DE69828636T2

DE69828636T2 - Verfahren zur verbesserung der zellstoffentwässerung

Info

Publication number: DE69828636T2
Application number: DE69828636T
Authority: DE
Inventors: Juhani Hannu LEINO; Linnea Anna HOLMBERG
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 1997-11-05
Filing date: 1998-11-03
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2018-11-04
Also published as: ATE287003T1; AU749576B2; EP1029124A1; FI974145A; CA2307838C; ES2234163T3; AU1034199A; FI104503B; NO20002230D0; NO330364B1; DE69828636D1; JP2001522952A; CA2307838A1; NO20002230L; FI974145A0; US6589387B1; EP1029124B1; WO1999024661A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Zellstoffentwässerung in einer Papierherstellungsmaschine, einer Trocknungsmaschine oder einer ähnlichen Vorrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines getrockneten Zellstoffprodukts aus einer Zellstoffsuspension, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Verdünnen des Zellstoffbreis mit Wasser, Einleiten der verdünnten Suspension in eine bahnformende Entwässerungsvorrichtung und Trocknen zu einem gewünschten Zellstoffprodukt wie beispielsweise Papier, Pappe oder Zellstoff.
Bei der Produktion von Papier oder Pappe sowie bei der Produktion verschiedener anderer Zellstoffprodukte wird durch verschiedene mechanische und chemische Behandlungen des Zellstoffrohstoffs eine Zellstoffsuspension hergestellt.
Bei der Produktion von Papier oder Pappe tritt die Zellstoffsuspension in die Stoffaufbereitung einer Papiermaschine ein und wird allgemein in einem Holländer verarbeitet, woraufhin man die Zellstoffsuspension "Papierstoff" nennt. Durch allmähliches Verdünnen mit Weißwasser wird die Papierstoffkonsistenz auf etwa 3–4 % gesenkt. Um Papier mit guter Formation, hoher Festigkeit und hoher Qualität herzustellen, muss die Konsistenz weiter auf etwa 0,1 bis 1 % gesenkt werden, was im Kurzkreislauf unter Verwendung von Weißwasser direkt von der Siebsektion erfolgt.
Der Papierstoff wird aus dem Stoffauflaufkasten auf ein Sieb gespritzt, wo er auf einen Trockenfeststoffgehalt von etwa 20 % entwässert wird, woraufhin man den Papierstoff eine "Bahn" nennt. Die Bahn wird in der Presssektion weiter entwässert, indem sie durch eine oder mehrere Quetschwalzen geleitet wird. In der Trocknungssektion ist die Bahn mit Heißtrocknungszylindern in Kontakt, und der Trockenfeststoffgehalt wird auf einen Endwert von 90 bis 98 % erhöht. Das fertige Papier kann auf eine Rolle aufgerollt werden und kann anschließend in einer Wickelmaschine oder einer Blattherstellungsmaschine weiterverarbeitet werden.
In einem Zellstoffwerk wird die Zellstoffsuspension in ähnlicher Weise der Papierstoffherstellung zugeleitet und in eine Trocknungsmaschine eingeführt. Der Papierstoff wird allgemein gesiebt und mit Weißwasser in einem Kurzkreislauf auf eine Konsistenz von etwa 0,9 bis 2 % verdünnt und danach durch einen Stoffauflaufkasten auf eine Entwässerungsvorrichtung, wie beispielsweise eine Siebsektion, aufgebracht. Die entwässerte Bahn wird anschließend gepresst, getrocknet und zu einem Endprodukt gewickelt oder geschnitten. Der auf diese Weise hergestellte getrocknete Halbstoff wird entweder als Zwischenprodukt zur Papierherstellung oder als Zellstoffendprodukt in verschiedenen Formen verwendet.
Unabhängig davon, ob aus der Zellstoffsuspension getrockneter Papierstoff oder Papier oder Pappe hergestellt wird, ist die Konsistenz der Zellstoffsuspension, die der Entwässerungsvorrichtung der Produktionsvorrichtung zugeleitet wird, sehr gering: unter 2 % und oft unter 1 %. Der hohe Wassergehalt ist notwendig, um ein gewünschtes Endprodukt herstellen zu können. Jedoch wird der größte Teil des Wassers in der Suspension sofort nach dem Stoffauflaufkasten in einer Entwässerungsvorrichtung, wie beispielsweise einem Siebabschnitt einer Langsiebmaschine oder einer Doppelsiebmaschine, entwässert.
Beispielsweise beträgt bei der Papierherstellung die Papierstoffkonsistenz im Stoffauflaufkasten gerade einmal 0,1 bis 1 %, und an der Siebsektion müssen riesige Wassermengen entwässert werden. Wenn eine Papiermaschine mit einer Rate von 500 m/min läuft, eine Breite von 6 m hat, ein Grammgewicht von 150g/m² herstellt und eine Papierstoffkonsistenz von 0,5 % hat, so fließen aus dem Stoffauflaufkasten insgesamt 90.000 l/min heraus. 99,5 % dieses Flusses ist Wasser, und das meiste davon muss vor dem Ende der Siebsektion entfernt werden. Das Entwässern muss in kontrollierter Form erfolgen, um die Qualität des Zellstoffendprodukts nicht zu beeinträchtigen.
Wenn die Entwässerung optimiert wird, so kann der Hersteller dies nutzen, um beispielsweise die Geschwindigkeit zu erhöhen oder die Konzentration im Stoffauflaufkasten weiter zu verringern. Die erstgenannte Alternative steigert den Produktionsausstoß, und die zweitgenannte Alternative verbessert die Formation der Bahn, was sich auf zahlreiche Qualitätsparameter positiv auswirkt.
Es gibt eine Reihe herkömmlicher Möglichkeiten zur Verbesserung der Entwässerung, beispielsweise durch Einstellen des Vakuums unter dem Sieb, durch Einsatz mechanischer Vorrichtungen wie beispielsweise Folien oder durch Beigabe chemischer Hilfsstoffe. Doch es besteht immer noch Bedarf an einer Verbesserung der Entwässerung der Zellstoffe in den Entwässerungsvorrichtungen in Papier- und Zellstoffwerken, und die vorliegende Erfindung widmet sich diesem Bedarf.
Es wurde nun festgestellt, dass das Behandeln einer wässrigen Zellstoffsuspension mit Kohlendioxid unmittelbar vor ihrem Eintritt in die Entwässerungsvorrichtung überraschenderweise das Entwässern der wässrigen Zellstoffsuspension deutlich verbessert.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verbessern der Entwässerung einer Zellstoff suspension in einer bahnformenden Entwässerungsvorrichtung gemäß Definition in Anspruch 1.
Bei der Zellstoffsuspension, die in erfindungsgemäßer Weise mit dem Kohlendioxid behandelt werden soll, kann es sich um jeden Papierstoff handeln, der in den Kurzkreislauf einer Papierherstellungsmaschine in einem Papierwerk oder einer Trocknungsmaschine eines Zellstoffwerkes eingetreten ist. Dieser Papierstoff kann Rohfasern oder Recyclingfasern oder Kombinationen davon umfassen.
Für die sachgerechte Ausführung der Erfindung wird das Kohlendioxid als gasförmiges Kohlendioxid direkt in den Fluss eingeleitet, der in den Stoffauflaufkasten eintritt, welcher die Suspension in die Entwässerungsvorrichtung leitet. Das erfindungsgemäße Einleiten von Kohlendioxidgas in den Fluss an dieser höchst brisanten Stelle der Papiermaschine beeinträchtigt überraschenderweise nicht die Bahnformation auf der anschließenden Siebsektion. Im Gegenteil: Das Einleiten des Kohlendioxids bewirkt eine unmittelbare und deutlich sichtbare Verbesserung der Entwässerung, weil sich die Trockengrenze in der Siebsektion, d. h. die Grenze zwischen reflektierenden und nicht-reflektierenden Regionen der Oberseite der Fasermatte, in Reaktion auf die Beigabe von Kohlendioxid zurückbewegt.
Die Menge an Kohlendioxid, die in erfindungsgemäßer Weise in den Fluss eingeleitet wird, sollte nicht die Menge übersteigen, die sich in dem Fluss auflösen kann. Die Menge an Kohlendioxid, die in eine Zellstoffsuspension unmittelbar vor einer Entwässerungsvorrichtung eingeleitet wird, sollte etwa 0,5 bis 5 kg CO₂/Tonne Papier oder Zellstoff, bevorzugt etwa 1 bis 3 kg CO₂/Tonne Papier oder Zellstoff, betragen.
Das Kohlendioxid kann in Form von flüssigem oder festem Kohlendioxid oder als in einer Flüssigkeit gelöstes Kohlendioxid beigegeben werden. Die Beigabe in gasförmiger Form wird aber als bevorzugt angesehen. Gasförmiges Kohlendioxid lässt sich in einfacher Weise gleichmäßig in den Flüssigkeitsstrom verteilen, und es wurde nicht festgestellt, dass es Strudel oder Turbulenzen in dem Fluss erzeugt.
Der Mechanismus, durch den das in erfindungsgemäßer Weise beigegebene Kohlendioxid seine nützliche Wirkung auf die Entwässerung des Wassers aus dem Zellstoff ausübt, ist unbekannt. Der Effekt des beigegebenen Kohlendioxids ist jedoch deutlich sichtbar und wiederholbar, wie oben beschrieben.
Kohlendioxid wurde bereits in der Papierherstellung zur Verbesserung des Waschens von Papierstoff verwendet, wie im Patent EP 0.296.198 (AGA Aktiebolag) beschrieben. Dort wird das Kohlendioxid dem Waschwasser oder einer Waschvorrichtung in einer Menge beigegeben, die den pH-Wert des Papierstoffs senkt und das Auswaschen von Substanzen verbessert, die den chemischen Sauerstoffverbrauch (CSV) erhöhen.
Kohlendioxid wurde auch schon zum Leimen eines wässrigen Papierstoffs mit Alkylketendimeren verwendet, um Bicarbonat-Ionen zu erzeugen, die zum Katalysieren der Reaktion zwischen dem Leimungsmittel und der Zellstoff benötigt werden, wie in der EP-Patentanmeldung 0.572.304 (Canadian Liquid Air Ltd). offenbart.
Und schließlich wurde Kohlendioxid auch schon zur Einstellung des pH-Wertes einer Zellstoffsuspension verwendet, die in einem Refiner fibrilliert werden soll, wie in dem Patent EP 0.281.273 (The BOC Group, Inc.) offenbart. Gemäß jenem Patent wird gasförmiges Kohlendioxid in einen alkalischen Zellstoffbrei stromaufwärts des Fibrillierungsschrittes eingeleitet. Die Kohlendioxidzufuhr wird so reguliert, dass in dem Fibrillierungsschritt ein pH-Wert von 8,5 bis 6,5 ent steht. Der abgesenkte pH-Wert beim Raffinieren soll die physikalischen Eigenschaften des Papiers verbessern und ein besseres Entwässern des Faserbreis ermöglichen. Eine zusätzliche Menge Kohlendioxid kann nach dem Raffinieren eingeleitet werden, um vor dem Einführen in die Papierherstellungsmaschine den pH-Wert weiter auf 7,0 bis 5,5 zu senken.
Der oben beschriebene Einsatz von Kohlendioxid nach dem Stand der Technik legt nicht nahe, Kohlendioxid in den niedrig-konsistenten Papierstoff im Kurzkreislauf beizugeben, und wir glauben, dass es auf diesem technischen Gebiet starke Vorbehalte gegen die Beigabe eines Gases in den Papierstofffluss unmittelbar vor dem Stoffauflaufkasten gibt. Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt jedoch die Beigabe des Kohlendioxids so nahe am Stoffauflaufkasten wie praktisch möglich, damit das frische Kohlendioxid in dem Fluss ist, wenn er in die Siebsektion eintritt.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines Zellstoffendprodukts wie beispielsweise Papier, Pappe oder getrockneter Zellstoff. Gemäß der Erfindung umfasst das Verfahren folgende Schritte: Verdünnen einer Zellstoffsuspension mit Wasser, Einleiten der verdünnten Suspension in eine Entwässerungsvorrichtung und Trocknen zu einem gewünschten Zellstoffprodukt wie beispielsweise Papier, Pappe oder Zellstoff. Die Entwässerung der Suspension in der Entwässerungsvorrichtung wird durch das Einleiten von Kohlendioxid in die Zellstoffsuspension verbessert, wie in Anspruch 6 definiert.
Die Erfindung wurde oben unter Bezug auf eine typische Papierherstellungsmaschine und mit der Einleitung von Kohlendioxid nahe dem Stoffauflaufkasten beschreiben. Dem Fachmann leuchtet jedoch ein, dass die Erfindung auch in anderen Arten von Maschinen zur Herstellung von Papier, Pappe oder Zellstoff verwendet werden kann und dass das Kohlendioxid auch an verschiedenen anderen Punkten nicht weit von dem Stoffauflaufkasten entfernt in den Fluss eingemischt werden kann.
Die Erfindung wird nun anhand einiger Beispiele weiter veranschaulicht, die jedoch die Erfindung in keiner Weise einschränken.
BEISPIEL 1
In einer Fabrik produzierte eine Pappmaschine Pappe aus durchgebleichtem Kraftzellstoffbrei. Die Maschine hatte einen Luftkissen-Stoffauflaufkasten und eine herkömmliche Langsiebpartie. Die Sorte, die überwiegend mit der Maschine hergestellt wurde, hatte ein Grammgewicht von 150 g/m².
Während eines ersten Probelaufs wurden dem Papierstoff 2 kg CO₂/Tonne Pappe unmittelbar vor dem Stoffauflaufkasten beigegeben. Das Grammgewicht und alle Prozesssteuerungsparameter im Zusammenhang mit dem Kurzkreislauf, dem Stoffauflaufkasten und der Siebsektion wurden während eines Referenzzeitraums sowie während des Probelaufs konstant gehalten. Der Einlasspunkt befand sich hinter dem Maschinensieb und vor dem Stoffauflaufkasten.
Sehr kurz nach Beginn der CO₂-Beigabe zog sich die Position der Trockengrenze auf der Siebsektion infolge der verbesserten Entwässerung um fast 20 cm zurück.
Die Prozessparameter in der Press- und der Trocknungssektion wurden so eingestellt, dass gewährleistet wurde, dass der endgültige Feuchtigkeitsgehalt der Pappe nicht beeinträchtigt wurde. Nach 2,5 Stunden wurde die CO₂-Beigabe gestoppt, und die Trockengrenze kehrte mehr oder weniger sofort zu ihrer Ausgangsposition zurück.
BEISPIEL 2
Es wurde ein zweiter Probelauf auf derselben Papiermaschine und in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt. Auch hier zog sich die Trockengrenze zurück, als 2 kg CO₂/Tonne Pappe vor dem Stoffauflaufkasten beigegeben wurden. Diesmal aber wurde die verbesserte Entwässerung dazu verwendet, die Papierstoffkonsistenz im Stoffauflaufkasten zu verringern. Da die Geschwindigkeit konstant gehalten wurde, führte die verringerte Konsistenz dazu, dass mehr Wasser auf das Sieb gespritzt wurde, und die Trockengrenze bewegte sich darum nahe an ihre Ausgangsposition zurück. Die Formation der Pappe wurde verbessert.
BEISPIEL 3
Um die Auswirkung der CO₂-Zufuhr auf den pH-Wert und den Gasgehalt der Zellstoffsuspension zu beurteilen, wurde folgender Test durchgeführt:
Dem Stoffauflaufkasten einer Papiermaschine wurde ein Papierstoff aus gebleichtem Kraftzellstoffbrei mit einer Konsistenz von 0,4 % und einem pH-Wert von 4,6 zugeleitet. Die Maschine wurde so eingestellt, dass sie ein Papier mit einem Grammgewicht von 80 g/m² produzierte. Dem Fluss wurde vor dem Stoffauflaufkasten Kohlendioxidgas in einer Menge von etwa 2,5 kg CO₂/Tonne Papier zugegeben.
Wie oben beschrieben, zog sich die Trockengrenze auf dem Sieb um etwa 20 cm zurück, sobald mit der CO₂-Zufuhr begonnen wurde, und kehrte in ihre Ausgangsposition zurück, als die Zufuhr beendet wurde. Der pH-Wert und der Gasgehalt der Zellstoffsuspension wurden hinter dem Punkt der CO₂-Beigabe unmittelbar vor dem Stoffauflaufkasten gemessen.
Der pH-Wert des in den Stoffauflaufkasten eintretenden Flusses veränderte sich nicht infolge der CO₂-Zufuhr. Er blieb während des gesamten Tests bei etwa 4,6. Das heißt, die verbesserte Entwässerung war nicht die Folge einer Änderung des pH-Wertes.
Obgleich der Suspension gasförmiges Kohlendioxid vor dem Stoffauflaufkasten zugeleitet wurde, fanden sich in der in den Stoffauflaufkasten eintretenden Suspension keine Gasblasen. Eine Analyse des Gasgehalts der wässrigen Suspension ergab, dass sich das gesamte CO₂ aufgelöst hatte.

Claims

Verfahren zum Verbessern der Entwässerung einer Zellstoffsuspension in einer bahnformenden Entwässerungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass gasförmiges Kohlendioxid direkt in den Fluss eingeleitet wird, der in den Stoffauflaufkasten eintritt, welcher die Zellstoffsuspension auf das Entwässerungssieb leitet, wobei das Kohlendioxid in einer Menge eingeleitet wird, die ausreicht, um die Entwässerung in der Entwässerungsvorrichtung deutlich zu verbessern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entwässerungsvorrichtung einen Siebabschnitt einer Papiermaschine oder einer Trocknungsmaschine aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxidgas in einer Menge von 0,5 bis 5 kg je Tonne Papier oder Zellstoff, vorzugsweise 1 bis 3 kg je Tonne Papier oder Zellstoff, eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxidgas in einen Papierbrei mit einer Konsistenz von etwa 0,1 bis 1,0 % eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxidgas in einen Zellstoffbrei mit einer Konsistenz von etwa 0,9 bis 2,0 % eingeleitet wird.
Verfahren zum Herstellen von Papier, Pappe, Zellstoff oder dergleichen aus einer wässrigen Zellstoffsuspension, die mit Wasser verdünnt und in eine Entwässerungsvorrichtung eingeleitet wird, um eine Bahn herzustellen, die anschließend durch Pressen und Trocknen zu einem Endprodukt weiterverarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass gasförmiges Kohlendioxid direkt in den Fluss eingeleitet wird, der in den Stoffauflaufkasten eintritt, welcher die Zellstoffsuspension auf das Entwässerungssieb leitet, wobei das Kohlendioxid in einer Menge eingeleitet wird, die ausreicht, um die Entwässerung in der Entwässerungsvorrichtung deutlich zu verbessern.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid in einer Menge von 0,5 bis 5 kg je Tonne Papier oder Zellstoff, vorzugsweise 1 bis 3 kg je Tonne Papier oder Zellstoff, eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid in Gasform in einer Menge eingeleitet wird, die nicht die Menge übersteigt, die in der Zellstoffsuspension aufgelöst werden kann.