DE3938198A1

DE3938198A1 - Verfahren zum bleichen von cellulosefasern enthaltendem pulpen-material

Info

Publication number: DE3938198A1
Application number: DE3938198A
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Kamyr Inc
Current assignee: Kamyr Inc
Priority date: 1988-12-09
Filing date: 1989-11-17
Publication date: 1990-06-21
Anticipated expiration: 2009-11-18
Also published as: SE8902566L; FI894028A0; FI96877B; JPH0437196B2; SE503736C2; CA1332262C; FI96877C; JPH02175987A; DE3938198C2; FI894028A; SE8902566D0; US4902381A

Description

Chlor ist eines der am meisten verbreiteten Bleichmittel zum Bleichen von Cellulosefasern enthaltendem Pulpen-Material, insbesondere zum Bleichen von Kraftpulpe bei der Herstellung von Papier und Papierprodukten. Jedoch ist Chlor wegen möglicher nachteiliger Einwirkungen auf die Umwelt wie zum Beispiel der Erzeugung von Abflüssen, die für Fische toxisch sind, wachsender Kritik ausgesetzt. Auch ist die Obergrenze des Weißgehalts, die beim Bleichen mit Chlor allein erreichbar ist, ziemlich niedrig.

Es ist bekannt, daß Ozon beim Bleichen von Pulpe im Hinblick auf die Umwelt Chlor überlegen ist, da Ozon bei Anwendung zum Bleichen von Pulpe keine chlorierten Ringverbindungen erzeugt. Allerdings ist Ozon bei technischen Einrichtungen selten praktisch, da es meist mit Sauerstoff zu einer Konzentration unter 10% verdünnt ist. Reaktoren für Ozon müssen daher mit überschüssigem Gasvolumen fertig werden, oder es muß, falls Ozon zum Ozonieren einer sehr verdünnten Suspension von Pulpe angewandt wird, ein großes Wasservolumen gehandhabt werden. Auch ist Ozon oberhalb einer Konzentration von etwa 40% heftig explosiv, weshalb es mit Sorgfalt gehandhabt werden muß. Dies setzt der Konzentration von Ozon in seiner Anwendung praktische Grenzen. Sogar bei einer Konzentration von 40% gibt es zuviel Ozon, das mit Sauerstoff unlöslich ist, um eine Anwendung bei üblicher Pulpenverarbeitung zu gestatten.

Überraschenderweise wurde nun gemäß Erfindung gefunden, daß beim Chlorieren von Pulpe während des Bleichens bei der Herstellung von Kraftpulpe der Ersatz eines Teils des Chlors durch Ozon die nachteiligen Folgen der Abflüsse auf die Umwelt signifikant verringert, während die Abtrennung von Lignin bzw. die Ent lignifizierung in einem größeren Ausmaß möglich wird als mit Chlor allein. Die gewünschten Effekte werden erzielt, wenn man Ozon einem Chlorstrom zusetzt, d.h. wenn Chlor und Ozon innig miteinander gemischt und gleichzeitig der Pulpe zugeführt werden.

Mit der Durchführung der Erfindung ist es auch möglich, eine oder zwei übliche Bleichstufen beim Bleichen von braunem Pulpen- Material (brown stock pulp) bei der Herstellung von gebleichter Kraftpulpe wegzulassen. Meistens sind vier oder fünf Stufen erforderlich, wenn man jedoch gemäß Erfindung eine O₃/Cl₂-Stufe, dann eine E₀-Stufe und dann eine D-Stufe durchführt, also nur drei Stufen anwendet, ist die Herstellung von Pulpe mit einem Weißgehalt von 90 TAPPI-Absolut oder mehr möglich.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bleichen von Cellulosefasermaterial enthaltender Pulpe bei der Herstellung von Kraftpulpe vorgeschlagen, welches die Stufe umfaßt, bei der ein Gemisch aus Ozon und Chlor der Pulpe zum Bleichen zugeführt wird, wobei Ozon und Chlor der Pulpe gleichzeitig zugegeben werden, und das Gemisch aus Ozon und Chlor einen Gehalt an Ozon von etwa 1% bis zu der durch heftige Explosion gegebenen Grenze (d.h. etwa 40%) aufweist.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Chlorbleichen von Cellulosefasermaterial enthaltender Pulpe bei der Herstellung von Kraftpulpe ohne signifigkante Beeinträchti gung des durch das Chlorbleichen bewirkten Entlig nifizierungsgrads vorgeschlagen, das die Stufe umfaßt, bei welcher beim Chlorbleichen der Pulpe Ozon einen Teil des Chlors ersetzt.

Gemäß Erfindung wird auch ein Verfahren zum Herstellen von Kraftpulpe mit einem Weißgrad von 90 TAPPI-Absolut oder mehr durch Bleichen von braunem Pulpenmaterial in nur drei Bleich stufen vorgeschlagen, wobei die drei Bleichstufen eine O₃Cl₂- Stufe umfassen, in welcher Ozon und Chlor gleichzeitig der Pulpe zugeführt werden, sowie eine E₀-Stufe und eine D-Stufe.

Gemäß Erfindung wird ein Abfluß bzw. Abwasser geringer Toxizität gegenüber Fischen aus einer Anlage zum Bleichen von Kraftpulpe gewährleistet, das dadurch erzeugt wird, daß man eine braune Rohmaterialpulpe oder braunes Pulpenmaterial der Bleichwirkung eines Gemischs aus Ozon einer Menge von 1% bis zur Grenze heftiger Explosion mit Chlor unterwirft, wobei Ozon und Chlor in inniger Vermischung der Pulpe gleichzeitig zugeführt werden, um gebleichte Pulpe und das Abwasser zu erzeugen. Das Abwasser enthält eine geringere Gesamtmenge an chlorierten Ringverbindungen im Vergleich mit der, die man bei Anwendung von Chlor allein mit vergleichbarer Bleichwirkung erhält.

Hauptaufgabe der Erfindung ist es, ein wirksameres und/oder umweltfreundlicheres Bleichen von Pulpe mit Chlor bei der Herstellung von Kraftpulpe verfügbar zu machen. Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden aus der folgenen detaillierten Beschreibung der Erfindung und den Ansprüchen deutlich.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Bleichanlage zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung;

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Entlignifizierung (Entfernung von Lignin) in Abhängigkeit von der relativen Dosierung des Bleichmittels ausgedrückt in %/Kappa; und

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Entviskosifizierung (Entfernung von Viskose) in Abhängigkeit von der Entlignifizierung bei den gleichen Versuchen wie in Fig. 2.

Zum Durchführen des Bleichens gemäß Erfindung, d.h. Bleichen sowohl mit Ozon als auch Chlor, wobei das Ozon und das Chlor zusammen, gleichzeitig, der Pulpe zugegeben und innig mit der Pulpe vermischt werden, kann eine Vielzahl verschiedener Einrichtungen und Apparate verwendet werden. Bei Anwendung eines Ozon-Sauerstoff-Chlor-Gemischs ist es möglich mit einem üblichen Hochkonsistenz (z.B. einer Konsistenz bzw. eines Flüssigkeits grads von +16%) -Gasphasenreaktor, oder einem üblichen Reaktor für sehr niedere Konsistenz (z.B. etwa 1/2% Konsistenz), oder einem üblichen Mittelkonsistenz (etwa 6-15%, z.B. 9-12%) -Reaktor mit mehrfachen Zugabepunkten zu bleichen und das restliche Sauerstoffgas zwischen den Zugabepunkten abzugasen. Eine bevorzugte Ausbildungsform der zur Durchführung des Bleichens gemäß Erfindung anwendbaren Einrichtung wird jedoch in Fig. 1 dargestellt. Bei dieser Einrichtung ist wegen der durch Ersatz eines Teils des Chlors durch Ozon ermöglichten höheren Weißgrad obergrenze eine 3-Stufenanlage imstande, Pulpe mit einem Weißgrad von 90 TAPPI-Absolut oder mehr zu erzeugen, was eine oder zwei weitere Stufen, die normalerweise erforderlich sind, überflüssig macht.

In dem als Beispiel gezeigten Apparat von Fig. 1 sind eine Ozonanlage (10), eine Lagereinrichtung (Turm) 12 für braunen Pulpengrundstoff (z.B. aus weichem Holz), ein Paar von hinterein ander angeordneten Mischern 13, 14 und drei Bleichtürme für Aufwärtsstrom, ein Turm 15 für die erste Stufe, ein Turm 16 für die zweite Stufe und ein Turm 17 für die dritte Stufe schematisch dargestellt. Um Ozon direkt bei der Anlage zu erzeugen, wird Sauerstoff aus einem Sauerstofflagertank 19 zu einem üblichen Ozongenerator 20 geleitet. Der Ozonausgang aus dem Generator 20 geht zu einem Ozonadsorber 21, aus dem in Leitung 22 Sauerstoff recyclisiert wird, und der Ausgang aus dem Adsorber 21 geht zu einem Desorber 23. Chlor aus den Chlortankwagen 24 durchläuft den Desorber 23, wobei der Ozon/Chlorausgang aus dem Desorber 23 zu dem Kompressor 25 führt. In dem Adsorber 21 überträgt ein Fluorkohlenstoffadsorbens das Ozon von seiner Sauerstoffumgebung in die Chlorumgebung. Das Ozon/Chlor aus dem Kompressor 25 geht durch Leitung 26 zu den Mischern 13, 14. Eine Nebenleitung 27 ist vorgesehen, die direkt von den Chlorwagen 24 zum Inbetriebnehmen abgeht, und Strom wird dem Ozongenerator über 28 zugeführt.

Bei einer exemplarischen Produktion einer 1000 BDT/D-Bleichanlage werden 11,8 T/D-Sauerstoff zu Tank 19 geleitet, mit 0,6% Sauerstoff bei 5,8 T/D Zufuhr nach oder zu (to) dem Generator 20. Je 0,454 kg (pound) erzeugtem Ozon sind 3,2 kWh Strom oder etwa 1550 kW erforderlich. Das Sauerstoff/Ozongemisch aus dem Generator 20 wird vorzugsweise etwa 7 Vol.% 0₃ oder etwa 5,8 T/D Ozon aufweisen. Der Adsorber und der Desorber haben meist eine etwa 93%ige Wirksamkeit. Aus den Chlorwagen 24 werden 5% Chlor bei 50 T/D geliefert, so daß 5 Tonnen je Tag Ozon und 50 Tonnen je Tag Chlor dem Kompressor 25 zugeleitet werden. Die Menge an aus dem Tank 12 für braunes Rohmaterial gelieferter Pulpe beträgt 1060 BDT/D (bone dry tons per day).

Die Einrichtung von Fig. 1 arbeitet meist bei mittlerer Konsistenz oder Stoffdichte, vorzugsweise bei 9-12% Pulpenkon sistenz. Die Mischer 13, 14 sind übliche Mischer, wie sie von Kamyr, Inc., Glens Falls, New York, unter dem Handelsnamen "MC" vertrieben werden, welche eine Fluidisierung der Pulpe und inniges Vermisches von Ozon und Chlorgemisch mit der Pulpe bewirken. Chlordioxid kann dem zweiten Mischer 14 bzw. dem zweiten Gemisch in 14 gegebenenfalls zugegeben werden.

Die aus dem Mischer 14 austretende Pulpe führt zu dem Boden des Strömungsreaktors 15 für die erste Stufe. In dem Reaktor 15 wird die Pulpe ebenfalls bei mittlerer Konsistenz bearbeitet, und hier findet das Bleichen mit Ozon/Chlor statt. Die am Kopfende der ersten Stufe 15 austretende Pulpe strömt zum Standrohr 30, bei welchem Ätznatron (NaOH) zugegeben wird. Die Pulpe wird von dem Standrohr 30 durch eine geeignete Pumpe 31 abgezogen, welche die Pulpe zu dem Boden des Reaktors 16, des Reaktors der zweiten Stufe mit Aufwärtsströmung pumpt. Beim Austreten aus der Pumpe 31 wird auch etwas Sauerstoff zugeführt. Meist gibt man der Pulpe etwa 3,5% Natriumhydroxid und etwa 0,6% Sauerstoff zu, das ist ein Verbrauch von etwa 35 Tonnen je Tag Natriumhydroxid und etwa 6 Tonnen je Tag an Sauerstoff.

Nach dem Bleichen in der zweiten, E₀, Stufe 16, wird die Pulpe, die sich noch bei mittlerer Konsistenz befindet (z.B. etwa 6- 15%), zum Standrohr 33 geleitet, bei dem Chlordioxid zugegeben wird. Meist werden etwa 1,3% zugegeben, oder etwa 13 Tonnen Verbrauch an Chlordioxid je Tag. Aus dem Standrohr 33 wird die Pulpe durch eine geeignete Pumpe 34 zum Boden der dritten, D, Bleichstufe 17 geleitet. Bei Anwendung der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung ist es möglich, 1000 BDT/D gebleichter Kraftpulpe mit einem Weißgrad von 90 ISO oder mehr herzustellen.

Bei Anwendung von Ozon anstelle eines Teils des meist in einer Bleichfolge angewandten Chlors würde man erwarten, das Chlor teilweise ersetzende Ozon vielleicht mit einer geringeren Viskosität zu sehen, aber nicht irgendwelche andere wirklich signifikante Veränderungen. Gemäß Erfindung hat sich jedoch gezeigt, daß es möglich ist, in einem größeren Ausmaß zu entlignifizieren als Chlor es in irgendeiner Dosierung vermag, und daß die Viskosität hoch ist, wenn Ozon und Chlor zusammen zugegeben werden.

Die Menge an Chlor, die durch Ozon ersetzt wird, kann signifikant sein, da Ozon etwa das dreifache Entlignifizierungsvermögen von Chlor besitzt. Meist macht das Ozon etwa 1 bis 21% des Gemischs aus (Sauerstoff oder andere Bestandteile können ebenfalls vorhanden sein, solange sie nicht in so signifikant großen Mengen vorhanden sind, daß sie das Bleichverfahren beeinträchtigen). Beispielsweise kann das Gemisch 5% Chlor und 0,5% Ozon aufweisen, so daß 1/11 des tatsächlichen Chlor/Ozon-Gemischs (in Wasser, ohne Berücksichtigung des Wassers), oder 1/6 des tatsächlichen Ozon/Chlor-Gemischs Ozon ist. Prozentsätze von etwa 7 bis 10% Ozon sind in vielen Fällen wirksam.

Die Vergleichsergebnisse, die beim Bleichen gemäß Erfindung gegenüber Bleichen mit Chlor allein oder Ozon allein erzielt werden, sind in den folgenden Tabellen zusammengestellt. Tabelle I zeigt die Ergebnisse beim Bleichen einer speziellen weichen Holzart, wenn man Chlor allein oder Ozon allein anwendet, während die Tabelle II das Bleichen des gleichen Holzes durch Ozonisierung und anschließende Chlorierung zeigt, und Tabelle III das Bleichen des gleichen Holzes bei gleichzeitiger Zugabe von Ozon und Chlor darstellt, d.h. Tabelle III gibt die Ergebnisse gemäß Erfindung wieder. In Tabelle III wurden drei Ansätze unter Zugabe von Ozon und Chlor mit Wasser gemacht, der vierte Ansatz besteht aus einem gasförmigen Gemisch von Ozon und Chlor. Die Ergebnisse dieser Tabellen sind in den Fig. 2 und 3 aufgezeichnet, welche graphische Darstellungen dieser Ergeb nisse sind. Diese Ergebnisse zeigen die erwünschte, durch das Bleichen mit Chlor/Ozon-Gemisch gemäß Erfindung erzielte Bleichwirkung an.

Tabelle I

Ozonierung mit anschließender Chlorierung

Chlorierung allein

Tabelle III

Gleichzeitige Zugabe von O₃ und Cl₂

Die Durchführung der Erfindung hat nicht nur vorteilhafte Bleichwirkungen zum Ergebnis, sie verringert auch wesentlich die Menge an chlorierten Ringverbindungen, die durch die Bleichstufen mit Chlor erzeugt werden. Die Gesamtmenge der chlorierten Ringverbindungen ist die Hauptquelle der Fischtoxizität. Die folgende Tabelle IV zeigt die signifikante Wirkung, die bei der Verringerung der gesamten chlorierten Ringverbindungen gemäß Erfindung erzielt wird.

Tabelle IV

Bleichmittel

Wie die Betrachtung der Tabelle IV zeigt, sind die bei Anwendung von 5,0% Chlor und 0,5% Ozon erzielten Ergebnisse ebenso gut wie oder besser als (hinsichtlich der meisten Kriterien) die Ergebnisse, die durch Anwendung von 6,5% Chlor erreicht werden. Da jedoch 1,5% Chlor des Gemischs entfernt wurden, wurde die Gesamtmenge an chlorierten Ringverbindungen von 682 Mikrogramm je Liter auf 207 Mikrogramm je Liter verringert. Dies macht die Durchführung der Erfindung eminent geeignet für jede Anlage, die mit den Abflüssen des Systems Fischtoxizitäts- und ähnliche Umweltprobleme hat. Die abströmenden Substanzen bei einer das Verfahren der Erfindung anwendenden Einrichtung haben eine verringerte Menge an chlorierten Ringverbindungen je Einheit Weißgehalt im Vergleich mit einer Anlage, die nur Chlor anstelle einer Chlor/Ozon-Sequenz verwendet und ist daher aus Um weltschutzgründen vorzuziehen.

Es ist ersichtlich, daß gemäß Erfindung ein Bleichverfahren zum Bleichen von Cellulosefaser enthaltendem Pulpenmaterial bei der Herstellung von Kraftpulpe vorgeschlagen wird, das im Hinblick auf die Umwelt überlegen ist und/oder erhöhte Weißgehaltwerte erzielt. Bei Anwendung der Erfindung kann braunes Rohmaterial aus Weichholzpulpe in gebleichte Kraftpulpe mit einem Weißgehalt von 90 TAPPI-Absolut oder mehr unter Anwendung von nur drei Bleich stufen übergeführt werden, wobei die Bleichsequenz (O₃Cl) E₀D ist. Obzwar die Erfindung anhand ihrer praktischsten und bevorzugten Ausbildungsweise beschrieben ist, ist ersichtlich, daß zahlreiche Modifizierungen möglich sind, die im Rahmen der Erfindung liegen.

Claims

1. Verfahren zum Bleichen von Cellulosefasermaterial enthalten der Pulpe bei der Herstellung von Kraftpulpe, das die Stufe der Zuführung von Ozon und Chlor zu der Kraftpulpe zum Bleichen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß man der Pulpe Ozon und Chlor gleichzeitig in einem Gemisch zuführt, wobei das Gemisch aus Ozon und Chlor einen Gehalt an Ozon von etwa 1 Vol.% bis zur Explosionsgrenze von Ozon aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ozon und Chlor enthaltende Gemisch in flüssiger Form vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ozon-Chlor-Gemisch in Gasform vorliegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Ozon ausreichend groß ist, um die Gesamtmenge an chlorierten Ringverbindungen, die während des Bleichens als Umweltverschmutzung gebildet werden, signifikant zu verrin gern.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Ozon in dem Gemisch aus Ozon und Chlor etwa 7 bis 10% beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konsistenz oder der Flüssigkeitsgrad der Pulpe während der Behandlung in dem Bereich von etwa 6 bis 15% liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die weiteren Stufen zur Vervollständigung der Bleichbehandlung der Pulpe, nämlich die Behandlung der O₃Cl₂ gebleichten Pulpe in einer E₀-Stufe, und dann in einer D-Stufe.

8. Verfahren zum Chlorbleichen von Cellulosefasern enthaltendem Pulpenmaterial bei der Herstellung von Kraftpulpe, ohne den Grad der bei der Chlorbleiche erzielten Entlignifizierung wesentlich zu beeinträchtigen, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Chlorbleichen der Kraftpulpe einen Teil des Chlors durch Ozon ersetzt, indem man Chlor und Ozon gleichzeitig in einem Gemisch an die Pulpe bringt, wobei die Menge an Ozon in dem Gemisch zwischen etwa 1 und 40 Vol.% liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Ozon in dem Gemisch aus Ozon und Chlor etwa 7 bis 10% beträgt.

10. Verfahren zum Herstellen einer Kraftpulpe mit einem Weißge halt von 90 TAPPI-Absolut oder mehr, dadurch gekennzeichnet, daß man braunes Pulpenmaterial (stock pulp) in nur drei Bleichstufen bleicht, wobei die drei Bleichstufen aufeinan derfolgend eine O₃Cl₂-Stufe, in welcher Ozon und Chlor gleichzeitig in der Pulpe angewandt werden, eine E₀-Stufe und eine D-Stufe umfassen.