DE2413123A1 - Bleichen von kraftpulpe auf sauerstoffbasis - Google Patents

Description

S 1557

PATENTANWÄLTE

Dr. - Ing. HANS RUSGHKE Dipl.-Ing. CLAF RUSCHKE Dlpl.-Ing. HANS E. RUSCHKE

1 BERLIN 33

Scott Paper Company, Industrial Highway at Tinicum Island Road Bleichen von Kraftpulpe auf Sauerstoffbasis

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Bleichen von Kraftpulpe in einem Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis. Insbesondere betrifft die Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Bleichen von Kraftpulpe in einem Bleichverfahren auf Sauerstoff basis, bei welchem die Verbesserungen darin bestehen,

(a) unbehandelte Abfallauge bzw. weiße Lauge (i.Orig. white liquor) aus einem Kraftregenerierungssystem als Alkaliquelle in dem Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis zu verwenden und

(b) das abströmende Material aus dem Bleichverfahren auf Sauerstoff basis direkt zu dem Kraf tregenerierungsaystem zurückzuführen.

Holz ist aus zwei Hauptbestandteilen zusammengesetzt, einem faserigen Kohlenhydrat- oder Celluloseanteil und einem nichtfaserigen Anteil, welcher phenolartige Verbindungen umfaflt, wobei dieser letztere Anteil gewöhnlich al· Lignin bezeichnet wird.

Bei dem Kraft- oder Suifatpulprerfahren werden Holzeohnitzel in einem Zellstoffkocher mit einer Lösung aue Natriumhydroxid und Natriumeulfid behandelt, weloht den aiohtfmeerigen Anteil dee Holzes (Lignin) angreifen, eo daß die einzelnen fasern

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abgetrennt werden können. Die erhaltene Pulpe wird dann zu

waaqh einem Braunholzfcystem überführt, wo Ghemilcalien durch waschen mit Wasser entfernt werden. Das aus diesem Waschgang abströmende Material plus die verbrauchte Kochlauge aus dem Kocher wird gewöhnlich als Natronablauge bzw. schwarze Lauge bezeichnet (i.Orig. black liquor). Die schwarze Lauge enthält praktisch alles ursprünglich zugesetzte Alkali plus etwa die Hälfte des Originalgewichtee der Holzschnitzel. Schwache schwarze Lauge wird entweder zum Zellstoffkocher zurückgeführt, wo sie als Verdünner für die frische Lauge dient, oder sie wird wie folgt in einem Kraftregenerierungasystem behandelt:

Die schwache schwarze Lauge (mit annähernd 15 - 20 ⁰Jo feststoffen) wird in einer Heihe von Verdampfern behandelt, die gewöhnlich als ein Mehrfachverdampfer bezeichnet werden und zu einem Direktkontaktverdampfer entladen, wo weiteres Wasser verdampft wird, bis der Feststoffgehalt annähernd 65 - 70 i» beträgt. Die Verdampferlauge wird dann gesiebt und durch eine Eegenerierungseinheit geschickt, wo (a) Aufbauchemikalie oder Salzkuehen (Natriumsulfat) zugegeben; (b) das restliche Wasser entfernt} (c) Natriumsalze, meistens als Natriumcarbonat und Natriumsulfid, wiedergewonnen} und (d) Wärme durch Verbrennung der in der Lauge enthaltenen organischen. Verbindungen gewonnen wird bzw· werden·

Die geschmolzene Asche oder Schmelze aus der Wiedergewinnungseinheit, welche aus Natriumcarbonat und Natriumsulfid besteht, wird in Wasser unter Bildung von grüner Lauge (i.Orig. green liquor) gelöst. Die grüne farbe geht auf Eisenverunreinigungen zurück, welche zusammen Bit Kieselsäure und anderen suspendierten feststoffen durch Behandlung mit Koagulierungsmitteln und Absetzen in einer Klärvorrichtung entfernt werden. Dem Jü-ärachritt folgt ein Kauatifisiarungasehritt, in welchem die grün· Lauge mit gebrannten Kalk (Calciumoxid) behandelt wird, um das Natriumcarbonat in Natriumhydroxid zu überführen, wobei das NatriuMeulfid unverändert bleibt. Der Sohlamm aus der Behandlung mit gebranntem Kalk wird entfernt} die erhaltene

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Lösung wird als Abfallauge bzw· weiße Lauge bezeichnet» welche als Kochflüssigkeit in dem Zellstoffkocher wiederverwendet werden kann» Per Schlamm wird in einem Kalkschlickwascher gewaschen und das Filtrat verwendet, um zusätzliche Schmelze aus der Regenerierungseinheit zu lösen. Per Kalkschlick wird in einem Drehrohrofen behandelt und ergibt neugebrannten Kalk. Während des Brennvorgangs sammeln sich etwas Calciumoxid und Schwefelverbindungen in dem Ofensehacht und werden mittels eines Naßreinigers in diesem Schacht entfernt.

Ungebleichte Kraft- oder Sulfatpulpen werden im allgemeinen bis zu einer akzeptablen Helligkeit mittels eines Mehrstufenverfahrens gebleicht unter Verwendung von Chlor oder chlorhaltigen Verbindungen, wie Calcium- oder Natriumhypochlorit und Chlordioxid. Obwohl sich Chlor und chlorhaltige Verbindungen als wirksame Bleichmittel erwiesen haben, sind diese Verbindungen schwierig zu handhaben» bringen das Problem der Korrosion der Papierherstellungsvorrichtung mit sich und machen es unmöglich, die abströmenden Materialien aus der Bleiohanlage wiederzugewinnen und zurückzuführen. Außerdem können verbrauchte flüssigkeiten bzw. Laugen und Waschwässer aus der Bleichanlage, die derartige Verbindungen enthalten, ein ernstzunehmendes Verschmutzungsproblem aufwerfen. Pie Probleme der Flußverschmutzung, die mit abströmendem Material aus Chlor- und/oder chlorhaltigen Bleichverfahren verbunden sind, sind allgemein bekannt; es ist vorgeschlagen worden, diese abströmenden Materialien in einem Pulplaugeregenerierungssyetem wie dem oben beschriebenen zu konzentrieren und zu verbrennen. Piesee Verfahren der Beseitigung solcher abströmender Materialien hat jedoch mehrere schwerwiegende Nachteile, welche die Anwendung eines solchen tfiedergewinnunge- und Vernichtungssystems für chlorhaltiges Abgangsmaterial aus einer Bleichanlage entmutigen. Per Chloridgehalt des abgehenden Materials bringt Korrosionsprobleme, Entstehung von festem Material, Verflüchtigung toxischer Verbindungen usw. in dem Regenerierungssystem mit sich.

Alternative Bleichverfahren wie jene, die Sauerstoff verwenden,

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sind zur Anwendung für die Bleichling von Holzpulpe vorgeschlagen worden. Siehe hierzu US-FS 3 024 158, welche die Anwendung yon Sauerstoff zur Bleichung ron Holapulpe und Verhinderung einer Helligkeitsumkehr in der gebleichten Pulpe vorsieht} sowie die US-PS 3 384 533, welche Katalysator» betrifft, die bei Bleichling von Holzpulpe mit Sauerstoff in einem alkalischen üedium brauchbar sind. Andere Torschläge, wonach Kraftpulpe mit einer Kombination aus Sauerstoff und Alkali gebleicht werden kann» finden eich zum Beispiel in dem* Aufsatz von Hiisvirta, erschienen in 53 Paperi ja Puu, Nr. 7, S. 439-443 (Juli 1970), und in dem Aufsatz von Rowlands on in Paper Trade Journal. 21. Dezember 1970, S. 38. Das Sauerstoffbleichen von Holzpulpe wird ebenfalls allgemein in der ZA-Patentanmeldung Ko. 68/3771 rom 13. Juni 1968 der South African Pulp and Paper Industries, Ltd., et al. vorgeschlagen. In allen diesen Druckschriften wird Holzpulpe mit Sauerstoff in einem alkalischen Milieu bei einer erhöhten (Temperatur und einem erhöhten Druck behandelt, um die Pulpe zu bleichen.

Es ist auch vorgeschlagen worden, das abgehende Material aus einer solchen Sauerstoffbleichoperation durch Einbringen desselben in ein chemisches Regenerierungsverfahren zu behandeln. Jedoch war es bei der bisherigen Technik stets notwendig, das abströmende Material aus der Bleichoperation vor seinem Eintritt in das Regenerlerungeeyetem zu behandeln, um mindestens einen !Teil des in dem abgehenden Material enthaltenen Vatriumhydroxids zu entfernen. Das gesamte Natriumhydroxid zum Beispiel in ein herkömmliche· Kraftregenerierungesystem einzubringen, welches auch einen hohen Prozentgehalt an Natriumhydroxid aus der Pulpoperation enthält, würde zu einem Ungleichgewicht im Eegenerierungteystem führen, was bei bisherigen Verfahren nicht hingenommen werden konnte.

Vorbehandlungen der Holzpulpe mit Säuren, wie Schwefelsäure und Schwefeldioxid, vor dem Sauerstoffbleichungssohritt sind ebenfalls vorgeschlagen worden als Mittel zur Verminderung des Abbaus der Holzpulpe, welcher ansonsten während der Blelch-

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operation eintreten würde. Diesen Säurevorbehandlungen folgte jedoch ein Wasohschritt vor der Bleichoperation, da es schien, daß die Einführung von Säure in die Bleichoperation zu einer Abnahme der Effizienz dieser Operation infolge Neutralisation von etwas Alkali führen würde, das zum Bleichen erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird Kraftpulpe in einem verbesserten Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis gebleicht, welche Verbesserungen darin bestehen, daß man (a) unbehandelte Abfallauge bzw. weiße Lauge aus dem Kraftregenerierungssystem als Alkaliquelle in dem Bleichverfahren auf Sauerstoff verwendet und (b) das ab» strömende Material aus dem Bleichverfahren direkt zu dem Kraftregenerierungssystem zurückführt.

Wie oben beschrieben, erfaßt die vorliegende Erfindung die Kombination eines Kraftregenerierungssystems und eines Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis. Erfindungsgemäß wird zu behandelnde Pulpe in einer herkömmlichen Kraftpulpoperation, wie sie der fachweit allgemein bekannt ist, hergestellt. Das abströmende Material aus dieser Pulpoperation wird dann in ein Kraftregenerierungssystem, wie das oben beschriebene, eingebracht. Die resultierende Pulpe wird schließlich zu einem hohen Helligkeitsgrad mittels eines Bleichverfahrens auf Sauerstoffbasis gebleicht, wie es gleichfalls der Paohwelt allgemein bekannt ist. Der erfindungsgemäfle Neuerungsvorsohlag besteht nun darin, daß (a) unbehandelte Abfallauge bzw. weiße Lauge aus dem Kraftregenerierungesystem als Alkaliquelle in dem Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis verwendet und (b) das aus dem Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis abströmende Material direkt in das Kraftregenerierungesystem ohne eine Vorbehandlung dieses abströmenden Materials eingeleitet wird*

Brfindungigemäß wurde gefunden, daß unbehandelte weiBe Lauge aus dem Kraftregeasrierungssyetsa als Alkaliquelle in dem Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis verwendet werdtn kann, ohne irgendeine störende Wirkung auf die Helligkeit oder anders

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Eigenschaften der erhaltenen Pulpen zu haben. Wie oben erwähnt, enthält die weiße Lauge neben dem gewünschten Natriumhydroxid eine bedeutende Menge an Natriumsulfid, welches bekanntermaßen ein starkes Reduktionsmittel ist. Ss war erwartet worden, daß die Einführung eines Reduktionsmittels in das Bleichverfahren die Effizienz der darin stattfindenden Oxidationsreaktion herabsetzen würde· Ss zeigte sich jedoch, daß dies nicht der fall ist. Im Gegensatz, es wurde gefunden, daß weiße Lauge mit einer Sulfid!tat von etwa 20 j» bis 40 $ bei der Bleichoperation verwendet werden kann, ohne in irgendeiner Weise die Eigenschaften der erhaltenen Pulpe zu verschlechtern.

Bei Durchführung de* Bleichoperation wird ein herkömmliches Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis angewendet. Erfindungsgemäß wird es jedoch bevorzugt, dieses Verfahren unter Verwendung der Pulpe mit einer Konsistenz von etwa 20 bis 40 S&, bei einem Sauerstoff druck von etwa 3,60 bis 10,50 kp/cm und einer erhöhten temperatur von etwa 80° bis 160⁰C für eine Zeitspanne von etwa 20 bis 90 Minuten durchzuführen. Optimale Ergebnisse sind erhalten worden, wenn die Bleichoperation bei einem alkalischen pH Ton etwa 8 bis 13 durchgeführt wurde.

Erfindungegemäß wurde gefunden, daß das geforderte alkalisohe pH durch Behandeln der Pulpe mit der weißen bzw. Abfallauge, die aus einem Kraftregenerierungssystem erhalten wird, ohne irgendeine Vorbehandlung der weißen Lauge zwecks Entfernung des darin enthaltenen Schwefels, erreicht werden kann. Obwohl die Sulfidität von weißer Lauge im allgemeinen im Bereich von etwa 20 bis 25 1» liegt, wurde gefunden, daß befriedigende Ergebnisse erreicht werden können, wenn eine weiße Lauge mit einer Sulfidität bis zu etwa 40 #, wie jener üblicherweise bei technischen Operationen auftretende Sulfidität, verwendet wird. Si· Menge an sur Behandlung der Pulpe vor deren Behandlung mit Sauerstoff in dem Bleichverfahren verwendeter weißer Lauge kann über einen weiten Bereich variiert werden, je nach der Art der verwendeten Pulpe und den in der Endpulpe gewünschten Bigen-

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schäften. Bei einer herkömmlichen Hartholzpulpe sind zufriedenstellende Ergebnisse erreicht worden, wenn die Menge an verwendeter weißer Lauge ausreichte» um etwa 1 bis 8 # aktives Alkali» bezogen auf das Trockengewicht der Pulpe, vorzulegen. Um eine Pulpe herzustellen, die bei Herstellung von Blättern mit optimalen physikalischen Eigenschaften verwendbar i*t, wird es besonders bevorzugt, eine solche Menge an weißer Lauge einzusetzen, daß etwa 1 bis 4 # aktives Alkali der Pulpe zugegeben wird*

Das Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis kann entweder allein oder in Kombination mit anderen Behandlungen, die üblicherweise bei der Bleichung von Holzpulpe angewendet werden, zur Anwendung gelangen. Es wurde erfindungsgemäß auch gefunden, daß das abströmende Material aus der oben beschriebenen Bleichoperation auf Sauerstoffbasis direkt in das Kraftregenerierungesystem eingebracht werden kann. Somit ist keine Vorbehandlung erforderlich, um überschüssiges Alkali aus diesem abströmenden Material vor seiner Rückführung zu entfernen. Es wird besonders bevorzugt, das abströmende Material in das Regenerierungssystem einzubringen, indem es in dem Haßreiniger für den Kalkbrennrohrofen oder dem Braunholzwascher eingesetzt wird, so daß die darin enthaltenen Feststoffe in dem normalen Betrieb jenes Systems entfernt, verascht und kauatif iziert werden.

Ein Vorteil des vorliegenden Verfahrene ist, daß es zu einem minimalen Bedarf an erforderlichem frischem Wasser und einer bedeutenden Reduktion der Fluß- und Luftverschmutzung führt, wie sie bei bisher angewendeten Pulp- und Bleichoperationen auftrat.

Zwecks Besahreibung der vorliegenden Erfindung und mit dem Ziel eines besseren Verstandniete· werden die folgenden Bei» spiele gegeben. Diese Beispiele dienen in erster Linie dem Zwecke der Erläuterung; jede spezielle darin enthaltene Aufzählung einee Details sollte nicht als eine Beschränk ung det Erfindungskonzeptes aufgefaßt werden.

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Me folgenden Standardmethoden wurden bei Durchführung der Beispiele verwendet.

Handblätter wurden nach der in TAPPI Standard T-261m für optische Tests und nach TAPPI Standard T-205m für physikalische Tests beschriebenen Arbeitsweisen hergestellt.

Die Helligkeit der Blätter wurde auf einem General Electric Photometer nach TAPPI Standard T-217m gemessen und ist in G-.E. Einheiten ausgedrückt.

Die Zugfestigkeit der Blätter wurde nach TAPPI Standard T-220m-60 gemessen und ist in Metern ausgedrückt.

Der üeißfeetigkeitewert der Handblätter wurde gleichfalls nach TAPPI Standard T-220 unter Verwendung eines jüngeren Elmendorf-Reißfestigkeitstestere gemessen.

Die Viskosität der Pulpe wurde nach TAPPI Standard T-230 gemessen und ist in Gentipoise angegeben.

Beispiel I

Pappelhartholzachnitzel wurden zu einer Pulpe nach dem Kraftverfahren reduziert. Aus einer Prob· der Pulpe hergestellt· Handblätter besaßen eine Helliglceit von 36,0.

Eine Probe der Pulp· wurde bei einer Konsistenz von annähernd 26 i» mit einer Lösung aus Magneeiumoarbonat behandelt, so daß •twa 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der fasern, zugegeben wurden. Pie iasera wurden dann mit weißer Lauge aus einem Kraftregenerierungaverfahren behandelt, so daß 4»5 Uew.-£, bezogen auf das iaeergewicht» der weißen bzw* Abfallauge zugegeben wurden. Me behandelte Probe wurde in %±m Parr-Bombe gesetzt, welche mit Sauerstoff gefüllt wurde, bis der Druck annähernd 7 kp/cm betrug. Die Parr-Bombe wurde bei diesem Druck gehalten und auf annähernd 100⁰C für einen Zeitraum von etwa 30 Minuten erhitzt. Die Pulpe wurde dann aus der Bombe entfernt und sorgfältig mit Wasser gewaschen und ihr pH auf

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etwa 4,O durch die Zugabe einer wäßrigen Lösung von Schwefeldioxid eingestellt· Aus einer Probe der Pulpe hergestellte Handblätter hatten eine Helligkeit von 53,1.

Das aus dem Bleiohschritt abgehende Material wurde gesammelt und direkt in das chemische Regenerierungesystem des Kraftpulpverfahrens eingegeben.

Bine zweite Probe der Pulpe wurde wie oben behandelt» mit der Ausnahme, daß die weiße Lauge durch eine äquivalente Menge an wäßriger Natriumhydroxidlösung ersetzt wurde. Aus der auf diese Weise gebleichten Pulpe hergestellte Handblätter hatten eine Helligkeit von etwa 52,3«

Beispiel II

Ahornhartholzschnitzel wurden mittels des Kraftverfahren· gepulpt. Aus einer Probe der Pulpe hergestellte Handblätter hatten eine Helligkeit von 57,5.

Vier Proben der Pulpe wurden mit weißer Lauge behandelt, die eine SuIfiditat von etwa 25 i» hatte, so daß verschiedene Prozentgehalte an aktivem Alkali, bezogen auf das Trockengewicht der Pulpe, zugegeben wurden. Die behandelten Proben wurden mit einer Konsistenz von etwa 25 °k in eine Parr-Bombe gesetzt und mit Sauerstoff beladen, bis der Druck auf annähernd 10,5 kp/cm angestiegen war. Die Parr-Bombe wurde dann auf etwa 125⁰G erhitzt und bei einer Temperatur von -etwa 125⁰C bis 165⁰C für 90 Minuten gehalten, während dieser Zeit der Druck auf etwa 17,5 kp/cm stieg. Die Pulpe wurde dann entfernt, mit Wasser gewaschen und das pH auf etwa 4,0 mittels Zugabe von schwefliger Säure eingestellt. Die erhaltene Pulpe wurde auf optische und physikalische Eigenschaften getestet.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt!

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- ίο -

Zugefügte

Probe $ aktives Viskosität Helligkeit Zugfestigkeit Reißwert Alkali

A	1,00	12,4	67,2	5575	39
B	4,65	4,6	76,0	4825	26
G	8,75	• 2,2	80,7	3058	8
S	15,00	2,4	83,0	548	8

Das aus dem Bleichverfahren abströmende Material wurde gesammelt und in das chemische Eegenerierungssystem des Kraftpulpe verfahren^ mit dem Braunholzwasser eingeleitet.

Ale Kontrolle wurden vier Proben der Pulpe wie oben behandelt, mit der Ausnahme, daß die weiße Lauge durch eine äquivalente Menge an wäßriger ifatriumhydroxidlösung ersetzt wurde. Die Ergebnisse dieser Teste sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Zugefügte

Probe °j» aktives Viskosität Helligkeit Zugfestigkeit Reißwert Alkali

£	1,32	15,2	64,0	4530	36
	4,00	7,0	74,0	5380	33
a	7,00	3,4	81,0	4400	10
H	12,40	2,6	81,5	4200	4
		Beispiel III

Vier zusätzliche Proben der in Beispiel II hergestellten Pulpe wurden ait weißer Laug· behandelt, die eine Sulfidität von etwa 40 1» aufwies, so daß verschieden· Prozentgehalt· an aktivem Alkali, bezogen auf das Xrockengewioht der Pulpe, zugesetzt ,wurden. Die Pulp« wurde wi· in Beispiel II behandelt und getestet.

Di· Ergebnis β e sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt ι

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- li -

Zugesetzte

Probe fo aktives Viskosität Helligkeit Zugfestigkeit Heißwert Alkali

A	0,96	15,3	62,0	4310	33
B	5,50	5,0	75,6	4860	23
C	6,90	3,8	77,8	4210	13
D	11,60	3,0	79*2	3820	7

Patentanspruch.«

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Claims (1)

1. - 12 - 5 ₁₅37

   Pat entansprüche

   LL. Verfahren zum Bleichen einer Kraftpulpe in einem Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis, dadurch gekennzeichnet, daß man weiße Lauge bzw. Abfallauge aus einem Kraftregenerierungssystem als Alkaliquelle in dem Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis in einer ausreichenden Menge verwendet, um etwa 1 bis ö Gew.-^a/o aktives Alkali, bezogen auf das Gewicht der Pulpe, vorzulegen, und zwar ohne irgendeine Vorbehandlung der weißen Lauge zwecks Entfernung von Uatriumsulfid, um eine gebleichte Pulpe ohne eine Verschlechterung der Eigenschaften der gebleichten Pulpe zu erhalten.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfidität der verwendeten weißen Lauge gleich etwa 20 bis 4-υ ⁰Jo ist.

   5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die üienge an verwendeter weißer Lauge ausreicht, um etwa 1 bis 4 Gew.-)t> aktives Alkali, bezogen auf das Gewicht der Pulpe, einzubringen.

   4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Bleichverfahren auf Sauerstoffbasis abströmende Material direkt in das Kraftregenerierungssystem zurückgeführt wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß das abströmende Material in das Kraftregenerierungssystem mit der Braunholzwäsehe eingegeben wird.

   Dr.Ro/La

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