WO2017144307A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von synthetischen fasern - Google Patents

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WO2017144307A1
WO2017144307A1 PCT/EP2017/053247 EP2017053247W WO2017144307A1 WO 2017144307 A1 WO2017144307 A1 WO 2017144307A1 EP 2017053247 W EP2017053247 W EP 2017053247W WO 2017144307 A1 WO2017144307 A1 WO 2017144307A1
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treatment
exhaust gas
fiber strands
treatment chamber
cooling
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PCT/EP2017/053247
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Tilman Reutter
Wilhelm-Martin Callsen-Bracker
Ralph Bressmer
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Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D13/00—Complete machines for producing artificial threads
    • D01D13/02—Elements of machines in combination
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/084—Heating filaments, threads or the like, leaving the spinnerettes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/088—Cooling filaments, threads or the like, leaving the spinnerettes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing synthetic fibers according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for producing synthetic fibers according to the preamble of claim 8.
  • WO 2015/1 10357 A1 discloses a generic method and a generic apparatus for producing fibers in this case for producing staple fibers.
  • the fiber strands are extruded by means of a melt spinning device from a polymer melt.
  • a cooling of the fiber material is required, so that the fiber strands with a climatic air be cooled.
  • the fibers must be stretched, which requires heating of the fibers.
  • the fibers are treated with hot air before being drawn through an oven. After stretching the fiber strands, they receive a thermal aftertreatment in order to stabilize the molecular structure of the fiber material.
  • the fiber strands are guided over rollers which have a heated roll shell.
  • the roll shells are usually arranged in a closed heating chamber to obtain a corresponding environment with warm air.
  • the fiber strands are crimped and passed through a dryer after crimping to set a residual moisture. Again, the fiber strands are dried by means of a hot air.
  • the generic method and the generic device thus have a plurality of thermal treatments, which lead to a total of high energy consumption in the production of fibers.
  • the generation and treatment of the treatment media such as hot air or superheated steam require the greatest energy expenditure.
  • This object is achieved for a method in that the treatment medium is generated at least partially from an exhaust gas flow of a combined heat and power plant.
  • the solution thus results in that the treatment device is connected via an exhaust pipe to a combined heat and power plant through which exhaust gas an exhaust gas of the treatment device can be fed.
  • the invention was also not obvious that the use of a combined heat and power plant in a plastic processing process from DE 10 2013 021 125 AI is known.
  • the heat energy of the cogeneration plant is made available via a heat exchanger.
  • the generated combustion gases can be separated within a cogeneration plant and kept away from the adjacent manufacturing process.
  • the method variant is particularly advantageous in this case, in which the exhaust gas flow within the cogeneration plant is generated by a gas turbine and used directly as a treatment medium.
  • the pollutants contained in very low concentration do not affect the common polymer materials of the fiber strands.
  • all useful heat generated within the combined heat and power plant can be fully utilized for the thermal treatment of the fibers.
  • the process variant is preferably used, in which the exhaust gas stream is passed into a treatment chamber and in which the fiber strands within the treatment chamber or outside the treatment chamber is guided by a plurality of driven rollers.
  • a hot gas atmosphere can be generated in the treatment chamber by the exhaust gas, by means of which heating of the fiber strands is possible.
  • a temperature of the exhaust gases is possible such that a fresh air is mixed with the exhaust gas or a process steam with the exhaust gas.
  • the treatment media for generating the hot gas atmospheres in the treatment chamber j e can be adjusted as needed.
  • the tempering is preferably realized by the development of the inventive device, in which the exhaust pipe is coupled to a mixing unit, wherein the mixing unit has at least one fresh air inlet or a process steam inlet.
  • the mixing unit has at least one fresh air inlet or a process steam inlet.
  • Another essential process step in the thermal treatment of the fiber strands is given by the immediate cooling of the extruded fibers.
  • the climatic air used for cooling is conditioned.
  • the method variant is particularly suitable, in which the treatment medium is generated from a climatic air and a portion of the exhaust gas flow and is blown onto the fiber strands for cooling.
  • the setting of a desired treatment temperature of the blown air can be advantageously achieved by mixing the exhaust gas flow with the climatic air.
  • the inventive device is for this purpose further developed such that the treatment device comprises a cooling device which is connected to an air conditioning device and in which the cooling device is associated with a conditioning, which is connected to the exhaust pipe is closed.
  • the conditioning device has at least one mixing unit, by means of which an environmental air can be mixed with the exhaust gas. In that regard, it is possible to generate a blow-in air which has a temperature matched to the respective cooling process.
  • the development of the invention is preferably carried out, in which a generated by the cogeneration plant electrical energy is used to supply roller drives and / or spinning pump drives.
  • the combined heat and power plant for electrical energy supply by at least one supply line to the treatment device and / or the spinning device is connected.
  • the entire electrical energy requirement of a device for producing fibers can be provided by the generated energy of the combined heat and power plant.
  • Fig. 1 shows schematically a cross-sectional view of a melt spinning device with a treatment device for cooling of fibers
  • Fig. 2 shows schematically a view of a melt spinning device with a treatment device for stretching and fixing fibers
  • Fig. 3 shows schematically a treatment device for curling and cutting fibers
  • Fig. 4 shows schematically the structure of a combined heat and power plant
  • FIG. 1 shows schematically a cross-sectional view of a first exemplary embodiment of the device according to the invention for producing synthetic fibers.
  • the exemplary embodiment shows a melt spinning device 1 and a treatment device 8, which is arranged as a cooling device 9 directly below the spinning device 1.
  • the spinning device 1 is shown in this embodiment in a spinning position, which has a spinneret 5 on an underside of a spinning bar 4.
  • the spinneret 5 is connected to a spinning pump 3 via a melt line 6.1.
  • the spinning pump 3 is connected to a melt distribution system 6, which is coupled to an extruder 2.
  • melt distribution systems 6 extend over several spinning stations, wherein a plurality of spinnerets can be held on the heated spinning beam 4.
  • the spinneret 5 held on the underside of the spinneret 4 could be designed as a rectangular nozzle for producing filaments as a round die or for producing a fiber curtain.
  • the treatment device 8 is provided for cooling the freshly extruded fiber strands, wherein the fiber strands are shown in FIG. 1 and are identified by the reference symbol F.
  • the cooling device 9 As a treatment medium in this case a blowing air is used to cool the fiber strands F after the extrusion, so that the fiber material solidifies.
  • the cooling device 9 provided for this purpose has a blow chamber 15 arranged laterally in this case, which is connected to a cooling shaft 44 via a blowing wall 16.
  • the blow chamber 15 is connected via an air channel 45 with an air conditioning device 12.
  • the air conditioning device 12 is shown here only symbolically and has at least one fan 1 1, which continuously supplies a climatic air to the blast chamber 15.
  • a conditioning device 10 is arranged, which has a mixing unit 46.
  • the conditioning device 10 is connected to an exhaust pipe 14 and connected to a combined heat and power plant 13.
  • the combined heat and power plant 13 is connected via a supply line 7 for electrical supply with an extruder drive 2.1 and a spinning pump drive 3.1.
  • a plurality of fiber strands are extruded from a polymer melt with the melt spinning device.
  • the polymer is melted by the extruder 2 and fed via the melt distribution system 6 of the spinning pump 3.
  • the spinning pump 3 promotes the polymer melt under pressure to the spinneret 5, which has on its underside a plurality of nozzle openings through which the fiber strands are extruded.
  • the extruded fiber strands enter the downstream treatment device 8, passing through a cooling chute 44.
  • the cooling duct 44 is continuously supplied with a blowing air to cool the fiber strands.
  • the blow-in air is supplied by the air conditioning device 12 and the blower 11, wherein the conditioning air is conditioned to a desired temperature within the conditioning device 10.
  • an exhaust gas flow is fed via the exhaust gas line 14 to the conditioning device 10.
  • the exhaust stream is mixed with the air stream of the air conditioning air via the mixing unit 46 and then fed into the blowing chamber 15.
  • the exhaust gas stream for conditioning the air conditioning air is hereby removed directly from the combined heat and power plant 13 and fed to the conditioning device 10.
  • the sensors and actuators required to control a temperature of the blow-in air are not shown here.
  • the supply of the exhaust gas flow is metered, so that at least one metering valve is assigned to the exhaust gas line 14.
  • the supply of the exhaust gas is temperature-dependent, so that, for example, a control unit with the aid of temperature sensors each regulates the amount of exhaust gas supplied.
  • the combined heat and power plant 13 is at least partially used to supply energy to the electric drives 2.1 and 3.1.
  • the combined heat and power plant 13 is connected via the supply line 7 with the extruder drive 2.1 and the spinning pump drive 3.1.
  • all electrical drives receive their supply energy through the combined heat and power plant.
  • FIG. 2 shows a melt spinning device 1 and a multi-stage treatment device 8.
  • the melt spinning device 1 has several spinning stations with a plurality of spinning nozzles 5 in this exemplary embodiment.
  • three spinnerets 5 are shown on the underside of a spinner bar 4.
  • the spinnerets 5 are formed in this embodiment as annular nozzles, which produce an annular fiber curtain of fiber strands.
  • Such spinnerets 5 are preferably used for the production of staple fibers, wherein several of the fiber strands are combined together to form a tow.
  • the fiber strands and the tow are shown in FIG. 2 and labeled with the code letters F and S.
  • Each of the spinnerets 5 is associated with a spinning pump 3, which are coupled together via the melt distribution system 6 with the extruder 2.
  • the treatment device 8 is in this embodiment by a cooling device 9, a trigger device 19, a stretching device 21, a fixing device 23 and a holding device 26 are formed.
  • the cooling device 9 has in this embodiment per spinneret 5 a blow candle 17.
  • the Blaskerzen 17 are each assigned a preparation station 18 through which the fiber strands are wetted.
  • the cooling device 9 follows the take-off device 19, which has a plurality of driven take-off rolls 20.
  • the take-off rolls 20 cooperate with a plurality of draw rolls 22 of the stretching device 21 to draw the fiber strands.
  • the stretching device 21 is followed by the fixing device 23, which has a plurality of driven fixing rollers 25 within a treatment chamber 24.
  • the treatment chamber 24 is connected to an exhaust gas line 14, which connects the treatment chamber 14 with a combined heat and power plant 13.
  • an exhaust port 28 is arranged on an opposite side of the treatment chamber 14.
  • the fixing device 23 follows the holding device 26 with a plurality of driven nip rollers 27.
  • the combined heat and power plant 13 is connected via a plurality of supply lines 7 with a plurality of supply terminals 29.
  • the draw-off device 19, the stretching device 21, the fixing device 23 and the holding device 26 each have one of the supply connections 29 in order to supply the drives of the rollers 20, 22, 25 and 27 with electrical energy.
  • an extruder drive 2.1 and the spinning pump drives 3.1 are coupled to the combined heat and power plant 13.
  • the exhaust gas generated by the combined heat and power plant 13 is supplied directly via the exhaust pipe 14 of the treatment chamber 24.
  • a hot gas atmosphere is generated by the exhaust gas, through which a temperature control of the fiber strands takes place.
  • an exhaust air flow is continuously discharged from the treatment chamber via the exhaust connection 28.
  • the exhaust gas of the cogeneration plant 13 is continuously supplied as exhaust gas flow through the exhaust pipe 14 of the treatment chamber 24.
  • the fiber strands are summarized after cooling to the tow S and deducted by the take-off rolls 20 of the spinnerets 5.
  • the draw rolls 22 are driven at higher peripheral speeds than the take-off rolls 20 so that the fiber strands are drawn.
  • the fiber strands can be deposited, for example, directly in a jug or, alternatively, transferred directly in a fiber line.
  • the heating of the fibers is effected by the exhaust gas of the combined heat and power plant. kes 13.
  • the temperature of the exhaust gas within the cogeneration plant 13 is substantially predetermined. In principle, however, it is also possible to condition the exhaust gas stream prior to introduction into a treatment chamber. For this purpose, a further embodiment of a treatment device is shown in FIG.
  • Fig. 3 shows schematically a treatment device, as used at the end of a fiber line for the production of staple fibers.
  • the treatment device 8 has a laying device 30, a crimping device 32, a drying device 47, a holding device 33 and a cutting device 34.
  • the laying device 30 has a plurality of laying rollers 31 in order to reduce the supplied fiber strands F in their working width.
  • the fiber strands within the crimping device 32 are crimped by an upset crimp and transferred into the drying device 47.
  • the drying device 47 has a treatment chamber 24, through which the fiber strands are guided.
  • the guide can be done for example by a treadmill.
  • a hot gas atmosphere is formed by a treatment medium.
  • an exhaust gas flow is likewise introduced into the treatment chamber 24 as the treatment medium.
  • the treatment chamber 24 is connected to an exhaust gas line 14.
  • the exhaust pipe 14 connects the treatment chamber 24 with a combined heat and power plant 13.
  • a mixing unit 35 is arranged.
  • the mixing unit 35 has a feed connection 36, which is coupled, for example, to a steam generator. Within the mixing unit 35, such a process steam flow to the exhaust stream. Thus, certain conditioning of the exhaust stream can be made. Alternatively, however, it is also possible to supply a fresh air to the exhaust gas flow via the inlet connection 36.
  • a treatment medium desired for the treatment in particular for drying the fibers, is produced.
  • the temperatures of the exhaust gas can be regulated independently of the combined heat and power plant.
  • the treatment chamber 24 of the drying device 47 has an exhaust air connection 28, so that an exchange of the hot gas atmosphere within the treatment chamber 24 can take place.
  • the devices 30, 32, 33 and 34 are each associated with separate supply connections 29 which are connected via supply lines 7 to the combined heat and power plant 13.
  • a power supply of the devices is ensured by the combined heat and power plant 13.
  • cogeneration plants 13 with gas turbines are used.
  • FIG. 4 the structure of such a combined heat and power plant is shown schematically.
  • the combined heat and power plant 13 has a compressor 39 which is connected to a fresh air connection 37 and compresses fresh air.
  • the compressed fresh air is burned together with a fuel, which is supplied via a fuel connection 38, in a combustion device 40.
  • the combustion gases are supplied to a gas turbine 41 to to drive these.
  • the gas turbine 41 is coupled to a generator 42 which generates an electric current.
  • the exhaust gases emitted by the turbine are discharged for an exhaust port 43.
  • the exhaust gas may in this case have temperatures in the range of 200 to 600 ° C.
  • the fuel used is preferably a gas such as biogas.
  • the treatment devices illustrated in the embodiments according to FIGS. 1 to 3 are only examples.
  • the method according to the invention and the device according to the invention are suitable for the production of fibers which are used to form threads, to a nonwoven or to staple fibers.
  • such devices can be used in melt spinning plants for filaments, in spunbond or meltblown plants for the production of fleeces or in staple fiber plants for the production of staple fibers.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Fasern, bei welchem eine Vielzahl von extrudierten Fasersträngen zur Abkühlung, zur Erwärmung, zur Fixierung und / oder zur Trocknung durch ein temperiertes Behandlungsmedium geführt werden. Um die Herstellung der Fasern besonders energieeffizient ausführen zu können, wird erfindungsgemäß das Behandlungsmedium zumindest teilweise aus einem Abgasstrom eines Blockheizkraftwerkes erzeugt. Hierzu ist die Behandlungseinrichtung über eine Abgasleitung mit dem Blockheizkraftwerk verbunden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Fasern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von synthetischen Fa- sern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Fasern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Bei der Herstellung von synthetischen Fasern ist es üblich, dass die Fasern aus einer Polymerschmelze extrudiert werden. In Abhängigkeit, ob die Fasern zur Herstellung eines Fadens, eines Vlieses oder zur Herstellung von Stapelfasern genutzt werden, müssen an den Fasersträngen verschiedene Behandlungen durchgeführt werden. So ist es bekannt, unmittelbar nach dem Extrudieren der Faserstränge eine thermische Behandlung in Form ei- ner Abkühlung vorzunehmen. Um die für das Endprodukt maßgeblichen physikalischen Eigenschaften zu erhalten, sind desweiteren thermische Behandlungen in Form von Erwärmungen bekannt, die insbesondere beim Verstrecken der Faserstränge genutzt werden. Derartige thermische Behandlungen an den Fasersträngen bilden somit wesentliche Produktions- schritte im Ablauf der Herstellung synthetischer Fasern.
So geht beispielsweise aus der WO 2015/1 10357 AI ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Fasern in diesem Fall zur Herstellung von Stapelfasern hervor. So werden die Faserstränge mittels einer Schmelzspinneinrichtung aus einer Polymerschmelze extrudiert. Zur Verfestigung der Faserstränge ist eine Abkühlung des Fasermaterials erforderlich, so dass die Faserstränge mit einer Klimaluft abgekühlt werden. Im weiteren Verlauf des Prozesses müssen die Fasern verstreckt werden, wozu eine Erwärmung der Fasern erforderlich ist. So werden die Fasern vor dem Verstrecken durch einen Ofen mit einer Heißluft behandelt. Nach dem Verstrecken der Faserstränge erhalten diese eine thermische Nachbehandlung, um die Molekularstruktur des Fasermaterials zu stabilisieren. Bei dem gattungsgemäßen Verfahren und der gattungsgemäßen Vorrichtung werden die Faserstränge über Walzen geführt, die einen beheizten Walzenmantel aufweisen. Die Walzenmäntel sind üblicherweise in einer geschlossenen Heizkammer angeordnet, um eine entsprechende Umgebung mit Warmluft zu erhalten. Im weiteren Verlauf werden die Faserstränge gekräuselt und nach dem Kräuseln zur Einstellung einer Restfeuchte durch einen Trockner geführt. Auch hierbei werden die Faserstränge mittels einer Heißluft getrocknet. Das gattungsgemäße Verfahren und die gattungsgemäße Vorrichtung weisen somit eine Mehrzahl von thermischen Behandlungen auf, die insgesamt zu einem hohen Energieverbrauch bei der Herstellung von Fasern führen. Dabei erfordern die Erzeugung und Aufbereitung der Behandlungsmedien wie beispielsweise Heißluft oder Heißdampf den größten energetischen Aufwand.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, das gattungsgemäße Verfahren zur Herstellung von synthetischen Fasern sowie die gattungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Fasern derart weiterzubilden, dass eine möglichst energieeffiziente Herstellung der Fasern möglich ist. Diese Aufgabe wird für ein Verfahren dadurch gelöst, dass das Behandlungsmedium zumindest teilweise aus einem Abgasstrom eines Blockheizkraftwerkes erzeugt wird. Für die Vorrichtung ergibt sich somit die Lösung darin, dass die Behandlungseinrichtung über eine Abgasleitung mit einem Blockheizkraftwerk verbunden ist, durch welche Abgasleitung ein Abgas der Behandlungseinrichtung zuführbar ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
Die Erfindung war auch nicht dadurch naheliegend, dass der Einsatz eines Blockheizkraftwerkes in einem Kunststoffverarbeitungsprozess aus der DE 10 2013 021 125 AI bekannt ist. Bei dem bekannten Verfahren und bei der bekannten Vorrichtung wird die Wärmeenergie des Blockheizkraftwerkes über einen Wärmetauscher nutzbar gemacht. Damit lassen sich die erzeugten Verbrennungsgase innerhalb eines Blockheizkraftwerkes separieren und aus dem angrenzenden Herstellungsprozess fernhalten.
Insoweit bestand sogar der Vorbehalt, dass die innerhalb eines Blockheizkraftwerkes erzeugten Abgase völlig ungeeignet sind, um unmittelbar in einem Herstellungsprozess von synthetischen Fasern eingesetzt zu werden. Es hat sich jedoch überraschenderweise herausgestellt, dass in Abhängig- keit von dem Typ des Blockheizkraftwerkes ein hoher Reinheitsgrad der Abgase erzeugt werden kann, so dass die Abgase unmittelbar in den Kontakt mit den Fasersträngen gelangen können. Somit ist es der Erfindung gelungen, die in einem Blockheizkraftwerk erzeugten Verbrennungsgase di- rekt in dem Herstellungsprozess der synthetischen Fasern nutzbar zu machen.
Die Verfahrensvariante ist hierbei besonders vorteilhaft, bei welcher der Abgasstrom innerhalb des Blockheizkraftwerkes durch eine Gasturbine erzeugt und direkt als Behandlungsmedium verwendet wird. Die in sehr geringer Konzentration enthaltenen Schadstoffe beeinflussen die gängigen Polymermaterialien der Faserstränge nicht. Somit können sämtliche innerhalb des Blockheizkraftwerkes erzeugten Nutzwärme vollständig zur ther- mischen Behandlung der Fasern genutzt werden.
Zur Erwärmung, zur Fixierung oder zur Trocknung der synthetischen Faserstränge ist die Verfahrensvariante bevorzugt eingesetzt, bei welcher der Abgasstrom in eine Behandlungskammer geleitet wird und bei welcher die Faserstränge innerhalb der Behandlungskammer oder ausserhalb der Behandlungskammer durch mehrere angetriebene Walzen geführt wird. So lässt sich vorteilhaft in der Behandlungskammer durch das Abgas eine Heißgasatmosphäre erzeugen, durch welche eine Erwärmung der Faserstränge möglich ist.
In Abhängigkeit vom Herstellungsprozess und Fasertyp ist hierbei eine Temperierung der Abgase derart möglich, dass eine Frischluft mit dem Abgas oder ein Prozessdampf mit dem Abgas vermischt wird. Insoweit lassen sich die Behandlungsmedien zur Erzeugung der Heißgasatmosphären in der Behandlungskammer j e nach Bedarf einstellen.
Diese Verfahrensvarianten lassen sich besonders durch die erfindungsgemäßen Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausführen, bei welcher die Behandlungseinrichtung eine Behandlungskammer und mehrere antreibbare Walzen aufweist, wobei die Behandlungskammer mit der Abgasleitung verbunden ist und wobei die Walzen innerhalb und / oder außerhalb der Behandlungskammer angeordnet sind. Je nach Anwendungsfall können hierbei Behandlungskammern ohne Walzen zur intensiven Aufwärmung der Faserstränge oder Behandlungskammern mit Walzen zur Fixierung oder zur Trocknung von Fasersträngen genutzt werden.
Die Temperierung wird dabei bevorzugt durch die Weiterbildung der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung realisiert, bei welcher die Abgasleitung mit einem Mischaggregat gekoppelt ist, wobei das Mischaggregat zumindest einen Frischluftzulauf oder einen Prozessdampfzulauf aufweist. So ist eine Vermengung zwischen dem Abgas und einer Frischluft oder einem Prozessdampf möglich.
Ein weiterer wesentlicher Prozessschritt in der thermischen Behandlung der Faserstränge ist durch die unmittelbare Abkühlung der extrudierten Fasern gegeben. Hierbei ist es oftmals erforderlich, dass die zur Abkühlung genutzte Klimaluft konditioniert wird. Dazu ist die Verfahrensvariante beson- ders geeignet, bei welcher das Behandlungsmedium aus einer Klimaluft und einem Anteil des Abgasstromes erzeugt und zum Abkühlen auf die Faserstränge geblasen wird.
Die Einstellung einer gewünschten Behandlungstemperatur der Blasluft lässt sich dabei vorteilhaft durch die Vermengung des Abgasstromes mit der Klimaluft erreichen. Die erfmdungsgemäße Vorrichtung ist hierzu derart weitergebildet, dass die Behandlungseinrichtung eine Abkühlvorrichtung aufweist, die mit einer Klimaeinrichtung verbunden ist und bei welcher die Abkühlvorrichtung eine Konditioniervorrichtung zugeordnet ist, die an der Abgasleitung ange- schlössen ist. Dabei weist die Konditioniervorrichtung zumindest eine Mischeinheit auf, durch welche eine Klimaluft mit dem Abgas mischbar ist. Insoweit lässt sich eine Anblasluft erzeugen, die eine auf den jeweiligen Abkühlungsprozess abgestimmte Temperatur aufweist. Um das Potential eines Blockheizkraftwerkes für den Herstellungsprozess von Fasern vollständig nutzbar zu machen, ist die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt ausgeführt, bei welcher ein durch das Blockheizkraftwerk erzeugte elektrische Energie zur Versorgung von Walzenantrieben und / oder Spinnpumpenantrieben genutzt wird. So ist das Blockheizkraftwerk zur elektrischen Energieversorgung durch zumindest eine Versorgungsleitung mit der Behandlungseinrichtung und / oder der Spinneinrichtung verbunden. So lässt sich der gesamte elektrische Energiebedarf einer Vorrichtung zur Herstellung von Fasern durch die erzeugte Energie des Blockheizkraftwerkes bereitstellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von synthetischen Fasern wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Fasern näher beschrieben.
Es stellen dar: Fig. 1 schematisch eine Querschnittsansicht einer Schmelzspinneinrichtung mit einer Behandlungseinrichtung zur Abkühlung von Fasern
Fig. 2 schematisch eine Ansicht einer Schmelzspinneinrichtung mit einer Behandlungseinrichtung zum Verstrecken und Fixieren von Fasern Fig. 3 schematisch eine Behandlungseinrichtung zum Kräuseln und Schneiden von Fasern
Fig. 4 schematisch der Aufbau eines Blockheizkraftwerkes
In der Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor- richtung zur Herstellung von synthetischen Fasern schematisch in einer Querschnittsansicht dargestellt. Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Schmelzspinneinrichtung 1 und eine Behandlungseinrichtung 8, die als Ab- kühlvorrichtung 9 unmittelbar unterhalb der Spinneinrichtung 1 angeordnet ist.
Die Spinneinrichtung 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einer Spinnstelle gezeigt, die an einer Unterseite eines Spinnbalkens 4 eine Spinndüse 5 aufweist. Die Spinndüse 5 ist mit einer Spinnpumpe 3 über eine Schmelzeleitung 6.1 verbunden. Die Spinnpumpe 3 ist an einem Schmelzerverteil- System 6 angeschlossen, das mit einem Extruder 2 gekoppelt ist. Derartige Schmelzverteilersysteme 6 erstrecken sich über mehrere Spinnstellen, wobei an dem beheizten Spinnbalken 4 mehrere Spinndüsen gehalten sein können. Die an der Unterseite des Spinnbalkens 4 gehaltene Spinndüse 5 könnte zur Herstellung von Fäden als Runddüse oder zur Herstellung eines Faservorhanges als Rechteckdüse ausgebildet sein. Unterhalb des Spinnbalkens 4 ist die Behandlungseinrichtung 8 zur Abkühlung der frisch extrudierten Faserstränge vorgesehen, wobei die Faserstränge in der Fig. 1 dargestellt sind und mit dem Bezugszeichen F gekennzeichnet sind.
Als Behandlungsmedium wird hierbei eine Anblasluft genutzt, um die Faserstränge F nach dem Extrudieren abzukühlen, damit das Fasermaterial sich verfestigt. Die hierzu vorgesehene Abkühlvorrichtung 9 weist eine in diesem Fall seitlich angeordnete Blaskammer 15 auf, die über eine Blas- wand 16 mit einem Kühlschacht 44 verbunden ist.
Die Blaskammer 15 ist über einen Luftkanal 45 mit einer Klimaeinrichtung 12 verbunden. Die Klimaeinrichtung 12 ist hier nur symbolisch dargestellt und weist zumindest ein Gebläse 1 1 auf, das eine Klimaluft kontinuierlich der Blaskammer 15 zuführt.
Innerhalb des Luftkanals 45 ist eine Konditioniervorrichtung 10 angeordnet, die eine Mischeinheit 46 aufweist. Die Konditioniervorrichtung 10 ist an einer Abgasleitung 14 angeschlossen und mit einem Blockheizkraftwerk 13 verbunden. Das Blockheizkraftwerk 13 ist über eine Versorgungsleitung 7 zur elektrischen Versorgung mit einem Extruderantrieb 2.1 und einem Spinnpumpenantrieb 3.1 verbunden.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit der Schmelzspinneinrichtung eine Vielzahl von Fasersträngen aus einer Polymerschmelze extrudiert. Hierzu wird das Polymer vom Extruder 2 aufgeschmolzen und über das Schmelzeverteilersystem 6 der Spinnpumpe 3 zugeführt. Die Spinnpumpe 3 fördert die Polymer- schmelze unter Druck zu der Spinndüse 5, die an ihrer Unterseite eine Mehrzahl von Düsenöffnungen aufweist, durch welche die Faserstränge extrudiert werden. Die extrudierten Faserstränge treten in die nachgeordnete Behandlungseinrichtung 8 ein, wobei sie einen Kühlschacht 44 durchlaufen. Dem Kühlschacht 44 wird kontinuierlich eine Anblasluft zugeführt, um die Faserstränge zu kühlen. Die Anblasluft wird von der Klimaeinrichtung 12 und dem Gebläse 1 1 zugeführt, wobei innerhalb der Konditioniervorrichtung 10 die Klimaluft auf eine gewünschte Temperatur konditioniert wird. Hierzu wird ein Abgasstrom über die Abgasleitung 14 der Konditioniervorrichtung 10 zugeführt. Der Abgasstrom wird mit dem Luftstrom der Klimaluft über die Mischeinheit 46 vermengt und anschließend in die Blaskammer 15 geleitet. Der Abgasstrom zur Konditionierung der Klimaluft wird hierbei direkt von dem Blockheizkraftwerk 13 entnommen und der Konditioniervorrichtung 10 zugeführt. Die zur Regelung einer Temperatur der Anblasluft erforderlichen Sensoren und Stellglieder sind hierbei nicht näher dargestellt. So ist es üblich, dass die Zufuhr des Abgasstromes dosiert erfolgt, so dass zumindest ein Dosierventil der Abgasleitung 14 zugeordnet ist. Die Zufuhr des Abgases erfolgt dabei temperaturabhängig, so dass beispielsweise ein Steuergerät mit Hilfe von Temperatursensoren jeweils die Menge des zugeführten Abgases reguliert. Das Blockheizkraftwerk 13 wird zumindest teilweise zur Energieversorgung der elektrischen Antriebe 2.1 und 3.1 genutzt. So ist das Blockheizkraftwerk 13 über die Versorgungsleitung 7 mit dem Extruderantrieb 2.1 und dem Spinnpumpenantrieb 3.1 verbunden. So besteht die Möglichkeit, dass in einer Großanlage beispielsweise zur Herstellung von Stapelfasern alle elektrischen Antriebe ihre Versorgungsenergie durch das Blockheizkraftwerk erhalten. Hierzu ist in Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt eine Schmelzspinneinrichtung 1 sowie eine mehrstufige Behandlungseinrichtung 8.
Die Schmelzspinneinrichtung 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel meh- rere Spinnstellen mit mehreren Spinndüsen 5 auf. So sind beispielhaft drei Spinndüsen 5 an der Unterseite eines Spinnbalkens 4 gezeigt. Die Spinndüsen 5 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Ringdüsen ausgebildet, die einen ringförmigen Faservorhang von Fasersträngen erzeugen. Derartig Spinndüsen 5 werden bevorzugt zur Herstellung von Stapelfasern einge- setzt, wobei mehrere der Faserstränge gemeinsam zu einem Spinnkabel zusammengeführt werden. Die Faserstränge sowie das Spinnkabel sind in der Fig. 2 dargestellt und mit den Kennbuchstaben F und S gekennzeichnet.
Jede der Spinndüsen 5 ist eine Spinnpumpe 3 zugeordnet, die gemeinsam über das Schmelzeverteilersystem 6 mit dem Extruder 2 gekoppelt sind.
Die Behandlungseinrichtung 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Abkühlvorrichtung 9, eine Abzugsvorrichtung 19, eine Streckvorrichtung 21, eine Fixiervorrichtung 23 und eine Haltevorrichtung 26 gebildet. Die Abkühlvorrichtung 9 weist in diesem Ausführungsbeispiel pro Spinndüse 5 eine Blaskerze 17 auf. Den Blaskerzen 17 sind jeweils eine Präparations Station 18 zugeordnet, durch welche die Faserstränge benetzt werden.
Der Abkühlvorrichtung 9 folgt die Abzugsvorrichtung 19, die mehrere angetriebene Abzugswalzen 20 aufweist. Die Abzugswalzen 20 wirken mit mehreren Streckwalzen 22 der Streckvorrichtung 21 zusammen, um die Faserstränge zu verstrecken.
Der Streckvorrichtung 21 folgt die Fixiervorrichtung 23, die mehrere angetriebene Fixierwalzen 25 innerhalb einer Behandlungskammer 24 aufweist. Die Behandlungskammer 24 ist an einer Abgasleitung 14 angeschlossen, die die Behandlungskammer 14 mit einem Blockheizkraftwerk 13 verbin- det. An einer gegenüberliegenden Seite der Behandlungskammer 14 ist ein Abluftanschluss 28 angeordnet.
Der Fixiervorrichtung 23 folgt die Haltevorrichtung 26 mit mehreren angetriebenen Haltewalzen 27.
Zur Energieversorgung der Behandlungseinrichtung 8 ist das Blockheizkraftwerk 13 über mehrere Versorgungsleitungen 7 mit mehreren Versorgungsanschlüssen 29 verbunden. Hierbei weisen die Abzugsvorrichtung 19, die Streckvorrichtung 21 , die Fixiervorrichtung 23 und die Haltevorrichtung 26 jeweils einen der Versorgungsanschlüsse 29 auf, um die Antriebe der Walzen 20, 22, 25 und 27 mit elektrischer Energie zu versorgen. Ebenso sind ein Extruderantrieb 2.1 und die Spinnpumpenantriebe 3.1 mit dem Blockheizkraftwerk 13 gekoppelt. Im Betrieb wird das durch das Blockheizkraftwerk 13 erzeugte Abgas direkt über die Abgasleitung 14 der Behandlungskammer 24 zugeführt. Innerhalb der Behandlungskammer 24 wird eine Heißgasatmosphäre durch das Abgas erzeugt, durch welche eine Temperierung der Faserstränge erfolgt. Um das Behandlungsmedium innerhalb der Behandlungskammer 24 unter möglichst konstanten Bedingungen zu halten, wird über den Abluft- anschluss 28 kontinuierlich ein Abluftstrom aus der Behandlungskammer abgelassen. Insoweit wird das Abgas des Blockheizkraftwerkes 13 kontinu- ierlich als Abgasstrom durch die Abgasleitung 14 der Behandlungskammer 24 zugeführt.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Faserstränge nach dem Abkühlen zu dem Spinnkabel S zusammengefasst und durch die Abzugswalzen 20 von den Spinndüsen 5 abgezogen. Die Streckwalzen 22 sind mit höheren Umfangsgeschwindigkeiten gegenüber den Abzugswalzen 20 angetrieben, so dass die Faserstränge verstreckt werden.
Zwischen den Fixierwalzen 25 und den Haltewalzen 27 ist eine geringe Ge- schwindigkeitsdifferenz eingestellt, damit die erwärmten Faserstränge innerhalb der Behandlungskammer 24 relaxieren können.
Am Ende können die Faserstränge beispielsweise unmittelbar in einer Kanne abgelegt werden oder alternativ direkt in einer Faserstraße überführt werden.
Bei der in Fig. 2 dargestellten thermischen Behandlung der Faserstränge erfolgt die Erwärmung der Fasern durch das Abgas des Blockheizkraftwer- kes 13. Hierbei wird im wesentlichen die Temperatur des Abgases innerhalb des Blockheizkraftwerkes 13 vorbestimmt. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Abgasstrom vor der Einleitung in eine Behandlungskammer zu konditionieren. Hierzu ist in Fig. 3 ein weiteres Aus- führungsbeispiel eine Behandlungseinrichtung dargestellt.
Die Fig. 3 zeigt schematisch eine Behandlungseinrichtung, wie sie am Ende einer Faserstraße zur Herstellung von Stapelfasern verwendet wird. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Behandlungseinrichtung 8 eine Verle- gevorrichtung 30, eine Kräuselvorrichtung 32, eine Trockenvorrichtung 47, eine Haltevorrichtung 33 und eine Schneidvorrichtung 34 auf. Die Verlegevorrichtung 30 weist mehrere Verlegewalzen 31 auf, um die zugeführten Faserstränge F in ihrer Arbeitsbreite zu verkleinern. Anschließend werden die Faserstränge innerhalb der Kräuselvorrichtung 32 durch eine Stauch- kräuselung gekräuselt und in die Trockenvorrichtung 47 überführt. Die Trockenvorrichtung 47 weist eine Behandlungskammer 24 auf, durch welche die Faserstränge geführt werden. Die Führung kann beispielsweise durch ein Laufband erfolgen. Innerhalb der Behandlungskammer 24 ist eine Heißgasatmosphäre durch ein Behandlungsmedium gebildet. Als Behand- lungsmedium wird hierbei ebenfalls ein Abgasstrom in die Behandlungskammer 24 eingeleitet. Hierzu ist die Behandlungskammer 24 an eine Ab- gasleitung 14 angeschlossen. Die Abgasleitung 14 verbindet die Behandlungskammer 24 mit einem Blockheizkraftwerk 13. Zur Konditionierung eines Abgasstromes ist innerhalb der Abgasleitung 14 ein Mischaggregat 35 angeordnet. Das Mischaggregat 35 weist einen Zu- laufanschluss 36 auf, welcher beispielsweise mit einem Dampferzeuger gekoppelt ist. Innerhalb des Mischaggregates 35 lässt sich so ein Prozess- dampfstrom dem Abgasstrom zumengen. So können bestimmte Konditionierungen des Abgasstromes vorgenommen werden. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, über den Zulaufanschluss 36 eine Frischluft dem Abgasstrom zuzuführen. Durch die Vermengung der Frischluft mit dem Abgas wird ein für die Behandlung insbesondere für die Trocknung der Fasern gewünschtes Behandlungsmedium erzeugt. So können insbesondere die Temperaturen des Abgases unabhängig von dem Blockheizkraftwerk geregelt werden. Die Behandlungskammer 24 der Trockenvorrichtung 47 weist einen Ab- luftanschluss 28 auf, so dass ein Austausch der Heißgasatmosphäre innerhalb der Behandlungskammer 24 stattfinden kann.
Zur elektrischen Energieversorgung sind den Vorrichtungen 30, 32, 33 und 34 jeweils separate Versorgungsanschlüsse 29 zugeordnet, die über Versorgungsleitungen 7 mit dem Blockheizkraftwerk 13 verbunden sind. So wird eine Energieversorgung der Vorrichtungen durch das Blockheizkraftwerk 13 gewährleistet. Um die direkte Behandlung der Faserstränge mit einem Abgas eines Blockheizkraftwerkes durchführen zu können, werden insbesondere Blockheizkraftwerke 13 mit Gasturbinen eingesetzt. In Fig. 4 ist schematisch der Aufbau eines derartigen Blockheizkraftwerkes dargestellt. Das Blockheizkraftwerk 13 weist einen Kompressor 39 auf, der mit einem Frischluftan- schluss 37 verbunden ist und Frischluft komprimiert. Die komprimierte Frischluft wird gemeinsam mit einem Brennstoff, der über einen Brenn- stoffanschluss 38 zugeführt wird, in einer Verbrennungseinrichtung 40 verbrannt. Die Verbrennungsgase werden einer Gasturbine 41 zugeführt, um diese anzutreiben. Die Gasturbine 41 ist mit einem Generator 42 gekoppelt, welcher einen elektrischen Strom erzeugt. Die von der Turbine abgegebenen Abgase werden für einen Abgasanschluss 43 abgeführt. Das Abgas kann hierbei Temperaturen im Bereich von 200 bis 600°C aufweisen. Als Brennstoff wird dabei bevorzugt ein Gas wie z.B. Biogas, eingesetzt.
Die in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis 3 dargestellten Behandlungseinrichtungen sind nur beispielhaft. Grundsätzlich sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Her- Stellung von Fasern geeignet, die zu Fäden, zu einem Vlies oder zu Stapelfasern verwendet werden. So können derartige Vorrichtungen in Schmelzspinnanlagen für Fäden, in Spunbond oder Meltblown- Anlagen zur Herstellung von Vliesen oder in Stapelfaseranlagen zur Herstellung von Stapelfasern eingesetzt werden.
Ebenso besteht die Möglichkeit, die Energie der Verbrennungsgase des Blockheizkraftwerkes über einen Wärmetauscher nutzbar zu machen. So könnten Fluide oder Dämpfe über den Wärmetauscher temperiert werden und zur Temperierung von Walzen, Dampfkammern oder direkt zur Faser- behandlung genutzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von synthetischen Fasern, bei welchem eine Vielzahl von extrudierten Fasersträngen zur Abkühlung, zur Erwärmung, zur Fixierung und/oder zur Trocknung durch ein temperiertes Behandlungsmedium geführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsmedium zumindest teilweise aus einem Abgasstrom eines Blockheizkraftwerkes erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrom innerhalb des Blockheizkraftwerkes durch eine Gasturbine erzeugt und direkt als Behandlungsmedium verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrom in eine Behandlungskammer geleitet wird und dass das Spinnkabel innerhalb der Behandlungskammer oder außerhalb der Behandlungskammer durch mehrere angetriebene Walzen geführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrom durch einen beigemengten Frischluftstrom oder durch einen beigemengten Prozessdampfstrom temperiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsmedium aus einer Klimaluft und einem Anteil des Abgasstromes erzeugt und zum Abkühlen auf die Faserstränge geblasen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrom mit der Klimaluft vermischt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch das Blockheizkraftwerk erzeugte elektrische Energie zur Versorgung von Walzenantrieben und/oder Spinnpumpenantrieben genutzt wird.
8. Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Fasern, mit einer Schmelzspinneinrichtung (1) zur Erzeugung einer Vielzahl von Fasersträngen und mit einer Behandlungseinrichtung (8) zur Abkühlung, zur Erwärmung, zur Fixierung und/oder zur Trocknung der Faserstränge, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinrichtung (8) über eine Abgasleitung (14) mit einem Blockheizkraftwerk (13) verbunden ist, durch welche Abgasleitung (14) ein Abgas der Behandlungseinrichtung
(8) zuführbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockheizkraftwerk (13) eine Gasturbine (41) zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Erzeugung des Abgases aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinrichtung (8) eine Behandlungskammer (24) und mehrere antreibbare Walzen (25) aufweist, wobei die Behandlungskammer (24) mit der Abgasleitung (14) verbunden ist und wobei die Walzen
(25) innerhalb und/oder außerhalb der Behandlungskammer angeordnet sind.
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab- gasleitung (14) mit einem Mischaggregat (35) gekoppelt ist, wobei das Mischaggregat (35) zumindest einen Frischluftzulauf (36) oder einen Prozessdampfzulauf (36) aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinrichtung (8) als eine Abkühlvorrichtung (9) ausgebildet ist, die mit einer Klimaeinrichtung (12) verbunden ist, und dass die Abkühlvorrichtung eine Konditionierungsvorrichtung (10) zugeord- net ist, die an der Abgasleitung (14) angeschlossen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierungsvorrichtung (10) eine Mischeinheit (46) aufweist, durch welche eine Klimaluft mit einem Abgas mischbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockheizkraftwerk (13) zur elektrischen Energieversorgung durch zumindest eine Versorgungsleitung (7) mit der Behandlungseinrichtung (8) und/oder der Spinneinrichtung (1) verbunden ist
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