt im Gegensatz zum Stand der Technik hier bei hohen Trockengehalten. Nach der Mühle 16 wird das Material über eine Leitung 18 einem Zyklon 19 zugeführt und in den Fertigstoff 20 und Transportluft 21 aufgetrennt.
Der Fertigstoff kann nun als Füllstoff der Papier- oder Kartonerzeugung zugeführt werden.
Die Erfindung ist nicht durch die dargestellten Beispiele beschränkt. Es können so z. B. auch als Ausgangsstoff statt der Hackschnitzei Holzspäne eingesetzt werden. Weiters kann nach dem Schnecken- oder Paddelförderer eine Bleiche vorgesehen sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Holzstoff für die Papier- und Kartonerzeugung, wobei Holz- hackschnitzel oder Holzspäne unter Dampfdruck zerfasert und die Fasern nach der Zerfa- serung vom Dampf getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern anschlie- ssend einer Trockenmahlung zugeführt werden und die Trockenmahlung bei einem An- fangstrockengehalt von 45-80 % durchgeführt wird.