DE2534948A1

DE2534948A1 - Verfahren zum aufschliessen von holz und vorrichtung dafuer

Info

Publication number: DE2534948A1
Application number: DE19752534948
Authority: DE
Inventors: Louis Atwater Dipl Ing Pradt
Original assignee: Sterling Drug Inc
Current assignee: STWB Inc
Priority date: 1974-08-05
Filing date: 1975-08-05
Publication date: 1976-02-19
Also published as: JPS5140401A; FR2281455B1; FI752204A; ZA754928B; AU8348475A; SE7508752L; NO752684L; FR2281455A1

Description

Die Herstellung von Pulpe aus Holz und anderen zellulosehaltigen Rohmaterialien mit Sauerstoff in einer Pufferlösung von beispielsweise Na₂CO* und NaHCO- ist ein seit langem bekanntes Verfahren (vgl. beispielsweise US-PSn 2 673 148, 2 926 114 und 3 654 070).

Zu einem Verfahren für die technische Durchführung eines solchen Pulpeherstellungssystems wird eine Vorrichtung verwendet, die bekannten diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Digestionseinheiten ähnel , die heute bei der Pulpenherstellung eingesetzt werden. In einer solchen Vorrichtung werden Holzschnitzel oder andere Rohmaterialien geschichtet oder können sich natürlich auf so kompakte Weise wie möglich

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absetzen und im allgemeinen füllt die Kochflüssigkeit die leeren Räume. Dabei erhält man die üblichen Flüssigkeit-zuHolz-Verhärtnisse von ungefähr 5 bis 1, wobei der kleinste Wert für dieses Verhältnis ungefähr 3 oder 4 bis 1 und der größte Wert vielleicht 6 oder 7 bis 1 betragen.

Mit Sauerstoffpulpesystemen erhält man bestimmte Vorteile bei den Pulpeeigenschaften und für die Pulpeverhältnisse, da man höhere Flüssigkeit-zu-Holz-Verhältnisse verwenden kann, d. h. ein "Niedrigkonsistenz"-Pulpeverfahren. Bei einem solchen Verfahren beträgt das Flüssigkeit-zu-Holz-Verhältnis mindestens 10:1 und kann so hoch wie 50 : 1 oder selbst 100 : 1 betragen. Auf jeden Fall ist ein solches System durch ein Flüssigkeits-zu-Holz-Verhältnis von mindestens 10 : 1 ausgezeichnet. Eine Vorrichtung, die in solchen Systemen verwendet werden kann und dafür vorgeschlagen wurde, ist ein übliches Feuchtluftoxidationssystem Viele solche Systeme sind im Gebrauch zur Behandlung von städtischem Abfallschlamm, Haushaltabtrittsdünger bzw. Abfall von Toiletten und für industrielle Abfälle (vgl. US-PS 2 665 249).

Verwendet man ein System, wie es in dieser Patentschrift beschrieben wird oder wie es in einer Veröffentlichung von G. H. Teletzke, Januar 1964, herausgegeben vom Chemical Engineering Progress, beschrieben wird, und ändert man das System so um, daß man eine Partialoxidation von Holz oder anderem zellulosehaltigem Rohmaterial erreicht, so erhält man eine Aufschlämmung aus Zellulosepulpe. Holz (oder andere zellulosehaltigen Rohmaterialien) werden auf bestimmte Art vorbehandelt, zumindest erfolgt eine Behandlung, um die Größe zu vermindern, es können jedoch auch stärkere Behandlungen mit Chemikalien, Dampf usw. durchgeführt werden und das vorbehandelte Rohmaterial wird dann mit einer Pufferlösung von beispielsweise Natriumcarbonat und Natriumbicarbonat auf ge schlämmt. Die Aufschlämmung wird auf den System-

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druck gebracht bzw. gepumpt, der irgendwo zwischen 7,03 kg/cm (100 lbs per square inch) und 211 kg/cm (3 000 lbs per square inch) oder höher liegen kann und die Aufschlämmung vird dann in einem Wärmeaustauscher auf die Pulpeherstellungstemperatur in der Nachbarschaft von 150⁰C erwärmt und dann in das Reaktionsgefäß gegeben. Die Partialfeuchtoxidation findet in dem Reaktor statt und die Aufschlämmung wird aus dem Reaktor heraus durch den Wärmeaustauscher geleitet, mit dem das einströmende Material erwärmt wird, und danach wird der Gasstrom von dem Flüssigkeitsstrom, der den Brei bzw. das aufgeschlossene Material enthält, getrennt. Die Pulpe wird von der Flüssigkeit abgetrennt und die Flüssigkeit wird auf irgendeine Weise regeneriert und zu dem Kopfende des Verfahrenszurückgeführt. Die Pulpe wird in eine Bleichanlage oder in die Papiermühle geschickt.

Ein solches System besitzt verschiedene Nachteile:

1. Der Reaktor in der Vorrichtung ist fast vollständig ein Mischkessel. Dies bedeutet, daß ein Teil des Rohmaterials eine sehr kurze Verweilzeit besitzt und daß ein Teil des Rohmaterials eine sehr lange Verweilzeit besitzt entsprechend der gut bekannten "glockenförmigen Kurve", die diese Verteilung der Verweilzeit für einzelne Stückchen im Rohmaterial beschreibt. Das Rohmaterial mit einer langen Verweilzeit wird übergekocht und zersetzt sich und ein Teil des Rohmaterials ist zu wenig gekocht.

2. Die Pulpenherstellungsreaktion ist exotherm unddie Temperatur der Pulpeaufschlämmung erhöht sich. Die Reaktorabgabetemperatur ist höher als die Reaktoreinlaßtemperatur. Mit einer Rohmaterialfuschlämmung von 5 % Konsistenz und einer Pulpeausbeute von ungefähr 50 %, bezogen auf

• das Gewicht des Rohmaterials, kann diese Temperaturer-

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höhung beispielsweise 28⁰C (50⁰F) sein. Dies bedeutet, daß entweder die Reaktoreinführtemperatur zu niedrig ist und die Pulpeherstellungsgeschwindigkeit zu langsam ist, um praktisch verwendbar zu sein, oder die Reaktorabgabetemperatur ist zu hoch und die Pulpe wird sich zersetzen. Es kann wünschenswert sein, Pufferlösungen bei verschiedenen Stufen der Pulpeherstellung zu entnehmen oder zuzugeben und mit den bekannten Systemen ist dies unmöglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufschließen von Holz zu schaffen, bei dem die Nachteile der bekannten Verfahren beseitigt werden.

Erfindungsgemäß werden die Reaktorkessel in zwei oder mehrere getrennte Kessel geteilt und bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden genug Kessel verwendet, um den Temperaturanstieg in jedem der Kessel auf 2,8 bis 5,6⁰C 5 - 10⁰F) bzw. 2,5 bis 6⁰C zu beschränken, so daß der Temperaturanstieg in jedem Kessel gering ist und daher tolerierbar ist. Jedes Reaktionsgefäß wird vollständig vermischt, aber durch die vielen Reaktionsgefäße wird die Gesamtwirkung so sein, daß man sich den Zuständen einer Strömungseinrichtung (plug flow) nähert und eine einheitliche Verweilzeit für das gesamte Rohmaterial einhält. Zwischen jedem Reaktionsgefäß ist ein Kühler angebracht, wo Wärme abgeführt wird bzw. extrahiert wird, und dadurch wird der gesamte Temperaturanstieg in der Vorrichtung auf eine kleine und tolerierbare Temperatursteigerung in einem einzigen Kessel reguliert.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, wo die oben beschriebenen bekannten Systeme erläutert werden.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, wo ein erfindungsgemäßes System erläutert wird, und

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Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, wo ein weiteres erfindungsgemäßes System erläutert wird.

Es wird angenommen, daß Fig. 1 sich selbst erklärt. Das Holz oder ein anderes zellulosehaltiges Rohmaterial wird in den Vorbehandlungstank eingefüllt und von dort nach Zugabe von Pufferlösung zu dem Wärmeaustauscher gepumpt. Luft wird durch eine Leitung zugeleitet, gerade bevor das Material den Wärmeaustauscher betritt. Von dem Wärmeaustauscher geht das Material durch den Reaktor zurück in die Wärmekammer, die das Material, das durch den Reaktor gepumpt wird, umgibt und von da zu einem Verweiltank, wo aus dem Boden eine Aufschlämmung und aus dem oberen Teil ein Gas entnommen werden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird das rohe zellulosehaltige Material in einen Vorbehandlungstank 10 wie zuvor geleitet, die Pufferlösung wird bei 12 zugegeben, in diesem Fall vor dem Zugang durch die Pumpe 14, und das Material wird unter Zugabe von Luft bei 16 in den •Wärmeaustauscher 18 gepumpt. In diesem Fall ist der Reaktor in eine Vielzahl von Kammern oder getrennte Reaktionsgefäße 20, 20 geteilt, um den Temperaturanstieg in jedem dieser Reaktionsgefäße auf 2,8 oder 5,6⁰C bzw. 2,8 - 5,6⁰C (5 or 10⁰F) zu beschränken, so daß der Temperaturanstieg in jedem Reaktionsgefäß gering ist und damit tolerierbar ist. Jedes Reaktionsgefäß ist vollständig vermischt, aber durch die vielen Reaktionsgefäße nähert sich die Gesamtwirkung dem Zustand einer Strömungseinrichtung (plug flow) und man erhält eine einheitliche Verweilzeit für alle Rohmaterialien, die behandelt werden.

Zwischen jedem Kessel ist eine Kühleinrichtung 22 angebracht, wo Wärme abgeführt bzw. extrahiert wird, und dadurch wird der Gesamttemperaturanstieg in der gesamten Vorrichtung auf einen kleinen und tolerierbaren Temperaturanstieg in jedem einzelnen Reaktionsgefäß begrenzt: Die Kühlvorrichtung kann

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irgendein zweckdienliches fluides Material enthalten und in einigen Fällen kann es wünschenswert sein, die abgeführte Wärme als Niedrigdruckdampf oder in einer anderen Form zu gewinnen.

Wie bei 24 und 26 an den Auslaßöffnungen der Reaktionsgefäße gezeigt wird, kann die Flüssigkeit aus dem System durch ein Sieb wie bei 28, 28 entnommen werden, wodurch das Holz oder die Pulpe in dem System verbleibt. Frische oder regenerierte Flüssigkeit kann erneut eingefüllt werden, beispielsweise bei 30, 30 oder an anderen geeigneten Stellen.

Dadurch wird es möglich, die teilweise verbrauchte Pufferlösung zu dem Kopf des Systems zu recyclisieren und man kann frische oder regenerierte Pufferlösung stromabwärts an einer Vielzahl von Stellen einleiten. Diese Wirkung ist mit der Umwälzung von schwarzer Lauge bzw. Vblauge (black liquor) in einem bekannten Kraftdigestionssystem vergleichbar.

Nachdem das Material durch eine Vielzahl von Reaktionsgefäßen der Reihe nach gegangen ist, wird das Material in einen Verweiltank 32 geleitet, wo die Pulpenauf schlämmung am Boden und die Gase am oberen Teil abgezogen werden.

In Fig. 3 ist ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Anlage dargestellt, die anstelle der in Fig. 2 dargestellten Anlage verwendet werden kann. In diesem Fall sind der Vorbehandlungstank und die Zugabepumpe, die Pufferlösungeinlaßöffnung und die Wärmeaustauscher ähnlich, wie zuvor beschrieben, aber die Reaktionsgefäße sind einzelne Kammern 34, 34 usw., die in einem einzigen Druckreaktionsgefäß und nicht in getrennten Reaktoren vorhanden sind. Die Aufschlämmung wird von einer Kammer entnommen, bei 36, 36 abge-

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kühlt und in die nächste Kammer geleitet, wie es in dem Fließschema dargestellt ist. Die Reaktionsgefäße können entweder vertikal angeordnet sein oder sich in horizontaler Lage, wie es gezeigt wird, befinden. Luft kann getrennt zu jedem der Gefäße bei 38, 38 usw. zugegeben werden, oder die Luft kann nur zu dem Wärmeaustauscher zugegeben werden.

Das Gas kann über einen Rohrabzweiger 40 entnommen werden und die Aufschlämmung kann aus der letzten Kammer am Ende des Systems entnommen werden und in die Erwärmungskammer durch einen "Wärmeaustauscher wie zuvor zurückgeführt werden.

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Claims

Pa tentansprüche

1. Verfahren zum Aufschließen von Holz oder anderen Zellulose-Rohmaterialien mit einem Oxidationsmittel, dadurch gekennzeichnet , daß die Pulpeherstellungsreaktion in einer Reihe von Reaktoren, die der Reihe nach benutzt werden, durchgeführt wird, wobei das Material zwischen den Reaktoren mindestens teilweise abgekühlt wird, um Wärme, die durch die Umsetzung gebildet wird, abzuführen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlen zwischen den Reaktoren den Gesamttemperaturanstieg längs des Gesamtsystems der Reaktoren auf einen Temperaturanstieg längs des einzelnen Kessels begrenzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Luft in das System vor dem ersten Reaktor in Reihe eingeleitet wird.

h. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß Luft in jeden Reaktor eingeleitet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß flüssiges Material von bestimmten Teilen des Systems entnommen wird, das flüssige Material gesiebt bzw. filtriert wird und die Feststoffe in dem System zurückgelassen werden.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeit in bestimmte Teile des Systems eingeleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß frische Flüssigkeit in bestimmte Teile des Systems eingeleitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß regenerierte Flüssigkeit in bestimmte Teile des Systems eingeleitet wird.

. 9. Vorrichtung für das Aufschließen von zellulosehaltigem Rohmaterial mit Sauerstoff in einer Pufferlösung, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Reaktoren (20; 34), die je eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung besitzen, um das Material durchzuleiten, und wobei mit der Auslaßöffnung eines Reaktors die Einlaßöffnung eines anderen Reaktors in Reihenschaltung verbunden ist, und Kühleinrichtungen (22; 36), die zwischen aufeinanderfolgenden Reaktoren angebracht sind, wobei die Kühleinrichtungen den Temperaturanstieg längs der gesamten Reihe der Reaktoren auf einen Wert begrenzen, der nicht größer ist als der Temperaturanstieg längs eines gegebenen Reaktors bzw. in einem gegebenen Reaktor.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktoren getrennt sind und einzelne Reaktionsgefäße umfassen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktoren getrennte Kammern in einem einzigen Reaktionsgefäß sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet , .daß die Kühleinrichtungen

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(22; 36) außerhalb der Reaktionsgefäße angebracht sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß sie Einrichtungen enthalten, um Luft in das System vor dem ersten Reaktor einzuleiten.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen enthalten, um Luft in das System vor jedem Reaktor einzuleiten.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß sie Einrichtungen enthalten, um Flüssigkeit aus bestimmten ausgewählten Teilen des Systems zu entnehmen, Siebe in den Einrichtungen enthalten, so daß die Feststoffe in den Reaktoren verbleiben,und Einrichtungen enthalten, um Flüssigkeiten in bestimmte ausgewählte Teile des Systems einzuleiten.

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