EP0087553B1 - Verfahren zur Herstellung von halbgebleichten Zellstoffen - Google Patents

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EP0087553B1
EP0087553B1 EP83100115A EP83100115A EP0087553B1 EP 0087553 B1 EP0087553 B1 EP 0087553B1 EP 83100115 A EP83100115 A EP 83100115A EP 83100115 A EP83100115 A EP 83100115A EP 0087553 B1 EP0087553 B1 EP 0087553B1
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pulp
bleaching
peroxide
sodium silicate
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Horst Dr. Krüger
Hans Ulrich Dr. Süss
Kurt Schmidt
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    • D21C9/10—Bleaching ; Apparatus therefor
    • D21C9/16—Bleaching ; Apparatus therefor with per compounds
    • D21C9/163—Bleaching ; Apparatus therefor with per compounds with peroxides

Definitions

  • Semi-bleached pulps have whiteness levels that lie between unbleached and highly bleached pulp.
  • Commercial ,. highly bleached pulps have a white content of 88 to more than 90% Elrepho (R457).
  • Bleached and semi-bleached pulps affect the range between unbleached (20 to 30% Elrepho for sulfate pulps, 50 to 60% Elrepho for sulfite pulps) and approx. 80 to 88% Elrepho.
  • DE-A2 040 763 discloses a process for bleaching cellulose-containing substances and for removing lignin, in which at least one bleaching stage is used in addition to oxygen-alkali bleaching using water glass stabilized peroxide.
  • the application relates to a process for the production of semi-bleached pulps using oxygen excess pressure, hydrogen peroxide and sodium silicate in an aqueous alkaline suspension, characterized in that oxygen, hydrogen peroxide and sodium silicate are allowed to act simultaneously on the pulp for bleaching and partial delignification.
  • the process according to the invention is particularly suitable for bleaching hardwood and softwood sulfite and sulfate pulp to a white content of 40 to 80% (Elrepho R 457).
  • the process according to the invention enables a marked reduction in the use of peroxide with comparable results in terms of whiteness, yield and strength.
  • a pulp is obtained which, in addition to a high lignin content, has a high degree of whiteness, with no reduction in the yield.
  • a particularly simple type of application on an industrial scale is the combination of an oxygen and alkali mixture with a medium consistency with an optionally directly subsequent mixture of hydrogen peroxide and sodium silicate.
  • the oxygen can be added via a refiner. During the short dwell time of the material flow when pumping up to the bleaching tower in a tube, oxygen becomes a partial delignification and an oxidation of the peroxide-consuming, dissolved organic substances. If the pulp is then left to react in one of the usual downward working towers, considerably less peroxide is required to achieve the same white content as without the addition of oxygen. A temporal separation of the oxygen and peroxide addition is also possible. Peroxide can only be added to the oxygen-pretreated pulp directly before the tower entrance.
  • the oxygen mixer can be used to work directly into an upward tower.
  • the working pressure in this application is 2 to 4 bar.
  • the process according to the invention reduces the peroxide requirement by more than 30%. Since the advantages of bleaching with peroxide, high yield, low wastewater pollution and good strength values are retained, the cost-effectiveness of the process is considerably enhanced by the use of inexpensive oxygen.
  • Pine sulfate pulp should be bleached to a whiteness of> 50 in one stage.
  • Pine sulfate pulp should be bleached to a whiteness level of around 70 (R 457) in one step. This is not possible using the known bleaching process with only one peroxide stage. White contents 55 cannot be achieved from the starting whites 23, 4 and with a kappa number of 37.
  • This pulp is ideally suited for use as a pulp component in newspaper, magazines and LWC papers. It was not only in the bleaching in comparison to conventional bleaching processes such.
  • B. CEH achieved a 4% higher bleaching yield, but also a 50% lower waste water pollution. The latter also contains no chlorinated compounds.

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  • Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)
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Description

  • Halgebleichte Zellstoffe haben Weißgehalte, die zwischen ungebleichtem und hochgebleichtem Zellstoff liegen. Handelsübliche,. hochgebleichte Zellstoffe weisen einen Weißgehalt von 88 bis mehr als 90 % Elrepho (R457) auf.
  • Angebleichte und halbgebleichte Zellstoffe betreffen den Bereich zwischen ungebleicht (bei Sulfatzellstoffen 20 bis 30 % Elrepho, bei Sulfitzellstoffen 50 bis 60 % Elrepho) und ca. 80 bis 88 % Elrepho.
  • Handelsübliche, halbgebleichte Sulfatzellstoffe weisen einen Weißgrad von 70 bis 75 % Elrepho auf.
  • Halbgebleichte Zellstoffe haben bereits heute einen Markt. Für viele Papierqualitäten sind mittlere Weißgehalte des Zellstoffes durchaus ausreichend. Dazu gehören holzhaltige Produkte, wie Zeitungs-und Illustriertenpapiere sowie am oberen Ende der Skala auch LWC-Papiere (Light-weight-coated papers) und andere gestrichene holzhaltige Qualitäten. Da der Zellstoff in diesen Papiersorten zur Steigerung der Festigkeit eingesetzt wird, beträgt sein Anteil nur zwischen 10 und 50 %. Der resultierende Weißgehalt dieser Papiere wird durch den überwiegend vorhandenen Holzschliffanteil bestimmt. Mit der Zelistoffweiße kann der Gesamtweißgehalt, beispielsweise von Zeitungspapier, nur in sehr begrenztem Umfang angeboten werden.
  • Die Herstellung halbgebleichten Zellstoffs über eine bekannte Bleiche - z. B. C-E-H - bietet jedoch kaum Vorteile für den Produzenten. Der Ausbeuteverlust wird bei der bekannten Bleiche durch den Chlorbedarf der ersten Stufe und die Menge an alkalisch extrahierbarem Material in der darauf folgenden E-Stufe bestimmt. (Das Papier 35, S. V. 25 ff (1981)).
  • Eine unvollständige Chlorierung bringt keine Vorteile, da der dann verbleibende Ligninanteil entweder zu einem erhöhten Hypochlorit-Bedarf mit entsprechend stärkerer Belastung durch diese Stufe führt oder zu einer Braunfärbung des Zellstoffs bei Anwendung von wenig Hypochlorit. Ob der Zellstoff nach den C-E-Stufen mit einer geringen Hypochlorit-Menge auf Weißgehalte um 70 % Remission oder mit einer D-E-D-Sequenz auf 90 % Remission gebleicht wird, spielt für die Gesamtausbeute und Abwasserbelastung nur eine untergeordnete Rolle.
  • An einem Bleichverfahren, bei dem im Gegensatz zur bekannten Chlorierung das Lignin teilweise erhalten bleibt, aber dennoch eine Weißes von 70 % oder 75 % Remission erreichbar ist, besteht daher grundsätzlich ein erhebliches Interesse.
  • Aus der DE-A2 040 763 ist ein Verfahren zum Bleichen zellulosehaltiger Stoffe und zur Beseitigung des Lignins bekannt, bei dem man zusätzlich zur Sauerstoff-Alkali-Bleiche mindestens eine Bleichstufe unter Verwendung von, wasserglasstabilisiertem Peroxid vorsieht.
  • Mit diesem Verfahren erzielt man einen sehr weitgehenden Ligninabbau, wie aus den Beispielen anhand der Kappazahländerungen deutlich wird.
  • Damit verbunden ist aber ein deutlicher Substanzverlust, so daß die Bleichausbeute teilweise bis auf 85-86 % absinkt.
  • Gegenstand der Anmeldung ist ein Verfahren zur Herstellung von halbgebleichten Zellstoffen unter Anwendung von Sauerstoffüberdruck, Wasserstoffperoxid und Natriumsilikat in einer wässrigen alkalischen Suspension, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Bleiche und teilweisen Delignifizierung Sauerstoff, Wasserstoffperoxid und Natriumsilikat gleichzeitig auf den Zellstoff einwirken läßt.
  • Dabei kann man eine Stoffdichte von 10 bis 30 %, vorzugsweise von 10 bis 20 %, eine Temperatur von 50 bis 110°C, vorzugsweise von 60 bis 90 °C, einen Sauerstoffdruck von 1 bis 10 bar, vorzugsweise von 2 bis 4 bar, eine Peroxidmenge von 0,25 bis 3 %, vorzugsweise von 0,5 bis 2 %, eine Natronlaugemenge von 1,0 bis 5 %, vorzugsweise von 1 bis 3 % und eine Natriumsilikatmenge von 1,0 bis 6 %, vorzugsweise von 2 bis 4 % einhalten.
  • In einer Ausführungsform kann man nach dem Einmischen des Sauerstoffs bis zur Peroxid-Zugabe eine Verweilzeit bis zu 60 Minuten bestehen lassen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Bleiche von Laub- und Nadelholzsulfit und -sulfat-Zellstoff auf Weißgehalte von 40 bis 80 % (Elrepho R 457).
  • Im Gegensatz zur Anwendung bekannter Bleichchemikalien mit den oben beschriebenen Nachteilen bietet die einstufige bekannte Bleiche mit Wasserstoffperoxid erhebliche Vorteile. Unter weitgehendem Erhalt der Ausbeute werden bei Sulfitzellstoffen Weißgehalte von 70 bis 80 % Remission in einer einzigen Behandlungsstufe zugänglich. Nachteilig für die Anwendung des bekannten Verfahrens sind die relativ hohen Kosten des Wasserstoffperoxides, da zum Erreichen dieses Weißbereiches bis zu 3 % H202 aufgewendet werden müssen. (Das Papier 35, S v 25 ff (1981)).
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht gegenüber dem bekannten Peroxid-Bleichverfahren deutliche Verringerung des Peroxideinsatzes bei vergleichbaren Resultaten hinsichtlich Weißgrad, Ausbeute und Festigkeiten. Es wird ein Zellstoff erhalten, der neben einem hohen Ligningehalt einen hohen Weißgrad aufweist, wobei keine Verringerung der Ausbeute erfolgt.
  • Eine besonders einfache Art der Anwendung im technischen Maßstab ist die Kombination einer Sauerstoff- und Alkalieinmischung bei mittlerer Stoffdichte mit einer gegebenenfalls direkt anschließenden Einmischung von Wasserstoffperoxid und Natriumsilikat. Die Zugabe des Sauerstoffes kann über einen Refiner erfolgen. Während der kurzen Verweilzeit des Stoffstromes beim Aufwärtspumpen zu dem Bleichturm in einem Rohr wird durch Sauerstoff eine Teildelignifizierung und eine Oxidation der peroxidverbrauchenden, gelösten organischen Substanzen bewirkt. Wird der Zellstoff anschließend in einen der üblichen abwärts arbeitenden Türme ausreagieren gelassen, so wird erheblich weniger Peroxid zum Erreichen eines gleichen Weißgehaltes benötigt, wie ohne Sauerstoffzusatz. Eine zeitliche Trennung der Sauerstoff- und Peroxidzugabe ist ebenfalls möglich. Die Peroxidzugabe zum sauerstoffvorbehandelten Zellstoff kann erst direkt vor dem Turmeingang stattfinden. Eine Waschstufe zwischen beiden Einmischvorgängen kann zwar soll aber nicht vorhanden sein, da durch die übliche Verwendung von Kreislaufwasser dabei nur erneut Peroxidverbraucher eingeschleppt werden. In gleicher Art kann vom Sauerstoffmischer aus direkt in einen Aufwärtsturm gearbeitet werden. Der Arbeitsdruck bei dieser Anwendung liegt bei 2 bis 4 bar.
  • Überraschenderweise ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, Kiefern-Sulfat-Zellstoff sowie Sulitzellstoff einstufig auf einen Weißgehalt von ca. 70 % Elrepho (R 457) zu bleichen.
    • Beispiele
  • Die angegebenen Prozentwerte werden auf ofentrokkenen (otro) Zellstoff bezogen.
    • Beispiel 1
  • Ein harter Fichtensulfitzellstoff mit Kappa 28 und Ausgangsweiße 51,9 und Festigkeiten von 5,8 km Reißlänge und 1410 mNm/m Weiterreißarbeit bei 20 SR soll auf einen Weißgehalt von 70 % Remission (Elrepho R 457) gebleicht werden.
    • a) Nach dem Verfahren der bekannten einstufigen Peroxidbleiche werden dabei folgende Chemikalienmengen eingesetzt :
      Figure imgb0001
      Festigkeiten bei 20 SR : Reißlänge 5,3 km
      Weiterreißarbeit 1 230 mNm/m
    • b) Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden folgende Chemikalienmengen benötigt :
      • 1,5 % H202, 1,4 % NaOH und 3,0 % Natriumsilikat-Lösung
  • Diese Chemikalien werden mit dem ungebleichten Zellstoff unter gleichzeitiger Einwirkung eines Überdruckes von 3 bar Sauerstoffdruck gemischt, Sauerstoffverbrauch 1,1 %. Nach 2 Stdn. bei 75 °C und einer Stoffdichte von 14 % erhält man folgende Resultate :
    Figure imgb0002
    • Abwasserbelastung (CSB) : 51,8 kgO2/bdt
    • Festigkeiten bei 20 SR: Reißlänge 5,6 km

    Weiterreißarbeit 1 370 mNm/m
  • Der Peroxidbedarf wird durch das erfindungsgemäße Verfahren um über 30 % vermindert. Da'die Vorteile der Bleiche mit Peroxid, hohe Ausbeute, geringe Abwasserbelastung und gute Festigkeitswerte erhalten bleiben, wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens durch die Anwendung des preiswerten Sauerstoffs erheblich verstärkt.
    • Beispiel 2
  • Fichten-Magnefite-Zelistoff für die Anwendung in Zeitungspapier soll auf einen Weißgehalt von 60 gebleicht werden. Die Ausgangsweiße liegt bei 50,7, Kappa bei 32 und die Festigkeiten bei 20 SR bei 8,1 km Reißlänge und 1 210 mNm/m Weiterreißarbeit.
    • a) Die Bleiche wird nach dem bekannten Verfahren der einstufigen Peroxidbleiche durchgeführt mit :
      • 1,25 % H202, 1,2% NaOH und 3,0 % Natriumsilikat-Lösung
        Figure imgb0003

        Festigkeiten bei 20 SR : 7,3 km Reißlänge

      1 360 mNm/m Weiterreißarbeit
    • b) Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird derselbe Zellstoff wie folgt gebleicht :
      • 0,75 % H202, 1,1 % NaOH und 3,0 % Natriumsilikat-Lösung werden in einer Sauerstoffeinmischerapparatur bei einem Sauerstoffpartialdruck von 2 bar mit dem Zellstoff umgesetzt. Sauerstoffverbrauch 1,2 % bez. auf Zelsltoff. Nach 10 Minuten Reaktionszeit in einem Steigrohr wird drucklos in einem Turm zuendegebleicht.
        Figure imgb0004
        1 370 mNm/m Weiterreißarbeit
    Beispiel 3
  • Kiefern-Sulfatzellstoff soll einstufig auf einen Weißgehalt von > 50 gebleicht werden.
  • Die Ausgangsweiße beträgt 23,4, die Kappa-Zahl 37 '
    • a) Nach dem bekannten Verfahren der einstufigen Peroxidbleiche werden 2,8 % H202, 2,2 % NaOH und 3,5% Natriumsilikat-Lösung eingesetzt.
      Figure imgb0005
    • b) Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird wie folgt gearbeitet:
      • 22 % NaOH werden bei 14 % Stoffdichte, 85 °C und einem Sauerstoffpartialdruck von 3 bar mit dem Zellstoff gemischt. Der Sauerstoffverbrauch liegt bei 1,8 % bez. auf Zellstoff. Nach einer Reaktionszeit von 5 Minuten (= Verweilzeit im Reaktionsrohr) werden in einem zweiten Mischer 1,8 % H202 und 3,5 % Natriumsilikatlösung zugegeben. Dabei sinkt die Stoffdichte auf 12 %, die Temperatur auf 80 °C. Nach 90 Minuten erhält man folgendes Ergebnis :
        Figure imgb0006
    Beispiel 4
  • Kiefern-Sulfatzellstoff soll einstufig auf einen Weißgehalt um 70 (R 457) gebleicht werden. Nach dem bekannten Bleichverfahren mit nur einer Peroxidstufe ist dies nicht möglich. Weißgehalte 55 sind von der Ausgangsweiße 23, 4 und mit einer Kappa-Zahl von 37 nicht zu erreichen.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das gewünschte Weißniveau jedoch wie folgt zu erreichen :
    • Bei einer Stoffdichte von 25 %, einer Temperatur von 100 °C wird der Zellstoff mit 3,0 % NaOH gemischt. Ein Sauerstoffpartialdruck von 7 bar wird während einer Reaktionszeit von 90 Minuten aufrechterhalten (Verbrauch 2,1 %). Direkt nach dem Reaktor wird der Zellstoff mit 1,8 % H202 und 4,0 % Natriumsilikatlösung gemischt. Eine Stoffdichte von 18 % wird eingestellt. Die Temperatur sinkt dabei auf 83 °C. Nach einer Stufe Verweilzeit ergibt sich folgendes Resultat :
      Figure imgb0007
  • Dieser Zellstoff ist für die Anwendung als Zellstoffanteil in Zeitungs-, Illustrierten- und LWC-Papieren hervorragend geeignet. Dabei wurde bei der Bleiche nicht nur im Vergleich zu konventionellen Bleichverfahren wie z. B. CEH eine um 4 % höhere Bleichausbeute, sondern auch eine um 50 % geringere Abwasserbelastung erreicht. Letztere enthält zudem keine chlorierten Verbindungen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von halbgebleichten Zellstoffen unter Anwendung von Sauerstoffüberdruck, Wasserstoffperoxid und Natriumsilikat in einer wässrigen alkalischen Suspension, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Bleiche und teilweisen Delignifizierung Sauerstoff, Wasserstoffperoxid und Natriumsilikat gleichzeitig auf den Zellstoff einwirken läßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Stoffdichte von 10 bis 30 %, eine Temperatur von 50 bis 110 °C, einen Sauerstoffdruck von 1 bis 10 bar, eine Peroxidmenge von 0,25 bis 3 %, eine Natronlaugemenge von 1,0 bis 5 %, und eine Natriumsilikatmenge von 1,0 bis 6 % einhält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man nach Einmischen des Sauerstoffs bis zur Peroxid-Zugabe eine Verweilzeit bis zu 60 Minuten bestehen lassen kann.
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