DE102012107854B4

DE102012107854B4 - Verfahren und Vorrichtung zur energieeffizienten Auflösung von Faserstoffen mit Hilfe von Wärmepumpensystemen

Info

Publication number: DE102012107854B4
Application number: DE102012107854.8A
Authority: DE
Inventors: Gernot Weilharter; Alexander Gscheider; Friedrich Hoppl
Original assignee: Andritz AG
Current assignee: Andritz AG
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2016-02-11
Anticipated expiration: 2032-08-28
Also published as: CN103031760A; AT511978A1; DE102012107854A1; FI20126020L; AT511978B1

Abstract

Verfahren zur energieeffizienten Auflösung von Faserstoffen (12), wie beispielsweise Altpapier, in einem Stoffauflöser (6), wobei das für die Auflösung der Faserstoffe (12) verwendete Auflösewasser (2, 2') vorgeheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflösewasser (2) über eine Wärmepumpe (7) vorgeheizt wird, wobei über die Wärmepumpe (7) Wärme von im Stoffaufbereitungsverfahren befindlichen Prozesswasser (1) zum Auflösewasser (2) übertragen wird, sodass das Auflösewasser (2) erwärmt und das Prozesswasser (1) abgekühlt wird, wobei in nach dem Stoffauflöser (6) nachgeschalteten Prozessstufen das durch die Wärmepumpe (7) abgekühlte Prozesswasser (1') als Verdünnungswasser den Faserstoffen (12) zugegeben wird.

Description

Den Gegenstand dieser Erfindung bildet ein Verfahren zur energieeffizienten Auflösung von Faserstoffen, beispielsweise rezyklierte Faserstoffe wie Altpapier, in einem Stoffauflöser, wobei das für die Auflösung der Faserstoffe verwendete Auflösewasser vorgeheizt wird. Den Gegenstand dieser Erfindung bildet auch eine Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
Beispielsweise aus der DE 30 40 998 A1 sind bereits ein Verfahren und eine Einrichtung zum Aufbereiten von Altpapier bekannt.
Beim Auflösen von Faserstoffen ist es bisweilen vorteilhaft, höhere Stoffauflösetemperaturen anzustreben, da einerseits bei höheren Temperaturen das Auflösewasser (Filtrat) besser in die Faserverbände penetrieren kann und somit den Auflöseprozess beschleunigt. Andererseits kann aber auch bei gewissen bedruckten Altpapiersorten eine verbesserte Druckfarbenablösung beobachtet werden. Das Aufheizen des Auflösewassers wird derzeit mit Dampfinjektoren durchgeführt. Diese Dampfaufheizung stellt jedoch einen erheblichen Energiebedarf bei der Faserstoffauflösung dar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein energieeffizienteres Auflöseverfahren für Faserstoffe bereitzustellen, das trotzdem mit höheren Stoffauflösetemperaturen durchgeführt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein im Patentanspruch 1 beschriebenes Verfahren, bei dem das Auflösewasser über eine Wärmepumpe vorgeheizt wird, wobei über die Wärmepumpe Wärme von im Stoffaufbereitungsverfahren befindlichen Prozesswasser zum Auflösewasser übertragen wird, sodass das Auflösewasser erwärmt und das Prozesswasser abgekühlt wird.
Das Prozesswasser kann dabei zum Beispiel aus einem Eindickungsschritt in der Faserstoffaufbereitung stammen.
Dieses Verfahren führt zu einer Energieeinsparung, da kein Dampf mehr für die Vorwärmung des Auflösewassers notwendig ist. Ausserdem können damit bestehende Anlagen nachgerüstet werden.
Dieses Verfahren eignet sich besonders gut, wenn die Stoffauflösung mit Hilfe eines Trommelauflösers (drum pulper) durchgeführt wird.
Die höheren Auflösetemperaturen führen jedoch zwangsläufig zu höheren Kreislauftemperaturen, welche sich negativ auf die Abscheidung klebriger Verunreinigungen (Stickies) auswirken. Bei höheren Prozesstemperaturen, beispielsweise im Bereich über 55°C, werden die klebrigen Verunreinigungen so welch, dass sie leichter durch die Schlitze der Sortierer gelangen können, eine gute Stickyabscheidung ist dann nicht mehr möglich. Daher wird erfindungsgemäß in nach dem Stoffauflöser nachgeschalteten Prozessstufen das durch die Wärmepumpe abgekühlte Prozesswasser als Verdünnungswasser zugegeben. Dadurch wird die Temperatur des Faserstoffstroms nach der Auflösung wieder abgesenkt und die Stickyabscheidung in nachfolgenden Prozessschritten begünstigt.
Es ist auch günstig, wenn durch die Wärmepumpe das Auflösewasser auf über 55°C, vorzugsweise auf 65°C, erwärmt wird, da bei diesen Temperaturen der Auflöseprozess – insbesondere in Auflösetrommeln – besonders gut abläuft.
Es ist auch vorteilhaft, wenn durch die Wärmepumpe das Prozesswasser auf unter 50°C abgekühlt wird, da bei der Zugabe dieses Prozesswassers zu nachfolgenden Prozessen, diese Prozesse nicht ungünstig erwärmt werden.
Den Gegenstand der Erfindung bildet auch eine im Patentanspruch 5 beschriebene Vorrichtung zum energieeffizienten Auflösen von Faserstoffen mit einem Stoffauflöser und einer Auflösewasserleitung, die in den Stoffauflöser mündet. Erfindungsgemäß weist diese Vorrichtung eine Wärmepumpe mit einem Kondensator und einem Verdampfer auf, wobei Wärme aus einer Prozesswasserleitung an den Verdampfer übertragbar ist und wobei diese Wärme über den Kondensator der Wärmepumpe an die Auflösewasserleitung übertragbar ist, sodass dadurch Auflösewasser in der Auflösewasserleitung erwärmbar ist.
Es zeigen:
1 ein nicht beanspruchtes Verfahrensschema;
2 das erfindungsgemäße Verfahrensschema in einer bevorzugten Ausführungsform;
Gleiche Bezugszeichen in den beiden Figuren bezeichnen jeweils gleiche Bauteile.
In 1 ist ein nicht beanspruchtes Verfahrensschema dargestellt.
Dabei wird Faserstoff 12, zum Beispiel Altpapier, und warmes Auflösewasser 2' einem Stoffauflöser 6 zugeführt und der Faserstoff 12 darin aufgelöst. Der aufgelöste Faserstoff wird dann über die Akzeptleitung 5 des Stoffauflösers 6 abgeführt. Danach wird das kalte Auflösewasser 2 durch eine Wärmepumpe 7 erwärmt. Die Wärmepumpe 7 besteht aus einem Verdampfer 11, der Wärme aufnimmt, und einem Kondensator 10, der Wärme abgibt. Zusätzlich weist die Wärmepumpe 7 einen Verdichter 9 (Kompressor) und ein Entspannungsorgan 8 (Drossel) auf.
Das kalte Auflösewasser 2 wird durch den Kondensator 10 der Wärmepumpe 7 erwärmt, sodass warmes Auflösewasser 2' dem Stoffauflöser 6 zugeführt werden kann. Die für die Erwärmung notwendige Wärme wird über den Verdampfer 11 der Wärmepumpe 7 dem warmen Prozesswasser 1 entnommen. Kaltes bzw. abgekühltes Prozesswasser 1' verlässt dann den Verdampfer 11.
Im Betrieb wird beispielsweise 50°C kaltes Auflösewasser 2 durch die Wärmepumpe 7 auf 65°C erwärmt, gleichzeitig wird dadurch Prozesswasser 1 durch die Wärmepumpe 7 abgekühlt. Durch die Zugabe des abgekühlten Prozesswassers in den nachfolgenden Prozessstufen, kann in etwa wieder die Ausgangstemperatur (in diesem Beispielfall 50°C) erreicht werden, während im Falle einer konventionellen Dampfaufheizung die Gesamtprozesstemperatur angehoben wird, was sich wiederum negativ auf die Kleberabscheidung auswirkt.
2 zeigt eine auf dem in 1 dargestellten Verfahrensschema basierende bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der das abgekühlte Prozesswasser 1' in die Akzeptleitung 5 eingeleitet wird. Dadurch wird einerseits die Faserstoffsuspension verdünnt, dies ist für weitere Prozessschritte erforderlich, andererseits wird dadurch auch die Faserstoffsuspension abgekühlt. Dies wirkt sich auf eine gute Abscheidung der klebrigen Verunreinigungen sehr positiv aus.
Die Wärmepumpe 7 wird hier also in der Weise in das System integriert, dass das Auflösewasser 2 (Auflösefiltrat) erwärmt und gleichzeitig das nach dem Auflöseprozess zugegebene Prozesswasser 1' (Verdünnungswasser) gekühlt wird. Somit können die Vorteile der Auflösung mit höheren Temperaturen als auch das in etwa konstant halten des Temperaturniveaus im Kreislauf und damit der Erhalt einer guten Kleberabscheidung in den nachfolgenden Prozessstufen sichergestellt werden. Die Bezugszeichen 1, 1', 2, und 2' in den 1 und 2 sollen einerseits das Prozesswasser 1, 1' bzw. das Auflösewasser 2, 2' darstellen, andererseits aber auch die Leitungen für das Prozesswasser bzw. das Auflösewasser.

Claims

Verfahren zur energieeffizienten Auflösung von Faserstoffen (12), wie beispielsweise Altpapier, in einem Stoffauflöser (6), wobei das für die Auflösung der Faserstoffe (12) verwendete Auflösewasser (2, 2') vorgeheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflösewasser (2) über eine Wärmepumpe (7) vorgeheizt wird, wobei über die Wärmepumpe (7) Wärme von im Stoffaufbereitungsverfahren befindlichen Prozesswasser (1) zum Auflösewasser (2) übertragen wird, sodass das Auflösewasser (2) erwärmt und das Prozesswasser (1) abgekühlt wird, wobei in nach dem Stoffauflöser (6) nachgeschalteten Prozessstufen das durch die Wärmepumpe (7) abgekühlte Prozesswasser (1') als Verdünnungswasser den Faserstoffen (12) zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffauflösung in einem Trommelauflöser durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Wärmepumpe (7) das Auflösewasser (2) auf über 55°C, vorzugsweise auf 65°C, erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Wärmepumpe (7) das Prozesswasser (1) auf unter 50°C abgekühlt wird.
Vorrichtung zum energieeffizienten Auflösen von Faserstoffen (12) mit einem Stoffauflöser (6) und einer Auflösewasserleitung (2'), die in den Stoffauflöser (6) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Wärmepumpe (7) mit einem Kondensator (10) und einem Verdampfer (11) aufweist, wobei Wärme aus einer Prozesswasserleitung (1) an den Verdampfer (11) übertragbar ist und wobei diese Wärme über den Kondensator (10) der Wärmepumpe (7) an die Auflösewasserleitung (2) übertragbar ist, sodass dadurch Auflösewasser in der Auflösewasserleitung (2) erwärmbar ist, wobei die Prozesswasserleitung (1') nach der Wärmepumpe (7) in eine Akzeptleitung (5) des Stoffauflösers (6) mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffauflöser (6) ein Trommelauflöser ist.