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Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den folgenden Schritten: Zerkleinern von Non-Wood Pflanzenmaterial, sodass es durch ein Schneckensystem förderbar ist, Vermischen mit einer Carbonat-Lösung und Durchmischen für 5 bis 20 Minuten.
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Ein derartiges Verfahren ist aus der
US 4,229,251 bekannt. Bei diesem Verfahren werden Hartholzchips bei Temperaturen zwischen 80 und 192 °C mit einer Carbonat-Lösung gekocht. Die Carbonat-Lösung hat eine Konzentration von 65 bis 120 g/1 als Natriumcarbonat und ein Flüssigkeits- zu Holzverhältnis von 1,2 bis 2,5. Die Lösung wird anschließend mechanisch veredelt, indem die Pulpe in zwei Stufen zerkleinert wird.
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Dieses Verfahren eignet sich dazu, einen Verstärkungsstoff für Altpapier bereitzustellen, um die Festigkeit im Papier zu erhalten oder zu erhöhen.
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Derartigen Verfahren liegt das Problem zu Grunde, dass das wieder zu verwendende Altpapier immer schlechter wird. Der Aschegehalt steigt und die Festigkeit des Papiers lässt nach. Es wird angestrebt, aus Non-Wood Pflanzenmaterial Papierfasern für die Wellpappenrohpapier- oder Kartonproduktion herzustellen. Wichtig ist daher für die Festigkeitserhöhung die Faser-Faser-Bindung, die nur zustande kommt, wenn sich das Lignin auf der Faser zurückzieht, die Faser freiliegt und fibrilliert werden kann. Dies kann durch die Zugabe eines leichten Lösestoffs, wie Natrium-Carbonat, erreicht werden. Das Natrium-Carbonat löst das Lignin an. Bei einem rein mechanischen Aufschluss wird die Faser nicht ausreichend von Lignin freigelegt.
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Problematisch ist bei den bekannten Verfahren jedoch, dass große Anlagen benötigt werden und die Natrium-Carbonat-Lösung nach ihrer Verwendung entweder als Abfall anfällt oder aufwendig wieder aufbereitet werden muss. Daher sind die bekannten Verfahren sehr aufwendig in der Anlagentechnik und mit einer hohen Umweltbelastung verbunden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Faserstoff hergestellt werden kann, der bei einer Beimischung ins Altpapier die Festigkeit steigert und als Zellstoffersatz eingesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit einem gattungsgemäßen Verfahren gelöst, bei dem während des Mischvorgangs dem Material Dampf mit 2 bis 15 bar Überdruck zugegeben wird und das Material nach dem Durchmischen mit einem CTMP-Refiner zerfasert wird. Dabei wird das Material unter Beibehaltung von hohem Druck und hoher Temperatur zerfasert.
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Dieses chemisch-mechanische Verfahren führt dazu, dass die Menge der Carbonat-Lösung immer weiter reduziert werden kann, wodurch die Kosten und die Umweltbelastung verringert wird.
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Mit einem Chemithermomechanical-pulp-Refiner kann das Nonwood Pflanzenmaterial beispielsweise 3 bis 5 Minuten lang bei 110 bis 130 °C heißem Dampf vorbehandelt werden. Dabei erweicht das Lignin und der Faserverbund und beginnt sich aufzulösen. Anschließend wird das Material zwischen den Kanten des Refiners zerfasert. Diese Zerfaserung kann in mehreren Durchgängen erfolgen, um die Einzelfasern schonend zu gewinnen. In einer ersten Refiner-Stufe werden die aufgeweichten Hackschnitzel bei Überdruck vorzerkleinert und in einem zweiten Refiner kann der grobe Faserstoff bei Atmosphärendruck weiter zerfasert werden. Durch die thermische Vorbehandlung nähern sich die Eigenschaften teilweise denen von teurem Zellstoff an.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Material chemisch vorbehandelt und dann unter im CTMP-Refiner behandelt und erst danach wird in einem Dampfabscheider der Druck entspannt.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Mischung aus Carbonat-Lösung und zerkleinertem Non-Wood Pflanzenmaterial 1 - 20 % Na2CO3 Trockensubstanz (TS) und 99 % bis 80 % Trockensubstanz (TS) Nonwood Pflanzenmaterial und vorzugsweise 2 - 8 % Na2CO3 Trockensubstanz und 98 bis 92 % Nonwood Pflanzenmaterial und besonders bevorzugt 3 - 5 % Na2CO3 Trockensubstanz und 97 - 95 % Nonwood Pflanzenmaterial aufweist.
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Als Carbonat-Lösung eignet sich beispielsweise eine Natrium-Carbonat-Lösung. Natrium-Carbonat ist Polymorph, kristallisiert also in Abhängigkeit von Druck und Temperatur bei gleicher chemischer Zusammensetzung in verschiedenen Kristallsystemen, die wasserfrei seien oder Kristallwasser enthalten können. Wasserfreies Na2CO3 ist als Mineralnatrit oder unter der Bezeichnung kalzinierte Soda bekannt. Diese weiße Substanz bildet sich bei Temperaturen oberhalb von 107 °C. Natrium-Carbonat kann jedoch auch als Monohydrat (Thermonatrit), Dihydrat (Pirssonit), Pentahydrat (Natrocalcit), Heptahydrat, Decahydrat oder Hydrogencarbonat vorliegen.
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Dabei wird das Pflanzenmaterial vorzugsweise in einem Schneckensystem durchmischt. Das Non-Wood Pflanzenmaterial kann dabei beispielsweise zunächst mit Zugabe von 2 bis 8 % einer Na2CO3-Lösung durchmischt und anschließend in einer Penetrationsschnecke für 5 bis 20 Minuten gehalten und weiter durchmischt werden. Zum Aufbau eines Druckes kann ein Schneckensystem mit einer Pfropfenschnecke eingesetzt werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn Druck und Temperatur vom Schneckensystem bis zur Zerfaserung etwa konstant gehalten werden. Das heißt, die Temperatur schwankt nur um maximal +/- 5 K und der Druck schwankt um maximal 2 bar.
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Das so imprägnierte und aufgeheizte Non-Wood Pflanzenmaterial wird einem CTMP-Refiner zugeführt, um den Faserstoff zu zerkleinern. Nach dem CTMP-Refiner liegen Dampf und Fasern als zwei getrennte Materialien vor. Der freiwerdende Dampf wird abgetrennt und das Fasermaterial wir weiterbehandelt. Außerdem kann nach der Zerfaserung je nach Prozessverlauf auch übrige Na2CO3-Lösung vom Material abgetrennt werden.
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Als Weiterbehandlung kann das Material nach der Zerfaserung verdünnt, gewaschen, wieder verdünnt, sortiert und in einem LC-Refiner weiterverhandelt werden. Beim Waschen kann das Material eingedickt werden.
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Da durch die Kombination von chemischem und mechanischem Verfahren nur sehr wenig Lösungsmittel verwendet wird, kann die ausgewaschene Na2CO3-Lösung mit Lignin und Hemizellulose einer Abwasserreinigungsanlage zugeführt werden.
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Der so gewonnene Faserstoff kann zu 100 % mit Altpapier oder anderen Faserstoffen gemischt und einer Papiermaschine oder einer Kartonmaschine zugeführt werden. Dies ermöglicht es, das gesamte behandelte Material mit Altpapier oder anderen Faserstoffen zu mischen und weiter zu verwenden.
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Eine Rückgewinnung von Na2CO3 ist im Hinblick auf die geringe Menge nicht notwendig. Das ausgewaschene Na2CO3 wird mit Lignin und Hemizellulose der Abwasserreinigungsanlage zugeführt.
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Vorrichtungsmäßig wird die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Herstellung von Faserstoff mit einem Zuführsystem und einem Schneckensystem mit Dampfzugabeeinrichtung gelöst, das ein CTMP-Refiner aufweist. Dabei hat das Schneckensystem vorzugsweise eine Pfropfenschnecke und eine nachgeschaltete Penetrationsschnecke.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt
- 1 eine Anlage mit einem CTMP-Refiner,
- 2 schematisch die einzelnen Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels und
- 3 eine weitere Anlage mit einem CTMP-Refiner.
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Das in dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dargestellte CTMP-Refiner-System dient dazu, mittels eines CTMP-Refiners aus Stroh eine Pulpe zu erzeugen. An Stelle von Stroh kann beispielsweise auch Miskantus oder Zuckerrohr als Ausgangsmaterial verwendet werden. Im Folgenden wird das Verfahren am Bespiel von Stroh beschrieben, obwohl es für beliebige Nonwood-Pflanzenmaterialien geeignet ist.
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Bevor das Stroh mit der Vorrichtung 1 behandelt wird, wird das Stroh in einer Hammermühle mit 1500 Umdrehungen/Minute und Sieben mit 20 mm Durchmesser zerkleinert. Dann wird das zerkleinerte Strohmaterial 2 in einem Presteaming-Behälter 3 heiß unter Überdruck und mit Heißdampf vorbehandelt und dann mittels einer Pfropfenschnecke 4 gefördert und gepresst und über die Zuleitung 5 mit einer Na2CO3-Lösung vermischt.
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An die Pfropfenschnecke 4 kann sich eine Penetrationsschnecke (nicht gezeigt) anschließen, in der dem Material über Dampfdüsen Dampf von 2 bis 15 bar Überdruck zugegeben wird.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist als Heißhaltestrecke ein Preheater 6 vorgesehen, von dem das Material über die Schnecke 7 zum CTMP-Refiner 8 gelangt. In einem anschließenden Zyklon 9 Dampf 10 und zerfasertes Material 11 getrennt.
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Dampf 12 wird somit dem Presteaming-Behälter 3, dem Preheater 6 und dem CTMP-Refiner 8 zugeführt. Außerdem gelangt Dampf 12 auch über die Leitung 13 vom Preheater 6 zum CTMP-Refiner 8.
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Ein vollständiges Behandlungsschema vom Non-Wood Pflanzenmaterial bis zur Papiermaschine ist in der 2 dargestellt. Das Non-Wood Pflanzenmaterial ist im Ausführungsbeispiel Stroh 20, das in einer Hammermühle 21 zerkleinert wird. Von dort gelangt das zerkleinerte Non-Wood Pflanzenmaterial in ein Zuführsystem 22 und wird weiter zunächst in eine Pfropfenschnecke 23 und dann weiter in eine Penetrationsschnecke 24 gefördert. Als Lösungsmittel 25 wird -Natrium-Carbonat zwischen Zuführsystem 22 und Pfropfenschnecke 23, zwischen der Pfropfenschnecke 23 und der Penetrationsschnecke 24 und direkt der Penetrationsschnecke 24 zugeführt.
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Dampf 26 wird zwischen der Pfropfenschnecke 23 und der Penetrationsschnecke 24 zugeführt und auch direkt in die Penetrationsschnecke 24 eingeleitet. Nach der Behandlung mit Druck und Temperatur wird das Material über eine Zuführschnecke 27 dem CTMP-Refiner 28 zugeführt. Von dort gelangt das Material in den Dampfabscheider 29, der entspannten Dampf 30 von Faserstoff trennt, der einer Waschpresse 31 zugeführt wird. Dort wird das Material über die Zugabe von Wasser 32 gewaschen, wobei als Filtrat Schmutzwasser 33 anfällt. Dieses Schmutzwasser wird einer Kläranlage zugeführt.
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Nach der Waschpresse wird das Material nochmals mit Wasser 32 verdünnt und gelangt dann in eine Sortierung 34. Von dort gelangt das aussortierte Material in einen Eindicker 38. Danach wird ein Teil 39 in einer Teilausschleusung entfernt und der Rest wieder dem Zuführsystem 22 zugeführt.
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Von der Sortierung 34 gelangt das Fasermaterial in einen LC-Refiner 35 und danach in eine Feinsortierung 36 und von dort in die Papiermaschine 37.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt die 3. Hier gelangt das zerkleinerte Pflanzenmaterial 40 über eine Schnecke 41 zu einer Pfropfenschnecke 42. In der anschließenden Zuleitung 43 wird das Material mit Carbonat 44 versehen. Die Mischung gelangt dann in eine Penetrationsschnecke 45. Dort wird Dampf 46 zugeführt, um das Material unter Überdruck zu erhitzen. Von dort gelangt das erhitzte Material in einem geschlossenen System 47 zu einem CTMP-Refiner 48. In einem anschließenden Entspannungsbehälter 49 werden Dampf 50 und zerfasertes Material 51 getrennt, das dann mit einer Pumpe 52 weiter gefördert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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