DE2320812A1

DE2320812A1 - Schwefelfreies aufschlussverfahren fuer wellmaterial

Info

Publication number: DE2320812A1
Application number: DE19732320812
Authority: DE
Inventors: Byron Mcpherson Dillard; Robert John Gilmer; John Dennis Kennedy; Va Lynchburg
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1972-05-15
Filing date: 1973-04-25
Publication date: 1973-11-29
Also published as: FI55363C; CA990910A; JPS5643495A; DE2320812C2; NO141951C; FR2184608B1; ES414474A1; FR2184608A1; AU5452873A; BR7303500D0; NO141951B; SE404043B; GB1425901A; JPS4947601A; FI55363B

Description

PATENTANWÄLTE Z d 2. O Ö

ing. H. NEGENDANK · dipl.-ing. H. HAIJCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ dipping. E. GRAAEFS · dipl.-ing. W. WEHNERT

HAMBURG-MÜNCHEN ZUSTELLUNGSANSCHRIFT: HAMBURG 30 ■ !VKTTTJiR WALL·

TEL·. 30 74 28 TTND 36 41 IS

MÜNCHEN 15 ■ MOZARTSTR.

405 Madison Avenue TEL.aasosso

Toledo, Ohio 43601 /TJSA teleqr. NEGEDAPATBirr München

HAMBUHG,

Schwefelfreies Aufschlußverfahren für Wellmaterial

Eines der am häufigstem verwendeten Verfahren zur Herstellung von Wellmaterial ist das neutrale hallschemische Sulfitverfahren, das im Anschluß hieran als NSSC-Verfahren bezeichnet wird_o Bei der Kochlösung dieses Verfahrens kommt ein Molverhältnis von Natriumsulfat zu Natriumkarbonat von etwa 7ί1 bis etwa 3s1 zur Anwendung, wobei eine Pulpe-Ausbeute von etwa 65 bis 80 # erzielt wird· Gegebenenfalls können verschiedene Puffer, wie zum Beispiel Natriumbikarbonat oder Natriumhydroxid zugesetzt werden, obwohl das Natriumbikarbonat manchmal bevorzugt wird, da es die Pulpe nicht so stark verdunkelt wie das Hydroxid, line Verbesserung des NSSC-Verfahrens, bei dem viel weniger Natriumsulfit benutzt wird, ist in dem US-Patent 3 003 909 offenbart«, In einem bezeichnenden Verfahren, das sich für die Herstellung von Wellpappe aus Hartholz

eignet, kommt ein Verhältnis von Natriumsulfat zu ITatriumbikarbonat von 5i1 zur Anwendung, "bei einer Lösungskonzen— tration -von 35 gr* ge Liiter, .14 9$ Chemikalien, auf Holz basis, einer Temperatur von "17O°0 bei einem Druck von 100 lbs je Zoll² für eine Zeitdauer von 2 bis 3 Stunden, und bei einer Ausbeute von 70 $„ Jedoch ist das Vorhandensein des Schwefels in der JCochlö'sung unter ökologischen Gesichtspunkten sehr zu beanstanden, da das Snderzeugnis nach der Zersetzung der lösung aus dem ESSC-Yerfahren Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid enthält, die beide übelriechend und korrodierend sind und so sie H-eigung .haben, die Umwelt zu verschmutzen»

"Figur 1 zeigt schem—atisch den Arbeitsablauf des Verfahrens bei einer gegenwärtig gebräuchlichen Wellmassemaschine, die mit neutralem Sulfit arbeitet» Bei einem derartigen Verfahren gehen beanstandenswerte Schwefelverbindungen aus dem Blas tank, den Mehrfaehver dampf apparat en, den Kaskadenver— dampfern, dem Wie dergewinnpags ofen und dem Turm zur Sättigung der Eohlosung mit S-ehwefeldioxid, wie auch aus ver— sshiedenen IiSsungstanks und AbfluBauffanggruben an die Atmosphäre verloren»

Das ÜS-3atent 51 56S beansprucht ein Verfahren zaar Be-

handlung von Holz durch. Kochen desselben in Natriumkarbonat allein unter Druck, während das kanadische Patent
469 638 Natriumhydroxid allein als Aufschlußmittel benutzte Außerdem ist in lappi, Vol„ 36, No. 7, 294 (1953) ein Verfahren beschrieben, bei dem reine Ätzsodalösung
als Kochmittel für Hartholz benutzt wird_e Die Verwendung von Natriumkarbonat allein führt zu einem langsamen Aufschluß und verlangt mehr Chemikalien, was unwirtschaftlich ist, während Natriumhydroxid allein im größeren Maße die wünschenswerten Halbzellulosen herauszieht, die für eine gute Wellmasse erforderlich sind_o

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kochlösung zum Aufschließen von Hartholz zu schaffen, bei der das Natriumkarbonat und Natriumhydroxid in dem richtigen Gleichgewicht enthalten sind, und bei der die oben erwähnten Nachteile, die bei Verwendung des einen oder anderen Bestandteils allein auftreten, vermieden werden_e

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens, bei dem eine Lösung zur Verwendung kommt, die völlig frei ist von Schwefelverbindungen, und eine Pulpe hervorbringt, die sich als Wellmasse eigenet, und dieselben physikalischen Eigenschaften aufweist wie

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die mit neutraler Sulfitlösung erzielte Pulpe, bei dem je— dock der Geruch, die Korrosion, sowie die bei den gegenwärtig angewendeten Verfahren auftretende Luft- und Wasserverschmutzung in Fortfall kommen» .

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht in der Vereinfachung der Zubereitung der Kochlösung sowie der Wiedergewinnungsanlage, was eine Senkung der Anschaffungs- wie auch der Betriebskosten bedeutet.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht in der Erhöhung der Geschwindigkeit bei der Papierherstellung durch Benutzung einer schwefelfreien Kochlösung₀

Die Erfinder haben überraschend festgestellt, daß Hartholz mit einer wässrigen Lösung aus Natriumhydroxid und

Natriumkarbonat aufgeschlossen werden kann, um eine Well— masse mit Eigenschaften gleich denen der durch das NSSC-Verfahren hergestellten Wellmasse zu erzeugen«, Bedingung für den Aufschluß ist eine Temperatur von etwa 375⁰I¹ "bei einem Druck von etwa 100 lbs je Zoll und einer Kochzeit von 5 Minuten oder äquivalenten Zeit/Temperatur-Beziehungen. Die chemisch trockne bis ofentrockne Holzbeschickungs— menge beträgt normalerweise 4,5 Gew.-$, kann jedoch zwischen 3 und 10 GeWo-?S, ausgedrückt als Natriumoxid, variiert werden« Die Konzentration der Kochlösung beträgt 100 gr./lit

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an aktivem NaOH und Na₂CO.,, wobei das Hydroxid von 8 bis gr_o/lit schwanken kann und das Karbonat von 80 bis 92 gr„/lit. als Na₂O schwanken kann_o

Durch die Entfernung des Schwefels aus dem Aufschlußsystem entstehen mehrere Vorteile, und zwar wie folgt:

ο Die Entfernung von Wasser aus der Papiermaschine ist infolge der Anwendung des beanspruchten Verfahrens bis zu etwa 5 $ verbessert j was eine entsprechende Herabsetzung in der Dampfverwendung nach sich zieht ₀

2β Die gesamte Menge des angewendeten ehemischen Aufschlußmittels ist herabgesetzt. Das bekannte NSSC-Verfahren benötigte eine durchschnittliche Zugabe an chemischem Aufschlußmaterial von 6 $ als Na_?0, (gerechnet auf Grundlage der ofentrocknen Späne), während das beanspruchte Verfahren nur 4,5 $ Chemikalien insgesamt (gerechnet auf gleicher Grundlage) benötigt«,

3. Die Belastung der Verdampfer der Maschine ist um 23 $ herabgesetzte

4e Die Pulpeausbeute ist um 1,8 $> erhöht, ausgehend von einer/gebenen Holzmenge „

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5. Die Schmelze des fiedergewinnungsofens ist sehr viel weniger empfindlich gegenüber Reaktionen zwischen der Schmelze und dem Wasser, indem eine merkliche Herab— Setzung in der Intensität der Stöße ("bumps") des Auf— lösungstanks gegeben ist_o

6. Alle unangenehmen Gerüche der durch das FSSO-Verfahren gebildeten schwefelhaltigen Verbindungen sind bei der Maschine sowie in deren "Umgebung ausgeschaltete

7. Die Schwierigkeiten in Verbindung mit Abwässern sind vermindert, da in den verbrauchten lösungen keine schwefelhaltigen Reduktionsmittel vorhanden sind", und

Die Ausschaltung von Schwefel aus der Aufschlußanlage führt auch zur Ausschaltung jeglicher Bildung von Bodensatz und der damit verbundenen Schwierigkeiten des Abführenso

Figur 2 zeigt ein Flußschema des Verfahrens nach dem neuen System für eine mit Karbonat und Hydroxid arbeitende Wellmaterialmaschine«,

In einer solchen Maschine ist es möglich, den Schwefel—

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■brenner und den Turm zur Sättigung der Rohlösung mit Schwefeldioxid wie auch jegliche Handhabung und Lagerung des Schwefels in Fortfall kommen zu lassen, die nun entsprechend der Darstellung in Pig. 1 für die neutrale SuI-fitwellmasse erforderlich sind« Es ist auch möglich, die Rohlösung-Kläreinrichtung und das Sulfitlager in Fortfall kommen zu lassen, sowie auch den Silo zur Lagerung kalzinierter Soda und den Auflösungstank, wodurch die Investitionskosten für eine neue Maschine erheblich herabgesetzt werden. Ebenso kann an den meisten Flächen, die mit der Lösung in Berührung kommen, der rostfreie Stahl durch einfachen Stahl ersetzt werden, wodurch weitere Einsparungen ermöglichtwerden. Ferner kann in einer Eteuinstallation anstelle der Kaskadenverdampfer und der Wiedergewinnungsöfen ein weniger kostspieliger Yifirbelschichttrockner benutzt werden, um die verbrauchte Lösung zu verbrennen und den anorganischen Gehalt in Natriumkarbonat umzuwandeln und dieses dem Aufschlußverfahren wieder zuzuführen«, Dieses ist nicht durchführbar, wenn beim Kochen Sulfit benutzt wird, da unter den oxidierenden Bedingungen der Verbrennung in einem solchen Wirbelschichttrockner Natriumsulfat erzeugt wird, welches für das Aufschlußverfahren nicht geeignet ist ο

Das in Fig. 2 gezeigte System setzt von keinerlei Verfah—

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rensschritt irgendwelche unangenehmen Schwefelverbindungen frei und schaltet somit die Luftverschmutzung aus, die ein charakteristisches Merkmal des gegenwärtig angewandten neutralen Sulfitverfahrens ist_o - -

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird als chemisches Aufbereitungsmittel für das Verfahren eine Ätzlösung aus Natriumhydroxid "bevorzugt bezogene Dieses Natriumhydroxid könnte jedoch auch in fester Form gekauft werden oder könnte wahlweise auch durch Kaustizierung neuen oder wiedergewonnenen Natriumkarbonatshergestellt werden,. In dem letztgenannten Fall kann anstelle des Natriumhydroxids Natriumkarbonat als chemisches Aufbereitungsmittel verwendet werden«

Beispiel 1 bis 5

Die folgenden Beispiele erläutern das Aufschließen von Hartholz unter Verwendung von verschiedene Mengen an Natriumhydroxid und Natriumkarbonat enthaltenden Kochlösungen, sowie die Wirkung derartiger Lösungen auf die Eigenschaften des so erzeugten Wellmaterials im Vergleich zu dem üblichen NSSC-Verfahren ο Der Gehalt an Chemikalien betrug bei der in dem üblichen Verfahren verwendeten Kochlösung 70 G-ewo-^ Natriumkarbonat, 22 G-ew»-$■.Natriumsulfit

und 8 Gew.-# Natriumsulfid, alles gerechnet auf ₂ Jede Partie bestand aus 2 000 gr. ofentrookenen Hartholzspänen, die mit 7 &ew.-# der Gesamtchemikalie, ausgedrückt als HapS» "behandelt wurden« Das Verhältnis Flüssigkeit/ Holz betrug 4/1« Die Kochpartie wurde über eine Zeitdauer von 50 Minuten auf 34O⁰P erhitzt und 45 Minuten lang auf dieser Temperatur gehaltene Die gekochten Späne wurden dann durch einen Refiner vom Scheibentyp für den laboratoriumsgebrauch mit einem .Plattenabstand von10 mil hindurchgeführt, um sie zu zerfasern_o Die entstehende Pulpe wurde dann in einem Laboratioriumsrefiner raffiniert und in Handbögen umgewandelt und durch die üblichen Verfahren getestet« Die lestigkeitseigenschaften der Bögen waren wie folgt, wobei die Abkürzung OMT Wellmaterialtest bedeutet, OH Natriumhydroxid und 00, Natriumkarbonat bedeutet, ausgedrückt als

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	Hingdruck Pro "be	- 10	—	Zug probe	CMT	2320812
OH zu CO,	55,3	Reiß probe	26,1	40,0	Ausbeute in i>
Standard	55,0	70	27,5	46,0	76,4
Standard	56,5	68	28,2	45,0	77,5
Standard	60,4	60	26₁0	50.5	71,1
Standard	56,8	68	27,0	45,4	76.8
Durchschnitt	56,5	67	24,3	47,7	75,5
50-50	53.6	74	25.5	47.8	74,2
50-50	55,1	Ii *	24,9	47,8	*ΊΙχΣ*
Durchschnitt	48,5	74	25,7	39,9	73,9
40 - 60	51.0	67	25^5.	40.6	74,0
40 - 60	49,3	67	25,6	40,3	75.0
Durchschnitt	56,0	67	26,6	43,0	74,5
30 - 70	54.5	72 -	27.0	42.0	75,8
30 - 70	55,3	Ii	26,8	42,5	15^4
Durchschnitt	53,4	74	25,5	50,8	75,6
20 - 80	56.4	67	19.4	42.8	74,0
20 - 80	54,9	66	22,5	46,8	75.6
Durchschnitt	67		75,1

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In der obigen Tabelle werden die Werte der Ringdruckprobe in lbs je 6 Zoll angegeben, der Reißprobe in Gramm je 16 Blatt, der Zugprobe in lbs/i ·· Breite und der GMT- Probe in lbs/10 Rippen«,

Aus den obigen Angaben ist klar ersichtlich, daß die Ausbeute sowie die physikalischen Eigenschaften der Wellmasse nicht wesentlich beeinträchtigt werden, wenn ein schwefelfreies Aufschlußmittel benutzt wird, im Vergleich zu der üblichen NSSC-Kochlösung. Jedoch werden geringere Mengen Natriumhydroxid (etwa 20 #)und höhere Mengen Natriumkarbonat (80 fi) bevorzugte

Beispiele 6 bis 7

In diesen Beispielen wurde wiederum das NSSC-Verfahren als übliches Verfahren benutzt und mit einer Kochlösung ■verglichen, deren Gehalt an Chemikalien als aus dem folgenden bestehend ausgedrückt werden kann: 20 Gew.-^ Natriumhydroxid und 80 Gewo-$ Natriumkarbonat auf der Grundlage von Na₂O. Jede Kochpartie bestand aus 2000 gr. ofentrockenen Hartholzspänen, die mit 7 Gew_o—$> der Gesamt— chemikalie behandelt wurden (als Na₂O). Das Verhältnis von Flüssigkeit zu Holz betrug 6ϊ1 und die Kochpartien wurden innerhalb von 3 Minuten auf 380⁰F erhitzt und dann

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3 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten. Die gekochten Späne wurden dann weiterverarbeitet, wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben, und in Handbögen umgewandelte Die Festigkeitseigenschaften dieser Bögen sind in der folgenden Tabelle gezeigt.

Ringdruck- Reiß- Zug— Ausbeute Kochart probe probe probe CMT in $

Standard 51,6 66 25,7 38,5 77,0 Hydroxid

Karbonat 48,8 68' 22,9 36,0 78,2 -

Die obigen Angaben zeigen, daß bei dem beanspruchten schwefelfreien Verfahren die Ausbeute etwas höher sein kann, daß jedoch die Werte der Eigenschaften des erzeugten Wellmaterials im Vergleich zu dem USSC-Standardverfahren bei Laboratoriumsversuchen etwas niedriger sein können_o

Beispiele 8 bis 9

In .tatsächlichen Produktions laufen der Maschine wurden Hartholzspäne in kontinuierlichen Pandia-Di ge stören aufgeschlossen, und zwar unter Verwendung von 175 lbs/Zoll Dampfdruckmessung, einer Temperatur von 376⁰F und bei einer Kochzeit von 4 bis 6 Minuten. Die G-e samt be Schickung s— menge der Chemikalie auf der Grundlage von Na₂O betrug

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4,5 G-ewe-jÄ einer Koehlösung, enthaltend 15 # Natriumhydroxid und 85 # Natriumkarbonat oder 8 gr_o/lit_o Hydroxid und 44,5 gr_o/lit« Karbonat, ausgedrückt als Na₃O₀ Diese Kochlösung wurde verglichen mit der in dem NSSC-Standardverfahren verwendeten, wobei die in die Digestoren eingegebene Beschickungsmenge der Chemikalie 6 bis 10 Gew_o-$ auf der Grundlage von Na₂O betrüge

Die Holzspäne wurden in den Digestören gekocht und dann in einer Eeihe von Pulpe-Refinern raffiniert, welche die lasern voneinander trennten und die Faserlänge kürzten, bis die Pulpe sich zur Herstellung von Papier auf einer !Pourdrinier-Papiermaschine eignete* Nach zwei derartigen Raffinationsstufen wurde die allgemein als schwarze lösung bekannte verbrauchte Kochlösung in Vakuumwaschvorrichtungen mit umlaufenden Trommeln aus der Pulpe herausgewaschen. Die schwarze Lösung wurde sodann durch Verdampfung konzentriert und in einem Schmelzofen verbrannt» Die geschmolzene Asche aus dem Ofen wurde in Wasser aufgelöst, um Rohlösung zu bilden, die im wesentlichen in einer Natriumkarbonatlösung bestand, wenn das Hydroxid-Karbonatkochverfahren benutzt wurde» Die Rohlösung wurde mit Natriumhydroxid verstärkt, um Kochlösung zur Verwendung in den Digestoren zu bilden und so den Lösungsrück-

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gewinnungstakt zu vollenden. Die durch das beanspruchte Hydroxid-Karbonat-Verfahren erzeugte Pulpe wurde in Wellmaterial umgewandelt, und zwar "bei 26 lbs je tausend Quadratfuß, und die lestigkeitseigenschaften wurden mit denen eines ähnlichen durch das NSSC-Verfahren hergestellten Wellmaterials verglichen,. Die durchschnittlichen Ergebnisse, die im Betrieb der Maschine während einiger Monate erzielt wurden, sind in der folgenden Tabelle niedergelegte -

Ringdruck— Zerreißen in g je 16 Bögen Kochart probe CMT Maschinen- Querrichtung richtung

STANdard 40 70,7 48 65

Hydroxid

Karbonat 43 70,3 50 67

Die obigen Zahlen zeigen deutlich, daß ein durch das neue Verfahren hergestelltes Wellmaterial gleiche oder bessere physikalische Festigkeitseigenschaften besitzt im Vergleich zu einem durch das übliche NSSC-Verfahren hergestellten Wellmaterial*, Außerdem zeigten die Produktions laufe der Maschine überraschend alle oben erwähnten Vorteile, und zwar eine um etwa 2 # erhöhte Ausbeute, einen geringeren Verbrauch an Chemikalien, den Portfall unangenehmer Gerüche

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sowie eine erhöhte Produktionsgeschwindigkeit.

Gegebenenfalls können andere Alkalimetallhydroxide und Karbonate anstelle der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Natriumverbindungen eingesetzt werden· Jedoch werden aus wirtschaftlichen Gründen Natriumhydroxid und. Natriumkarbonat bevorzugte

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Claims

Patentanspruches

1. Verfahren zum Aufschließen von Harthölzern zur Erzeugung von Wellmasse, dadurch gekennzeichnet, daß die Harthölzer-unter zeitlichen Bedingungen, sowie Temperatur- und Drucktedingungen mit einer wässrigen Lösung, die eine geringere Menge an Natriumhydroxid und eine größere Menge an Natriumkarbonat enthält, genügend gekocht werden, um die Späne zu durchdringen und zu. erweichen, so daß sie mechanisch zu Pulpe zerfasert werden können,

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Lösung von 8 "bis 20 g/lit Natriumhydroxid und 80 bis 92 g/lit Natriumkarbonat, ausgedrückt als Natriumoxid, enthält.

3β Verfahren nach Anspruch 2, dadurch .gekennzeichnet, daß das Kochen bei einer Temperatur von etwa 375⁰I¹ bei einem Druck von etwa 180 lbs/Zoll während einer Zeitdauer von 5 Minuten durchgeführt wird»

4ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Chemikalie in der wässrigen Lösung 20 Gew_e-# Natriumhydroxid und 80 Gewo—# Natriumkarbonat, ausgedrückt als Natriumoxid, enthalte

5. Verfahren zur Herstellung einer Wellmasse, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartholz in eine Pulpe und die Pulpe auf einer Papiermaschine in die Masse umgewandelt wird, wobei die Geschwindigkeit der Papiermaschine durch Beschickung mit einer Pulpe erhöht wird, die durch Kochen von Hartholz mit einer aufschlußwirksamen Menge an wässriger Natriumhydroxid- und Natriumkarbonatlösung erzeugt wurde.

6β Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Hartholz mit einer wässrigen Ghemikalienlasung gekocht wird, die 15 Gew„-# Natriumhydroxid und 85 Gew.-# Natriumkarbonat, ausgedrückt als Natriumoxid, enthält»

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kochen bei einer Temperatur von etwa 375⁰P bei einem Druck von etwa 175 lbs/Zoll während einer Zeitdauer von 5 Minuten durchgeführt wird«

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8« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Natriumkarbonats oder das gesamte Natriumkarbonat für die Aufschlusslösung durch Verbrennen der verbrauchten Aufschlusslöung unter oxidierenden Bedingungen in einem Wiedergewinnungsofen erzielt wird*

9ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Natriumkarbonats oder das gesamte Natriumkarbonat für die Aufschlusslöung durch Verbrennen der verbrauchten Aufschlusslöung unter oxidierenden Bedingungen in einem Wirbelschichttrockner erzielt wird.

10, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß • das Natriumhydroxid für das Aufsehlussverfahren als eine Aufbereitungschemikalie verwendet wird_o

11„ Verfahren nach Anspruch 1,· dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Natriumhydroxids oder das gesamte Natriumhydroxid für das Auf3chlussverfahren durch Kaustlzie- ren des aus dem Verfahren wiedergewonnenen Natriumkarbonats erzielt wird.

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