CH617476A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lösungsmittelextraktionsverfah-ren zur Herstellung von Cellulosepulpe, bei dem Lignin aus zerteiltem faserigem Pflanzenmaterial in einer Mehrzahl von Extraktoren mit zyklischer Funktionsvertauschimg extrahiert wird, indem man eine Charge des Materials in jeden Extraktor einbringt, die Charge mit einer Verpulpungslauge aus einer wässrigen Lösung eines niederen aliphatischen Alkohols bei einer Verpulpungstemperatur von 160 bis 220°C und einem Verpulpungsdruck von 10 bis 50 atm in Berührung bringt und die rohe Cellulosepulpe aus dem Extraktor austrägt.

Das Prinzip der Extraktion von Lignin aus Cellulose mit Lösungsmitteln ist bekannt, und es sind Verfahren zur Anwendung dieser im wesentlichen analytischen Arbeitsweise für die Erzeugung von gewerblich verwendbarer Pulpe beschrieben worden, z. B. in der US-PS 1 856 567 und der US-PS 3 585 104. Jedoch sind diese Verfahren mit schwerwiegenden Mängeln und Beschränkungen hinsichtlich der Ligninent-fernung, Qualität und leichter Bleichbarkeit der rohen Pulpe behaftet. Ausserdem ergeben sich Schwierigkeiten bei der Wiedergewinnung von Lösungsmitteln und der Abtrennung der ligninhaltigen Fraktion.

Ziel der Erfindung ist es, ein Lösungsmittelextraktionsverfahren zur Herstellung von Cellulosepulpe zu schaffen, bei dem eine Trennung und Gewinnung der Cellulose- und Ligninfraktion in einer sehr wirksamen Weise herbeigeführt wird, so dass keine nennenswerte Luft- oder Wasserverschmutzung oder Bildung fester Abfallprodukte in dem Verfahren auftritt. Darüber hinaus wird das organische Lösungsmittel in einer sehr wirksamen Weise zur Rückführung in dem Verfahren wiedergewonnen, wodurch ein Haupthindernis für s

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die praktische Anwendung eines Lösungsmittelaufschlusses ausgeräumt wird.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäss mit den Merkmalen im Kennzeichen des Anspruchs 1 erreicht.

Wenngleich mannigfaltige Lösungsmittel zur Ligninentfer-nung von Cellulose benutzt werden können, kommen bei dem Verfahren der Erfindung wässrige Gemische oder Lösungen von niederen aliphatischen Alkoholen, z. B. Methanol, Äthanol, Isopropanol, n-Propanol oder die Butanole, zur Anwendung. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Äthanol benutzt, und zwar wegen der verhältnismässig leichten Rückgewinnung und des Fehlens einer nennenswerten Umsetzung zwischen dem Äthanol und Holz oder anderen faserigen Pflanzenmaterialien. In dem Verpulpungsverfahren mit Äthanol wird etwas Methanol gebildet und das zurückgeführte Lösungsmittel kann ein Gemisch von Methanol und Äthanol sein, es kann aber auch Methanol alleine mit gutem Erfolg verwendet werden.

Die Lösungsmittelextraktion kann in einem breiten Bereich von Lösungsmittelalkoholkonzentrationen, in wässriger Lösung, von so geringen Werten wie etwa 20 Gew.-% bis zu so hohen Werten wie etwa 80 Gew.-%, bei Drücken im Bereich von etwa 10 bis etwa 50 atm und bei Temperaturen im Bereich von etwa 160 bis etwa 220°C durchgeführt werden. Bevorzugte Bereiche für die Betriebsbedingungen sind jedoch Alkoholkonzentrationen, in Wasser, von etwa 40 bis etwa 60 Gew.-%, Drücke von etwa 20 bis etwa 35 atm und Temperaturen von etwa 180 bis etwa 210°C.

Um das grösstmögliche Ausmass der Ligninextraktion bei geringstmöglichem Ausmass an Wiederabscheidung von unerwünschten polymerisierten Anteilen sicherzustellen, sollte das Extraktionsgefäss so ausgebildet sein, dass eine geringstmögliche Kanalbildung innerhalb der Charge und/oder Rückvermi-schung des Alkohol-Wasser-Lösungsmittels eintritt. Hierzu kann das Gefäss zweckmässig ein hohes Abmessungsverhältnis von Höhe zu Durchmesser im Bereich von etwa 4:1 bis etwa 15:1 und vorzugsweise in der Gegend von etwa 10:1 aufweisen.

Um eine Einbringung der Holzschnitzel oder des anderen faserigen Pflanzenmaterials in das unter Druck arbeitende Lösungsmittel-Wasser-System mit geringstmöglichem Verlust an Lösungsmittel zu ermöglichen und geringstmögliche Rück-vermischung in Verbindung mit grösstmöglicher Extraktion zu gewährleisten, wird bei dem Verfahren ferner eine Mehrzahl von satzweise arbeitenden Extraktionsgefässen angewendet, die in Reihe aufeinanderfolgend so angeordnet sind, dass Lösungsmittel aus einer Extraktionsstufe in einem Gefäss danach in einer anderen Extraktionsstufe in einem anderen Gefäss benutzt wird, wie das nachstehend noch näher erläutert wird.

Nach einem weiteren Merkmal kann das Verfahren so betrieben werden, dass nach Vollendung der Extraktion des Lignins in einem gegebenen Extraktor die zurückbleibende Alkohol-Wasser-Lösung aus dem Extraktor abgezogen wird, der Druck über einen Kondensator verringert wird und das restliche Lösungsmittel dann aus der Charge mit Wasserdampf ausgedampft wird, wobei die Lösungsmitteldämpfe aus dem Extraktor zum Kondensator geführt werden. Die rohe Cellulosepulpe wird dann durch Spülen mit Wasser aus dem Extraktor ausgetragen. Aus der Rohpulpe ist dann nicht nur Lignin entfernt, sondern sie ist auch gründlich gewaschen und das Lösungsmittel ist im wesentlichen vollständig ausgedampft. Die Rohpulpe ist von hoher Qualität und sie lässt sich nach Entfaserung sehr leicht nach herkömmlichen Methoden bleichen, wobei hochwertige gebleichte Pulpen anfallen, die für mannigfaltige Verwendungszwecke geeignet sind.

Zur weiteren Lösungsmittelrückgewinnimg kann die Extraktlösung bei unterathmosphärischem Druck ausgedampft werden, um den Alkohol aus der wässrigen Extraktlösung zurückzugewinnen. Zur Herbeiführung dieser Trennung bei gleichzeitig weitmöglichster Unterdrückung der Bildung von Teeren oder hochpolymerisierten festen Formen von Lignin, die die Gefahr einer Verschmutzung von Apparateteilen mit sich bringen würden, wird die Trennung unter Vakuum durchgeführt, nachdem die Extraktlösung zunächst einer Gleichge-wichts-Flashverdampfung unterworfen worden ist. Der Unterdruck sollte dabei so tief wie möglich sein, jedoch können aus praktischen Gesichtspunkten Unterdrücke von etwa 0,1 bis etwa 0,8 atm und vorzugsweise in der Gegend von 0,5 atm angewendet werden; bei derartigen Unterdrücken liegt die sich ergebende Temperatur so, dass die ligninhaltigen Ausscheidungen, die sich beim Ausdampfen bilden, in Suspension durch den Kondensator geführt werden.

Nach dem Ausdampfen des Alkohols aus der Extraktlösung kann die verbleibende wässrige Ligninaufschlämmung nach herkömmlichen Methoden weiterverarbeitet werden. Verbesserte Ergebnisse können jedoch erzielt werden, wenn man zunächst ein Absetzen der Ligninaufschlämmung herbeiführt und dann den verdickten Ligninbrei in einer Trenneinrichtung konzentriert, z. B. in einer Festtrommelzentrifuge, wobei der anfallende Ligninschlamm oder -kuchen dann zur Verbrennung als Brennstoff in herkömmlichen Öfen und Kesseln verwendet werden kann. Die überstehende wässrige Lauge, die im wesentlichen Zucker, Hemicellulosen, organische Säuren und kleine Mengen an Ligninfraktionen niederen Molekulargewichts enthält, kann dann nach herkömmlichen Methoden eingedampft werden. Die Eindampfung ist infolge der Abwesenheit hochmolekularer Lignine oder Ligninpolymerer verhältnismässig frei von Abscheidungsbildung an oder Verschmutzung der Vorrichtungsteile.

Das Zucker-Kohlehydrat-Konzentrat mit 50-70% und vorzugsweise etwa 60% Feststoffgehalt kann als Nebenprodukt zur Verwendung z. B. als Tierfutter verkauft oder zu anderen chemischen oder biologischen Produkten weiterverarbeitet werden. Wo eine solche Nebenproduktverwendung nicht möglich oder zweckmässig ist, kann dieses Konzentrat auch in einem herkömmlichen Ofen oder Kessel verbrannt werden, um Wasserdampf zu erzeugen, der dann in der vorstehend genannten Alkoholabstreifstufe eingesetzt werden kann. Die Verbrennung des Ligninschlamms und des wässrigen Zuckerkonzentrats kann durchgeführt werden, indem man die beiden Materialströme miteinander vermischt; dies ergibt ein Gemisch, dessen Eigenschaften einem leichten Heizöl ähnlich sind, abgesehen von einem geringeren Wert der Verbrennungswärme. Die Verbrennung dieses Gemischs führt jedoch nicht zu unerwünschten, verschmutzenden Verbrennungsprodukten, wie Schwefelverbindungen, Chloriden u. dgl., und es treten auch keine nennenswerten Probleme hinsichtlich Teilchenaus-stoss mit den Verbrennungsgasen, wie sie bei herkömmlichen Verpulpungsmethoden üblich sind, auf, da die einzigen bei dem Verbrennungsvorgang anfallenden Feststoffe die dem verhältnismässig niedrigen Aschegehalt des zur Verpulpung kommenden Holzes oder anderen faserigen Pflanzenmaterials entsprechenden Feststoffanteile sind.

Das verbesserte Verfahren der Erfindung ergibt also nicht nur einen hochwertigen und leicht bleichbaren Zellstoff, sondern es ist auch - wenn die Ligninfraktion und/oder die Zuk-ker-Kohlehydratfraktion nicht als Nebenprodukte verkaufbar sind und demgemäss zur Verwendung als Brennstoff im Verfahren zur Verfügung stehen - im wesentlichen selbstunterhaltend vom Gesichtspunkt des Energiebedarfs. Die im wesentlichen vollständige Beseitigung von Verschmutzungsstoffen aus der Verbrennung der beim Aufschluss anfallenden Abfallstoffe ist ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verfahrens. Der mäs-sige Begleitstoffgehalt (BOD content) des Verdampferkondensats kann leicht durch herkömmliche Massnahmen beseitigt s

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werden, so dass sich ein im wesentlichen von Schmutzstoffabgabe freies Verpulpungsverfahren ergibt.

Ein Ausführungsbeispiel für das Verfahren der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Verfahrensschema, das die Lösungsmittelextraktionsstufen des Verfahrens veranschaulicht.

Fig. 2 ist ein Verfahrensschema in Fortsetzung der Fig. 1, das die Lösungsmittelrückgewinnungsstufe des Verfahrens und auch eine bevorzugte Arbeitsweise zur Behandlung der Abfallprodukte veranschaulicht.

In der Fig. 1 ist die Lösungsmittelextraktionsstufe mit einer Mehrzahl von chargenweise arbeitenden Extraktoren veranschaulicht. Beispielsweise können neun derartige Extraktoren verwendet werden, wobei jeder Extraktor in einem Kreislauf arbeitet, der vom Anfang bis zum Ende 3 Stunden dauert, und die Extraktoren aufeinanderfolgend so geschaltet und betrieben werden, dass alle 20 Minuten eine fertiggestellte Charge roher Cellulosepulpe aus einem der Extraktoren ausgetragen wird. Zur Vereinfachung und Verbesserung der Übersichtlichkeit sind nur drei Extraktoren in der Fig. 1 dargestellt, und zwar in Form langgestreckter rohrförmiger Behälter 10,11 und 12. Um Probleme hinsichtlich Kanalbildung in der Charge und/oder Rückvermischung der Lauge zu vermeiden, sollte das Höhe/Durchmesser-Verhältnis der Extraktoren verhältnismässig hoch sein, wie das vorstehend erläutert wurde.

Jeder Extraktor durchläuft eine Folge von Verfahrensstufen, die kurz beschrieben werden können als (1) Füllung mit Schnitzeln, (2) Luftverdrängung, (3) rasche Aufheizung durch Umwälzung von Verpulverungslauge, (4) mindestens eine Waschung mit gebrauchter Lauge, (5) abschliessende Waschung mit frischer Lauge, (6) Druckentlastung und Wasserdampfbehandlung, sowie (7) Pulpeaustrag. Es ist klar, dass zu irgendeiner gegebenen Zeit jeder Extraktor in einer unterschiedlichen Stufe des Verarbeitungsganges ist, und die Umschaltungsfolge in jedem Extraktor kann automatisch durch herkömmliche Steuerung und Instrumentierung herbeigeführt werden. Wenngleich die erforderlichen Rohrverbindungen für den Betrieb der drei Extraktoren 10,11 und 12 in der Fig. 1 veranschaulicht sind, dürfte es genügen, einen vollständigen Arbeitskreislauf für nur einen der Extraktoren zu erläutern.

Demgemäss wird der Extraktor 10 zunächst mit Holzschnitzeln beschickt; diese können z. B. pneumatisch durch eine Sammelleitung 13 und eine Zweigleitung 14 in den Extraktor 10 gefördert werden. Nach Abschluss der Schnitzelfüllung wird die Luft aus dem Extraktor 10 mittels einer geeigneten verhältnismässig kühlen Verpulpungs- oder Extraktionslauge verdrängt. Bei der dargestellten Ausführungsform wird eine verhältnismässig kühle, gebrauchte Verpulpungslauge am Boden in den Extraktor 10 über eine Sammelleitung 16, eine Zweigleitung 17 mit einem Ventil 18 und eine Sammelleitung 19 eingepumpt. Gemäss der üblichen Bezeichnungsweise bei Verpulpungsverfahren wird diese Lauge nachstehend als «Schwarzlauge» bezeichnet. Die verdrängte Luft strömt am Kopf des Extraktors 10 durch eine Sammelleitung 26, eine Zweigleitung 27 mit einem Ventil 28 und eine Rückführleitung 29 zu einem Lagertank 31 für kalte Schwarzlauge (Fig. 2). Aus dem Lagertank 31 strömt die Luft durch eine Leitung 25 zu einem Kondensator 24 und wird dort durch einen geeigneten nicht dargestellten Auslass in die Atmosphäre abgegeben.

Die Verdrängung der Luft aus dem Extraktor ist notwendig, um eine scharfe Flashverdampfung zu verhindern, wenn nachfolgend Extraktionslauge mit hoher Temperatur und hohem Druck in den Extraktor eingebracht wird. Wie nachstehend noch erläutert wird, bildet der Lagertank 31 (Fig. 2) ein

Reservoir für kühle Schwarzlauge für die Luftverdrängung; aus dem die Lauge mit einer verhältnismässig niedrigen Temperatur, z. B. etwa 80 °C, durch eine Pumpe 32 abgezogen und zu der Sammelleitung 16 gefördert wird. Es kann jedoch irgendeine zweckdienliche und bequem zuführbare Lauge für die Luftausspülung aus den Extraktoren benutzt werden, z. B. reines Alkohol-Wasser-Lösungsmittel, das aus dem nachstehend noch beschriebenen Lagertank 106 für Frischlauge zugeführt werden kann. Während der Luftverdrängungsstufe werden die Schnitzel in dem Extraktor eine kurze Zeit lang in die kühle Verdrängungslauge getaucht und damit imprägniert oder benetzt.

Sobald der Extraktor 10 gefüllt ist, wird das Ventil 18 geschlossen, um hierdurch den Durchfluss von kühler Schwarzlauge durch den Extraktor zu unterbrechen. Dann wird eine erste Extraktionslauge, die ein breites gebrauchtes Lösungsmittelgemisch mit einem verhältnismässig hohen Gehalt an gelösten Feststoffen umfasst und den gewünschten Bedingungen hinsichtlich Extraktionstemperatur und -druck entspricht in den Extraktor 10 eingepumpt. Die erste Extraktionslauge wird aus einem Sammelbehälter 33 durch eine Leitung 34,

eine Pumpe 36, eine Leitung 37, eine Zufuhrleitung 38, eine Zweigleitung 39 mit einem Ventil 41 und die Einlassleitung 19 eingespeist. Der Extraktor, der mit kühler Schwarzlauge gefüllt ist, wird unverzüglich auf Druck gebracht, wobei keine oder nur geringe Flashdampfung auftritt. Die kühle Schwarzlauge wird verdrängt und läuft über Kopf des Extraktors 10 durch die Sammelleitung 26, die Leitung 27 und die Sammelleitung 29 zum Lagertank 31 zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ventil 28 geschlossen, so dass die erste Extraktionslauge aus dem Extraktor 10 durch die Sammelleitung 26, eine Zweigleitung 42 mit einem Ventil 43 und eine Sammelleitung 44 zu einem Erhitzer 46 fliesst. Von dem Erhitzer 46 fliesst die erste Extraktionslauge durch eine Leitung 47 zurück zu dem Sammelbehälter 33.

Während des ersten Abschnitts der ersten Extraktion, in dem die erste Extraktionslauge im Extraktor 10 und Erhitzer 46 umgewälzt wird, erfolgt die Umwälzung mit einer hohen Durchflussgeschwindigkeit, wobei diese durch den Erhitzer 46 stark erwärmt wird, um die Charge im Extraktor in einem sehr kurzen Zeitraum auf Kochtemperatur zu bringen. Die bevorzugte Extraktionstemperatur liegt etwa bei 180° bis etwa 210° und soll vorzugsweise in nicht mehr als etwa 10 Minuten erreicht werden. Sobald die Charge die Kochtemperatur erreicht hat, erfolgt die Umwälzung der ersten Extraktionslauge während der restlichen Zeit der ersten Extraktion mit einer hohen Durchflussgeschwindigkeit, wobei aber die Extraktionslauge durch den Erhitzer 46 weniger stark erwärmt wird. Allgemein muss die Wärmezufuhr während dieses Zeitraums genügen, um Wärmeverluste auszugleichen, so dass also im wesentlichen isotherme Extraktionsbedingungen in dem Extraktor 10 aufrechterhalten werden. In dieser Weise werden eine sehr gleichmässige Kochbedingung während der ersten Extraktionsperiode und eine sehr hohe Ligninextraktion aufrechterhalten, mit dem Ergebnis, dass etwa 70-80% des gesamten Lignin aus den Schnitzeln während der ersten Extraktion erzielt wird.

Gegen Ende der ersten Extraktion wird das Ventil 43 geschlossen und die abfliessende Extraktionslauge aus dem Extraktor fliesst dann von der Sammelleitung 26 durch eine Leitung 48 mit einem Ventil 49 zu einer Sammelleitung 51, die mit einem Sammelbehälter 52 für die der Rückgewinnung zuzuführende Lauge verbunden ist. Wie nachstehend noch beschrieben ist, wird die gebrauchte Extraktionslauge kontinuierlich unter Druck von dem Sammelbehälter 52 durch eine Leitung 53 mit einem Ventil 54 der Rückgewinnungsstufe zugeführt.

Wie vorstehend erläutert, bewirkt die Umwälzimg von s

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gebrauchter Extraktionslauge mit einem verhältnismässig hohen Gehalt an gelösten Feststoffen einen überwiegenden Anteil der Ligninextraktion während der ersten Extraktionsperiode. Danach wird die Charge einer oder mehrerer Extraktionen oder Waschungen mit Zwangsdurchlauf der Flüssigkeit, d. h. ohne Umwälzung, unterzogen, und jede dieser Waschungen mit Zwangsdurchlauf wird mit einer Lauge mit sukzessive geringerem Gehalt an gelösten Feststoffen durchgeführt, bis dann die letzte Waschung mit Zwangsdurchlauf mit frischer, im wesentlichen ligninfreier Lauge vorgenommen wird. Bei der hier erläuterten Ausführungsform wird nach der ersten Extraktion, während der die Lauge mit einer hohen Durchflussgeschwindigkeit umgewälzt wird, die Charge dann einer einzigen zwischengeschalteten Waschung mit einmaligem Durchgang mit einer Lauge von geringem Gehalt an gelösten Feststoffen unterzogen und danach einer abschliessenden Waschung mit Zwangsdurchlauf mit frischer Lauge unterworfen. Es ist jedoch klar, dass irgendeine erwünschte Anzahl von zwischengeschalteten Waschungen mit Zwangsdurchlauf durchgeführt werden kann.

Während am Extraktor 10 die erste Extraktion in der zuvor beschriebenen Weise abläuft, findet im Extraktor 11 eine Zwischenextraktion mit einmaligem Zwangsdurchlauf, und am Extraktor 12 findet eine Endextraktion mit Zwangsumlauf statt. Frische Lösungsmittel- oder Extraktionslauge wird an der nachstehend beschriebenen Rückgewinnungsstufe durch eine Leitung 56 in einen Sammelbehälter 57 für frische Extraktionslauge geführt. Die frische Lauge wird durch eine Leitung 58 mittels einer Pumpe 59 abgezogen und durch eine Leitung 61, eine Sammelleitung 62, eine Zweigleitung 63 mit einem Ventil 64 und einer Sammelleitung 66 in den Extraktor 12 gepumpt, der eine weitere Charge enthält. Die abfliessende Lauge, die einen verhältnismässig niedrigen Gehalt an gelösten Feststoffen aufweist, fliesst über den Kopf des Extraktors 12 durch eine Sammelleitung 67 und eine Zweigleitung 68 mit einem Ventil 69 in eine Sammelleitung 71. Von der Sammelleitung 71 fliesst die Lauge durch eine Leitung 72 zu einer weiteren Sammelleitung 73 und von dort durch eine Zweigleitung 74 mit einem Ventil 76 in eine Sammelleitung 77, die in den Boden des Extraktors 11, der wiederum eine weitere Charge enthält, mündet. Die gebrauchte Lauge, die nunmehr einen erhöhten Gehalt an gelösten Feststoffen aufweist, fliesst über den Kopf des Extraktors 11 durch eine Sammelleitung 78 und fliesst durch eine Zweigleitung 79 mit einem Ventil 81 zu der Sammelleitung 44, in der die Lauge mit der ausfliessenden umgewälzten Lauge aus dem Extraktor 10 vereinigt wird. Es ist somit ersichtlich, dass die frische Lauge nacheinander durch die Extraktoren 12 und 11 fliesst und dann Teil der ersten Extraktionslauge aus der ersten Extraktion wird, die durch den Extraktor 10 und den Erhitzer 46 umgewälzt wird. Die in dieser Weise dem Sammelbehälter 33 zugeführte Lauge ersetzt den Anteil der ersten Extraktionslauge aus der ersten Extraktion, der gegen Ende der ersten Extraktion zu dem Sammelbehälter 52 für die der Rückgewinnung zuzuführende Lauge abgezweigt wird.

Nach Beendigung der vorstehend beschriebenen ersten Extraktion im Extraktor 10 werden die erforderlichen Ventile so umgeschaltet, dass nunmehr frische Lauge von der Sammelleitung 62 durch eine Zweigleitung 82 mit einem Ventil 83 zu der Sammelleitung 77 und von dort durch den Extraktor 11 gepumpt wird. Die aus dem Extraktor 11 abfliessende Lauge fliesst durch die Sammelleitung 78, eine Zweigleitung 84 mit einem Ventil 86, die Sammelleitung 71, die Leitung 72, die Sammelleitung 73, eine Zweigleitung 87 mit einem Ventil 88 und die Sammelleitung 19 in den Boden des Extraktors 10. Über den Kopf des Extraktors 10 fliesst die abfliessende Lauge durch die Auslassammelleitung 26 und die Zweigleitung 42 zu der Sammelleitung 44 als Teil der zirkulierenden ersten

Extraktionslauge, die nunmehr von der Sammelleitung 38 einem anderen Extraktor zugeführt wird, indem die erste Extraktion durchgeführt wird. Die Durchflussgeschwindigkeit durch den Extraktor 10 während der nachfolgenden zweiten Extraktion mit Zwangsdurchlauf ist wesentlich geringer als bei der ersten Extraktion. Obschon eine weitere Ligninextraktion während der zweiten Extraktion mit einer rasch abnehmenden Rate erfolgt, ist die Hauptwirkung während dieser Extraktion die Diffusion von gelösten Feststoffen in den Schnitzeln in die hindurchfliessende Waschlauge unter dem Einfluss des herbeigeführten Konzentrationsgefälles. Gegen Ende der zweiten Extraktion wird der Zufluss von frischer Lauge zu dem Extraktor 11 unterbrochen und die in dem Extraktor befindliche Lauge wird durch eine Leitung 89 mit einem Ventil 91, einer Sammelleitung 92, einer Leitung 93 von einer Pumpe 94 abgezogen und über eine Leitung 96 an die Sammelleitung 73 abgegeben. Von der Sammelleitung 73 fliesst die Lauge durch die Leitung 87 und die Sammelleitung 19 zu dem Extraktor 10 und von dort durch die Sammelleitung 26 und die Leitung 42 in den oben beschriebenen ersten Laugekreislauf.

Durch entsprechende Ventilumschaltung erfolgt im Extraktor 10 nunmehr eine abschliessende dritte Extraktion unter Verwendung von frischer Lauge. Frische Lauge wird demge-mäss nunmehr von dem Sammelbehälter 57 durch die Sammelleitung 62, eine Zweigleitung 97 mit einem Ventil 98 und die Sammelleitung 19 in den Boden des Extraktors 10 gepumpt. Die über dem Kopf des Extraktors 10 abfliessende Lauge fliesst durch die Sammelleitung 26, eine Zweigleitung 99 mit einem Ventil 101, die Sammelleitung 71 und die Leitung 72 zu der Sammelleitung 73, aus der die Lauge dann durch einen anderen Extraktor fliesst, in dem die zweite Extraktion erfolgt. Die Ligninextraktion setzt sich in einem geringen Ausmass während der abschliessenden dritten Extraktion fort, aber wiederum besteht die primäre Wirkung im Auswaschen von gelösten Feststoffen aus den Schnitzeln, so dass gegen Ende der abschliessenden dritten Extraktionsperiode der Restgehalt an gelösten Feststoffen in den Schnitzeln recht gering ist. Gegen Ende der abschliéssenden dritten Extraktion wird der Fluss von frischer Lauge zu dem Extraktor 10 unterbrochen und die in dem Extraktor 10 befindliche Lauge wird durch eine Leitung 102 mit einem Ventil 103 zu der Sammelleitung 92 abgelassen und von dort durch die Pumpe 94, die Leitung 96 und die Sammelleitung 73 zu dem nachfolgenden Extraktor gepumpt, in dem die zweite Extraktion stattfindet, geführt.

Die Schnitzel im Extraktor 10, die der ersten Extraktion mit Umwälzung und zwei aufeinanderfolgenden Waschungen mit Zwangsdurchlauf mit gebrauchter Lauge bzw. frischer Lauge unterzogen wurden, können nun aus dem Extraktor abgezogen werden. Zunächst wird der Extraktor jedoch einer gesteuerten Druckentlastung unterworfen, bei der die Lösungsmitteldämpfe in dem Extraktor 10 durch eine Zweigleitung 21 mit einem Ventil 22 zu einer Sammelleitung 23 und von dort zu dem in der Fig. 2 dargestellten Rückgewinnungsstufe abgeführt werden. Wie dort gezeigt ist, strömen die den Extraktor verlassenden, alkoholreichen Dämpfe durch den Kondensator 24 unter Bildung eines Kondensats, das durch eine Leitung 104 zu dem Frischlaugelagertank 106 fliesst. Nach der Druckentlastung wird Niederdruck-Wasserdampf aus einer Zufuhrsammelleitung 107 durch eine Zweigleitung 108 mit einem Ventil 109 in den Boden des Extraktors 10 eingeführt. Der Wasserdampf strömt aufwärts durch die Charge und löst hierdurch den restlichen Alkohol. Das Gemisch aus Wasserdampf und Alkoholdämpfen strömt durch die Leitung 21 und die Sammelleitung 23 zu dem Kondensator 24. Die Wasserverdampfung wird fortgesetzt, bis nur noch Spuren an Alkohol in den Schnitzeln sind.

Nach Abschluss der Verdampfung wird der Extraktor 10

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durch nicht dargestellte Einrichtungen mit Wasser vollgepumpt und danach wird das Gemisch aus Wasser und Rohpulpe vom Boden des Extraktors durch eine Zweigleitung 111 mit einem Ventil 112 zu einer Sammelleitung 113 und von dort zu einer nicht dargestellten Pumpe abgelassen, die die Rohpulpe, z. B. herkömmlichen Papierherstellungsanlagen zuführt. In dem Extraktor können an geeigneten Stellen Einspritzdüsen vorgesehen sein, um einen vollständigen Austrag der Pulpe aus dem Extraktor sicherzustellen. Nach dem Entleeren ist der Extraktor für die erneute Füllung eine Charge bereit.

Der Zeitplan für die verschiedenen Verfahrensschritte kann den Erfordernissen der im Einzelfall durchzuführenden Lösungsmittelverpulpung angepasst werden, ein typischer Zeitplan für einen einzelnen Extraktor mit einem dreistündigen Arbeitszyklus ist in der nachstehenden Tabelle I angegeben.

Tabelle I

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Zeit, [Min.] Verfahrensschritt

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Füllung mit Schnitzeln Luftverdrängung durch kühle Schwarzlauge Verdrängung der kühlen Schwarzlauge und Umwälzung der ersten Extraktionslauge zum schnellen Aufheizen

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Tabelle I (Fortsetzung) 25-40 (D) Umwälzung der ersten Extraktionslauge bei Verpulpungstemperatur, und Ableitung von erster Extraktionslauge zum Sammelbehälter für die Rückgewinnung 40-53 (E) Waschung mit zweiter Extraktionslauge mit Zwangsdurchlauf 53-60 (F) Fortsetzung von (E) mit aus vorhergehendem Extraktor abgelassener zweiter Extraktionslauge 60-73 (G) Waschung mit frischer Extraktionslauge mit Zwangsdurchlauf 73-80 (H) Abpumpen von abzulassender Lauge 80-110 (I) Druckentlastung 110-165 (J) Wasserdampfabstreifung 165—180 (K) Füllung mit Wasser und Abzug des Wasser-Pulpe-Gemisches

Auf der Grundlage des in der Tabelle I angegebenen Zeitplans für jeden Verfahrensschritt ist der vollständige Zyklus-Zeitplan für eine Anlage mit neun Extraktoren in der nachstehenden Tabelle II aufgeführt. In der Tabelle II bedeuten (A) (B)...(K) die in der Tabelle I definierten Verfahrensschritte und die Abkürzungen El, E2...E9 kennzeichnen die Extraktoren 1 bis 9 der Anlage.

Tabellen

Zeitintervall für jeden Verfahrensschritt, [Minuten]

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Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, fliesst die Extraktionslauge unter Druck von dem Sammelbehälter 52 durch die Leitung 53 mit einem Ventil 54 zu einer Entspannungsverdaippfungstrom-mel 121, wo der Druck verringert wird; dies führt zu einer teilweisen Verdampfung des Alkohollösungsmittels und Abkühlung der restlichen Lauge. Ein Teil der restlichen Schwarzlauge von verhältnismässig niedriger Temperatur, z. B. etwa 80°C, kann durch eine Leitung 120 mit einem Ventil 122 zu dem Lagertank 31 für kühle Schwarzlauge geleitet werden, der durch die Leitung 25 zu dem Kondensator 24 entlüftet wird. Wie bereits beschrieben, wird die kühle Schwarzlauge, wenn sie zur Luftverdrängung in den Extraktoren benutzt wird, aus dem Lagertank 31 durch die Leitung 30 von der Pumpe 32 abgezogen und in die Sammelleitung 16 gepumpt und die Lauge fliesst durch die Sammelleitung 29 zu dem Lagertank 31 zurück. Das verdampfte Lösungsmittel strömt von der Verdampfungstrommel 121 durch eine Leitung 123 zu einem Wärmeaustauscher und Erhitzer 124, der einem ersten Verdampfer 126 zugeordnet ist. Die Alkoholdämpfe werden in dem Wärmeaustauscher 124 kondensiert und das Kondensat fliesst durch Leitung 127 und 128 zu dem Frischlauge-Lager-tank 106.

Der überwiegende Anteil der restlichen kühlen Schwarzlauge fliesst von der Entspannungsverdampfungstrommel 121

45 durch eine Leitung 129 mit einem Ventil 131 in den oberen Abschnitt einer Verdampferkolonne 133. Betrieb bei Unterdruck ist zweckmässig, um die Temperatur der Aufschläm-mung zu verringern, so dass das ausgefällte Lignin sich nicht an den Oberflächen der Böden der Kolonne ansetzt und ablagert, so Gewünschtenfalls kann die aus der Entsp annungsverdamp -fungstrommel 121 abgezogene Lauge geklärt werden, um jegliches ausgefälltes Lignin zu beseitigen, bevor die Lauge in die Kolonne 133 eingeführt wird. Am Boden wird in die Kolonne 133 durch eine Leitung 134 und eine Leitung 136 ss Wasserdampf aus einem Verdampfer 166, der nachstehend noch beschrieben wird, eingespeist. Wasserdampf und Alkoholdämpfe strömen über dem Kopf der Kolonne 133 durch eine Leitung 137 zu einem Kondensator 138, und das anfallende Kondensat fliesst durch die Leitung 128 zu dem Frisch-6o lauge-Lagertank 106. Wenngleich das in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist klar, dass ein Teil des Kondensats aus dem Kondensator 138 an den Kopf der Kolonne 133 zurückgeführt werden kann, wenn im Kopf der Kolonne eine Rektifikationseinrichtung vorgesehen werden soll. 65 Die Frischlaugezufuhr zu dem Lagertank 106 umfasst somit das Kondensat der Überkopfdämpfe aus den Extraktoren, das durch die Leitung 104 eingeführt wird, die kondensierten Dämpfe aus der Entspannungsverdampfungstrommel 121, die

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durch die Leitungen 127 und 128 eingeführt werden, und die kondensierten Überkopfdämpfe aus der Kolonne 133, die durch die Leitung 128 eingeführt werden. Weiterhin kann Ergänzungsalkohol zu dem Frischlaugezulauf durch eine Leitung 139 zugespeist werden. Von dem Lagertank 106 wird Frischlauge durch eine Leitung 141 mittels einer Pumpe 142 abgezogen und durch eine Leitung 143 in einen Erhitzer 144 gepumpt, der mit Wasserdampf aus der Leitung 134, welcher über eine Leitung 146 zufliesst, beheizt wird. Die erhitzte Frischlauge fliesst dann durch die Leitung 56 zu dem Frischlaugesammelbehälter 57.

Vom Sumpf, der Kolonne 133 wird durch eine Leitung 147 einer wässrigen Aufschlämmung abgezogen, die ausgefällte Feststoffe, im wesentlichen Lignin, und gelöste Substanzen, überwiegend von Kohlehydratcharakter, enthält. Die wässrige Aufschlämmung fliesst durch die Leitung 147 zu einem Absetzbehälter 148, in dem sich das ausgefällte Lignin absetzt, bei etwa 5-15 % Feststoffen, und eine geklärte wässrige Kohlehydratlösung als überstehende Schicht verbleibt. Aus dem Behälter 148 wird ein Brei durch eine Leitung 149 mittels einer Pumpe 152 abgezogen und durch eine Leitung 152 in eine Zentrifuge 153 gepumpt, in der der Feststoffgehalt des Schlamms gesteigert wird, z.B. auf etwa 30—40%. Eine konzentrierte wässrige Ligninsuspension wird aus der Zentrifuge 153 über eine Leitung 154 abgezogen.

Die klare Flüssigkeit aus der Zentrifuge 153 wird durch eine Leitung 156 abgezogen und mit der überstehenden klaren Lauge, die vom Oberteil des Absetzbehälters 148 durch eine Leitung 157 abfliesst, vereinigt. Die vereinigten Laugen werden mittels einer Pumpe 158 durch eine Leitung 159 in den ersten Verdampfer 126 gepumpt. Dem Verdampfer 126 wird

Wärme zugeführt, indem ein Teil der konzentrierten Lauge durch eine Leitung 161 und eine Leitung 162 sowie den Erhitzer 124 und von dort durch eine Leitung 163 zurück zu dem Verdampfer 126 umgewälzt wird. Der Rest der konzentrierten s Lauge aus dem ersten Verdampfer 126 fliesst durch die Leitung 162 und eine Leitung 164 zu einem zweiten Verdampfer 166, in dem ein Konzentrat mit einem Feststoffgehalt von etwa 40-50% anfällt. Die konzentrierte Lauge wird durch eine Leitung 167 mittels einer Pumpe 168 abgezogen und ein Teil io dieser Lauge wird durch eine Leitung 169 und eine Leitung 171 sowie einen Erhitzer 172 und von dort durch eine Leitung 173 zurück zu dem zweiten Verdampfer 166 umgewälzt. Der Erhitzer 172 wird mit Überkopfdämpfen beheizt, die aus dem ersten Verdampfer 126 durch eine Leitung 174 zuströmen, is Der Rest des konzentrierten Stroms aus dem zweiten Verdampfer 166 wird durch die Leitung 169 als wässriges Kohle-hydratlconzentrat abgezogen. Der aus dem zweiten Verdampfer 166 durch die Leitung 134 abgezogene Wasserdampf wird normalerweise genügen, den Bedarf der Kolonne 133 und des 20 Erhitzers 144 zu decken, jedoch kann erforderlichenfalls zusätzlich Wasserdampf durch eine Leitung 176 zugespeist werden.

Es ist ersichtlich, dass durch den vorstehend beschriebenen Nebenprodukt- oder Abfallstoff-Behandlungsgang die wäss-25 rige Ligninsuspension und die wässrige Kohlehydratlösung getrennt konzentriert werden, wodurch eine Verschmutzung der Verdampferrohre durch Lignin verhindert wird. Die Lignin- und Kohlehydrat-Nebenprodukte können durch die Leitungen 154 und 169 abgezogen und weiterverarbeitet 30 werden. Andernfalls können diese einem Abfallstoffbeseiti-gungskessel zugeführt werden, um Dampf für das Verfahren zu erzeugen.

1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

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1. Lösungsmittelextraktionsverfahren zur Herstellung von Cellulosepulpe, bei dem Lignin aus zerteiltem faserigem Pflanzenmaterial in einer Mehrzahl von Extraktoren mit zyklischer Funktionsvertauschung extrahiert wird, indem man eine Charge des Materials in jeden Extraktor einbringt, die Charge mit einer Verpulpungslauge aus einer wässrigen Lösung eines niederen aliphatischen Alkohols bei einer Verpulpungstempe-ratur von 160 bis 220°C und einem Verpulpungsdruck von 10 bis 50 atm in Berührung bringt und die rohe Cellulosepulpe aus dem Extraktor austrägt, dadurch gekennzeichnet, dass man nacheinander die Arbeitsstufen a) bis e) durchführt, nämlich a) einen Extraktor, der eine erste Charge des Materials enthält, mit einer ersten aus einer ersten Extraktion erhaltenen, gebrauchten Verpulpungslauge füllt, um Luft aus dem Extraktor zu verdrängen,

b) eine zweite, aus einer zweiten Extraktion erhaltenen, gebrauchten Verpulpungslauge mit hohem Gehalt an gelösten Feststoffen bei einer erhöhten Temperatur und erhöhtem Druck in den Extraktor einbringt, um die erste gebrauchte Verpulpungslauge zu verdrängen, und dann die zweite gebrauchte Verpulpungslauge mit einer verhältnismässig hohen Geschwindigkeit durch den Extraktor und einen äusseren Wärmeaustauscher umwälzt, um eine rasche Erhitzung der Charge auf eine Verpulpungstemperatur in einem Zeitraum von nicht mehr als 10 Minuten herbeizuführen,

c) mit der Umwälzung der zweiten, gebrauchten Verpulpungslauge fortfährt, um eine erste Extraktion der Charge herbeizuführen und danach die zweite, gebrauchte Verpulpungslauge aus dem Extraktor abzieht,

d) mindestens eine weitere, aus einer dritten Extraktion erhaltene, gebrauchte Verpulpungslauge durch die erste Charge in dem Extraktor fliessen lässt, um eine zweite Extraktion der ersten Charge herbeizuführen, wobei die weitere, gebrauchte Verpulpungslauge einen geringeren Gehalt an gelösten Feststoffen als die zweite, gebrauchte Verpulpungslauge hat, und e) frische Verpulpungslauge durch die erste Charge im Extraktor zu einer abschliessenden, dritten Extraktion fliessen lässt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass man e) die vorher frische Verpulpungslauge nach Abschluss der Verpulpungsbehandlung aus dem Extraktor abfliessen lässt, den Extraktor durch Abströmenlassen der darin befindlichen Lösungsmitteldämpfe zu einem Kondensator druckentlastet, um kondensiertes Lösungsmittel, das zur Wiederverwendung als frische Verpulpungslauge geeignet ist, zurückzugewinnen, Wasserdampf durch den Extraktor leitet, um restliches Lösungsmittel aus der ersten Charge auszudampfen und die ausgedampften Lösungsmitteldämpfe kondensiert, um ein Kondensat, das zur Wiedergewinnung als frische Verpulpungslauge geeignet ist, zu gewinnen.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man f) die zweite gebrauchte Verpulpungslauge, die in der Arbeitsstufe c) abgezogen wird, einer Druckentlastung unterwirft, um eine teilweise Entspannungsverdampfung des Lösungsmittels herbeizuführen, und die sich ergebenden Lösungsmitteldämpfe von der restlichen Verpulpungslauge, die zur Wiederverwendung als die erste gebrauchte Verpulpungslauge im Arbeitsgang a) dient, abtrennt, und g) die Lösungsmitteldämpfe kondensiert, um ein Kondensat zu gewinnen, das sich zur Wiederverwendung als die frische Verpulpungslauge in der Arbeitsstufe e) eignet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man h) mindestens einen Teil der in der Arbeitsstufe f) abgezogenen gebrauchten Verpulpungslauge bei unteratmosphärischem Druck ausdampft und die ausgedampften Lösungsmitteldämpfe kondensiert, um ein Kondensat zu gewinnen, das zur Wiedergewinnung als frische Verpulpungslauge in der Arbeitsstufe e) geeignet ist und eine zurückbleibende Aufschläm-mung, die Ligninfeststoffe und gelöste Kohlehydrate enthält, abtrennt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die zurückbleibende Aufschlämmung absetzen lässt, um einen verdickten Ligninbrei und eine überstehende Lauge zu gewinnen, den verdickten Ligninbrei zentrifugiert, um einen Ligninschlamm von einer weiteren überstehenden Lauge zu trennen, die überstehenden Laugen miteinander vereinigt und die vereinigten Laugen durch Eindampfen konzentriert, um ein Kohlehydratkonzentrat zu gewinnen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die bei der Kondensation der Lösungsmitteldämpfe aus der Arbeitsstufe g) anfallende Wärme für das Eindampfen verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Alkohol aus der Gruppe Äthanol, Methanol oder Gemischen davon verwendet und mit einer Alkoholkonzentration von 20 bis 80 Gew.-% arbeitet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man mit einer Alkoholkonzentration von 40 bis 60 Gew.-% arbeitet.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpulpungstemperatur 180 bis 210°C und der Verpulpungsdruck 20 bis 25 atm beträgt.