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Verfahren zum alkalischen Aufschluß zellulosehaltigen Materials Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum alkalischen Aufschluß zellulosehaltigen Materials,
das insbesondere zur Erzeugung von Papierzellstoffen geeignet ist.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin, durch Veränderung der chemischen
Zusammensetzung der zur Imprägnierung des zellulosehaltigen Materials verwendeten
Lauge die Nach-~ teile der bisher bekannten Verfahren zu beseitigen.
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Das Ziel des chemischen Aufschlussea ven zellulosehaltigen Materialien,
wie Holz und Einjahrespflanzen, zum Zwecke der Gewinnung technischer Zellulose besteht
in der
Herauslösung inkrustierender Substanzen, insbesondere des
Lignins. Dabei wird zwecks Erzeugung von Vollzell stoffen durch Wahl geeigneter
Chemikalien und Reaktionsbedingungen eine möglichst rasche und weitgehende Ligninentfernung
angestrebt. Im allgemeinen erfolgt der alkalische Aufschluß zellulosehaltiger Materialien
unter Verwendung von Natriumhydroxid oder einem Gemisch von Natriumhydroxid und
Natriumsulfid in Form einer wäßrigen Lösung, wobei sich das aufzuschließende, zerkleinerte
Material in wäßriger Laugenphase befindet und in diesem Zustand in einer geeigneten
Apparatur Druck- und Temperatureinwirkungen ausgesetzt wird. Die Reaktionstemperatur
liegt dabei meist zwischen 170 und 180 00. Als Folge dieser sowie weiterer mechanischer
und chemischer Behandlungsstufen wird eine technische Zellulose gewonnen, die für
unterschiedliche Zweck, z. 3. zur Herstellung von Papier, eingesetzt wird.
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Es ist auch bekannt, daß der chemische Aufschluß zellulosehaltigen
Materials, insbesondere von Holz, unter Verwendung der angeführten Chemikalien mit
einer anderen Kochtechnik rascher ausgeführt werden kann, indem das zellulosehaltige
Material in einer separaten Behandlungsstufe mit den in wäßriger Lösung befindlichen
Aufschluß chemikalien vollstandig durchtränkt und danach direktem Dampf ausgesetzt
wird. Dazu wird das zerkleinerte, zelle losehaltige Material zum Zwecke der Entlüftung
und der Erleichterung des Eindringens der Aufschlußchemikalien in das Material zunächst
einer Vordampfung unterworfen und anschließend bei erhöhter Temperatur und meist
auch erhöhtem Druck in die Lösung der Aufschlußchemikalien-getaucht, wobei die Dauer
der hierdurch eintretenden Imprägnierung des zellulosehaltigen Materials so bemessen
wird,
daß eine vollständige Durchtränkung mit der Aufschluß lauge
erreicht wird. Der eigentliche Aufschluß erfolgt in der Weise, daß das imprägnierte,
zellulosehaltige Material nach Abzug überschüssiger, von dem Material nicht aufgenommener
Lauge mit direktem Dampf auf Gemv peraturen von 180 bis 185 0C gebracht und der
Aufschluß in der Dampfphase zu Ende geführt wird. Die Verkürzung der Reaktionszeit
gegenüber dem herkömmlichen Verfahren in Laugenphase resultiert bei diesem Vorgehen
aus der raschen Erhitzung des imprägnierten Materials auf die Reaktionstemperatur
und aus der höheren Reaktionstemperatur selbst.
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Es ist weiterhin bekannt, daß die aus zellulosehaltigem Material erhältliche
Ausbeute an Zellstoff durch Zusatz bestitor chemischer Stoffe gesteigert werden
kann.
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Dieser Effekt tritt vorwiegend infolge chemischer Stabilisierung der
in pflanzlichen, zellulosehaltigen Materialien enthaltenen Heniæellulosen ein, die
somit gegenüber Abbaureaktionen geschützt werden. Solche Stoffe sind z. B.
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Alkalipolysulfide und Borhydrid. Alkalipolysulfide besitzen außer
ausbeutesteigernder Wirkung auch Nebenwirkungen auf die Qualität der unter ihrem
Zusatz erzeugten Zellulose, wobei insbesondere deren leichtere kahlbarkeit bei Weiterverarbeitung
zu Papieren angeführt wird.
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Der beschriebene Aufschluß in der Dampfphase stellt gegemüber dem
herkömmlichen Verfahren in Laugenphase einen Fortschritt dar, ist je doch in seiner
Weiterentwicklung begrenzt. Zwar ermöglichen die angewendeten hohen Reaktionstemperaturen
eine vergleichsweise hohe Delignifizierungsgeschwindigkeit,
jedoch
ist die weitere Steigerung der Temperatur zum Zwecke der Reaktionszeitverkürzung
nicht möglich, da bereits bei den angewendeten Temperaturen gewisse Rachtei7e hinsichtlich
der Qualität des erzeugten Zellstoffs in Kauf genommen werden müssen.
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Diese Nachteile beziehen sich in erster Linie auf die physikalischen
Eigenschaften des Zellstoffs0 Andererseits ist jedoch jede weitere beherrschbare
Reaktionszeitverkürzung unter Aufrechterhaltung einer hohen Qualitat des erzeugten
Zellstoffs von technischem und ökonomischem Interesse.
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Bei bestimmten chemischen Weiterbearbeitungsstufen des Zellstoffs,
z. Bo der Bleiche, hängt der Bedarf an Bleichchemikalien in erster. Linie von dem
in der Zellulose verbliebenen Restligningehalt ab. Eine diesem Zweck entspre-.
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chende weitgehende Ligninentfernung ist mit Hilfe des Aufschlusses
in Dampfphase ohne schwerwiegende Einbußen hinsichtlich der Qualität des s ndproduktes
nicht möglich.
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Weiterhin ist beim Aufschluß des zellulosehaltigen Materials in der
Dampfphase die Ausbeute durch den verwendeten Rohstoff und die Aufschlußtechnik
begrenzt und mit der derzeitig bekannten Verfahrensdurchführung nicht zu steigern.
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Auch erfordert das Dampfpha sen-A ufschlußverfahren nach dem gegenwärtigen
Stand der Xechnik zur Deckung von Chemikalienverlusten ähnlich hohe Mengen an Natriumsulfat
wie die herkömmlichen Verfahren in der Laugenphase.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin die angeführten Nachteile durch
Veränderung der chemischen Zusammensetzung der zur Imprägnierung des zellulosehaltigen
Materials verwendeten Lauge zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den alkalischen Aufschluß
von zellulosehaltigem Material in der Damp£-phase zu beschleunigen und eine weitgehendere
Ligninherauslösung bei gleichzeitiger Erhöhung der Ausbeute an Zellstoff unter Aufrechterhaltung
einer hohen Qualität zu erreichen und den Bedarf an Chemikalien zur Herstellung
von Natriumsulfid im Laugenregenerierungssystem zu senken Erfindungsgemäß wurde
die Aufgabe dadurch gelöst, daß einer natriumhydroxid- und natriumsulfidhaltigen
Imprägnierflüssigkeit Alkalipolysulfide zugesetzt werden. Zweckmäßigerweise wird
dafür eine Lösung von Natriunpolysulfiden verwendet, deren Konzentration so hoch
ist, daß beim Vermischen mit der Natriumhydroxid und Natriumaulfid enthaltenden
Lauge in dieser ein vorher festgelegter Polgsulfidgehalt erreicht wird. Die Herstellung
der Natrium-~ polysulfidlös ung kann durch Auflösen von elementarem Schwefel in
natriumhydroxid- und natriumsulfidhaltiger Lauge hoher Konzentration C"Weißlauge")
oder auf anderem Wege erfolgen. Der erforderliche Polysulridgehalt in der zur Imprägnierung
des zellulosehaltigen Materials verwendeten Lauge kann auch in anderer Weise, z.
3. durch direkte Zugabe von elementarei Schwefel oder von festen oder gelösten Alkalipolysulfiden
zur 1nrägnierlauge erhalten werden.
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Erfindungsgemäß ist auch, daß die Alkalipolysulfide in der natriumhydroxid-
und natriumsulfidhaltigen Lösung vor oder während des Imprägniervorgangs erzeugt
werden.
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Weiterhin ist erfindungsgemaß, daß die Imprägnierung auch so durchgeführt
werden kann, daß man in der 10 Stufe nur reine Alkalipolysulfidlösung verwendet
und in der 2. Stufe eine weitere Imprägnierung mit Natriumhydroxid und Natriumsulfid
erfolgt.
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Als Ergebnis des Polysulfidzusatzes zur Imprägnierlauge wird die angestrebte
Beschleunigung des Aufschlußvorgangs erreicht und ein Zellstoff mit niedrigem Ligningehalt
und hoher Qualität gewonnen. Durch Schutz gegen alkalischsn Abbau werden insbesondere
Hemizellulosen in der technischen Zellulose zurückgehalten, woraus eine Steigerung
der Ausbeute resultiert. Je nach Höhe des Polysulfidzusatzes können awßerdem Ausbeute
und Qualität des Zellstoffes variiert werden0 Dis Erfindung kann auch in der Weise
genutzt werdena daß als Folge des Polysulfidgehaltes der Imprägnierlauge der Zusatz
an Natriumsulfid im Laugenrückgewinnungssystem verringert wird oder gänz lich entfällt.
Beim Sulfatverfahren wird üblicherweise Natriumsulfat zur Deckung von Chemikalienverlusten
eingesetzt, bei Verwendung von Alkalipolysulfiden als Bestandteil der Imprägnierlauge
werden jedoch Schwefelverluste durch dia Reaktionsprodukte des Polysulfids (hauptsächlich
Alkalisulfid und -thiosulfat) ausgeglichen.
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Bei erfindungsgemäßem Vorgehen treten als folge der Reaktionszsitverkürzung
Einsparungen an spezifischen Energiekosten
ein. Die Reaktionszeitverkürzung
bedeutet weiterhin für vorhandene Produktionsanlagen eine Kapazitäts erhöhung, für
geplante Anlagen Kosteneinsparungen. Der niedrige Restligningehalt des Zellstoffes
senkt den Bedarf an Chemikalien für den nachfolgenden Prozeß der Zellstoffbleiche,
und die erreichte Ausbeutserhöhung vermindert die spezifischen Rohstoftkosten. Auf
Grund der breiteren Variationsmöglichkeit lassen sich Zellstoff erzielen, die hinsichtlich
ihrer Qualität einem gegebenen Verwendungszweck besser angepaßt werden können. Schließlich
ist es möglich, durch das erfindungsgemäße Verfahren den Natriumsulfatbedarf im
Laugenrückgewinnungssystem zu senken.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden: Zerkleinertes und mittels Sattdampf vorgedänftes Kiefernholz wird
unter einem Druck von 8 kp/cm2 mit einer Lösung imprägniert, die 75 g Natriumhydroxid/l,
25 g Natriumsulfid/1 (gerechnet als NaOH) und Natriumpolysulfide in einer Konzentration
von 10 g Polysulfidschwefel/1 enthält sowie eine Temperatur von 120 °C aufweist.
Nach einer Dauer von 10 Minuten wird das imprägnierte Holz aus der Lösung ausgetragen
und zur Delignifizierung direkter Dampfeinwirkung ausgesetzt.
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Gegenüber dem bisherigen Verfahren wird eine Steigerung der sortierten
Zellstoffausbeute von mindestens 2 % (bezogen auf atro Holz) erreicht. Der Ligningehalt
des Zellstoffs liegt um 0,7 - 1,0 % (absolut) niedriger. Reißfestigkeit und Dehnung,
ausgedrückt in Metern bzw. Prozent, erhöhen sich um 6 - 8 pb,