DE102008053858A1

DE102008053858A1 - Algen-Faserstoff

Info

Publication number: DE102008053858A1
Application number: DE200810053858
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Feichtinger; Günter Dr. Halmschlager; Markus Dr. Schoisswohl; Bernhard Schleidt; Yvonne Dr. Groiss
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2010-05-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von cellulosehaltigem Zellstoff für die Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn aus Algen (1), wobei der Rohstoff Alge bestmöglich genutzt wird. Um dies zu ermöglichen, ist wesentlich, dass die Algen (1) entölt werden, wodurch der Ölgehalt der Algen (1) auf unter 15% - idealer Weise auf unter 5% gesenkt wird. Außerdem wird eine Vergasungs- und/oder ein Vergärungsprozess der zur Papierbereitung ungeeigneten Bestandteile der Algen integriert, um auch diese möglichst effizient nutzbar zu machen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von cellulosehaltigem Faserstoff für die Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn aus Algen.
Die Erfindung betrifft auch eine Faserstoffsuspension aus Wasser und zumindest einem Anteil an erfindungsgemäßem Faserstoff.
Die Erfindung betrifft des Weiteren die Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen mehrschichtigen oder einer anderen ein- oder mehrlagigen Faserstoffbahn in einer Maschine.
Die Herstellung von Faserstoff aus Algen ist beispielsweise aus EP 488486 bekannt. Bei der Herstellung einer Faserstoffbahn aus derartigem Faserstoff erweist sich ein nennenswerter Algenanteil jedoch als nachteilig. Probleme ergeben sich dabei unter anderem hinsichtlich der Oberflächeneigenschaften der Faserstoffbahn, insbesondere bei der Bedruckbarkeit.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Papiereigenschaften einer Faserstoffbahn, die zumindest zum Teil aus Faserstoff basierend auf Algen besteht, zu verbessern und zugleich den Rohstoff Alge möglichst effizient zu nutzen.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe hinsichtlich des Faserstoffs dadurch gelöst, dass der Ölgehalt der Algen vor ihrem Einsatz auf unter 15% gesenkt wird oder Algen mit einem Ölgehalt von unter 15% eingesetzt werden. Dies führt zu einer wesentlichen Verbesserung der Papiereigenschaften (Festigkeiten, Oberflächeneigenschaften, ...) einer daraus hergestellten Faserstoffbahn und erlaubt zudem, das dabei gewonnene Öl als Rohstoff zu nutzen.
Zur Entölung der Algen eignen sich mehrere bekannte Verfahren, wie beispielsweise die Dreiphasenzentrifugation, die Extraktion oder das Pressen.
Die Rohstoffnutzung und die Bahneigenschaften können dabei noch weiter optimiert werden, wenn der Ölgehalt der Algen auf unter 10%, vorzugsweise unter 5% liegt bzw. gesenkt wird.
Die Ölausbeuten können in Abhängigkeit vom Algentyp und von der eingesetzten Entölungsmethode durch eine vorgeschaltete Ozonbehandlung oder auch durch andere oxidierende Behandlungen der Algen (beispielsweise unter Einsatz von Chlor), welche zugleich eine bleichende Wirkung erzielen, erhöht werden, da durch Oxidationsprozesse die Zellwände der Organismen teilweise zerstört werden, so dass der Zeltinhalt dann leichter austreten kann. Dies erleichtert die Ölgewinnung und Abtrennung des Öls erheblich.
Entsprechend den Anforderungen an die aus dem Faserstoff herzustellende Faserstoffbahn kann es vorteilhaft sein, eine bestimmte Algenart ausschließlich oder zumindest überwiegend einzusetzen. Grünalgen und Blaualgen eignen sich wegen ihres relativ hohen Celluloseanteils hierfür besonders.
Jedoch können beispielsweise die erforderliche Reißfestigkeit, das erforderliche Volumen der Bahn oder bestimmte Oberflächeneigenschaften den Einsatz anderer Algenarten vorteilhaft werden lassen.
Aus dem gleichen Grund kann es ebenso von Vorteil sein, wenn ein Gemisch aus mehreren Algenarten eingesetzt wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn dieses aufgrund eines gemischten Vorkommens der Algen als kostengünstige Rohstoffquelle zur Verfügung steht.
Falls die gewünschten Eigenschaften der Faserstoffbahn sich nicht unter der ausschließlichen Verwendung des beschriebenen Faserstoffs effizient herstellen lassen, so sollten der Faserstoffsuspension mit dem beschriebenen Faserstoff auch synthetische und/oder tierische und/oder andere pflanzliche Faserstoffe, insbesondere Faserstoffe aus Holz oder Einjahrespflanzen sowie Faserstoffe aus der Altpapieraufbereitung beigemischt werden. Außerdem können auch Zuschlagstoffe wie Füllstoffe oder Stärke zur Optimierung der Produkteigenschaften eingesetzt werden.
Zur Schonung der Umweltressourcen, aber auch hinsichtlich der Kosten ist es von Vorteil, wenn die Faserstoffsuspension nur pflanzliche Faserstoffe enthält, wobei Algen-Faserstoffe hier als pflanzliche Faserstoffe angesehen werden.
Um die Kostenvorteile beim Einsatz von Algen ausreichend nutzen zu können, sollte der Trockengewichtsanteil der Algen hinsichtlich des gesamten Faserstoffes über 1%, vorzugsweise über 20% und insbesondere über 50% liegen. Dabei können auch Sekundärfaserstoffe in deinkter oder auch in nicht deinkter Form zum Einsatz kommen.
Besonders einfach gestaltet sich die Herstellung der Faserstoffbahn, wenn diese nur aus einer, insbesondere der beschriebenen Faserstoffsuspension hergestellt wird. Sollten sich unter ausschließlicher Verwendung dieser Faserstoffsuspension jedoch wesentliche Bahneigenschaften, insbesondere Festigkeiten oder bestimmte Oberflächeneigenschaften, wie beispielsweise Glanz und Glätte nicht erzielen lassen, so ist es vorteilhaft, die Faserstoffbahn aus mehreren Lagen oder Schichten zu bilden.
Dabei werden die Lagen oder Schichten der Faserstoffbahn entsprechend den gewünschten bzw. erforderlichen Eigenschaften aus Faserstoffsuspensionen unterschiedlicher Zusammensetzung gebildet.
Oft wird für die gegebenenfalls zu bedruckende, äußere Lage bzw. Schicht eine Faserstoffsuspension mit kurzen, weichen Fasern verwendet, während die Reißfestigkeit der Bahn über die langen Fasern einer mittleren Schicht oder Lage gewährleistet wird.
Wegen der ausreichenden Verfügbarkeit von Algen und den geringen Kosten sollten daher bei der Herstellung einer mehrschichtigen oder mehrlagigen Faserstoffbahn eine oder mehrere Lagen oder Schichten der Faserstoffbahn aus dem erfindungsgemäßen Faserstoff oder einer erfindungsgemäßen Faserstoffsuspension hergestellt werden.
Zur Vereinfachung des Herstellungsprozesses der Faserstoffbahn ist es dabei vorteilhaft, wenn die Faserstoff aus Algen enthaltenden Lagen oder Schichten der Faserstoffbahn die gleiche Zusammensetzung aufweisen.
Zur Anpassung der Schichten oder Lagen an die Erfordernisse hinsichtlich der Bahneigenschaften kann es jedoch im Gegensatz dazu von Vorteil sein, wenn die Faserstoff aus Algen enthaltenden Lagen oder Schichten der Faserstoffbahn eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen.
Wegen der geringen Kosten des Fasermaterials eignet sich der Einsatz von Algen unter anderem zur Herstellung von Karton und Verpackungspapieren. Für diese Anwendung werden zudem nur verhältnismäßig geringe Anforderungen an Oberflächeneigenschaften – wie etwa die Bedruckbarkeit – gestellt.
Jedoch können auch andere Papiersorten damit hergestellt werden. Insbesondere dann, wenn Bleichprozesse integriert werden, wenn nur geringe Algenanteile eingesetzt werden, und auch wenn die Papiersorten aus mehreren Schichten oder Lagen aufgebaut sind, können sogar weiße Papiere mit Algenfaserstoff hergestellt werden.
Des Weiteren kann durch den Einsatz von Algen der benötigte Anteil an zugesetzten Bindemitteln und/oder Füllstoffen gesenkt werden, da diese neben Zellulose auch aus Hemizellulosen, Stärke und anderen Inhaltsstoffen bestehen, welche die Funktionen von Bindemitteln und/oder Füllstoffen erfüllen können.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt die Figur ein Anlagenschema zur Verarbeitung von Algen 1.
Die Algen 1, hier zumindest überwiegend Blau- oder Grünalgen, werden nach einem gegebenenfalls vorgeschalteten Oxidationsprozess in einem Ölseparator 7 entölt. Als Ölseparator 7 wird hier beispielhaft eine Dreiphasenzentrifuge verwendet, wie sie beispielsweise in der EP 733646 beschrieben ist. Das dabei anfallende Öl 8 wird in einer bekannten Aufbereitungsanlage 9 zu Biodiesel verarbeitet.
Die auf einen Ölgehalt von weniger als 5% entölten Algen 1 werden zur Bildung einer Faserstoffsuspension 4 in einen Pulper 10 befördert. Als Variation dieses Prozesses ist es auch möglich, Algen 1, die bereits in entölter Form eingekauft wurden (beispielsweise aus der Biodieselproduktion), direkt in den Pulper 10 einzubringen.
In diese Faserstoffsuspension 4 werden bei Bedarf neben Wasser und Faserstoffen aus Algen 1 auch Sekundärfaserstoffe 3 und Faserstoffe 6 aus Holz 2 sowie gegebenenfalls auch Zuschlagstoffe (Stärke, Füllstoffe, ...) eingebracht.
Zur Bildung einer weiteren davon abweichenden Faserstoffsuspension 5 steht ein zweiter Pulper 12 bereit, in den Wasser, Faserstoffe 6 aus Holz 2 und nach Möglichkeit auch Sekundärfaserstoffe 3 gefördert werden.
Die Sekundärfaserstoffe 3, im Wesentlichen Altpapier, müssen vor ihrer Wiederverwendung sortiert und gereinigt werden.
Das Holz 2 wird in einer Aufbereitungsanlage 11 mechanisch und/oder chemisch aufbereitet, wobei Faserstoff 6 gebildet wird. Dieser besteht je nach Aufbereitungsverfahren aus Zellstoff, aus Halbzellstoff, oder aber auch aus Holzstoff.
Je nach eingesetzter Algenart und Aufbereitungsverfahren kann entweder die ohne einen Anteil von Algen 1 hergestellte Faserstoffsuspension 5 mehr kurze und weiche Fasern enthalten als die mit Algen 1 bereitete Faserstoffsuspension 4, oder umgekehrt.
Um die gewünschten Produkteigenschaften zu erreichen, kann einerseits eine dafür geeignete Algensorte gewählt werden und andererseits ein geeignetes Aufbereitungsverfahren – wie etwa eine Bleiche des Faserstoffes – integriert werden. Zudem kann in Abhängigkeit von den gewünschten Produkteigenschaften entschieden werden, ob die Faserstoffsuspension 5 ohne Algenanteil zur Bildung der gegebenenfalls zu bedruckenden äußeren Seite der Faserstoffbahn und/oder zur Bildung einer inneren Lage bzw. Schicht verwendet wird.
Hierzu wird im vorliegenden Beispiel die Faserstoffsuspension 5 ohne Algenanteil nach dem Durchlaufen einer Stoffaufbereitungsanlage 13 beispielhaft nur einer Kammer 18, 19, 20 eines Mehrschichtstoffauflaufs 17 einer Papiermaschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papierbahn zugeführt.
Zur Bildung von hier beispielhaft drei Schichten besitzt der Mehrschichtstoffauflauf 17 drei Kammern 18, 19, 20, in die jeweils eine Faserstoffsuspension bzw. deren Fraktion 4, 5, 15, 16 geleitet wird.
Von den Kammern 18, 19, 20 gelangt anschließend jeweils ein Faserstoffsuspensionsstrahl in den Blattbildungsbereich eines nachfolgenden Formers der Papiermaschine. Die unterschiedlichen Faserstoffsuspensionsstrahlen führen dabei zur Bildung der Schichten der Faserstoffbahn.
Die mit Algen 1 erzeugte Faserstoffsuspension 4 gelangt nach dem Durchlaufen einer eigenen Stoffaufbereitungsanlage 13 zu einem Sortierer 14. In dem Sortierer 14 kommt es zur Trennung in eine Grobfraktion 15 und eine Feinfraktion 16. Die langen Fasern der Grobfraktion 15 können nun einer anderen (hier der mittleren) Kammer 19 des Mehrschichtstoffauflaufes 17 zugeführt werden als die Feinfraktion 16. Auf diese Weise können die Produkteigenschaften individuell an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst werden.
Beispielhaft wird hier die Faserstoffsuspension 5 ohne Algen zur Bildung einer äußeren, eventuell der zu bedruckenden Seite der Faserstoffbahn in die äußere Kammer 20 geführt.
Analog kann auch bei der Bildung einer mehrlagigen Faserstoffbahn verfahren werden. Allerdings werden dort die Faserstoffsuspensionen 4, 5, 15, 16 nicht Kammern 18, 19, 20, sondern separaten Einzelstoffaufläufen zugeführt. Anschließend erfolgt dann das Vergautschen der Lagen.
In beiden Fällen ist es aber zum Beispiel ebenso möglich, die Faserstoffsuspension 4 mit Algenanteil ohne Fraktionierung einer oder mehreren Kammern 18, 19, 20 eines Mehrschichtstoffauflaufs 17 bzw. einem oder mehreren Einzelstoffaufläufen eines Mehrlagenstoffauflaufs zuzuführen.
Um eine möglichst effiziente Nutzung des eingesetzten Rohstoffes Alge zu gewährleisten, kann der oben angeführte Prozess der Pulpbereitung schließlich noch mit einer Stufe zur Verwertung der Algenrestbestandteile, welche nicht für die Papier- und Kartonherstellung nutzbar sind, kombiniert werden. Unter dem Begriff „Nicht zur Papier- und Kartonherstellung nutzbare Bestandteile” seien hier insbesondere Proteine, Restölgehalte, kurzkettige Kohlenhydrate und zu kurze Fasern zusammengefasst, die in Abhängigkeit von der eingesetzten Algensorte einen mehr oder weniger beträchtlichen Anteil der Algenbiomasse ausmachen können.
Die aus technischer Sicht einfachste Methode zur Nutzung dieser Restbestandteile wäre die energetische Nutzung durch Verbrennung. Da diese Stoffe jedoch in nasser Form anfallen, und ein erheblicher Energieaufwand für ihre Trocknung vor dem Einsatz als Brennstoff notwendig wäre, werden hier Alternativen in Erwägung gezogen, die eine Verwertung der Biomasse auch in nassem Zustand erlauben.
Solche Prozesse sind die Biomassevergasung und die Ethanolgewinnung. Beide Prozesse sind bereits bekannt, und insbesondere die Biomassevergasung wird in manchen Papierfabriken bereits zur Biogasherstellung aus den Holzreststoffen erprobt.
Aufgrund der chemischen Zusammensetzung von Algen kann auch die Algenrestbiomasse aus der Papierherstellung für die Biogas- bzw. für die Bioethanol gewinnung eingesetzt werden. Auf diese Weise wird der Nutzungsgrad der Biomasse erhöht, und die dabei gewonnenen Produkte können entweder direkt in der Papierfabrik zur Energiebereitstellung eingesetzt oder zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Betriebes als Biotreibstoffe verkauft werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 488486 [0004]
- EP 733646 [0026]

Claims

Verfahren zur Erzeugung von cellulosehaltigem Faserstoff für die Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn aus Algen (1), dadurch gekennzeichnet, dass Algen (1) oder entölte Algen (1) mit einem Ölgehalt von unter 15% eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Algen (1) oder entölte Algen (1) mit einem Ölgehalt von unter 10%, vorzugsweise unter 5%, eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Algen (1) vor dem Entölungsprozess einem Oxidationsprozess unterzogen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine bestimmte Algenart (1), vorzugsweise Grün- oder Blaualgen ausschließlich oder zumindest überwiegend eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus mehreren Algenarten (1) eingesetzt wird.
Faserstoffsuspension (4) aus Wasser und zumindest Faserstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn, dadurch gekennzeichnet, dass diese auch synthetische und/oder tierische und/oder andere pflanzliche Faserstoffe (2, 3) – wie etwa Zellstoff, Holzstoff, Faserstoff aus Einjahrespflanzen oder Baumwolle – in gebleichter oder auch in ungebleichter Form, sowie Zuschlagstoffe enthält.
Faserstoffsuspension (4) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension (4) nur pflanzliche Faserstoffe (1, 2, 3) enthält.
Faserstoffsuspension (4) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockengewichtsanteil der Algen (1) hinsichtlich des gesamten Faserstoffes über 1%, vorzugsweise über 20% und insbesondere über 50% liegt.
Faserstoffsuspension (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese auch Sekundärfaserstoffe (3) in deinkter oder auch in nicht deinkter Form enthält.
Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen mehrschichtigen oder einer anderen ein- oder mehrlagigen Faserstoffbahn in einer Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage oder Schicht der Faserstoffbahn aus Faserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder einer Faserstoffsuspension (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 9 hergestellt wird.
Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen mehrschichtigen oder mehrlagigen Faserstoffbahn in einer Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lagen oder Schichten der Faserstoffbahn aus Faserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder einer Faserstoffsuspension (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 9 hergestellt werden.
Herstellung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoff aus Algen (1) enthaltenden Lagen oder Schichten der Faserstoffbahn die gleiche Zusammensetzung aufweisen.
Herstellung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoff aus Algen (1) enthaltenden Lagen oder Schichten der Faserstoffbahn eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen.
Einsatz der Faserstoffsuspension nach einem der Ansprüche 6 bis 9 oder dem Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13 zur Herstellung von Karton oder Verpackungspapieren.
Einsatz der Faserstoffsuspension nach einem der Ansprüche 6 bis 9 oder dem Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13 zur Herstellung von grafischen Papieren und anderen Papieren.