DE2640864A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln von fluessigkeit enthaltenden stoffgemischen, insbesondere von zellstoffpulpe - Google Patents

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

8 MÜNCHEN 2,

BRÄUHAUSSTRASSE 4

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3/ge
Case 3150

SUNDS AKTIEBOLAG, Sundsvall / Schweden

Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeit enthaltenden Stoffgemischen, insbesondere von Zellstoffpulpe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Chlorzugabe zu einem Chlorierungsprozess in Gasphase und zum Herabsetzen des mit der Pulpe herauskommenden Restchlorgehalts auf ein Minimum.

Bei der Chlorierung von Pulpe mit herkömmlichen Pulpekonzentrationen zwischen 2 bis 4 % ist es in der Praxis schwierig, die Chlorzugabe auf schnellere Änderungen des Chlorbedarfs der hineinkommenden Pulpe (Ligningehalt gemessen als Kappa- oder Chlorzahl) einzustellen, so daß eine optimale Chlorierung erhalten wird.

Bei den Meß»erfahren der Restchlormessung, die bei einer herkömmlichen Chlorierung bei niedriger Konzentration anwendbar sind, war das optimale Verfahren vom Aspekt der gesamten Wirtschaftlichkeit jedoch nicht notwendigerweise von dem Aspekt der Pulpequalität aus eine Chlorüberzugabe, die zu einem Restchlorgehalt von 2 bis 5 kg Cl₂ pro Tonne Pulpe führt.

Eine zu niedrige Chlorierung, d.h. eine UnterChlorierung.in der Chlorstufe, bringt es mit sich, daß die Chlordioxidzugabe in den

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darauf folgenden Bleichstufen erhöht werden muß, um dasselbe . Bleiehergebnis zu erhalten. Das Chlordioxid ist jedoch ein teureres chemisches Bleichprodukt pro Bleicheinheit und hat daher die Chlorüberzugabe in der Chlorstufe gerechtfertigt.

Der Hauptgrund für die Übersättigung mit Chlorgas, die nebenbei zu einer unangenehmen Arbeitsumgebung führt, und damit für einen bewußt in Kauf genommenen Verlust lag in den Schwierigkeiten der schnellen und präzisen Messung des Chlorbedarfs der Pulpe und der Einstellung der Chlorzugabe nach diesem Bedarf.

Das im folgenden beschriebene Verfahren zum Steuern der Chlorzugabe und zum Herabsetzen des Restchlorgehaltes auf ein Minimum wurde zum Chlorieren von Pulpe in einem fortlaufenden Chlorierungsprozess in Gasphase entwickelt.

Dieses fortlaufende Chlorierungsverfahren basiert darauf, daß die zu chlorierende Pulpe eine Anfangstemperatur von 10 bis 80⁰C , insbesondere 30 bis 70⁰C und vorzugsweise AO bis 60⁰C und eine relativ hohe Konzentration von 10 bis 90 %, insbesondere 15 bis 60 % und vorzugsweise 20 bis 40 % hat, und daß die in die Reaktionszone eintretende Pulpe im stärksten praktisch möglichen Maße fein zerteilt ist, so daß beim Einführen in die Reaktionszone ein Maximum an Faseroberfläche freiliegt.

Für die restlichen Verfahrensvariablen gilt folgendes: Gesamtdruck: 0,1-10, insbesondere 0,5-1,5 und vorzugsweise 0,9-1,1 atm.

Chlorpartiäldruck in der Gaszone:

0,01 - 10, insbesondere 0,05 - 1,5 und vorzugsweise

0,2 - 1,1 atm. Verweildauer in der Reaktionszone:

unter 10 Stunden, insbesondere 1 Sekunde bis 20 Minuten und vorzugsweise 10 Sekunden bis 4 Minuten.

Das chemische Bleichmittel, d.h. das Chlorgas, wird fortlaufend

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der Gaszone zugegeben. Im Unterschied zu dem, was im wesentlichen bei der herkömmlichen Chlorierung üblich ist, wird das Chlorgas als trockenes, nicht mit Wasser gemischtes und nicht im Wasser dispergiertes Chlorgas zugegeben. Aufgrund der geringen in der Pulpe bei der Chlorierung in Gasphase enthaltenden Wassermenge, enthält das Pulpebett in der Reaktionszone zu jedem Zeitpunkt eine Unzahl von Hohlräumen, die mit Lufty dem sogenannten Inertgas, das die Pulpe in das Verfahren begleitet, und mit Chlorgas gefüllt sind, das in der Gaszone eingeführt wird. Die Verweildauer der Pulpe im Bett bei einer vertikalen Zuführung durch die Reäktionszone ist durch eine Veränderung der Betthöhe auf· die Produktion abgestellt.

In Vorveröffentlichungen, die sich mit der Chlorierung in Gasphase beschäftigen, wird die Chlorierungsreaktion in einem sogenannten Gasphasenchlorierungsreaktionsbehälter als selbstregelnd angegeben. Das würde bedeuten, daß die Pulpe unabhängig vom Ligningehalt der hineinkommenden Pulpe auf einen bestimmten konstanten Endwert chloriert würde, solange eine ausreichende Chlorgasmenge zur Verfügung steht.

Laboratoriumsversuche haben gezeigt, daß das Chlorierungsverfahren in Gasphase einen sehr beträchtlichen Selbstregelungseffekt hat, der der herkömmlichen Chlorierung bei niedriger Konzentration vollständig überlegen ist. Dieser Selbstregelungseffekt reicht jedoch nicht aus, um eine günstige Regelung des Prozesses zu erhalten, wenn die Reaktionsbedingungen zu stark variieren dürfen. Um eine günstige und stabile Chlorierung zu erhalten, sind daher auch bei der Chlorierung in Gasphase relativ konstante Reäktionsbedingungen erforderlich. Unter den Reaktionsbedingungen sind die Chlorpartialdruckverteilung durch die Reaktionszone, die Reaktionszeit, die Reaktionstemperatur und die Pulpekonzentration zu verstehen. Es hat sich beispielsweise herausgestellt, daß bei einer Chlorierung von Tallsulfat-.pulpe in Gasphase mit einer Eingangschlorzahl zwischen 3»8 und 5,6 bei konstanter Pulpekonzentration_ybei konstanter Reaktionszeit, bei konstantem Chlorpartialdruck und konstanter Temperatur

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eine Streuung der chlorierten Pulpe nach der Alkaliextraktion erhalten wurde, die kleiner als 0,1 Kappa-Zahleinheiten pro Eingangs-Kappa-Zahleinheit war (Tabelle 1). Dieses Ergebnis ist vollständig vergleichbar mit Ergebnissen, die bei einer herkömmlichen Chlorierung bei niedriger Konzentration erhalten wurden, bei der bei Laboratoriumsversuchen der Ligningehalt (Chlor- oder Kappazahl) fortgehend analysiert wurde und Chlor in einem konstanten Vielfachen des Ligningehaltes zugegeben wurde. (Optimales Regelverfahren bei der herkömmlichen Chlorierung).

Bei Berechnungen des Gleichgewichts für die Chlorierungsprozess in Gasphase wurde eine Anzahl von Beziehungen zwischen verschiedenen Parametern von grundsätzlicher Bedeutung für das Verfahren aufgezeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich aus den beigefügten Patentansprüchen. .

Die Hauptergebnisse sind in den Figuren der beigefügten Zeichnung aufgeführt, die im folgenden beschrieben wird:

Fig. 1 zeigt das grundlegende Flußdiagramm eines ChlorieriiTigi?- prozesses in Gasphase.

Fig. 2 zeigt das Ergebnis von Untersuchungen der Chlorierung in Gasphase von Tallsulfatpulpe mit einer Chlorzahl von 4,8 bei einer Pulpekonzentration von 30 %, d.h. die Kappazahl und jeweils die Viskosität nach der Chlorierung und der Alkaliextraktion (C- E) als Funktion des Chlorpartialdruck es.

Fig. 3 zeigt den Partialdruck des Chlorgases im Pulpebett nach 2,5 Minuten Verweildauer als Funktion der dem Verfahren-: zugegebenen Chlorgasmenge in kg/t Pulpe bei verschiedenen Chlorzahlen der Eingangspulpe und verschiedenen Inertgasströmungen.

Fig. 4 zeigt den Chlorverlust als Funktion der Inertgasströmung bei verschiedenen Chlorpartialdrucken nach 2,5 Minuten Verweildauer.

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Fig. 5 zeigt den Verlauf des Chlorpartialdruckes über das Pulpebett bei verschiedenen Chlorzahlen und Chlorpartialdrucken als Funktion der Bettiefe. Die Chlorzugabe, die Intergasströmung, die Temperatur, die Produktionsstärke und die Pulpekonzentration sind konstant.

Fig. 6 zeigt den Verlauf des Chlorpartialdruckes durch das Pulpebett bei verschiedenen Chlorzahlen und Chlorpartialdrucken als Funktion der Bettiefe. Die Chlorzugabe wurde auf ein konstantes Vielfaches der Chlorzahl geregelt. Die Inertgasströmung, die Temperatur, die Produktionsstärke und die Pulpekonzentration sind konstant.

Fig. 7 zeigt den Verlauf des Chlorpartialdruckes durch das Pulpebett bei verschiedenen Inertgasströmungen und Chlorpartialdrucken als Funktion der Bettiefe. Die Chlorzahl, die Temperatur, die Produktionsstärke und die Pulpekonzentration sind konstant.

Fig. 8 zeigt die Verweildauer der Pulpe im Pulpebett.

Fig. 9 zeigt schematisch eine Anlage zur Steuerung der Chlorzugabe.

Fig.10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen anhand der Figuren beschrieben.

Fig. 3 zeigt den Partialdruck des Chlorgases als Funktion der dem Prozess zugegebenen Chlorgasmenge in kg. Cl₂/1 Pulpe. Es wird dabei davon ausgegangen, daß der Chlorpartialdruck nach etwa 2,5 Minuten Verweildauer der Pulpe im Pulpebett gemessen wurde. Es wird weiterhin angenommen, daß der Arbeitsdruck bei dem Prozess der Atmosphärendruck ist.

Als Parameter sind in Fig. 3 die Chlorzahl der ungebleichten Sulfatpulpe R = 3,8 und 4,8 und die Inertgasmenge A= 1, 3, 7 und 10 Nm /t Pulpe, die die Pulpe begleitet, angegeben.

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Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Chlorpartialdruck im Pulpebett außerordentlich stark mit steigender Chlorzugabe bei konstanter Chlorzahl ansteigt und daß Änderungen in der Chlorzahl der Eingangspulpe eine Anpassung der Chlorzugabe erforderlich machen, damit ein konstanter Chlorpartialdruck unten im Pulpebett erhalten wird.

Aus Fig. 3 ergibt sich weiterhin, daß sich der Chlorpartialdruck mit der Inertgasströmung A ändert.

Fig. 4 zeigt den Chlorverlust als Funktion der Inertgasströmung bei verschiedenen Chlorpartialdrucken am Boden des Pulpebettes.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß bei einem konstanten Ghlorpartialdruck unten am Boden des Bettes der Restchlorgehalt der Pulpe, die die Chlorierungszone verläßt, direkt proportional der Inertgasströmung ist und mit dieser ansteigt.

Fig. 5 zeigt die Ergebnisse, die aus Berechnungen des Gleichgewicht vertikal durch das Pulpebett in der Reaktionszone erhalten wurden. Wie auch in den Fig. 6 und 7 wird dabei die Produktion über den Prozess als konstant angenommen, was bedeutet, daß der Parameter H (in Metern nach unten in das Pulpebett) auch ein direktes Maß der Verweildauer der Pulpe im Pulpebett ist (siehe Fig. 8).

Aus Fig. 5 ergibt sich, daß bei einer angenommenen Intergasströmung A = 3»O Nnr/t Pulpe und einer konstanten Chlorzugabe von 43 kg Cl₂/t Pulpe, was gleichfalls einen konstanten Anfangschlorpartialdruck bedeutet, der Partialdruck des Chlorgases durch das Pulpebett direkt von dem Ligningehalt der Eingangspulpe gemessen als Chlor- oder Kappazahl abhängt.

Eine niedrige Chlorzahl R = 3»8 der Pulpe bedeutet bei einer zugegebenen Chlormenge M = 43 kg Clp/t Pulpe, daß der sogenannte integrierte Chlorpartialdruck zu hoch ist und daher die Reaktionsbedingungen zu hart sind (überchlorierte Pulpe). Wenn andererseits

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die Eingangspulpe eine hohe Chlorzahl R = 5,8 hat, bedeutet das, daß die zugegebene Chlormenge schnell aufgenommen wird und die Pulpe nicht auf den gewünschten Wert herunterchloriert wird (unterchlorierte Pulpe). .

Bei dem oben beschriebenen Arbeitsvorgang mit einer konstanten Inertgasmenge und einer konstanten Chlorzugabe wird es ersichtlich, .. daß der Chlorpartialdruck auf einer gewissen Höhe unten im Pulpebett ein ausgezeichnetes Maß für den Lignirigehält der Eingangspulpe ist.

Aus der Figur ist weiterhin ersichtlich, daß über die Reaktionszone keine konstanten Reaktionsbedingungen herrschen (der Chlorpartialdruck ändert sich über das Bett mit der Chlorzahl der Eingangspulpe).. Dem oben beschriebenen Ausgleichseffekt der Kappazahl für den Chlorierungsprozess in Gasphase wurde die Wirkung genommen.

Als Maß für die Reaktionsbedingungen über die Reaktionszone kann grob die integrierte Fläche unter den Kurven des Chlorpartialdruckes oder richtiger des Verlaufs des Chlorpartialdruckes über die Reaktionszone angesehen werden.

Fig. 6 zeigt den Chlorpartialdruck über das Pulpebett bei konstanter Inertgasströmung A= 3 Nm /t Pulpe und konstanter Chiorzugabe M = 34,43 und 52 kgCl₂/t Pulpe jeweils für eine Chlorzahl R = 3>8, 4,8 und 5,8 für die Eingangspulpe. Das bedeutet eine vollständig proportionale Chlorzugabe- in Abhängigkeit vom Ligningehait der Pulpe und daher eine gewünschte optimale Steuerung.

Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß die Partialdruckverteilung

über das Pulpebett in diesem Fall annähernd identisch für die Pulpen mit den drei Chlorzahlen ist, wenn geringe Abweichungen im oberen Teil des Bette's unberücksichtigt bleiben.

Aus den Kurvengruppen in den Fig. 5 und 6 ist erkennbar, daß

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das Verfahren, mit dem die Chlorzugabe so gesteuert wird, daß konstante Reaktionsbedingungen in der Reaktionszone bewirkt werden, darin besteht, den Chlorpartialdruck auf einer gewissen Höhe unten im Pulpebett zu messen und Chlorgas der Gaszone derart zuzugeben, daß ein konstanter Chlorpartialdruck unten im Bett erhalten wird.

Das oben beschriebene Verfahren zur Steuerung der Chlorgaszugabe setzt, wie bereits erwähnt, voraus, daß die Inertgasströmung durch die Reaktionszone pro Tonne Pulpe konstant ist.

Die Änderungen der Inertgasströmung während des Prozesses sollte jedoch vollständig von der Ausbildung der Maschinenausrüstung um den ablaufenden Prozess herum abhängen. Das bedeutet, daß für gewisse Prozessausgestaltungen die Inertgasströmungen nicht als ein konstanter Prozessparameter angesehen werden kann.

Fig. 7 zeigt, wie sich der Chlorpartialdruck über das Pulpebett bei verschiedenen Inertgasströmen N = 1,3 und 10 Nnr/t Pulpe ändert, wenn der Partialdruck bei einer bestimmten Höhe unten im Pulpebett durch eine sich ändernde Chlorzugabe konstant gehalten wird.

Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß dann, wenn die Inertgasströmung durch den Prozess sich zu stark ändern darf, eine Zugabe auf der Basis eines konstanten Chlorpartialdruckes auf einer gewissen Höhe unten im Pulpebett nicht ausreicht, um konstante Reaktionsbedingungen in der Reaktionszone aufrechtzuerhalten. Bei derartigen Arbeitsbedingungen ist es notwendig, Maßnahmen zu treffen, die Inertgasströmung über den Prozess konstant zu halten. Die erste zu ergreifende Maßnahme besteht darin, die Maschinenausrüstung um den ablaufenden Prozess herum so auszubilden, daß Schwankungen der Inertgasströmung so klein wie möglich sind und daß das Hauptniveau der Strömung so niedrig wie möglich liegt.

Wenn es sich herausstellt, daß trotz dieser Maßnahmen Änderungen

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der Inertgasströmung nicht begrenzt werden können, muß eine zwangsweise Steuerung der Inertgasströmung eingeführt werden. Da es im Hinblick auf die chlorangereicherte Umgebungsluft in der Praxis schwierig ist, das Inertgas abzuführen, nachdem es an der Reaktionszone angekommen ist, muß ein Steuerverfahren gewählt werden, bei dem das Inertgas von außen dem Prozess zugeführt wird. J

Die gesamte dem Prozess zugeführte Inertgasmenge (Inertgas mit der Pulpe plus außen zugeführtem Inertgas) ist dann auf den Wert zu bringen, der der maximalen Inertgasströmung nur mit der Pulpe entspricht.

Das bedeutet, daß der Reaktionszone (Gaszone) eine derartige Inertgasmenge, möglicherweise Luft, zugeführt wird, daß die Gesamtinertgasmenge über die Reaktionszone im Mittel sicherlich größer, jedoch konstant ist.

Wie es in Fig. 6 dargestellt ist, sind die Abweichungen des Chlorpartialdruckes im oberen Teil des Pulpebettes oder der Gaszone bei konstanter Inertgasströmung durch die Reaktionszone trotz sich ändernder Chlorzugaben außerordentlich geringfügig.

Ein Verfahren, mögliche Änderungen in der Inertgasströmung innerhalb akzeptabler Grenzen zu erhalten, besteht somit darin, die von außen erfolgende Inertgaszugabe zur Reaktionszone durch den Chlorpartialdruck in der Gaszone zu steuern. Als Nennwert ist die Höhe des Chlorpartialdrucks in der Zone zu wählen, der dann erhalten wird, wenn bei Schwankungen eine maximale Inertgasmenge mit der Pulpe mitkommt.

Der Chlorpartialdruck in der Gaszone für die Chlorzahlen R = 3,8 und 5,8 und Chlorzugaben M = 34 und 52 kg Cl₂/1 Pulpe jeweils (konstantes Vielfaches) ändert sich mit verschiedenen Inertgasströmungen A = 1, 3, 7 und 10"Nmr/t Pulpe gemäß der folgenden Tabelle bei einem Arbeitsdruck von "1.0 atm.

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	R	= 3.8	R = 5.8	2640864
	M	= 34	M = 52
A		0.74	0.75
1		0.63	0.66
3		0.48	0.54
7		0.41	0.47. .
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Unter der Annahme, daß die Inertgasströmung, die die Pulpe in den Prozess begleitet, sich innerhalb derart weiter Grenzen von 1 bis 10 Nnr/t Pulpe ändert, ist als Nennwert für die Steuerung der von außen zugeführten Inertgas strömung 10 Nm /t Pulpe zu wählen, so daß der Chlorpartialdruck in der Gaszone auf einer Höhe gehalten wird. Nach der obigen Tabelle würde das einem Partialdruck von etwa 0,44 atm. entsprechen.

Es ist in diesem Zusammenhang wesentlich, darauf hinzuweisen, daß vom Aspekt des Restchlorgehaltes der Prozess optimal arbeitet, wenn die Inertgasströmung durch die Reaktionszone so niedrig wie möglich ist. Was die Steuerung der Chlorzugabe anbetrifft, so hängt diese, wie oben ausgeführt, von der Inertgasmenge über den Prozess ab, solange die Schwankungen um den Hauptarbeitswert nicht zu groß sind. Fig. 4 zeigt den Verlauf des Restchlorgehaltes der die Reaktion verlassenden Pulpe als Funktion der Inertgasströmung durch den Prozess bei verschiedenen Chlorpartialdrucken am Boden des Pulpebettes. Um insgesamt einen herauskommenden Restchlorgehalt zu erhalten, der so niedrig wie möglich ist, muß die Pulpe, bevor sie den Prozess verläßt, durch eine sogenannte Gasabscheidezone laufen. In dieser Zone, die direkt hinter der Reaktionszone angeordnet ist, wird das Inertgas zusammen mit dem noch als freies Gas vorhandenen Chlorgas entnommen und zum Pulpeeinlaß für den Prozess zurückgeführt. Das entnommene Gas muß daher in einem Gegenstrom durch die hochkonzentrierte und grob zerteilte Pulpe geführt werden.

Bei Laboratoriumsversuchen hat es sich herausgestellt, daß grob zerteilte hochkonzentrierte Pulpe bei einer Temperatur

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von 20 bis 7O°C in einer Zeit zwischen 1 und 10 Sekunden-das gesamte Restchlor aufnimmt, das bei einer Steuerung des Prozesses nach dem oben angegebenen Verfahren im praktischen Betrieb auftreten kann. Das Restchlorgas wird abgeschieden, von der Pulpe aufgenommen und in den Prozess zurückgeführt, während das Inertgas die Anlage verläßt.

Die Vorbedingungen für eine derartige Chloraufnahme können beispielsweise dadurch erfüllt werden, daß die Pulpe vor ihrer Einspeisung in den Reaktionsbehälter dem Restchlor in einem Sammelbehälter, einem Mischer oder einer ähnlichen Einrichtung ausgesetzt wird.

Durch die Entnahme des Inertgases und möglichen Restchlors von der Gasabscheidezone wird der gesamte Chlorierungsprozess in Gasphase bei einem bestimmten Konstruktionsaufbau sehr nahe auf dem atmosphärischen Druck arbeiten. Das flockenartige Pulpebett ist derart porös, daß Druckänderungen, die darüber auftreten können, vollständig vernachlässigbar sind und daß der gesamte Prozess, d.h. die Reaktionszone plus der Gasabscheide- und Abführzone als vollständig kommunizierend und auf demselben Gesamtdruck gehalten angesehen werden kann.

Zusammenfassend läßt sich folgendes zum Steuern der Chlorzugabe für einen Chlorierungsprozess in Gasphase und zum Herabsetzen des aus dem Prozess kommenden Restchlorgehaltes auf ein Minimum anwenden:

1. Der Chlorpartialdruck irgendwo unten im Pulpebett in der Reaktionszone steuert die Chlorzugabe zur Gaszone, so daß unten im Pulpebett ein konstanter Chlorpartialdruck erhalten wird.

Dieses Steuerverfahren ist solange vollständig ausreichend, wie die Inertgasströmung mit der Pulpe, berechnet als Nnr/t Pulpe sich nicht zu stark ändert.

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Wenn die Änderungen der Inertgasströmung nicht durch eine spezielle Konstruktion der apparativen Ausrüstung zur Durchführung des Verfahrens überwunden werden können, muß durch eine Steuerung versucht werden, die Inertgasströmung durch die Reaktionszone konstant zu halten.

Eine Möglichkeit, eine konstante Inertgasströmung durch die Reaktionszone zu erzielen, besteht darin, eine Inertgasmenge, beispielsweise Luft oder einen Teil des oben genannten Gasstromes, der aus einer Gasabscheidezone entnommen wird, von außen der Zone zuzuführen.

Damit Inertgas nur der Reaktionszone zugeführt werden muß, und kein Inertgas abgeführt werden muß, muß die Gesamtsumme äer gesteuert zugelieferten Menge plus der mit der Pulpe mitgehenden Menge zu jedem Zeitpunkt im wesentlichen konstant und gleich dem maximalen Wert für die schwankende Inertgasmenge sein, die mit der Pulpe hereinkommt.

Als Steuerparameter für das von außen zugelieferte Gas kann der Chlorpartialdruck in der Gaszone verwandt werden. Der " Nennwert für den Chlprpartialdruck wird dann auf den Wert festgelegt, der dem Chlorpartialdruck bei unter Schwankungen maximaler mit der Pulpe hereinkommender Inertgasmenge entspricht.

2. Da der Restchlorgehalt, der die Reaktionszone verläßt, direkt proportional der durch den Prozess gehenden Inertgasmenge ist, und mit dieser ansteigt, ist es wesentlich, die Inertgasmenge so niedrig wie möglich zu halten.

Um unabhängig von den Arbeitsbedingungen den Restchlorgehalt, der den Prozess verläßt, so klein wie möglich zu halten, muß die chlorierte Pulpe vor dem Verlassen des Prozesses durch eine Gasabscheidezone geführt werden. In dieser Zone wird das die Pulpe begleitende Inertgas zusammen mit freiem Chlorgas, das möglicherweise von der Pulpe übrigbleibt, abge-

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trennt und zum Pulpeeinlaß des Prozesses zurückgeführt. Das Gasgemisch strömt dort in Gegenstrora durch einen Strom grob zerteilter, hochkonzentrierter Pulpe, die das gesamte mögliche im Gasgemisch enthaltende Chlorgas absorbiert. Die Pulpe nützt auf diese Weise das herauskommende freie Restchlor aus und führt es zum Prozess zurück, während das Inertgas die Anlage verläßt.

Aufgrund der Entnahme des Inertgases und möglichen freien Restchlors von der Gasabscheidezone kann der Gesamtarbeitsdruck des Prozesses bei einem bestimmten konstruktiven Aufbau der Vorrichtung sehr nahe am atmosphärischen Druck liegen.

Aus Fig. 9 ist schematisch die Anlage zur Steuerung der Chlorzugabe, zum Einstellen der Inertgasströmung und zum Zurückführen des Gases von der Gasabscheidezone zum Pulpeeinlaß ersichtlich.

Die in Fig. 10 dargestellte Anlage umfaßt einen turmförmigen Bleichkessel 1, der als Abstromkessel mit einer Zuleitung 2 dargestellt ist, die mit dem oberen Teil des Kessels verbunden ist, und mit einer Förderspindel 3 versehen ist, um eine gleichmäßige Einspeisung der Pulpe nach unten zu der Zerteileinrichtung 4 sicherzustellen. Die Pulpe wird der Zuleitung 2 oder der Welle 3 mittels einer horizontal angeordneten Förderspindel 5 mit einem Einlaß oder einer Pulperutsche 6 zugeführt. Die Spindel 5 sowie das Spindelgehäuse 7 sind konisch mit einem abnehmenden Querschnitt in Förderrichtung der Pulpe ausgebildet, so daß sich ein Stopfen bildet, der ein Ausfliessen des Bleichmittels verhindert. Der der Leitung 7 am nächsten liegende Teil 8 hat einen ansteigenden Querschnitt.

Die Zerteileinrichtung 4 befindet sich im Kessel 1 unmittelbar neben der Öffnung der Einlaßleitung 2. Mittels einer ortsfesten konischen Abschirmung 9 wird die im wesentlichen radial gerichtete Bewegung schräg nach unten abgelenkt. Eine Leitung 10

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für das Chlorgas und eine Leitung 11 für das Inertgas stehen . mit dem oberen Teil des Kessels in Verbindung. Die Zuleitung 6 liefert Pulpe von einer Presse 13 über eine Pulpeschütte 14. Eine Dampfleitung 15 liefert Dampf unter niedrigem Druck zu einem Mischer 12. Pulpe wird der Presse 13 über einen Pulpeeinlaß 16 zugeliefert. Eine Entlüftungsleitung 17 steht mit dem Mischer 12 in Verbindung. ~

Im unteren Teil des Kessels kann in bekannter Weise, wie es beispielsweise aus der schwedischen Patentschrift 333 498 zu entnehmen ist, eine Verdünnung der Pulpe mittels einer Vielzahl von ringförmig angeordneten Verdünnungsdüsen und durch ein Rühren mit einem oder mehreren Flügelrührwerken erfolgen, um eine gleichmäßige Herabsetzung der Pulpekonzentration auf die gewünschte pumpfähige Konsistenz zu bewirken. Die dazu erforderlichen Einrichtungen werden nicht weiter im einzelnen beschrieben, da sie bei herkömmlichen turmförmigen Abstrombleichkesseln bekannt sind. In Fig. 10 ist ein anderes Ableitsystem dargestellt, das den Vorteil hat, daß das Risiko einer Aufwärtswanderung der Verdünnungszone im Kessel ausgeschlossen ist. Der Kessel ist in eine Reaktionszone 18, die eine Gaszone und ein darunter gehaltenes Pulpebett umschließt, und eine Verdüxmungszone 19 unterteilt. Die Reaktionszone 18 und die Verdünnungszone 19 sind durch eine Gasabscheidezone 20 voneinander getrennt. Die Pulpe in der Bleichzone liegt auf einem drehbaren freien Bodenteil 21 mit Entladeträgern zum Abführen der Pulpe durch den Spalt 22. Die Pulpe fällt durch die Gasabscheidezone 20 zur Verdünnungszone 19 nach unten herab. Die Verdünnung erfolgt durch eine Flüssigkeit, beispielsweise durch Abwasser oder Stauwasser von einem oder mehreren Rohren 23 und dadurch, daß mittels Flügelrührern 34 gerührt wird, woraufhin die Pulpe mit einer geeigneten Pumpkonsistenz vorschlagsweise von etwa 4 % durch den Rohrstutzen abgeführt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das lose Bodenteil 21 von einem hydraulischen Motor 26 betrieben. Die das lose Bodenteil haltende Welle ist mit 27 bezeichnet. Die beschriebeneAusgabevorrichtung, die sich von herkömmlichen Verfahren und Einrichtungen unterscheidet, ist näher im einzelnen

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in der schwedischen Patentschrift 324 996 beschrieben. Wie es aus der Zeichnung ersichtlich ist, hat der obere Teil, d.h. die Reaktionszone des Bleichkessels einen kleineren Durchmesser als der untere Teil und ist die Verbindung zwischen den zwei Teilen so ausgebildet, daß sich eine Tasche oder ein Hohlraum 28 bildet, der ganz um die Verbindung herum verläuft.

Erfindungsgemäß soll der Chlorpartialdruck, der bei der Gasphasenchlorierung an einer Stelle in der Pulpe nach einer geeigneten vorherbestimmten Reaktionszeit auftritt, die Chlorzugabe steuern, so daß der Chlorpartialdruck an dieser Stelle konstant bleibt. In der Zeichnung ist der Chlorpartialdruckmesser oder -geber mit 29 bezeichnet. Er steuert die Menge des Chlorgases in der Leitung 10 über einen Regler oder Fliehkraftregler 30 und ein Ventil 31· Wenn Inertgas getrennt zugeführt wird, wird die Menge des Inertgases in entsprechender Weise durch Impulse von einem Chlorpartialdruckmesser oder -geber 32 gesteuert, der mit dem gasgefüllten Raum in der Reaktionszone 18 verbunden ist. Die Menge des in der Leitung 11 zugeführten Inertgases wird über einen Regler oder Fliehkraftregler 33 und ein Ventil 34 gesteuert.

Inertgas und nichtreagiertes Chlorgas, falls es auftritt, werden von der Tasche 28 über eine Leitung 35 abgeführt, die im Hinblick auf den Schutz der Umgebung und der Chloreinsparung mit der Pulpeschütte 6 verbunden ist, damit das Gas in einem Gegenstrom zur nichtchlorierten Pulpe in der Schütte und im Mischer 12 strömt. Das Chlorgas wird dabei durch die Pulpe aufgenommen und dem.Prozess wieder zugeführt, während das Inertgas die Anlage über die Leitung 17 verläßt.

Ein Filtratbehälter 36 steht mit einer Presse 13 in Verbindung und vom Behälter wird das Filtrat oder das Abwasser in einen geeigneten Aufnahmebehälter gepumpt. Die behandelte Pulpe wird dann über eine Leitung 37 zu einem Waschfilter 38 gepumpt, von dem die Pulpe zu den sich anschließenden Verarbeitungsstufen befördert wird. Abwasser vom Filter wird im Behälter 39 gesam-

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melt und die davon notwendige Menge zur Verdünnung wird über die Leitungen 23» 4-0 zur Verdünnungszone des Bleichkessels zurückgeführt.

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Hochkonzentrierte Chlorierung in Gasphase von Tallsulfatpulpen mit verschiedenen Chlorzahlen. 'Änderung der Reaktionszeit und des Partialdruckes von C1_Q bei einer Reaktionstemperatur von 70⁰C

Ungebleichte Pulpe: -Chlorzahl
-Viskosität cP*

Hochkonsistente Chlorierung

-Temperatur ⁰C

-Reaktionszeit Sek. -Partialdruck Cl₂ kPa -Pulpekonsistenz %

cd Alkali si erung

-»-Natriumhydroxid kg/t -* -Pulpekonsistenz % ^ -Temperatur C -Reaktionszeit Min.

-End-pH-Wert

. ·	0	'·	3.8	68	.L "7	120	,C	70	0,	3	30	4,	8	70	0,3	120	70	20,	4	•	70	5,6	2	20	120	•	70
	,5	3OT	140	"34,0	20	40		34,0	4,	5	48	188		4,5	40	54,5	37,	2		37,	175		37,2	40		37,2
		40	70	•	34,0	34			28		34,5		3	28	34,5		32				70		32	37,2		i
					2,5				12				55	12			12		30				12		t
				12				60			70		60			60		40				60	11,b
54,	,8			60		8		90			34,		90			90		37,2		J	90	6,0
22	,7		.1,8	90		3	11,6	11	,9				lic		11,6	11	,9		11	,1	11,9	108 .	11,8
12			5,7	11,9	11,		4,9	6	,9	11,6			5,9	11,6	5,3	7,	3		5		6,1	45'.	5,9
60		11,9	79	5,7	5,		80		143	6,5		, S	112	5,3	88	14	3		99		115		102
90		5,8	3	94	89	7			110		1	25	99	27	41			43		44		47
11		86		5	6			21	22	11	101		26			11,9
6	2							6,	23					6,9
93										124
1								42

Analysen

-Kappa-Zahl
-Viskosität cP*

Test No. B 18/74

1. Chlorierung in Gasphase bei konstanten Bedingungen ohne Steuerung nach einer Änderung der Chlorzahl: etwa 0,08 Kappa/1,0 Eingangskappa

2. Herkömmliche Chlorierung mit Steuerung auf ein konstantes Vielfaches; 0,10 Kappa/1,0 Eingangskappa * Gemessen nach einem von der "Technical Association of Pulp- and Paperindustry (TAPPI)" festgelegten

Verfahren .Kappa-Zahl streut nach C-E pro Chlor zahl einheit V980V92 _ ₁₇ _

Claims (12)

1. Patentansprüche

   (Λ Λ Verfahren zum Chlorieren in Gasphase von Lignozellulose enthaltendem Material mit einer Konsistenz von wenigstens 10 %, insbesondere 15 bis 60 % und vorzugsweise 20 bis 40 %, dadurch gekennzeichnet, daß der Chlorpartialdruck, der an einer Stelle im Material in einer Reaktionszone nach einer geeigneten vorbestimmten Reaktionszeit auftritt, die Chlorzugabe derart steuert, daß der Chlorpartialdruck an dieser Stelle konstant bleibt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Reaktionszone getrennt Inertgas, vorzugsweise Luft _t zugeführt wird, um derartige Störungen in der Steuerung der Chlorzugabe zu beseitigen, die durch sich ändernde Inertgasmengen im zugeführten,Lignozellulose enthaltenden Material verursacht werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die getrennt zugelieferte Inertgasmenge so eingestellt wird, daß die Gesamtinertgasströmung durch die Reaktionszone konstant bleibt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die getrennt zugelieferte Inerlgasmenge dadurch gesteuert wird, daß der Chlorpartialdruck in der Anfangsphase der Reaktion konstant gehalten wird.
5. 5. Verfahren einem öder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas unmittelbar hinter der Reaktionszone abgeschieden und entnommen wird, so daß der Gesamtreaktionsdruck konstant bleibt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Gesamtreaktionsdruck konstant auf Atmosphärendruck gehalten wird.

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7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das nichtreagierte Chlorgas unmittelbar hinter der Reaktionszone abgeschieden und entnommen wird.
8. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e η η zeichnet, daß das Inertgas und/oder das nichtreagierte Chlorgas zur Zuliefereinrichtung der Reaktionszone, beispielsweise einer Pulpeschütte, einem Mixer oder einer ähnlichen Einrichtung zurückgeführt wird und daß das nichtreagierte Chlorgas durch das hereinkommende nichtchlorierte, Lignozellulose enthaltende Material aufgenommen und der Reaktionszone wieder zugeführt wird, während das Inertgas die Anlage verläßt.
9. 9. Vorrichtung zum -Chlorieren in Gasphase von Lignozellulose enthaltendem Material zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 mit einem im wesentlichen vertikal-stehenden turmförmigen Bleichkessel, in dessen oberem Teil ein gasgefüllter Raum bleibt, mit einer Einrichtung zum Zuliefern des Materials zu diesem Raum, mit einer Zerkleinerungseinrichtung zum feinen Zerkleinern des Materials, mit einer Zuleitung für Chlorgas und mit einer Auslaßöffnung im. unteren Teil des Kessels für das verarbeitete Material, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , daß ein Chlorpartialdruckgeber (29), der über Steuereinrichtungen (30,31), vorzugsweise aus einem Regler/insbesondere einem Fliehkraftregler,und einer Ventileinrichtung bestehen, die Chlorzugabe steuert, mit dem Teil der Reaktionszone (18) des Kessels verbunden ist, der sich unterhalb des gasgefüllten Raumes befindet.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , daß ein Chlorpartialdruckgeber (32), der die. Zulieferung des Inertgases über eine Steuereinrichtung (33» 34) steuert, die vorzugsweise aus einem Regler insbesondere einem Fliehkraftregler und einer Ventileinrichtung besteht, mit dem gasgefüllten-Raum in der Reaktionszone (18) des Bleichkessels verbunden ist.

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11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, gekennzeichnet durch eine Gasabscheidezone (20) am unteren Teil der Reaktionszone (18) und durch eine Leitung (35), die mit der Zone verbunden ist, um Inertgas und/oder nichtreagiertes Chlorgas abzuleiten.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, da d;u rch gekennzeichnet, daß die Leitung (35) zum Abführen des Inertgases und/oder des nichtreagierten Chlorgases mit der Zuliefereinrichtung (5-8, 12), beispielsweise einer Pulpeschütte, einem Mischer oder einer ähnlichen Einrichtung der Reaktionszone verbunden ist.

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