DE2644155B1

DE2644155B1 - Kontinuierliches aufschluss- und rueckgewinnungsverfahren fuer pflanzliche faserrohstoffe zur herstellung von zellstoff im organischen loesungsmittel

Info

Publication number: DE2644155B1
Application number: DE19762644155
Authority: DE
Inventors: Dr Kleinert Theodor N
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-30
Filing date: 1976-09-30
Publication date: 1977-12-01
Also published as: AT364240B; SE7710907L; JPS5361702A; SE434961B; ATA664577A; DE2644155C2

Description

Wie Pilot-Anlagen-Versuche ergeben haben, sind die
im Bereich des Untertauchens in die gebrauchte Aufschlußflüssigkeit und des Abziehens derselben in die Entspannungsverdampfung gemessenen pH-Werte die niedrigsten der im ganzen System auftretenden Flüssigkeits-pH-Werte. Diese Werte steigen in dem Maße, als die Holzrückstände dem im Gegenstrom fließenden Aufschlußmittel entgegenwandern, um schließlich in der Waschzone die pH-Werte der frischen Aufschlußgemische zu erreichen.
Weitere Experimentaluntersuchungen haben ergeben, daß die günstigen Effekte erhöhter Zellstoffausbeuten und verbesserter Zellstoffeigenschaften sowie auch der Wascheffekt selbst verbessert werden können, wenn die frischen Aufschlußgemische vor Eintritt in die Waschzone durch basische Zusätze auf pH-Werte über 8 eingestellt werden, so daß die pH-Werte in der gebrauchten Aufschlußflüssigkeit nicht wesentlich unter 4 absinken. Die Einstellung der frischen Aufschlußgemische auf basische pH-Werte über 8 kann in einfacher Weise durch Zusätze entsprechend verhältnismäßig geringer Mengen basischer Stoffe erfolgen. Von besonderem Vorteil haben sich Zusätze von Ammoniak bzw. Ammoniumhydroxid erwiesen, da sie wegen ihrer Flüchtigkeit bei der Entspannungsverdampfung der gebrauchten Aufschlußflüssigkeit zum großen Teil in Form von Ammoniak aus der Restflüssigkeit ausgetrieben werden und daher die Abscheidung der Ligninphase nur wenig beeinflussen.
Wie aus meiner US-Patentschrift 35 85 104 bekannt ist, arbeitet das betreffende Verfahren ohne Vorimprägnierung der Hackspäne mit dem Aufschlußmittel, obwohl eine solche Drucktränkung dem Aufschlußerfolg keineswegs schädlich ist. Andererseits hat sich aus den Pilot-Anlagen-Versuchen ergeben, daß eine Flüssigkeitsbeladung der Hackspäne, die die Anwesenheit von Gasen oder Dämpfen ausschließt, das Sinken der Hackspäne beim Untertauchen in der gebrauchten Aufschlußflüssigkeit fördert und damit günstig wirkt.
Dieser günstige Effekt kann durch eine Drucktränkung der Hackspäne mit dem Aufschlußgemisch oder dessen Komponenten erreicht werden, wobei ausschließlich die Beladung der Hackspäne, nicht aber die Komponentenverteilung in diesen wesentlich ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Kontinuierliches Aufschluß- und Rückgewinnungsverfahren für pflanzliche Faserrohstoffe zur Herstellung von Zellstoff, bei dem das Pflanzenfasermaterial im Gegenstrom bei Temperaturen von 150 bis 200"C mit einer wäßrigen Mischung eines niederen aliphatischen Alkohols oder Ketons, die 20 bis 75% des organischen Lösungsmittels enthält, behandelt wird und das gebrauchte, die gelösten Holzanteile enthaltende Aufschlußmittel bei Aufschlußtemperatur aus dem Aufschlußgefäß abgezogen und in geeigneten Vorrichtungen einer Entspannungsverdampfung zur Rückgewinnung des organischen Lösungsmittels unterzogen wird, wobei die nach dem Abtreiben des organischen Lösungsmittels zurückbleibende flüssige Phase sich in eine wasserunlösliche, pseudogeschmolzene, im wesentlichen aus Ligninsubstanzen und Lignin-Abbauprodukten bestehende Phase und in eine die Hydrolysenprodukte der Hemicellulosen enthaltende wäßrige Lösung trennt, so daß die Gruppe der Ligninsubstanzen und der Ligninabbauprodukte einerseits und der Hemicellulosehydrolysenprodukte andererseits getrennt gewonnen werden können, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das zerteilte Pflanzenfaserrohmaterial bei Aufschlußtemperatur im gebrauchten Aufschlußmittel nahe dem Austritt desselben aus dem Aufschlußgefäß und dem Übertritt in die Entspannungsverdampfung untergetaucht, im Gegenstrom mit dem dem Fasermaterial entgegenströmenden Aufschlußmittel bei Aufschlußtemperatur weiter behandelt und schließlich bei niedrigerer Temperatur im frischen Aufschlußmittel gewaschen wird, wobei diesem durch Zusätze basischer Stoffe pH-Werte über 8 so erteilt werden, daß im gebrauchten Aufschlußmittel pH-Werte im Bereich von 4 bis 7 auftreten bzw. diese pH-Werte nicht wesentlich unter 4 absinken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die basische Einstellung des frischen Aufschlußmittels durch Zusätze von Ammoniak bzw.

Ammoniumhydroxid durchgeführt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume der Hackspäne bzw. des Pflanzenmaterials vor deren Kontaktieren mit der gebrauchten Aufschlußflüssigkeit mit geeigneten Mitteln, welche das Sinken in der Aufschlußflüssigkeit erleichtern, insbesondere mit frischem Aufschlußmittel bzw. Gemischen seiner Komponenten im Wege einer an sich bekannten Drucktränkung mit oder ohne vorhergehender Entlüftung des Pflanzenfasermaterials gefüllt werden.

In meiner US-Patentschrift 35 85 104 habe ich ein kontinuierliches Aufschlußverfahren für pflanzliche Faserstoffe, insbesondere Holz, und ein dazugehöriges Rückgewinnungsverfahren beschrieben, das gestattet, nicht nur das Aufschlußmittel zurückzugewinnen, sondern auch die beim Aufschluß gelösten Nicht-Cellulosesubstanzen des Holzes, und zwar getrennt in die beiden Hauptfraktionen: Ligninsubstanzen einerseits und Hemicellulosen bzw. deren Hydrolysenprodukte andererseits. Auch ein Schema von zur fortlaufenden Verfahrensdurchführung geeigneten Vorrichtungen ist dort beschrieben. Dieses kombinierte Aufschluß- und Rückgewinnungsverfahren benutzt mittlere Gemische von Wasser und flüchtigen niederen aliphatischen Alkoholen und/oder solchen Ketonen, bei deren Einsatz - bedingt durch das leichte Eindringen der Aufschlußmittel in die Holzstrukturen - eine gesonderte Drucktränkung der Hackspäne vor dem Aufschluß erübrigt werden kann. In der isothermen Aufschlußphase dieses kombinierten Verfahrens bewegen sich die Hackspäne und das Aufschlußmittel im Gegenstrom zueinander, und zwar in einer Weise, daß das Holzmaterial bei etwa Aufschlußtemperatur in der gebrauchten Aufschlußflüssigkeit nahe dem Austritt derselben aus dem System untergetaucht und anschließend im entgegenströmenden Aufschlußmittel bei isothermen Bedingungen weiterbehandelt wird, wobei dessen Gehalt an gelösten organischen Holzanteilen fortschreitend sinkt und schließlich der entstandene Zellstoff im frischen Aufschlußmittel geringen Gehaltes an gelösten, nicht flüchtigen Stoffen gewaschen wird.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf dieses bekannte Aufschluß- und Rückgewinnungsverfahren und stellt eine erhebliche Verbesserung desselben, insbesondere hinsichtlich der erzielbaren Ausbeuten und Festigkeitseigenschaften der erzielbaren Zellstoffe dar.

Untersuchungen der Reaktionsmechanismen der Delignifizierung im isothermen Alkohol-Wasser-System haben gezeigt, daß die Löslichmachung der Ligninsubstanzen in den ersten 10 bis 15 Minuten der Reaktionszeit rasch und daran anschließend wesentlich langsamer in einem Komplex von Reaktionen annähernd pseudoerster Ordnung erfolgt. Weiters wurde gefunden, daß die Abspaltung organischer Säuren, hauptsächlich der Essigsäure, aus den Holzhemicellulosen im wesentlichen im Bereich rascher Delignifizierung erfolgt. Die hydrolytische Wirkung der organischen Säuren beschleunigt in der Anfangsphase der Delignifizierung die Ligninlöslichmachung, ohne wesentlich die eigentlichen Celluloseanteile anzugreifen. Im besonderen wurde gefunden, daß, solange noch etwa die Hälfte der ursprünglich im Holz enthaltenen Ligninsubstanzen ungelöst im Holzrückstand zurückbleiben, die Celluloseanteile nicht oder nur wenig angegriffen werden. Wird jedoch die Delignifizierung bei den sich in einem stationären System ergebenden Konzentrationen organischer Säuren fortgesetzt, dann ergibt sich ein zunehmender Angriff auf die Cellulose, verbunden mit Verringerungen der Zellstoffausbeute und der Zellstoffestigkeiten.

So ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, den Hauptteil der im Alkohol-Wasser-System aus der Holzsubstanz abgespaltenen organischen Säuren schon in der Anfangsphase des Aufschlusses durch Gegenstromführung des Aufschlußmittels aus dem System so zu entfernen, daß längere Verweilzeiten und höhere Säurekonzentrationen, die einen hydrolytischen Celluloseabbau bewirken würden, vermieden werden. Die Gegenstromführung des Aufschlußmittels und das Untertauchen der Hackspäne in der gebrauchten Aufschlußflüssigkeit in einer Zone des Aufschlußgefäßes, in der diese zur anschließenden Behandlung durch Entspannungsverdampfung in geeignete Vorrichtungen übergeführt wird, ist demnach für die Erzielung erhöhter Zellstoffausbeuten und guter Zellstoff-Festigkeit wesentlich.