EP2625331A2 - Verfahren zur aufbereitung von biomasse - Google Patents

Verfahren zur aufbereitung von biomasse

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EP2625331A2
EP2625331A2 EP11808145.4A EP11808145A EP2625331A2 EP 2625331 A2 EP2625331 A2 EP 2625331A2 EP 11808145 A EP11808145 A EP 11808145A EP 2625331 A2 EP2625331 A2 EP 2625331A2
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EP
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pulper
biomass
sized
treatment
continuously operated
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EP11808145.4A
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Hans-Joachim Boltersdorf
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    • 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
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    • D21B1/30—Defibrating by other means
    • D21B1/34—Kneading or mixing; Pulpers
    • D21B1/345—Pulpers

Definitions

  • the invention relates to a process for the treatment of biomass, in particular wood-containing green waste and a high-density pulp with a spiral.
  • biomass in particular wood-containing green waste and a high-density pulp with a spiral.
  • the process must be conducted in that suitable cellulose fiber lengths are achieved for papermaking.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for the treatment of biomass, can be provided with the fibers of special length and nature, in particular for papermaking. [04] This object is achieved with a method for the treatment of biomass, in particular wood-containing green waste, in which the biomass is treated in a continuously operated, sized pulper and then the separated fibers are ground in a Pulperkugelmühle.
  • the sized pulper is operated as a high-density pulp.
  • An advantageous density in the sized pulper is therefore 10 to 20% by weight.
  • the speed of the knife relative to the biomass is of high relevance. Particularly good results were achieved with knife speeds of more than 10 m / sec relative to the biomass.
  • the biomass has a high content of woody constituents
  • a fast rotating knife as in a lawn mower, followed bynsiebung together with the return of the upper grain can be used. This means that it will become a classic mill Used classifying system and, for example periodically separated the resulting biomass in the form of, for example, wood chips and fed, for example, a biomass cogeneration plant.
  • biomass has wood components
  • the biomass be heated under pressure.
  • an autoclave can be used.
  • continuous heaters water can be supplied and it can be drained steam to influence the processes during heating.
  • the biomass is kept hot for several hours. If no steam is vented, it is sufficient to bring the biomass under pressure preferably to a temperature, for example between 100 ° C and 200 ° C, so that the biomass becomes soft and thus easier to treat.
  • the present invention is based on the finding that it makes sense to use knives in a high-density pulp which have a particularly sharp cutting edge.
  • Sharp knives such as, in particular, utility knife blades or other sharp blades, can be used as cutting edges.
  • Figure 1 schematically shows a method with a mended pulper and a Pulperkugelmühle
  • FIG. 2 schematically shows a method with a fitted pulper and two pulper ball mills.
  • the method shown in Figure 1 is particularly suitable for green waste, such as grass. This method is very advantageous because it can be used to expose most of the cellulosic fibers that are useful in papermaking.
  • the first process step 2 is a dry processing.
  • a rapidly rotating blade 3 is provided, which comminutes the green section conveyed on the belt 4 like a lawnmower.
  • the top grain 6 is returned.
  • Periodically accumulating biomass in the form of wood chips 7 is disposed of by the carriage 8 and fed, for example, a heating plant.
  • the undersize 9 is fed to the high-consistency-density pulp 10 and treated there according to the kappa effect. In this case, the supplied undersize 9 is cut with a mended spiral 11 and the cut undersize 12 is removed below a screen plate 13.
  • the milled coil 11 of the reactor 10 is driven at high speeds to achieve high cutting speeds.
  • a screen plate 13 is a perforated plate with hole diameters of about 1 to 4 mm, such as 1.5 mm, provided.
  • the pulp is discharged as a cut undersize 12.
  • the pulper 10 is operated in such a way as a reactor that the relatively long green fiber fibers are cut to a useful for paper production measure of about 5 to 6 mm.
  • the second main process step is fibrillating the fibers in a continuous pulper mill 14.
  • This pulper mill 14 has a hole diameter of about 2 mm in the perforated plate 15, a spiral 16 and Bullets 17, about have the density of plastic.
  • the fibers are roughened in such a way that, for example, they provide a good bond with each other during later paper production.
  • This second process step in the pulper mill 14 is preferably operated in two stages.
  • the pulp to be ground is milled with the addition or flow of relatively little water until the desired strength increase has been established.
  • the fibers are washed out of the ball pulp mixture using a relatively large amount of water.
  • a sorting is performed in a slot sorter 19 having slots of ⁇ 0.3 mm in the sorting plate 20.
  • the cleaned pulp 21 is then removed from the classifier 19, while the larger particles 22 are removed by means of the cart 23 opposite.
  • the milled pulp 8 leaves the system for further use, especially for papermaking.
  • the upper grain 39 in the pulper 31 with the augmented spiral 32 is fed to a second pulp ball mill 40, which has heavier grinding media 41, a spiral 42 and a screen plate 43. There, the upper grain 39 is subjected to a fiber-shortening, at the same time fumigating and fibrillating the woody constituents. Thereafter, the fiber fraction 44 leaves the system.
  • a thickener between sliced pulper 10, 31 and pulp ball mill 14, 33, 40 can be placed anywhere between these units. Due to its washing properties, such a thickener extracts the non-paper components, such as ash, proteins, floury fines, colloids, etc., in order to separate them from the fibers already in an early process step and to recycle them to another utilization. Here comes the processing to cattle feed or also a fermentation to biogas in question.
  • the diameters of the balls are 4 mm and above. For smaller balls of the order of 2 mm, too much fines are produced which hinder the process.
  • the biomass is first pretreated in an autoclave for the treatment of woodcut, woody green waste or woodchips.
  • the biomass is optionally maintained under the addition of water in an autoclave for several hours at about 120 ° C under pressure. In doing so, the wood becomes so soft that the further treatment can be carried out as in the case of a green section or together with a green section.

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Abstract

Die Erfindung betriff ein Verfahren zur Aufbereitung von Biomasse, wie insbesondere holzhaltigem Grünschnitt und einen Hochstoffdichtepulper mit einer Spirale, bei dem der Grünschnitt in einem kontinuierlich betriebenen, bemesserten Pulper behandelt wird und anschließend die abgetrennten Fasern in einer Pulperkugelmühle gemahlen werden.

Description

Verfahren zur Aufbereitung von Biomasse
[01] Die Erfindung betriff ein Verfahren zur Aufbereitung von Biomasse, wie insbesondere holzhaltigem Grünschnitt und einen Hochstoffdichtepul- per mit einer Spirale. [02] Insbesondere für die Bearbeitung von Biomasse in Pulpern zur Herstellung von Zellulose- sowie Holzstofffasern für die Papierherstellung bedarf eines speziellen Verfahrens, da einerseits die Biomasse stark bearbeitet werden muss, um die Zellulosefasern frei zu setzen, und andererseits der Prozess so geführt werden muss, dass für die Papierherstellung geeig- nete Zellulosefaserlängen erzielt werden.
[03] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufbereitung von Biomasse bereit zu stellen, mit dem Fasern spezieller Länge und Beschaffenheit, insbesondere für die Papierherstellung bereitgestellt werden können. [04] Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Aufbereitung von Biomasse, wie insbesondere holzhaltigem Grünschnitt gelöst, bei dem die Biomasse in einem kontinuierlich betriebenen, bemessenen Pulper behandelt wird und anschließend die abgetrennten Fasern in einer Pulperkugelmühle gemahlen werden.
Bestätigungskopie| [05] Die spezielle Kombination von bemessertem Pulper mit der Behandlung in einer Pulperkugelmühle führte überraschend zu einem Verfahren, mit dem Biomasse auf besonders einfache Art und Weise behandelt werden kann, um Fasern bereit zu stellen. Je nach Behandlungsschritt und Ausgestaltung der bemesserten Pulper und der Kugeln für die Kugelmühle können somit für verschiedenste Anwendungen Fasern bereitgestellt werden.
[06] Vorteilhaft ist es, wenn der bemesserte Pulper als Hochstoffdichte- pulper betrieben wird. Eine vorteilhafte Dichte im bemesserten Pulper liegt daher bei 10 bis 20 GG%.
[07] Dabei ist die Geschwindigkeit des Messers relativ zur Biomasse von hoher Relevanz. Besonders gute Ergebnisse wurden mit Messergeschwindigkeiten über 10 m/sec relativ zur Biomasse erzielt.
[08] Ideal für die Verwendung der Fasern in der Papierindustrie ist es, wenn die abgetrennten Fasern eine Länge zwischen 1 mm und 5 mm haben.
[09] Insbesondere, wenn die Biomasse einen großen Gehalt an holzigen Bestandteilen aufweist, ist es vorteilhaft, wenn die Biomasse vor der Behandlung im kontinuierlich betriebenen bemesserten Pulper trocken aufbe- reitet wird. Hierfür kann ein schnell rotierendes Messer, wie bei einem Rasenmäher, mit anschließender Trockensiebung nebst Rückführung des Oberkorns verwendet werden. Das heißt, es wird ein klassisches Mühlen- Klassier-System angewendet und beispielsweise periodisch die anfallende Biomasse in Form von beispielsweise Holzschnitzelchen abgetrennt und beispielsweise einem Biomasseheizkraftwerk zugeführt.
[10] Insbesondere wenn die Biomasse Holzbestandteile aufweist, ist es vorteilhaft wenn die Biomasse vor der Behandlung im kontinuierlich betriebenen, bemesserten Pulper erhitzt wird. Dies ermöglicht es auch Holzschnitt, Grünschnitt mit holzhaltigen Teilen und sogar zerkleinertes Holz und Holzhackschnitzel zu behandeln.
[11] Um zu erreichen, dass Wasser in das Holz oder die holzhaltigen Be- standteile eindringt, wird vorgeschlagen, dass die Biomasse unter Druck erhitzt wird. Hierzu kann ein Autoklav verwendet werden. Es können aber auch kontinuierliche Erhitzer verwendet werden. Dabei kann Wasser zugeführt werden und es kann Dampf abgelassen werden, um die Vorgänge beim Erhitzen zu beeinflussen. [12] Vorteilhaft ist es, wenn die Biomasse mehrere Stunden lang heiß gehalten wird. Wenn kein Dampf abgelassen wird, reicht es aus, die Biomasse vorzugsweise unter Druck auf eine Temperatur beispielsweise zwischen 100 °C und 200 °C zu bringen, damit die Biomasse weich und dadurch leichter behandelbar wird.
[13] Insbesondere für die Holzstoffmahlung wird vorgeschlagen, dass nach der Behandlung im kontinuierlich betriebenen, bemesserten Pulper die abgetrennten Zellulosefasern auf einer Siebmaschine eingedickt und von die Mahlung störendem Feinstoff befreit werden.
[14] Besonders gute Ergebnisse werden dadurch erzielt, dass die abgetrennten Fasern in der Pulperkugelmühle fibrillierend gemahlen werden. [15] Zur Behandlung der abgetrennten Fasern wird vorgeschlagen, dass diese Fasern in der Pulperkugelmühle mit leichten Kugeln, die etwa die Dichte von Kunststoff aufweisen, gemahlen werden. Die abgetrennten Fasern werden somit als Unterkorn einer vorsichtigen Behandlung in einer Pulperkugelmühle unterzogen. [16] Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das Oberkorn des kontinuierlich betriebenen bemesserten Pulpers in einer Pulperkugelmühle mit schweren Kugeln, die etwa die Dichte von Stahl, Stein oder Keramik aufweisen, gemahlen wird.
[17] Je nach Ergebnis kann es vorteilhaft sein, wenn nach der fibrillie- renden Mahlung eine Nachsortierung erfolgt.
[18] Bekannte Messer in Pulpern haben Schärfen mit einigen Millimeter Radius. Diese Messer wirken als Aufschlagscheiben. Sie bewegen die Biomasse als Pulpertreiber innerhalb des Pulpers. Ein Schneiden findet hingegen nicht statt oder ist nur von untergeordneter Bedeutung. Im Ge- gensatz hierzu wird für das erfindungsgemäße Verfahren ein Hochstoff- dichtepulper mit einer Spirale vorgeschlagen, bei dem* die Spirale eine Bemesserung mit einer Klinge mit einer Schneide mit einem Radius unter 1 mm aufweist.
[19] Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es sinnvoll ist, in einem Hochstoffdichtepulper Messer einzusetzen, die eine besonders scharfe Schneide aufweisen. Als Schneiden können scharfe Messer, wie insbesondere Teppichmesserklingen oder andere scharfe Klingen verwendet werden.
[20] Zwei Verfahrensschemata zur Aufbereitung von Biomasse sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Figur 1 schematisch ein Verfahren mit einem bemesserten Pulper und einer Pulperkugelmühle und
Figur 2 schematisch ein Verfahren mit einem bemesserten Pulper und zwei Pulperkugelmühlen. [21] Das in Figur 1 gezeigte Verfahren ist besonders für Grünschnitt, wie beispielsweise Gras geeignet. Dieses Verfahren ist sehr vorteilhaft, da mit ihm der größte Teil der für die Papierherstellung brauchbaren Zellulosefasern freigelegt werden kann.
[22] Bei dem in Figur 1 gezeigten Verfahrensschema 1 ist der erste Ver- fahrensschritt 2 eine trockene Aufbereitung. Hierfür wird ein schnell rotierendes Messer 3 vorgesehen, das den auf dem Band 4 geförderten Grünschnitt wie ein Rasenmäher zerkleinert. [23] Daran schließt sich eine Trockensiebung 5 an, der das Oberkorn 6 zurückgeführt wird. Periodisch anfallende Biomasse in Form von Holzschnitzelchen 7 wird mittels des Wagens 8 entsorgt und beispielsweise einem Heizkraftwerk zugeführt. [24] Das Unterkorn 9 wird dem Hochstoffdichtepulper 10 zugeführt und dort nach dem Kappa-Effekt behandelt. Dabei wird das zugeführte Unterkorn 9 mit einer bemesserten Spirale 11 geschnitten und das geschnittene Unterkorn 12 wird unterhalb eines Siebblechs 13 abgezogen.
[25] Die bemesserte Spirale 11 des als Reaktor dienenden Pulpers 10 wird mit hohen Drehzahlen angetrieben, um hohe Schneidgeschwindigkeiten zu erzielen.
[26] Als Siebblech 13 ist ein Lochblech mit Lochdurchmessern von ca. 1 bis 4 mm, wie beispielsweise 1,5 mm, vorgesehen. Hierdurch wird der Faserstoff als geschnittenes Unterkorn 12 ausgebracht. Der Pulper 10 wird dabei derart als Reaktor betrieben, dass die verhältnismäßig langen Grünschnittfasern auf ein für die Papierherstellung sinnvolles Maß von ca. 5 bis 6 mm gekürzt werden.
[27] Während der erste Hauptverfahrensschritt das Schneiden der Fasern im bemesserten Reaktor 10 betrifft, ist der zweite Hauptverfahrensschritt eine fibrillierende Mahlung der Fasern in einer kontinuierlich betriebenen Pulperkugeimühle 14. Diese Pulperkugelmühle 14 hat Lochdurchmesser von etwa 2 mm im Lochblech 15, eine Spirale 16 und Kugeln 17, die etwa die Dichte von Kunststoff aufweisen. Bei dieser fibrillierenden Mahlung werden die Fasern derart aufgeraut, dass sie beispielsweise bei einer späteren Papierherstellung untereinander eine gute Verbindung ergeben.
[28] Dieser zweite Prozessschritt in der Pulperkugelmühle 14 wird vor- zugsweise zweistufig betrieben. Dabei wird der zu mahlende Faserstoff unter Zugabe bzw. Durchfluss von relativ wenig Wasser solange gemahlen, bis sich die gewünschte Festigkeits Steigerung eingestellt hat. In einem zweiten Schritt folgt das Herauswaschen der Fasern aus der Kugelfasermischung unter Einsatz von verhältnismäßig viel Wasser. [29] Für den Fall, dass sich im herausgewaschenen Faserstoff 18 Partikel befinden, welche eine für die Papierherstellung ungeeignete Größe aufweisen, wird eine Nachsortierung (Klassierung) in einem Schlitzsortierer 19 durchgefühlt, der Schlitze von < 0,3 mm im Sortierblech 20 aufweist. Der gereinigte Faserstoff 21 wird dann aus dem Klassierer 19 entfernt, während gegenüberliegend die größeren Partikel 22 mittels des Wagens 23 entfernt werden.
[30] Das in Figur 1 gezeigte Verfahren mit den zwei Haupt verfahrens- schritten im bemesserten Pulper 10 und in der Kugelmühle 14 kann auch durch ein dreistufiges Verfahren ersetzt werden. Dieser . Verfahrensschritt ohne die in Figur 1 gezeigte Vor- und Nachbehandlung ist in Figur 2 gezeigt. [31] Bei dem in Figur 2 gezeigten Verfahrens Schema 30 ist zwischen dem Reaktor 31 mit der bemesserten Spirale 32 und der Pulperkugelmühle 33 eine Siebmaschine 34 vorgesehen, um den als Unterkorn aus dem Reaktor 31 entnommenen Faseranteil 35 einzudicken und von die Mahlung stören- dem Feinstoff 36 zu befreien. Das Oberkorn 37 des Eindickers 34 wird der Pulperkugelmühle 33 zugeführt, die wie am Beispiel der Figur 1 erläutert, leichte Kugeln, wie beispielsweise Kunststoffkugeln 38 aufweist.
[32] Nach der fibrillierenden Mahlung in der Pulperkugelmühle 33 ver- lässt der gemahlene Faserstoff 8 für eine Weiterverwendung, insbesondere zur Papierherstellung, das System.
[33] Das Oberkorn 39 im Pulper 31 mit der bemesserten Spirale 32 wird einer zweiten Pulperkugelmühle 40 zugeführt, die schwerere Mahlkörper 41, eine Spirale 42 und ein Siebblech 43 aufweist. Dort wird das Oberkorn 39 einer faserkürzenden, gleichzeitig die holzigen Bestandteile aufschlie- ßenden sowie fibrillierenden Mahlung unterzogen. Danach verlässt der Faseranteil 44 das System.
[34] Ein Eindicker zwischen bemessertem Pulper 10, 31 und Pulperkugelmühle 14, 33, 40 kann an beliebiger Stelle zwischen diesen Einheiten angeordnet werden. Ein derartiger Eindicker entzieht aufgrund seiner Wascheigenschaft die papierfremden Bestandteile, wie Asche, Proteine, mehlige Feinstoffe, Kolloide usw., um sie bereits in einem frühen Verfahrensschritt von den Faserstoffen abzutrennen und einer anderen Verwertung zuzuführen. Hier kommt die Aufbereitung zu Viehfutter oder auch eine Vergärung zu Biogas in Frage. Bei der Auswahl der Kugeln in den Pulperkugelmühlen liegen die Durchmesser der Kugeln bei 4 mm und darüber. Bei kleineren Kugeln in der Größenordnung von 2 mm wird zuviel Feinstoff erzeugt, der das Verfahren behindert. [35] Für die Aufbereitung von Holzschnitt, holzhaltigem Grünschnitt oder von Holzhackschnitzeln wird die Biomasse zuerst in einem Autoklaven vorbehandelt. Hierbei wird die Biomasse gegebenenfalls unter Zugabe von Wasser im Autoklaven über mehrere Stunden bei ca. 120 °C unter Druck gehalten. Dabei wird das Holz so weich, dass die weitere Behand- lung wie bei Grünschnitt oder zusammen mit Grünschnitt vorgenommen werden kann.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Aufbereitung von Biomasse, wie insbesondere holzhaltigem Grünschnitt, bei dem die Biomasse in einem kontinuierlich betriebenen, bemesserten Pulper behandelt wird und anschließend die abgetrennten Fasern in einer Pulper kugelmühle gemahlen werden.
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte im bemesserten Pulper 10 bis 20 GG % beträgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Messers relativ zur Biomasse im bemesserten Pulper über 10 m/s liegt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennten Fasern eine Länge zwischen 1 mm und 5 mm haben,
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse vor der Behandlung im kontinuierlich betriebenen, bemesserten Pulper trocken aufbereitet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse vor der Behandlung im kontinuierlich betriebenen, bemesserten Pulper erhitzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse unter Druck erhitzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse mehrere Stunden lang heiß gehalten wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Behandlung im kontinuierlich betriebenen, bemesserten Pulper die abgetrennten Fasern auf einer Siebmaschine eingedickt und von die Mahlung störendem Feinstoff befreit werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennten Fasern in der Pulperkugelmühle fibrillierend gemahlen werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennten Fasern in der Pulperkugelmüh- le mit leichten Kugeln, die etwa die Dichte von Kunststoff aufweisen, gemahlen werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberkorn des kontinuierlich betriebenen, bemesserten Pulpers in einer Pulperkugelmühle mit schweren Ku- geln, die etwa die Dichte von Stahl, Stein oder Keramik aufweisen gemahlen wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der fibrillierenden Mahlung eine Nachsortierung erfolgt.
14. Hochstoffdichtepulper mit einer Spirale, dadurch gekennzeichnet, dass die Spirale eine Bemesserung mit einer Klinge mit einer
Schneide mit einem Radius unter 1 mm aufweist.
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