DE2855052A1

DE2855052A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen aufschliessen von pflanzenfasermaterial

Info

Publication number: DE2855052A1
Application number: DE19782855052
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Baumeister; Eugen Edel
Original assignee: NICOLAUS MD PAPIER; MD Papierfabriken Heinrich Nicolaus GmbH
Current assignee: Md-Organocell Gesellschaft fur Zellstoff- und Umw
Priority date: 1978-12-20
Filing date: 1978-12-20
Publication date: 1980-06-26
Also published as: BR7908189A; EP0012960A1; ATE1914T1; FI793985A; DE2964181D1; FI69130C; FI69130B; EP0012960B1; PL220500A1; CA1111694A

Description

Die KrfLndung bezieht klcIi auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufschließen von Pflanz"nfasermaterial mit organischem Lösungsmittel.

Die wirtschaftlich bedeutenden Verfahren zum Aufschluß von ccLlulosehaltigen Faserrohstoffen arbeiten heute nach dem Sulfat- oder dem SuIf it\'erfahren.

Wesentliche Nachteile dieser Verfahren sind die ;iotwendige Größe von etwa 800 bis 1000 Tagestonnen, um wirtschaftlich zu arbeiten, und die enorme Umweltbelastung in Form von Abwasser und Abgasen, insbesondere weil diese Schwefelverbindungen enthalten.

1"5 Die Möglichkeit, cellulosehaltige Pflanzenfasermaterialien mit organischen Lösungsmitteln aufzuschließen, wurde bereits in der US-PS 1 856 567 aufgezeigt.

In der DE-OS 2 637 449 ist ein Lösungsmittelextraktionsverfahren zur Herstellung von Cellulosopulpe beschrieben, bei dem Lignin aus fein zerteiltem fasrigen Pflanzenmaterial bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck mit einer wässrigen Lösung eines niederen aliphatischen Alkohols extrahiert wird. Dieses Verfahren arbeitet mit einer Mehrzahl von satzweise arbeitenden Extraktoren, wobei in jedem Extraktor eine Reihe von Arbeitsstufen aufeinanderfolgen. Dieses bekannte Verfahren eignet sich nicht für eine kontinuierliche, wirtschaftliche Herstellung von Zellstoff aus Pflanzenfasermaterial. Die Anlagekosten sind aufgrund der erforderlichen grossen Anzahl von Extraktoren unverhältnismäßig hoch. Insbesondere is ι die Aufheizzeit pro Charge, wenn nicht unverhältnismäßig große Lösungsmittelmengen verwendet wer-

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sohr lange, so daß bereits vor Erreichen dor hohen, für die Lösung des Liqnins erforderlichen Temperatur hydrolytische Abbaureaktionen der Cellulose und Hemicellulose erfolgen. Deshalb ist es mit dem bekannten Verfahren nicht möglich, Zellstoffe für die Papierherstellung mit ausreichender Festigkeit zu gewinnen.

In der US-PS 3 585 104 und der DE-AS 2 644 155 werden kontinuierliche Aufschluß- mid Rückgewinnungsverfaiii en für pflanzliche Faserrohstoffe zur Herstellung von Zellstoff unter Einsatz von organischem Lösungsmittel beschrieben. Bei diesen Verfahren wird keine Vorimprägnierung angewandt. Aus diesem Grund kommt es leicht zu einer Blockierung des Materialflusses, zumal ein zwangsweiser Tramport durch den Reaktor nicht vorgesehen ist. Bei den bekannten Verfahren wird das aufgeschlossene Material nach dem Kochen mit kaltem organischem Lösungsmittel gewaschen. Durch Waschen mit kaltem Lösungsmittel werden Ligninmste jedoch nicht entfernt.

Das organische !."'sungsmittei wird anschließend in einer Schraubenpresse vom aufgeschlossenen Material abgepreßt. Anschließend wird das ausgeschlossene Material in einer getrennten Einrichtung mit einer wässrigen Natriumhydroxidlösung gewaschen. Diese Lösung wird schließlich in einer zweiten Schraubenpresse abgepreßt. Diese Verfahrensführung ist wenig wirksam und sehr aufwendig. Insbesondere führt die Notwendigkeit, das organische Lösungsmittel aus dem aufgeschlossenen kalten Material auszutreiben zu einem erhöhten Energieaufwand.

Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufschließen

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von Pflanzenfasermaterial mit organischem Lösungsmittel zu schaffen, wobei die wesentlichen Bestandteile des Pflanzenfasermaterials,nämlich Lignin, Hemicellulose und CoI lulose getrennt und in reiner Form gewonnen werden können, das im industriellen Maßstab wirtschaftlich arbeitet, das sich durch eine einfache Verfahrensführung auszeichnet, wobei insbesondere die vorstehend geschilderten Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden, und das einen hochwertigen und leicht bleichbaren Zellstoff liefert.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum kont inuierlichen Aufschließen von Pflanzenfasermaterial, bei dem das Pflanzeiifasermaterial im Gegenstrom bei Temperaturen von 130 bis 21O°C mit organischem Lösungsmittel behandelt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Pflanzenmaterial in einer Imprägniereinrichtung mit organischem Lösungsmittel imprägniert wird, das imprägnierte Pflanzenfasermaterial am Kopf eines Reaktors mittels ein^r Einbringvorrichtung eingebracht und durch diesen zwangsweise nach unten geführt wird, am Reaktorboden Cellulose ausgebracht wird, in der Reaktormitte organisches Lösungsmittel mit einer Temperatur zwischen 130 und 210°C als Extraktionsflüssigkeit eingebracht, im Gegenstrom zum Pflanzenfasermaterial nach oben geführt und am Kopf des Reaktors abgezogen wird, und am Boden des Reaktors Wasser als Waschflüssigkeit eingespeist, im Gegenstrom zu dem Pflanzenfasermaterial nach oben geführt und in der Reaktormitte abgezogen wird, und die beladene Extraktionsflüssigkeit in die wesentlichen Bestandteile Lignin, Hemicellulose und Lösungsmittel getrennt wird.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufschließen von Pflanzenfasermaterial

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mit organischem Lösungsmittel, die einen Imprägnierer, einen Reaktor zum Aufschließen des Pflanzenfasermaterials, Wascheinrichtungen für das aufgeschlossene Pflanzenfasermaterial und Trenneinrichtungen umfaßt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Imprägnierer in dem das Pflanzenfasermaterial mit organischem Lösungsmittel imprägniert wird, als Schneckenförderer ausgebildet ist und direkt über eine Druckschleuse mit dem Kopf des Reaktors in Verbindung steht, daß in dem Reaktor integral eine Kochzone und eine Waschzone vorgesehen sind, wobei der Reaktor am Boden einen oder mehrere Einlasse für die Waschflüssigkeit und einen Auslaß für das aufgeschlossene Pflanzenfasermaterial, im Mittelbereich eine Abführung für die Waschflüssigkeit und eine oder mehrere Zuführungen für die Extraktionsflüssigkeit und im Reaktorkopf eine Einbringvorrichtung für das Pflanzenfasermaterial und ferner einen Abzug für die beladene Extraktionsflüssigkeit umfaßt, und daß Trenneinrichtungen für die Separierung von Lignin, Hemicellulose und Lösungsmittel vorgesehen sind.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen insbesondere darin, daß wirtschaftliche Betriebsgrößen bereits mit 50 bis 100 Tagestonnen erreicht werden, daß die neben der Cellulose im Rohmaterial enthaltenen Rohstoffe, nämlich Hemicellulose und Lignin weitgehend in nativer Form erhalten werden, und daß die zur Extraktion verwendeten organischen Lösungsmittel beispielsweise durch einfache Destillation und anschließende Kondensation wiedergewonnen und wiederverwendet werden können.

Die kontinuierliche Wiedergewinnung der eingesetzten Lösungsmittel ist praktisch verlustlos.

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Das Verfahren ist für alle pump-, schütt- und rieselfähigen cellulosehaltigen Rohstoffe anwendbar. Insbesondere kommen als Rohstoffe Hölzer einheimischer und tropischer Provinienz sowie Einjahrespflanzen, wip Stroh und Bagasse, in Betracht.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene Cellulose eignet sich aufgrund ihrer hohen Qualität ausgezeichnet zur Papierherstellung.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es jedoch, außer Cellulose die weiteren wesentlichen Bestandteile des Pflanzenfasermaterials in nativer, reiner Form zu gewinnen, so daß diese Produkte für eine Weitervnrarbeitung in verschiedenen Bereichen zur Verfügung stehen.

Bei den bisher einzigen, im großen Umfang eingesetzten Aufschlußverfahren, nämlich dem Sulfit- und dem Sulfat-Verfahren, fielen die Hemicellulosen und das Lignin in Form von Derivaten an, die sich als Rohstoffe zur Weiterverarbeitung nicht eigneten. Diese an sich wertvollen Substanzen wurden daher bisher als reine Abfallprodukte behandelt oder verbrannt.

Demgegenüber gestattet es das erfindungsgemäße Verfahren nunmehr erstmals die weiteren wesentlichen Bestandteile, nämlich Lignin und Hemicellulosen, in Form von reinen, wertvollen Rohstoffen zu gewinnen.

Die Hemicellulosen eignen sich für vielfältige Verwendungen, wobei ihr Einsatz insbesondere in folgenden Bereichen hervorzuheben ist: Herstellung von Zuckern, insbesondere Sorbit und Mannit; Herstellung von V'-rdickungsmitteln, Klebstoffen, Setilichte- und Verdickungsmittel für die

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Papier-, Textil- und Lackindustrie; Weiterverarbeitung zu Alkohol durch Vergärumj. Hervorzuheben ist, daß es vorteilhaft sein kann, den aus den Hemicellulose!! gewonnenen Alkohol als Lösungsmittel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wieder einzusetzen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es Lignin in nativer und weitgehend reiner Form zu gewinnen. Lignin stellt einen äußerst wertvollen Rohstoff dar.

Es fällt bei dem Verfahren als Polyol an und eiqnet sich insbesondere zur Herstellung von Kunstharzen. Insbesondere kommt eine Umsetzung mit Aldehyden in Betracht. Als Kunstharze, die ausgehend von Lignin erhalten werden können, seien insbesondere hervorgehoben Polyurethane, Acetalharze, Epoxidharze und Phenolharze.

Als Extraktionsflüssigkeit werden organische Lösungsmittel eingesetzt. Die organischen Lösungsmittel sollen vorzugsweise mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar sein. In Betracht kommen insbesondere aliphatische Alkohole mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, einschließlich mehrwertiger Alkohole, wie Glycol und Glycerin, aromatische und aliphatische Amine, Ketone, wie Aceton und Methyläthylketon, Äther, wie Tetrahydrofuran und Dioxan, und Lösungsmittel, wie Dimethylformamid und Dimethylsulfoxid. Bevorzugt werden als Lösungsmittel aliphatische Alkohole, insbesondere Äthylalkohol und Isopropylalkohol, verwendet. Die Lösungsmittel können in reiner Form oder als Mischungen mit Wasser eingesetzt werden.Bei wässrigen Mischungen kommen Konzentrationen des Lösungsmittels im Wasser von 10 bis 100 %, vorzugsweise zwischen 40 und 60 %, in Betracht.

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Bezogen auf das aufzuschließende Pflanzenfasermaterial wird vorzugsweise mit einem zwei- bis fünffachen Extraktionsmittelvolumen gearbeitet.

Die Imprägnierung kann bei atmosphärischem Druck, was bevorzugt wird, oder bei überdruck durchgeführt werden. Sie kann bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur durchgeführt werden, wobei eine Temperatur zwischen 40 und 80°C, insbesondere etwa 60°C, bevorzugt wird.

In der Koch- oder Extraktionszone wird vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 130 und 21O⁰C, insbesondere zwischen 180 und 200°C, extrahiert. Der Druck im Reaktor liegt zwischen 1 und 40 bar, vorzugsweise zwischen 15 und 25 bar.

Die weitere Verarbeitung des aus dem Reaktor austretenden, aufgeschlossenen und gewaschenem Pflanzenfasermaterials, d.h. der Cellulose, erfolgt in üblicher Weise, so daß darauf nicht näher eingegangen werden muß.

Die aus den Reaktor austretende Extraktionsflüssigkeit, die mit den Stoffen beladen ist, die aus dem Pflanzenfasermaterial extrahiert wurden, wird in ihre Bestandteile, d.h. im wesentlichen Lignin, Hemicellulose und Lösungsmittel,getrennt.

Die Abtrennung des Lösungsmittels, vorzugsweise des Alkohols, kann in einfacher Weise durch Destillation, Strippen oder Entspannung erfolgen. Die verbleibende wässrige Phase» die Lignin und Hemicellulose enthält, kann beispielsweise dadurch in ihre Bestandteile getrennt werden, daß durch die Konzentrationsverschiebung durch die Ent-

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fernung des Alkohols und durch Temperaturerniedrigung das Lignin zur Ausfällung gebracht wird und dieses in geeigneter Weise, beispielsweise mittels einer Schneckenpresse, Zentrifuge oder einem Schwerphasenabscheider, isoliert wird. Die verbleibenden Hemicellulosen können dann ihrerseits einer Reindarstellung ^un(^ Weiterverarbeitung zugeführt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Imprägnierung des Pflanzenfasermaterials, das meist in Form von Holzhackschnitzeln vorliegt, von Bedeutung. Im Gegensatz zu konventionellen, kontinuierlichen Zellstoffherstellungsverfahren nach dem Sulfat- oder Sulfitverfahren, bei denen eine aufwendige Imprägnierung unerläßlich ist, um eine ausreichende Zellstoffqualität zu gewährleisten, kann die Imprägnierung beim vorliegenden Verfahren in einfacher Weise erfolgen.

Bei den konventionellen Sulfat- oder Sulfitverfahren erfüllt die Imprägnierung im wesentlichen folgende Funktionen. Nicht kondensierbare Gase und Terpene werden aus den Hackschnitzeln ausgetrieben, so daß keine Beeinflussung des Wärmeübergangs und der Diffusion der Kochchemikalien in die Hackschnitzel erfolgt. Die Hackschnitzel adsorbieren Kondensatdampf, wobei gleichzeitig die Dichte erhöht wird. Die Feuchtigkeit verdrängt Luft von der Hackschnitzeloberfläche. Durch diese beiden Effekte wird gewährleistet, daß die Hackschnitzel in der Kochlauge relativ rasch untersinken. Die Temperatur und der Feuchtigkeitsgehalt der Hackschnitzel werden angehoben und verqleichmäßigt, so daß im Reaktor eine gleichmäßige Kochung erfolgt. Tem-

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peratur und Feuchtigkeit führen zu einem Anquellen der Hackschnitzel, so daß die Impräqnierung mit den anorganischen Bestandteilen der Kochlauge erleichtert wird.
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Eine ungenügende Imprägnierung der Hackschnitzel kann dann, wenn bei auf Kochtemperatur befindlichen Hackschnitzeln im Kern der Schnitzel keine Korhlauge vorhanden ist, zu einer übermäßigen Kondensation des Lignins und damit zu den berüchtigten Schwarzkochungen führen.

Üblicherweise wird die Vorimprägnierung von Hackschnitzeln verfahrenstechnisch folgendermaßen durchgeführt.

Die Hackschnitzel werden über eine Dosiereinrichtung in einen sogenannten Dämpfbehälter eingebracht. Hier werden die Hackschnitzel bei Drücken von 1 bis 3 bar mit Sattdampf behandelt. Die Dampfvorbehandlung erfolgt aus den oben erwähnten Gründen. Die mit Dampf beheizten Hackschnitzel werden anschließend in einen Imprägniertank befördert. Hier beginnt die eigentliche Imprägnierung mit Kochlauge. Aus dem Imprägniertank werden die mit Kochlauge gesättigten Hackschnitzel dann mittels einer Hochdruckfördereinrichtung hydraulisch in ein schräg liegendes Separationsrohr am Kopf des Reaktors gepumpt. Die Hackschnitzel werden mittels einer Förderschnecke in den Reaktorkopf befördert. Der Imprägnierlaugenüberschuß wird über ein im Separationsrohr befindliches zylindrisches Sieb zum Imprägniertank zurückgeführt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem anstelle anorganischer Kochlaugen Lösungsmittel bzw. Lösungsmittel/Wasser-Gemische verwendet werden, ergeben sich

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vesentliche verfahrenstechnische Vereinfachungen der iRiprSgniereinrichtung. Der wesentliche Vorteil von Lösungsmittel/Wasser-Gemischen liegt in der weitaus höheren Benetzungsgeschwindigkeit und Diffusion in die Hackschnitzel im Vergleich zu üblichen Kochlaugen auf Basis von Lösungen anorganischer Salze.

Durch das organische Lösungsmittel werden die Terpene und Harze entfernt, die die Penetration der Aufschluß-1Q flüssigkeit stören. Aus dir· -.^_m Grund kann der Einsatz einer unter Überdruck betriebenen Dämpfeinrichtung vollkommen entfallen. Es versteht sich, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch trotzdem eine Dämpfung der Hackschnitzel vorgenommen werden kann.

Um eine zufriedenstellende Imprägnierung mit dem organischen Lösungsmittel zu erreichen, kann die ganze Imprägniervorrichtung auf ein am Kopf des Reaktors befindliches, schräg stehendes Imprägnierrohr reduziert werden. Die Hackschnitzel werden mittels einer Schnecke in dem mit Extraktionsflüssigkeit gefüllten Steigrohr nach oben gedrückt. Durch die Vorwärmung der Extraktionsflüssigkeit beispielsweise mit Sattdampf auf Temperaturen von etwa 60⁰C wird eine weitere Verbesserung der Imprägnierung erreicht. Die Verweilzeit der Hackschnitzel in der Impgänierzone beträgt beispielsweise je nach Durchsatz zwischen 1 und 15 min, vorzugsweise 2 bis 5 min. Die Hackschnitzel sind dann ausreichend mit Extraktionsflüssigkeit imprägniert, um in der Kochzone ein sofortiges Untertauchen zu gewährleisten. Durch die drucklose Imprägnierung mit dem organischen Lösungsmittel wird eine gleichmäßige Konzentrationsverteilung des Lösungs-

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miltels im Rohstoff erzielt und damit eine definierte Ausgangsbasis für die Extraktionsstufe erreicht.

Das Einbringen der Hackschnitzel gegen den hohen, im Extraktionsgefäß herrschenden Druck erfolgt vorzugsweise mittels einer im Takt gesteuerten Druckschleuse. Es ist vorteilhaft die Druckschleuse mit Druck vorzugsweise mittels Wasserdampf zu beaufschlagen, um die Druckdifferenz zwischen Druckschleuse und Reaktor gering zu halten und dadurch Druckschwankungen im Reaktor zu vermeiden. Erfolgt die Vorimprägnierung drucklos und arbeitet der Reaktor bei 18 bar, ist es beispielsweise vorteilhaft Wasserdampf mit 16 bar in die Druckschleuse einzuführen.

Die imprägnierten Hackschnitzel lassen sich dann problemlos mit einer Einbringvorrichtung, vorzugsweise einer Schnecke, unter den Flüssigkeitsspiegel im Extraktionsreaktor eindrücken. Die Einbringvorrichtung bewirkt ferner, daß die Hackschnitzel zwangsweise durch den Reaktor gefördert werden. Aufgrund des Vorimprägnierens und der zwangsweisen Förderung kommt es mit Sicherheit nicht zur Ausbildung von Hackschnitzelbrücken an der Eintragstelle und damit zu einer Blockierung des Materialflusses.

Beim kontinuierlichen ZeI Istoffkochungsverfahren auf Sulfit- bzw, Sulfatbasis kann der Kocher in vier Reaktionszonen unterteilt werden. Die erste Zone ist eine Imprägnierzone. Eine Imprägnierzone ist beim konventionellen Sulfit- oder Sulfataufschluß trotz der Vorimprägnierung notwendig, um eine einwandfreie Sättigung der Hackschnitzel mit Kochchemikalien zu errei·^ chen. Ohne eine absolut gleichmäßige Vorimprägnierung kommt es aufgrund der parallel zum Ligninabbau verlaufenden Ligninkondensation zu Schwarzkochungen, In der auf die Imprägnierzone folgenden Aufheizzone werden

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die Hackschnitzel auf die gewünschte Kochtemperatur gebracht. Darauf folgt die Kochzone, in der der eigentliche Ligninabbau erfolgt. Daran schließt sich eine Wasch- und Kühlzone, in der die Entforming der gelösten Abbaubestandteile durch Gegenstromextraktion mit heißem Wasser erfolgt. Das Waschwasser wird als Quenchflüssigkeit zum Abstoppen der chemischen Abbaureaktion eingesetzt.

0 Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Anwendung organischer Lösungsmittel als Extraktionsflüssigkeit kann die verfahrenstechnische Führung der Aufschlußreaktion wesentlich vereinfacht werden. Der Reaktor umfaßt nur zwei Zonen, nämlich eine Kochzone und eine Waschzone.

Aufgrund der leichten Imprägnierbarkeit der Hackschnitzel mit dem organischen Lösungsmittel ist keine weitere Imprägnierzone erforderlich.

Die Hackschnitzel werden am Kopf des Reaktors in die Kochflüssigkeit eingetragen, wobei bei Extraktionsflüssigkeitstemporaturen zwischen 130 und 21O⁰C gearbeitet wird. Die Kochung erfolgt im Gegenstrom, wobei die Delignifizierung der Hackschnitzel praktisch augenblicklich bei Kontakt mit der heißen Extraktionsflüssigkeit beginnt. Es ist für die Erzielung ausreichender Delignifizierungsraten notwendig, möglichst schnell eine ausreichend hohe Temperatur der Hackschnitzel zu erreichen. Der Ligninabbau mittels organischen Lösungsmitteln bzw. Lösungsmittel/Wasser-Gemischen ist im wesentlichen ein thermischer Radikalabbau und erreicht erst bei höheren Temperaturen eine für die Praxis ausreichende Geschwindigkeit. Da die Ligninkondensation und damit Verunlöslichung jedoch bereits bei niedrigen Temperaturen beginnt, bedeutet eine zu lange Aufheizperiode, daß das Lignin nur unvollständig extrahiert

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werden kann. Das notwendige schnelle Aufheizen der Hackschnitzel erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund der Führung der imprägnierten Hackschnitzel im Gegenstrom zur heißen Extraktionsflüssigkeit. 5

Die frische Extraktionsflüssigkeit wird bei dem Verfahren vorzugsweise durch eine Ringleitung von der Peripherie des Reaktors aus eingespeist. Anstatt oder vorzugsweise zusätzlich zur Einspeisung von der Peripherie her kann Extraktionsflüssigkeit in der Reaktormitte, beispielsweise über eine Hohlwelle eingespeist werden. Die im Gegenstrom zu den Hackschnitzeln nach oben steigende Extraktionsflüssigkeit wird am Kopf des Reaktors abgezogen. Durch Destillation und Kondensation wird das organische Lösungsmittel wiedergewonnen und im Kreislauf zurückgeführt.

Am Boden des Reaktors wird Wasser, das kalt oder warm sein kann, als Waschflüssigkeit eingespeist, welches sich im Kontakt mit den nach unten wandernden Hackschnitzeln erhitzt. Die Einspeisung erfolgt vorzugsweise über eine periphäre Ringleitung und/oder eine in der Reaktorachse angeordnete Hohlwelle. Aufgrund der hohen Diffusionsgeschwindigkeit organischer Lösungsmittel wird bei der Gegenstromwäsche der Hackschnitzel das Lösungsmittel aus dem weitestgehend delignifizierten Material praktisch vollständig entfernt. In der Mitte des Reaktors wird die mit Lösungsmittel und Abbauprodukten beladene Waschflüssigkeit im allgemeinen zusammen mit einem Teil der heißen Kochflüssigkeit abgezogen.

Vorzugsweise rird der abgezogenen Waschflüssigkeit, beispielsweise mittels einer Dosierpumpe, Lösungsmittel in

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einer solchen Menge zugesetzt, daß die gewünschte Zusammensetzung der Extraktionsflüssigkeit wieder erreicht wird. Die Extraktionsflüssigkeit wird dann, beispielsweise über einen Wärmetauscher, auf die erforderliche Temperatur gebracht und über eine periphäre Ringleitung und/oder eine Hohlwelle in der Reaktormitte eingespeist.

Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, daß die Waschflüssigkeit nicht zum Quenchen der Reaktion dient, sondern eine Komponente der in den Reaktor eingespeisten Extraktionsflüssigkeit darstellt.

Schwankungen des Prozesses und des Rohmaterials, die Veränderungen in der Zusammensetzung der Extraktionsflüssigkeit bedingen, können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren leicht ausgeglichen werden.

Vorteilhaft ist ferner, daß die Hackschnitzel im Gegenstrom mit reinem Wasser bei verhältnismäßig hoher Temperatur gewaschen werden. Aufgrund der niedrigen Konzentration des Waschwassers an organischem Lösungsmittel ist die Waschung viel wirksamer als eine Waschung, bei der reines Extraktionsmittel als Waschflüssigkeit verwendet wird.

Das aufgeschlossene Material wird üblicherweise über einen Blastank ausgetragen, gegebenenfalls nochmals gewaschen, und dann in üblicher Weise sortiert und weiterverarbeitet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung

näher erläutert.

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Die einzige Figur zeigt ein Fließbild der Imprägnier-Extrahier-, Wasch- und Trennstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das Pflanzenfasermaterial, beispielsweise Holzschnitzel, wird über die Eintragsvorrichtung 16 in den bei Atmosphärendruck und bei einer Temperatur von 60⁰C arbeitenden Imprägnierer 1 eingebracht. Über Leitung 17 wird dem Imprägnierer ein Äthanol-Wasser-Gemisch zugeführt. Die

"Ό durchtränkten Hackschnitzel werden mittels der Transportschnecke 18 durch den schräg liegenden Imprägnierer nach oben gefördert und über eine Austragsvorrichtung 19 einer Druckschleuse 2 zugeführt. Die mit Druck beaufschlagten Hackschnitzel werden dann in den Reaktor

^⁵ 3 oben eingeführt.

Im Reaktor werden die Schnitzel von der vertikal angeordneten Schnecke 20 unter das Flüssigkeitsniveau gedrückt und durch den Reaktor nach unten geführt. Auf ihrem Weg durch den Reaktor werden die Schnitzel zuerst von heißer Extraktionsflüssigkeit im Gegenstrom durchströmt, wobei das sich lösende Lignin und andere Cellulosebegleiter aus den Schnitzeln durch Diffusion herausgezogen und von der aufwärts strömenden Extraktionsflüssigkeit weggeführt werden.

Die mit Extrakt angereicherte Extraktionsflüssigkeit verläßt den Reaktor über Leitung 10. Die Extraktionsflüssigkeit wird dann über einen Kühler 23,einem Ablaugenentspannungsgefäß 24 zugeführt. Die freiwerdenden Lösungsmittelbrüden werden in einem Brüdenkondensator 25 kondensiert und das Lösungsmittel über Leitung 33 im Kreislauf in den Prozeß zurückgeführt.

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Die verbleibende wässrige Lösung aus Hemicellulosen und Lignin wird mit einer Pumpe 26 über einen weiteren Kühler 27 einer Schneckenpresse 28 zugeführt. An die Stelle der Schneckenpresse können eine Zentrifuge oder ein Schwerphasenabscheider treten. Bei niederer Temperatur fällt in der Schneckenpreße das Lignin aus und wird von den Hemicellulosen getrennt. Die Hemicellulosen und das Lignin, die über Leitungen 29 bzw. 30 abgezogen werden, können dann getrennt einer Weiterverarbeitung zugeführt werden.

Am Ende der Kochzone 4 ist die Auflösung der Cellulosebegleiter abgeschlossen. Die Kochflüssigkeit wird in der anschließenden Waschzone 5 durch aufsteigendes Wasser aus dem aufgeschlossenen Material ausgewaschen und mit diesem in der Mitte des Reaktors über Abführung 8, Leitung 11 und Pumpe 21 abgezogen, über Leitung 15 wird der Waschflüssigkeit frisches Lösungsmittel zudosiert und nach Aufheizen im Wärmetauscher 14 wird sie als Extraktionsflüssigkeit über Leitungen 13, 13' durch die oben in den Reaktor reichende Hohlwelle 22 durch Zuführung 9 in der Mitte des Reaktors und über Ringleitung 31 eingespeist.

Frisches Lösungsmittel wird dem Prozeß über Leitung 34 zugeführt.

Der ausgewaschene Zellstoff wird am Ende der Waschzone 5 über Auslaß 7 aus dem Reaktor abgezogen. Waschflüssigkeit in Form von Wasser wird dem Reaktor am Reaktorboden über die periphäre Ringleitung 32 und/oder die Hohlwelle 6 zugeführt.

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Es versteht sich, daß die einzelnen Stoffströme mittels geeigneter Meß- und Regelvorrichtungen gesteuert werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Zellstoffe ausgezeichneter Qu-ilität und Bleichbarkeit erhalten, die sich bestens als Rohstoff für die Papierherstellung eignen. Hemicellulosen und Lignin werden in reiner Form erhalten und sind als wertvolle Rohstoffe vielfältig einsetzbar.

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Claims

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PATENTANWÄLTE DR. KADOR & DR. KLUNKER

K 11 553/3 so

MD-Papierfabriken
Heinrich Nicolaus GmbH
Ostenstr. b

8060 Dachau

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufschließen von Pflanzenfasermaterial

Patentansprüche

Verfahren zum kontinuierlichen Aufschließen von Pflanzenfasermaterial, bei dem das Pflanzenfasermaterial im Gegenstrom bei Temperaturen von 130 bis 210°C mit or- · ganischem Lösungsmittel behandelt wird, dadurch g e k e η nzeichnet, daß das Pflanzenfasermaterial in einer Imprägniereinrichtung mit organischem Lösungsmittel imprägniert wird, das imprägnierte Pflanzenfasermaterial am Kopf eines Reaktors mittels einer Einbringvorrichtung eingebracht und durch diesen zwangsweise nach unten geführt wird, am Reaktorboden Cellulose aus-

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gebracht wird, in der Roaktormitte organisches Lösungsmittel mit einer Temperatur zwischen 130 und 210⁰C als Extraktionsflüssigkeit eingebracht, im Gegenstrom zum Pflanzenfasermaterial nach oben geführt und am Kopf des Reaktors abgezogen wird, und am Boden des Reaktors Wasser als Waschflüssigkeit eingespeist, im Gegenstrom zu dem Pflanzenfasermaterial nach oben geführt und in der Reaktormitte abgezogen wird, und die beladene Extraktionsflüssigkeit in die wesentlichen Bestandteile Lignin, Hemicellulose und Lösungsmittel getrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Lösungsmittel in Form einer Mischung aus organischem Lösungsmittel und

Wasser, mit einer Konzentration von 10 bis 100 %, insbesondere zwischen 40 und 60 %, Lösungsmittel eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch g e k e η n-ζ e i ch η e t, daß als organisches Lösungsmittel Äthylalkohol oder Isopropylalkohol eingesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierung bei Atmosphä-

rendruck erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierung bei erhöhter Temperatur, insbesondere zwischen 40 und 80 % C, erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierung in einem Schnekkenförderer durchgeführt wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Reaktormitte eingeführte Extraktionsmittel eine Temperatur zwischen 180 und 200°C aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Reaktormitte abgezogenen Waschflüssigkeit organisches Lösungsmittel zugegeben und diese Mischung als Extraktionsflüssigkeit wieder dem Reaktor zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktionsflüssigkeit über eine Hohlwelle in die Reaktormitte und/oder eine Ringleitung von der Peripherie des Reaktors aus eingespeist wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß bezogen auf das Pflanzenfasermaterial Extraktionsflüssigkeit in zwei- bis fünffacher Volumenmenge eingesetzt wird.
11. Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufschließen von Pflanzenfasermaterial mit organischem Lösungsmittel, die einen Imprägnierer, einen Reaktor zum Aufschließen Pflanzenfasermaterials, Wascheinrichtungen für das aufgeschlossene Pflanzenfasermaterial und Trenneinrichtungen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Imprägnierer (1), in dem das Pflanzenfasermaterial mit organischem Lösungsmittel imprägniert wird, als Schneckenförderer ausgebildet ist und dire^ über eine Druckschleuse (2) mit dem Kopf des Reaktors (3) in Ver-

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bindung steht , daß in dom Reaktor (3) integral eine Kochzone (4) und eine Waschzone (Γ·) vorgesehen sind, wobei der Poaktor (3) am Boden einen oder mehrere Einlasse (G, 32) für die Waschflüssigkeit und einen Auslaß (7) für das aufqpprhlossone Pflanzenfasermaterial, im Mittelbereich eine Abführung 1) für die Waschflüssigkeit und eine oder mehrere Zuführungen (9, 31) für die Extraksionsflüssigkeit und im Reaktorkopf eine Iiinbringvorrichtuny (20) für das Pflanzenfasermatorial und ferner o.uen Abzug (10) für die beladono Extraktion:^;-flüssigkeit umfn ', und dnß Trenneinrichtungen (24, 25, 28) für die Srparierung von Lignin, Hemicellulose und Lösungsmittel vorgesehen sind.
12. Vorrichtung nacli Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abführung (8) über Leitungen (11, 12, 13, 13') und Wärmetauscher (14)mit den Zuführungen (9, 31) in Vorbindung steht, wobei in eine der Leitungen (11, 12, 13, 13') eine Zuführung (15) ?ur Zudosierung von organischem Lösungsmittel mündet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch g ekennze i chnot, daß in dem Reaktor eine von oben bis etwa in die Mitte desselben reichende Iohlwel-Ie (22) zum Zuführen weiterer Extraktionsflüssigkeit über eine Zuführung (9) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch π e k e η η-z e i ch net, daß ein weiterer Einlaß (6) in Torrn einor Hohlwelle für dio Zuführung der Waschflüssigkeit in der Mit to des Reaktoibodons vorgesehen ist.

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15. Vorrichtung nach Ansprach 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringvorrichtung (20) in
Form eine:; Sclmeckenförderers ausgebildet ist.
16. Vorriciitung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Trennung von Lignin, Hemicellulose und Lösungsmittel ein Ablaugenentspannungsgefäß (24) , ein Brüdenkondensator (25) und eine Schneckenpresse (28) vorgesehen sind.
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