EP2172590B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Rohstoffen bei der Herstellung von Papier, Pappe oder Faserplatten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Rohstoffen bei der Herstellung von Papier, Pappe oder Faserplatten Download PDF

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EP2172590B1
EP2172590B1 EP09170023.7A EP09170023A EP2172590B1 EP 2172590 B1 EP2172590 B1 EP 2172590B1 EP 09170023 A EP09170023 A EP 09170023A EP 2172590 B1 EP2172590 B1 EP 2172590B1
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nitrogen
paper
fibre suspension
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Dejan Sibila
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Messer Austria GmbH
Messer Slovenija doo
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Messer Austria GmbH
Messer Slovenija doo
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
    • D21B1/12—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam
    • D21B1/14—Disintegrating in mills
    • D21B1/16—Disintegrating in mills in the presence of chemical agents
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/20—Methods of refining
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H23/00—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/02—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
    • D21H23/04—Addition to the pulp; After-treatment of added substances in the pulp
    • D21H23/06—Controlling the addition
    • D21H23/14—Controlling the addition by selecting point of addition or time of contact between components
    • D21H23/16—Addition before or during pulp beating or refining

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of raw materials for the production of paper, cardboard or fibreboard, in which the raw materials are processed to an aqueous fiber suspension, which is then ground in a mill.
  • the invention further relates to a corresponding device.
  • the chemically and mechanically worked up fiber raw materials e.g. Wood pulp, ground pulp or shredded waste paper optionally with other additives
  • fiber raw materials e.g. Wood pulp, ground pulp or shredded waste paper optionally with other additives
  • the mechanical properties (strength properties) of the paper, the cardboard or the fiberboard are influenced by the freeness of the fiber suspension.
  • the fibers are shortened, fibrillated and squeezed, increasing their flexibility and their specific surface area. This also increases the number of possible bonds between the fibers. These in turn determine the mechanical strength of the final product.
  • the required grinding work is associated with considerable energy expenditure.
  • the degree of grinding and the grinding parameters approximately 120 to 200 kWh per ton of fiber material must be used.
  • highly milled fiber suspensions have a lower dewatering rate in the wire section than unground or low milled fiber suspensions, so that the degree of milling substantially determines the performance of the paper machine.
  • the object of the invention is to further reduce the energy required for grinding the fiber suspension in the refiner.
  • the inventive method for the preparation of raw materials for the production of paper, cardboard or fiberboard in which the raw materials are processed into an aqueous fiber suspension, which is then ground in a mill, is thus characterized in that the raw materials and / or the fiber suspension Nitrogen is added to the grinding process.
  • the duration of the treatment depends on the pulp used and the desired properties of the final product.
  • the addition of nitrogen results in a swelling of the fibers due to a hitherto unexplored mechanism.
  • the swelling of the fibers in turn facilitates the subsequent grinding of the fiber suspension. In this way, a considerable part of the energy used for the grinding can be saved.
  • a precipitate may be added to the fiber suspension in the manner previously described to provide additional energy savings in the milling process.
  • the subsequent grinding is carried out in a customary manner, for example according to one in the DE 10 2004 039 986 A1 described method.
  • the entry of the nitrogen takes place by means of suitable entry systems, for example lances, by means of which the nitrogen is introduced at high speed, for example at ultrasonic speed, into the fiber suspension or into the raw materials and then penetrates into the fibers.
  • the water contained in the fibers is thus at least partially in the liquid state before grinding.
  • dry raw materials these can also be exposed to a nitrogen atmosphere.
  • the nitrogen can be introduced in gaseous form or, as explained in more detail below, in the cryogenic liquefied state. In the case of a gaseous feed, the use of cold nitrogen gas is advantageous.
  • the nitrogen treatment can also be carried out in two or more successive steps, wherein, for example, the raw materials before the production of the fiber suspension and then the fiber suspension nitrogen is supplied.
  • a supply of liquid nitrogen in a paper suspension is also from the DE 10 2006 042 429 B3 known.
  • the refrigeration effect of a cryogenic refrigerant introduced into a paper stock consisting predominantly of waste paper is used to reduce the adhesiveness of adhesive residues contained in the suspension, so-called stickies, in order subsequently to remove them from the suspension by means of physical separation processes such as sieving can.
  • the invention does not aim at a cooling effect, but on a grinding facilitating swelling of the fibers, which is brought about by the nitrogen penetrating into the fibers.
  • An advantageous development of the invention provides that the nitrogen is added to the fiber suspension and / or the raw materials in cryogenic liquefied form.
  • the liquid nitrogen is introduced by a suitable device, such as a lance or a nozzle, in the fiber suspension or the raw materials and / or mixed for example by means of agitator or vortex worm cooler with the fiber suspension or with the raw materials.
  • a suitable device such as a lance or a nozzle
  • the addition of liquid nitrogen, particularly in fiberboard production results in a total of less fiber needed to produce the fiberboard, with substantially the same strength as those fiberboards conventionally produced.
  • the fiberboards are thereby lighter, at the same time raw material is saved in the production process.
  • the raw materials or the fiber suspension are cooled by the addition of the cryogenic, liquefied or gaseous nitrogen at least locally to a width of below 0 ° C and then brought to a temperature above 0 ° C, for example 2-4 ° C.
  • the raw materials are thus first cooled and then heated again to a value above 0 ° C and fed to the grinding. This procedure leads to a particularly effective swelling of the raw materials or the fiber suspension, through which the grinding is facilitated.
  • a further preferred embodiment of the invention is characterized in that, when waste paper is used as raw material, the nitrogen is supplied to the waste paper prior to the production of the fiber suspension for the purpose of better removability of existing printing inks. For reasons not yet fully understood, the addition of nitrogen facilitates the detachment of printing inks from the recovered paper fibers.
  • the object of the invention is also by a device for the preparation of raw materials for the production of paper, cardboard or fiberboard, with a Means for providing the raw materials, a device for producing a fiber suspension from the fibers of the raw materials, and with a mill for grinding the fiber suspension, dissolved, which is characterized in that the mill means for supplying nitrogen, in particular liquid nitrogen, in the Raw materials and / or upstream of the fiber suspension.
  • an input of nitrogen into the raw materials and / or into the fiber suspension thus takes place by means of the device for supplying the nitrogen.
  • the device for supplying the liquid nitrogen comprises suitable, designed for the supply of cryogenic media entry devices.
  • the nitrogen in cryogenic liquefied form of the aqueous fiber suspension with a in the DE 10 2006 027 561 A1 fed described arrangement is integrated in the nitrogen supply, which opens only in the presence of a predetermined pressure of the supplied nitrogen over the pressure in the fiber suspension and releases the addition of liquid nitrogen. This will effectively avoid icing of the supply of liquid nitrogen;
  • Dry pulp bales for example containing waste paper
  • the pulp bales are fed to the pulper via a conveyor belt.
  • the conveyor belt sprays the pulp bales with liquid nitrogen.
  • the entry of liquid nitrogen in the pulper The fiber suspension cooled locally to temperatures below 0 ° C. by the addition of nitrogen then heats up to values of more than 0 ° C. by contact with the surrounding warmer suspension and is fed to the grinding in this state.
  • the nitrogen therefore does not lead to embrittlement due to icing, but to a swelling facilitating the grinding of the fibers.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Rohstoffen für die Herstellung von Papier, Pappe oder Faserplatten, bei dem die Rohstoffe zu einer wässerigen Fasersuspension verarbeitet werden, die anschließend in einer Mühle gemahlen wird. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Vorrichtung.
  • Bei der Herstellung von Papier, Karton oder Faserplatten werden die chemisch und mechanisch aufgearbeiteten Faserrohstoffe, z.B. Holzschliff, gemahlener Zellstoff oder zerkleinertes Altpapier ggf. mit weiteren Zugabestoffen, als wässerige Fasersuspension in der Siebpartie der Papiermaschine auf ein endlos bewegten Siebband aufgetragen, wobei ein großer Teil des in der Suspension enthaltenen Wassers entfernt wird uns sich allmählich die Papierbahn herausbildet. Zur Erzielung hoher Qualitäten ist es in der Regel erforderlich, die Fasersuspension vor der Zuführung an die Siebpartie in speziellen Mühlen, sogenannten "Refinern" mehr oder weniger stark zu mahlen. Insbesondere die mechanischen Eigenschaften (Festigkeitseigenschaften) des Papiers, des Kartons oder der Faserplatte werden durch den Mahlgrad der Fasersuspension beeinflusst. Bei der Mahlung werden die Fasern gekürzt, fibrilliert und gequetscht, wodurch ihre Flexibilität und ihre spezifische Oberfläche erhöht werden. Dadurch steigt auch die Anzahl der möglichen Bindungen zwischen den Fasern. Diese wiederum bestimmen die mechanische Festigkeit des Endprodukts. Die erforderliche Mahlarbeit ist mit erheblichem Energieaufwand verbunden. Abhängig von der Faserart, dem Mahlgrad und den Mahlparametern sind ca. 120 bis 200 kWh pro Tonne Fasermaterial aufzuwenden. Zudem weisen hoch gemahlene Fasersuspensionen eine geringere Entwässerungsgeschwindigkeit in der Siebpartie auf als ungemahlene oder niedrig gemahlene Fasersuspensionen, sodass der Grad der Mahlung wesentlich die Leistung der Papiermaschine bestimmt.
  • In der DE 101 15 421 A1 wird vorgeschlagen, den Energieeinsatz beim Mahlvorgang dadurch zu senken, dass eine Fasersuspension mit einer vorgegebenen Feststoffkonzentration von beispielsweise 30% bis 40% mit einem Fällungsprodukt, wie beispielsweise Calciumcarbonat, beladen wird und der Mahlprozess erst im Anschluss an die Beladung erfolgt. Das sich als Füllstoff an den Fasern anlagernde Calciumcarbonat begünstigt die anschließende Mahlung und verringert so den Energieverbrauch.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den zur Mahlung der Fasersuspension im Refiner benötigten Energieverbrauch weiter zu reduzieren.
  • Gelöst ist dieser Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung von Rohstoffen für die Herstellung von Papier, Pappe oder Faserplatten, bei dem die Rohstoffe zu einer wässerigen Fasersuspension verarbeitet werden, die anschließend in einer Mühle gemahlen wird, ist also dadurch gekennzeichnet, dass den Rohstoffen und/oder der Fasersuspension vor dem Mahlvorgang Stickstoff zugeführt wird. Die Dauer der Behandlung hängt dabei vom eingesetzten Halbstoff und den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts ab. Die Zugabe des Stickstoffs führt aufgrund eines bislang noch nicht erforschten Mechanismus zu einem Aufquellen der Fasern. Das Aufquellen der Fasern wiederum erleichtert die anschließende Mahlung der Fasersuspension. Auf diese Weise kann ein beträchtlicher Teil der für die Mahlung aufgewendeten Energie eingespart werden. Zusätzlich zur Zugabe des Stickstoffs kann der Fasersuspension selbstverständlich in der zuvor beschriebenen Weise ein Fällungsprodukt zugegeben werden, um zusätzliche Energieeinsparungen beim Mahlvorgang zu erzielen. Die anschließende Mahlung erfolgt in üblicher Weise, beispielsweise nach einem in der DE 10 2004 039 986 A1 beschriebenen Verfahren. Der Eintrag des Stickstoffs erfolgt mittels geeigneter Eintragsysteme, beispielsweise Lanzen, mittels denen der Stickstoff mit hoher Geschwindigkeit, beispielsweise mit Ultraschallgeschwindigkeit, in die Fasersuspension oder in die Rohstoffe eingetragen wird und anschließend in die Fasern eindringt. Das in den Fasern enthaltene Wasser befindet sich vor der Mahlung somit zumindest teilweise im flüssigen Zustand. Im Falle trockener Rohstoffe können diese auch einer Stickstoffatmosphäre ausgesetzt werden. Der Stickstoff kann gasförmig, oder, wie unten näher erläutert, in tiefkalt verflüssigtem Zustand eingetragen werden. Im Falle eines gasförmigen Eintrags ist die Verwendung von kaltem Stickstoffgas vorteilhaft. Die Stickstoffbehandlung kann auch in zwei oder mehr aufeinander folgenden Schritten erfolgen, wobei beispielsweise den Rohstoffen vor der Herstellung der Fasersuspension und anschließend der Fasersuspension Stickstoff zugeführt wird.
  • Eine Zuführung von flüssigem Stickstoff in eine Papiersuspension ist auch aus der DE 10 2006 042 429 B3 bekannt. Dort wird die Kältewirkung eines in eine überwiegend aus Altpapier bestehenden Papiersuspension eingetragenen kryogenen Kältemittels dazu genutzt, die Klebefähigkeit von in der Suspension enthaltenen Kleberresten, sogenannten Stickies, zu reduzieren, um sie anschließend mit Hilfe physikalischer Trennverfahren, wie beispielsweise Sieben, aus der Suspension entfernen zu können. Im Gegensatz dazu zielt die Erfindung aber gerade nicht auf einen Kühleffekt, sondern auf eine die Mahlung erleichternde Quellung der Fasern, die durch den in die Fasern eindringenden Stickstoff herbeigeführt wird.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Stickstoff der Fasersuspension und/oder den Rohstoffen in tiefkalt verflüssigter Form zugegeben wird. Der flüssige Stickstoff wird durch eine geeignete Vorrichtung, etwa einer Lanze oder einer Düse, in die Fasersuspension bzw. die Rohstoffe eingebracht und/oder beispielsweise mittels Rührwerk oder Wirbelschneckenkühler mit der Fasersuspension oder mit den Rohstoffen durchmischt. Die Zugabe von flüssigem Stickstoff führt insbesondere bei der Faserplattenproduktion dazu, dass, bei einer im wesentlichen gleichen Festigkeit wie die solcher Faserplatten, die auf konventionellem Wege hergestellt wurden, insgesamt weniger Fasern für die Erzeugung der Faserplatten benötigt werden. Die Faserplatten werden dadurch leichter, gleichzeitig wird im Produktionsprozess Rohstoff eingespart.
  • Vorteilhafterweise werden die Rohstoffe bzw. die Fasersuspension durch die Zugabe des tiefkalten, verflüssigten oder gasförmigen Stickstoffs zumindest lokal auf Weite von unter 0°C gekühlt und anschließend auf eine Temperatur von über 0°C, beispielsweise 2 - 4°C, gebracht. Bevorzugt werden die Rohstoffe dabei also zunächst abgekühlt und anschließend wieder auf einen Wert oberhalb von 0°C erwärmt und der Mahlung zugeführt. Diese Verfahrensweise führt zu einer besonders wirksamen Quellung der Rohstoffe bzw. der Fasersuspension, durch die die Mahlung erleichtert wird.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass, bei Verwendung von Altpapier als Rohstoff, der Stickstoff dem Altpapier vor der Herstellung der Fasersuspension zwecks besserer Ablösbarkeit vorhandener Druckfarben zugeführt wird. Aus bislang noch nicht völlig verstandenen Gründen erleichtert die Zugabe des Stickstoffs die Ablösung von Druckfarben von den Altpapierfasern.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Rohstoffen für die Herstellung von Papier, Karton oder Faserplatten, mit einer Einrichtung zum Bereitstellen der Rohstoffe, einer Einrichtung zum Herstellen einer Fasersuspension aus den Fasern der Rohstoffe, und mit einer Mühle zum Mahlen der Fasersuspension, gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Mühle eine Einrichtung zur Zuführung von Stickstoff, insbesondere von Flüssigstickstoff, in die Rohstoffe und/oder in die Fasersuspension vorgeschaltet ist.
  • Erfindungsgemäß erfolgt somit mittels der Einrichtung zur Zuführung des Stickstoffs ein Eintrag von Stickstoff in die Rohstoffe und/oder in die Fasersuspension. Die Einrichtung zum Zuführen des flüssigen Stickstoffs umfasst geeignete, für die Zuführung von tiefkalten Medien ausgelegte Eintragseinrichtungen. Beispielsweise wird der Stickstoff in tiefkalt verflüssigter Form der wässerigen Fasersuspension mit einer in der DE 10 2006 027 561 A1 beschriebenen Anordnung zugeführt. Bei dieser Anordnung ist in der Stickstoffzuführung ein Differenzdruckventil integriert, das erst bei Vorliegen eines vorgegebenen Überdrucks des herangeführten Stickstoffs gegenüber dem Druck in der Fasersuspension öffnet und die Zugabe von Flüssigstickstoff freigibt. Dadurch wird wirkungsvoll ein Vereisen der Zuführung des flüssigen Stickstoffs vermeiden; zudem ist es möglich, den Stickstoff auch in einem unteren Teil eines die Fasersuspension aufnehmenden Gefäßes zuzuführen.
    • Beispiel:
  • Trockene Zellstoffballen, beispielsweise enthaltend Altpapier, werden in einem Stofflöser unter Beimengung von Wasser aufgelöst. Hierzu werden die Zellstoffballen dem Stofflöser über ein Förderband zugeführt. Am Förderband erfolgt eine Besprühung der Zellstoffballen mit Flüssigstickstoff. Ergänzend oder alternativ hierzu erfolgt der Eintrag von flüssigem Stickstoff in den Stofflöser. Die durch die Stickstoffzugabe lokal auf Temperaturwerte von unter 0°C abgekühlte Fasersuspension erwärmt sich anschließend durch den Kontakt mit der umgebenden wärmeren Suspension auf Werte von über 0°C und wird in diesem Zustand der Mahlung zugeführt. Der Stickstoff führt also nicht zu einer vereisungsbedingten Versprödung, sondern zu einer die Mahlung erleichternden Quellung der Fasern.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Aufbereitung von Rohstoffen für die Herstellung von Papier, Pappe oder Faserplatten, bei dem die Rohstoffe zu einer wässerigen Fasersuspension verarbeitet werden, die anschließend in einer Mühle gemahlen wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass den Rohstoffen und/oder der Fasersuspension vor dem Mahlvorgang Stickstoff zugeführt wird, wobei die Rohstoffe bzw. die Fasersuspension durch die Zugabe des Stickstoffs zumindest lokal auf Werte unter 0°C gekühlt und anschließend auf eine Temperatur von über 0°C gebracht werden/wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff den Rohstoffen und/oder der Fasersuspension in tiefkalt verflüssigter Form zugegeben wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zumindest ein Rohstoff Altpapier zum Einsatz kommt und der Stickstoff dem Altpapier vor der Herstellung der Fasersuspension zwecks besserer Ablösbarkeit vorhandener Druckfarben zugeführt wird.
  4. Vorrichtung zur Aufbereitung von Rohstoffen für die Herstellung von Papier, Karton oder Faserplatten, mit einer Einrichtung zum Bereitstellen der Rohstoffe, einer Einrichtung zum Herstellen einer Fasersuspension aus den Fasern der Rohstoffe, und mit einer Mühle zum Mahlen der Fasersuspension,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Mühle eine Einrichtung zur Zuführung von Stickstoff, insbesondere von Flüssigstickstoff, in die Rohstoffe und/oder in die Fasersuspension vorgeschaltet ist.
EP09170023.7A 2008-09-29 2009-09-11 Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Rohstoffen bei der Herstellung von Papier, Pappe oder Faserplatten Not-in-force EP2172590B1 (de)

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