DE2415498A1

DE2415498A1 - Bleich- und rueckgewinnungsverfahren fuer kraftzellstoff

Info

Publication number: DE2415498A1
Application number: DE2415498A
Authority: DE
Inventors: Rudra Pratap Singh
Original assignee: Scott Paper Co
Current assignee: Kimberly Clark Tissue Co
Priority date: 1970-12-21
Filing date: 1974-03-28
Publication date: 1975-10-02
Also published as: FR2265908B1; FR2265908A1; CA966604A

Description

PATENTANWÄLTE ^ΰ ^ 5

Dr.-Ing. HANS RL¹SCHKE
Dipl.-Ing. OLAF RUSCHKE
Dipl.-Ing. HANS E. RUSCHKE

Scott Paper üoxapany, Industrial Highway at i'inicum Island xioad, Delaware county, Pennsylvania, V.St.A.

Bleich- und Rückgewinnungsverfahren für Kraftzellstoff

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Bleicnen von Kraftzellstoff. Insbesondere betrifft die "Erfindung ein Verfahren zuoi Bleichen von Kraftzellstoff aus einer bis etwa drei Behandlungen mit Ozon und einer jjindbehandlung mit einer Alkaliperoxidlösung, wobei die Behandlungen durch eine Alkaliextraktion voneinander getrennt sind. Der Frischwasserbedarf wird durch Ausnutzung des Abflusses aus den Bleichbehandlungen in den darauffolgenden Bleichdurchgängen reduziert und die v/asser- und Luftverunreinigung wird eliminiert, indem man den endgültigen Abfluß aus dem Bleichgang im chemischen iiückgewinnungssystem eines Kraftzellstoffverfahrens ausnutzt.

Holz besteht aus zwei Hauptteilen - einem fasrigen Kohlehydratoder Zelluloseteil und einem nichtfasrigen 'l'eil aus Phenolverb indungen, wobei dieser letztere I'eil gewöhnlich als Lignin bezeichnet wird.

Im Kraft- bzw. oulfatverfahren werden Holzschnitzel mit einer Lösung von Natriumhydroxid und Natriumsulfid behandelt, die den nichtfasrigen Lignin-'i'eil des Holzes angreift, so daß die

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einzelnen Fasern getrennt werden können. Der resultierende umnebleiohte Brei wird dann in ein .»aschsystem gegeben, in dem die Chemikalien mit ..asser ausgewaschen werden. Den Ausfluß des waschgangs mit der verbrauchten iiochlauge aus dem Zellstoffkocher "bezeichnet man allgemein als Schwarzlauge. Diese Schwarzlauge enthält praktisch die gesamte ursprünglich zugegebene Alkalimenge und etwa die Hälfte des ursprünglichen Gewichts an Holzscnnitzeln. ^ine schwache Schwarzlauge wird entweder in den Zellstoffkocher rückgeführt, wo sie als Verdünnungsmittel für die frische Lauge dient, oder wird wie folgt behandelt:

Die schwache Ochwarzlauge (mit etwa 15 bis 20 ψ Feststoff anteil) wird in einer üeihe von Verdampfern behandelt und in einen kontaktverdampfer ausgegeben, wo weiteres ",/asser verdampft, bis der Feststoffanteil etwa 65 bis 70 jb beträgt. Die verdampfte jjauge wird dann gesiebt und zu einer tiückgewinnungseinheit weitergegeben, wo (a) frische Chemikalie bzw. frischer Salzkuciien (Natriumsulfat) zugegeben und (b) das übrige /asser entfernt wird, (c) Hatriumsalze meist in Form von natriumcarbonat und JN'atriuaisulfid rücicgewonnen werden und (d) ,/arme anfällt, wenn die organischen Verbindungen in der .uauge verbrennen.

Asciienschaielze aus der jLüc^gewiruaungseinheit, die aus üatriuiiucarbonat und üatriumsulfid besteht, wird in .<asser zu einer grünen Lauge gelost, nie grüne Farbe wird von den „«Jisenverunreinigungen verursacht, die zusammen mit Siliziumoxiö und anderen suspendierten Feststoffen durch Behandlung mit Aoagulantien und Absetzen in einem xxlärgefäß entfernt werden. Auf den Klärschritt folgt ein Alicalisierscnritt, indem man die grüne Lauge mit .ualk (iCalziumoxiä) behandelt, um das Natriumkarbonat zu Natriumhydroxid umzusetzen, wobei das ü'atriumsulfid unverändert bleibt. Der Schlamui aus der iCalkbehandlurjg wird entfernt, ^ie resultierende Lösung bezeichnet man als weiße Lauge; sie icann als ^ochlauge im Δellstoffkocher erneut verwendet werden. Den öchlamiii wäscht man in einem

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wäscner und verwendet aas Filtrat, um weitere Schmelze aus der liiicicge^innungseinheit zu lösen, jjer Kalkschlamm wird in einem Ofen zu nachgebranntem Kalk aufbereitet, "v/ährend des Brennens sammeln sich einiges Kalziumoxid jsowie Schwefelverbindungen im schornstein des ufens und werden durch einen Schrubber entfernt.

Der ungebleichte Kraft- bzw. Sulfatbrei wird im allgemeinen auf eine akzeptable Helligkeit gebleicht, indem man ihn einem mehrstufigen Verfahren mit Chlor oder chlorhaltigen Verbindungen - wie Kalzium- oder lMatriumhypochlorit und Chlordioxid unterwirft. Obgleich Chlor und chlorhaltige Verbindungen sich als wirksame Bleichmittel herausgestellt haben, ist es schwierig, mit ihnen umzugehen; außerdem führen sie zu Korrosions- · Problemen bei den Papiermaschinen und erlauben es nicht, die Ausflüsse des Bleichwerks aufzubereiten und erneut zu verwenden. Zusätzlich können die Ablaugen und _;/aschwässer aus der Bleichanlage, die derartige Verbindungen enthalten, erhebliche Probleme der Umweltverunreinigung aufwerfen. Die Verunreinigung von wasserlaufen, die von Ausflüssen aus mit Chlor arbeitenden Bleichverfahren verursacht wird, ist ein anerkanntes Problem, und man hat vorgeschlagen, diese Ausflüsse zu konzentrieren und in dem oben beschriebenen Laugenaufbereitungssystem zu verbrennen. Dieses Verfahren, sich der Ausflüsse zu entledigen, hat jedoch mehrere Kachteile,· die die Verwendung eines solchen Hückgewinnungs- und Verwertungssystems für chlorhaltige Bleichausflüsse verhindert haoen. Der Chlorgehalt des Ausflusses führt zu Korrosion, Peststoffansammlungen, der Verflüchtigung toxischer Verbindungen usw. im Rückgewinnungssystem.

Ozon ist ein bekanntes Bleichmittel und bereits zum Bleichen von Holzbrei vorgeschlagen worden. In der US-PS 396 525 und der US-PS 1 957 937 wird Ozon zusammen mit Chlor zum Bleichen verwendet, »legen des Chlorgehalts der Ausflüsse wurden diese Verfahren die oben erörterten Verunreinigungsprobleme nicht beseitigen. Andere Systeme, bei denen Ozon entweder allein

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oder, nachdem die Fasern mit UV-Licht oder verschiedenen chemischen jjdsungen vorbehandelt worden waren, eingesetzt wird, sind ebenfalls nicht annehmbar, und zwar hauptsächlich wegen der geringen üelligkeitsvierte im Vergleich zu denen, die mit den chlorhaltigen Bleichverfahren nach dem Stand der !Technik erreichbar sind.

wach der vorliegenden Erfindung wird der Kraftbrei zu hoher helligkeit durch eine Bleichfolge gebleicht, im Nahmen der eine bis etwa drei Ozonbehandlungen sowie eine Schluß "behandlung mit einer Alkaliperoxidlösung stattfinden, wobei die Bleichbeharidlungen jeweils durch eine Alkaliextraktion voneinander getrennt sind, jjer Aasfluß jeder der Bleichbehand— lungen wird aufgefangen und entweder in das System riickgefiihrt und in nachfolgenden Bleichgängen verwendet, wodurch sich der Frischwasserbedarf verringert, oder in das chemische Hückgewinnungssystem eines Kraftverfahrens eingeführt, wodurch die Umweltverunreinigung,.: die· sonst durch ./egschütten dieser Ausflüsse entstehen würde, vermieden ist.

Bei der .uurchfünrung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung führt man die Ozonbenandlungen am besten aus, indem man den 2ellulos%rei mit einem Sauerstoffstrom mit etwa 2 bis etwa 4 j° Ozon behandelt, Bach jedem Ozonisierungsschritt kann der Brei, falls erwünscht, gewascnen werden. Der ozonierte Brei wird sodann einea? Alkaliextraktion unterworfen, bei der man ihn vorzugsweise mit einer wäßrigen Lösung von Natriumhydroxid bei erhöhter Temperatur etwa eine halbe bis etwa zwei Stunden behandelt, nach Ablauf dieser Zeit wird der Brei mit frischem wasser oder vorzugsweise mit dem Ausfluß von vorgehenden Bleichgängen verdünnt. Schließlich wird der Brei mit einer Alkalilösung von $iasserstoffperoxid behandelt, wie man sie üblicherweise beim Bleichen von Holzbrei anwendet, und gewaschen.

i/ährend man vorzugsweise den Brei einer bis etwa drei Ozonbehandlungen unterwirft, wird mit besonderem Vorzug folgende

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jjenancilurigsfolge durchgeführt: üzonisierung, Alicaliextraktion, ozonisierung, Alkaliextraktion, P er oxid behandlung, »/asche.

ils hat sich nun herausgestellt, daß die für das Bleichen erforderliche !'rischwassermenge sich erneblich reduzieren läßt, wenn wan den Ausfluß der verschiedenen Bleichdurchgänge in nacnfulkenden Bleichäurchgängen erneut benutzt. Vorzugsweise füiirt man ü^srisch?/asser bei der abschließenden wäsche in das System ein und nutzt den Ausfluß einer otufe vorher in einem nacnfolgenden Bleichdurchgang aus. In der mit besonderem Vorzug angewandten Bleichfolge werden der Ausfluß der Peroxidbehandlung und wäsche für die zweite Alkaliextraktion eines nachfolgenden Bleichganges und der Ausfluß der zweiten Alkaliextraktion für die erste Alkaliextraktion eines nachfolgenden Bleichganges verwendet. Vorzugsweise wird raan den Ausfluß aus der ersten Alkaliextraktion nicht erneut benutzen, sondern ihn, wie uircen angegeben, im chemischen üückgewinnungssystem zu behandeln.

Um die Verunreinigung von wasserläufen und der Luft zu verhindern, führt man den Ausfluß aus der ersten Alkaliextraktion und ggff. anderen Bleichbehandlungen in das chemische Rückgewinnungssystem des Kraftverfahrens ein. Der Ausfluß kann in dieses System überall dort eingeführt werden, wo man normalerweise frischwasser anwendet. Vorzugsweise führt man den Ausfluß jedoch in die ./asche des ungebleichten Holzbreis, das Lösen der Aschenschmelze, den Kalkschlammwäscher oder den Schornsteinschrubber ein. Jenri eine große Ausflußmenge vorliegt, kann sie aufgeteilt und an mehr als einem dieser Punkte zu_iefünrt werden, *viit besonderem Vorzug führt man den Ausfluß in die .»asche des ungebleichten Holzbreis ein.

Um die vorliegende Erfindung klarer verständlich zu machen, sollen nun einige Beispiele gegeben werden. Diese Beispiele dienen primär der Erläuterung; die darin ausgeführten Einzelheiten sind nicht als Einschränkung des erfinderischen Konzeptes dieser Anmeldung aufzufassen.

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Beispiel I

,.iiscnung von Hartholzscnnitzeln (Buche, Birke und Ahorn) wurde nach dem Kraftverfahren zu ürei verwandelt und aus diesem Handbögen nach der Worin ϊ 281m der ΪΑΡΡΙ hergestellt, flach der ülÄPPI-iiorm i' 217m hatten derart hergestellte Bögen bei Messung mit einem General iölectric Photometer eine Helligkeit von 30 G-E-iJinneiten.

Brei wurde in einer Korbzentrifuge zu 35 >» Konsistenz entwässert und das Produirt in einer Hochgeschwlndigkeitsfasertrennvorrichtung geschliffen. Las geschliffene Haterial wurde im ü-egenstrom mit Sauerstoff mit 2 bis 4. jo Ozon behandelt, ^ie Breizufuhrgeschwindigkeit wurde so eingestellt, daß sich bei einer !Temperatur von 25°υ (77⁰I?) eine-Verweilzeit von 30 see. in der Ozonisierungseinheit ergab. Die aufgenommene Ozonmenge betrug 0,96 $ des absoluten Trockengewichts der Fasern.

Der Brei wurde gewaschen und bei einer Konsistenz von 11 fi mit einer wäßrigen Lösung von 2 tigern Natriumhydroxid - relativ zum absoluten !Trockengewicht des Breis - 96 min. bei 66 - 71°C (150 - 160 E) behandelt. Der Brei wurde mit Wasser zu einer Konsistenz von 1 fo verdünnt, die Konsistenz zu 35 ~io verdickt und der Brei wiederum wie oben mit Ozon behandelt, so daß die aufgenommene uzonmenge u, 87 ψ des absoluten l'rockengewichts des Breis betrug.

Der Brei wurde soaann erneut mit einer wäßrigen Lösung von jiatriunihydroxid mit 1 ρ Natriumhydroxid relativ zum absoluten !Trockengewicht des Breis behandelt. Der Brei wurde gewaschen und wieder mit Ozon behandelt, so daß die aufgenommene Ozonmenge 0,62 ¹P des absoluten i'rockengewichtes des Breis betrug.

Breiprobe wurde mit Wasser gewaschen und zu Handbögen - wie mit dem ungebleichten Brei - verarbeitet. Die Helligkeit dieser Bögen betrug 3y,0 G-Jü-iiinheiten bei Messungen nach den oben für den ungebleichten Brei gemachten Angaoen.

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.Dine zweixe Prooe des xsreis wurde mit einer Alkalilösung gewascnen, zu 12 fo Konsistenz verdickt und mit einer wäßrigen BIeichlösung aus

0,4 io Wasserstoffperoxid

0,4870 Natriumhydroxid

1,0 jo Natriumsilikat

behandelt. Die Bleichlösung wurde so appliziert, daß 0,4 ⁰A wasserstoffperoxid relativ zum absoluten i'rocitengewicht des .dreis zugegeben wurden. Wach 3» 5 Std. bei 44°C (112⁰P) und einem pH von 9 und 10,2 wurde der Brei mit ./asser, das schwefelige Säure enthielt, gewaschen, liach diesen Angaben hergestellte Bögen wiesen eine Helligkeit von 90 bis 91 GB-Sinheiten und nach einer ötunde bei 105°C (221°3?) noch zwischen 89 und 90 GB-nJinneiten auf.

l»er Ausfluß der verschiedenen Bleichdurchgänge wird in das cdemische Aufbereitungssystem des iCraftverfahrens riickgeführt.

Beispiel II

Bcnnitzel von Pappelholz ('ilidwestern Poplar') wurden nach dem kraftverfahren zu Brei verarbeitet, und die Handbögen, die wie im Beispiel I gezogen worden waren, natten eine Helligkeit von 30 G'ß-^inneiten.

Eine Probe des Breis wurde geschliffen und einer ersten Ozonbehandlung wie im Beispiel I unterworfen. Ide aufgenommene Ozonmenge betrug 1,28 'φ des absoluten Trockengewichtes der fasern.

nach dem taschen wurde der Brei wie im Beispiel I mit einer wäßrigen Lösung von 1,5 ^cß> Natriumhydroxid - rel. zum absoluten i'rocicengewicht des Breies - behandelt.

Nach einer zweiten Ozonbehandlung, bei der 0,90 ^ des absoluten i'rockengewichtes der fasern an Ozon aufgenommen wurden, und einer zweiten Alkalibehandlung mit einer wäßrigen Lösung mit 0,5 70 Natriumhydroxid (rel. zum absoluten Trockengewicht des

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Breies) wurde der Brei mit einer wäßrigen Lösung von

0,2 io _s,^;asaerstoffperoxid

0,25 /'ό Natriumhydroxid und

1,0 '/o Matriurasilikat

behandelt, öämtliciie Behandlungen entsprachen mit Ausnahme der rteaktionsteilnehjuerniengen den in Beispiel I angegebenen.

Die aus diesem Brei zubereiteten Handbögen hatten eine Helligkeit von 88,5 GE-Einheiten und nach einer Stunde "bei 105°ΰ (221⁰P) noch eine Helligkeit von 86,5 G-S-Einiieiten.

Beispiel III

Eine zweite Probe des im Beispiel II zubereiteten ungebleichten Breies wurde nach dem im Beispiel II dargelegten Verfahren gebleicht, mit der Ausnahme, daß das in diesem Beispiel in der zweiten Alkaliextraktion verwendete Frischwasser durch den Ausfluß aus der Peroxidbehandlung des Beispiel II ersetzt wurde.

Aus auf diese weise gebleichtem Brei gezogene Handbögen hatten eine Helligkeit von 90,0 GrE-Einhei"Gen und nach einer Stunde bei 105°C (221⁰P) noch eine Helligkeit von 88,5 GE-Einheiten.

Beispiel IV

Eine dritte Probe des im Beispiel II zubereiteten ungebleichten Breies wurde nach dem Verfahren des Beispiels II gebleicht, jedoch mit zwei Abänderungen. !Das Frischwasser der zweiten Alicaliextraktion wurde durch das W'aschwasser aus der Peroxidbehandlung im Beispiel III und das Frischwasser in der ersten Alkaliextraktion durch den Ausfluß aus der zweiten Alkaliextraktion des Beispiels III ersetzt.

Aus auf diese t/eise gebleichtem Brei gezogene liandbögen hatten eine Helligkeit von 89,5 G-E-Einheiten und nach einer Stunde bei 105⁰C (221⁰P) noch eine Helligkeit von 87,9 OE-Einheiten.

Ausfluß aus der ersten Alkaliextraktion wurde am ./äscher

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— U _

für den ungebleichten Brei in das chemische iiückgewinnungsaystem des Kraftverfahrens eingeführt.

Beispiel Y

üjine iviischung aus iiartholzschnitzeln (Buche, Birke und Ahorn) wurde nach dem lvraftverl'ahren zu Brei verarbeitet. Mach dem Beispiel I gezogene handbögen hatten eine Helligkeit von 50 G-B-JÜnheixen.

Der Brei wurde zu 35 ^L/o Konsistenz in einer Korb zentrifuge entwässert und das Produkt auf einer iiochgeschwindigkeitsfasertrennvorrichtung geschliffen. Pas geschliffene Material wurde im. G-egenstroin. mit Sauerstoff mit 2,53 ^ Ozon, basierend auf dem absoluten Trockengewicht des Breies, behandelt. Die aufgenommene ozonmenge betrug 0,96 yi des absoluten '.Trockengewichts der iaaern.

Der ozonisierte Brei wurde mit einer Alkalilösung behandelt und danach bei 12 /ο Konsistenz 4,5 Std. lang mit einer wäßrigen Lösung aus 0,27 yo Wasserstoffperoxid, 5 '-ja Natriumsilikat und 0,75 yi Natriumhydroxid bei 45°C (113⁰F) gebleicht. V/ie im Beispiel I gezogene und geprüfte Handbögen hatten eine mittlere Helligkeit von zwischen 84 und 85 G-B-Einheiten.

Der Ausfluß der Bleichbehandlungen wird gesammelt und in folgenden Bleichgängen oder in dem chemischen Rückgewinnungssystem des Kraftverfahrens verwendet.

Patentansprüche

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Claims

- ίο - "Ö 1541

Patentansprüche

IJ Verfahren zum Bleichen von Kraftzellulosebrei in einer Folge aus einer bis drei Behandlungen mit Ozon und einer abschließenden Behandlung mit einer Alkaliperoxidlosung, wobei die Behandlungen jeweils durch Alkaliextraktionen voneinander getrennt sind, dahingehend verbessert, daß man den Ausfluß aus den Alkaliextraktionen und der Alkaliperoxidbehandlung in darauffolgenden Bleichgängen einsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man den Ausfluß der Alkaliperoxidbehandlung in einem Alkaliextraktionsschritt in einem nachfolgenden Bleichdurchgang verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man den Ausfluß der zweiten oder dritten Alkaliextraktion in einer früheren Alkaliextraktion eines nachfolgenden Bleichdurchganges einsetzt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem man 2 üzonbenandlungen durchführt.
5. Verfahren zum Bleichen von Kraftzellulosebrei nach Anspruch 1, dahingehend verbessert, daß man den Ausfluß des Bleichdurchganges im cnemischen Rückgewinnungssystem eines Kraftverfahrens verwendet.
6. Verfanren nach Anspruch 5, bei dem der Ausfluß im

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_:äckgevi/innungssysteia am ,käscher für den ungebleichten Brei verwendet wird.
7. Verfahren nacn Anspruch 5> bei dem man den Ausfluß einsetzt, um die Aschenschmelze im Rückgewinnungssystem zu lösen.
ö. Verfanren nach Anspruch 5, bei dein man den Ausfluß am XalJCschlaiimiwäscher verwendet.
9. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem man den Ausfluß iia Schornsteinschrubber verwendet.

üOl/li

"original inspected

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