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Verfahren zur Vorbehandlung von Hackschnitzeln mit Ammoniak beim Bisulfitzellstoffaufschluß
Bei dem Calciumbisulfitaufschluß von Nadel-oder Laubholz erfolgt die Durchtränkung
der Hackschnitzel mit Calciumionen wesentlich langsamer als mit Schwefligsäureionen,
so daß die zum völligen Aufschluß erforderliche Zeit im Vergleich zu anderen, rascher
in, dass Holz diffunidie,reind'en Basen, wie Natrium oder Ammonium, in Form ihrer
Bisulfitverbindungen wesentlich länger ist. Der Bisulfitaufschluß von Holz hängt
aber wesentlich davon ab, daß bereits zu Beginn des Aufschlußvorganges, dessen untere
Grenze bei r05 bis rzo° C liegt, die Ionen des basischen Anteiles der Kochsäure
schon völlig bis ins Innere der Hackschnitzel eingedrungen sind. Weiterhin ist es
nach dem Bisulfitverfahren mit Calcium als Base nicht möglieh, höhere Ausbeuten
als etwa 5o % defibrierbaren Zellstoff, bezogen auf absolut trockenes Holzgewicht,
zu erzielen, während man mit Natrium, Magnesium .und besonders Ammonium als Basen
leicht defibrierbaren Zellstoff bis etwa 55% Ausbeute, bezogen auf Holz, erhält.
Es ist auch bereits bekannt, Pflanzenstoffe aller Art zunächst mit wäßrigem Ammoniak
vorzubehandeln und dann in weiteren Stufen mit Alkali und Halogen aufzuschließen,
also ohne Verwendung von schwefliger Säure.
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Besonders hohe- Ausbeuteln an defibrierbarem Zellstoff sowie darüber
hinaus an ligninreichem Zellstoff, soigenanntem Ha;libzellistoff, bis zu 700/0 des
Holzes ergeben sich, wenn man das Ammonium
nicht, wie bisher üblich,
als Bisulfit, sondern als Ammoniakgas den trockenen Hackschnitzeln zuführt und erst
dann eine wäßrige Lösung von schwefliger Säure zugibt, so daß sich nach Absättigung
eine Kochsäure ergibt, die einen bestimmten optimalen Gehalt an Ammoniumbisulfit
sowie eine ausreichende Menge freier schwefliger Säure enthält.
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Die Zuführung von Ammoniakgas zu Hackschnitzeln aus Nadel- oder Laubholz
ist Gegenstand mehrerer bekannter Verfahren, wobei es sich sowohl um die Gewinnung
von Zellstoffen normaler Ausbeute wie um die- Erzeugung von Halbzellstoffen handelt.
So ist es bekannt, die im Kocher befindlichen Hackschnitzel zunächst mit Ammoniakgas
zu imprägnieren, das überschüssige Gas mit dem gebildeten Kondensat zu entfernen
und dann nach Zugabe von schwefliger Säure als Gas oder in wäßriger Lösung Ammoniumbisulfit-Kochflüssigkeit
zu erhalten.
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Weiter ist es bereits bekannt, das mit Hackschnitzeln gefüllte Aufschlußgefäß,
den Kocher, vorher zu evakuieren und erst dann Ammoniakgas zuzuführen, mitunter
auch danach oder gleichzeitig gasförmiges Schwefeldioxyd. Auch die Zugabe von Ammoniak
sowie Schwefeldioxyd, beide in Form der wasserfreien Gase, in :dien. geschlossenen
Kocher unter Druck ist bekannt.
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Weiterhin ist es bekannt, beim Füllen von Kochern die Dichte des Füllgutes
durch Benetzung reit einer als Fiillmitte@l dienenden Flüssigkeit, wie Kochlauge,
zu erhöhen, damit das Füllgut, insbesondere leichteres Gut, wie Sitohhäcksel, dichiter
in den Kocher geschleudert wird. Die Kochlauge wird dabei dem Füllgut durch einen
Düsenkranz unmittelbar zugeführt. Eine ähnliche Wirkung ist bei der nachstehend
beschriebenen Erfindung nicht möglich, da hierbei die zugeführte Flüssigkeit Ammoniakwasser
dem Füllgut nicht direkt, sondern indirekt der als Füllmittel dienenden, im Kreise
zugeführten Luft so fein verteilt zugegeben wird, daß sie vernebelt und teilweise
verdampft.
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Ein anderes Verfahren betrifft die Füllung liegender Kocher, wobei
ebenfalls das Füllgut, wie z. B. Hackschnitzel, durch galsförmige oder flüssige
Mittel oder durch ein Gemisch dieser Füllmittel dem Kocher zur Erzielung höherer
Verdichtung zugeführt wird. Dieses Verfahren betrifft aber nur die besondere Gestaltung
des zum Einfüllen des Gutes dienenden Rohres, während bei der nachstehend beschriebenen,
Erfindung die Formgebung des Einfüllens für Kocher jeder Bauweise beliebig ist.
Voraussetzung für die Arbeitsweise des Füllapparates zum Verfahren nach vorliegender
Erfindung ist nur, daß der als Füllmittel dienende Luftstrom im Kreislauf geführt
wird, um Verluste an zugeführtem Ammoniak zu vermeiden.
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Ferner ist ein Verfahren der Vorbehandlung von Hackschnitzeln mit
Ammoniak beim Bisulfitaufschluß bekannt, bei dem den im Kocher befindlichen Hackschnitzeln
Ammoniakgas oder vorzugsweise konzentriertes Ammoniakwasser von 25- bis 40% N-H3-Gehalt
von oben zugeführt wird, das dann infolge des hohen Dampfdruckes teilweis( Ammoniakgas
abgibt, so daß die Schnitzel Am moniak aufnehmen. Bei diesem Verfahren, erfolg aber
die Verteilung des Ammoniaks im gesamter Kocher ungleichmäßig, weil Holz so begierig
Am moniak aufnimmt, daß die zuerst mit Ammoniak-Wasser benetzten oder von Ammoniakgas
umspülten Teile der Hackschnitzelfüllung in einem großer Kocher wesentlich mehr
Ammoniak aufnehmen als die von der Zugabestelle des Ammoniakwassers oder des Ammoniakgases
entfernt liegenden Teile der Schnitzelfüllung.
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Diese ungleichmäßige Verteilung des Ammoniaks in der Schnitzelfüllung
eines Kochers bei Zugabe von Ammoniakgas oder Ammoniakwasser in einen bereits mit
Schnitzeln gefüllten Kocher erklärt sich aus der Tatsache, daß lufttrockenes Nadel-
oder Laubholz bei Zimmertemperatur beim Überleiten von Ammoniakgas etwa 9 bis zoo/o
seines Trockengewichtes an N H, aufnimmt, während die vom Holz aufgenommene
Ammoniakmenge aus einem mit anderen Gasen verdünnten Ammoniakgemisch dem Teildzuck
des N H3 entsprechend geringer ist. Diese Schwierigkeit wird bei den bekannten Verfahren
der Zugabe von Ammoniakgas oder Ammoniakwasser in, einen bereits mit Schnitzeln
gefüllten Kocher dadurch zu beheben versucht, daß man entweder die Kocherfüllung
erwärmt oder daß man den Kocher nach der Zugabe des Ammoniakgases oder Ammoniakwassers
etwa r Stunde steb.enläßt, um das Ammoniak besser zu verteilen.
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Da Holz in der Lage ist, Ammoniakgas unter Wärmeentwicklung sowie
gleichzeitigem Freiwerden von Wasserdampf aus der natürlichen Holzfeuchtigkeit auch
in Gegenwart von Luft aufzunehmen, ist es bei technischer Durchführung der Ammoniakgasvorbehandlung
nicht erforderlich, den Kocher vorher zu evakuieren. Der natürliche Feuchtigkeitsgehalt
des Holzes kann hierbei in den Grenzen von 15 bis 6o ')/o des Holzes schwanken.
Die Ammoniakaufnahm.e durch die Schnitzel erfolgt rasch, und schön nach wenigen
Minuten hat sich die gasförmige Base gleichmäßig in das Innere der S,ehnitzel verteilt,
und durch die anschließende Zugabe einer etwa 3 bis 501o Schwefeldioxyd enthaltenden
Schwefligsäurelösung ist das sich dabei bildende Ammoniumbisulfit so gleichmäßig
im Holz verteilt, daß der Aufschluß ohne eine besondere Durchtränkungszeit oder
Temperaturstillstandsperiode unter rascher Steigerung der Aufschlußtemperatur bis
zur Höchsttemperatur durchgeführt werden kann.
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Es wurde nun gefunden, daß man den Hackschnitzeln eine in der gesamten
Kocherfüllung gleichmäßige und außerdem beliebig begrenzte Menge Ammoniak von 2
bis 5'10 N H, des Holztrockengewichtes einverleiben kann, indem man während
des Einfüllens der Hackschnitzel in den Kocher mittels Druckluft mit dem Füllgerät
nach Fresk der umgewälzten Luft konzentriertes Ammoniakwasser von etwa 25'/o N H3
Gehalt durch eine Düse zuführt, wobei das Ammoniakwasser entgast, so daß das Ammoniak
aus dem Gemisch
mit der zum Füllen benutzten Luft von den Hackschnitzeln
während des Füllens gleichmäßig verteilt aufgenommen wird.
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Ein Ammoniakverlust durch Austritt in die Außenluft ist deshalb nicht
möglich, da beim Füllen nach F r e s k die Luft fortlaufend in das Füllgerät wieder
zurückkehrt und da letzteres mit dem Kocher durch eine Gummischlauchdichtung luftdicht
verbunden ist. Die Zuführung des Ammoniakwassers zur Düse wird dadurch gleichmäßig
über die Füllzeit des Kochers mit Hackschnitzeln verteilt, daß das Ammoniakwasser
der Düse durch eine entsprechend bemessene Druckpumpe unter gleichem Druck zugeführt
wird, wobei diese Pumpe aus einem oberhalb angebrachten Zwischenbehälter gespeist
wird. Die Menge des mit dem Ammoniak Wasser zugeführten Ammoniaks wird so bemessen,
daß auf das Trockengewicht der im Kocher befindlichen Hackschnitzel etwa 2 bis 5
% Ammoniak (als N H, wasserfrei gerechnet) zugeführt werden.
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Die Verwendung von Ammoniakwasser beim Füllen des Kochers mit Schnitzeln
mit Hilfe von Dampf, wie z. B. im Füllgerät nach S ven sson, ist deshalb nicht möglich,
da hierbei der heiße Wasserdampf die Ammoniakaufnahme durch das Holz stören würde
und da außerdem durch den bei der Füllung mittels Dampf unten offengchialtcnen Kocher
Ammoniak verlorengehen würde. -Um bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ammoniakwasserzugabe
während des Füllens der Hackschnitzel mit Druckluft auch den Ammoniakgehalt der
durch die zunehmende Holzfüllung des Kochers verdrängten Abluft aus dem Kocherinnern
zurückzugewinnen, empfiehlt es sich, diese Abluft in dieselbe Entlüftungsleitung
zu führen, die zum Entlüften des Kochers beim Füllen mit Kochsäure dient; hierdurch
wird das in der Abluft enthaltene Ammoniak der Kochsäure zugeführt.
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Nach dem Verfahren der Erfindung gibt die beim Vergaisen von Ammoniakwasser
in der im Fresk-Füllgerät umgewälzten Luft entstehende Mischung aus Luft und Ammoniak
das Ammoniak langsam und gleichmäßig verteilt an die beim Füllen einlaufenden Hackschnitzel
ab.
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Die Zugabe des Ammoniakwassers durch Einlaufenlassen des letzteren
zusammen mit den Hackschnitzeln ohne vorheriges Entgasen mit umgewälzter Luft ist
deshalb ungünstig, weil hierbei das im Wasser gelöste Ammoniak sich ungleichmäßig
in der Hackschnitzelfüllung verteilt und weil ferner hierbei die örtlich verschiedene
Quellung des Holzes durch das ungleichmäßig verteilte Wasser sich nachteilig auswirken
würde.
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Bei vorliegender Erfindung kann der Wassergehalt der Hackschnitzel,
wie eingangs erwähnt, von 15 bis 6o% schwanken, ohne daß die Absorption des Ammoniaks
aus der umgewälzten Luft ungleichmäßig erfolgt, weil das mit dem Ammoniak-Wasser
zugeführte Wasser durch die umgewälzte Luftmenge vernebelt und teilweise verdampft
und daher keine örtlich verschiedene Zunahme der Holzfeuchtigkeit bewirken kann.
Der anschließend an die Ammoniakwasservorbehandlung folgende Bisulfitaufschluß,
der nicht Gegenstand der Erfindung ist, wird so ausgeführt, daß der mit Hackschnitzeln
unter gleichzeitiger Ammoniakwasserzufuhr mittels umgewälzter Luft gefüllte Kocher
mit einer wäßrigen Schwefligsäurelösung von 3 bis 5'10 SO2-Gehalt gefüllt, verschlossen
und dann wie üblich mittels Dampfzufuhr auf die erforderliche Aufschlußtemperatur
angeheizt und bei erhöhtem Druck bis zum gewünschten Auf schlußgrad gekocht wird.
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Als weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich, daß man beim Anheizen
die Temperatur des Kochers sehr schnell steigern kann, ohne daß sich ungenügend
durchgekochte Kerne oder Splitter ergeben. Es hfit sich ferner gezeigt, daß man
bei richtiger Abstimmung von Kochzeit und Temperatur des Aufschlusses nach der Erfindung
eine wesentlich höhere Ausbeute an defibrierbarem Zellstoff von 7% des Holzes und
höher, sogenanntem Halbzellstoff, erzielt, als es mit einer außerhalb des Kochers
bereiteten Ammon-iumbi,sulfit-Kochsänre gleicher Zusammensetzung möglich ist. In
letzterem Falle erhält man nur etwa bis zu 55 % des Holzes an leicht defibrierbarem
Zellstoff. Die Ursache hierfür ist offenbar darin begründet, daß durch die gleichmäßige
Verteilung einer optimalen Ammoniakmenge in Gasform zu dem noch nicht durch saure
Kochflüssigkeit gequollenen Holz der nachfolgende Bisulfitaufschluß gleichmäßiger
und schonender erfolgt, so daß eine leichte Zerfaserung der Hackschnitzel auch schon
bei verhältnismäßig hohem Ligningehalt eintritt.
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Dies@e-d@u@rch Armnoiniakwas,servorl-Yah@anid;lungbeim Einfüllen:
der Hackschnitzel in den Kocher mit umgewälzter Luft mögliche Erzeugung ligninreicher
Halbzellstoffe hoher Ausbeute ist ähnlich derjenigen Wirkung, die man auch durch
Evakuieren des mit Hackschnitzeln gefüllten Kochers und anschließende Zugabe voni
wasserfreiem Ammoniakgas erhält, wenn man danach ebenso Schwefligsäurelösung zugibt
und die Kochung durchführt; allerdings ist, wie erwähnt, in diesem Falle die Gefahr
ungleichmäßiger Verteilung des Ammoniakgases durch den gesamten Kocher gegeben.
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Beispiel Ein Kocher von i5o cbm Inhalt wird in etwa 30 Minuten
mit Fichtenholz-Hackschnitzeln, enthaltend etwa 4o % Feuchtigkeit von insgesamt
25 t Holz-Trockengewicht, durch ein Druckluftfüllgerät der Bauart F r e s k gefüllt,
wobei man durch eine Düse in der Luftumwälzleitung zwischen Gebläse und Füllgerät
gleichzeitig so viel Ammoniakwasser gleichmäßig verteilt zuführt, daß insgesamt
3ooo kg Ammoniakwasser von 250/9 N H3 Gehalt zugegeben werden. Die Entlüftungsleitung
des Kochers wird während des Füllens, wie sonst üblich, mit der Säurerückgewinnungsanlage
verbunden. Man verschließt dann den Kocher und füllt ihn mit einer außerhalb des
Kochers bereiteten wäßrigen Schwefligsäurelösung von etwa 31/2% S 02 Gehalt und
steigert die Aufschlußtemperatur so rasch auf 135°, wie dies die Kochersicherheit
und
die Dampfzufuhr gestatten. Man erhält nach etwa 7 Stunden Kochzeit r3 t normalen
Sulfitzellstoff (absolut trocken gerechnet) entsprechend 520/0 Ausbeute auf Holz
berechnet.