DE102007003964A1

DE102007003964A1 - Verfahren zur Erzeugung von Holzstoff

Info

Publication number: DE102007003964A1
Application number: DE200710003964
Authority: DE
Inventors: Oliver Lüdtke; Alexander Rapp
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-01-24

Abstract

Das Verfahren dient zur Erzeugung von Holzstoff, wie er z. B. für die Papier- oder Kartonherstellung verwendet wird. Dabei werden wässrig imprägnierte Holzpartikel (S) unter Verwendung eines Kompressionsrefiners (1) zu einem Faserstoff (F2) verarbeitet. Das Verfahren ist somit eine Alternative zu den bekannten Verfahren, bei denen Holzstoff durch Schleifen (Holzschliff) oder durch Refinermahlung hergestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Holzstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Verfahren der o.g. Art werden z.B. zur Erzeugung von Faserstoff aus Holz ohne chemischen Vollaufschluss eingesetzt. Ein solcher Faserstoff wird vom Papiermacher als Holzstoff bezeichnet, obwohl sich seine Eigenschaften von denen des Holzes stark unterscheiden. Holzstoff dient zumeist zur Papier- oder Kartonerzeugung. Holzschliff ist ein Holzstoff, der durch Schleifen von Holz gewonnen wird, während TMP durch Mahlen von Hackschnitzeln (Chips) in einem Refiner erzeugt wird, in dem Mahlwerkzeuge bei hoher Relativgeschwindigkeit gegeneinander gedrückt werden. Eine Alternative zu Holzstoff ist Zellstoff, bei dem der größte Teil des Lignins chemisch entfernt worden ist (chemischer Aufschluss).
Die Holzpartikel, die als Ausgangsstoff für das Verfahren dienen, können Holzsplitter, Holzspäne oder Holzstücke von wenigen Millimetern Dicke sein oder auch kleine Holzchips, die sonst zur Erzeugung des sogenannten Refiner-Schliffs verwendet werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, bei dem Holzpartikel der beschriebenen Art so behandelt und bearbeitet werden, dass das Gesamtverfahren besonders effektiv und wirtschaftlich ist. Das Verfahren soll zu einem homogenen Faserstoff führen, dessen Qualität in einem weiten Bereich einstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 vollständig gelöst.
Der besondere Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, dass die Zerfaserung der Holzpartikel durch Verwendung eines Kompressionsrefiners erfolgt, der z.B. in der DE-A-102 36 962 beschrieben wird, also für andere Anwendungen schon bekannt ist. Im erfindungsgemäßen Verfahren bewirkt er die Freilegung der Fasern sowie eine Flexibilisierung und Hydratisierung ohne Faserschädigung. Nach der Behandlung der Holzpartikel im Kompressionsrefiner lassen sich ohne Probleme Blätter im Labor bilden. Die spezifische Arbeit im Kompressionsrefiner liegt mit Vorteil bei etwa 200 bis 3000 kWh/t je nach gewünschter Holzstoffqualität.
Vorteilhaft ist die Verwendung von Holzpartikeln in Form von Holzspänen mit einer Fasersausrichtung parallel zu den Oberflächen, insbesondere wenn sie eine Dicke von 1 mm oder darunter haben. Solche oder ähnliche Holzspäne werden auch zur Herstellung von Spanplatten verwendet. Vorrichtungen zu ihrer Erzeugung sind bekannt. Als Holzpartikel können auch bis zu 3 mm, maximal 5 mm dicke Hackschnitzel dienen, die z.B. auch zur Refinerholzstofferzeugung verwendet werden. Für das Verfahren geeignete Holzpartikel können auch solche Stoffe sein, die bei einem mit reduzierter Leistung gefahrenem Holzschleifer anfallen, die also in dieser Form ein Zwischenprodukt und noch nicht als Holzschliff verwendbar sind (unfertiger Holzschliff, stark splitterhaltig).
Die Erfindung wird erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 Schema mit einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens;
2 Schema mit einer anderen Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
In einer vereinfachten Darstellung zeigt die 1 ein Ausführungsbeispiel mit den wichtigsten Apparaturen, die man bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwenden kann. Das Holz H wird zunächst in einem hier nicht näher beschriebenen Zerkleinerungsapparat 2 in Holzpartikel S zerlegt. Vorteilhafterweise werden Wasser W und Chemikalien CH zugegeben, was entweder im Zerkleinerungsapparat 2, beim Transport in den nachfolgenden Kompressionsrefiner 3 oder in diesem selbst erfolgen kann. Als Kompressionsrefiner wird hier eine rotierende Trommel 3 verwendet, die mit oder ohne Innenverzahnung eine Mahlfläche 5 bildet, wobei zumeist eine unverzahnte Mahlfläche 5 vorzuziehen ist. Auf diese wälzen sich eine oder mehrere Mahltrommeln 6 ab, die hier mit raumfesten Drehachsen gelagert sind. Ihre außen liegenden mit Rillen versehenen Mahlflächen 4 wirken mit den innen liegenden Mahlflächen 5 der Trommel 3 zusammen.
Bei einer nicht innen verzahnten Trommel 3 kann der Betrieb auch so erfolgen, dass eine Relativgeschwindigkeit zwischen den Mahlflächen 4 und 5 auftritt, die z.B. maximal 10 % der Absolutgeschwindigkeit der schneller angetriebenen Mahlfläche beträgt. Auf diese Weise werden zusätzlich zu den Druckkräften auch Scherkräfte aufgebracht.
Diese Angaben beziehen sich auf Beispiele zur technischen Ausführung eines Kompressionsrefiners. Es sind durchaus auch andere Apparate denkbar, um eine Druckwechselbehandlung ohne oder mit geringer Scherbeanspruchung des Mahlstoffs durchzuführen. Verschiedene Vorrichtungen zur Kompressionsmahlung sind z.B. aus den Anmeldungen DE-A-102 56 856 , DE-A-10 2005 016 318 DE-A-103 37 921 , DE-A-103 37 922 , DE-A-103 56 377 und DE-A-103 58 217 bekannt.
Die Bedingungen im Kompressionsrefiner 1 sind zur Erzeugung eines Faserstoffes S2 ausgesprochen günstig, da eine Druckwechselbeanspruchung des Mahlstoffes S2 erfolgt. Dabei können Wasser W und Chemikalien CH leicht penetrieren. Es kann mit relativ hoher Konsistenz zwischen 10 % und 30 % gearbeitet werden.
Die bevorzugt zu verwendenden Chemikalien CH fördern die Quellung der Fasern und erweichen das Lignin. Es sind auch Fälle denkbar, in denen gerade ein eher sprödes Lignin für den Bearbeitungsprozess im Kompressionsrefiner günstiger ist, was durch entsprechend andere Chemikalien erreichbar ist.
Ein – insbesondere ökonomischer – Vorteil des Verfahrens ergibt sich besonders dann, wenn im Kompressionsrefiner eine relativ geringe Temperatur (20°C–70°C) eingestellt wird. In anderen Fällen kann eine höhere Temperatur förderlich sein, z.B. zwischen 80°C und 100° C. Auch Temperaturen über 100° C, z.B. bis zu 130° C, sind denkbar, erfordern aber einen höheren Aufwand. Die Erwärmung erfolgt z.B. durch Zugabe von Dampf D in die Trommel 3. Nach erfolgter Bearbeitung im Kompressionsrefiner 1 gelangt der Faserstoff S2 in die Bütte 9, wo eine Verdünnung mit Wasser W2 vorgenommen wird.
Im Anschluss an die Behandlung im Kompressionsrefiner folgt bei dem gezeigten Beispiel eine Abtrennung der Einzelfasern von noch unvereinzelten Fasern (Splitter). Das kann bei hohen Trockengehalten (z.B. 40 %) mittels – hier nicht gezeigter – Windsichtung erfolgen. In der Regel werden allerdings Sortieraggregate in Form von Drucksortierern 10 oder Hydrozyklonen 11 eingesetzt, die in Stoffdichtebereichen bis ca. 3 % arbeiten. Der Drucksortierer 10 ist mit einem Siebkorb ausgestattet, dessen Durchlauf als Gutstoff A10 und dessen Überlauf als Rejekt R abgeführt werden. Je nach Anforderung an das Endprodukt und der im Kompressionsrefiner erfolgten Zerfaserungswirkung wird ein verschieden großer Anteil von nachzubehandelnden Bestandteilen abgetrennt.
In 2 werden einige Möglichkeiten zur Behandlung der abgetrennten Anteile (unvereinzelte Fasern, Splitter) gezeigt. So kann der Rejekt R, unabhängig davon, wie die Trennung vorgenommen wurde (hier ist wieder ein Drucksortierer 10 gezeigt), zurückgeführt werden in den Einlauf des Kompressionsrefiners 1. Insbesondere bei geringeren abgetrennten Mengen (kleiner als 20 %, vorzugsweise kleiner als 10 %) kann das besonders interessant sein, da dann das vom Rejekt mitgeführte Wasser als Verdünnungswasser für die vorzerkleinerten Holzpartikel dienen und die Eindickung des Rejektes somit entfallen kann. Der Rejekt R kann auch als Stoff S3 in einen weiteren Kompressionsrefiner 1' erneut bearbeitet, insbesondere zerfasert werden. Eine weitere Möglichkeit wäre die konventionelle Mahlung, wie hier z.B. in einem Scheibenrefiner 13. Bekanntlich werden in einem konventionellen Refiner die Fasern zwischen sich mit hoher Relativgeschwindigkeit gegeneinander bewegenden Mahlgarnituren gemahlen, wobei die Mahlgarnituren zumeist mit Stegen („Messern") versehen sind. Eine solche Behandlung kann in verschiedenen Konsistenzen, vorzugsweise 3 % bis 6 % erfolgen.
Die 2 zeigt weiterhin die konventionelle Mahlung auch des Gutstoffes A10 in einem Scheibenrefiner 14. Je nach Anforderung an das Endprodukt (insbesondere Festigkeiten) kann auch die Mahlung des im Kompressionsrefiner 1 behandelten Stoffes S2 mittels eines konventionellen Refiners sinnvoll sein. Diese Mahlung kann also auf den ganzen Stoff S2 angewendet werden, auf den Gutstoff A10 oder auch nur auf den Rejekt R. Damit würde beispielsweise die Rückführung mit aufwändiger Eindickung entfallen.
Vorteilhaft ist es, wenn der Zerfaserungsprozess mehrstufig ausgeführt wird. D.h. in einem ersten Kompressionsrefiner wird bei hoher Stoffdichte von 10–40 % zerfasert. Danach muss zur Splitterabtrennung sortiert werden, wozu die Stoffdichte auf einen geeigneten Wert, üblicherweise 1 bis 3 % gesenkt wird. Der Rejekt (Splitter) aus dieser Sortierung wird dann einem weiteren Kompressionsrefiner 1' zugeführt, wobei je nach Rejektkonsistenz eine vorherige Entwässerung sinnvoll sein kann. Möglicherweise ist auch eine 3. Stufe notwendig, bzw. aus wirtschaftlichen Gründen sinnvoll.
Der Vorteil der Erfindung liegt im geringen Energiebedarf der Kompressionsbehandlung. Der Energieverbrauch ist minimal, wenn keine oder nur eine geringe Scherung auftritt. Eventuell kann auch eine Fibrillierung von Fasern vorteilhaft sein. Die Fibrillierung ist insbesondere zur Verbesserung von Festigkeitseigenschaften von Interesse. Das Verfahren kann dann so modifiziert werden, dass neben Druckimpulsen auch eine einstellbare Scherbelastung eingebracht wird. Dies kann beispielsweise durch eine Relativbewegung der das Rohmaterial verdichtenden Mahloberflächen erreicht werden. Dieser Scheranteil kann variabel eingestellt werden. Bei Einsatz einer entsprechend dieser Erfindung modifizierten Wälzmühle hingegen ist der Anteil der Scherung bauartbedingt bereits festgelegt. Die Fibrillierung kann aber auch wie oben beschrieben in einem gesonderten Schritt mittels eines Refiners erfolgen.

Claims

Verfahren zur Erzeugung von Holzstoff, insbesondere für die Papier- oder Kartonherstellung, welches von wässrig imprägnierten Holzpartikeln (S) ausgeht, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrig imprägnierten Holzpartikel (S) unter Verwendung eines Kompressionsrefiners (1) zu einem Faserstoff (S2) verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzpartikel im Kompressionsrefiner (1, 1') in mindestens einer zwischen zwei zusammenwirkenden Mahlflächen (4, 5) gebildeten Mahlzone bearbeitet werden, deren Relativbewegung zueinander eine Abwälzbewegung ist, wobei Mahlflächen (4) auf den Außenseiten von Mahlwalzen (6) und andere Mahlflächen (5) auf der Innen- oder Außenseite einer rotierenden Trommel (3) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzpartikel im Kompressionsrefiner (1, 1') in mindestens einer zwischen zwei zusammenwirkenden Mahlflächen (4, 5) gebildeten Mahlzone bearbeitet werden, wobei Mahlflächen (4) auf den Außenseiten von Mahlwalzen (6) und andere Mahlflächen (5) auf der Innen- oder Außenseite einer rotierenden Trommel (3) gebildet werden und dass die Relativgeschwindigkeit zwischen den Mahlflächen (4, 5), in Haupt-Bewegungsrichtung der Mahlflächen (4, 5) gesehen, an der Stelle, an der sich zwei Mahlflächen (4, 5) in der Mahlzone am nächsten sind, kleiner als 10 % der Absolutgeschwindigkeit der schneller angetriebenen Mahlfläche ist.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kompressionsrefiner (1, 1') eine Konsistenz zwischen 5 und 40 %, vorzugsweise zwischen 10 und 20 %, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kompressionsrefiner (1, 1') übertragene spezifische Arbeit zwischen 200 und 3000 kWh/t liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kompressionsrefiner (1, 1') übertragene spezifische Arbeit zwischen 400 und 600 kWh/t liegt und dass der Holzstoff für die Herstellung von Karton verwendet wird, dessen spezifisches Volumen größer ist als 2 cm³/g.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kompressionsrefiner (1, 1') übertragene spezifische Arbeit zwischen 800 und 1200 kWh/t liegt und dass der Holzstoff für die Herstellung graphischer Papiere verwendet wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kompressionsrefiner (1, 1') eine Temperatur von 20° C bis 70° C, vorzugsweise 30° C bis 50° C, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Kompressionsrefiner (1, 1') eine Temperatur zwischen 70° C und 130° C eingestellt wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Holzpartikel (5, 4) eingeweichte Holzspäne verwendet werden mit einer maximalen Dicke von 5 mm, vorzugsweise 1 bis 3 mm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Holzpartikel (5) Hackschnitzel verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hackschnitzel flächig sind mit einer maximalen Dicke von 5 mm
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Holzpartikel Stoffe verwendet werden, die bei einem mit reduzierter Leistung betriebenen Holzschleifer anfallen.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzpartikel mit Wasser (W) und Chemikalien (CH) imprägniert werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Chemikalien (CH) eine Quellung der Zellulose bewirken.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Chemikalien (CH) eine Erweichung des Lignins bewirken.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Chemikalien (CH) eine Versprödung des Lignins bewirken.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Kompressionsrefiner (1) bearbeitete Faserstoff (S2) in einem Drucksortierer (10) sortiert wird, in dem ungenügend zerfaserte Bestandteile als Rejekt (R) abgetrennt werden.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Kompressionsrefiner (1) bearbeitete Faserstoff (S2) in einem Hydrozyklon (11) fraktioniert wird, in dem ungenügend zerfaserte Bestandteile als Rejekt abgetrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennten Bestandteile zumindest teilweise in den Kompressionsrefiner (1) zurückgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennten Bestandteile zumindest teilweise in einem weiteren Kompressionsrefiner (1') bearbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18, 19, 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennten Bestandteile zumindest teilweise konventionell, insbesondere bei einer Konsistenz zwischen 2 % und 6 % gemahlen werden.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Kompressionsrefiner (1) bearbeitete Faserstoff (S2) zumindest teilweise konventionell, insbesondere bei einer Konsistenz zwischen 2 % und 6 % gemahlen wird.