DE3402490C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrich­ tung zum kontinuierlichen Behandeln eines wasserhaltigen Lignocellulosema­ terials mit Stickstoffoxiden und Sauerstoff vor einer alka­ lischen Delignifizierungsstufe. Die Vorrichtung eignet sich ganz besonders zur Verwendung bei der Vorbehandlung eines chemisch hergestellten Lignocellulosehalbstoffes, z. B. eines durch alkalische Digerierungsverfahren, wie Sulfatkochver­ fahren, hergestellten Halbstoffes.

Die Vorrichtung kann auch bei der Vorbehandlung von Holz, z. B. in Form von Hackspänen, Hobelspänen und Holzmehl, mit Stickstoffoxiden und Sauerstoff verwendet werden, bevor man das Holz einer alkalischen Kochstufe unterwirft.

Verfahren zur Behandlung von Lignocellulosematerialien mit Stickstoffoxiden und Sauerstoff vor einer alkalischen Delignifizierungsstufe sind z. B. in den DE-OS 31 22 297 und 32 13 856 beschrieben.

Bei den in der Literatur beschriebenen Tests hinsichtlich der Vorbehandlung von Lignocellulosematerial wird die Vorbehandlung in einem Reaktor zur absatzweisen Behandlung dieses Materials durchgeführt, in den ein gasför­ miges Stickstoffoxid entweder gleichzeitig mit oder an­ schließend an die Einführung von gasförmigem Sauerstoff ein­ geleitet wurde. Der Reaktor hat die Form eines Gefäßes, das in solcher Weise gedreht wird, daß sich ein guter Kontakt zwischen dem Lignocellulosematerial und den aktiven Kompo­ nenten in der Gasphase ergibt.

Gemäß einem Vorschlag zur kontinuierlichen Behandlung von Lignocellulosematerial umfaßt der Reaktor ein Gefäß mit einer am Einführungsende desselben angeschlossenen Leitung zur Einführung eines Stickstoffoxides und mit einer an das Ausführungsende des Gefäßes angeschlossenen Leitung zur Ein­ führung von Sauerstoff. Somit sind beide Leitungen mit ein und demselben Gefäß verbunden, so daß sich ein gemeinsamer Gasraum bildet.

Es wurde gefunden, daß nach dem Mischen von Stickstoff­ oxiden und Sauerstoff mit wasserhaltigem Lignocellulosemate­ rial verschiedene komplexe chemische Reaktionen erfolgen können. Obgleich allgemein die Anwesenheit von Sauerstoff höchst vorteilhaft ist, ist diese Anwesenheit nur ab einem gewissen Zeitpunkt des Behandlungsverfahrens angezeigt. Der Reaktionsverlauf kann nämlich mindestens in zwei Phasen un­ terteilt werden. In der ersten Phase reagiert das Stick­ stoffoxid zunächst mit dem Lignocellulosematerial, haupt­ sächlich dem Lignin, und Wasser, unter Bildung von u. a. Sal­ petersäure. In einer anschließenden Reaktionsphase wird das Stickstoffoxid in der einen oder anderen Form regeneriert, und reagiert dann wieder mit dem Lignocellulosematerial, hauptsächlich dem Lignin. Es wurde gefunden, daß es sehr vorteilhaft ist, wenn die erste Reaktionsphase in Abwesen­ heit von Sauerstoff oder in Anwesenheit einer geringen Sauerstoffmenge erfolgt, während in der zweiten Reaktions­ phase erhebliche Sauerstoffmengen vorhanden sein sollten. Die bisher vorgeschlagenen Apparatursysteme waren nicht so konstruiert, daß das Lignocellulosematerial gemäß den obigen optimalen Bedingungen vorbehandelt oder aktiviert werden konnte.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrun­ de, eine derartige Vorrichtung zur Verfügung zu stellen.

Das oben genannte Problem wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Unter Stickstoffoxid werden hier Stickoxid, NO, Stick­ stoffdioxid, NO₂ und Addukte derselben, wie N₂O₄ und N₂O₃, und Mischungen dieser Chemikalien verstanden. Das Stick­ stoffoxid wird in gasförmiger oder flüssiger Form einge­ führt. Der Sauerstoff wird in flüssiger Form oder in Form eines sauerstoffhaltigen Gases eingeführt.

Die weitere Ausgestaltung der Vorrichtung hängt in der Regel davon ab, welches Stickstoffoxid in die erste Reak­ tionskammer eingeführt wird. Die Leitung zur Einführung des Stickstoffoxids ist an irgendeinem Punkt entlang der ersten Reaktionskammer angeschlossen. Gemäß einer bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung ist die Leitung an das Einlaß­ ende der ersten Reaktionskammer, d. h. dort, wo das Ligno­ cellulosematerial eingeführt wird, angeschlossen. Wird Stickstoffoxid durch die Leitung eingeführt, dann ist kei­ ne Zuführungsleitung für gasförmigen Sauerstoff notwendig. Dagegen wird vorzugsweise eine separate Zuführungsleitung für gasförmigen Sauerstoff vorgesehen, wenn das verwendete Stickstoffoxid Stickoxid ist. Diese Leitung ist an einem Punkt entlang der ersten Reaktionskammer angeschlossen, ob­ wohl die Leitung vorzugsweise an das Auslaßende der ersten Reaktionskammer angeschlossen ist. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ist diejenige, in welcher diese Leitung aus der Regenerierungskammer ausgeht und teilweise an einem Punkt entlang dieser Kammer und teilweise an das Auslaßende der ersten Reaktionskammer angeschlossen ist. Die durch diese Leitung eingeführte Sauerstoffmenge entspricht im wesentlichen der stöchiometrischen Menge, die zur Umwandlung von Stickoxid in Stickstoffdioxid, d. h. zur Bildung des Hauptreaktionsteilnehmers, nämlich Stickstoffdioxid, der ersten Reaktionskammer, notwendig ist.

Die Leitung für die Sauerstoffzufuhr zur Regenerierungskam­ mer kann irgendwo entlang der Kammer angeschlossen werden, ob­ gleich es bevorzugt wird, die Leitung an das Auslaßende der Kammer, d. h. dort, wo das Lignocellulosematerial nach beende­ tem Vorbehandlungs- oder Aktivierungsverfahren entfernt wird, anzuschließen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung wird eine Zwischenkammer zwischen der ersten Reak­ tionskammer und der Regenerierungskammer angebracht. Diese Zwischenkammer ist auf jeder Seite, d. h. dem Einlaß- und Auslaßende, an ein Gasabsperrmittel angeschlossen. Ange­ schlossen an die Zwischenkammer ist mindestens eine Sauer­ stoffgas-Zufuhrleitung, und die Zwischenkammer ist wahlweise auch mit einer Leitung zum Gasfluß aus der Zwischenkammer in die erste Reaktionskammer versehen.

Die obengenannten Leitungen bestehen nicht nur aus unter­ schiedlichen Arten von Rohren, sondern sie umfassen auch Re­ gel- und Kontrollvorrichtungen bekannter Konstruktion, z. B. Ventile. Dadurch soll die genaue Regelung der Menge an Gas und/oder Flüssigkeit möglich sein, die durch diese Leitungen zugeführt und/oder abgeführt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Reaktionskammern aus getrennten Gefäßen, z. B. Türmen, in welche das Lignocellulosematerial durch Schwerkraft eingeführt wird. Die Reaktionskammer kann auch aus getrennten Reaktions­ kammern oder -zonen in ein und demselben Gefäß bestehen, und z. B. definierte Teile eines Reaktorturmes umfassen. Zweck­ mäßig wird das Lignocellulosematerial - hauptsächlich, wenn es aus Cellulosehalbstoff besteht - in Verbindung mit seiner Einführung in die Reaktionskammern oder anschließend fein zerteilt, geeigneterweise mittels einer rotierenden Zerfa­ serungsvorrichtung. Es ist jedoch nicht notwendig, den Cel­ lulosehalbstoff fein zu zerteilen, da die Behandlung auch durchgeführt werden kann, wenn dieser in Bahnform vorliegt. Die Reaktionskammern können mit mechanischen Einrichtungen zum Mischen und/oder Transportieren des Materials versehen sein.

Unter Gasabsperrmittel wird hier und im folgenden eine Vor­ richtung verstanden, durch welche das Lignocellulosematerial fortbewegt wird, wobei man gleichzeitig verhindert, daß Gas frei durch dieses Material passiert, selbst wenn der Gesamtgasdruck am Einlaß- und Auslaßende dieses Gasabsperrmittels unterschied­ lich ist. Eine geringe, im Material selbst oder im Gasabsperr­ mittel anwesende Gasmenge begleitet normalerweise das Materi­ al während seines Durchgangs durch das Mittel. Im Gegensatz dazu verhindert das Gasabsperrmittel einen freien Gasfluß zwischen den Reaktionskammern und zwischen einer Reaktions­ kammer und der umgebenden Atmosphäre. Bei einer bestimmten Art von Gasabsperrmittel gibt es einen geringen Gasfluß in entgegengesetzter Richtung zur Bewegung des Materials. Obgleich derartige Gasabsperrmittel zur Verwendung an einem Ort unge­ eignet sind, wo das Material in die oder aus der Vorrichtung geführt wird, können sie im Innern der Vorrichtung, d. h. zwischen den verschiedenen Reaktionskammern, verwendet werden.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung können alle bekannten Gasabsperrmittel verwendet werden, die diese Forderungen er­ füllen. Solche Gasabsperrmittel sind z. B. verschiedene Arten von Pumpen, z. B. Hochkonsistenzpumpen oder Pumpen für dicken Halbstoff. Auch Schneckenbeschickungsvorrichtungen können mit Vorteil verwendet werden. Weitere Beispiele umfassen rotierende Pressen, z. B. Walzenpressen, oder rotierende Flügelbeschicker oder rotierbare Beschickungsventile vom Absperrhahn-Typ. Weiterhin können Gasabsperrkombi­ nationen verwendet werden, in welchen das Material, vorzugs­ weise in komprimiertem Zustand, mittels einer Kolbenvorrichtung eingeführt wird. Ein Kratztransporter ist ein weiteres Beispiel.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt mindestens drei Gasabsperrmittel, nämlich eines an jedem Ende der ersten Reaktionskammer und eines am Auslaßende der Regenerie­ rungskammer. Selbstverständlich kann jedes der obengenannten Beispiele eines Gasabsperrmittels an allen Stellen der Vor­ richtung verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird es jedoch bevorzugt, daß an den drei obenge­ nannten Stellen innerhalb der Vorrichtung Gasabsperrmittel mit leicht unterschiedlicher Arbeitsweise installiert werden.

Das am Einlaßende der ersten Reaktionskammer befindliche Gasabsperrmittel hat zweckmäßig die Form einer Schnecken­ beschickungsvorrichtung, in welcher Schnecke und Schnec­ kengehäuse so konstruiert sind, daß das Lignocellulosematerial während des Transports komprimiert wird. Die Schneckenbeschic­ kungsvorrichtung ist zweckmäßig mit Mitteln zur Abführung des aus dem Material beim Komprimieren ausgepreßten Wassers und des aus dem Material ausgepreßten Gases versehen. Ist das Ligno­ cellulosematerial Cellulosehalbstoff, dann hat dieser norma­ lerweise eine Konzentration unter 20%, wen er bei der oben­ genannten Schneckenbeschickungsvorrichtung ankommt. Hat der Halbstoff eine höhere Konzentration, wird zweckmäßig eine andere, ähnliche Förderschnecke angeschlossen, jedoch ohne Mittel zum Abführen des aus dem Halbstoff ausge­ preßten Wassers. Diese beiden Arten von Schneckenbeschickungs­ vorrichtungen, in welchen der Halbstoff in eine kompakte Masse umgewandelt wird, ermöglichen es, daß die den Halbstoff begleitende Sauerstoffgasmenge äußerst niedrig gehalten wird. Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Anwesenheit von gasförmigem Sauerstoff am Einlaßende der ersten Reak­ tionskammer eine inhibierende Wirkung auf bestimmte zweckmäßi­ ge Reaktionen, u. a. auf die Demethylierung des Lignins, hat, weshalb der Halbstoff an diesem Ende der ersten Reaktions­ kammer von gasförmigem Sauerstoff möglichst freigehalten wer­ den sollte. Ungeachtet der Art des verwendeten Gasabsperrmittels umfaßt dieses zweckmäßig verschiedene Zonen oder Sektoren, durch welche das Lignocellulosematerial fortbewegt wird, wo­ bei mindestens einer dieser Sektoren mit Mitteln zum Evakuie­ ren und Abführen des schädlichen gasförmigen Sauerstoffs ver­ bunden ist.

Das Gasabsperrmittel am Auslaßende der ersten Reak­ tionskammer kann zweckmäßig eine der obengenannten Förderschnecken ohne Mittel zum Abführen des aus dem Material ausgepreßten Wassers umfassen. Andere Anordnungen umfassen rotierende Flügelbeschicker oder rotierende Absperr­ hahnventile, die normalerweise vier sektorartige Abschnitte bzw. Kammern umfassen. In einer ersten Stellung wird eine Kam­ mer mit dem Lignocellulosematerial gefüllt, das in der näch­ sten Stufe, z. B. nach Drehen der Vorrichtung um 90°, in Ab­ sperrstellung gebracht und in einer dritten Stellung geleert wird, indem man das Material z. B. in die Regenerierungskammer fal­ len läßt. Rotierende Ventilbeschickungsvorrichtungen dieser Art werden normalerweise verwendet, um Hackspäne in einen kon­ tinuierlichen Cellulosehalbstoffkocher einzuführen.

Das Gasabsperrmittel am Auslaßende der Regenerierungskammer um­ faßt zweckmäßig irgendeine Pumpe. Nach einer bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung wird bzw. werden eine oder mehrere Leitungen zur Flüssigkeitszufuhr, vorzugsweise Wasserzufuhrleitungen, an das Auslaßende der Regenerierungskammer angeschlossen. Wenn der Flüssigkeitsgehalt der Suspension in der Regenerierungskammer vorher nicht ausreichend hoch war, wird z. B. mehr als 90% Wasser, z. B. durch diese Zufuhrleitungen eingeführt, was dazu führt, daß die Materialsuspension mit ihrem hohen Flüssigkeitsgehalt selbst als Barriere wirkt, die jeden merklichen Gasaustritt aus der Regenerierungskammer verhindert oder verhindert, daß Luft in diese hineingezogen wird. Eine Ausführungsleitung ist an den Auslaßteil der Regenerierungskammer angeschlossen, während das andere Ende der Leitung an eine Pumpe angeschlossen werden kann. Die Verwendung einer Pumpe ist jedoch nicht notwendig, da das Material auch mit Hilfe eines in der Regenerierungskammer ange­ brachten Bodenkratzers, wie er in Sauerstoffbleichreaktoren normalerweise verwendet wird, wegtransportiert werden kann. Das Mate­ rial kann auch durch Schwerkraft oder mittels Überdruck, wenn dieser in der Regenerierungskammer vorliegt, entfernt werden.

Um das Material unmittelbar vor, in Verbindung mit oder unmittelbar nach seiner Abführung aus der Regenerierungskam­ mer abzukühlen, ist es zweckmäßig, die Sauerstoffzufuhrleitung und/oder die Flüssigkeitszufuhrleitung mit Kühlmitteln zu ver­ sehen. Vorteilhaft ist die Verwendung einer Anordnung zur Gas­ entfernung, Abkühlung desselben in einem Kühler und Rückfüh­ rung des Gases zu einer Kühlzone oder einer getrennten Kühl­ kammer. Man kann auch das äußere Gehäuse des Auslaßendes der Regenerierungskammer mit Kühlmitteln versehen oder ein Kühl­ mittel an die Ausführungsleitung anschließen.

Nach der Behandlung in der oben beschriebenen Vorrichtung wird das Lignocellulosematerial normalerweise zu Vorrichtungen geführt, in welchen es gewaschen wird. Dann wird das Material zu einer alkalischen Delignifizierungsstufe geleitet. Obgleich das bzw. die Delignifizierungsmaterial(ien) nur aus Alkali bestehen kann bzw. können, wird vorzugsweise zusätzlich auch gasförmiger Sauerstoff eingeführt. In die Delignifizierungs­ stufe können noch andere Chemikalien eingeführt werden.

Wie oben erwähnt, initiiert die Zugabe eines Stickstoff­ oxids und des Sauerstoffs zu einem wasserhaltigen Lignocellu­ losematerial eine Vielzahl von komplexen Reaktionen. Diese Reaktionen können unterteilt werden in

• (1) schnelle Anfangsreaktionen zwischen dem Stickstoffoxid und dem Lignin, was u. a. zur Demethylierung des Lignins führt;
• (2) die schnelle Bildung von Salpetersäure, die in Konkurrenz zu (1) erfolgt;
• (3) die Reoxidation des reduzierten Stickstoffoxidgemisches, z. B. die Oxidation von Stickoxid zu Stickstoffdioxid mit Sauer­ stoff;
• (4) die Regeneration des verbrauchten Stickstoffoxids durch Reaktion zwischen dem modifizierten Lignin, der Salpetersäure und dem gasförmigen Sauerstoff, was zur Bildung einer aktiven Form von Stickstoffoxid führt, die zur weiteren Aktivierung des Materials verwendet wird;
• (5) die sekundäre Oxidation mit Sauerstoff, vermutlich sowohl des modifizierten Lignins als auch des Stickstoffoxids.

Es wurde gefunden, daß Sauerstoff eine oder mehrere der schnellen Anfangsreaktionen gemäß (1.) in einer bisher unbekann­ ten Weise inhibiert. Darum verringert sich indirekt auch der Umfang der entscheidenden Reaktionen (4.) und (5.). Dagegen wer­ den die Reaktionen (2.), (3.) und (5.) durch die Anwesenheit von Sauerstoff begünstigt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann man uner­ wünschte Reaktionen unterdrücken und die gewünschten Reaktionen begünstigen, was zu einer überraschend selektiven Delignifi­ zierung des Lignocellulosematerials in der Delignifizierungs­ stufe im Anschluß an die Vorbehandlungs- oder Aktivierungs­ stufe führt. Die Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung erlaubt auch eine Rückgewinnung der eingeführten Reak­ tionschemikalien in äußerst vorteilhafter Weise, und zwar so­ wohl vom wirtschaftlichen als auch vom Umweltgesichtspunkt aus. Da die eingeführten Reaktionschemikalien optimal aus­ genutzt werden, kann die Gesamtmenge der eingeführten Chemika­ lien äußerst niedrig gehalten werden, wobei auch die Emission nicht umgesetzter nitroser Gas auf einem Minimum gehalten wird. Dies ist günstig für die Wirtschaftlichkeit und für die Umgebung innerhalb der Cellulosehalbstoffabrik.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung gemäß bevorzugter Aus­ führungsformen der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung der Vorrichtung, die zum Akti­ vieren z. B. eines Cellulosehalbstoffs in Form einer Suspen­ sion mit niedriger Halbstoffkonzentration geeignet ist.

Die Halbstoffsuspension wird in das Gasabsperrmittel 1 ein­ geführt, das eine Förderschnecke umfaßt. Diese enthält einen perforierten, zylindrischen Mantel, der eine drehbare, ko­ nische Schnecke umhüllt. Während die Halbstoffsuspension ent­ lang der Transportvorrichtung bewegt wird, wird Wasser ausgepreßt und läuft durch die Perforierungen im Man­ tel, um sich im Bodenteil der Vorrichtung zu sammeln. Das ge­ sammelte Wasser und möglicherweise etwas Luft werden durch Leitung 2 zu einer Wasserabsperrung 3 zur Entfernung des Was­ sers durch Leitung 4 geführt. Jegliche ausgepreßte Luft kann vom Kopf der Wasserabsperrung 3 durch eine Leitung und eine da­ ran angeschlossene Vakuumpumpe entfernt werden. Die Wasserabsperrung ver­ hindert, daß Luft wieder in die Förderschnecke 1 eintritt und sich in dieser sammelt. Während die Halbstoffsuspension durch die Transportvorrichtung 1 bewegt wird, wird die Halbstoffkon­ sistenz von z. B. 5% auf 30% erhöht. Dies führt zur Bildung eines praktisch gasdichten ringförmigen Halbstoffpfropfes am Auslaßteil der Förderschnecke 1. In diesem Auslaßteil kann eine regulierbare Aufhaltevorrichtung angebracht sein. Diese Vorrichtung kann so angebracht sein, daß sie bewirkt, daß der sich fortbewegende Halbstoff durch einen Spalt regulierba­ rer Breite läuft, bevor er am Kopf der ersten Reaktions­ kammer 5 eingeführt wird. Obgleich nicht nötig, wird es den­ noch bevorzugt, daß der durch diesen Spalt gepreßte Halb­ stoff mittels Schwerkraft durch einen Flocker bekannter Kon­ struktion geleitet wird, so daß sich der Halbstoff in geflock­ tem Zustand auf einer Halbstoffsäule in der ersten Reaktions­ kammer 5 abgesetzt. Nun kommt der Halbstoff mit einem Stickstoff­ oxid, z. B. Stickstoffdioxid, in Berührung, das durch Leitung 6 eingeführt wird. Während seines Durchgangs durch die Kam­ mer 5 reagieren Lignin und Wasser im Halbstoff mit dem Stick­ stoffdioxid, um u. a. Stickoxid und Salpetersäure zu bilden.

Der Halbstoff fällt mittels Schwerkraft in ein zweites Gas­ absperrmittel 7, das ebenfalls die Form einer Förderschnecke hat. Der Halbstoff wird durch diese Vorrichtung bewegt, wobei man eine praktisch konstante Halbstoffkonzentration aufrecht­ erhält, umso einen Halbstoffpfropf zu bilden, der die För­ derschnecke entlangbewegt wird. Zum Beispiel durch die oben beschrie­ benen Anordnungen am Auslaßende der Förderschnecke wird der Halbstoff in geflocktem Zustand zum Kopf der Halbstoffsäule in der Regenerierungskammer 8 geführt. Sauerstoff wird ent­ weder in flüssiger oder gasförmiger Form durch Leitung 9 ein­ geführt.

Es wurde gefunden, daß das Stickstoffdioxid bei den in der ersten Reaktionskammer 5 stattfindenden Reaktionen zu Stickoxid reduziert wird, so daß letzteres Mengen erreichen kann, die einem Drittel der eingeführten Stickstoffdioxidmenge ent­ sprechen, wobei das Stickoxid bei der herrschenden Temperatur und dem herrschenden Druck praktisch inert ist. Die Temperatur liegt normalerweise unter 110°C, der Druck ist normalerweise atmo­ sphärischer Druck, vorzugsweise unteratmosphärischer Druck. Wenn die in Kammer 5 gebildete Menge an Stickoxid relativ ge­ ring ist, begleitet praktisch das gesamte Gas den Halbstoff, da es in den durch die Förderschnecke 7 fortbe­ wegten Halbstoffpfropf einverleibt ist. Neben dem Stickoxid wird auch die gebildete und vom Halbstoff absorbierte Salpeter­ säure damit in die Regenerierungskammer 8 eingeführt. Wenn der eingeführte gasförmige Sauerstoff mit den obengenannten Che­ mikalien in Berührung kommt, erfolgt die oben genannte zweite Reaktionsphase. So erfolgen die oben beschriebenen Reaktionen (1.) und (2.) hauptsächlich in der Kammer 5, während die Reakti­ onen (3.), (4.) und (5.) im wesentlichen in Kammer 8 erfolgen. Wenn eine große Menge Stickoxid gebildet wird und sich am Boden von Kammer 5 sammelt, wird zweckmäßig eine geringe Menge gasförmiger Sauerstoff zum Boden dieser Kammer eingeführt, um damit den Vorteil der Ausnutzung des Stickoxids in dieser frü­ hen Stufe zu gewinnen. Dabei muß gasförmiger Sauerstoff aber in solch geringen Mengen eingeführt werden, daß man sicher geht, im Kopf von Kammer 5 keine wesentlichen Sauerstoffgaskonzen­ trationen zu erhalten. Wie oben erwähnt, ist die Anwesenheit von gasförmigem Sauerstoff zusammen mit Stickstoffdioxid wäh­ rend der Anfangsreaktion, d. h. insbesondere im Kopf des Reak­ tors, äußerst nachteilig. Die notwendige Sauerstoffgasmenge kann aus dem Reaktor 8 entnommen und durch Leitung 10 und 11 zur Kammer 5 geleitet werden. Man kann auch frischen gasför­ migen Sauerstoff durch Leitung 11 einführen. Wie oben erwähnt, kann das Gasabsperrmittel anstelle einer Förder­ schnecke 7 auch die Form einer rotierenden Flügelbeschic­ kungsanlage oder eines rotierenden Hahns haben. Diese rotie­ rende Flügelbeschickungsanlage hat die Doppelfunktion, Stick­ oxid und Halbstoff gemeinsam in einer Kammer oder Abteilung derselben aus Kammer 5 in Kammer 8 zu leiten und auf dem Rückweg während ihrer Rotation allein das sauerstoffhalti­ ge Gas aus Kammer 8 zu transportieren, wobei dieser Sauerstoff mit dem am Boden von Kammer 5 angesammelten Stickoxid reagiert.

Am Boden der Regenerierungskammer 8 wird der Halbstoff z. B. mit Wasser verdünnt; das Wasser wird durch Leitungen 12 und 13 eingeführt. Durch Zufuhr von so viel Wasser, daß die Säule aus geflocktem Halbstoff auf dem Boden von Kammer 8 in eine flüs­ sige Suspension umgewandelt wird, erhält man eine wirksame Barriere gegen das oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche anwe­ sende Gas. Dies bedeutet, daß nur eine äußerst geringe Gas­ menge den Halbstoff aus der Kammer 8 heraus durch Leitung 14 begleitet. Der Halbstoff wird aus Kammer 8 mittels eines darin angebrachten (nicht gezeigten) Bodenkratzers, der mittels Motor 15 angetrieben wird, entfernt. Die entfernte Halbstoffsuspen­ sion wird zweckmäßig zu einem Zyklon geführt, wo sie von ihrem Gasgehalt befreit wird. Dieses abgezogene Gas kann zu einem Reinigungs- und/oder Reaktionsgefäß geleitet werden, bevor es in die umgebende Luft abgelassen wird. Ein Teil des Gasflusses kann durch eine Leitung zu einem Analyseinstrument geführt werden. Zweckmäßig führt auch eine Leitung aus Kammer 5 zu diesem Analyseinstrument.

Wenn anstelle von Stickstoffdioxid Stickoxid durch Leitung 6 zugeführt wird, wird an die erste Reaktionskammer 5 vorzugs­ weise eine Leitung angeschlossen, durch welche Sauerstoff in min­ destens stöchiometrischen Mengen eingeführt werden kann.

Durch die dargestellte, erfindungsgemäß angeordnete Vorrich­ tung und insbesondere durch Anpassung der Volumina der beiden Kammern und entsprechende Anbringung der Leitungen, durch wel­ che die Reaktionschemikalien in das System eingeführt werden, ist es möglich, die oben beschriebenen chemischen Reaktionen unter optimalen Bedingungen bezüglich der verwendeten Vor­ richtung ablaufen zu lassen. Weiterhin sind eine gute Wirt­ schaftlichkeit und gute Umweltbedingungen innerhalb der Anlage sichergestellt.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung der Vorrichtung, die geeignet ist zum Aktivieren eines Cellulosehalbstoffs in Form einer Halbstoffsuspension mittlerer und hoher Konsistenz.

Der Cellulosehalbstoff wird in ein Gasabsperrmittel 16 eingeführt, das in dieser Ausführungsform die Form einer Förderschnecke hat. Der Cellulosehalbstoff wird in einen praktisch gasdichten Pfropf umgewandelt, der zum Auslaß­ ende der Förderschnecke geführt wird. Der Pfropf wird an diesem Auslaßende fein zerteilt und fällt in die erste Reaktionskammer 17 hinunter. Stickstoffdioxid wird zum Kopf der in Kammer 17 gebildeten Halbstoffsäule durch Leitung 18 eingeführt. Angeschlossen an den Boden der Kammer ist eine Leitung 19, durch welche eine Verdünnungsflüssigkeit zum Halb­ stoff geführt wird. Die Verdünnungsflüssigkeit kann die aus dem Verfahren erhaltene, Salpetersäure enthaltende Ablauge umfassen. Die verdünnte Halbstoffsuspension wird mittels eines weiteren Gasabsperrmittels 20, das aus einer Förderschnecke besteht, zu Leitung 21 geführt, die an eine Pumpe für dicken Halbstoff 22 angeschlossen ist. Dann wird die Halbstoffsuspen­ sion mittels der Pumpe durch Leitung 23 zum Kopf der Regene­ rierungskammer 24 geleitet. Der für die zweite Reaktionsphase notwendige, gasförmige Sauerstoff wird durch Leitung 25 ein­ geführt. Dann wird der Halbstoff zu einer Vorrichtung 26 ge­ leitet, in welcher er weiter verdünnt wird. Diese Vorrichtung dient als Gasabsperrmittel oder als Teil eines solchen. Die Verdünnungsflüssigkeit, die die verdünnte, aus dem Verfahren erhaltene Ablauge umfassen kann, wird durch Leitung 27 ein­ geführt. Der Halbstoff in Form einer Suspension mit niedriger Konzentration wird durch Leitung 28 zu einer Pumpe 29 geführt, durch welche er durch Leitung 30 z. B. zu einem oder mehreren Waschfiltern geführt wird.

Wenn sich eine große Menge Stickoxid am Boden der ersten Reaktionskammer 17 gesammelt hat, wird eine geringe, kontrollierte Menge sauerstoffhaltiges Gas eingeführt, das vom Kopf der Kammer 24 entfernt und zum Boden von Kammer 17 durch Leitung 31 eingeführt wird. Wird anstelle von Stickstoffoxid Stickoxid in Kammer 17 eingeführt, dann muß Sauerstoff durch eine weitere Leitung in die Kammer geleitet werden. Diese wei­ tere Leitung kann an Kammer 17 in der Nähe von oder in Ver­ bindung mit Leitung 18 angeschlossen werden. In diesem Fall kann es auch vorteilhaft sein, eine geringe Sauerstoffmenge in den Boden der Kammer 17, z. B. durch Leitung 31, einzu­ führen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung eines was­ serhaltigen Lignocellulosematerials mit Stickstoffoxiden und Sauerstoff vor einer alkalischen Delignifizierungs­ stufe, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung die Kombination umfaßt aus

• a) einer ersten Reaktionskammer (5, 17), die sowohl am Einlaß- als auch am Auslaßende mit Gasabsperrmitteln (1, 7, 16, 20) versehen ist;
• b) einer Regenerierungskammer (8, 24) mit einem Volumen, das mindestens 2,5mal größer ist als das der ersten Reaktionskammer, wobei das Einlaßende der Regene­ rierungskammer mit einem Gasabsperrmittel verbunden ist, das stromaufwärts von der Regenerierungskammer an das Auslaßende der Reaktionskammer, vorzugsweise das Auslaß­ ende der ersten Reaktionskammer, angeschlossen ist und wobei das Auslaßende der Regenerierungskammer mit einer Gasabsperrvorrichtung (14, 26) versehen ist;
• c) mindestens einer Leitung (6, 18), die mit Reglern für die Zufuhr von Stickstoffoxiden versehen und an die erste Reaktionskammer (5, 17), vorzugsweise an deren Einlaßende, angeschlossen ist; und
• d) mindestens einer Leitung (9, 25), die mit Reglern für die Zufuhr von Sauerstoff und/oder einem sauerstoffhaltigen Gas versehen und an die Regenerierungskammer (8, 24), vor­ zugsweise an deren Auslaßende, angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Auslaßende der ersten Reaktionskammer (5, 17) eine Leitung (11) mit Reglern für die Zufuhr von Sauerstoff und/oder einem sauerstoffhaltigen Gas in diese Kammer angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leitung (10, 31) für die Zufuhr von Sauerstoff aus der Regenerierungskammer (8, 24) erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß stromabwärts vom Gasabsperrmittel am Auslaßende der ersten Reaktionskammer eine Zwischenkammer vorgesehen ist, die eine Leitung zur Zufuhr von Sauerstoff und/oder einem sauerstoffhaltigen Gas und wahlweise auch eine Lei­ tung zur Zufuhr dieses Gases in die erste Reaktionskammer und ebenfalls ein an deren Auslaßende angeordnetes Gas­ absperrmittel aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gasabsperrmittel (1, 16) am Einlaßende der ersten Reaktionskammer eine Förderschnecke umfaßt, deren Windungen und Gehäuse so ausgebildet sind, daß sie das Lignocellulosematerial zu einem praktisch gasdichten Pfropf komprimieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Leitung (19) zum Verdünnen des Lignocellu­ losematerials mit einer Flüssigkeit zwischen der ersten Reaktionskammer (17) und dem am Auslaßende der Kammer angeordneten Gasabsperrmittel vorgesehen ist, wobei das Gasabsperrmittel aus einer Förderschnecke (20) und einer Pumpe (22) oder nur aus einer Pumpe für dicken Halbstoff besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Auslaßende der Regenerierungskammer mit ei­ ner Armatur (26, 27) zum Verdünnen des Lignocellulosema­ terials mit einer Flüssigkeit und Einrichtungen (28, 29) zur Abgabe des verdünnten Lignocellulosematerials ver­ sehen ist, wobei die Anordnung zusammen ein Gasabsperr­ mittel bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Kühleinrichtung in das Auslaßende der Re­ generierungskammer einverleibt oder an dieses angeschlos­ sen oder in das System als eine getrennte Kühlkammer stromabwärts von der Regenerierungskammer einverleibt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das Volumen der Regenerierungskammer (8, 24) 5mal, vorzugsweise 10mal, größer ist als das der ersten Reaktionskammer (5, 17).