DE69206990T2 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln von abfallpapier - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Altpapier, welches Verfahren und welche Vorrichtung besonders zur Zerkleinerung von schwer zu zerkleinernden Papier- und Kartonsorten geeignet sind, wie verschiedenen Pack- und Umschlagpapieren, Wellpappen, polyäthylenbeschichteten Fabriksumschlägen, anderen kunststoffbeschichteten Pappen, Tettrapak -Verpackungen und anderen mehrlagigen Papieren mit einer großen Menge von Verunreinigungen.
• Die sog. Fibreflow -Trommel ist bisher z.B. aus den US- Patenten 4,518,500 und 4,687,146 bekannt und ist eine Trommel, die leicht zu zerkleinerndes Altpapier, wie etwa Zeitungspapier oder desgleichen zu zerfasern vermag. Sowohl Konstruktion als Arbeitsweise der Fibreflow - Trommel sind verhältnismäßig einfach. Die Trommel umfaßt zwei mit einer Trennwand getrenne Zonen: die erste Zone, die sog. Zerkleinerungszone empfängt das Behandlungsgut und ist mit einem nichtperforierten Mantel mit Rippen versehen, die radial zur Trommelachse hin verlaufen. Die Rippen sollen sollen das zu zerfasernde Material aufwärts heben und dann gegen den Trommelboden fallen lassen, welcher Aufprall das Altpapier zu Faser-flocken zerkleinert. Der ausgeflockte Faserstoff wird dann durch eine Öffnung in der Trennwand in den zweiten, perforierten Teil der Trommel geleitet, wo die akzeptierten Pulpepartikel durch die Öffnungen sortiert werden und der Spuckstoff, wie etwa Kunststoffsttickchen, Faden, Draht, usw. durch einen Austritt am Trommelende einem Austrag zugeführt werden. Ein charakteristisches Merkmal solch einer Trommel besteht darin, daß man das Material umso länger in der Trommel taumeln läßt, je schwieriger es sich zerkleinern läßt. Ein anderes charakteristisches Merkmal solch einer Trommel besteht darin, daß schwierige Materialien nicht behandelt werden können, weil die Trommel sehr behutsam arbeitet, was als solches die Fasern schont.
• Ferner stellt die DE-Patentveröffentlichung 32 25 538 einen Apparat für die Behandlung von Altpapier oder desgleichen, bei welchem Apparat eine trommelartige Siebvorrichtung mit einem Hochkonsistenz-Pulper in Verbindung steht, der einen zylindrischen Behälter und einen an dessem Boden angeordneten Hochgeschwindigkeits- Läuf er umfaßt, welcher Läufer die Pulpe starken Scherkräften aussetzt und die ihm begegneten Stücke natürlich auch in gewissem Maße physisch zerschneidet, und damit auch die Fasern physisch zerschneidet. Der erwähnten DE-Publikation zufolge wird die in einem diskontinuierlichen Pulper vorzerkleinerte Pulpe bei einer Konsistenz von etwas über 10 % in einen auf einer Horizontalachse angeordneten Zwischen- oder Pufferbehälter abgeleitet, wobei die Behälterwand mit einer Schnecke versehen ist, die die Pulpe auf eine koaxiale Siebtrommel zuführt. Die Konsistenz der Pulpe im Zwischenbehälter ist, wie erwähnt, rund 10 %, von welchem Wert die Konsistenz auf etwa 4 bis 5 % verdünnt wird, während die Pulpe zur Siebtrommel hin geleitet wird. Die Siebtrommel umfaßt zwei Zonen, einen ersten, sehr kurzen nichtperforierten Abschnitt, in den die zur Verdünnung der Pulpe benötigte Flüssigkeit durch einen konzentrischen Kanal geleitet wird, und einen zweiten, langen, konventionellen Siebab schnitt mit relativ großen (15 mm) Perforationen, in welchem Teil das faserhaltige Material aus dem Spuckstoff abgeschieden wird.
• Die EP-Veröffentlichung 194 332 stellt eine andere Lösung gemäß dem Stand der Technik dar, wobei Altpapier in zwei hintereinander angeordneten, auf getrennten Wellen umlaufenden Trommeln behandelt wird. Auf eine Weise ist die obengenannte Fibreflow -Trommel bei dieser Lösung zweigeteilt. Bei der EP-Veröffentlichung wird die in der ersten Trommel vorbehandelte Pulpe trotzdem in einem Verbindungsrohr zum Eintrittsende der zweiten, hauptsächlich perforierten Trommel abgeleitet. Am Verbindungsrohr sind Düsen zur Einführung von Verdünnungswasser angeordnet. Das Eintrittsende der perforierten Trommel umfaßt eine sog. Mischzone, wo die vorzerkleinerte Pulpe verdünnt und mit Wasser vermischt wird, um die Konsistenz dem Sortieren anzupassen. Die Mischzone der Trommel ist, wie die Fibreflow -Trommel, mit internen Rippen versehen.
• Sowohl die Fibreflow -Trommeln als auch der Defibrator gemäß der EP-Veröffentlichung haben den Nachteil, daß sie sich kaum oder gar nicht zur Behandlung von schwer zu zerkleinernden Materialien eignen. Um mit den obigen Zerfaserern zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, soll die Temperatur der behandelten Suspension so hoch wie 90ºC sein, und in die Suspension sollen Chemikalien eingegeben werden, um die Suspension stark alkalisch zu machen. Infolge der Temperatur und Alkalität der Suspension wird trotzdem auch der Spuckstoff zerkleiner, in die Suspension gelöst und geschmolzen, wobei das Ergebnis weit vom Optimalen ist. Zudem sind die Behand lungszeiten lang und der Energieverbrauch folglich hoch. Falls ferner eine Zerfaserungstrommel lediglich zur Behandlung von schwer zu zerkleinerndem Altpapier benutzt wird, gibt es Probleme beim Entschwärzen, weil die Trommel das Sekundärmaterial physisch nicht so bean sprucht, daß sich die Druckfarbe- und anderen Partikel leicht in der Sortier-/Waschstufe aus der Suspension abscheiden ließen.
• Die Kombination aus einem Hochkonsistenz-Pulper und einer Siebtrommel, wie sie in der obigen DE-Publikation beschrieben wurde, ist nicht optimal, weil das Material allein im sog. HC-Pulper zerkleinert wird, der selbstverständlich zur Durchführung der Aufgabe fähig ist, aber im Zerkleinerungsprozeß des Materials die Fasern auch zer schneidet und große Energiemengen verbraucht. Bekanntlich liegen die bei HC-Pulpern eingesetzten Motoren in der Größenordnung 1000 kW, und in diesem Fall kann der gesamte Energieverbrauch des Altpapier-Behandlungprozesses auf den HC-Pulper zurückgeführt werden. Eine typische Behandlungszeit in einem diskontinuierlichen Pulper ist rund 15 bis 30 Minuten und der Energieverbrauch somit rund 250 bis 350 kWh pro Charge.
• Die Aufgabe des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, die Behandlung von Altpapier zu optimieren, welche optimale Behandlung verbunden ist mit
• - vermindertem Energieverbrauch
• - verminderter Menge an Verunreinigungen und zerschnittenen Fasern
• - verbesserten Sortierergebnissen
• - effizienter Entschwärzung
• - effizienter Entfernung von Klebstoffen.
• Ein charakteristisches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die die Behandlungszeit im HC- Pulper erheblich reduziert ist, und die Zeit jetzt ungefähr 8 bis 15 Minuten beträgt. Folglich ist die Siebtrommel mit einer weiteren Zerfasersungszone versehen ist, nicht nur für Verdünnung und gleichmäßige Vermischung der Suspension, sondern auch für weitere Zerfaserung der Suspension, welche Zerfaserung durch die Vorzerkleinerung im HC-Pulper unterstützt wird. Die Bindungen, egal ob Klebe- oder andere Bindungen, zwischen den Partikeln der aus dem HC-Pulper abgeleiteten Pulpe sind soweit gelöst, daß sogar das verhältnismäßig behutsame Arbeiten der Siebtrommel praktisch dasselbe Ergebnis als eine doppelt so lange dauernde HC-Repulperung bringt, ohne jedoch die Fasern gewaltsam zu zerschneiden, wie es ein HC-Pulper tun würde.
• Die charakteristischen Merkmale der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung gehen aus den beigefügten Ansprüchen hervor.
• Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigt dabei
• Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, und
• Fig. 2 einen vertikalen Teilschnitt durch eine vorteilhafte Konstruktion einer Zerfaserungstrommel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• Wie in Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung im allgemeinen einen Förderer 2 oder desgleichen, mit dem das zu behandelnde Material einem Hochkonsistenz-Pulper 4 zugeführt wird, von wo das zum Teil zerkleinerte Material in die Zerfaserungstrommel 6 ausgetragen wird. Der Hochkonsistenz-Pulper, oder kurz HC-Pulper, umfaßt einen eigentlichen Pulperbehälter 8, einen an dessem Boden, vorzugsweise im mittleren Teil des Bodens andeordneten Läufer 10, einen Flüssigkeitseintritt 12 und einen Austritt 14 für das vorzerkleinerte Material, der bevorzugt mit einem Winkel von ungefährt 35 bis 60 o, vorzugsweise mit einem Winkel von ungefähr 45 angeordnet ist. Der Austritt 14 ist mit einem Ventil fürs Absperren des Austritts während der Vorzerkleinerung im Pulper 4 versehen. Ein Eintritt 18 für Verdünnungsflüssigkeit zur Regulierung der Konsistenz des weiterzubehandelnden Materials ist entweder mit dem Austritt 14 oder dem ersten Ende der Zerfaserungstrommel 6 in Verbindung angeordnet. Der Eintritt 18 kann durch eine Vielzahl Eintrittsdüsen ersetzt werden, die mit einem ringförmigen Eintrittskanal für Verdünnungsflüssigkeit verbunden sind, welche Düsen rings um den Austritt angeordnet sind und möglicherweise in Richtung des Pulpeflusses geneigt sind. Die Zerfaserungstrommel 6 umfaßt in den obengenannten US-Patenten beschriebene Teile, die Trommel ist mit anderen Worten durch eine Trennwand 20 in zwei Teile geteilt, deren empfangendes, erstes Ende 22 nichtperforiert und mit hauptsächlich axialen internen Rippen 24 bestückt ist, um die Pulpe beim Umlaufen der Trommel hochzuheben, wonach die Pulpe gegen den Boden der Trommel fallengelassen wird, wodurch die niederkonsistente Pulpe weiterzerkleinert wird. Diese sog. Weiterzerkleinerungs-Zone ist mit entweder verstellbaren oder stationären Prallblechen 30 versehen, die die Pulpe in der Zone so lange zurückhalten, bis der erwünschte Zerfaserungsgrad erreicht wird. Beim Behandeln des Materials in der Zerfaserungstrommel wird seine Kcnsistenz homogenisiert, wonach es mit einer Förderschaufel oder dergleichen durch eine Öffnung 26 in der Trennwand 20 in den Siebabschnitt 28 der Zerfaserungstrommel abgeleitet werden kann. Der Siebabschnitt 28 ist perforiert, wodurch sämtliche Pulpepartikel, die kleiner als die Öffnungen sind, durch die Öffnung akzeptiert werden, während die größeren Partikel auf der Innenseite der Trommel zurückbleiben, von wo sie durch das zweite Ende der Trommel zum Spuckstoff und zur weiteren Behandlung abgeleitet werden. Der Siebabschnitt kann, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, als zweistufiger Siebabschnitt 28' vergesehen sein, der aus zwei ineinander angeordneten perforierten Trommeln 32 und 34 besteht, deren innere Trommel 32 mit größeren Öffnungen (7 bis 10 mm) zur Abscheidung der größten Schmutzpartikel versehen ist, wogegen die äußere Trommel 34 für den Abzug des Gutstoffs mit den eigentlichen Sieböffnungen (4 bis 6 mm) versehen ist.
• Von dem entweder ein- oder zweistufigen Siebabschnitt 28 wird die akzeptierte Pulpe durch die perforierte Trommel einem Behälter 40 zugeführt, der vorzugsweise ein Mischwerk 42 aufweist, um die Pulpe in Bewegung zu halten und um das Absetzen der Pulpe auf dem Behälterboden zu verhindern. Bei Bedarf kann mit dem Mischwerk Verdünnungsflüssigkeit der Pulpe beigemischt werden. Die Pulpe wird aus dem Behälter mit einer Pumpe 44, vorzugsweise einer entgasenden Krweiselpumpe 44 abgeführt. Das Anschließen solch einer Pumpe an den erfindungsgemäßen Prozeß optimiert weiter den obenbeschriebenen Prozeß und trägt zur Gesamtwirtschaftlichkeit desselben bei. Zumindest etwas Gas wird während der Wiederaufbereitung jedenfalls mit der Pulpe vermischt, auch wenn es bekannt ist, daß Gas für die nachfolgenden Behandlungsstufen für Pulpe nachteilig ist.
• Eine erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet so, daß das zu zerfasernde Sekundärmaterial zunächst mit einem Förderer 2 zum Pulperbehälter 8 befördert wird, welcher Pulperbehälter durch ein Ventil 16 von der Zerfaserungstrommel 6 getrennt ist. Die Konsistenz des Materials wird auf das gewünschte Niveau, z.B. 12 bis 18 %, eingestellt, indem dem Pulper Verdünnungsflüssigkeit in einem Kanal 12 zugeführt wird. Den Rotor läßt man in Abhängigkeit von dem zu zerfasernden Material z.B. 8 bis 15 Minuten lang mit 140 bis 160 U/min umlaufen. Anschließend wird das mit dem HC-Pulper vorzerkleinerte Material periodisch unsortiert durch Öffnen des Ventus 16 zur Zerfaserungstrommel 6 ausgetragen, wodurch das Material unter Schwerkraft zum weiter zerkleinernden/ homogenisierenden Abschnitt 22 fließen kann. Wenn der Betrieb des Pulpers und die Konstruktion der HC-Pulpers aufs höchste optimiert sind, ist es auch möglich, den HC-Pulper kontinuierlich zu entleeren, indem das Ventil vollständig offen oder teilweise gedrosselt gehalten wird. Flüssigkeit wird entweder dem Austritt 14 oder der Weiterzerkleinerungszone der Zerfaserungstrommel zugeführt, um die Konsistenz des vorzerkleinerten Materials vor der weiteren Behandlung auf rund 8 bis 12 % zu verdünnen, die eine für den Siebabschnitt passende Konsistenz ist. In der Weiterzerkleinerungszone der Trommel wird das Material so lange behandelt, wie es notwendig ist, um die erwünschte Zerfaserungswirkung zu erreichen. Danach läßt man die Pulpe zum Siebabschnitt ablaufen, wo die Pulpe weiter verdünnt wird. Im Siebabschnitt wird die Gutstofffraktion durch die Trommelöffnungen bei einer Konsistenz von ungefähr 3 bis 4 % aus der Pulpe abgeschieden, während das restliche Material durch das zweite Trommelende abgeführt wird. Die Gutstofffraktion wird zur weiteren Behandlung durch eine entgasende Kreiselpumpe abgezogen, wodurch die durch Gas bei der weiteren Behandlung verusachten Nachteile eliminiert werden.
• Beispielsweise kann festgestellt werden, daß die Länge der Behandlungszone in der Trommel wünschenswert ungefähr dieselbe ist, wie der Trommeldurchmesser, oder kann sogar geringfügig größer als dieser sein. Die exakten Abmessungen der Trommel richten sich selbstverständlich danach, wie schwierig es ist, das Material zu behandeln. Der Durchmesser der Trommel beträgt in der Regel, in Abhängigkeit von der exakten Anwendung, 2 bis 4 Meter, während eine typische Verweilzeit bei Benutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei etwa 20 bis 30 Minuten und der Energieverbrauch 15 bis 25 kW pro Tonne Pulpe liegen. Sollte die gleiche Pulpemenge allein mit einer konventionellen Fibreflow -Trommel zerfasert werden, wäre die Verweilzeit etwa 40 bis 60 Minuten, das Behandlungsergebnis in hinsicht auf die Ausbeute nieriger und der Verbrauch von Heißwasser und Chemikalien bedeutend größer. In den meisten Fällen wären außerdem die Prozeßverhältnisse in der Regel negativ für den Gesamtprozeß.
• Wie aus dem Obigen hervorgeht, unterscheidet sich das erf indungsgemäße Zerfaserungsverfahren deutlich von den bisher bekannten Lösungen. Bisher wurde das Material entweder in einem HC-Pulper oder einer Zerfaserungstrommel vollständig zerkleinert. Einerseits resultiert die heftige Behandlung, der die Fasern durch den HC-Pulper ausgesetzt werden, in einer großen Menge zerschnittener Fasern und Verunreinigungen, wodurch die Pulpe eine große Menge sehr kurze Fasern und kleine Verunreinigungen, z.B. Kunststoff, jedoch nur eine kleine Menge lange Fasern enthält. Darüber hinaus mußte der HC-Pulper größer als der gemäß der vorliegenden Erfindung sein, weil er auf eine Weise die Aufgaben zweier verschiedener Vorrichtungen erledigen mußte. Andererseits waren die bisher zur Zerfaserung schwieriger Materialen benutzten Zerfaserungstrommeln groß, gaben eine niedrige Ausbeute und die Verweilzeiten waren lang. Somit hat unsere Erfindung die Nachteile des Stands der Technik gelöst und ermöglicht zugleich die Optimierung der Zerfaserung mit dem Ergebnis, daß die Länge der Fasern während der Behandlung nicht verringert wird, Energieverbrauch und Größe der erforderlichen Apparatur zurückgegangen und die Behandlungszeiten verkürzt sind. Desweiteren ist die Entfernung von Klebstoffen und Druckfarbe aus der Pulpe jetzt bedeutend wirksamer, wie auch die Entfernung von Fasern aus Kunststoff und Metailfolienpapieren. Hinzu kommt noch, daß die Regelbarkeit und Wirtschaftlichkeit des Prozesses zur Zerkleinerung schwieriger Materialen wesentlich gesteigert sind, weil die Temperatur nicht mehr hoch, oder der Prozeß stark alkalisch zu sein braucht, sondern der pH des Prozesses ebensogut neutral sein kann.
• Schließlich sollte man bitte beachten, daß oben lediglich eine einzige Äusführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben ist, wobei der Schutzumfang auf keine Weise davon beschränkt werden soll, was in den beigefügten Patentansprüchen beschrieben ist.

Claims (15)

1. Verfahren zur Behandlung von Altpapier und -pappe, insbesondere von Material das schwer zu zerkleinern ist, wie verschiedenen Verpackungen und Umschlägen, Wellpappen, polyäthylenbeschichteten Fabriksumschlägen, anderen kunststoffbeschichteten Pappen, Tetrapak-Verpackungen und anderen schwer zu behandelnden mehrlagigen Papieren, durch Vorzerkleinerung des zu behandelnden Materials auf solche Weise, daß das Fasermaterial von den Kunststoffen, Metallfolienpapieren und anderem Spuckstoff abgeschieden wird, welches Verfahren ferner durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

- Weiterzerkleinerung des Materials auf solche Weise, daß das faserhaltige Material in solchem Maße zerfasert wird, daß es sortiert werden kann, und

- Sortieren des Materials.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Behandlungsschritte

- Einführung des zu zerfasernden Materials in einen HC- Pulper,

- Einführung von Verdünnungsflüssigkeit in den Pulper,

- Durchführung der Vorzerkleinerung im HC-Pulper,

- Ableitung des unsortierten vorzerkleinerten Materials für Weiterbehandlung in die Zerfaserungstrommel,

- Verdünnung der Konsistenz des Materials so, daß sie für die Weiterzerkleinerung geeignet ist,

- Weiterzerkleinerung des Materials in einer weiteren Zerkleinerungszone der Zerfaserungstrommel,

- Homogenisierung der Konsistenz des Materials in der Weiterzerkleinerungszone,

- Ableitung des Materials in die Siebzone,

- Abscheidung des akzeptierten Fasermaterials zum Gutstoff, und

- Austragung des Spuckstoffs aus der Zerfaserungstrommel.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Schritt der Abscheidung von Gas aus dem Gutstoff mit einer entgasenden Pumpe.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Schritt der Verdünnung des Materials im HC-Pulper auf eine Konsistenz von 12 bis 18 %.

5. Verfahren gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Schritt der Verdünnung des Materials in der Zerfaserungstrommel auf eine Konsistenz zwischen 8 und 12 %.

6. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Vorzerkleinerung ungefähr 8 bis 15 Minuten ist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Schritt der Durchführung der Sortierung in zwei Stufen.

8. Verfahren gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Schritt der Abführung des vorzerkleinerten Materials als kontinuierlicher Strom in die Zerfaserungstrommel.

9. Vorrichtung zur Behandlung von Altpapier und -pappe, insbesondere schwer zu zerfaserndem Material, wie Tetrapak oder ähnlichen polyäthylenbeschichteten Umschlagspapieren, welche Vorrichtung einen Vorzerkleinerer (4) oder einen sog. HC-Pulper, Material-Eingabemittel (2) in den HC-Pulper, und Material-Austragsmittel (14) aus dem HC-Pulper umfaßt, und ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß sie

- eine Zerfaserungstrommel (6) mit einem Weiterzerkleinerungsabschnitt (22) und einem darin angeordneten getrennten Siebabschnitt (28, 28'), und

- Austragsmittel (40, 44) für Gut- und Spuckstoff umfaßt.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Material-Austragsmitteln (14) um ein mit einem Winkel von 35 bis 60º angeordneten Rohr mit einem daran angeordneten Ventil (16) handelt.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Weiterzerkleinerungsabschnitt (22) der Zerfaserungstrommel (6) nichtperforiert und zur Verbesserung der Homogenisierung der Pulpe mit hauptsäch lich axialen Rippen (24) und Prallblechen (30) versehen ist, welche Rippen und Prallbieche sich beide auf der Innenseite der Trommel (6) befinden.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Weiterzerkleinerungszone (22) der Zerfaserungstrommel (6) zumindest dem Durchmesser der Trommel (6) entspricht.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Siebabschnitt (28') der Trommel zwei ineinander angeordnete perforierte Trommeln (32, 34) aufweist.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es innerhalb der Trommel (6) eine Trennwand (20) gibt, die zwischen Weiterzerkleinerungszone (22) und Siebabschnitt (28, 28') angeordnet ist, welche Trennwand mit einer Öffnung (26 und einer Förderschaufel oder dergleichen versehen ist zur Austragung des Materials aus der Weiterzerkleinerungszone (22) zum Siebabschnitt (28, 28').

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Gutstoff-Austragsmitteln um einen unterhalb des Siebabschnitts (28, 28') angeordneten Behälter (40) mit einer damit verbundenen entgasenden Kreiselpumpe (44) handelt.