EP0325731A1 - Verfahren zur Herstellung von halbgebleichtem Kraftzellstoff - Google Patents

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EP0325731A1
EP0325731A1 EP88119939A EP88119939A EP0325731A1 EP 0325731 A1 EP0325731 A1 EP 0325731A1 EP 88119939 A EP88119939 A EP 88119939A EP 88119939 A EP88119939 A EP 88119939A EP 0325731 A1 EP0325731 A1 EP 0325731A1
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EP
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pulp
bleaching
oxygen
chlorine
semi
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EP88119939A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Ulrich Dr. Süss
Jürgen Meier
Oswald Dr. Helmling
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Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Degussa GmbH
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Publication date
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
    • D21C9/10—Bleaching ; Apparatus therefor
    • D21C9/1057—Multistage, with compounds cited in more than one sub-group D21C9/10, D21C9/12, D21C9/16

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of semi-bleached kraft pulp without bleach containing chlorine.
  • semi-bleached or medium degrees of whiteness are synonymous with whitenesses between 60 and 80 (ISO).
  • the bleaching of kraft pulps requires chlorine or chlorinated compounds, even if only medium levels of white are desired.
  • High levels of whiteness generally require the use of multi-stage bleaching sequences. Starting with a chlorination step, medium whiteness is usually bleached in a further 2 steps (alkaline extraction and hypochlorite treatment). If higher or highest whiteness levels are to be achieved, treatment with chlorine dioxide must be added to these three stages. Hydrogen peroxide is only used in small quantities, for example to stabilize the white content or to reduce the need for chlorine dioxide.
  • Common bleaching sequences today are e.g. B.
  • Chlorinated compounds are mutagenic, such as e.g. B. chloroacetone or toxic, such as. B. chlorophenols.
  • the biodegradability of the chlorinated compounds is limited, so that even simple techniques such. B. the implementation with SO2 can not solve the fundamental problem of persistence in the environment.
  • the lignin In the sulfate or power process, the lignin is largely dissolved under strongly alkaline conditions. The high temperature and alkalinity lead to strong condensation and dark brown discoloration of the lignin, which is very difficult to bleach. Under relatively mild conditions, only chlorine reacts very selectively with the remaining lignin, while hydrogen peroxide in the strongly condensed Kraft lignin only leads to a moderate increase in the white content.
  • the pulp can be brightened, for example, with 2% H2O2 from a white content of 22 (ISO) to 28. Significantly higher amounts of peroxide provide hardly any better whiteness levels ((1) Degussa company publication "Hydrogen peroxide, use in pulp bleaching, 1987).
  • the upstream washing also improves the whiteness by a few points.
  • the object of the invention is a process for the production of semi-bleached kraft pulp without the use of chlorine or chlorinated compounds. It should also be possible to use pulps with a higher residual lignin content.
  • the invention relates to a process for the production of semi-bleached kraft pulp by delignification and bleaching, in which the kraft pulp is acid-washed after alkaline digestion and then delignified with oxygen under alkaline conditions, characterized in that a peroxide stage at 60-90 ° C. , 8 - 25% consistency of the pulp, a residence time of 1 - 8 hours using 0.5 - 4% H2O2, 0.2 - 2.5% NaOH and 0.05 - 3% water glass followed, the percentages based are based on the total weight of the pulp
  • the acidic wash is preferably carried out using an inorganic mineral acid, in particular sulfuric acid, at a pH of ⁇ 4 and> 0.5 and a temperature of 30-60 ° C within 1-60 minutes.
  • an inorganic mineral acid in particular sulfuric acid
  • the treatment with oxygen takes place in the presence of 0.05-1% known Mg salts, in particular magnesium sulfate, 0.5-7% NaOH and an oxygen pressure of 0.1-0.5 MPa.
  • Mg salts in particular magnesium sulfate
  • the consistency of the pulp in this step is 5 - 25%, and the dwell time is 20 - 120 minutes.
  • 0.01-0.8% of a generally known complexing agent can also be used in the peroxide stage.
  • the process according to the invention enables bleaching of kraft pulp to medium white contents by using oxygen and hydrogen peroxide even with pulps with a higher residual lignin content.
  • the process can easily be put into practice in plants with an existing oxygen level after the installation of a washing system.
  • the wastewater of the 02 stage can be returned to the evaporation plant in countercurrent, so that only the low wastewater pollution of the peroxide stage has to be conducted through a wastewater treatment plant.
  • a spruce kraft pulp with a ground whiteness of 4.1 (ISO) and a degree of digestion of Kappa 30 is subjected to an acidic treatment with H2SO4 at pH 2.0 and 45 ° C for 5 minutes.
  • the pulp is washed and subjected to an oxygen delignification with 2.5% NaOH and 0.5% MgSO4 at 0.4 MPa pressure at 100 ° C for 90 minutes.
  • a pulp with a kappa number of 14 whiteness (ISO) is obtained after the 02 stage 34.8.
  • the bleaching with hydrogen peroxide results in the following whiteness at 12% consistency, 75 ° C and 4 hours residence time: H2O2% 1 2nd 3rd 3rd NaOH% 0.5 0.8 1.0 1.2 Water glass% 1.0 1.0 1.9 - White content (ISO) 66.3 70.2 75.8 75.2
  • the strength of the pulp after bleaching, despite the more intensive delignification at 20 SR, is 8.8 km tear length and 10.4 mN m2 / g tear resistance, compared to the original values of 9.8 km and 11.5 mN m2 / g.
  • a pine kraft pulp with a whiteness of 22.8 (ISO) and a kappa number of 46 is subjected to an intensive oxygen delignification at 115 ° C, 90 minutes residence time and 12% consistency after an acid wash to eliminate the heavy metals.
  • the oxygen pressure is 0.5 MPa
  • the lignin content is reduced to kappa 15.
  • the white content (ISO) after the 02 stage is 33.8.
  • Peroxide bleaching at 75 ° C, 20% consistency and 5 hours residence time gives the following white. content: H2O2% 1 2nd 3rd 2nd 3rd NaOH% 0.5 0.8 1.0 1.0 1.2 Water glass% 1.0 1.0 1.0 - - White content (ISO) 65.2 69.1 74.3 69.5 74.1
  • the strength of the pulp was unbleached at 20 SR 8.9 km tear length and 11.9 mN m2 / g tear resistance.
  • the tear length changed to 8.0 km and the tear resistance to 10.1 mN m2 / g (at 20 SR).
  • a eucalyptus kraft pulp with a white content of 26.4 and a kappa number of 16 is treated at 60 ° C for 5 minutes at pH 2 (adjusted with H2SO4) and then washed. Then with 2.0% NaOH at 100 ° C and initially 0.3 MPa oxygen pressure delignified in an open tower for 90 minutes. The lignin content after washing is Kappa 8.
  • the whiteness according to the O2 level is 41.4 ISO.
  • the peroxide bleach provides the following white contents: H2O2% 1 2nd 3rd 4th NaOH% 0.5 0.8 1.0 1.0 Water glass% 1.0 1.0 - 1.0 White content (ISO) 70.2 74.0 78.8 79.3
  • Examples 1-3 show that kraft pulp with sufficient white contents can be obtained using the process according to the invention.
  • the combination of the known acid wash before the oxygen stage with a subsequent hydrogen peroxide bleaching produces a synergistic effect.
  • the increase in white content is greater than the sum of the increases in the individually carried out combination of oxygen or hydrogen peroxide stage with the washing stage.
  • the resulting pulps since they are produced without the use of chlorine-containing compounds, cannot contain chlorinated organic compounds.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von halbgebleichtem Kraftzellstoff durch Delignifizierung und Bleiche, bei dem man den Kraftzellstoff nach dem alkalischen Aufschluß sauer wäscht, dann unter alkalischen Bedingungen delignifiziert und daran eine Peroxidbleiche anschließt. Man erhält so halbgebleichte Zellstoffe, wie sie nach dem Stand der Technik nur unter Verwendung von Chlor oder chlorhaltigen Verbindungen herstellbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von halbgebleichtem Kraftzellstoff ohne chlorhaltige Bleichmittel. Halbgebleicht bzw. mittlere Weißgrade sind in diesem Zusammenhang gleichbedeutend mit Weißgraden zwischen 60 und 80 (ISO).
  • Die Bleiche von Kraftzellstoffen erfordert nach dem Stand der Technik Chlor oder chlorierte Verbindungen, selbst wenn nur mittlere Weißgehalte angestrebt werden. Hohe Weißgehalte erfordern generell den Einsatz mehrstufiger Bleichsequenzen. Beginnend mit einer Chlorierungsstufe wird für mittlere Weißgrade üblicherweise in weiteren 2 Stufen (alkalischer Extraktion und Hypochloritbehandlung) gebleicht. Sollen höhere oder höchste Weißgehalte erreicht werden, so muß an diese drei Stufen eine Behandlung mit Chlordioxid angeschlossen werden. Wasserstoffperoxid kommt nur in geringen Mengen zum Einsatz, so zur Stabilisierung des Weißgehaltes oder zur Verminderung des Chlordioxidbedarfs. Übliche Bleichsequenzen sind heute z. B. C-E-H-(D) für halbgebleichte Zellstoffe (mit C=Chlorierung, E=Extraktion, H=Hypochlorit, D=Chlordioxid). Für hochgebleichte Zellstoffe haben sich Bleichsequenzen wie D-E-D-E-D-P, C-E-H-D-E-D oder CD-EO-D-P-D etabliert (P= Peroxid, EO=durch Sauerstoff verstärkte Extraktion).
  • Die in Skandinavien inzwischen übliche Delignifizierung des ungebleichten Zellstoffs mit Sauerstoff erlaubt eine Verringerung des Chlorbedarfs und damit auch der Summe der chlorierten Verbindungen im Abwasser. Dennoch wird die Belastung mit chlorierten Verbindungen zunehmend als problema­tisch empfunden. Chlorierte Verbindungen sind mutagen, wie z. B. Chloraceton oder toxisch, wie z. B. Chlorphenole. Die biologische Abbaubarkeit der chlorierten Verbindungen ist begrenzt, so daß auch durch einfache Techniken, wie z. B. die Umsetzung mit SO₂ nicht das grundsätzliche Problem der Persistenz in der Umwelt gelöst werden kann.
  • Verfahren, bei denen durch den Einsatz von Sauerstoff zur Delignifizierung der Chlorbedarf drastisch gesenkt wird, gehören daher heute in Ländern mit entwickelter Umwelt­sensibilität zum Stand der Technik Bleichsequenzen für hohe Endweißgehalte sind dann z. B. 0-CD-EO-D-P oder 0-DC-EO-D. Der Einsatz hoher Chlordioxidmengen bei der sequenziellen Chlorierung (D+C, DC) reduziert die Menge an chlorierten Verbindungen im Abwasser ebenfalls deutlich. Mittlere Weißgehalte erfordern jedoch immer noch die Anwendung von Chlor nach der Sauerstoffstufe, z. B. in Sequenzen wie 0-CD-E-H oder 0-CD-E-D.
  • Die Weiterentwicklung der Analysentechnik hat zur Charakterisierung kleinster Mengen des hochgiftigen Dioxins ` im Abwasser und in deutlich höheren Mengen sogar im Zellstoff selbst geführt. Besonders bei Hygieneprodukten, wie Tissue für Windeln, Tampons u. ä. gilt die gefundene Dioxinmenge trotz des niedrigen Niveaus als bedenklich. Für ein Verfahren, bei dem mindestens halbgebleichte Zellstoffe ohne den heute unausweichlichen Einsatz von Chlor zugänglich ist, besteht daher ein erhebliches Interesse.
  • Beim Sulfat- oder Kraftprozeß wird das Lignin unter stark alkalischen Bedingungen weitgehend gelöst. Die hohe Temperatur und Alkalität führt dabei zu einer starken Kondensation und dunkelbraunen Verfärbung des Lignins, das sehr schwer bleichbar ist. Unter relativ milden Bedingungen reagiert nur Chlor sehr selektiv mit dem restlichen Lignin, während Wasserstoffperoxid bei dem stark kondensierten Kraftlignin nur zu einem mäßigen Anstieg des Weißgehaltes führt. Der Zellstoff läßt sich beispielsweise mit 2 % H₂O₂ von einem Weißgehalt von 22 (ISO) auf 28 aufhellen. Deutlich höhere Peroxidmengen liefern kaum bessere Weißgehalte((1) Firmenschrift Degussa "Wasserstoffperoxid, Anwendung in der Zellstoffbleiche, 1987).
  • Die Anwendung von Sauerstoff erfordert drastische Reaktions­bedingungen, unter denen auch die Cellulose angegriffen wird. Es ist daher kaum möglich, ohne merkliche Viskositäts- und Festigkeitsverluste mehr als 45 - 50 % des nach dem Aufschluß noch vorhandenen Restlignins mit Sauerstoff zu entfernen.
  • Dieses Problem läßt sich durch eine an den alkalischen Aufschluß anschließende saure Waschstufe, die der wiederum alkalischen Delignifizierung mit Sauerstoff vorgeschaltet wird, erheblich vermindern. ("The Bleaching of Pulp", Tappi Press 1979, 177-178, ISBN 0-89852-043-6).
  • Die vorgeschaltete Wäsche führt ebenso zu einer Verbesserung des Weißgehaltes um einige Punkte.
  • Läßt man auf die saure Wäsche eine Bleiche mit Wasserstoffperoxid folgen, kann man ebenfalls eine zusätzliche leichte Aufhellung feststellen. Weißgehalte von 30-33 sind dann zugänglich (Firmenschrift Degussa, Seite 3), jedoch für die meisten der gewünschten Einsatzzwecke nicht ausreichend.
  • Deutlich höhere Weißgehalte sind auch durch die Kombination der konventionellen Sauerstoff-Delignifizierung mit einer Peroxidbleiche kaum zugänglich. Maximal werden 45 - 50 Weißpunkte (ISO) erhalten.
  • Die Durchführung dieses Verfahrens in Verbindung mit der sauren Wäsche läßt angesichts des geringen Weißgehaltanstiegs bei der Kombination von Sauerstoffdelignifizierung bzw. Wasserstoffperoxidbleiche mit der sauren Wäsche auch nicht den Anstieg auf die gewünschten Werte erwarten.
  • Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von halbgebleichtem Kraftzellstoff ohne die Verwendung von Chlor oder chlorierten Verbindungen. Dabei sollen auch Zellstoffe mit höherem Restligningehalt eingesetzt werden können.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von halbgebleichtem Kraftzellstoff durch Delignifizierung und Bleiche, bei dem man den Kraftzellstoff nach dem alkalischen Aufschluß sauer wäscht und dann mit Sauerstoff unter alkalischen Bedingungen delignifiziert, dadurch gekennzeichnet, daß man daran eine Peroxidstufe bei 60 - 90 °C, 8 - 25 % Konsistenz der Pulpe, einer Verweilzeit von 1 - 8 Stunden unter Verwendung von 0,5 - 4 % H₂O₂, 0,2 - 2,5 % NaOH sowie 0,05 - 3 % Wasserglas anschließt, wobei die Prozent­zahlen bezogen sind auf das Gesamtgewicht der Pulpe
  • Die saure Wäsche erfolgt bevorzugt unter Verwendung einer anorganischen Mineralsäure, insbesondere Schwefelsäure, bei einem pH-Wert von <4 und>0,5und einer Temperatur von 30-60 °C innerhalb von 1 - 60 Minuten.
  • Die Behandlung mit Sauerstoff findet in Gegenwart von 0,05 - 1% an sich bekannten Mg-Salzen, insbesondere Magnesiumsulfat, 0,5 - 7 % NaOH und einem Sauerstoffdruck von 0,1 - 0,5 MPa statt. Die Konsistenz der Pulpe liegt in diesem Schritt bei 5 - 25 %, als Verweilzeit wählt man 20 - 120 Minuten. Anstelle von Wasserglas kann man in der Peroxidstufe auch 0,01 - 0,8 % eines allgemein bekannten Komplexbildners einsetzen.
  • Es zeigt sich, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Bleiche von Kraftzellstoff auch auf mittlere Weißge­halte durch den Einsatz von Sauerstoff und Wasserstoff­peroxid selbst bei Zellstoffen mit höherem Restlignin­gehalt möglich ist.
    Das Verfahren kann in Anlagen mit einer vorhandenen Sauerstoffstufe nach der Installierung eines Waschsystems leicht in die Praxis umgesetzt werden. Das Abwasser der 0₂-Stufe läßt sich im Gegenstrom zur Eindampfungsanlage zurückführen, so daß nur die geringe Abwasserbelastung der Peroxidstufe über eine Abwasserreinigungsanlage geführt werden muß.
    • Beispiel 1 - 3:
  • Kombination einer Sauerstoffbehandlung und einer Wasserstoffperoxidbleiche mit vorgeschalteter saurer Wäsche.
    • Beispiel 1:
  • Ein Fichten-Kraftzellstoff mit einer Grundweiße von 4,1 (ISO) und einem Aufschlußgrad von Kappa 30 wird bei pH 2,0 und 45°C 5 Min. einer sauren Behandlung mit H₂SO₄ unterworfen. Der Zellstoff wird gewaschen und bei 100°C 90 Minuten einer Sauerstoff-Delignifizierung mit 2,5 % NaOH und 0,5 % MgSO₄ bei 0,4 MPa Druck unter­worfen. Man erhält einen Zellstoff mit einer Kappa-Zahl von 14. Weißgehalt (ISO) nach der 0₂-Stufe 34.8.
  • Bei der Bleiche mit Wasserstoffperoxid resultieren folgende Weißgehalte bei 12 % Stoffdichte, 75°C und 4 Stunden Verweilzeit:
    H₂O₂ % 1 2 3 3
    NaOH % 0,5 0,8 1,0 1,2
    Wasserglas % 1,0 1,0 1,9 -
    Weißgehalt (ISO) 66,3 70,2 75,8 75,2
  • Die Festigkeiten des Zellstoffs liegen nach der Bleiche trotz der intensiveren Delignifizierung bei 20 SR bei 8,8 km Reißlänge und 10,4 mN m²/g Durchreißwiderstand, gegenüber den ursprünglichen Werten von 9,8 km und 11,5 mN m²/g.
    • Beispiel 2:
  • Ein Kiefern-Kraftzellstoff mit einer Weiße von 22,8 (ISO) und einer Kappa-Zahl von 46 wird nach einer sauren Wäsche zur Eliminierung der Schwermetalle einer intensiven Sauerstoff-Delignifizierung bei 115°C, 90 Minuten Ver­weilzeit und 12 % Stoffdichte unterworfen. Der Sauerstoff­druck beträgt 0,5 MPa, der Natronlaugegehalt 4 % bei einem Zusatz von 0,5 % MgSO₄. Der Ligningehalt vermindert sich auf Kappa 15. Der Weißgehalt (ISO) nach der 0₂-Stufe beträgt 33.8. Die Peroxidbleiche bei 75°C, 20 % Stoff­dichte und 5 Stunden Verweilzeit liefert folgende Weiß. gehalte:
    H₂O₂ % 1 2 3 2 3
    NaOH % 0,5 0,8 1,0 1,0 1,2
    Wasserglas % 1,0 1,0 1,0 - -
    Weißgehalt (ISO) 65,2 69,1 74,3 69,5 74,1
  • Die Festigkeiten des Zellstoffs betrugen ungebleicht bei 20 SR 8,9 km Reißlänge und 11,9 mN m²/g Durchreißwider­stand. Beim Versuch mit 3 % H₂O₂ und Wasserglas-Stabili­sierung veränderte sich die Reißlänge auf 8,0 km und die Durchreißwiderstand auf 10,1 mN m²/g (bei 20 SR).
    • Beispiel 3:
  • Ein Eukalyptus-Kraftzellstoff mit einem Weißgehalt von 26,4 und einer Kappa-Zahl von 16 wird bei 60°C 5 Minuten bei pH 2 (eingestellt mit H₂SO₄) behandelt und anschlie­ßend gewaschen. Mit 2,0 % NaOH wird danach bei 100°C und anfänglich 0,3 MPa Sauerstoffdruck in einem oben offenen Turm 90 Minuten delignifiziert. Der Ligninge­halt beträgt nach der Wäsche Kappa 8. Der Weißgehalt beträgt nach der O₂-Stufe 41.4 ISO. Die Peroxidbleiche liefert bei 14 % Stoffdichte, 80°C und einer Verweilzeit von 4 Stunden folgende Weißgehalte:
    H₂O₂ % 1 2 3 4
    NaOH % 0,5 0,8 1,0 1,0
    Wasserglas % 1,0 1,0 - 1,0
    Weißgehalt (ISO) 70,2 74,0 78,8 79,3
  • Die Beispiele 1 - 3 zeigen, daß man mit Hilfe des er­findungsgemäßen Verfahrens Kraftzellstoff mit ausreichenden Weißgehalten erhalten kann.
  • Überraschenderweise stellt sich durch die Kombination der bekannten sauren Wäsche vor der Sauerstoffstufe mit einer anschließenden Wasserstoffperoxid-Bleiche ein synergistischer Effekt ein. Der Weißgehaltzuwachs ist größer als die Summe der Zuwächse bei der jeweils einzeln vorgenommenen Kombination von Sauerstoff- bzw. Wasser­stoffperoxidstufe mit der Waschstufe.
  • Die resultierenden Zellstoffe können, da sie ohne den Einsatz chlorhaltiger Verbindungen hergestellt werden, keine chlorierten organischen Verbindungen enthalten.
  • Sie sind daher gerade für den Bereich der Hygienepapiere besonders attraktiv. Der erreichbare Weißgehalt ist eben­falls für den Hygienepapiersektor sowie viele grafische Papiere, besonders holzhaltige, absolut ausreichend.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von halbgebleichtem Kraftzellstoff durch Delignifizierung und Bleiche, bei dem man den Kraftzellstoff nach dem alkalischen Aufschluß sauer wäscht und dann mit Sauerstoff unter alkalischen Bedingungen delignifiziert,
dadurch gekennzeichnet,
daß man daran eine Peroxidstufe bei 60 - 90 °C, 8 - 25 % Konsistenz der Pulpe, einer Verweilzeit von 1 - 8 Stunden unter Verwendung von 0,5 - 4 % H₂O₂, 0,2 - 2,5 % NaOH sowie 0,05 - 3 % Wasserglas anschließt, wobei die Prozentzahlen bezogen sind auf das Gesamtgewicht der Pulpe.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man in der Peroxidstufe anstelle von Wasserglas 0,01 - 0,8 % eines Komplexbildners verwendet.
EP88119939A 1988-01-28 1988-11-30 Verfahren zur Herstellung von halbgebleichtem Kraftzellstoff Ceased EP0325731A1 (de)

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