DE69616062T2

DE69616062T2 - Impregnierung von fasermaterial

Info

Publication number: DE69616062T2
Application number: DE69616062T
Authority: DE
Inventors: Johan Engstroem; Olav Hoeglund
Original assignee: Kvaerner Pulping AB
Current assignee: Metso Fiber Karlstad AB
Priority date: 1995-07-12
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: CA2222694A1; US6054019A; CA2222694C; EP0837965A1; SE9502572L; AU6374396A; DE69616062D1; SE506703C2; SE9502572D0; EP0837965B1; WO1997003244A1; ATE207152T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Kochen von cellulosehaltigem Fasermaterial, das in einem Kessel in einer ersten Gleichstromtränkzone und einer nachfolgenden, zweiten Gleichstromtränkzone mit Flüssigkeit getränkt wird, wobei die Tränkflüssigkeit, die aus mindestens einer der folgenden Flüssigkeiten - Schwarzlauge, Weißlauge, Grünlauge, einer anderen sulfidhaltigen Lösung und einer anderen schwefelhaltigen Lösung - besteht, der ersten Gleichstromtränkzone über ein Einspeisesystem im Gemisch mit gedämpftem Fasermaterial zugeführt wird, an einem am Ende der ersten Gleichstromtränkzone gelegenen ersten Punkt Flüssigkeit zur Rückgewinnung abgezogen wird und der zweiten Gleichstromtränkzone weitere Tränkflüssigkeit zugeführt wird.
Durch das Vortränken von Schnitzeln mit sulfidhaltigen Lösungen wird die Delignifizierung beschleunigt und die Selektivität bei der nachfolgenden Sulfatkochung verbessert. Die Kochung kann in diesem Fall bei niedrigen Kappazahlen ohne Beeinträchtigung der Qualität des Halbstoffs durchgeführt werden. Im Anschluß an eine derartige Tränkung verkochter Halbstoff weist wesentlich bessere Festigkeitseigenschaften, insbesondere Reißfestigkeit, auf. Die Verbesserung der Festigkeitseigenschaften wird bei der nachfolgenden Bleiche beibehalten oder sogar noch verstärkt.
Die Vortränkung von Schnitzeln wird in der Patentliteratur ausgiebig beschrieben. Als Beispiele seien hier EP-0 527 294, SE-359 331, SE-468 053 und SE- 469 078 genannt.
Die bisher vorgeschlagenen Verfahren zur Vortränkung von Schnitzeln liefern jedoch keine Möglichkeit zur Steuerung bestimmter Parameter während verschiedener Teile der Tränkung, wie z.B. des HS&supmin;/OH&supmin;-Verhältnisses, um dadurch den Angriff der Chemikalien auf die Kohlenhydrate der Hemicellulose und der Cellulose zu verringern und den Splittergehalt des Halbstoffs nach der Kochung auf ein noch niedrigeres Niveau zu verringern als es bisher möglich war, und wie z.B. der Temperatur, um dadurch die Wärmewirtschaftlichkeit zu verbessern.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Tränkung durch Schaffung von Bedingungen zu verbessern, bei denen bestimmte Parameter so gesteuert werden können, daß sie während verschiedener Teile der Tränkung verschiedene Werte annehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist von dem Typ, bei dem an einem am Anfang der zweiten Gleichstromtränkzone gelegenen zweiten Punkt Flüssigkeit abgezogen wird und in einem Tränkkreislauf, welcher sich in der Mitte des Kessels an einem Punkt zwischen dem ersten und zweiten Punkt zum Abziehen von Flüssigkeit öffnet, so im Kreislauf geführt wird, daß sich ein freier Flüssigkeitsstrom von der Mitte des Kessels in hauptsächlich radialer Richtung einstellt, und dem Tränkkreislauf zur fortgesetzten Tränkung des Fasermaterials in der zweiten Gleichstromtränkzone weitere Tränkflüssigkeit zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasermaterialtränkung während des gesamten Verfahrens im Gleichstrom durchführt, daß man dem Tränkkreislauf als weitere Tränkflüssigkeit mindestens eine der folgenden Flüssigkeiten - Schwarzlauge, Weißlauge, Grünlauge, Flüssigkeit aus einem Transferkreislauf zwischen dem Tränkkessel (3) und einem Kocher (4) und Waschlaugezuführt und daß man die Tränkflüssigkeiten so wählt, verteilt und zuführt, daß das HS&supmin;/OH&supmin;-Verhältnis im Einspeisesystem höher als in der zweiten Tränkstufe ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt somit eine kontinuierliche zweistufige Tränkung in ein und demselben Kessel.
Dem Tränkkreislauf zugeführte Schwarzlauge hat zweckmäßigerweise eine Temperatur von 120 bis 170ºC.
Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung, bei der aus dem Kocher Schwarzlauge abgezogen und in mehrere hintereinandergeschaltete Flash-Zyklone überführt wird, handelt es sich bei der durch das Einspeisesystem zugeführten Schwarzlauge um einen Teil der aus dem Kocher abgezogenen Schwarzlauge oder des Austragsstroms aus einem der Flash-Zyklone, vorzugsweise des vorletzten Flash-Zyklons. Unter den gleichen Bedingungen kann es sich bei der dem Tränkkreislauf zugeführten Schwarzlauge ganz analog zweckmäßigerweise um einen Teil der aus dem Kocher abgezogenen Schwarzlauge oder des Austragsstroms aus einem der Flash-Zyklone handeln.
Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, daß die Temperatur in der ersten Gleichstromtränkzone A 100 bis 140ºC, vorzugsweise 120 bis 130ºC, und die Temperatur in der zweiten Gleichstromtränkzone B 120 bis 160ºC, vorzugsweise 130 bis 150ºC, beträgt.
Erfindungsgemäß ist es außerdem zweckmäßig, daß die Verweilzeit des Fasermaterials in der ersten Gleichstromtränkzone A mindestens 15 Minuten und die Verweilzeit in der zweiten Gleichstromtränkzone B mindestens 10 Minuten beträgt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Fließbild einer Anlage zum kontinuierlichen Kochen von cellulosehaltigem Fasermaterial, das gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung getränkt wird; und
Fig. 2 eine ähnliche Anlage, die aber zur Tränkung gemäß einer zweiten Ausführungsform modifiziert ist.
Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Anlage enthält einen vertikalen Dämpfkessel 1, einen horizontalen Dämpfkessel 2, einen vertikalen Tränkkessel 3 und einen vertikalen Kocher 4. Das beispielsweise aus Schnitzeln bestehende Fasermaterial wird über eine Leitung 5 dem vertikalen Dämpfkessel 1 zugeführt, welcher über eine Leitung 6 mit Niederdruckdampf zum Erhitzen der Schnitzel und zur Verringerung ihres Luftgehalts versorgt wird. Die abgezogene Luft wird über eine Leitung 7 abgeführt, die mit dem horizontalen Dämpfkessel 2 verbunden ist. Diese Vordämpfung wird bei Normaldruck durchgeführt. Die Dosierung der erhitzten Schnitzel erfolgt mit Hilfe eines im Verbindungsstück 8 zwischen den beiden Dämpfkesseln angeordneten Schnitzeldosierers, wobei das Verbindungsstück 8 außerdem eine Niederdruckspeisevorrichtung 9 aufweist, welcher die Schnitzel in den horizontalen Dämpfkessel 2 leitet, in dem ein Überdruck von etwa 1 bis 1,5 bar herrscht. Aus dem Druckdämpfkessel 2 fallen die Schnitzel in einen Schnitzelschacht 10, in dessen unterem Teil eine Hochdruckspeisevorrichtung 11 angebracht ist. Im Schnitzelschacht 10 wird ein definiertes Flüssigkeitsniveau beibehalten. Die Hochdruckspeisevorrichtung 11 ist mit einem kompartimentierten Rotor versehen, wobei sich ein Kompartiment immer in der Niederdruckstellung befindet, so daß es mit dem Dämpfkessel 2 in offener Verbindung steht, und sich gleichzeitig ein Kompartiment immer in der Hochdruckstellung befindet, so daß es über eine mit dem Kopf des Tränkkessels 3 verbundene Speiseleitung 12 mit dem Tränkkessel 3 in offener Verbindung steht. Flüssigkeit in einer mit einer Pumpe 13 versehenen Kreislaufschleife 14 führt die Schnitzel aus dem Schnitzelschacht 10 der Hochdruckspeisevorrichtung 11 so zu, daß eines der Kompartimente des Rotors gefüllt wird.
Der obere Teil des Tränkkessels 3 und die Hochdruckspeisevorrichtung 11 sind über eine Rückführleitung 15 zur Rückführung von Flüssigkeit, die mit Hilfe eines im Tränkkessel 3 angeordneten Kopfseparators 19 abgetrennt wird, verbunden. Die Speiseleitung 12 und die Rückführleitung 15 bilden ein Speisesystem mit einer Schleife zur Kreislaufführung von Flüssigkeit mit Hilfe einer in der Rückführleitung 15 angeordneten Pumpe 16. Wenn ein gefülltes Rotorkompartiment in die Hochdruckstellung, d.h. in direkte Verbindung mit der Kreislaufschleife 12, 15, kommt, wird es von der Rücklaufflüssigkeit aus der Rückführleitung 15 saubergespült.
Die Kreislaufschleife 14 ist über eine Leitung 17 mit einem Niveauausgleichstank 18 verbunden, welcher wiederum über eine Leitung 20 mit der Rückführleitung 15 verbunden ist.
Der Tränkkessel 3 weist an seinem Boden einen Ausgang 21 für die getränkten Schnitzel auf, von welchem die Schnitzel über eine Speiseleitung 22 zum Kopf des Kochers 4 befördert werden. Am Kopf des Kochers 4 ist ein Sieb 23 angeordnet, um eine bestimmte Flüssigkeitsmenge zurückzuhalten, die über eine mit einer Pumpe 25 zum Pumpen der Schnitzel zum Kocher mit Hilfe der abgetrennten Flüssigkeit versehene Rückführleitung 24 zum Boden des Tränkkessels 3 zurückgeführt wird. In der Leitung 24 befindet sich auch ein Wärmetauscher 55. Die Speiseleitung 22 und die Rückführleitung 24 bilden einen Transferkreislauf zum Suspendieren von Schnitzeln und Kochflüssigkeit.
Der Kocher 4 weist obere, mittlere und untere Abzugssiebe 26, 27, 28 zum Abziehen von Lauge auf verschiedenen Niveaus auf. Das mittlere Abzugssieb 27 ist über eine Leitung 29 mit einem ersten Flash-Zyklon 30 verbunden, der über eine Leitung 32 mit einem zweiten Flash-Zyklon 31 und über eine Leitung 33 mit dem Niveauausgleichstank 18 verbunden ist. Der Austragsstrom aus dem zweiten Flash-Zyklon 31 wird über eine Leitung 34 zu einer (nicht gezeigten) Rückgewinnungsanlage befördert. Der in den Flash- Zyklonen 30, 31 gebildete Dampf wird über die Leitung 35 und die Leitung 6 zum Schnitzelschacht 10 bzw. zum Dämpfkessel 1 befördert. Das untere Abzugssieb 28 ist mit einer mit einer Pumpe 37 und einem Wärmetauscher 58 versehenen Leitung 36, die sich zum oberen Teil des Kochers erstreckt und dort mit einem Zentralrohr 38, das sich unterhalb des unteren Abzugssiebs 28 öffnet, verbunden. Mit Hilfe dieses Kreislaufs wird eine erhöhte Schwarzlaugeströmungsgeschwindigkeit erreicht, was zur Folge hat, daß das Austragen der gekochten Schnitzel über einen am Boden des Kochers 4 angeordneten Ausgang 39 erleichtert wird. Der gekochte Halbstoff wird über eine Leitung 40 zur fortgesetzten Behandlung abgeführt.
Der Tränkkessel weist ein erstes Abzugssieb 41 auf, das in der Mitte des Tränkkessels 3 oder unmittelbar unterhalb der Mitte zum Abziehen von Flüssigkeit, die über eine Leitung 42 zum zweiten Flash-Zyklon 31 abgeführt wird, angeordnet. In einem Abstand vom Boden des Tränkkessels 3 und in einem kurzen Abstand unterhalb des ersten Abzugssiebs 41 befindet sich ein zweites Abzugssieb 43 zum Abziehen von Flüssigkeit in einer Kreislaufschleife, die aus einer Leitung 44, die sich zum oberen Teil des Tränkkessels 3 erstreckt, und einem Zentralrohr 45, mit dem die Leitung 44 verbunden ist, besteht, wobei die Leitung 44 eine Pumpe 46 zur Kreislaufführung von Flüssigkeit durch die Leitung 44 und das Zentralrohr 45 enthält. Das Zentralrohr 45 öffnet sich am oberen Ende des Abzugssiebs 43. Die gepumpte Flüssigkeit strömt aus dem Zentralrohr mit hoher Geschwindigkeit hauptsächlich radial zu den Sieboberflächen der Abzugsiebe hin nach außen aus.
Aus einem Speicherbereich wird dem System über eine Hauptleitung 47, die über eine Leitung 48 mit der Leitung 36 zur Zuführung einer bestimmten Menge Weißlauge zum Austragskreislauf des Kochers, über eine Leitung 49 zur Rückführleitung 24 zur Zuführung einer bestimmten Menge Weißlauge zum Transferkreislauf zwischen dem Tränkkessel 3 und dem Kocher 4, über eine Leitung 50 mit der Leitung 44 zur Zuführung einer bestimmten Menge Weißlauge zum Tränkkreislauf und über eine Leitung 51 mit dem mit der Speiseleitung 12 verbundenen Schnitzelausgang der Hochdruckspeisevorrichtung 11 verbunden ist, Weißlauge zugeführt.
Aus dem vorletzten Flash-Zyklon 30, bei dem es sich um den ersten Zyklon in der gezeigten Ausführungsform handelt, wird dem Speisekreislauf über die Leitung 33 zum Niveauausgleichstank 18 und weiter über die Leitung 20 zur Rückführleitung 15 Schwarzlauge zugeführt. Außerdem wird Schwarzlauge vom mittleren Abzugssieb 27 des Kochers über eine Leitung 52, die mit einer Pumpe 57 versehen und zwischen der Leitung 29 und der Kreislaufleitung 44 zwischengeschaltet ist, dem Tränckreislauf zugeführt.
Die Tränkung der Schnitzel im Tränkkessel 3 erfolgt durchweg kontinuierlich. Die am Kopf eingespeiste Tränkflüssigkeit besteht aus warmer Schwarzlauge und Weißlauge. Gegebenenfalls kann man in die Tränkflüssigkeit auch warme Grünlauge, modifizierte Grünlauge oder eine andere sulfidhaltige oder schwefelhaltige Lösung einarbeiten. Das am Kopf eingespeiste Material weist ein Flüssigkeit/Holz-Verhältnis von 2,5 : 4,0 oder mehr auf. Mit Hilfe des Kreislaufsiebs 43 wird der Tränkkessel 3 in eine erste Gleichstromtränkzone A und eine zweite Gleichstromtränkzone B, die mit dem Kreislaufsieb 43 beginnt, aufgeteilt. Die Verweilzeit für die Schnitzel beträgt in der ersten Gleichstromtränkzone A mindestens 15 Minuten und die Verweilzeit in der zweiten Gleichstromtränkzone B mindestens 10 Minuten, so daß die Gesamtverweilzeit mindestens 25 Minuten betragen kann. Die Temperaturen in den beiden Gleichstromtränkzonen A, B können gleich oder verschieden sein und liegen im Bereich von 100 bis 140ºC bzw. 120 bis 160ºC. Aus Wärmewirtschaftlichkeitsgründen ist es vorteilhaft, in der zweiten Gleichstromtränkzone B eine höhere Temperatur einzuhalten. Am Ende der ersten Gleichstromtränkzone A wird Flüssigkeit abgezogen und über die Leitung 42 dem letzten Flash- Zyklon 31 zugeführt.
Mit Hilfe des Tränkkreislaufs werden Weißlauge und heiße Schwarzlauge vom Abzugssieb 27 des Kochers den vorbeiströmenden vorgetränkten Schnitzeln zugeführt, aus denen unmittelbar zuvor ein Teil des Flüssigkeitsgehalts abgezogen worden ist. Der Tränkkreislauf erzeugt einen hohen Flüssigkeitsstrom durch die Schnitzel, da durch heiße Schwarzlauge und Weißlauge ergänzte, im Kreislauf geführte Flüssigkeit im Zentrum des Tränkkessels 3 auf Höhe des Kreislaufsiebs 43 in hauptsächlich radialer Richtung ausströmt. Der Kreislaufstrom mit einer derartigen radialen Flüssigkeitsverdrängung dient zur Verteilung und Ausbalancierung der dem Tränkkreislauf kontinuierlich zugeführten Weißlauge und auch der gleichzeitig zur fortgesetzten und abschließenden Tränkung der Schnitzel in der zweiten Gleichstromtränkzone B zugeführten Schwarzlauge. Dadurch wird in der zweiten Gleichstromtränkzone B ein sehr gleichmäßiges Alkali- und Temperaturprofil gewährleistet.
Bei dem beschriebenen Tränkverfahren, das somit als Zweistufenverfahren bezeichnet werden kann, kann man in der ersten Phase ein hohes und günstiges HS&supmin;/OH&supmin;- Verhältnis beibehalten. Ein hoher HS&supmin;-Gehalt bei gleichzeitig niedrigem OH&supmin;-Gehalt ermöglicht eine maximale Sorption von Sulfidionen in den Schnitzeln unter Reduzierung des Angriffs auf die Kohlenyhdrate der Hemicellulose und der Cellulose auf ein Minimum. In der zweiten Tränkphase wird Alkali benötigt, so daß das HS&supmin;/OH&supmin;-Verhältnis kleiner wird, und auf diese Art und Weise kann gewährleistet werden, daß der Splittergehalt im Halbstoff nach der Kochung auf einem niedrigeren Niveau liegt als ohne derartige Steuerung des Verhältnisses. Mit diesem Zweistufenverfahren können in den beiden Phasen auch verschiedene Temperaturen herrschen. Die Temperatur kann in der ersten Phase niedrig sein, während die Temperatur in der zweiten Phase mit Hilfe von heißer Schwarzlauge erhöht wird. Durch direktes Erhitzen der Schnitzel auf diese Art und Weise mit heißer Schwarzlauge wird auch die Wärmewirtschaftlichkeit verbessert.
Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Anlage ähnelt einzig mit Ausnahme der dem Tränkkreislauf zugeführten Flüssigkeit der Anlage gemäß Fig. 1. Nach dieser zweiten Ausführungsform ist zwischen der Rückführleitung 24 und der Leitung 44 eine Leitung 53 zur Zufuhr von Transferflüssigkeit anstelle von Schwarzlauge zum Tränkkreislauf zwischengeschaltet.
Die Wahl zwischen den beiden Ausführungsformen richtet sich nach den Wärmewirtschaftlichkeitsanforderungen. Die Menge der Flüssigkeit, die durch das Sieb 41 abgezogen wird, ist kleiner als die freie Flüssigkeit in der ersten Gleichstromtränkzone A, damit ein Gegenstrom von Flüssigkeit aus dem Kesselraum unterhalb dieses Siebs 41 vermieden wird.

Claims

1. Verfahren zum kontinuierlichen Kochen von cellulosehaltigem Fasermaterial, das in einem Kessel (3) in einer ersten Gleichstromtränkzone (A) und einer nachfolgenden, zweiten Gleichstromtränkzone (B) mit Flüssigkeit getränkt wird, wobei der ersten Gleichstromtränkzone (A) über ein Einspeisesystem Tränkflüssigkeit im Gemisch mit gedämpftem Fasermaterial zugeführt wird, an einem am Ende der ersten Gleichstromtränkzone (A) gelegenen ersten Punkt (41) Flüssigkeit zur Rückgewinnung abgezogen wird, der zweiten Gleichstromtränkzone (B) weitere Tränkflüssigkeit zugeführt wird, an einem am Anfang der zweiten Gleichstromtränkzone (B) gelegenen zweiten Punkt (43) Flüssigkeit abgezogen wird und in einem Tränkkreislauf (44, 45), welcher sich in der Mitte des Kessels (3) an einem Punkt zwischen dem ersten (41) und zweiten (43) Punkt zum Abziehen von Flüssigkeit öffnet, so im Kreislauf geführt wird, daß sich ein freier Flüssigkeitsstrom von der Mitte des Kessels (3) in hauptsächlich radialer Richtung einstellt, und dem Tränkkreislauf zur fortgesetzten Tränkung des Fasermaterials in der zweiten Gleichstromtränkzone (B) weitere Tränkflüssigkeit zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasermaterialtränkung während des gesamten Verfahrens im Gleichstrom durchführt, daß man dem Tränkkreislauf als weitere Tränkflüssigkeit mindestens eine der folgenden Flüssigkeiten - Schwarzlauge, Weißlauge, Grünlauge, Flüssigkeit aus einem Transferkreislauf zwischen dem Tränkkessel (3) und einem Kocher (4) und Waschlauge - zuführt und daß man die Tränkflüssigkeiten so wählt, verteilt und zuführt, daß das HS&supmin;/OH&supmin;-Verhältnis im Einspeisesystem höher als in der zweiten Tränkstufe ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die über das Einspeisesystem zugeführte Tränkflüssigkeit aus mindestens einer der folgenden Flüssigkeiten besteht: Schwarzlauge, Weißlauge, Grünlauge, eine andere sulfidhaltige Lösung und eine andere schwefelhaltige Lösung.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem aus dem Kocher (4) Schwarzlauge abgezogen und in mehrere hintereinandergeschaltete Flash-Zyklone (30, 31) überführt wird und es sich bei der über das Einspeisesystem zugeführten Schwarzlauge um einen Teil der aus dem Kocher abgezogenen Schwarzlauge oder des Austragsstroms aus einem der Flash- Zyklone (30, 31), vorzugsweise dem vorletzten Flash-Zyklon (30), handelt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man dem Tränkkreislauf Schwarzlauge mit einer Temperatur von 120 bis 170ºC zuführt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, bei dem aus dem Kocher (4) Schwarzlauge abgezogen und in mehrere hintereinandergeschaltete Flash-Zyklone (30, 31) überführt wird und es sich bei der dem Tränkkreislauf zugeführten Schwarzlauge um einen Teil der aus dem Kocher abgezogenen Schwarzlauge oder des Austragsstroms aus einem der Flash- Zyklone (30, 31) handelt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem man die Tränkflüssigkeiten so wählt, verteilt und zuführt, daß das HS&supmin;/OH&supmin;-Verhältnis im Einspeisesystem so hoch wie möglich ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Temperatur in der ersten Gleichstromtränkzone (A) 100 bis 140ºC, vorzugsweise 120 bis 130ºC, und die Temperatur in der zweiten Gleichstromtränkzone (B) 120 bis 160ºC, vorzugsweise 130 bis 150ºC, beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Verweilzeit des Fasermaterials in der ersten Gleichstromtränkzone (A) mindestens 15 Minuten und die Verweilzeit in der zweiten Gleichstromtränkzone (B) mindestens 10 Minuten beträgt.