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Diese
Anmeldung ist eine Teilanmeldung der europäischen Patentanmeldung Nr.
94 912 158.6, die als
EP
0 698 139 A1 veröffentlicht
worden ist.
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Gemäß dem bisherigen
Wissen im Stand der Technik im Bezug auf den Kraftaufschluss von
Zellulose ist bekannt, dass der Gehalt von gelösten organischen Materialien
(engl. dissolved organic material, DOM), der hauptsächlich gelöste Hemi-Zellulose
und Lignin umfasst, aber auch gelöste Zellulose, Extrakte und
andere Materialien enthalten kann, die durch den Koch-Prozess aus
dem Holz extrahiert worden sind, einen nachteiligen Effekt in den
nachfolgenden Arbeitsgängen
des Koch-Prozesses haben, indem sie den Delignifizierungsprozess
dadurch behindern, dass sie aktive Koch-Chemikalien in der Lauge
verbrauchen, bevor diese mit dem verbleibenden oder dem ursprünglichen
Lignin im Holz reagieren können.
Der Effekt der Konzentration von gelösten organischen Materialien
in anderen Teilen des Kochvorgangs, abgesehen von den nachfolgenden
Arbeitsgängen,
wird entsprechend dem herkömmlichen
Wissen als nicht signifikant eingeschätzt. Die hemmende Wirkung gelöster organischer
Materialien während
der nachfolgenden Arbeitsgänge
des Kochvorgangs wird in einigen kontinuierlichen Koch-Prozessen
nach dem Stand der Technik insbesondere dadurch minimiert, dass
ein EMCC®-Kocher
der Kamyr Inc. in Glenn Falls, New York, verwendet wird, da der
Gegenstrom der Lauge (einschließlich
von Weißlauge)
am Ende des Koch-Prozesses die Konzentration gelöster organischer Materialien
sowohl am Ende der „Feststoff-Delignifizierungs"-Phase, als auch
während
der ganzen sogenannten „Rest-Delignifizierungs"-Phase reduziert
wird.
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Die
Stammanmeldung dieser Teilanmeldung beansprucht Verfahren und Vorrichtungen
zum Kochen von Kraftzellstoff, die dieses Themengebiet betreffen,
nämlich:
Ein
Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Kraftzellstoff durch
Kochen von zerkleinertem faserigem Zellulosematerial in einem kontinuierlichen
Kocher, wodurch die gebildete Flüssigkeit
gelöste
organische Stoffe enthält,
wobei das Verfahren die Stufen des Extrahierens eines Teils der
Flüssigkeit
in einer Mehrzahl verschiedener Schritte während des Kraftkochens des
Materials sowie das Ersetzen eines Teils der Gesamtmenge der extrahierten
Flüssigkeit
durch eine Flüssigkeit,
die eine wesentlich geringere Menge an gelösten organischen Stoffen enthält, beinhaltet
und wobei das Extrahieren und das Ersetzen während des Imprägnierens nahe
am Beginn des Kochens, in der Mitte des Kochens und nahe dem Ende
des Kochens durchgeführt
wird, wodurch die Menge an gelösten
organischen Stoffen in der Flüssigkeit
in dem Kocher herabgesetzt wird und der hergestellte Zellstoff eine
verbesserte Zellstofffestigkeit und Bleichbarkeit aufweist sowie
der Verbrauch von Chemikalien vermindert ist.
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Ein
Verfahren zum Kraftkochen von Zellulose-Zellstoff in einem diskontinuierlichen
Kocher, der in der Lage ist, mindestens 8 Tonnen Zellulose-Zellstoff
pro Tag zu produzieren, wobei der Kocher ein Sieb und eine Umlaufleitung
zum Abziehen von Flüssigkeit
aus dem Sieb und ein Wiedereinführen
von Flüssigkeit
in den diskontinuierlichen Kocher in verschiedenen Höhen des
Siebes aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst:
- a) Kraftkochen von mindestens acht Tonnen Zellstoff
pro Tag in einem diskontinuierlichen Kocher,
- b) Abziehen der Kocherflüssigkeit
aus dem Kocher durch die Umlaufleitung und
- c) Behandeln der abgezogenen Flüssigkeit in der Umlaufleitung,
um die Konzentration der in der abgezogenen Flüssigkeit gelösten organischen
Stoffe zu vermindern, und Wiedereinführen der behandelten Flüssigkeit
in den Kocher in einer von der Höhe
des Siebs verschiedenen Höhe,
wodurch die Menge der in der Kochflüssigkeit gelösten organischen
Stoffe im Wesentlichen während
des gesamten Kochers vermindert wird und der gebildete Zellstoff
eine verbesserte Festigkeit und Bleichfähigkeit aufweist sowie der
Verbrauch an Chemikalien vermindert ist.
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Vorrichtung
zum Kraftkochen von Zellulose-Zellstoff, wobei die Vorrichtung einen
aufrecht stehenden kontinuierlichen Kocher, Siebe in verschiedenen
Höhen des
Kochers und verschiedene Kochstufen für den Kocher aufweist, dadurch
gekennzeichnet, dass jedes der Siebe mit einer zugeordneten Abzugsleitung
ausgerüstet
ist, um während
verschiedener Stufen des Kraftkochens des Zellstoffs Flüssigkeit
abzuziehen und für jedes
der Siebe Mittel vorgesehen sind, um über die Abzugsleitungen einen
Teil oder die Gesamtmenge der aus dem Kocher abgezogenen Flüssigkeit
zu ersetzen oder zu behandeln derart, dass die in den Kocher wieder
eingeführte
Flüssigkeit
eine geringere Menge an gelösten
organischen Stoffen enthält
als jene der entsprechenden abgezogenen Flüssigkeit, und derart, dass
die Menge der in der Flüssigkeit
in dem Kocher gelösten organischen
Stoffe vermindert wird.
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Vorrichtung
zum Kraftkochen von Zellulose-Zellstoff mit:
- • einem diskontinuierlichen
Kraftkocher, der in der Lage ist, mindestens acht Tonnen Zellstoff
pro Tag zu behandeln,
- • einem
dem diskontinuierlichen Kocher zugeordnetem Sieb,
- • einer
Rücklaufleitung
für das
Abziehen von Flüssigkeit
aus dem Sieb und zum Wiedereinführen
von Flüssigkeit
in den diskontinuierlichen Kocher in einer anderen Höhe als jener
des Siebs und
- • einer
Behandlungsvorrichtung in der Umlaufleitung zum Behandeln der derart
abgezogenen Flüssigkeit, um
die Konzentration der darin gelösten
organischen Stoffe während
des Kochens wesentlich herabzusetzen, wobei es sich bei der Behandlungsvorrichtung
um eine Vorrichtung zum Verdünnen,
Abziehen und Verdünnen,
Absorbieren, Fällen,
Passivieren, Trennen mittels Schwerkraft, Abziehen unter überkritischen Bedingungen
und/oder Verdampfen handelt, wodurch die in den Kocher wieder eingeführte Flüssigkeit
eine geringere Menge an gelösten
organischen Stoffen enthält
als die abgezogene Flüssigkeit
und die Menge an gelösten
organischen Stoffen in dem Kocher vermindert ist.
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Die
Erfindung stellt eine Kraftkoch-Vorrichtung zum Regeln bzw. Steuern
des Gehalts an gelösten Feststoffen
in einem Kocher bereit, wodurch sichergestellt ist, dass die gelösten organischen
Materialien während
der Arbeitsgänge
während
des Kochens keinen nachteiligen Effekt auf das Kochen haben.
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Der
Mechanismus, durch den gelöste
organische Materialien Zellstoff-Fasern beeinflussen und dadurch
die Festigkeit des Zellstoffs nachteilig beeinflussen, ist bislang
nicht eindeutig geklärt,
es wird jedoch angenommen, dass dies an einer verminderten Massentransfer-Rate
von durch Alkali extrahierbaren organischen Verbindungen durch die
Wände der
Fasern, die durch gelöste
organische Materialien in der Umgebung der Faser induziert wird,
und an unterschiedlichen Extrahierbarkeiten von kristallinen Regionen
in den Fasern im Vergleich zu amorphen Regionen (d.h. Knoten) liegt.
In jedem Fall wurde gezeigt, dass die Festigkeit des Zellstoffs
signifikant gesteigert wird, wenn der Gehalt an (bzw. die Konzentration
von) gelösten
organischen Materialien erfindungsgemäß während des Koch-Vorgangs minimiert
wird.
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Es
wurde herausgefunden, dass dann, wie in der oben angegebenen Stammanmeldung
ausgeführt ist,
wenn der Gehalt an gelösten
organischen Materialien während
eines Kraftkoch-Vorgangs dicht bei Null liegt, die Reißfestigkeit
des Zellstoffs deutlich gesteigert wird, das heißt, dass sie auf bis über 25%
(beispielsweise 27%) bei 11 km Reißlänge im Vergleich zu herkömmlich hergestelltem
Kraftzellstoff gesteigert wird. Selbst Verminderungen des Gehalts
an gelösten
organischen Materialien auf die Hälfte oder ein Viertel des normalen
Gehalts steigern die Festigkeit des Zellstoffs deutlich.
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Bei
Kraftkoch-Prozessen gemäß dem Stand
der Technik ist es nicht unüblich,
dass die Konzentrationen an gelösten
organischen Materialien an manchen Stellen während des Kraftkochens 130
Gramm pro Liter (g/l) oder mehr betragen und dass 100 g/l oder mehr
an vielen Stellen während
des Kraftkochens vorliegen (beispielsweise in dem Umlauf am Boden,
in dem Ausgleichsumlauf in der oberen Entnahme und der Hauptentnahme
und dem Umlauf der beim modifizierten Koch-Prozess (modified cooking
process, MC process) bei kontinuierlichen Kochern der Kamyr Inc.
MCC.RTM. vorliegt), selbst wenn der Gehalt an gelösten organischen Materialien
zwischen ungefähr
30–90
g/l in der Wasch-Zirkulation (in späteren Arbeitsgängen des
Kochens, wie es herkömmlichem
Wissen entspricht) gehalten wird. In solchen herkömmlichen
Situationen ist es zudem nicht unüb lich, dass die Lignin-Komponente
des Gehaltes an gelösten
organischen Materialien über
60 g/l und tatsächlich
sogar über
100 g/l liegt und dass die Hemi-Zellulose-Komponente des Gehalts
an gelösten
organischen Materialien deutlich über 20 g/l liegt. Es ist nicht
bekannt, ob die Komponente an gelöster Hemi-Zellulose einen stärker negativen
Effekt auf die Festigkeit des Zellstoffs hat als Lignin (beispielsweise
dadurch, dass der Massentransfer organischer Verbindungen aus der
Faser heraus negativ beeinflusst wird), oder umgekehrt, oder ob
der Effekt ein synergistischer ist, obwohl die gelösten Hemi-Zellulosen
im Verdacht stehen, einen signifikanten Einfluss zu haben.
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Wie
bereits in der Stammanmeldung ausgeführt, ist zum ersten Mal erkannt
worden, dass die Konzentration an gelösten organischen Materialien
während
eines Kraftkoch-Verfahrens minimiert werden sollte, um die Bleichbarkeit
des Zellstoffs positiv zu beeinflussen, den Verbrauch an Chemikalien
zu reduzieren und, was vielleicht am wichtigsten ist, die Festigkeit
des Zellstoffs zu erhöhen.
Durch das Minimieren des Gehalts an gelösten organischen Materialien
ist man in der Lage, kleinere kontinuierliche Kocher zu entwerfen,
wobei gleichzeitig der gleiche Durchsatz erhalten wird, und man
ist in der Lage, einige Vorteile kontinuierlicher Kocher auch mit
diskontinuierlichen Systemen zu erreichen. Eine Anzahl dieser vorteilhaften
Ergebnisse kann dadurch erwartet werden, dass der Gehalt an gelösten organischen
Materialien im Wesentlichen während
des gesamten Kraftkochens (d.h. dem Beginn, in der Mitte und am
Ende der Haupt-Delignifizierung) bei einer Konzentration von 100
g/l oder darunter gehalten wird, bevorzugt unter 50 g/l oder darunter
(je dichter bei Null die Konzentration an gelösten organischen Materialien
liegt, umso positiver sind die Ergebnisse). Es ist insbesondere
wünschenswert,
die Lignin-Komponente bei 50 g/l oder darunter (vorzugsweise ungefähr 25 g/l
oder darunter) und den Gehalt an Hemi-Zellulose bei 15 g/l oder
darunter (vorzugsweise ungefähr
10 g/l oder darunter) zu halten.
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Wie
ebenfalls bereits in der Stammanmeldung ausgeführt, wurde zudem herausgefunden,
dass es möglich
ist, die negativen Auswirkungen der Konzentration an gelösten organischen
Materialien auf die Festigkeit des Zellstoffs zumindest zu einem
großen
Teil durch Passivieren auszuschalten. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung
wurde herausgefunden, dass dann, wenn Schwarzlauge entfernt und
einer Druck-Hitze-Behandlung gemäß dem US-Patent
Nr. 4 929 307, beispielsweise bei einer Temperatur von ungefähr 170°C bis 350°C (bevorzugt
240°C) für ungefähr 5–90 Minuten
(bevorzugt ungefähr
30–60
Minuten) ausgesetzt und danach wieder zugeführt wird, eine Zunahme der
Reißfestigkeit
von bis zu 15% erzielt werden kann. Der Mechanismus, durch den die
Wirkungen der gelösten
organischen Materialien durch Wärmebehandlung
passiviert werden, ist ebenfalls noch nicht vollständig verstanden,
er ist jedoch mit der oben beschriebenen Hypothese konsistent und
seine Auswirkungen sind real und beeinflussen die Festigkeit des
Zellstoffs dramatisch.
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Die
EP 0 477 059 offenbart ein
Verfahren zum kontinuierlichen Kochen zerkleinerten, faserhaltigen Zellulosematerials,
wobei ein Teil der Flüssigkeit
in der Schlämme
durch ein Sieb abgezogen, erhitzt und zurück geleitet werden kann und
wobei Weißlauge
in die Rezirkulations-Schleife zugefügt werden kann.
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Die
US 4 670 088 offenbart einen
Prozess zum Aufbereiten von Zellulose-Zellstoff durch Delignifizierung
ligninhaltigen Zellulosematerials, bei dem Lauge entnommen, in einen
Separator geleitet und zurück
geführt
wird, wobei der Separator ge löstes
Lignin entfernt, das ein Molekülgewicht
von mehr als 3500 hat.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren für
kontinuierliche Systeme, wie sie oben beschrieben sind, zum Erhöhen der
Festigkeit von Kraftzellstoff zur Verfügung gestellt, das die negativen
Effekte gelöster
organischer Materialien auf die Festigkeit berücksichtigt. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird zudem ein Zellstoff mit einer erhöhten Festigkeit zur Verfügung gestellt,
ebenso wie eine Vorrichtung zum Erreichen der gewünschten
Ergebnisse gemäß der Erfindung.
Gemäß der Erfindung
kann zudem der H-Faktor signifikant reduziert werden, beispielsweise
kann bei einer gegebenen Kappa-Zahl zumindest eine Abnahme von 5%
bei dem H-Faktor
erreicht werden. Es kann zudem die tatsächlich verbrauchte Menge an
Alkali signifikant reduziert werden, beispielsweise um zumindest
0,5% (beispielsweise ungefähr
4%) bezogen auf die Holzmenge, um eine bestimmte Kappa-Zahl zu erreichen.
Es kann zudem eine verbesserte Bleichbarkeit erreicht werden, beispielsweise
kann der ISO-Weißegrad
um zumindest eine Einheit bei einer bestimmten Kappa-Zahl bei vollständigem Bleichen
(full sequence kappa factor) reduziert werden.
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Gemäß einem
ersten Aspekt liefert die Erfindung einen kontinuierlichen Kocher
mit einem Oberteil und einem Boden, mit einem Einlass für das zu
kochende faserhaltige Zellulosematerial am Oberteil des Kochers und
einem Auslass für
den gekochten Zellstoff am Boden des Kochers, mit einer oberen Siebanordnung,
um Flüssigkeit
vom Oberteil des Kochers abzuziehen, mit einer Extraktionssiebanordnung
unter der oberen Siebanordnung; mit einer Kochsiebanordnung zwischen
der Extraktionssiebanordnung und dem Oberteil des Kochers; mit Mitteln
zum Abziehen von Flüssigkeit,
welche die Kochsiebanord nung passiert, und einem Ventil, um die
abgezogene Flüssigkeit
in einen ersten und zweiten Teil zu spalten; und mit Mitteln, um
den gesamten ersten Teil der Wiedergewinnung zuzuführen, wobei
der zweite Teil zurückbleibt,
mit Mitteln, um Flüssigkeit
mit geringem Gehalt an gelösten
organischen Materialien zum genannten zweiten Teil zuzugeben, um
einen vergrößerten zweiten
Teil bereitzustellen; und mit Mitteln, um den genannten vergrößerten Teil
in das Innere des Kochers etwa auf Höhe der genannten Kochsiebanordnung
zurückzuführen.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung
von Kraftzellstoff unter Verwendung eines kontinuierlichen Kochers
mit einem Oberteil, einem Boden, einem Einlass für Zellulosefasermaterial am
Oberteil, einem Auslass für
den gekochten Zellstoff am Boden, einer oberen Siebanordnung, einer
Extraktionssiebanordnung unter der oberen Siebanordnung und einer
Kochsiebanordnung zwischen der oberen Siebanordnung und der Extraktionssiebanordnung,
umfassend die folgenden Schritte:
- a) Zuführung einer
Schlämme
aus zu kochendem Zellulosematerial in den Einlass;
- b) Abziehen von einiger Flüssigkeit
aus der Materialschlämme
an der oberen Siebanordnung;
- c) Extraktion von Schwarzlauge aus der Extraktionssiebanordnung;
- d) Extraktion von Lauge aus der Kochsiebanordnung und deren
Aufteilung in mindestens einen ersten und einen zweiten Teil;
- e) Zuführen
des gesamten genannten ersten Teils zur Wiedergewinnung;
- f) Vergrößern des
zweiten Teils mit Flüssigkeit
mit geringem Gehalt an gelösten
organischen Materialien, um einen vergrößerten zweiten Teil herzustellen;
und
- g) Zurückleiten
des vergrößerten zweiten
Teils in das Innere des Kochers etwa auf Höhe der Kochsiebanordnung.
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Ein
dritter Aspekt der Erfindung liefert eine kontinuierliche Kocheranordnung,
umfassend einen Kocher gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung und einen Tränkungsbehälter Kontinuierliche Kocheranordnung,
umfassend einen Kocher nach Anspruch 1 und einen Tränkungsbehälter, welcher
operativ an seinem Boden mit dem Oberteil des genannten Kochers
verbunden ist; Mittel, um eine Schlämme aus Zellulosematerial vom
Boden des genannten Tränkungsbehälters zum
Oberteil des genannten Kochers zu überführen und um einige Schlämmeflüssigkeit
zum Boden des Tränkungsbehälters zurückzuführen und
Mittel, um Flüssigkeit
mit geringem Gehalt an gelösten
organischen Materialien zur Zellstoffschlämme zwischen dem Boden des
Tränkungsbehälters und
dem Oberteil des Kochers zuzugeben, wobei der Kocher eine Ausgleichsumlaufsiebanordnung unterhalb
der genannten oberen Siebanordnung aufweist; eine Abziehleitung,
um Flüssigkeit
abzuziehen, die durch die Extraktionssiebanordnung geleitet wird;
wobei genannte Abziehleitung operativ mit einem Entspannungsbehälter verbunden
ist.
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Gemäß einem
vierten Aspekt liefert die Erfindung zudem eine hydraulische kontinuierliche
Ein-Kessel-Kocheranordnung, umfassend einen Kocher gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung, weiterhin umfassend: Hydraulische kontinuierliche
Ein-Kessel-Kocheranordnung (215), umfassend einen Kocher
nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Hochdrucküberführungsvorrichtung,
die mit dem Einlass verbunden ist; eine zweite Kochsiebanordnung,
die sich unter der ersten genannten Kochungsanordnung befindet;
zweite Mittel, um einen ersten Teil der Flüssigkeit, die aus der genannten
zweiten Kochsiebanordnung abgezogen wurde, in das Innere des Kochers
etwa auf der Höhe
der genannten zweiten Kochungsanordnung zurückzuleiten, und Mittel, um
einen zweiten Teil der abgezogenen Flüssigkeit zu entnehmen; Mittel,
um Flüssigkeit
mit geringem Gehalt an gelösten
organischen Materialien zum genannten ersten Teil der in die genannten
zweiten Rückführungsmittel
zurückgeführte Flüssigkeit
zuzugeben; und eine dritte Siebanordnung, die sich unter genannter
Extraktionssiebanordnung befindet.
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Es
ist das primäre
Ziel der Erfindung, einen Kraftzellstoff mit einer erhöhten Festigkeit
herzustellen, typischerweise alternativ oder additiv den H-Faktor
und den Alkali-Verbrauch
zu reduzieren und die Bleichbarkeit zu steigern. Diese und andere
Ziele der Erfindung werden durch eine Durchsicht der detaillierten
Beschreibung der Erfindung und von den beigefügten Ansprüchen deutlich.
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1 ist
eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform
einer Anlage gemäß der Erfindung
zum kontinuierlichen Kraftkochen zum Ausführen beispielhafter Verfahren
gemäß derjenigen
Erfindung, die Gegenstand der Stammanmeldung ist.
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2 und 3 sind
graphische Darstellungen der Festigkeit von Zellstoff, der gemäß der Erfindung hergestellt
worden ist, im Vergleich zu Kraftzellstoff, der unter identischen
Bedingungen, aber ohne Anwenden der Erfindung, hergestellt worden
ist.
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4 ist
eine graphische Darstellung des H-Faktors bei der Herstellung von
Zellstoff gemäß der Erfindung
im Vergleich zu Kraftzellstoff, der unter identischen Bedingungen,
aber ohne Anwenden der Erfindung hergestellt worden ist.
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5 ist
eine graphische Darstellung des tatsächlich während der Produktion von Zellstoff
gemäß der Erfindung
ver brauchten Alkali verglichen mit der Produktion von Zellstoff
unter identischen Bedingungen, aber ohne Anwenden der Erfindung.
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6 ist
eine graphische Darstellung des tatsächlich verbrauchten Alkali,
aufgetragen gegen einen Prozentsatz an Prozesslauge im Vergleich
zu Lauge, die keine gelösten
organischen Materialien enthält.
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7 ist
eine graphische Darstellung, die den Weißegrad für Zellstoffe, die gemäß der Erfindung
hergestellt wurden, mit Kraftzellstoff vergleicht, der unter identischen
Bedingungen, aber ohne Anwendung der Erfindung hergestellt worden
ist.
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8 bis 12B sind weitere graphische Darstellungen verschiedener
Aspekte der Festigkeit von Zellstoff, der gemäß der Erfindung hergestellt
worden ist, wobei dieser in den 10A–B mit Kraftzellstoff
verglichen wird, der unter identischen Bedingungen, aber ohne Anwenden
der Erfindung hergestellt worden ist.
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13 ist
eine graphische Darstellung von Konzentrationen gelöster organischer
Materialien, die auf tatsächlichen
Laugen-Analysen beim Kochen im Labormaßstab mit drei verschiedenen
Laugen-Quellen in verschiedenen Arbeitsgängen während des Kochens beruht.
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14 ist
eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kochers eines
hydraulischen Zwei-Kessel-Kochsystems, bei dem die Erfindung anwendet
wird.
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15 ist
eine graphische Darstellung einer theoretischen Untersuchung, die
die Konzentration an gelösten
organischen Materialien in einem herkömmlichen MCC.RTM.-Kocher mit
der in einem Kocher nach 14 vergleicht.
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16 ist
eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kochers gemäß der Erfindung.
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17 bis 18 sind
schematische Darstellungen anderer beispielhafter Kocher gemäß der vorliegenden
Erfindung und
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19 bis 23 sind
graphische Darstellungen theoretischer Untersuchungen verschiedener
Verdünnungs-
und Extraktions-Parameter
unter Verwendung des Kochers nach 17.
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1 zeigt
eine hydraulische Zwei-Kessel-Kocheranordnung, wie sie von der Kamyr
Inc., Glenn Falls, New York, verkauft wird, und die modifiziert
wurde, um exemplarische Verfahren gemäß der Erfindung durchzuführen, die
Gegenstand der Stammanmeldung sind. Die Ausführungsform gemäß 1 wird
zum Zwecke der Bezugnahme und um Hintergrundinformationen zur Stützung der
vorliegenden Erfindung zu liefern, in diese Beschreibung einbezogen.
Selbstverständlich
können
andere existierende kontinuierliche Kochersysteme ebenfalls modifiziert
werden, um die Erfindung in die Praxis umzusetzen, einschließlich hydraulischer
Ein-Kessel-, Ein-Kessel-Dampfphasen- und Doppelkessel-Dampfphasen-Kocher.
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In
der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform
ist ein herkömmlicher
Tränkungsbehälter (impregnation
vessel, IV) 10 mit einem herkömmlichen kontinuierlichen vertikalen
Kocher 11 verbunden. Zerkleinertes faserhaltiges Zellulosematerial,
das von Wasser und Kochlauge mitgerissen wird, wird von einem herkömmlichen
Hochdruck-Beschicker über
eine Leitung 12 der Oberseite des Tränkungsbehälters 10 zugeführt und
ein Teil der Lauge wird, wie dies bislang üblich war, in ei ner Leitung 13 abgezogen
und zu dem Hochdruck-Beschicker zurückgeführt.
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Um
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Konzentration an gelösten organischen Materialien
(im Folgenden DOM-Konzentration von engl. dissolved organic material)
zu verringern (im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung
und den Ansprüchen
werden hierunter gelöste
organische Materialien, wie primär gelöste Hemi-Zellulose
und Lignin, jedoch auch gelöste
Zellulose, Extrakte und andere Materialien, die aus dem Holz durch
den Kraftkoch-Prozess extrahiert worden sind, verstanden), wird
Lauge durch eine Pumpe 14 aus einer Leitung 15 (oder
von der Oberseite des Behälters 10)
abgezogen und in einer Stufe 16 behandelt, um DOM oder
ausgewählte
gelöste
organische Bestandteile zu entfernen oder zu passivieren. Bei der
Stufe 16 kann es sich auch um eine Fäll-Stufe (beispielsweise durch
Absenken des pH-Werts unter 9) eine Absorptionsstufe (beispielsweise
eine Zellulosefasersäule
oder Aktivkohle) oder um Vorrichtungen zum Durchführen einer
Filtration (beispielsweise Ultrafiltration, Mikrofiltration, Nanofiltration
und dergleichen), zur Lösungsmittelextraktion,
zur Zertrümmerung
(beispielsweise durch Beschuss mit Strahlung), zur superkritischen
Extraktion, zur Schwerkraft-Separation oder zur Verdampfung (gefolgt
von Kondensation) handeln.
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Ersatzlauge
kann (beispielsweise nach Stufe 16) durch eine Pumpe 14' in eine Leitung 17 zu
der Leitung 13 zugesetzt werden, abhängig davon, ob eine Tränkung im
Gleichstrom oder im Gegenstrom erfolgt. Bei der in die Leitung 17 zugesetzten
Ersatzlauge kann es sich anstelle von entnommener Lauge, die in
Stufe 16 behandelt worden ist, um Verdünnungslauge, beispielsweise
frische (d.h. im Wesentlichen DOM-freie) Weißlauge, Wasser, Wäscher-Filtrat
(beispielsweise Brownstock- Wäscher-Filtrat),
Kaltblasfiltrat oder Mischungen hieraus handeln.
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Wenn
es gewünscht
ist, den Schwefelgehalt der in den Leitungen 12, 13 umgewälzten Lauge
zu erhöhen,
kann in der Leitung 17 Schwarzlauge zugesetzt werden, die
Schwarzlauge muss jedoch so behandelt sein, dass, wie nachfolgend
erläutert
wird, die darin enthaltenen gelösten
organischen Materialien passiviert sind.
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In
jedem Fall weist die Lauge, die an der Stelle 15 entnommen
wird, eine relativ hohe DOM-Konzentration auf, während die in der Leitung 17 hinzugefügte Lauge
eine deutlich geringere effektive DOM-Konzentration aufweist, so
dass die Festigkeit des Zellstoffs positiv beeinflusst wird.
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In
dem Tränkungskessel 10 selbst
wird die DOM ebenfalls gesteuert bzw. geregelt, wobei bevorzugt ein
herkömmliches
Sieb 18, eine Pumpe 19 und eine Rückführ-Leitung 20 verwendet
werden. Der in Leitung 20 rückgeführten Flüssigkeit wird – wie durch
eine Linie 21 gezeigt – eine
Verdünnungslösung zugesetzt,
um die Konzentration an DOM zu verringern. Die Verdünnungsflüssigkeit
umfasst zudem zumindest etwas Weißlauge. Das heißt, dass
die in Leitung 20 wieder eingeführte Lauge im Wesentlichen
denselben niedrigen effektiven DOM-Gehalt aufweist wie die Lauge,
die durch das Sieb 18 abgezogen wird, und dass sie zumindest
eine gewisse Menge Weißlauge
umfasst. In Leitung 20 kann eine Bearbeitungsstufe 16' – ähnlich wie
Stufe 16 – vorgesehen
sein, wie durch die gestrichelte Linie in 1 gezeigt
ist.
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Vom
Boden des Tränkungsbehälters 10 aus
fließt
die Schlämme
aus zerkleinertem faserhaltigem Zellulosematerial durch die Leitung 22 zu
dem Oberteil des Kochers 11, ein Teil der Lauge der Schlämme wird, auf
bekannte Weise durch eine Leitung 23 abgezogen, Weißlauge wird
an einer Stelle 24 hinzugegeben und fließt durch
einen Heizer 25 (der typischerweise ein indirekter Heizer
ist) und wird dann durch den Boden des Tränkungsbehälters 10 über eine
Leitung 26 zurückgeführt und/oder
dicht beim Beginn der Leitung 22, wie in 1 mit
dem Bezugszeichen 27 angedeutet, zugeführt.
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In
bestehenden kontinuierlichen Kochern wird üblicherweise Flüssigkeit
in unterschiedlichen Höhen des
Kochers abgezogen, erwärmt
und daraufhin auf der Höhe
wieder eingeleitet, auf dem sie abgezogen wurde, unter normalen
Umständen
wird jedoch keine Lauge aus dem System abgezogen und durch Lauge
ersetzt, deren DOM-Konzentration gerade reduziert worden ist. In
existierenden kontinuierlichen Kochern wird Schwarzlauge an einer
zentralen Stelle des Kochers entnommen und die Schwarzlauge wird
nicht zurückgeführt, sondern
statt dessen zu Entspannungsbehältern
geführt
und schließlich
einem Wiedergewinnungs-Boiler oder Ähnlichem zugeführt. Im
Gegensatz zu existierenden kontinuierlichen Kochern entnimmt der
erfindungsgemäße kontinuierliche
Kocher 11 an einer Vielzahl unterschiedlicher Stufen und
auf unterschiedlichen Höhen
und ersetzt die entnommene Lauge durch Lauge, die eine geringere
DOM-Konzentration aufweist. Das wird dicht bei der Stelle des Anfangs
des Kochvorgangs, an der Stelle der Mitte des Kochvorgangs und in
der Nähe
der Stelle des Endes des Kochvorgangs durchgeführt. Durch Verwendung des Kochers 11,
der in 1 gezeigt ist, und durch Durchführen des
Verfahrens gemäß der Erfindung
weist der Zellstoff, der durch eine Leitung 28 abgezogen
wird, eine verbesserte Festigkeit im Vergleich zu konventionellem
Kraftzellstoff auf, der unter ansonsten gleichen Bedingungen in
einem bestehenden kontinuierlichen Kocher hergestellt worden ist.
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Der
Kocher 11 umfasst einen ersten Satz von Abziehsieben 30,
die benachbart zu seiner Oberseite nahe der Stelle des Beginns des
Kochvorgangs angeordnet sind, einen zweiten Satz von Sieben 31,
der nahe der Stelle der Mitte des Kochvorgangs angeordnet ist und
dritte und vierte Sätze
von Sieben 32, 33, die nahe der Stelle des Endes
des Kochvorgangs angeordnet sind. Die Siebe 30–33 sind
mit entsprechenden Pumpen 34–37 verbunden, die
in Rückführ- bzw.
Rezirkulationsleitungen 38 bis 41 angeordnet sind,
die optional Heizer 42–45 enthalten,
wobei diese Rückführschleifen
an sich von herkömmlicher
Art sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird jedoch ein Teil der abgezogenen Flüssigkeit durch jeweilige Leitungen 46–49 entnommen,
indem die Leitung 46 zu einem Satz Entspannungsbehälter führen, wie
im Zusammenhang mit dem ersten Satz von Sieben 30 in 1 gezeigt
ist.
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Um
die entnommene Lauge aufzubereiten, die eine relativ hohe DOM-Konzentration
aufweist, und um den DOM-Gehalt abzusenken, wird Ersatz-(Verdünnungs-)Lauge
zugesetzt, wie durch Leitungen 51–54 gezeigt ist, wobei
die in den Leitungen 51–54 zugesetzte Lauge
eine signifikant geringere DOM-Konzentration aufweist als die Lauge,
die durch die Leitungen 46–49 entnommen wird,
um die Festigkeit des Zellstoffs positiv zu beeinflussen. Die in
den Leitungen 51–54 zugeführte Lauge
kann dieselbe sein wie die Verdünnungs-Laugen,
die oben in Zusammenhang mit Leitung 17 beschrieben worden
ist. Die Heizer 42–45 heizen
die Ersatzlauge wie auch die zurückgeleitete
Lauge auf die im Wesentlichen gleiche (typischerweise leicht darüber liegende)
Temperatur wie die der abgezogenen Lauge.
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Es
kann jede beliebige Anzahl an Sieben 30–33 im Kocher 11 vorgesehen
sein.
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Vor
dem Fördern
der entnommenen Lauge zu einem entfernten Ort und vor dem Ersetzen
durch Ersatzlauge kann ein Wärmeaustausch
zwischen der entnommenen Lauge und der Ersatzlauge durchgeführt werden,
wie schematisch durch ein Bezugszeichen 56 in 1 gezeigt
ist. Die abgezogene Lauge kann zudem behandelt werden, um darin
enthaltenes gelöstes
organisches Material zu entfernen oder zu passivieren, und kann
dann unmittelbar als Ersatzlauge (wenn gewünscht mit anderer, der Verdünnung dienender
Lauge versehen) als Ersatzlauge wieder zugefügt werden. Das ist schematisch
durch ein Bezugszeichen 57 in 1 gezeigt,
wobei die durch die Leitung 48 entnommene Lauge in einer
Station 57 (ähnlich
der Stufe 16) zur Entfernung von gelösten organischen Materialien
behandelt wird, woraufhin sie an der Stelle 53 wieder zugeführt wird.
Außerdem
wird Weißlauge
zugesetzt, wie in 1 gezeigt ist, wobei tatsächlich in
jeder der Stufen, die mit den Sieben 30–33 in 1 verbunden
sind, Weißlauge
(durch die entsprechenden Leitungen 51–54) zugefügt werden
kann.
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Eine
weitere Option für
den Behandlungsblock 57, der schematisch in 1 gezeigt
ist, betrifft das Erwärmen
von Schwarzlauge unter Druck. Aus den Sieben 32 wird Lauge,
die als „Schwarzlauge" bezeichnet werden
kann, abgezogen, und ein Teil davon wird durch Leitungen 48 entnommen.
Das Erhitzen unter Druck in der Stufe 57 kann gemäß dem US-Patent
Nr. 4 929 307 stattfinden, dessen Offenbarung hiermit durch Bezugnahme
aufgenommen wird. Typischerweise würde in Stufe 57 die
Schwarzlauge auf eine Temperatur zwischen 170°C bis 350°C (bevorzugt über 190°C, beispielsweise
auf über
240°C) bei Überdruck
für ungefähr 5–90 Minuten
(vorzugsweise ungefähr
30 bis 60 Minuten) auf mindestens 20°C oberhalb der Koch-Temperatur erhitzt.
Das führt
zu einer signifikanten Passivierung des gelösten organischen Materials
und die Schwarzlauge kann dann durch die Leitung 53 zurückgeführt werden.
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Die
mit 58 in 1 gekennzeichnete Behandlungsstufe,
die mit dem letzten Satz von Abzugs-Extraktionssieben 33 verbunden
ist, ist der Stufe 16 ähnlich.
Eine Stufe wie die Stufe 58 kann auf jeder Höhe des Kochers 11 vorgesehen
sein oder weggelassen werden, wenn eine Entnahme anstelle einer
Zuführung
von Verdünnungslauge
vorgesehen ist. Weißlauge
kann auch an der Stelle 58 zugeführt werden und die damit DOM-abgereichterte
Lauge wird in der Leitung 54 zurückgeführt.
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Unabhängig davon,
ob entnommene Lauge oder Verdünnungslauge
verwendet wird, ist es gemäß der Erfindung
erwünscht,
die gesamte DOM-Konzentration der Kochlauge auf 100 g/l oder einer
geringeren Konzentration im Wesentlichen während des gesamten Kraftkoch-Vorgangs
(diskontinuierliche Delignifizierung) zu halten, bevorzugt unterhalb
von etwa 50 g/l, wobei es zudem erwünscht ist, die Lignin-Konzentration
auf 50 g/l oder einer geringeren Konzentration zu halten (bevorzugt
etwa 50 g/l oder einer geringeren Konzentration) und die Hemi-Zellulose-Konzentration auf
15 g/l oder einer geringeren Konzentration (bevorzugt etwa 10 g/l
oder einer geringeren Konzentration) zu halten. Die genaue, wirtschaftlich
optimale Konzentration ist noch nicht bekannt und kann von der verarbeiteten
Holzart abhängen.
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Die 2 und 3 zeigen
die Ergebnisse eines tatsächlichen
Labortests gemäß der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt
Kurven, in denen die Durchreißfestigkeit
bzw. der Durchreißfaktor
(tear) für
drei unterschiedliche Labor-Kraftkoch-Proben, die alle aus derselben
Holzlieferung hergestellt worden sind, gegen die Reißlänge (tensile)
aufgetragen ist. Der Durchreißfaktor
ist ein Maß für die der
Faser innewohnende Festigkeit des Zellstoffs.
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In 2 betrifft
Kurve A einen Zellstoff, der unter Verwendung von herkömmlichen
Zellstoff-Prozesslaugen-Proben (von einem kommerziellen, großtechnischen
MCC-Aufschluss-Prozess)
als Kochlauge hergestellt worden ist. Kurve B wurde für einen
Zellstoff aus einem Kochvorgang erhalten, bei dem die Kochlauge die
gleiche ist wie die in Kurve A, mit der Ausnahme, dass die Laugenproben
vor der Verwendung zum Kochen für
eine Stunde bei Überdruck
bei ungefähr
190°C erhitzt
worden sind. Kurve C betrifft eine Probe, bei deren Kochen synthetische
Weißlauge
als Kochlauge verwendet wurde, wobei die synthetische Kochlauge
im Wesentlichen DOM-frei war (d.h. der DOM-Gehalt war kleiner als
50 g/l). Die Kochvorgänge
für die
Proben gemäß der Kurven
A und B wurden so durchgeführt,
dass die Alkali-Bedingungen, die Temperatur (ungefähr 160°C) und die
DOM-Profile mit denen des großtechnischen
Aufschluss-Prozesses identisch waren, von dem die Laugenproben stammten.
Für die
Kurve C waren die Alkali- und die Temperatur-Profile identisch mit
denen in Kurve A und B, es waren jedoch keine gelösten organischen
Materialien anwesend.
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2 zeigt
deutlich, dass dann, wenn eine Lauge mit geringer DOM-Konzentration
während
des gesamten Kraftkochens mit den Spänen in Kontakt ist, eine ungefähr 27%-ige
Steigerung der Durchreißfestigkeit bei
11 km Reißlänge erhalten
wird.
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3 zeigt
weitere Labor-Messwerte, die nach konventionellen Kraftkoch-Verfahren
hergestellte Proben mit solchen vergleicht, die gemäß der Erfindung
hergestellt sind. Die Kochproben, die durch die Kurven D bis G dargestellt
werden, wurden hergestellt unter Verwendung identischer Alkali-
und Temperatur-Profile und unter Verwendung von Holz aus der gleichen
Holzlieferung, aber mit variierenden DOM-Konzentrationen im Verlauf
des gesamten Kraftkoch-Verfahrens. Die DOM-Konzentration für Kurve
D, die eine Standard-MCC®-Kraft koch-(bzw. Prozesslaugen-)Konzentration
war, war am höchsten
und die DOM-Konzenration für
Kurve G war die niedrigste (im Wesentlichen DOM-frei). Die DOM-Konzentration
für Kurve
E lag ungefähr 25%
niedriger als die DOM-Konzentration für Kurve D, während die
DOM-Konzentration für
Kurve F ungefähr 50%
unter der DOM-Konzentration für
Kurve D lag. Es ist zu sehen, dass die Durchreißfestigkeit umgekehrt proportional
mit der Menge an DOM zunimmt, die während des vollständigen Koch-Prozesses
anwesend war.
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Ein
Kochen gemäß der vorliegenden
Erfindung wird bevorzugt deshalb durchgeführt, um eine Erhöhung der
Festigkeit des Zellstoffs (beispielsweise der Durchreißfestigkeit
bei einer spezifizierten Reißlänge für vollständig raffinierten
Zellstoff, beispielsweise 9 oder 11 km) von zumindest etwa 10%,
bevorzugt zumindest etwa 15% im Vergleich zu im Übrigen identischen Bedingungen
zu erzielen, bei denen die organischen gelösten Materialien ansonsten
nicht beeinflusst werden.
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Während die
Erfindung in Bezug auf 1 primär bezüglich eines kontinuierlichen
Kraftkoch-Verfahrens beschrieben worden ist, können die Prinzipien gemäß der Erfindung
auch auf ein diskontinuierliches Kraftkoch-Verfahren angewendet
werden, was in der Stammanmeldung zu dieser Teilanmeldung beschrieben
ist.
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Weitere
Labortestdaten, die vorteilhafte Ergebnisse zeigen, die in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung erzielbar sind, sind in den 4 bis 13 gezeigt.
In diesen Labortestdaten wurden Verfahren eingesetzt, die einen
kontinuierlichen Kocherbetrieb simulieren, indem sequenziell erhitzte
Aufschlusslauge durch einen Behälter
zirkuliert wird, der ein stationäres
Volumen an Holzschnitzeln enthält.
Unterschiedliche Stufen eines kontinuierlichen Kochers wurden durch
Variieren der Zeit, der Temperatur und der chemischen Konzentrationen
simuliert, die in den Umwälzvorgängen eingesetzt
wurden. Die Simulationen fanden unter Verwendung realer Prozesslauge
statt, wenn die entsprechende Prozess-Stufe eines kontinuierlichen
Kochers im Kocher-Aufbau im Labor erreicht wurde.
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Die
Wirkung der Minimierung von DOM in Aufschlusslauge unter den erforderlichen
Aufschlussbedingungen (das heißt
Zeit und Temperatur) ist in 4 gezeigt. 4 vergleicht
das Verhältnis
zwischen der Kappa-Zahl und dem H-Faktor für Labor-Kochversuche unter
Verwendung von Prozess-Schwarzlauge und im Wesentlichen DOM-freier
Weißlauge.
Das Holz, das für
das Kochen der in 4 gezeigten Proben verwendet wurde,
war ein typisches Weichholz aus dem Nordwesten der Vereinigten Staaten
von Amerika, das aus einem Gemisch von Zeder, Fichte, Kiefer und
Tanne besteht. Der H-Faktor ist ein Standardparameter, der die Kochzeit
und die Temperatur in Form einer einzigen Variable charakterisiert
und ist beispielsweise in Rydholm Pulping Processes, 1965 auf Seite
618 beschrieben.
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Eine
Gerade 98 in 4 zeigt die Beziehung zwischen
der Kappa-Zahl in Abhängigkeit
von dem H-Faktor für
einen Labor-Kochvorgang
unter Verwendung von Prozesslauge (die in einer Papiermühle entnommen
und dann in einem diskontinuierlichen Labor-Kocher verwendet wurde).
Eine untere Linie 99 bezeichnet die Beziehung der Kappa-Zahl
zum H-Faktor für
einen Labor-Kochvorgang unter Verwendung von im Wesentlichen DOM-freier Weißlauge,
die im Labor hergestellt wurde. Die Linien 98, 99 zeigen,
dass bei einer vorgegebenen Kappa-Zahl der H-Faktor deutlich niedriger liegt, wenn
der DOM-Gehalt geringer ist, wie in 4 beispielsweise
für die
Kappa-Zahl 30 gezeigt, wo sich die H-Faktoren um ungefähr 100 Einheiten unterscheiden.
Das bedeutet, dass für
dieselbe Lieferung mit derselben chemischen Beschickung dann, wenn
eine Kochlauge mit weniger DOM verwendet wird, ein weniger intensiver
(das heißt
ein weniger Zeit andauernder und bei geringerer Temperatur durchgeführter) Kochvorgang
notwendig ist, als er für
einen herkömmlichen Kraftkoch-Vorgang
notwendig wäre.
Das ist beispielsweise dadurch möglich,
dass Lauge, die einen Gehalt an DOM aufweist, der hoch genug ist,
um den H-Faktor negativ zu beeinflussen, entnommen wird, und ein
Teil oder die gesamte Menge an Lauge durch Lauge ersetzt wird, die
einen deutlich geringeren Gehalt an DOM als die entnommene Lauge
aufweist, so dass der H-Faktor signifikant reduziert wird; vorzugsweise
werden die Schritte dergestalt durchgeführt, dass der H-Faktor, der
notwendig ist, um eine vorgegebene Kappa-Zahl zu erreichen, um mindestens
5% sinkt und die Schritte werden so durchgeführt, dass die effektive DOM-Konzentration bei
ungefähr
50 g/l oder darunter während
des größten Teils
des Kraftkoch-Vorgangs gehalten wird.
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Wenn,
wie in 5 gezeigt, die DOM-Konzentration gemäß der vorliegenden
Erfindung reduziert wird, reduziert sich das tatsächlich verbrauchte
Alkali (effective alcali, EA). Bei dem verbrauchten Alkali handelt
es sich um eine Bezeichnung der Menge von Kochchemikalien, insbesondere
von NaOH und Na2S, die in einem Kochvorgang
verwendet werden. Die in 5 gezeigten erhaltenen Ergebnisse
wurden unter Verwendung derselben Charge wie in 4 gewonnen
und die beiden Kurvenlinien 100, 101 wurden unter
denselben Bedingungen erhalten. Die Linie 100 bezeichnet
die Ergebnisse, die erhalten werden, wenn die Kochlauge konventionelle
Prozesslauge ist, wohingegen Linie 101 die Ergebnisse zeigt,
wenn die Kochlauge im Wesentlichen DOM-freie Weißlauge war. Bei einer Kappa-Zahl von 30 wurde
bei einem DOM-freien Kochvorgang ungefähr 30% weniger Alkali (d.h.
5% weniger verbrauchtes Alkali bezo gen auf die Holzmenge) im Vergleich
mit einem Kochvorgang verbraucht, bei dem herkömmliche Prozesslauge eingesetzt
wird. Durch Entnehmen von Lauge, die einen Gehalt von gelösten organischen
Materialien enthält,
der hoch genug ist, um die Menge des effektiv verbrauchten Alkali
negativ zu beeinflussen, um eine vorgegebene Kappa-Zahl zu erreichen,
und durch Ersetzen eines Teils oder der gesamten entnommenen Lauge
durch eine Lauge, die einen wesentlich geringeren DOM-Gehalt aufweist,
kann die Menge an Alkali, die tatsächlich verbraucht wird, um
eine bestimmte Kappa-Zahl zu erreichen, signifikant reduziert werden,
beispielsweise kann die Menge an verbrauchtem Alkali um zumindest
ungefähr
0,5% bezogen auf die Holzmenge (beispielsweise ungefähr 4% bezogen
auf die Holzmenge) reduziert werden, um eine vorgegebene Kappa-Zahl
zu erreichen.
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Sowohl
der günstige
H-Faktor, wie auch die Ergebnisse bezüglich des verbrauchten Alkalis,
die in den 4 und 5 gezeigt
sind, können
dadurch erreicht werden, dass Lauge mit einem relativ hohen DOM-Gehalt
entnommen wird und durch Wasser, im Wesentlichen DOM-freie Weißlauge,
unter Druck wärmebehandelte
Schwarzlauge, Filtrat oder Kombinationen daraus ersetzt wird.
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6 zeigt
eine zusätzliche
graphische Darstellung des effektiven Alkaliverbrauchs in Abhängigkeit von
dem prozentualen Anteil von Prozesslauge zu im Wesentlichen DOM-freier
Weißlauge.
Die Kurve 101 zeigt, dass bei der gleichen relativen Kappa-Zahl
die Menge tatsächlich
verbrauchten Alkalis mit einer abnehmenden Prozentzahl an Prozesslauge
(d.h. einer steigenden Prozentzahl im Wesentlichen DOM-freier Weißlauge)
abnimmt. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die tatsächlichen
Laborergebnisse, die verwendet wurden, um die Kurve 101 in 6 zu
erstellen.
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Tabelle
1 Effektiver Alkaliverbrauch
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Die
Verringerung oder Beseitigung von gelösten organischen Materialien
in der Aufschlusslauge erleichtert zudem die Durchführung von
Verfahren, mit denen der erhaltene Zellstoff gebleicht wird, d.h.
dessen Bleichbarkeit.
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7 zeigt
tatsächliche
Labortestergebnisse, die zeigen, wie der Weißegrad eines gebleichten Zellstoffs
aus Zeder, Fichte, Kiefer und Tanne mit der Erhöhung der Menge an chemischen
Bleichmittel zunimmt. Der auf der X-Achse der Darstellung nach 7 aufgetragene
Parameter, der „Vollsequenz-Kappa-Faktor" (full sequence Kappa
factor) ist das Verhältnis
der äquivalenten
Chlormenge zu der gewonnenen Kappa-Zahl des Zellstoffs. Das heißt, es handelt
sich um ein bestimmterweise normiertes Verhältnis der Chlormenge zum anfänglichen
Lignin-Gehalt von dem Brownstock-Zellstoff. 7 zeigt
daher, wie der Weißegrad
des Zellstoffs von der Menge der eingesetzten Bleich-Chemikalie
abhängt.
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Die
Kurven 102, 103, 104 und 105 in 7 betreffen
entsprechend Proben, die mit im Wesentlichen DOM-freier Weißlauge hergestellt
wurden (102), Proben, die mit konventioneller Prozesslauge
hergestellt wurden (103), einen in einer Papiermühle gekochten
Zellstoff (kein Zellstoff, der in einem Labor unter Verwendung von
Prozesslauge hergestellt wurde) (104) und eine Probe, die
hergestellt wurde, wobei die Schwarzlauge wärmebehandelt worden ist (105).
Diese graphi schen Darstellungen zeigen deutlich, dass die beste
Bleichbarkeit erreicht wird, wenn im Wesentlichen DOM-freie Lauge
als Kochlauge verwendet wird. Wird daher Lauge entnommen, die einen
Gehalt an gelösten
organischen Materialien aufweist, der hoch genug ist, um die Bleichbarkeit
des Zellstoffs negativ zu beeinflussen, und wird ein Teil oder die
gesamte Menge der entnommenen Lauge durch Lauge ersetzt, die einen
deutlich geringeren Gehalt an wirksamen gelösten organischen Materialien
enthält,
kann die Bleichbarkeit des hergestellten Zellstoffs signifikant
erhöht
werden, beispielsweise bei einem vorgegebenen Vollsequenz-Kappa-Faktor
um zumindest eine ISO-Weißegrad-Einheit.
Die Daten zeigen, dass es alternativ möglich ist, einen spezifischen
ISO-Weißegrad
unter Verwendung einer geringeren Menge an chemischem Bleichmittel
zu erreichen. Der Graph 105 zeigt jedoch an, dass wärmebehandelte Schwarzlauge
zwar die Delignifizierung verbessert (vgl. 2), das
Rest-Lignin aber nicht einfach entfernt werden kann. Behandelte
Schwarzlauge ist daher möglicherweise
bei der Verwendung als Verdünnungslauge nicht
wünschenswert,
wenn eine verbesserte Bleichbarkeit gewünscht ist, stattdessen wären Wasser,
im Wesentlichen DOM-freie Weißlauge
und Filtrat (wie auch Kombinationen daraus) besser geeignete Verdünnungslaugen.
Die wärmebehandelte
Lauge kann jedoch für
Zellstoff verwendet werden, der nicht gebleicht werden muss, beispielsweise
für ungebleichte
Qualitäten.
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Wie
oben bereits ausgeführt,
scheint eine reduzierte DOM-Konzentration
in der Aufschlusslauge den deutlichsten Effekt auf die Festigkeit
des Zellstoffs zu haben. Das wird durch Daten weiter gestützt, die
graphisch in den 8 bis 12B dargestellt
sind. Sämtliche
dieser Daten betreffen dieselbe Lieferung aus Zeder, Fichte, Kiefer
und Tanne, die vorstehend unter Bezug auf die 4 bis 7 erläutert ist,
und die Daten zeigen, dass unter denselben Kochbedingungen die Durch reißfestigkeit
signifikant zunimmt, wenn die DOM-Menge abnimmt. Beispielsweise
zeigt 8, dass die Reißfestigkeit bei 11 km Reißlänge für die Labor-Kochproben,
die dort dargestellt sind, zunimmt (vgl. Linie 106), wenn
die Menge an Prozesslauge abnimmt (und daher die Menge an im Wesentlichen
DOM-freier Weißlauge
zunimmt). 9 zeigt dasselbe Grundprinzip
durch die Linie 107, die den Prozentsatz an Prozesslauge
gegen die Durchreißfestigkeit
bei 600 CSF aufträgt.
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Die
unten stehende Tabelle 2 zeigt die Durchreißfestigkeit bei zwei Reißlängen für Kochproben,
die mit verschiedenen Laugen hergestellt worden sind, wobei eine
Durchreißfestigkeit
eines in einer Papiermühle hergestellten
Zellstoffs zum Vergleich mit angegeben ist. Die Daten von den Kochproben
2 und 3 zeigen eine zwanzigprozentige (20%) Zunahme der Durchreißfestigkeit
bei 10 km Reißlänge für die Labor-Kochprobe
bei Verwendung von im Wesentlichen DOM-freier Weißlauge im
Vergleich mit der Labor-Kochprobe, die Prozesslauge verwendet, und
eine zwölfprozentige
(12%) Steigerung der Durchreißfestigkeit
bei einer Reißlänge von 11
km. Die Labor-Kochproben 4, 5 und 6 in Tabelle 2 zeigen das Ergebnis
beim Ersetzen von DOM-freier Lauge in ausgewählten Teilen des Kochers durch
entsprechende Prozesslauge. So ersetzte beispielsweise bei der Kochprobe
4 die Lauge aus der Zirkulationsleitung am Boden die im Labor hergestellte
Lauge in der der Zirkulation am Boden entsprechenden Stufe im Labor-Kochvorgang.
Auf gleiche Weise wurde bei der Kochprobe 5 Prozesslauge von der
Zirkulation am Boden und Prozesslauge aus einem modifizierten Kochverfahren
(modified cook) im Labor-Kochverfahren dann verwendet, wenn sich
der Kochvorgang in dem Stadium befindet, der die Verhältnisse
bei der Zirkulation am Boden bzw. die bei einem modifizierten Kochvorgang
nachstellt, wohingegen im Wesentlichen DOM-freie Lauge während der
anderen Stufen verwendet wurde. Die in Tabelle 2 gezeigten Daten
zeigen, dass das Minimieren von DOM während des gesamten Kochvorgangs
und nicht nur während
der späteren
Stufen kritisch ist, und unterstützt
vollständig
die Analyse, die oben im Zusammenhang mit den 2 und 3 abgegeben
worden ist.
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Die 10A bis 12B zeigen
den Einfluss von gelösten
organischen Materialien auf die Festigkeit von gebleichtem Zellstoff. 10A zeigt den Durchreißfaktor und die Reißfestigkeit
für ungebleichten
Zellstoff, eine Linie 108 zeigt das gleiche für Zellstoff,
der durch im Wesentlichen DOM-freie
Laborlauge hergestellt wurde, eine Linie 109 zeigt das
gleiche für
den Fall, dass unter Druck wärmebehandelte
Schwarzlauge verwendet wird, und eine Linie 110 bezieht
sich auf konventionelle Prozesslauge. 10B zeigt
die Abhängigkeit
des Durchreißfaktors
von der Reißlänge, nachdem
die Zellstoffe, die in 10A graphisch
dargestellt sind, unter Verwendung der Labor-Bleichsequenz gemäß DE0 D(nD)
gebleicht worden sind. Eine Linie 111 zeigt den Zellstoff,
der mit im Wesentlichen DOM-freier Weißlauge hergestellt und anschließend gebleicht
worden ist. Eine Linie 112 zeigt den Zellstoff, der unter
Verwendung von unter Druck erhitzter Prozesslauge hergestellt wurde und
eine Linie 113 zeigt einen mit herkömmlicher Prozesslauge hergestellten,
gebleichten Zellstoff, wohingegen eine Linie 114 zum Vergleich
die Festigkeit des mit Prozesslauge hergestellten Zellstoffs zeigt,
der dem Decker entnommen und anschließend gebleicht worden ist. 10B zeigt, dass nicht nur der mit im Wesentlichen
DOM-freier Lauge gekochte Zellstoff stärker ist als der Zellstoff,
der mit Prozesslauge gekocht worden ist, sondern auch, dass die
relative Festigkeit auch nach dem Bleichen erhalten bleibt. Der
Zellstoff, der unter Verwendung von wärmebehandelter Lauge hergestellt
worden ist, hält
auch seine höhere
Festigkeit nach dem Bleichen im Vergleich zu dem Zell stoff, der
unter Verwendung von Prozesslauge gekocht wurde, obwohl der Unterschied
nach dem Bleichen minimal ist.
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Tabelle
2 Effekt gelöster
organischer Materialien auf die Durchreißfestigkeit von Zellstoff für ein Hemlock-Ausgangsmaterial
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Die 11A und 11B zeigen
die Ergebnisse von Untersuchungen der gleichen Koch-/Bleichproben
wie 10A und 10B,
nur dass der Durchreißfaktor
gegen den Mahlgrad gemäß dem kanadischen Standard
(Canadian standard freeness, CSF) aufgetragen ist. Eine Linie 115 bezeichnet
im Wesentlichen DOM-frei hergestellten Zellstoff, eine Linie 116 bezeichnet
Zellstoff, der unter Verwendung von unter Druck wärmebehandelter
Prozesslauge hergestellt worden ist, eine Linie 117 bezeichnet
Zellstoff, der unter Verwendung von Prozesslauge aus einer Papiermühle hergestellt
ist, eine Linie 118 bezeichnet gebleichten, im Wesentlichen
DOM-frei hergestellten gebleichten Zellstoff, eine Linie 119 bezeichnet
Zellstoff, der unter Verwendung von unter Druck wärmebehandelter
Lauge hergestellt und gebleicht worden ist, eine Linie 120 bezeichnet gebleichten,
unter Verwendung von Prozesslauge aus einer Papiermühle hergestellten
Zellstoff und eine Linie 121 bezeichnet Zellstoff, der
mit beim „Mill-Decker" entnommener Lauge
hergestellt wurde.
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Die 12A und 12B zeigen
Graphen der gleichen Koch-/Bleichproben wie die in den 10A und 10B gezeigten,
wobei lediglich die Reißlänge gegen
den Mahlgrad aufgetragen ist. Eine Linie 122 bezieht sich
auf einen Zellstoff, der unter Verwendung von Prozesslauge aus einer
Papiermühle
hergestellt worden ist, eine Linie 123 bezieht sich auf
einen Zellstoff, der unter Verwendung einer Prozesslauge aus einer
Papiermühle
hergestellt worden ist, die unter Druck wärmebehandelt worden ist, eine
Linie 124 bezieht sich auf einen Zellstoff, der unter Verwendung
im Wesentlichen DOM-freier Lauge hergestellt worden ist, eine Linie 125 bezieht
sich auf einen gebleichten Zellstoff, der unter Verwendung einer
Prozesslauge aus einer Papiermühle hergestellt
worden ist, eine Linie 126 bezieht sich auf einen Zellstoff,
der unter Verwendung von im Wesentlichen DOM-freier Lauge gekocht
worden ist, eine Linie 127 bezieht sich auf einen Zellstoff,
der unter Verwendung einer Lauge hergestellt wurde, die am Decker
entnommen wurde, und eine Linie 128 bezieht sich auf einen
gebleichten Zellstoff, der unter Verwendung einer Prozesslauge aus
einer Papiermühle
hergestellt worden ist, die unter Druck wärmebehandelt worden ist. Die 12A und 12B zeigen,
dass die Reißlänge sowohl
für Zellstoff,
der unter Verwendung von wärmebehandelter
Lauge gekocht worden ist, als auch für Zellstoff, der unter Verwendung
von im Wesentlichen DOM-freier Lauge hergestellt worden ist, abnimmt,
obwohl die 12B zeigt, dass das Bleichen
die relative Zugfestigkeit des Zellstoffs, der unter Verwendung
der wärmebehandelten
Lauge hergestellt worden ist, auf unter den Wert für Zellstoff
reduziert, der durch DOM-freie Lauge hergestellt worden ist. Wie
oben bereits ausgeführt,
kann der Prozess, der wärmebehandelte
Lauge einsetzt, für
ungebleichte Zellstoffe geeignet sein.
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Die
im Labor hergestellten Kochproben, die oben diskutiert werden, simulieren
alle den Aufschluss-Ablauf eines kontinuierlichen MCC®-Kochers
der Kamyr Inc. Jeder Labor-Kochvorgang weist eine zugehörige Tränkungs-Stufe,
eine Koch-Stufe im Gleichstrom, eine MCC®-Koch-Stufe
im Gegenstrom und eine Wasch-Stufe im Gegenstrom auf. Typische DOM-Konzentrationen,
die auf tatsächlichen
Laugen-Analysen beruhen, sind in 13 für Labor-Kochproben
für drei
verschiedenen Quellen für
die Lauge gezeigt. Die Linie 130 steht für Lauge
aus einer Papiermühle,
Linie 131 steht für
50% Lauge aus einer Papiermühle
und 50% im Wesentlichen DOM-freie Labor-Weißlauge und die mit 132 gekennzeichneten
Kreuze stehen für 100 im
Wesentlichen DOM-freie Labor-Weißlauge. Es ist anzumerken,
dass in 13 zum Zeitpunkt t = 0, dem
Beginn der Tränkung,
alle Labor-Laugen DOM-frei waren. Dieses Vorgehen wurde gewählt, da
kein verlässliches
Verfahren existiert, um eine Probe der Lauge in dieser Stufe des
Kochvorgangs in der Papiermühle
zu ziehen. Die DOM-Konzentrationen der Kochproben mit der Lauge
aus einer Papiermühle
und der 50/50-Mischung sind daher am Ende der Tränkung niedriger als für diesen
Datensatz zu erwarten wäre
und eher repräsentative
Konzentrationen sind extrapoliert worden und in Klammern in 13 gezeigt. 13 zeigt,
wie jede der Konzentrationen einem konsistenten Trend über den
Verlauf des Kochvorgangs folgt, wobei die Konzentrationen graduell
ansteigen, bis die Extraktions-Stufe erreicht ist, und dann während der
Gegenstrom-MCC®-
und Wasch-Stufen graduell abnehmen. Selbst bei einer im Wesentlichen
DOM-freien Quelle an Lauge wird natürlich DOM in die Lauge abgegeben,
wenn der Kochprozess fortschreitet.
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14 zeigt
ein exemplarisches kontinuierliches Kochersystem 133, das
die Techniken der Erfindung verwendet, um Zellstoff mit einer verbesserten
Festigkeit herzustellen. Die Ausführungsform nach 14 ist hier
für Zwecke
des Verweises aufgenommen worden und stellt Hintergrundinformationen
für die
vorliegende Erfindung zur Verfügung.
Das System 133 umfasst einen kontinuierlichen hydraulischen
Zwei-Kessel-Kocher der Kamyr Inc. mit MCC®-Cooking,
wobei der Tränkungskessel
in 14 nicht gezeigt ist, aber ein kontinuierlicher
Kocher 134 dargestellt ist. 14 zeigt
einen Umbau des herkömmlichen
MCC®-Kochers 134,
um das Verfahren mit dem geringeren DOM-Gehalt gemäß der vorliegenden
Erfindung durchzuführen.
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Der
Kocher 134 umfasst einen Einlass 135 an dessen
Oberteil und einen Auslass 136 für hergestellten Zellstoff an
seinem Boden. Eine Schlämme
zerkleinerten Zellulosefasermaterials (Holzschnitzel) wird von dem Tränkungsbehälter durch
eine Leitung 137 einem Einlass 135 zugeführt. Eine
obere Siebanordnung 138 zieht einen Teil der Lauge von
der zugeführten
Schlämme
aus der Leitung 137 ab, die zurück in die Boden-Zirkulations-Heizer
und den Tränkungsbehälter zurückgeführt wird.
Unterhalb der oberen Siebanordnung 138 befindet sich eine
Extraktionssiebanordnung 140, die eine Leitung 141 umfasst,
die sich von dort aus erstreckt und zu einem ersten Entspannungsbehälter 142,
typischerweise aber zu einer Reihe von Entspannungsbehältern führt. Unterhalb
der Extraktionssiebanordnung 140 befindet sich eine Kochsiebanordnung 143,
die zwei Leitungen aufweist, die sich von ihr aus erstrecken, wobei
eine Leitung 144 dem Abziehen dient (und mit der Leitung 141 zusammenläuft) und
wobei die andere Leitung 145 zu einer Pumpe 145' führt. Ein
Ventil 146 kann bei der Verbindungsstelle der beiden Leitungen 144, 145 vorgesehen
sein, um die Menge an Lauge zu variieren, die in jede der beiden
Lei tungen fließt.
Die Lauge in der Leitung 145 passiert einen Heizer 147 und
gelangt in eine Leitung 148, um in das Innere des Kochers 134 über eine
Leitung 151 zurück
zu fließen,
die sich ungefähr
auf der Höhe
der Kochsiebanordnung 134 befindet. Eine Abzweigungsleitung 149 kann
ebenfalls zurückgeleitete
Flüssigkeit
in die Leitung 150 ungefähr auf Höhe der Extraktionssiebe 140 einspeisen.
Unterhalb der Kochsiebanordnung 134 befindet sich die Waschsiebanordnung 152,
wobei eine Abzugsleitung 153 zu einer Pumpe 154 führt und
Lauge durch einen Heizer 155 zu einer Leitung 156 leitet,
um Lauge von dort aus über
die Leitung 157 ungefähr
auf Höhe
des Siebs 152 in das Innere des Kochers 134 zurück zu führen.
-
Für das System 133 hat
die Mühle
zum gegenwärtigen
Zeitpunkt die Produktion des Kochers auf eine Rate erhöht, die
oberhalb der Produktions-Rate liegt, für die sie ausgelegt worden
ist und die Produktion wird zum gegenwärtigen Zeitpunkt durch das
Volumen an Lauge begrenzt, die abgezogen werden kann. Diese Begrenzung
kann dadurch umgangen werden, indem Techniken gemäß der Erfindung
angewendet werden, wie beispielsweise in 14 gezeigt.
Da die Entnahmemenge durch Leitung 141 begrenzt ist, wird
diese gemäß der Erfindung
dadurch gesteigert, dass auch aus der Leitung 144 Lauge
entnommen wird. Unter Verwendung der Erfindung kann beispielsweise
die Entnahmerate typischerweise ungefähr 2 Tonnen Lauge pro Tonne
Zellstoff betragen. Tatsächlich
wird eine Tonne Lauge pro Tonne Zellstoff bei der Leitung 144 entnommen
und durch Verdünnungslauge
(Waschlauge) aus der Quelle 158 ersetzt. Das wird in 14 dadurch
erreicht, dass die Waschlauge (beispielsweise Filtrat-Wasser) aus
der Quelle 158 durch eine Pumpe 159 und ein Ventil 160 fließt, wobei
der überwiegende
Anteil der Waschlauge (beispielsweise 1,5 Tonnen Lauge pro Tonne
Zellstoff) durch eine Leitung 161 in den Boden des Kochers
eingeführt
wird, wohingegen der Rest (beispielsweise eine Tonne Lauge pro Tonne
Zellstoff) über
die Leitung 162 in die Leitung 145 geführt wird,
um so die Verdünnungslauge
zur Verfügung
zu stellen. Die im Wesentlichen DOM-freie Weißlauge aus Quelle 156 wird
zudem durch die Leitung 164 der Leitung 145 zugeführt, bevor
diese in den Heizer 147 mündet und durch die Leitungen 150 und/oder 151 zu
dem Kocher zurückgeführt wird.
Natürlich
kann auch Weißlauge
durch die Leitung 153 in den Wasch-Umlauf gegeben werden
(vgl. Leitung 165), um ein MCC®-Kochen
zu bewirken. Die Fluss-Pfeile 166 deuten die Gegenstrom-Zone
in dem Kocher 134 an. Aufgrund der Veränderungen, die in 14 dargestellt sind,
enthält
der Fluss im Gegenstrom in der MCC®-Kochezone 167 sauberere,
DOM-reduzierte Lauge, was zu verbesserten Ergebnissen in der Festigkeit
des Zellstoffs führt
und in diesem Fall zudem eine Steigerung der Produktionsrate in
dem Kocher 134 erlaubt.
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Der
Effekt der Modifikationen, die die DOM-Konzentration betreffen und
die in 14 dargestellt sind, wurde unter
Verwendung eines dynamischen Computer-Modells eines kontinuierlichen
Kochers der Kamyr Inc. untersucht. Vorläufige Ergebnisse dieser theoretischen
Untersuchungen sind schematisch in 15 gezeigt. 15 vergleicht Änderungen
in der DOM-Konzentration in einem herkömmlichen MCC®-Kocher
mit dem Kocher, der in 14 gezeigt ist, wobei die Ergebnisse
für den
konventionellen MCC®-Kocher durch die Kurve 168 und
die Ergebnisse für
den Kocher gemäß 14 durch
die Kurve 169 dargestellt sind. Wie in 15 zu
sehen ist, fällt
die DOM-Konzentration an der Siebanordnung 143 aufgrund
der Zugabe von DOM-reduzierter Verdünnungslauge dramatisch ab,
was zudem die DOM-Konzentration im Rückstrom der Gegenstromzone,
der nach oben auf die Extraktionssiebanordnung 140 zufließt, reduziert.
Die nach unten fließende,
den Gegenstrom bildende Waschlauge enthält zudem weniger DOM, da weniger
DOM mit dem Zellstoff mitgeführt
wird. Die Graphen 170, 171, die Teile der Kurven 168, 169 sind,
zeigen, dass in der Gegenstrom-Kochzone
die DOM-Konzentrationen stets in der Richtung des Laugenstroms zunimmt.
Das heißt,
dass der Gegenstrom Zellstoff aufschließt und lösliches organisches Material
ansammelt, während
er durch die nach unten strömende
Masse an Holzspänen
strömt.
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Die 14 und 15 zeigen
daher den dramatischen Einfluss auf das DOM-Profil in einem kontinuierlichen
Kocher, wenn nur ein Mal Lauge entnommen und verdünnt wird,
wobei die daraus resultierende DOM-Reduktion einen damit zusammenhängenden
dramatischen Effekt auf die resultierende Festigkeit des Zellstoffs
haben kann.
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16 zeigt
eine weitere Variante einer Papiermühle, die Techniken gemäß der Erfindung
implementiert. Die Ausführungsform
gemäß 16 ist
in diese Beschreibung ebenfalls für Zwecke der Bezugnahme aufgenommen
und stellt Hintergrundinformationen für die vorliegende Erfindung
bereit. Die Ausführungsform zeigt
zudem einen Kocher 134, der einen Teil eines hydraulischen
Zwei-Kessel-Kochers darstellt. Da etliche der Komponenten, die in
den 14 und 18 dargestellt
sind, die gleichen sind, sind sie durch die gleichen Bezugszeichen
bezeichnet. Lediglich die Unterschiede der einen Ausführungsform
von der anderen werden im Detail beschrieben.
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In
der Ausführungsform
nach 16 tritt eine noch deutlichere DOM-Reduktion ein.
In dieser Ausführungsform
sind die Siebe 140, 143 im Vergleich zu der in 14 gezeigten
Ausführungsform
in umgekehrter Reihenfolge angeordnet und es ist zudem eine weitere
Siebanordnung 137 zwischen den Siebanordnungen 138, 143 vorgesehen.
Die Siebanordnung 173 ist eine Ausgleichssiebanordnung;
die Abziehleitung 147, die sich von dort aus erstreckt,
stellt eine erfindungsgemäße Möglichkeit
zum Abziehen bereit und endet im Entspannungsbehälter 142.
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In
der Ausführungsform
nach 18 werden, als ein spezielles Beispiel für den Betrieb,
zwei Tonnen Lauge pro Tonne Zellstoff durch eine Leitung 174 entnommen
und vier Tonnen Lauge pro Tonne Zellstoff werden durch die Leitung 141 entnommen.
Durch eine Leitung 162 wird Verdünnungslauge und durch eine
Leitung 164 wird im Wesentlichen DOM-freie Weißlauge zugeführt. Das
führt zu
den in 16 gezeigten Strömungen 176, 177,
so dass der Kocher 134 auch als Mitstrom-Gegenstrom-Mitstrom-Gegenstrom-Fluss-Kocher
bezeichnet werden kann (was auch als kontinuierliches Alternierend-Fluss-Kochen bezeichnet
werden kann).
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17 zeigt
ein erstes Kocher-System 179 gemäß der vorliegenden Erfindung.
In diesem Zwei-Kessel-System ist der Tränkungskessel 180 gezeigt,
der einen Einlass 181 an dessen Oberteil und einen Auslass 182 an
dessen Boden aufweist. Flüssigkeit,
die an einer Stelle 183 abgezogen wird, wird zu dem herkömmlichen
Hochdruck-Beschicker zurückgeführt, wohingegen
Weißlauge
an einer Stelle 184 zugeführt wird. Lauge, die an einer
Stelle 185 abgezogen wird, kann zu einem Zuführ-Punkt geleitet werden,
der sich zwischen dem ersten Entspannungstank 186 und einem
zweiten Entspannungstank 187 befindet. Die Schlämme aus
der Leitung 182 wird an einer Stelle 188 in das
Oberteil des Kochers 189 eingeleitet, das eine „Stilling-well"-Anordnung 190 aufweist,
von der Lauge an der Stelle 191 abgezogen wird, die zu
dem Boden des Tränkungskessels 180 zurückgeleitet
wird. Die Lauge wird in einem Heizer 192 beim Zurückleiten
erhitzt.
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Der
Kocher 189 weist zudem eine Ausgleichsumlaufsiebanordnung 194 auf,
wobei von dort entnommene Flüssigkeit 195 mit
der zurückgeleiteten
Flüssigkeit
in der Leitung 191 zusammengeführt wird. Eine Kochsiebanordnung 196 ist
unterhalb der Ausgleichsumlaufsiebanordnung 184 vorgesehen,
wobei abgezogene Flüssigkeit
in eine Leitung 197 durch ein Ventil 198 in eine
Leitung 199 geleitet wird, wobei optional ein Teil der
Flüssigkeit,
die das Ventil 198 passiert hat, in eine Leitung 200 und
zu dem Entspannungsbehälter 186 geleitet
wird. Die Flüssigkeit
in der Leitung 199 wird mit Flüssigkeit, die einen geringeren
DOM-Gehalt aufweist, wie beispielsweise die im Wesentlichen DOM-freie
Weißlauge 201 oder
das Filtrat 202, verdünnt,
bevor sie durch einen Heizer 203 fließt und durch eine Leitung 204,
die sich ungefähr
auf Höhe
der Siebanordnung 196 befindet, in den Kocher 189 zurückgeführt wird.
Die Extraktionssiebanordnung 206 weist eine Abzugs-Leitung 207 auf,
die von dort aus zum Entspannungsbehälter 186 führt. Die
Waschsiebanordnung 208 umfasst eine Rückleitung 209, in
die Weißlauge
an einer Stelle 210 zugefügt werden kann, bevor die Lauge
durch einen Heizer 211 fließt, um danach durch eine Leitung 212 zurückgeführt zu werden,
die sich ungefähr
auf Höhe
der Waschsiebanordnung 203 befindet. Filtrat, das eine
Waschlauge zur Verfügung
stellt, wird an einer Stelle 213 zugefügt, wohingegen der hergestellte
Zellstoff durch die Leitung 193 abgezogen wird.
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Es
ist anzumerken, dass das System 179 in der Lage ist, Material
durch die Leitung 197 und durch das Ventil 198 in
die Leitung 210 abzuziehen. Die Verdünnungsflüssigkeit in Form von Filtrat
wird vorzugsweise an der Stelle 214 in die Leitung 182 abgegeben,
wohingegen im Wesentlichen DOM-freie Weißlauge an der Stelle 214' hinzugefügt wird.
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18 zeigt
einen hydraulischen Ein-Kessel-Kocher, der gemäß der Lehre der vorliegenden
Erfindung verändert
worden ist, wobei diese Veränderung
zudem zwei Sätze
an Kochsieben umfasst, wie sie auch konventionell vorgesehen sind.
Das steigert die Möglichkeiten,
an zwei zusätzlichen
Orten entnommene und verdünnte
Lauge zuzufügen.
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Die
hydraulische Ein-Kessel-Kocheranordnung 215 umfasst die
konventionellen Komponenten eines Schnitzel-Behälters 216, eines Dampfkessels 217,
einer Hochdruck-Übertragungsvorrichtung
(Beschicker) 218, einer Leitung 219 zum Zuführen einer
Schlämme
aus Zellulosefasermaterial in das Oberteil 220 des kontinuierlichen
Kochers 221 und eine Abzug-Leitung 222 für hergestellten
Zellstoff am Boden des Kochers 221. Ein Teil der Flüssigkeit
ist durch eine Leitung 223 abgezogen und zu dem Hochdruck-Beschicker 218 zurückgeführt worden.
Die Kochsiebe befinden sich unterhalb der Leitung 223,
zum Beispiel unterhalb der ersten Kochsiebanordnung 224 und
der zweiten Kochsiebanordnung 225.
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Der
ersten Kochsiebanordnung 224 ist ein erstes Mittel zum
Zurückleiten
des ersten Teils von Flüssigkeit
zugeordnet, die aus der Kochsiebanordnung 224 im Inneren
des Kochers 221 abgezogen ist, das eine Leitung 226,
eine Pumpe 227, einen Heizer 228 und eine Rückführleitung 229 umfasst,
die ungefähr
auf Höhe der
Siebanordnung 224 verläuft.
Ein Ventil 230 kann vorgesehen sein, um Material vor dem
Heizer 228 zu entnehmen und einer Leitung 231 zuzuführen, während Verdünnungsflüssigkeit,
wie beispielsweise Weißlauge (beispielsweise
10% der gesamten verwendeten Weißlauge) durch eine Leitung 232 unmittelbar
vor dem Heizer 228 zugefügt wird.
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Ein
zweites Mittel zum Zurückleiten
eines Teils von abgezogener Lauge und zum Entnehmen von anderer,
abgezogener Lauge ist für
die zweite Kochsiebanordnung 225 vorgesehen. Das zweite
System umfasst die Leitung 235, eine Pumpe 236,
einen Heizer 237, ein Ventil 238 und eine Rückführleitung 239.
Ein Teil der Flüssigkeit
wird in der Leitung 242 mit Verdünnungsflüssigkeit angereichert, während Verdünnungsflüssigkeit in
der Form von Weißlauge
der Leitung 241 zugegeben wird und wobei ein Teil der Lauge
durch die Leitung 240 entnommen wird. Auf diese Weise wird
die DOM-Konzentration in der Kochzone, die sich benachbart zu den
Siebanordnungen 224, 225 befindet, deutlich reduziert.
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Unterhalb
der zweiten Kochsiebanordnung 235 ist eine Extraktionssiebanordnung 245 angeordnet,
die eine Leitung 246 aufweist, die sich von dieser ausgehend
auf ein Ventil 247 zu erstreckt. Von dem Ventil 247 verläuft ein
Abzweig 248 zu einem Entspannungsbehälter 249 eines Wiedergewinnungs-Systems,
das typischerweise einen zweiten Entspannungsbehälter 250 umfasst.
Ein Teil der Lauge in der Leitung 246 kann durch das Wegeventil 247 in
die Leitung 241 zurückgeleitet
werden.
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Der
Kocher 211 umfasst des Weiteren eine dritte Siebanordnung 253,
die unterhalb der Extraktionssiebanordnung 245 angeordnet
ist, und die ein Ventil 254 umfasst, das einen Abzweig
in eine Abzieh-Leitung 255 und in eine Entnahme-Leitung 256 bildet.
Das heißt,
dass in Abhängigkeit
von den Stellungen der Ventile 247, 254 Flüssigkeit
aus der Leitung 246 in die Leitung 255 oder aus
der Leitung 256 in die Leitung 248 fließen kann.
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Die
Leitung 255 ist durch eine Pumpe 257 mit einem
Heizer 260 und einer Rückleitung 261 verbunden, die
ungefähr
auf Höhe
der dritten Siebanordnung 253 verläuft. Verdünnungslauge wird vor dem Heizer 260 der Leitung 255 zugeführt, wobei
Lauge (beispielsweise ungefähr
15% der Weißlauge,
die für
den Koch-Prozess verwendet
wird) über
eine Leitung 258 zugeführt
wird und wobei Verdünnungsflüssigkeit,
wie beispielsweise Wasch filtrat aus einer Quelle 243 über die
Leitung 259 zugeführt
wird.
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Der
Kocher 221 kann zudem eine Waschsiebanordnung 263 umfassen,
die eine Abziehleitung 264 umfasst, der Weißlauge aus
einer Quelle 233 über
eine Leitung 265 (beispielsweise in einem Umfang von 15% der
Gesamt-Weißlauge
für den
Prozess) zugeführt
werden. Eine Pumpe 266, ein Heizer 267 und eine
Rückleitung 268 zum
erneuten Zuführen
abgezogener Flüssigkeit
ungefähr
auf Höhe
der Siebanordnung 263 sind zudem vorgesehen. Unterhalb
der Siebanordnung 263 wird zusätzlich durch eine Leitung 269,
die mit einer Waschfiltrat-Quelle 243 verbunden ist, Waschfiltrat
zugegeben.
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In
einem beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahren werden 55% der
Weißlauge,
die für
die Behandlung des Zellstoffs verwendet wird, durch eine Leitung 271 zugeführt, um
die Schnitzel zu tränken,
während
sie von der Hochdruck-Transfervorrichtung 218 transportiert
und in die Leitung 219 eingeschleust werden, wobei 5% dem
Hochdruck-Beschicker 218 über eine Leitung 272 zugefügt werden,
kollektiv 10% den Leitungen 232, 241 zugeführt werden
(beispielsweise jeder 5%) und wobei 15% in jede der Leitungen 258, 265 zugeführt werden.
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Beim
Betrieb der hydraulischen kontinuierlichen Ein-Kessel-Kocheranordnung 215 gemäß 18 wird
ein niedriger Gehalt an gelösten
organischen Materialien gehalten und es ist möglich, diese auf eine Vielzahl
von Weisen zu betreiben. Beispielsweise ist zumindest eine der folgenden
Betriebsweisen möglich:
- (A) Erweitertes modifiziertes kontinuierliches
Kochen (extended modified continuous cooking) mit Entnahme an den
unteren Kochsieben und Verdünnung:
in diesem Betriebsmodus arbeitet der Kocher 221 mit einer
herkömmlichen
Entnahme durch die Leitung 246 und unter erweitertem modifiziertem
kontinuierlichen Kochen, wobei Weißlauge an Punkten 232, 258 und 265 zugeführt wird.
Entnahme findet zudem durch die Leitung 240 statt, wobei
entsprechende Verdünnungslauge
am Punkt 242 aus dem Waschfiltrat 243 hinzugefügt wird,
was zu einem Fluss an DOM-reduzierter Lauge führt, der entweder im Gegenstrom
oder im Mitstrom zwischen der Extraktionssiebanordnung 245 und
der unteren Kochsiebanordnung 225 stattfindet. Ob der Fluss
als Gegenstrom oder als Mitstrom ausgebildet ist, hängt von
den Werten der Entnahme an den Punkten 240, 246 ab.
- (B) Erweitertes modifiziertes kontinuierliches Kochen (extended
modified continuous cooking) mit Entnahme aus der modifizierten
kontinuierlichen Koch-Zirkulation (modified continuous cooking circulation):
in diesem Modus werden alle Ströme,
die soeben mit Bezug auf (A) beschrieben worden sind, verwendet,
und zusätzlich
wird eine Entnahme durch die Leitung 256 durchgeführt, wobei
die Ventile 247, 254 so geregelt bzw. gesteuert
werden, dass sie es einem Teil der Flüssigkeit aus der dritten Siebanordnung 253 (der
modifizierten Siebanordnung für
kontinuierliches Kochen) in die Leitung 248 zu fließen. Durch
die Leitung 259 wird Verdünnungsflüssigkeit hinzugefügt, um diese
Entnahme auszugleichen, was gleichzeitig zu einem Gegenstrom an
Flüssigkeit
zwischen den Siebanordnungen 245, 253 führt, der
einen reduzierten DOM-Gehalt aufweist.
- (C) Verdrängungs-Tränkung und
Entnahme-Verdünnung
in den oberen Kochsieben: diese Betriebsweise kann alleine oder
zusammen mit einem konventionellen erweiterten modifizierten kontinuierlichen
Kochprozess oder zusätzlich
zu den Betriebsweisen (A) und (B), die oben beschrieben sind, verwendet
werden. Diese Betriebsweise umfasst die Entnahme unter der Kontrolle
von Ventil 230 an der oberen Siebanordnung 224,
wie durch eine Linie 231 angedeutet ist und ein Verdünnen mit
Weißlauge
in der Leitung 232. Mittels der Leitung 259 (in 18 nicht
gezeigt) kann eine zusätzliche
Verdünnung
bereitgestellt werden. Das führt
zu einer Verdrängungs-Tränkung, die
dann eintritt, wenn ein Gegenstrom-Fluss am Einlass des Kochers
nicht durch eine Entnahme, sondern durch den Lauge-Gehalt der eintretenden
Schnitzel verursacht wird. Ein niedriger Gehalt an Lauge in den
Schnitzeln führt
dazu, dass der hydraulisch gefüllte
Kocher 221 gezwungen ist, den Fluss der Verdünnungslauge
zurück
in den Einlass 220 zu drücken, was dazu führt, dass
ein Gegenstrom aus Lauge entsteht, die einen geringen Gehalt an
gelösten
organischen Materialien aufweist.
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Das
System 215, das in 18 gezeigt
ist, ist nicht auf die Betriebsweisen A bis C, wie sie oben beschrieben
sind, beschränkt,
aber diese Betriebsweisen stehen exemplarisch für die vielen modifizierten
Formen, die der Fluss annehmen kann, um das Prinzip der geringen
Konzentration an gelösten
organischen Materialien gemäß der vorliegenden
Erfindung umzusetzen, um Zellstoff mit einer verbesserten Festigkeit
herzustellen.
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Es
ist anzumerken, dass alle Ausführungsformen
der 14 und 16 bis 18 bei
bestehenden Papiermühlen
nachgerüstet
werden können
und dass die genauen Details darüber,
wie die verschiedenen Anlagen verwendet werden, von der jeweiligen
Pa piermühle
abhängen,
in die die Technologie implementiert werden soll. Alle Nachrüstungen
werden jedoch zu den Vorteilen eines reduzierten Gehalts an gelösten organischen
Materialien führen,
die oben beschrieben sind, beispielsweise eine verbesserte Festigkeit,
eine verbesserte Bleichbarkeit und ein geringerer Verbrauch an Alkali
und/oder einem geringeren H-Faktor.
Das kann mit Bezug auf die 19 bis 23 am
besten für
die Konfiguration nach 17 gezeigt werden.
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In 17 wird
die an der Stelle 185 stattfindende Entnahme als die erste
Entnahme aufgefasst, die an der Stelle 200 stattfindende
Entnahme wird als die zweite Entnahme aufgefasst, die an der Stelle 207 stattfindende
Entnahme wird als die dritte Entnahme aufgefasst, die an der Stelle 214 stattfindende
Verdünnung wird
als die erste Verdünnung
betrachtet, die an der Stelle 202 stattfindende Verdünnung wird
als die zweite Verdünnung
betrachtet und die an der Stelle 213 stattfindende Verdünnung wird
als dritte Verdünnung
betrachtet.
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In 19 wird
ein aufgrund einer Computer-Simulation erhaltener Vergleich der
DOM-Profile für
einen Standard-EMCC®-Kochprozess gemäß der Erfindung gezeigt, die
unter Verwendung der Vorrichtung gemäß 17 unter
Verwendung eines erweiterten Mitstrom-Kochprozesses erhalten worden
sind. In einem Standard-EMCC®-Kochprozess findet die
Entnahme an den herkömmlichen
Extraktionssieben statt und Weißlauge wird
der herkömmlichen
Koch-Zirkulation und Wasch-Zirkulation hinzugefügt, wobei der Laugen-Strom
vom Oberteil des Kochers zu den herkömmlichen Extraktionssieben
ein Mitstrom ist, wohingegen der Fluss im Rest des Kochers ein Gegenstrom
ist. Gemäß der erweiterten
Gegenstrom-Betriebsweise gemäß 19 ist
die dritte Entnahme 207 die primäre Entnahme, so dass Mitstrom-Kochen über den
gesamten Weg zur Siebanordnung 206 stattfindet. 19 zeigt
das herkömmliche
EMCC®-Kochen durch
den Graphen 275 und das Kochen gemäß der erweiterten Mitstrom-Koch-Betriebsweise
durch den Graphen 276. In dem Computermodell, das zur Herstellung
des Graphen in 19 verwendet worden ist, wurde
die Tonnagen-Rate zu 1200 ADMT/d (air dry metric tonnage, Masse
des luftgetrockneten Ausgangsmaterial in Tonnen pro Tag) gewählt, die
Verteilung von Weißlauge
betrug 60% während
der Tränkung 184,
5% in der Zirkulationsleitung am Boden 214', 15% in der MCC®-Zirkulationsleitung 210 und
20% in der Wasch-Zirkulationsleitung 210. An der Stelle 213 wurden 1,5
Tonnen an Lauge pro Tonne Zellstoff-Wäscher-Filtrat als Gegenstrom-Flüssigkeit
zugesetzt.
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Wie
aus 19 ersichtlich, ist die DOM-Konzentration, obwohl
die DOM-Konzentration in der Koch-Zone zunächst reduziert ist, größer als
in der Gegenstrom-Stufe. Aus diesem Grund führt diese Form des erweiterten
Mitstrom-Kochens (276) nur zu geringen Verbesserungen.
Obwohl das Computer-Modell
seine Grenzen hat, zeigt 19 dennoch,
dass die DOM-Konzentration während
des gesamten Koch-Vorgangs variiert werden kann.
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20 zeigt
den theoretischen Effekt einer Zugabe von Weißlauge an der Stelle 201 und
von Verdünnungslauge,
die einen geringen DOM-Gehalt aufweist, an der in 17 mit 202 bezeichneten
Stelle. In 20 werden an der Stelle 202 1,0
Tonnen an Lauge pro Tonne Zellstoff-Wäscher-Filtrat zusammen mit
0,6 Tonnen pro Tonne Zellstoff-Wäscher-Filtrat
an Weißlauge
hinzugefügt.
Ein entsprechender Laugen-Fluss von 1,6 t/tp wird an der Stelle 200 entnommen.
Wie aus einem Vergleich der Graphen 277 und 276 in 19 zu
entnehmen ist, fällt
die resultierende DOM-Konzentration zwischen den Sieben 196, 206 dramatisch
ab.
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21 zeigt
den Effekt eines Variierens der Verteilung von Wäscher-Filtrat zur Verdünnung an
den Stellen 202 und 203. In diesem Fall verteilt
sich eine Gesamtmenge an Wäscher-Filtrat von 1,5 +
1, 0 = 2,5 t/tp (ton of pulp washer filtrate) auf die Stellen 213 und 202.
Ein Graph 278 zeigt eine Simulation für eine Verteilung von einem
Drittel der Verdünnungslauge,
die an der Stelle 202 zugefügt wird. Bei Graph 279 wird
die Hälfte
an Verdünnungslauge
am Punkt 202 zugefügt
und beim Graphen 280 werden zwei Drittel der Verdünnungslauge am
Punkt 202 zugefügt
(der Rest wird jeweils an der Stelle 213 zugefügt). Es
ist daher klar, dass die DOM-Profile mit dem variierenden Fluss
an Verdünnungslauge
signifikant variieren und dass die DOM-Konzentration in der Koch-Zone
am stärksten
sinkt, je mehr Verdünnungslauge
in die Koch-Zone zugefügt
wird (obwohl dadurch die Wasch-Zone vergrößert wird).
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22 zeigt
den theoretischen Effekt eines Variierens der Entnahme an der Stelle 200.
Ein Graph 281 berechnet die DOM-Profile voraus, wenn die Entnahme an
der Stelle 200 1,35 t/tp (ton of pulp washer filtrate) beträgt, eine
Kurve 282 betrifft eine Entnahme an der Stelle 200 mit
1,85 t/tp und eine Kurve 283 betrifft eine Entnahme an
der Stelle 200 mit 2,6 t/tp. In jedem Fall wird eine Gesamtmenge
von 2,5 t/tp an Verdünnungslauge
gleichmäßig zwischen
die Stellen 202 und 203 verteilt und zusätzliche
0,6 t/tp an Weißlauge
werden an der Stelle 201 hinzugefügt. 22 zeigt
deutlich, dass die theoretische DOM-Konzentration in der Koch-Zone abnimmt,
wenn die Entnahme an der Stelle 200 zunimmt, und in der
Gegenstrom-Zone im Wesentlichen unverändert bleibt. Diese Entnahme
kann daher variiert werden, um den Druckabfall am Extraktionssieb
anzupassen, ohne das DOM-Profil zu sehr zu beeinflussen.
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23 zeigt
den Effekt einer Entnahme an der Stelle 185 (an der Oberseite
des Tränkungskessels 180),
um eine Tränkungs-Zone
zu schaffen, in der ein Gegenstrom herrscht, während ein erweitertes Kochen im
Gegenstrom mit Verdünnung
durchgeführt
wird. In diesem Fall sind die als Referenz hinzugezogenen Daten für bestehende
Tränkungsbehälter identisch
mit denen, die in 20 gezeigt sind. Der Entnahme-Strom 135 beträgt 1,1 t/tp,
wobei die entnommene Lauge nicht durch Wäscher-Filtrat, sondern durch
Weißlauge
ersetzt wird, die an der Stelle 184 zugefügt wird.
Bei den vorherigen Modellen in den 19 bis 22 wurden
60% der zugefügten
Weißlauge
an der Stelle 184 zugefügt
und 5% an der Stelle 214';
in 23 ist dies umgekehrt, hier werden 5% an der Stelle 184 hinzugefügt und 60%
an der Stelle 214'.
Ein Graph 284 zeigt die Ergebnisse für einen Mitstrom im Tränkungsbehälter, wohingegen
ein Graph 285 das Ergebnis für einen Gegenstrom (60% Weißlauge an
der Stelle 214')
zeigt. Das zeigt daher, dass die theoretische DOM-Konzentration
sowohl in dem Behälter 180,
als auch in der Koch-Zone abnimmt, und dass die DOM-Konzentrationen in
der Gegenstrom-Koch-Zone vergleichbar sind. Die niedrigeren DOM-Konzentrationen
werden daher ermöglicht
durch die Entnahme aus dem Behälter 180 und
zusätzlich
durch die Entnahme und das Verdünnen
in dem Kocher 189.
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Es
ist daher ersichtlich, dass gemäß der Erfindung
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt worden sind,
die die Festigkeit von Kraftzellstoff dadurch verbessern, das gelöste organische
Materialien während
eines Teils des Kraftkoch-Vorgangs entfernt, minimiert (beispielsweise
durch Verdünnen)
oder passiviert werden, und/oder die andere Zellstoff- oder Prozess-Parameter
verbessern.