DE4025616A1 - Verfahren zur zerkleinerung von materialien und anlage zu dessen durchfuehrung - Google Patents

Verfahren zur zerkleinerung von materialien und anlage zu dessen durchfuehrung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Zerkleinerung, insbesondere Defibrillierung, von Materialien, zweckmäßig von Faserstoffen, vorteilhaft mit hoher Konsistenz bzw. hohem Trockengehalt, insbesondere zur Zerlegung von Faserbündeln in Einzelfasern bzw. lose Faserverbände, unte Einbringung von Medium, insbesondere von Gas, vorzugsweise Trägergas und bzw. oder Reaktionsgas, sowie gegebenenfalls Chemikalien.
Seit einigen Jahren werden zunehmend Anstrengungen unternommen, die Zellstoffbleiche mit chlorfreien Substanzen durchzuführen. Als Bleichmittel wird dabei hauptsächlich Ozon eingesetzt, aber auch NOx, insbesondere NO2, wird verwendet. Bei der Bleiche mit Ozon handel es sich oft um eine Gasphasenbleiche, die bei relativ hohen Konsistenzen durchgeführt werden muß. Es kommt sehr wesentlich darauf an, daß Zellstoff und Ozon gut vermischt werden und dadurch die Voraussetzungen für eine gleichmäßige und chemikaliensparende Delignifizierung erreicht werden. Die Zellstoffasern müssen für Ozon frei zugänglich gemacht werden. Dies kann, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, durch Verwendung eines Fluffers, bei dem der Stoff durch rotierende Teile geflufft, d. h. in kleine Faserbündel zerlegt wird, erfolgen.
Eine optimale Delignifizierung erhält man mit Ozon bei Raumtemperatur und darunter. Dies ist jedoch in einer Zellstoff-Fabrik nur unter erhöhtem Aufwand realisierbar, weil nach Wäsche und Sortierung, insbesondere wenn diese geschlossen gefahren wird, der Zellstoff mit deutlich höheren Temperaturen in die Bleiche kommt. Erfolgt in kürzester Zeit eine optimale Vermischung von Ozon und Fasern, so kann die temperaturbedingte Zersetzungsrate des Ozons sehr gering gehalten werden. Aufgrund der hohen Reaktivität des Ozons kann die Bleichdauer im Vergleich zu anderen Bleichverfahren sehr kurz gehalten werden, etwa im Bereich von Sekunden bis Minuten. Die Einmischung von Ozon in die Zellstoffasern und die Reaktion selbst soll, wie bereits vorher erwähnt, bei möglichst tiefer Temperatur erfolgen.
Eines der Ziele der Erfindung ist, die beim Einmischen von Gas in Faserstoffe eingebrachte Energie und gegebenenfalls die freiwerdende Reaktionswärme durch Kühlung abzuführen, was vor allem bei der Ozon- Bleiche wichtig ist.
Die Erfindung ist vornehmlich dadurch gekennzeichnet, daß das Medium, insbesondere Gas, vorzugsweise Trägergas und bzw. oder Reaktionsgas, sowie gegebenenfalls Chemikalien nach dem Verlassen der Zerkleinerungsvorrichtung insbesondere eines Fluffers, behandelt, vorzugsweise in seiner Temperatur geändert, und hierauf in die Zerkleinerungsvorrichtung rückgeführt wird. Dabei kann die Verwendung eines zusätzlichen Reaktionsapparates zur genauen Steuerung der Reaktion zweckmäßig sein. Vorteilhaft wird gemäß der Erfindung das zerkleinerte, insbesondere defibrillierte Material, zweckmäßig Faserstoff, vorteilhaft hoher Konsistenz, aus der Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere Fluffer, mit dem Medium, insbesondere Gas, vorzugsweise Trägergas und bzw. oder Reaktionsgas, sowie gegebenenfalls Chemikalien, in einen Reaktionsapparat weitergeleitet, aus welchem das Medium, insbesondere Gas, vorzugsweise Trägergas und bzw. oder Reaktionsgas, sowie gegebenenfalls Chemikalien, abgeleitet, behandelt, vorteilhaft in seiner Temperatur geändert, und hierauf in die Zerkleinerungsvorrichtung rückgeführt wird.
Wie bereits vorher erwähnt wurde, wird vorteilhaft erfindungsgemäß als Reaktionsgas O3 und bzw. oder NOx verwendet.
Weiters kann zur Durchführung der Zerkleinerung bzw. Gasphasenbleiche ein Trägergas eingesetzt werden. Vorteilhaft wird erfindungsgemäß als Trägergas Sauerstoff und bzw. oder Kohlendioxid verwendet.
Zur Unterstüzung der Zellstoffbleiche können ausgewählte chemische Verbindungen bei der Reaktion bzw. Zerkleinerung eingesetzt werden. Vorteilhaft wird erfindungsgemäß als Chemikalie H2O2 verwendet.
Das Rezirkulationsgas, das ist das gasförmige Medium aus dem Zerkleinerungsverfahren, insbesondere aus der Faserstoff-Bleiche, kann - abhängig von den Betriebsbedingungen - anschließend entsorgt bzw. abgekühlt bzw. erwärmt werden. Nach dieser bzw. diesen Verfahrensstufe(n) kann zumindest ein Teil der Zirkulationsgasmenge einer Gasaufbereitung unterworfen werden und dann schließlich in den Prozeß eingespeist werden. Bei einer Faserstoffbleiche ohne Verwendung eines gesonderten Reaktionsapparates wird vorteilhaft erfindungsgemäß mindestens eine Teilmenge des Mediums, insbesondere Gases, vorzugsweise Trägergases und bzw. oder Reaktionsgases, sowie gegebenenfalls von Chemikalien, nach dem Verlassen der Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere eines Fluffers, entsorgt bzw. einer Behandlung, zweckmäßig einer Temperaturänderung und gegebenenfalls einer weiteren chemisch-physikalischen Behandlung unterworfen. Bei der Faserstoffbleiche unter Verwendung eines gesonderten Reaktionsapparates wird vorteilhaft erfindungsgemäß mindestens eine Teilmenge des Mediums, insbesondere des Gases, vorzugsweise des Trägergases und bzw. oder Reaktionsgases, sowie gegebenenfalls der Chemikalien, nach dem Verlassen des Reaktionsapparates entsorgt bzw. einer Behandlung, zweckmäßig einer Temperaturänderung und gegebenenfalls einer weiteren chemisch-physikalischen Behandlung unterworfen.
Nach dem Stand der Technik war es bisher nicht möglich, Gase ohne das Beisein von erheblichen Trägergasmengen, z. B. Luft, beim Zerkleinerungsvorgang in Faserstoffe bei hoher Konsistenz bzw. hohem Trockengehalt einzumischen, wodurch z. B. ein Gemisch aus Ozon, Sauerstoff und Luft beim Zerkleinern bzw. bei der Behandlung, insbesondere in einem Reaktionsraum, entsteht. Das ist insbesondere für eine Bleichreaktion unerwünscht. Außerdem wird dadurch eine große Abgasreinigungsanlage erforderlich. Hier Abhilfe zu schaffen, ist ein Ziel der Erfindung. Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Zerkleinerung, insbesondere Defibrillierung, von Materialien, zweckmäßig Faserstoffen, vorteilhaft hoher Konsistenz, unter Einbringung von Medium, insbesondere von Gas, vorzugsweise Trägergas und bzw. oder Reaktionsgas, sowie gegebenenfalls Chemikalien. Dabei bilden erfindungsgemäß die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere der Fluffer, die Rückführung und die Behandlung des Mediums, insbesondere Gases, vorzugsweise Trägergases und bzw. oder Reaktionsgases, sowie gegebenenfalls der Chemikalien, insbesondere H2O2 ein weitestgehend oder vollständig geschlossenes System.
Wenn zur Bleichreaktion vorteilhaft ein gesonderter Reaktionsapparat verwendet wird, bilden erfindungsgemäß die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere der Fluffer, die Zuführung zum Reaktionsapparat, der Reaktionsapparat, die Rückführung und Behandlung des Mediums, insbesondere Gases, vorzugsweise Trägergases und bzw. oder Reaktionsgases, sowie gegebenenfalls der Chemikalien, insbesondere H2O2, ein geschlossenes System.
Der Eintritt von Falschluft in den Prozeß wird gemäß der Erfindung dadurch minimiert, daß über Lüftungsschlitze an der Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere dem Fluffer, nicht Umgebungsluft, sondern Rezirkulationsgas angesaugt wird und eine zusätzliche Stopfschnecke beim Stoffeintrag verwendet wird. Zweckmäßigerweise ist erfindungsgemäß bei der Zufuhr von Materialien, insbesondere Faserstoffe, vorteilhaft hoher Konsistenz, und bzw. oder des Mediums, insbesondere Gases, vorzugsweise Trägergases und bzw. oder Reaktionsgases, sowie gegebenenfalls von Chemikalien in die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere den Fluffer, eine abgedichtete Fördereinrichtung, insbesondere eine Stopfschnecke od. dgl. vorgesehen, mittels der das Eintragen von Falschluft weitestgehend, bevorzugt vollständig, vermieden wird.
Vorteilhaft sind erfindungsgemäß das Material, zweckmäßig Faserstoff, vorteilhaft hoher Konsistenz, und das Medium, insbesondere Gas, vorzugsweise Trägergas und bzw. oder Reaktionsgas, sowie gegebenenfalls Chemikalien gemeinsam durch eine Eintrittsöffnung in die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere den Fluffer, einbringbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Rezirkulationsgas über eine getrennte Eintrittsöffnung in die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere den Fluffer, einbringbar.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Verfahrens- und Anlagenschema der Erfindung und die
Fig. 2a und 2b einen vertikalen Schnitt des erfindungsgemäßen Fluffers.
In Fig. 1 sind mit 1 die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere der Fluffer bzw. ein anderer Zerfaserer, mit 2 der Reaktionsapparat, mit 3 die Abgasentsorgungsvorrichtung, mit 4, 5 und 7 Wärmetauscher und mit 6 die Gasaufbereitungsvorrichtung bezeichnet. Faserstoff, Trägergas, Reaktionsgas und gegebenenfalls Chemikalien werden entweder gemeinsam an der mit E bezeichneten Öffnung der Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere des Fluffers, in der Pfeilrichtung E′ eingebracht oder es wird das Zirkulationsgas davon getrennt an der Stelle A in der Pfeilrichtung A′ in den Fluffer eingespeist. Nach dem Zerkleinerungs- bzw. Bleichvorgang wird das zerkleinerte bzw. gebleichte Material, insbesondere der Faserstoff, vom Medium, nämlich Trägergas, insbesondere CO2, bevorzugt O2, Reaktionsgas, insbesondere NOx, bevorzugt O3, und gegebenenfalls Chemikalien, abgetrennt, gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung unter Verwendung eines Reaktionsapparates 2. Anschließend wird das Bleichmedium entweder einer Abgasentsorgungsvorrichtung 3 zugeführt und danach an die Umwelt abgeleitet oder zumindest eine Teilmenge über einen Wärmetauscher 4 und gegebenenfalls zumindest eine Teilmenge über einen Wärmetauscher 5 geführt, um es je nach den Betriebserfordernissen abzukühlen bzw. aufzuwärmen. Das im Wärmetauscher 4 je nach den Betriebserfordernissen gekühlte oder erwärmte Zirkulationsgas, nämlich Trägergas, Reaktionsgas und gegebenenfalls Chemikalien, insbesondere H2O2, wird hernach in die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere den Fluffer 1 eingespeist, entweder getrennt an der Stelle A oder gemeinsam mit dem Faserstoff, Reaktionsgas, Trägergas und gegebenenfalls Chemikalien an der Stelle E. Anderseits kann zumindest eine Teilmenge des Zirkulationsgases, nämlich Trägergas, Reaktionsgas und gegebenenfalls Chemikalien, gegebenenfalls nach einer Wärmebehandlung im Wärmetauscher 5 einer Gasaufbereitungsvorrichtung 6 zugeführt werden, um das Zirkulationsgas, nämlich Trägergas, Reaktionsgas und gegebenenfalls Chemikalien, in Reaktionsgas umzuwandeln. Dieses Zikulationsgas bzw. Reaktionsgas wird gegebenenfalls nach einer Wärmebehandlung im Wärmetauscher 7 in die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere den Fluffer 1, an der Stelle A und/oder gemeinsam mit dem Faserstoff, Trägergas, Reaktionsgas und gegebenenfalls Chemikalien an der Stelle E eingespeist. Weitere Pfeile deuten die Strömungsrichtung der Gase bzw. Zirkulationsgase bzw. die Bewegungsrichtung des Faserstoff-Gas-Chemikalien-Gemisches an. Die Faserstoffabfuhr aus dem Reaktionsapparat 2 ist mit FS angedeutet. Die Abgasentsorgung aus der Abgasentsorgungsvorrichtung 3 ist ebenfalls durch einen Pfeil AE ersichtlich gemacht.
Die Fig. 2a und 2b zeigen einen vertikalen Schnitt der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere des Fluffers 1. Durch die Einbringöffnung E können Faserstoff, Trägergas, Reaktionsgas, Zirkulationsgas und gegebenenfalls Chemikalien, insbesondere axial, zu den Mahlplatten M1 und M2 in Richtung E′ eingebracht werden, während die Einbringöffnung A erfindungsgemäß zur Einspeisung von Zirkulationsgas in die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere den Fluffer 1, vorteilhaft über Lüftungsschlitze, senkrecht zur Rotationsachse der Mahlplatten M1 und M2 dient.
Das Eintragen von Falschluft bei der Material- und bzw. oder Mediumzufuhr durch die Einbringöffnung E wird vorteilhaft mit einer abgedichteten Fördereinrichtung F, insbesondere einer Stopfschnecke, zumindest weitestgehend vermieden.
Die Zerkleinerung des Materials, insbesondere des Faserstoffs, erfolgt unter Verwendung von Mahlplatten M1 und M2. Die obere(n) Mahlplatte(n) M1 ist (sind) nicht drehbar, kann (können) aber durch den Elektromotor EM1 in vertikaler Richtung bewegt werden, während die untere(n) Mahlplatte(n) M2 über die Welle W drehbar gelagert ist (sind). Der Antrieb der unteren Mahlplatte(n) M2 erfolgt mit einem Elektromotor EM2. Zweckmäßig sind erfindungsgemäß diese Zerkleinerungsgarnituren rotor- und statorseitig, vorteilhaft mittels einer Flüssigkeit kühl- bzw. beheizbar. Eine Statorkühlung wird bevorzugt.
Bevorzugt bei Verwendung von Ozon ist die Dichtung zwischen dem Arbeitsraum der Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere des Fluffers 1, gegenüber dessen Lagern gasdicht bzw. explosionsgeschützt ausgebildet, insbesondere als flüssigkeitsgesicherte Gleitringdichtung bzw. als mit einem Sperrmedium, zweckmäßig Sperrgas, gegebenenfalls mit Sperrwasser beaufschlagte bzw. gespülte Dichtung ausgeführt. Fig. 2a zeigt einen vertikalen Schnitt der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere des Fluffers, mit einer Gleitringdichtung G. Fig. 2b zeigt einen vertikalen Schnitt der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere des Fluffers, mit einer Stopfbüchsen-Dichtung ST, wobei das Sperrwasser bei S eingebracht wird.
Über die Austragöffnung 0 wird das zerkleinerte bzw. gebleichte Material mit dem Medium, nämlich Trägergas, Reaktionsgas und gegebenenfalls Chemikalien, ausgebracht.
Um eine möglichst optimale Anpassung der erfindungsgemäßen Anlage an sehr unterschiedliche Betriebsbedingungen zu ermöglichen, sind an der Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere Fluffer 1, entsprechende Meß- und Regeleinrichtungen vorgesehen. Vorteilhaft sind gemäß der Erfindung die in die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere den Fluffer 1, eintretende Menge an Medium, insbesondere Gas, vorzugsweise Trägergas und bzw. oder Reaktionsgas sowie gegebenenfalls Chemikalien in Abhängigkeit von den Prozeßparametern regelbar.
Um nun das Auftreten von Bränden bzw. Explosionen in der erfindungsgemäßen Anlage möglichst zu vermeiden, werden zusätzlich zur bereits bekannten Verwendung eines inerten Trägergases (z. B. CO2) in Ergänzung zu den bereits erwähnten Maßnahmen noch weitere Maßnahmen vorgeschlagen.
Zweckmäßig bestehen die Mahlplatten in der Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere im Fluffer, aus nicht funkenziehendem Material, vorteilhaft Beryllium-Werkstoffen.
Zweckmäßig ist die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere der Fluffer, vom Reaktionsapparat mittels eines Explosionsunterdrückungssystems durchschlagsicher getrennt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Zerkleinerung, insbesondere Defibrillierung, von Materialien, zweckmäßig von Faserstoffen, vorteilhaft von hoher Konsistenz bzw. hohem Trockengehalt, unter Einbringung von Medium, insbesondere von Gas, vorzugsweise Trägergas und bzw. oder Reaktionsgas, sowie gegebenenfalls Chemikalien, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium, insbesondere Gas, vorzugsweise Trägergas und bzw. oder Reaktionsgas, sowie gegebenenfalls Chemikalien, nach dem Verlassen der Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere eines Fluffers, behandelt, vorzugsweise in seiner Temperatur geändert, und hierauf in die Zerkleinerungsvorrichtung rückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte, insbesondere defibrillierte Material, zweckmäßig Faserstoff, vorteilhaft hoher Konsistenz aus der Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere Fluffer, mit dem Medium, insbesondere Gas, vorzugsweise Trägergas und bzw. oder Reaktionsgas sowie gegebenenfalls Chemikalien, in einen Reaktionsapparat weitergeleitet wird, aus welchem das Medium, insbesondere Gas, vorzugsweise Trägergas und bzw. oder Reaktionsgas sowie gegebenenfalls Chemikalien, abgeleitet, behandelt, vorteilhaft in seiner Temperatur geändert, und hierauf in die Zerkleinerungsvorrichtung rückgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas Sauerstoff und bzw. oder Kohlendioxid verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsgas O3 und bzw. oder NOx verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Chemikalie H2O2 verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Teilmenge des Mediums, insbesondere Gases, vorzugsweise Trägergases und bzw. oder Reaktionsgases sowie gegebenenfalls von Chemikalien, nach dem Verlassen der Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere eines Fluffers, entsorgt bzw. einer Behandlung, zweckmäßig einer Temperaturänderung und gegebenenfalls einer weiteren chemisch-physikalischen Behandlung, unterworfen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Teilmenge des Mediums, insbesondere Gases, vorzugsweise Trägergases und bzw. oder Reaktionsgases sowie gegebenenfalls der Chemikalien, nach dem Verlassen des Reaktionsapparates entsorgt bzw. einer Behandlung, zweckmäßig einer Temperaturänderung und gegebenenfalls einer weiteren chemisch-physikalischen Behandlung, unterworfen wird.
8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere der Fluffer, die Rückführung und bzw. oder die Behandlung des Mediums, insbesondere Gases, vorzugsweise Trägergases und bzw. oder Reaktionsgases, sowie gegebenenfalls der Chemikalien, ein weitestgehend oder vollständig geschlossenes System bilden.
9. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2, 3, 4, 5 oder 7, z. B. nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere der Fluffer, die Zuführung zum Reaktionsapparat, der Reaktionsapparat, die Rückführung und Behandlung des Mediums, insbesondere Gases, vorzugsweise Trägergases und bzw. oder Reaktionsgases, sowie gegebenenfalls der Chemikalien, ein geschlossenes System bilden.
10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zufuhr der Materialien, insbesondere Faserstoffe, vorteilhaft hoher Konsistenz und bzw. oder des Mediums, insbesondere Gases, vorzugsweise Trägergases und bzw. oder Reaktionsgases sowie gegebenenfalls von Chemikalien in die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere den Fluffer, eine abgedichtete Fördereinrichtung, insbesondere eine Stopfschnecke od. dgl. vorgesehen ist, mittels der das Eintragen von Falschluft weitestgehend, bevorzugt vollständig, vermieden wird.
11. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Material, zweckmäßig Faserstoff, vorteilhaft hoher Konsistenz, und das Medium, insbesondere Gas, vorzugsweise Trägergas und bzw. oder Reaktionsgas sowie gegebenenfalls Chemikalien gemeinsam durch eine Eintrittsöffnung in die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere den Fluffer, einbringbar sind.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rezirkulationsgas über eine getrennte Eintrittsöffnung in die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere den Fluffer, einbringbar ist.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere den Fluffer, eintretende Menge an Medium, insbesondere Gas, vorzugsweise Trägergas und bzw. oder Reaktionsgas, sowie gegebenenfalls Chemikalien in Abhängigkeit von den Prozeßparametern regelbar ist.
14. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerungsgarnituren rotor- und statorseitig, vorteilhaft mit­ tels einer Flüssigkeit, kühl- bzw. beheizbar sind.
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