WO2007140839A2 - Verfahren zum herstellen von faserstoff aus holz - Google Patents

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WO2007140839A2
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    • D21H11/00—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
    • D21H11/02—Chemical or chemomechanical or chemothermomechanical pulp
    • D21H11/06—Sulfite or bisulfite pulp

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of pulp from lignocellulosic raw materials with low use of chemicals.
  • the invention relates to a process for the production of high lignin content pulp, e.g. B. for softwoods of more than 15% and for hardwoods of more than 12%, each based on the produced otro pulp, the pulp usually has predetermined strength properties.
  • Processes which produce pulps with a relatively high lignin content of over 15% for softwood and over 12% for hardwood. They provide a yield of 70% or more based on the starting material used. These methods are based on chemical and / or mechanical decomposition of the wood.
  • CTMP pulps are typically made with chemical levels of 3% to 5%.
  • industrially established processes for the production of high yield fibers eg. As the NSSC process, up to 10% chemicals are used based on the starting material. With such a limited use of chemicals, no recovery for the recovery of the chemicals is yet to be installed.
  • this type of pulp production leads to a considerable environmental, especially water pollution, not only because of the chemical entry but mainly because of the organic cargo that is discharged into the receiving waters.
  • High yield pulps are ground to high levels of grinding for current uses. Only then will they reach an acceptable level of strength.
  • As a high grinding degrees are here values of about 300 ml CSF (Canadian Standard Freeness), equivalent to 41 0 SR (Schopper-Riegler, see below) and 500 ml CSF, equivalent to 26 0 SR, to look at, as they z.
  • a high degree of grinding is achieved by using mechanical energy. The fibers are rubbed against each other or on a grinder or on a grinding media and thus changed in their surface properties towards a better bonding behavior. The high degree of grinding is therefore not an end in itself. It results rather from the requirements of the strength properties of the fiber.
  • the high yield fibers produced by mechanical and / or chemical means are used in particular where it is not absolutely necessary to have a high final whiteness and high whiteness stability. They could open up many more applications if the strength level could be increased.
  • the method according to the invention is based on the fact that a minimum of chemicals is used for the production of high-yield fibers. Despite the low use of chemicals, the process according to the invention yields fibers with good yield and excellent strength properties.
  • softwood fibers which are produced according to a preferred embodiment of the method according to the invention, at grindings of only 12 0 SR to 15 0 SR tensile lengths of more than 8 km, but also tensile lengths of more than 9 km and more than 10 km measured
  • For hardwood fibers which are produced according to an advantageous embodiment of the method according to the invention, measured at only 20 0 SR values of more than 5 km, but also tear lengths of more than 6 km and more than 7 km. This achieves the desired high level of strength.
  • the inventive method works much more environmentally friendly, because a total of a minimum of chemicals is used to produce a particularly high quality and versatile fiber.
  • only a small and therefore particularly economical and environmentally friendly chemical reprocessing is required to close this process.
  • the inventive method is used according to an advantageous embodiment for the production of high yield fibers. These high strength values are for Fibers with a lignin content of more than 15% for softwood pulps and more than 12% for hardwood pulps previously unknown. However, the high strength level can also be maintained for fibers with an even higher lignin content.
  • the inventive method is also suitable for the production of softwood pulps with a lignin content of more than 17%, preferably more than 19%, advantageously more than 21% based on the otro fiber mass.
  • Hardwood fibrous materials with a lignin content of more than 14%, preferably more than 16%, particularly preferably more than 18%, can likewise be prepared by the process according to the invention and exhibit a high level of strength.
  • the fibrous materials produced by the process according to the invention have tear lengths of more than 8 km up to 11 km and tear strengths of more than 70 cN up to more than 110 cN, even at degrees in the range from 12 ° SR to 15 ° SR Leaf weight of 100 g / m 2 .
  • These low levels of grinding are also achieved with a low specific demand for grinding energy, which is less than 350 kWh / t of pulp for softwood pulps, and for hardwood pulps the demand for grinding energy may even be less than 250 kWh / t of pulp.
  • the realization that the high level of strength is already achieved at low grinding degrees of 12 0 SR to 15 0 SR for softwood and 20 0 SR for hardwood and below, is an essential part of the invention.
  • composition of the chemical solution used for the digestion can be determined in agreement with the wood to be digested and the desired pulp properties.
  • only one sulfite component is used.
  • a sulfide component can be added. Digestion with a sulfite component is not disturbed by the presence of sulfide components.
  • sodium sulfite is usually used, but also the use of ammonium or potassium sulfite or magnesium bisulfite is possible.
  • anthraquinone which is between 0.005% and 0.5%.
  • Use of anthraquinone of up to 1% also provides the desired effect.
  • a use of more than 3% anthraquinone is usually uneconomical.
  • a chemical solution is prepared. Usually an aqueous solution is used.
  • organic solvents may be provided.
  • the mixing ratio of water and alcohol can be optimized for the respective raw material in a few experiments.
  • the process of the invention can be carried out in a wide pH range. Depending on the amount of sulfite used or on the composition of the chemical solution, a pH value between 6 and 11, preferably between 7 and 11, particularly preferably between 7.5 and 10, can be set at the beginning of the process.
  • the method according to the invention is tolerant with regard to the pH; There are few chemicals required for pH adjustment. This has a favorable effect on the costs for chemicals.
  • acid or alkaline components arises, for.
  • a pH between 5.5 and 10 usually between 7.5 and 8.5 in the free-flowing chemical solution and the dissolved organic components that have been liquefied by the digestion, a.
  • the dissolved organic components are mainly lignosulfonates.
  • the liquor ratio that is the ratio of the amount of otro wood to the chemical solution, is set between 1: 1.5 and 1: 6.
  • a liquor ratio of 1: 3 to 1: 5 is preferred. In this range, a good and simple mixing and impregnation of the material to be digested is ensured.
  • For softwood a liquor ratio of 1: 4 is preferred.
  • the liquor ratio can also be significantly higher, to allow rapid wetting and impregnation.
  • the concentration of the chemical solution can be kept so high that the liquid volumes to be circulated are not too large.
  • the mixture or impregnation of the wood chips is preferably carried out at elevated temperatures. Heating the chips and the chemical solution up to 110 0 C, preferably up to 120 0 C, more preferably up to 130 0 C leads to a rapid and uniform digestion of the wood.
  • a period of time of up to 30 minutes, preferably of up to 60 minutes, particularly preferably of up to 90 minutes, is advantageous. The The optimum time depends, among other things, on the amount of chemicals and liquor ratio and the type of digestion (liquid or vapor phase).
  • the digestion of the mixed with the chemical solution or impregnated lignocellulosic material is preferably carried out at temperatures between 120 0 C and 190 0 C, preferably between 150 0 C and 180 0 C.
  • temperatures between 120 0 C and 190 0 C, preferably between 150 0 C and 180 0 C.
  • decomposition temperatures between 155 0 C and 170 0 C is set.
  • Higher or lower temperatures can be set, but in this temperature range, the energy required to heat up and accelerate the digestion is in an economic relationship. Higher temperatures can also have a negative impact on the strength, yield and whiteness of the pulp.
  • the pressure generated by the high temperatures can be easily absorbed by appropriate design of the digester.
  • the duration of the heating depends on the capacity of the digester and is at low mass entry, that is, a low liquor ratio only a few minutes, usually up to 30 minutes, advantageously up to 10 minutes, especially when heated by steam.
  • the duration of the heating can take up to 90 minutes, preferably up to 60 minutes, z. B. when it is digested in the liquid phase and the chemical solution is to be heated together with the wood chips.
  • the duration of the digestion is chosen especially depending on the desired pulp properties.
  • the duration of the digestion can be shortened to up to 2 minutes, z. B. in the case of a vapor phase digestion of a hardwood with low lignin content. But it can also be up to 180 minutes, if z. B. the digestion temperature low and the natural lignin content of the réelleumbleden wood is high. Even if the initial pH of the digestion is in the neutral range, a long digestion time may be required.
  • the digestion time is up to 90 minutes, especially in coniferous wood.
  • the digestion time is up to 60 minutes, advantageously up to 30 minutes.
  • a digestion time of up to 60 minutes is mainly considered for hardwoods.
  • a quinone component in particular anthraquinone
  • the duration of the digestion is set as a function of the selected liquor ratio.
  • the amount of chemicals to be used according to the invention for the production of a pulp with a yield of at least 70% is up to 25% sulphite for softwood and up to 18% sulphite for hardwood, in each case based on the otro wood pulp to be broken up.
  • the quality of the pulp produced shows the best results with a chemical use of up to 15% sulphite for softwood and hardwood. Preference is given to adding up to 20% sulphite, particularly preferably up to 15% sulphite, based on the amount of otro coniferous wood used.
  • the use of chemicals is rather lower, preferably up to 12% sulfite, more preferably up to 10% sulfite.
  • a sulphite use of at least 7% based on the otro wood mass to be broken up is required.
  • the chemical consumption is recorded as the amount of chemicals (sulfite) that - relative to the originally used amount of chemicals - after removal or separation of the chemical solution and, if necessary, detection of chemical solution after defibering or in connection with detection of the chemical solution is measured.
  • the consumption of chemicals depends on the absolute amount of chemicals used for the digestion, based on the chemicals to be broken down otro wood pulp. The higher the use of digestion chemicals, the lower the direct sales of chemicals.
  • 25% sulfite based on otro wood pulp for example, only about 40% of the chemicals used are consumed. However, when using 16% sulphite in relation to otro wood, about 45-50% of the chemicals used are consumed, as could be proven in laboratory experiments.
  • the consumption of sulphite during digestion depends on the lignin content of the starting raw material. Derived from lignin degradation and other chemical reactions, chemical consumption to produce one tonne of pulp is up to 13% sulfite for lignocellulosic feedstock with a lignin content of more than 25% based on otro raw material (typically softwood, numerous hardwoods), up to 10% sulfite for lignocellulosic raw material with a lignin content of 20% up to 25% based on otro raw material (typically annual plants or
  • Hardwood with low lignin content such as poplar or beech).
  • lignocellulosic raw material with a lignin content that is significantly below 20% typically annual plants such as grasses or bananas
  • the consumption of sulphite initially used for digestion may also be less than 10%, but at least 7%.
  • a proportion of the chemicals, in particular of the sulfite, which is consumed during the digestion can thus be recovered by recycling only a partial stream of the chemical solution as fresh sulfite.
  • the other part of the chemical or digestion solution, which is recycled without special treatment, directly from the recycling of used chemical solution in circulation, and contains the unused sulfite, is another essential ingredient of the digestion solution, usually with an above-mentioned proportion of freshly added or recycled sulfite as described above. Unused sulfite recycled without treatment is used in a total amount of up to 75% of the total sulfite required for digestion.
  • fresh sulfite can be added or recycled in the reprocessing of the chemicals, or fresh sulfite can be added directly to the chemical solution.
  • up to 30% by weight, preferably up to 50% by weight, particularly preferably up to 75% by weight, of sulfite from the recirculation of chemical solution already used for the digestion is used in the preparation of the chemical solution to 70% by weight, preferably up to 50% by weight, more preferably up to 25% by weight of sulfite fresh or equivalent fresh, from the reprocessing.
  • the use of these amounts of chemicals at the beginning of the digestion shows advantageous effect, since the fibers obtained in this way have previously unavailable properties, in particular high strength properties and high degrees of whiteness.
  • no digestion process is currently available that produces high strength pulps over a broad pH spectrum from the neutral to the alkaline range.
  • the fibers produced according to the invention are to be ground with much lower energy consumption to predetermined strengths than known fibers. In addition, they develop the high strengths even at unusually low grinding grades from 12 0 SR to 15 0 SR for softwood and 20 0 SR for hardwood.
  • Excess chemicals are present after mixing and impregnating the wood with the chemical solution or after digestion in the free flowing liquid. This excess is deducted before digestion (1st alternative) or after digestion (2nd alternative).
  • the composition of the removed chemical solution is detected and then adjusted to a predetermined composition for re-use for the production of fibers.
  • the chemical solution that is removed before or after the wood is thinned no longer has the original composition.
  • At least some of the chemicals used for digestion have - as described above - penetrated into the material to be digested and / or has been consumed in the digestion. The unused chemicals can easily be used again for the next digestion.
  • the chemical solution contains even if it is removed before the digestion, but also when it is removed after the digestion, no or only very few substances that are in a re-use of the strengthened chemical solution for the next digestion.
  • the method according to the invention which aims to provide an oversupply of digestion chemicals in the impregnation, can thus be extremely economical despite the initially uneconomical approach of high chemical use, since the removal or separation and the strengthening of the chemical solution can be carried out easily and inexpensively.
  • Another advantage of this measure is that the solids content of the used digestion solution increases after a partial recirculation. An increase of z. B. 9% up to 22% solids content is possible after a multiple recirculation.
  • the calorific value of the spent digestion solution increases by up to 20%.
  • the content of organic solids increases.
  • the content of inorganics (sulfite, etc.) drops from 56% absolute solids content after a first digestion to up to 44% absolute solids content after repeated recycling of the digestion solution.
  • the process of the invention is specifically controlled so that only as little as possible of the lignocellulosic starting material used is degraded or dissolved.
  • the aim is to produce a pulp, the z.
  • softwood has a lignin content of at least 15% based on the otro fiber mass, preferably a lignin content of at least 18%, more preferably 21%, advantageously at least 24%.
  • hardwood it is desired to achieve a lignin content of at least 12% based on the fiber mass, preferably of at least 14%, more preferably of at least 16%, advantageously of at least 18%.
  • the yield of the process according to the invention is at least 70%, preferably more than 75%, advantageously more than 80%, in each case based on the lignocellulosic raw material used.
  • This yield correlates with the lignin content of the pulp stated above.
  • the original lignin content of a lignocellulosic raw material is specific to the species.
  • the loss of yield in the present process is predominantly a loss of lignin and easily hydrolyzable hemicelluloses.
  • the proportion of carbohydrates is significant. lent increased, z. B. because digestion chemicals in an undesirable manner also bring cellulose or hemicelluloses in solution.
  • a further, advantageous measure is to remove after defibering and optionally grinding the lignocellulosic material, the remaining chemical solution and feed it to a further use.
  • this reuse can include two aspects. On the one hand, the decomposed during the partial digestion or dissolved in organic material, mainly lignin, continue to be used. It is burned, for example, to gain process energy. Or it is prepared to be used elsewhere. On the other hand, the used and unused chemicals are reprocessed so that they can be used for a renewed, partial digestion of lignocellulosic material. This includes the treatment of used chemicals.
  • the chemical solution used is used extremely efficiently. After defibering and optionally grinding, the pulp is washed to displace the chemical solution as much as possible through water.
  • the filtrate produced in this washing or displacement process contains considerable amounts of chemical solution and organic material.
  • this filtrate is supplied to the removed or separated chemical solution before the chemical solution is fortified and fed to the next digestion.
  • the chemicals and organic components contained in the filtrate do not disturb the digestion. To the extent that they still contribute to the delignification during the next digestion, their content is recorded in the chemical solution and taken into account in determining the amount of chemicals required for this digestion.
  • the further contained in the filtrate chemicals behave inert during the pending digestion. They do not bother.
  • the organic constituents contained in the filtrate are also inert. They will continue to be used in the processing of the chemical solution after the next digestion, either to generate process energy or otherwise.
  • the yield was calculated by weighing the raw material used and the pulp obtained after the pulping, in each case dried at 105 ° C. to constant weight (atro).
  • the lignin content was determined as Klason lignin according to TAPPT T 222 om-98.
  • the acid-soluble lignin was determined according to TAPPI UM 250 -
  • the paper-technical properties were determined on test sheets, which were prepared according to Zellcheming leaflet V / 8/76.
  • the degree of beating was determined according to Zellcheming leaflet V / z / (> 2.
  • the density was determined according to Zellcheming regulation V / 11 / 57.
  • the tearing length was determined according to Zellcheming regulation V / 12 / 57.
  • the tear propagation resistance became DIN 53 128 Elmendorf determined.
  • the whiteness was determined by preparing the test sheets according to Zellcheming leaflet V / 19/63, measured according to SCAN C 11:75 with a Datacolor elrepho 450 x photometer; the whiteness is given in percent according to ISO standard 2470.
  • the viscosity was determined according to the leaflet IV / 36/61 of the Association of Pulp and Paper Chemists and Engineers (Zellcheming). All% figures in this document should be read as weight percent unless otherwise specified.
  • otro in this document refers to "oven-dry” material which has been dried at 105 ° C. to constant weight.
  • the digestion chemicals are given in weight percent as the particular chemical used unless otherwise stated.
  • Example i Digestion in the liquid phase After a damping (30 minutes with saturated steam at 105 ° C.), spruce wood chips are mixed with a sodium sulfite digestion solution at a liquor ratio of wood: digestion solution 1: 3. The total use of chemicals was 23.6% calculated as sodium sulfite, based on otro spruce wood chips. The spruce wood chips impregnated with the chemical solution were heated to 170 ° C. over a period of 90 minutes and digested for more than 180 minutes at this maximum temperature. The initial pH was in the range of pH 8.0 to 9.5.
  • the free-flowing liquid was removed by centrifugation, collected and analyzed in an arrangement for recycling unused liquid and fortified and thus provided for the next digestion.
  • Intensifying means that the specified sulphite concentration is adjusted again by the addition of fresh or recycled sulphite for the next digestion.
  • the chemical consumption in this first digestion is 82%.
  • the open-grained spruce wood chips were shredded. Aliquots of the pulp so produced were ground for different lengths to determine the strength at different degrees of grinding. The energy required for defibering the partially digested spruce wood chips was less than 300 kWh / t of pulp.
  • the yield is 78.6% based on otro pulp.
  • the tenacity was measured at 14 0 SR at 8 km, the Tear index at 8.5 mN * m 2 / g.
  • the whiteness was determined after digestion at 41% ISO.
  • the solids content of the digestion solution was determined to be 10.2% after the first digestion.
  • the same digestion solution was in each case boosted again to the starting content of sulfite described above, further digestions were carried out under the same conditions.
  • After the fifth digestion the Solids content of the digestion solution determined again at 20.4%.
  • the calorific value of the digestion solution after the first digestion was determined to be 9.507 J / g. After the fifth digestion with each reused, strengthened digestion solution, the calorific value was determined to be 11,313 J / g.
  • the consumption of sulphite was recorded. On average, it was 46%.
  • the sulfite content was determined and the predetermined sulfite content was re-adjusted by adding fresh sulfite to prepare the digestion solution, 30% of the sulfite from unused sulfite of the digestion solution was preceded by the latter Digestion and 70% fresh sulfite added.
  • the pulp according to Example 2 was prepared from spruce woodchips under the conditions of Example 1, with the following changes: In addition to the 23.6% sulphite, the chemical solution was admixed with 0.1% anthraquinone, based on the amount of wood used. The duration of the digestion was shortened to 45 minutes.
  • the chemicals used are sulfite and 0.1% anthraquinone.
  • a pH of 9.4 sets.
  • the chemical solution is removed.
  • the chips impregnated with the chemical solution are heated to 170 ° C. with steam in about 5 minutes. This vapor phase at 170 0 C is held for 60 minutes. Then the steam is released and within 30 seconds, the cooker is cooled to 100 0 C, and it sets ambient pressure.
  • the wood chips are removed from the stove and shredded. Aliquots of the spruce pulp so produced are ground and the ground fractions and pulp properties are determined for the ground portions.
  • Table 1 shows the experimental data in summary.
  • Birch wood chips are after a damping (90 minutes in saturated steam at 105 0 C) with a sodium sulfite digestion solution with the addition of 0.1% anthraquinone at a liquor ratio of wood: digestion solution 1: 3 added.
  • the total use of chemicals was 16.5% calculated as sodium sulfite, based on otro birch wood chips.
  • the birch chips impregnated with the chemical solution were heated to 170 ° C. and digested at this maximum temperature for 60 minutes (Example 4) or over 80 minutes (Example 5).
  • Example 4 For Example 4, a yield of 85.34% and a whiteness of 68.81% ISO were detected after digestion. At 20 0 SR, the birch has a tearing length of 8.4 km and a tear index of 6.9 mN * m 2 / g. For Example 5, a yield of 83.99% and a whiteness of 69.82% ISO were detected after digestion.
  • Example 6 Example 7, Example 8
  • Beech wood chips are after a damping (90 minutes in saturated steam at 105 0 C) with a sodium sulf ⁇ t digestion solution with the addition of 0.1% anthraquinone at a liquor ratio of wood: digestion solution 1: 3 added.
  • the total use of chemicals was 16.5% calculated as sodium sulfite, based on otro beech wood chips.
  • the beech wood chips impregnated with the chemical solution were heated to 170 ° C. (Examples 6, 7) or to 160 ° C. (Example 8) and heated for 60 minutes (Example 6) or 48 minutes (Example 7) and over 55 minutes ( Example 8).
  • Example 6 The consumption of sulfite in Example 6 was 54.3% of the sulfite originally used, in Example 7, a consumption of 48.5% was recorded and in Example 8, the consumption of sulfite was 35, 4% based on the sulfite originally used.
  • Example 6 The yield was recorded for Example 6 at 74.1%, for Example 7 a yield of 75.2% was determined and for Example 8 the yield was 82.4%.
  • the whiteness was determined for example 6 with 66.3% ISO, for example 7 with 62.9% ISO and for example 8 with 69.9% ISO.
  • Poplar wood chips are after a damping (90 minutes in saturated steam at 105 0 C) with a sodium sulfite digestion solution with the addition of 0.1% anthraquinone at a liquor ratio of wood: digestion solution 1: 4 added.
  • the total use of chemicals in Example 9 was 19.7%, in the example 10 16.5%, calculated in each case as sodium sulfite, based on otro poplar wood chips.
  • the poplar wood chips impregnated with the chemical solution were heated to 170 ° C. and digested for more than 60 minutes.
  • the consumption of sulfite in the example was 947.5%, in example 10 a consumption of 55.8% was recorded, based in each case on the sulfite originally used.
  • the yield was recorded for example 9 at 76.5%, for example 10 a yield of 77.2% was determined.
  • the whiteness was determined for Example 9 at 67.1% ISO, for Example 10 at 63.5% ISO.
  • Example 11 Poplar wood chips are after a damping (90 minutes in saturated steam at 105 0 C) with a sodium sulfite pulping solution with the addition of 0.1% anthraquinone at a liquor ratio of wood: digestion solution 1: 3 added. The total use of chemicals was 16.5% calculated as sodium sulfite, based on otro poplar chips.
  • the poplar wood chips impregnated with the chemical solution were heated to 170 ° C. (Example 11) or 160 ° C. (Example 12) and digested for 45 minutes (Example 11) or 90 minutes (Example 12).
  • the consumption of sulfite in the example was 1151.4% of the sulfite originally used.
  • the sulfite consumption for Example 12 was not recorded.
  • the yield was recorded for example 11 at 80.2%, for example 12 a yield of 80.7% was determined.
  • the whiteness was determined for example 11 with 64.1% ISO, for example 12 with 69.3% ISO.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Faserstoff mit den Schritten: Herstellen einer Chemikalienlösung mit weniger als 25 % Sulfit (berechnet als Na- SO3) bezogen auf die otro Menge des lignocellulosischen Rohstoffs; Mischen der Chemikalienlösung mit Holz in einem vorgegebenen Flottenverhältnis; Erwärmen der Chemikalienlösung und des Holzes auf eine Temperatur über Raumtemperatur und anschließend entweder (1. Alternative) Entfernen frei fließender Chemikalienlösung und Aufschließen des Holzes in der Dampfphase; oder (2. Alternative) Aufschließen des Holzes in flüssiger Phase und Separieren der frei fließenden Chemikalienlösung und des Holzes.

Description

Beschreibung Verfahren zum Herstellen von Faserstoff aus Holz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Faserstoff aus lignocellulosi- schen Rohstoffen mit geringem Chemikalieneinsatz. Die Erfindung betrifft insbesonde- re ein Verfahren zum Herstellen von Faserstoff mit hohem Ligningehalt, z. B. für Nadelhölzer von mehr als 15 % und für Laubhölzer von mehr als 12 %, jeweils bezogen auf den erzeugten otro Faserstoff, wobei der Faserstoff meist vorgegebene Festigkeitseigenschaften aufweist.
Es sind Verfahren bekannt, die Faserstoffe mit einem verhältnismäßig hohen Ligningehalt von über 15 % für Nadelholz und von über 12 % für Laubholz erzeugen. Sie erbringen eine Ausbeute von 70 % oder mehr bezogen auf das eingesetzte Ausgangsmaterial. Diese Verfahren basieren auf chemischer und/oder auf mechanischer Zerlegung des Holzes.
Bei mechanischer Zerfaserung des Holzes wird dies - meistens nach einer Vordämpfung - in Mahlaggregaten in Faserbündel zerlegt. Diese Faserbündel werden dann durch weitere Mahlung in einzelne Fasern defibrilliert. Die Ausbeute ist sehr hoch, allerdings auch die aufzuwendende Mahlenergie. Die Festigkeit der Holzfasern ist -auch nach Mahlung- sehr gering, weil die Fasern viel natives Lignin enthalten und daher wenig Bindungspotential aufweisen. Sie werden zudem durch die mechanische Zerfaserung stark abgebaut, was ihre Recyclingfähigkeit beeinträchtigt.
Bei chemischem Aufschluss des Holzes wirken Chemikalien meist unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur auf das Holz ein. Als typisches Verfahren für Hochausbeute-Faserstoffe ist das NSSC-Verfahren zu nennen (Semichemical Pulping for Corru- gating Grades, S. 130 ff; in PuIp and Paper Manufacture, 3rd Edition, Vol. 4, Sulfite Science and Technologiy - ISBN 0-919893-04-X). Bei diesem Verfahren wird neben Natriumsulfϊt auch immer eine alkalische Komponente, typischerweise Natriumkarbo- nat, in der Aufschlusslösung eingesetzt. Aber auch andere Verfahren wie das Kraft- o- der das Soda-Verfahren können so modifiziert werden, dass Hochausbeute-Faserstoffe hergestellt werden (siehe "Choosing the best brightening process", N. Liebergott und T. Joachimides, PuIp & Paper Canada, Vol. 80, No. 12, December 1979). Wenn der Abbau des ursprünglich eingesetzten Holzes auf maximal 30 % begrenzt werden soll, werden weitaus weniger Chemikalien benötigt und eingesetzt als bei der Herstellung von Zellstoffen, die vollständig vom Lignin befreit sein sollen. Für die Herstellung von Hochausbeute-Zellstoffen wird die Chemikalienmenge in Abhängigkeit von der gewünschten Ausbeute dosiert. Um eine Ausbeute von ca. 70 % bezogen auf otro Holzeinsatz zu errei- chen, wird im Stand der Technik empfohlen, bis zu 10 % Chemikalien bezogen auf das Ausgangsmaterial einzusetzen. Bei Vollzellstoffen beträgt der Chemikalieneinsatz oft 30 % Chemikalien bezogen auf das otro Holz oder darüber.
Chemikalien bestimmen die Verfahrenskosten mit, also werden sie möglichst sparsam eingesetzt. CTMP-Faserstoffe werden üblicherweise mit Chemikalienmengen von 3 % bis 5 % hergestellt. Bei bekannten, industriell etablierten Verfahren zur Herstellung von Hochausbeute-Faserstoffen, z. B. dem NSSC-Verfahren, werden bis zu 10 % Chemikalien bezogen auf das Ausgangsmaterial eingesetzt. Bei einem so limitierten Chemikalieneinsatz wird noch keine Recovery für die Rückgewinnung der Chemikalien instal- liert. Trotz der verhältnismäßig geringen Chemikalienmengen führt diese Art der Faserstoff-Herstellung zu einer erheblichen Umwelt-, insbesondere Gewässerbelastung, nicht nur wegen des Chemikalieneintrags sondern vor allem wegen der organischen Fracht, die in die Vorfluter abgegeben wird.
Zur Kostensituation ist anzumerken, dass bei mechanisch hergestellten Faserstoffen die stark steigenden Energiepreise die Herstellungskosten belasten. Bei chemisch hergestellten Hochausbeute-Faserstoffen ist die Produktion mit den Kosten für die verlorenen Chemikalien belastet.
Hochausbeute- Faserstoffe werden für die derzeitigen Verwendungszwecke auf hohe Mahlgrade gemahlen. Nur dann erreichen sie ein akzeptables Festigkeitsniveau. Als hohe Mahlgrade sind hier Werte von ca. 300 ml CSF (Canadian Standard Freeness), gleichzusetzen mit 41 0SR (Schopper-Riegler, s.u.) und 500 ml CSF, gleichzusetzen mit 26 0SR, anzusehen, so wie sie z. B. in "Choosing the best brightening process", N. Liebergott und T. Joachimides, PuIp & Paper Canada, Vol. 80, No. 12, December 1979, für Hochausbeute-Faserstoffe aus Nadelholz beschrieben sind. Ein hoher Mahlgrad wird durch Einsatz von mechanischer Energie erreicht. Die Fasern werden aneinander oder an einem Mahlwerk bzw. an einem Mahlkörper gerieben und so in ihren Oberflächeneigenschaften hin zu einem besseren Bindungsverhalten verändert. Der hohe Mahlgrad ist also kein Selbstzweck. Er ergibt sich vielmehr aus den Anforderungen an die Festigkeitseigenschaften der Faser.
Die auf mechanischem und/oder chemischem Wege hergestellten Hochausbeute- Faserstoffe werden insbesondere dort eingesetzt, wo nicht unbedingt ein hoher Endweißgrad und hohe Weißgradstabilität erforderlich sind. Sie könnten sich noch zahlreiche weitere Einsatzgebiete erschließen, wenn das Festigkeitsniveau gesteigert werden könnte.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Faserstoff vorzuschlagen, mit dem auf wirtschaftliche Weise Faserstoffe hoher Festigkeit hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung von Faserstoff aus lignocellulosischem Rohstoff mit den Schritten:
Herstellen einer Chemikalienlösung mit weniger als 25 % Sulfit (berechnet als Na- SO3), jeweils bezogen auf die otro Menge des eingesetzten Holzes, - Mischen der Chemikalienlösung mit dem Holz in einem vorgegebenen Flottenverhältnis,
Erwärmen der Chemikalienlösung und des Holzes auf eine Temperatur über Raumtemperatur und anschließend entweder (1. Alternative) - Entfernen frei fließender Chemikalienlösung und Aufschließen des Holzes in der Dampfphase oder (2. Alternative) Aufschließen des Holzes in Gegenwart der Chemikalienlösung in flüssiger Phase und Separieren der frei fließenden Chemikalienlösung und des Holzes.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert darauf, dass zur Herstellung von Hochausbeute-Faserstoffen ein Minimum an Chemikalien eingesetzt wird. Trotz des geringen Che- mikalieneinsatzes erbringt das erfindungsgemäße Verfahren Faserstoffe mit guter Ausbeute und exzellenten Festigkeitseigenschaften. So werden für Nadelholz- Faserstoffe, die nach einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden, bei Mahlgraden von nur 12 0SR bis 15 0SR Reißlängen von mehr als 8 km, aber auch Reißlängen von mehr als 9 km und mehr als 10 km gemessen. Für Laubholz- Faserstoffe, die nach einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden, bei nur 20 0SR Werte von mehr als 5 km, aber auch Reißlängen von mehr als 6 km und mehr als 7 km gemessen. Damit wird das gewünschte hohe Festigkeitsniveau erreicht.
Bei dem in der DE 10 2006 027006 beschriebenen Verfahren, das hier als nächstkommender Stand der Technik angesehen wird, war man zunächst der Auffassung, dass die Qualität des dort erzeugten Hochausbeute-Faserstoffs auf den hohem Chemikalieneinsatz von mehr als 10 % (berechnet als NaOH) für Nadelholz und von mehr als 7 % (berechnet als NaOH) für Laubholz zurückzuführen sei. Versuche haben aber ergeben, dass ein Faserstoff mit gleichen Qualitäten hergestellt werden kann, wenn weitaus geringere Mengen an Sulfit eingesetzt werden und wenn auf den Einsatz von Alkali, z. B. von Na- OH oder von Na2CO3 verzichtet wird. Der Bedarf an Sulfit kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber dem Verfahren nach der DE 10 2006 027006 um 10 % bis 50 %, in den meisten Fällen um 20 % bis 40 %, üblicherweise um 25 % bis 35 % verrin- gert werden. Damit ist ein erheblicher Fortschritt zum einen bei den Verfahrenskosten erreicht. Zum anderen arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren weitaus umweltfreundlicher, weil insgesamt ein Minimum an Chemikalien eingesetzt wird, um einen besonders hochwertigen und vielseitig verwertbaren Faserstoff zu erzeugen. Zudem ist zur Kreislaufschließung dieses Verfahrens nur eine kleine und deshalb besonders wirt- schaftliche und umweltfreundliche Chemikalienwiederaufbereitung erforderlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nach einer vorteilhaften Ausführung zur Herstellung von Hochausbeute-Faserstoffen eingesetzt. Diese hohen Festigkeitswerte sind für Faserstoffe mit einem Ligningehalt von mehr als 15 % für Nadelholz- Faserstoffe und von mehr als 12 % für Laubholz-Faserstoffe bisher nicht bekannt. Das hohe Festigkeitsniveau kann aber auch für Faserstoffe mit einem noch höheren Ligningehalt beibehalten werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch geeignet zur Herstellung von Nadelholz-Faserstoffen mit einem Ligningehalt von mehr als 17 %, bevorzugt mehr als 19 %, vorteilhaft von mehr als 21 % bezogen auf die otro Fasermasse. Laubholz- Faserstoffe mit einem Ligningehalt von mehr als 14 %, bevorzugt mehr als 16 %, besonders bevorzugt mehr als 18 % können ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden und zeigen ein hohes Festigkeitsniveau.
Die vorstehend beschriebenen Vorteile treffen uneingeschränkt für solche Hochausbeute-Faserstoffe zu. Es ist als außerordentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen, dass die beschriebenen Festigkeitswerte bereits bei äußerst geringen Mahlgraden erreicht werden, wie sie bisher für Hochausbeute- Faserstoffe in Verbin- düng mit hohen Festigkeitswerten nicht verfügbar waren. Faserstoffe nach dem Stand der Technik zeigen bei Mahlgraden von 12 0SR bis 15 0SR für Nadelholz- Faserstoffe oder von 20 0SR für Laubholz ein nicht akzeptables Festigkeitsniveau. Bekannte Faserstoffe haben bei diesen niedrigen Mahlgraden bisher Fasern ergeben, die kein ausreichendes Bindungsvermögen aufgewiesen haben und die entsprechend keine ausreichenden Fes- tigkeitseigenschaften für eine wirtschaftliche Verwendung solcher Faserstoffe geboten haben.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Faserstoffe weisen dagegen bereits bei Mahlgraden im Bereich von 12 0SR bis 15 0SR Reißlängen von mehr als 8 km bis zu 11 km und Durchreißfestigkeiten von mehr als 70 cN bis zu mehr als 110 cN auf, bezogen auf ein Blattgewicht von 100 g/m2. Diese geringen Mahlgrade werden überdies mit einem niedrigen spezifischen Bedarf an Mahlenergie erreicht, der für Nadelholz- Faserstoffe bei weniger als 350 kWh/t Faserstoff liegt, bei Laubholz- Faserstoffen kann der Bedarf an Mahlenergie sogar weniger als 250 kWh/t Faserstoff betragen. Die Er- kenntnis, dass das hohe Festigkeitsniveau bereits bei niedrigen Mahlgraden von 12 0SR bis 15 0SR für Nadelholz und bei 20 0SR für Laubholz und darunter erreicht wird, ist wesentlicher Teil der Erfindung. Die Zusammensetzung der zum Aufschluss verwendeten Chemikalienlösung kann in Abstimmung auf das aufzuschließende Holz und die gewünschten Faserstoff- Eigenschaften festgelegt werden. In der Regel wird allein eine Sulfit-Komponente eingesetzt. Alternativ oder in Ergänzung kann eine Sulfid-Komponente hinzu kommen. Ein Aufschluss mit einer Sulfit- Komponente wird durch die Gegenwart von Sulfid- Komponenten nicht gestört. Technisch wird meist Natriumsulfit eingesetzt, aber auch die Verwendung von Ammonium- oder Kaliumsulfit oder von Magnesiumbisulfit ist möglich.
Es wird als eigenständige erfinderische Leistung angesehen, die Vorteile der Verwendung einer Chinon-Komponente für den erfindungsgemäßen Hochausbeute-Aufschluss erkannt zu haben. Chinon-Komponenten, insbesondere Anthrachinon, werden bisher bei der Herstellung von Zellstoffen mit minimalem Ligningehalt eingesetzt, um gegen Ende des Aufschlusses einen unerwünschten Angriff auf die Kohlenhydrate zu verhin- dern. Durch Zusatz von Chinon-Komponenten wird es möglich, den Aufschluss von Holz weiter bis zum annähernd vollständigen Abbau des Lignins fortzuführen. Es hat sich als bisher nicht gekannte, unerwartete Eigenschaft von Chinon-Komponenten herausgestellt, dass diese die Geschwindigkeit der Ligninsulfonierung bei der Herstellung von Hochausbeute-Zellstoffen signifikant erhöhen. Die Dauer des Aufschlusses kann z. B. bei der Herstellung von Nadelholz-Faserstoffen um mehr als die Hälfte, je nach Aufschlussbedingungen um mehr als drei Viertel verkürzt werden. Diese bemerkenswerte Wirkung wird mit minimalem Einsatz von Chinon erreicht. Optimal ist ein Einsatz von z. B. Anthrachinon, der zwischen 0,005 % und 0,5 % beträgt. Ein Einsatz von Anthrachinon von bis zu 1 % erbringt auch die gewünschte Wirkung. Ein Einsatz von mehr als 3 % Anthrachinon ist meist unwirtschaftlich.
Aus einzelnen oder mehreren der vorgenannten Chemikalien wird eine Chemikalienlösung hergestellt. Meist wird eine wässrige Lösung angesetzt. Als Option kann auch der Einsatz oder der Zusatz von organischen Lösungsmitteln vorgesehen werden. Alkohol, insbesondere Methanol und Ethanol, ergeben in Mischung mit Wasser besonders wirkungsvolle Chemikalienlösungen für die Herstellung von qualitativ hochwertigen Hochausbeute-Faserstoffen. Das Mischungsverhältnis von Wasser und Alkohol kann für den jeweiligen Rohstoff in wenigen Versuchen optimiert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem weiten pH-Wert-Bereich durchgeführt werden. Je nach Menge des eingesetzten Sulfits oder nach der Zusammensetzung der Chemikalienlösung kann zu Beginn des Verfahrens ein pH-Wert zwischen 6 und 11, be- vorzugt zwischen 7 und 11, besonders bevorzugt zwischen 7,5 und 10 eingestellt werden. Die eher alkalischen pH-Werte zwischen 8 und 11, die für das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft sind, begünstigen auch die Wirkung der Chinon-Komponente. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hinsichtlich des pH-Werts tolerant; es sind wenig Chemikalien zur pH-Wert Einstellung erforderlich. Dies wirkt sich günstig auf die Kos- ten für Chemikalien aus.
Ohne weiteren Zusatz von Säure oder alkalischen Komponenten stellt sich, z. B. für Nadelholz, am Ende des Aufschlusses ein pH-Wert zwischen 5,5 und 10, meist zwischen 7,5 und 8,5 in der frei fließenden Chemikalienlösung sowie den darin gelösten organischen Bestandteilen, die durch den Aufschluss verflüssigt wurden, ein. Zu den gelösten organischen Bestandteilen zählen vor allem Lignosulfonate.
Das Flottenverhältnis, also das Verhältnis der Menge des otro Holzes zur Chemikalienlösung, wird zwischen 1 : 1,5 und 1 : 6 eingestellt. Bevorzugt wird ein Flottenverhältnis von 1 : 3 bis 1 : 5. In diesem Bereich ist eine gute und einfache Mischung und Imprägnierung des aufzuschließenden Materials gewährleistet. Für Nadelholz wird ein Flottenverhältnis von 1 : 4 bevorzugt. Für Holz-Hackschnitzel mit großer Oberfläche kann das Flottenverhältnis auch deutlich höher liegen, um eine schnelle Benetzung und Imprägnierung zu ermöglichen. Gleichzeitig kann die Konzentration der Chemikalienlösung so hoch gehalten werden, dass die umzuwälzenden Flüssigkeitsmengen nicht zu groß werden.
Die Mischung oder Imprägnierung der Holz-Hackschnitzel erfolgt vorzugsweise bei erhöhten Temperaturen. Ein Erhitzen der Hackschnitzel und der Chemikalienlösung auf bis zu 110 0C, bevorzugt auf bis zu 120 0C, besonders bevorzugt auf bis zu 130 0C führt zu einem schnellen und gleichmäßigen Aufschluss des Holzes. Für das Mischen oder Imprägnieren der Holz-Hackschnitzel ist ein Zeitraum von bis zu 30 Minuten, bevorzugt von bis zu 60 Minuten, besonders bevorzugt von bis zu 90 Minuten vorteilhaft. Die je- weils optimale Zeitdauer hängt unter anderem von der Menge der Chemikalien und dem Flottenverhältnis sowie der Art des Aufschlusses (flüssig oder Dampfphase) ab.
Der Aufschluss des mit der Chemikalienlösung gemischten oder imprägnierten lignocel- lulosischen Materials erfolgt bevorzugt bei Temperaturen zwischen 120 0C und 190 0C, vorzugsweise zwischen 150 0C und 180 0C. Für die meisten Hölzer werden Aufschluss- Temperaturen zwischen 155 0C und 170 0C eingestellt. Höhere oder niedrigere Temperaturen können eingestellt werden, aber in diesem Temperaturbereich stehen der Energieaufwand für das Aufheizen und die Beschleunigung des Aufschlusses in einem wirt- schaftlichen Verhältnis zueinander. Höhere Temperaturen können sich zudem negativ auf die Festigkeiten, die Ausbeute und den Weißgrad der Faserstoffe auswirken. Der durch die hohen Temperaturen erzeugte Druck kann durch entsprechende Auslegung des Kochers ohne weiteres aufgefangen werden. Die Dauer des Aufheizens ist von der Füllmenge des Kochers abhängig und beträgt bei geringem Masseeintrag, dass heißt, einem geringen Flottenverhältnis nur wenige Minuten, meist bis zu 30 Minuten, vorteilhaft bis zu 10 Minuten, insbesondere, wenn mittels Dampf aufgeheizt wird. Die Dauer des Aufheizens kann bis zu 90 Minuten, bevorzugt bis zu 60 Minuten dauern, z. B. wenn in flüssiger Phase aufgeschlossen wird und die Chemikalienlösung zusammen mit den Hackschnitzeln zu erhitzen ist.
Die Dauer des Aufschlusses wird vor allem in Abhängigkeit von den gewünschten Faserstoff-Eigenschaften gewählt. Die Dauer des Aufschlusses kann auf bis zu 2 Minuten verkürzt werden, z. B. für den Fall eines Dampfphasen-Aufschlusses eines Laubholzes mit geringem Ligningehalt. Sie kann aber auch bis zu 180 Minuten betragen, wenn z. B. die Aufschlusstemperatur gering und der natürliche Ligningehalt des aufzuschließenden Holzes hoch ist. Auch wenn der Anfangs-pH-Wert des Aufschlusses im neutralen Bereich liegt, kann eine lange Aufschlussdauer erforderlich sein. Bevorzugt beträgt die Aufschlussdauer bis zu 90 Minuten, insbesondere bei Nadelholz. Besonders bevorzugt beträgt die Aufschlussdauer bis zu 60 Minuten, vorteilhaft bis zu 30 Minuten. Eine Auf- Schlussdauer von bis zu 60 Minuten kommt vor allem bei Laubhölzern in Betracht. Der Einsatz einer Chinon-Komponente, insbesondere Anthrachinon, ermöglicht eine Verringerung der Aufschlussdauer auf bis zu 25% des Zeitbedarfs ohne Zusatz von Anthrachinon. Wird auf den Einsatz von Chinon-Komponenten verzichtet, verlängert sich für vergleichbare Aufschlussresultate die Aufschlussdauer um mehr als eine Stunde, zum Beispiel von 45 Minuten auf 180 Minuten.
Nach einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Dauer des Aufschlusses in Abhängigkeit von dem gewählten Flottenverhältnis eingestellt. Je geringer das Flottenverhältnis ist, desto kürzer kann die Verfahrensdauer eingestellt sein.
Die zur Herstellung eines Faserstoffs mit einer Ausbeute von mindestens 70 % erfin- dungsgemäß einzusetzende Chemikalienmenge beträgt bis zu 25 % Sulfit für Nadelholz und bis zu 18 % Sulfit für Laubholz, jeweils bezogen auf die aufzuschließende otro Holzmasse. Die Qualität des hergestellten Faserstoffs zeigt die besten Ergebnisse bei einem Chemikalieneinsatz von bis zu 15 % Sulfit für Nadelholz und Laubholz. Bevorzugt werden bis zu 20 % Sulfit, besonders bevorzugt bis zu 15 % Sulfit bezogen auf das einge- setzte otro Nadelholz, zugesetzt. Für Laubhölzer liegt der Einsatz an Chemikalien eher niedriger, bevorzugt bei bis zu 12 % Sulfit, besonders bevorzugt bei bis zu 10 % Sulfit. Um Faserstoffe mit den erfindungsgemäß hohen Festigkeitseigenschaften zu erreichen, ist ein Sulfit-Einsatz von mindestens 7 % bezogen auf die aufzuschließende otro Holzmasse erforderlich.
Weitere Untersuchungen haben ergeben, dass nur ein Teil der Chemikalien, hier insbesondere des Sulfits, während des teilweisen Aufschlusses des lignocellulosischen Rohstoffs verbraucht wird. Der überwiegende Teil der Chemikalien wird unverbraucht ausgeschleust, entweder vor dem Aufschluss (Dampfphasen-Aufschluss) oder nach dem Aufschluss (Aufschluss in der flüssigen Phase). Der Verbrauch an Chemikalien liegt unter den in der Aufschluss-Lösung eingesetzten Mengen.
Der Chemikalienverbrauch wird erfasst als die Menge an Chemikalien (Sulfit) die - bezogen auf die ursprünglich eingesetzte Menge an Chemikalien - nach dem Entfernen oder Separieren der Chemikalienlösung sowie ggf. dem Erfassen von Chemikalienlösung, die nach dem Zerfasern oder in Verbindung mit einer Erfassung der Chemikalienlösung gemessen wird. Der Chemikalienverbrauch ist abhängig von der absoluten Menge der für den Aufschluss eingesetzten Chemikalien, bezogen auf die aufzuschließende otro Holzmasse. Je höher der Einsatz von Aufschlusschemikalien ist, um so geringer ist der direkte Umsatz an Chemikalien. Bei einem Einsatz von 25 % Sulfit bezogen auf otro Holzmasse, werden beispielsweise nur ca. 40 % der eingesetzten Chemikalien verbraucht. Bei Einsatz von 16 % Sulfit bezogen auf otro Holz werden jedoch ca. 45 - 50 % der eingesetzten Chemikalien verbraucht, wie in Laborversuchen nachgewiesen werden konnte.
Der Verbrauch an Sulfit während des Aufschlusses steht in Abhängigkeit zum Ligninge- halt des Ausgangs-Rohstoffs. Der durch Ligninabbau und andere chemische Reaktionen bedingte Chemikalienverbrauch zum Herstellen einer Tonne Faserstoff liegt bei bis zu 13 % Sulfit für lignocellulosischen Rohstoff mit einem Ligningehalt von mehr als 25 % bezogen auf otro Rohstoff (typischerweise Nadelholz, zahlreiche Laubhölzer), bei bis zu 10 % Sulfit für lignocellulosischen Rohstoff mit einem Ligningehalt von 20 % bis zu 25 % bezogen auf otro Rohstoff (typischerweise Einjahrespflanzen oder
Laubholz mit geringem Ligningehalt wie Pappel oder Buche). Bei lignocellulosischem Rohstoff mit einem Ligningehalt, der, bezogen auf otro Rohstoff, deutlich unter 20 % beträgt, typischerweise Einjahrespflanzen wie Gräser oder Bananen, kann der Verbrauch an anfangs zum Aufschluss eingesetztem Sulfit auch unter 10 %, mindestens aber bei 7 % liegen.
Um ein gleichmäßiges Verfahrensergebnis zu gewährleisten und ggf. besondere, gewünschte Faserstoff- Eigenschaften zu erhalten, wird erfindungsgemäß nur diese verhältnismäßig geringe Menge an Sulfit verbraucht. Diese 7 % bis 13 % Sulfit, die während des Aufschlusses tatsächlich verbraucht werden, stellen nur eine Teilmenge des insgesamt zum Aufschluss eingesetzten Sulfits dar. Eine Chemikalienlösung mit bis zu 25 % Sulfit bezogen auf den aufzuschließenden lignocellulosischen Rohstoff ist erfindungsgemäß trotzdem wirtschaftlich und sinnvoll, um z. B. die Reaktionsgeschwindigkeit positiv zu beeinflussen oder um unerwünschte Nebenreaktionen zu unterdrücken. Nur die im Aufschluss tatsächlich verbrauchte Menge an Chemikalien, insbesondere Sulfit, ist bei der Herstellung von Chemikalienlösung für den nächsten Aufschluss frisch zuzusetzen. Das überschüssige, in bereits verwendeter Chemikalienlösung enthaltene, unverbrauchte Sulfit wird nach einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens im Kreislauf geführt und steht für den folgenden Aufschluss von lignocellulosi- schem Rohstoff erneut zur Verfügung.
Aus dem vorstehenden ergibt sich, dass zur Aufbereitung bzw. Herstellung von Chemi- kalienlösung für den nächsten Aufschluss die Aufschlusslösung des vorangegangenen Aufschlusses, die beträchtliche Mengen an unverbrauchtem Sulfit enthält, zur Verfügung steht. Daneben ist aber auch der Einsatz von frischen oder wieder aufbereiteten Chemikalien erforderlich. Es hat sich nach einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als zweckmäßig erwiesen, von der bereits verwendeten Che- mikalien- oder Aufschlusslösung einen Teilstrom abzuzweigen. Dieser abgezweigte Teilstrom der bereits eingesetzten Chemikalienlösung wird zur Wiederaufbereitung der Aufschlusschemikalien, insbesondere des Sulfits geführt. Es genügt, wenn nur ein Teilstrom der Chemikalienlösung nach dem Aufschluss der Wiederaufbereitung zugeführt wird. Ein Anteil der Chemikalien, insbesondere des Sulfits, der während des Aufschlus- ses verbraucht wird, kann damit durch Wiederaufbereitung nur eines Teilstroms der Chemikalienlösung als frisches Sulfit zurückgewonnen werden. Der andere Teilstrom der Chemikalien- oder Aufschlusslösung, der ohne besondere Aufbereitung, unmittelbar aus der Kreislaufführung verbrauchter Chemikalienlösung im Kreislauf geführt wird, und der unverbrauchtes Sulfit enthält, wird als weiterer wesentlicher Bestandteil der Aufschlusslösung, in der Regel mit einem oben erwähnten Anteil von frisch zudosiertem oder wieder aufbereitetem Sulfit wie vorstehend beschrieben eingesetzt. Unverbrauchtes, ohne Aufbereitung im Kreislauf geführtes Sulfit wird in einer Gesamtmenge von bis zu 75 % des insgesamt für den Aufschluss erforderlichen Sulfits eingesetzt. Schließlich kann frisches Sulfit in der Wiederaufbereitung der Chemikalien ergänzend zudosiert oder hergestellt werden oder frisches Sulfit wird unmittelbar bei der Herstellung der Chemikalienlösung zudosiert werden.
Nach einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Herstellung der Chemikalienlösung bis zu 30 Gewichts-%, bevorzugt bis zu 50 Gewichts-%, besonders bevorzugt bis zu 75 Gewichts-% Sulfit aus der Rückführung von bereits zum Aufschluss verwendeter Chemikalienlösung eingesetzt, während bis zu 70 Gewichts-%, bevorzugt bis zu 50 Gewichts-%, besonders bevorzugt bis zu 25 Gewichts-% Sulfit frisch oder gleichwertig als frisch bezeichnet- aus der Wiederaufbereitung eingesetzt werden. Der Einsatz dieser Chemikalienmengen zu Beginn des Aufschlusses zeigt vorteilhafte Wirkung, da die auf diese Weise erhaltenen Faserstoffe bisher nicht verfügbare Eigenschaften, insbesondere hohe Festigkeitseigenschaften und hohe Weißgrade aufweisen. Insbesondere ist bisher kein Aufschlussverfahren verfügbar, dass über ein breites pH- Wert-Spektrum vom neutralen bis zum alkalischen Bereich Faserstoffe mit hohen Festigkeiten erzeugt. Als wirtschaftlich besonders attraktiv hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäß hergestellten Faserstoffe mit weitaus geringerem Energiebedarf auf vorgegebene Festigkeiten zu mahlen sind als bekannte Faserstoffe. Zudem entwickeln sie die hohen Festigkeiten bereits bei ungewöhnlich niedrigen Mahlgraden von 12 0SR bis 15 0SR für Nadelholz und von 20 0SR für Laubholz.
Ein Überschuss an Chemikalien befindet sich nach dem Mischen und Imprägnieren des Holzes mit der Chemikalienlösung bzw. nach dem Aufschluss in der frei fließenden Flüssigkeit. Dieser Überschuss wird vor dem Aufschluss (1. Alternative) oder nach dem Aufschluss (2. Alternative) abgezogen. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die Zusammensetzung der entfernten Chemikalienlösung erfasst und anschließend für den erneuten Einsatz zur Herstellung von Fasern auf eine vorgegebene Zusammensetzung eingestellt. Die Chemikalienlösung, die vor oder nach dem Auf- Schluss des Holzes entfernt wird, weist nicht mehr die ausgangs eingestellte Zusammensetzung auf. Mindestens ein Teil der zum Aufschluss eingesetzten Chemikalien ist - wie vorstehend beschrieben - in das aufzuschließende Material eingedrungen und/oder ist beim Aufschluss verbraucht worden. Die unverbrauchten Chemikalien können ohne weiteres wieder für den nächsten Aufschluss eingesetzt werden. Es wird jedoch erfin- dungsgemäß vorgeschlagen, die Zusammensetzung der entfernten Chemikalienlösung zunächst zu bestimmen und dann die verbrauchten Anteile an z. B. Sulfit, alkalischer Komponente, Chinon-Komponente oder auch Wasser bzw. Alkohol zu ergänzen, um wieder die vorgegebene Zusammensetzung für den nächsten Aufschluss herzustellen. Dieser Ergänzungsschritt wird auch als Aufstärken bezeichnet.
Es ist als erheblicher Vorteil dieser Maßnahme anzusehen, dass die Chemikalienlösung erst recht bei einem Entfernen vor dem Aufschluss, aber auch bei einem Entfernen nach dem Aufschluss gar keine oder nur sehr wenige Substanzen enthält, die sich bei einer erneuten Verwendung der aufgestärkten Chemikalienlösung für den nächsten Auf- schluss als störend erweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren, dass darauf abstellt, bei der Imprägnierung ein Überangebot an Aufschluss-Chemikalien zur Verfügung zu stellen, kann also trotz der zunächst unwirtschaftlich erscheinenden Vorgehensweise des hohen Chemikalieneinsatzes äußerst wirtschaftlich arbeiten, denn das Entfernen bzw. das Separieren und das Aufstärken der Chemikalienlösung kann einfach und kostengünstig durchgeführt werden.
Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme ist auch, dass sich der Feststoffgehalt der ver- brauchten Aufschlusslösung nach einer Teilrückführung erhöht. Eine Erhöhung von z. B. 9 % auf bis zu 22 % Feststoffgehalt ist nach einer mehrfachen Rezirkulierung möglich. Der Heizwert der verbrauchten Aufschlusslösung steigt um bis zu 20 % an. Dabei steigt insbesondere der Gehalt an organischen Feststoffen. Der Gehalt an Anorganika (Sulfit etc.) sinkt von 56 % absolutem Feststoffanteil nach einem ersten Aufschluss auf bis zu 44% absolutem Feststoffanteil nach mehrfacher Rezyklierung der Aufschlusslösung.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird gezielt so gesteuert, dass nur möglichst wenig des eingesetzten lignocellulosischen Ausgangsmaterials abgebaut oder gelöst wird. An- gestrebt wird es, einen Faserstoff herzustellen, der z. B. für Nadelholz einen Ligninge- halt von mindestens 15 % bezogen auf die otro Fasermasse aufweist, bevorzugt einen Ligningehalt von mindestens 18 %, besonders bevorzugt von 21 %, vorteilhaft von mindestens 24 %. Für Laubholz wird angestrebt, einen Ligningehalt von mindestens 12 % bezogen auf die otro Fasermasse zu erreichen, bevorzugt von mindestens 14 %, beson- ders bevorzugt von mindestens 16 %, vorteilhaft von mindestens 18 %.
Die Ausbeute des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt bei mindestens 70 %, bevorzugt bei mehr als 75 %, vorteilhaft bei mehr als 80 %, jeweils bezogen auf den eingesetzten lignocellulosischen Rohstoff. Diese Ausbeute korreliert mit dem vorstehend angegeben Ligningehalt des Faserstoffs. Der ursprüngliche Ligningehalt eines lignocellulosischen Rohstoffs ist spezifisch für die Art. Der Ausbeuteverlust stellt sich bei dem vorliegenden Verfahren überwiegend als Verlust an Lignin und leicht hydrolysierbaren Hemicellulo- sen dar. Bei unspezifischen Aufschlussverfahren ist der Anteil an Kohlenhydraten deut- lieh erhöht, z. B. weil Aufschluss-Chemikalien in an sich unerwünschter Weise auch Cellulose oder Hemicellulosen in Lösung bringen.
Eine weitere, vorteilhafte Maßnahme ist es, nach dem Zerfasern und ggf. Mahlen des lignocellulosischen Materials die noch verbliebene Chemikalienlösung zu entfernen und einer Weiterverwendung zuzuführen. Diese Weiterverwendung kann in bevorzugter Ausgestaltung zwei Aspekte umfassen. Zum einen wird das während des teilweisen Aufschlusses abgebaute oder in Lösung gebrachte organische Material, überwiegend Lignin, weiter genutzt. Es wird beispielsweise verbrannt um Prozessenergie zu gewinnen. Oder es wird aufbereitet, um anderweitig genutzt zu werden. Zum anderen werden die verbrauchten und unverbrauchten Chemikalien wieder so aufbereitet, dass sie für einen erneuten, teilweisen Aufschluss von lignocellulosischem Material eingesetzt werden können. Dazu gehört die Aufbereitung von verbrauchten Chemikalien.
Nach einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die eingesetzte Chemikalienlösung außerordentlich effizient genutzt. Nach dem Zerfasern und ggf. Mahlen wird der Faserstoff gewaschen, um die Chemikalienlösung so weit wie möglich durch Wasser zu verdrängen. Das bei diesem Wasch- bzw. Verdrängungsvorgang entstehende Filtrat enthält beträchtliche Mengen an Chemikalienlösung und organischem Material. Erfindungsgemäß wird dieses Filtrat der entfernten oder separierten Chemikalienlösung zugeführt, bevor die Chemikalienlösung aufgestärkt und dem nächsten Aufschluss zugeführt wird. Die im Filtrat enthaltenen Chemikalien und organischen Bestandteile stören den Aufschluss nicht. Soweit sie noch einen Beitrag zur De- lignifizierung während des nächsten Aufschlusses leisten, wird ihr Gehalt in der Chemi- kalienlösung erfasst und bei der Bestimmung der für diesen Aufschluss erforderlichen Chemikalienmenge berücksichtigt. Die weiter in dem Filtrat enthaltenen Chemikalien verhalten sich während des anstehenden Aufschlusses inert. Sie stören nicht. Die im Filtrat enthaltenen organischen Bestandteile verhalten sich ebenfalls inert. Sie werden nach dem nächsten Aufschluss bei der Aufbereitung der Chemikalienlösung weiter ver- wendet, entweder um Prozessenergie zu erzeugen oder auf andere Weise.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, dass durch diese Führung des Filtrats weniger Frischwasser und weniger Chemikalien für den Aufschluss verwendet werden. Gleichzeitig wird ein Maximum an gelöstem organischem Material erfasst. Auch diese verbesserte Nutzung des in Lösung gegangenen organischen Materials verbessert die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Details des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung werden nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die nachfolgenden Versuche wurden gemäß der folgenden Vorschriften ausgewertet:
- Die Ausbeute wurde durch Wägung des eingesetzten Rohstoffs und des nach dem Aufschluss erhaltenen Zellstoffs, jeweils bei 105 0C auf Gewichtskonstanz (atro) getrocknet, berechnet.
Der Ligningehalt wurde als Klason-Lignin bestimmt gemäß TAPPT T 222 om-98. Das säurelösliche Lignin wurde bestimmt gemäß TAPPI UM 250 - Die papiertechnologischen Eigenschaften wurden an Prüfblättern bestimmt, die nach Zellcheming-Merkblatt V/8/76 hergestellt wurden. Der Mahlgrad wurde nach Zellcheming-Merkblatt V/z/(>2. erfaßt. Das Raumgewicht wurde nach Zellcheming-Vorschrift V/11/57 ermittelt. Die Reißlänge wurde nach Zellcheming-Vorschrift V/12/57 bestimmt. - Die Durchreißfestigkeit wurde nach DIN 53 128 Elmendorf ermittelt.
Die Ermittlung von Tensile-, Tear- und Burst-Index erfolgte gemäß TAPPI 220 sp- 96.
Der Weißgrad wurde ermittelt durch Herstellung der Prüfblätter nach Zellcheming- Merkblatt V/19/63, gemessen wurde nach SCAN C 11:75 mit einem Datacolor el- repho 450 x Photometer; die Weiße ist in Prozent nach der ISO-Norm 2470 angegeben.
Die Viskosität wurde bestimmt nach dem Merkblatt IV/36/61 des Vereins der Zellstoff- und Papier-Chemiker und -Ingenieure (Zellcheming). Sämtliche % - Angaben in diesem Dokument sind als Gewichtsprozent zu lesen, so- weit nicht im einzelnen anders angegeben.
Die Angabe "otro" in diesem Dokument bezieht sich auf "ofentrockenes" Material, das bei 105 0C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet wurde. Die Chemikalien für den Aufschluss sind in Gewichtsprozent als die jeweils verwendete Chemikalie angegeben, soweit nicht anders erläutert.
Beispiel i - Aufschluss in flüssiger Phase Fichtenholz-Hackschnitzel werden nach einer Dämpfung (30 Minuten bei Sattdampf mit 105 0C) mit einer Natriumsulfit- Aufschlusslösung bei einem Flottenverhältnis von Holz : Aufschlusslösung 1 : 3 versetzt. Der gesamte Einsatz an Chemikalien betrug 23,6 % berechnet als Natriumsulfit, bezogen auf otro Fichtenholz-Hackschnitzel. Die mit Chemikalienlösung imprägnierten Fichtenholz-Hackschnitzel wurden über ei- nen Zeitraum von 90 Minuten auf 170 0C aufgeheizt und über 180 Minuten bei dieser maximalen Temperatur aufgeschlossen. Der Anfangs-pH-Wert stellte sich im Bereich von pH 8,0 bis 9,5 ein.
Anschließend wurde die frei fließende Flüssigkeit durch Zentrifugieren entfernt, aufge- fangen und in einer Anordnung zum Rückführen unverbrauchter Flüssigkeit analysiert und aufgestärkt und so für den nächsten Aufschluss bereitgestellt. Aufstärken bedeutet, dass die vorgegebene Sulfitkonzentration durch Zugabe von frischem oder wieder aufbereitetem Sulfit erneut für den nächsten Aufschluss eingestellt wird. Der Chemikalienverbrauch bei diesem ersten Aufschluss beträgt 82 %.
Die aufgeschlossenen Fichten-Hackschnitzel wurden zerfasert. Teilmengen des so erzeugten Faserstoffs wurden verschieden lang gemahlen, um die Festigkeit bei verschiedenen Mahlgraden zu ermitteln. Der Energieaufwand zum Zerfasern der teilweise aufgeschlossenen Fichtenholz-Hackschnitzel betrug weniger als 300 kWh/t Faserstoff.
Die Ausbeute beträgt 78,6 % bezogen auf otro Faserstoff. Die Reißlänge wurde bei 14 0SR mit 8 km gemessen, der Tear-Index mit 8,5 mN*m2/g. Der Weißgrad wurde nach dem Aufschluss mit 41 % ISO bestimmt.
Der Feststoffgehalt der Aufschlusslösung wurde nach dem erste Aufschluss mit 10,2 % bestimmt. Dieselbe Aufschlusslösung wurde jeweils wieder auf den vorstehend beschriebenen Ausgangsgehalt an Sulfit aufgestärkt, es wurden weitere Aufschlüsse unter jeweils gleichen Bedingungen durchgeführt. Nach dem fünften Aufschluss wurde der Feststoffgehalt der Aufschlusslösung erneut bestimmt mit 20,4 %.
Der Heizwert der Aufschlusslösung nach dem ersten Aufschluss wurde mit 9,507 J/g bestimmt. Nach dem fünften Aufschluss mit jeweils wieder verwendeter, aufgestärkter Aufschlusslösung wurde der Heizwert mit 11.313 J/g ermittelt.
Nach jedem der fünf Aufschlüsse unter den Bedingungen des Beispiels 1 wurde der Verbrauch an Sulfit erfasst. Er lag durchschnittlich bei 46 %. Für den fünften Aufschluss, bei dem zur Herstellung der Aufschlusslösung jeweils die Ablauge der vorange- gangenen Aufschlüsse aufgefangen, der Sulfitgehalt bestimmt und der vorgegebene Sulfitgehalt durch Zugabe von frischem Sulfit wieder eingestellt wurde, wurden 30 % des Sulfits aus unverbrauchtem Sulfit der Aufschlusslösung aus dem vorangegangen Aufschluss und 70 % frisches Sulfit zugesetzt.
Beispiel 2
Der Faserstoff nach Beispiel 2 wurde aus Fichten-Hackschnitzeln unter den Bedingungen des Beispiels 1 hergestellt, mit folgenden Änderungen: Zusätzlich zu den 23,6 % Sulfit wurde der Chemikalienlösung 0,1 % Anthrachinon bezogen auf die eingesetzte Holzmenge zugegeben. Die Dauer des Aufschlusses wurde auf 45 Minuten verkürzt.
Bei 15 0SR wurde für den Fichten-Faserstoff nach Beispiel 2 eine Reißlänge von 10,9 km und eine Durchreißfestigkeit von 82 cN / 100 g/m2 Papiergewicht ermittelt. Der Weißgrad wurde mit 53,1 % ISO bestimmt und die Ausbeute betrug 76,7 %.
Die nachfolgend erläuterten Aufschlüsse gemäß der Beispiele 3 und 4 betreffen Dampfphasen-Aufschlüsse.
Beispiel 3
Fichtenholz-Hackschnitzel werden mit 23,6 % Sulfit bei einem Flottenverhältnis von Holz : Chemikalienlösung = 1:5 bei 120 0C in der Dampfphase für 120 Minuten imprägniert. Als Chemikalien werden Sulfit und 0,1 % Anthrachinon eingesetzt. Zu Beginn der Imprägnierung stellt sich ein pH-Wert von 9,4 ein. Nach der Imprägnierung wird die Chemikalienlösung entfernt. Die mit der Chemikalienlösung imprägnierten Hackschnitzel werden mit Dampf in ca. 5 Minuten auf 170 0C aufgeheizt. Diese Dampfphase bei 170 0C wird über 60 Minuten gehalten. Dann wird der Dampf abgelassen und innerhalb von 30 Sekunden wird der Kocher auf 100 0C abgekühlt, und es stellt sich Umgebungsdruck ein. Die Hackschnitzel werden dem Kocher entnommen und zerfasert. Teilmengen des so hergestellte Fichten- Faserstoffs werden gemahlen und für die gemahlenen Teilmengen werden Mahlgrad und Faserstoff-Eigenschaften bestimmt.
Bei 14 0SR wurden 9,3 km Reißlänge und 102 cN / 100 g/m2 Papiergewicht gemessen. Der Weißgrad wurde mit 42,6 % ISO bestimmt und die Ausbeute betrug 78,9 %.
Für die folgenden Bespiele zu Laubholz- Aufschlüssen zeigt Tabelle 1 die Versuchsdaten in Zusammenfassung.
Beispiel 4, Beispiel 5
Birken-Hackschnitzel werden nach einer Dämpfung (90 Minuten bei Sattdampf mit 105 0C) mit einer Natriumsulfit-Aufschlusslösung unter Zusatz von 0,1 % Anthrachinon bei einem Flottenverhältnis von Holz : Aufschlusslösung 1 : 3 versetzt. Der gesamte Einsatz an Chemikalien betrug 16,5 % berechnet als Natriumsulfit, bezogen auf otro Birken- Hackschnitzel. Die mit Chemikalienlösung imprägnierten Birken-Hackschnitzel wurden auf 170 0C aufgeheizt und über 60 Minuten (Beispiel 4) bzw. über 80 Minuten (Beispiel 5) bei dieser maximalen Temperatur aufgeschlossen.
26, 32 % des eingesetzten Sulfits (Beispiel 4) bzw. 32, 52 % des eingesetzten Sulfits (Beispiel 5) wurden im Verlauf des Aufschlusses verbraucht.
Für Beispiel 4 wurden eine Ausbeute von 85,34 % und ein Weißgrad von 68,81 % ISO nach dem Aufschluss erfasst. Bei 20 0SR werden für die Birke eine Reißlänge von 8, 4 km und ein Tear-Index von 6,9 mN* m2/g gemessen. Für Beispiel 5 wurden eine Ausbeute von 83,99 % und ein Weißgrad von 69,82 % ISO nach dem Aufschluss erfasst. Beispiel 6, Beispiel 7, Beispiel 8
Buchen-Hackschnitzel werden nach einer Dämpfung (90 Minuten bei Sattdampf mit 105 0C) mit einer Natriumsulfϊt-Aufschlusslösung unter Zusatz von 0,1 % Anthrachinon bei einem Flottenverhältnis von Holz : Aufschlusslösung 1: 3 versetzt. Der gesamte Ein- satz an Chemikalien betrug 16,5 % berechnet als Natriumsulfit, bezogen auf otro Buchen-Hackschnitzel. Die mit Chemikalienlösung imprägnierten Buchen-Hackschnitzel wurden auf 170 0C (Beispiele 6, 7) bzw. auf 160 0C (Beispiel 8) aufgeheizt und über 60 Minuten (Beispiel 6) bzw. 48 Minuten (Beispiel 7) und über 55 Minuten (Beispiel 8) aufgeschlossen.
Der Verbrauch an Sulfit betrug beim Beispiel 6 54,3 % des ursprünglich eingesetzten Sulfits, beim Beispiel 7 wurde ein Verbrauch von 48,5 % erfasst und beim Beispiel 8 lag der Verbrauch an Sulfit bei 35, 4 % bezogen auf das ursprünglich eingesetzte Sulfit.
Die Ausbeute wurde für das Beispiel 6 mit 74,1 % erfasst, für das Beispiel 7 wurde eine Ausbeute von 75,2 % ermittelt und für das Beispiel 8 lag die Ausbeute bei 82,4 %. Der Weißgrad wurde für das Beispiel 6 mit 66,3 % ISO, für das Beispiel 7 mit 62,9 % ISO und für das Beispiel 8 mit 69,9 % ISO ermittelt.
Für den so erzeugten Buchen-Faserstoff wurde bei 20 0SR eine Reißlänge von 5,5 km ermittelt. Der Tear-Index wurde mit 4,8 mN*m2/g ermittelt.
Beispiel 9, Beispiel 10
Pappel-Hackschnitzel werden nach einer Dämpfung (90 Minuten bei Sattdampf mit 105 0C) mit einer Natriumsulfit-Aufschlusslösung unter Zusatz von 0,1 % Anthrachinon bei einem Flottenverhältnis von Holz : Aufschlusslösung 1: 4 versetzt. Der gesamte Einsatz an Chemikalien betrug beim Beispiel 9 19,7 %, beim Beispiel 10 16,5 %, jeweils berechnet als Natriumsulfit, bezogen auf otro Pappel-Hackschnitzel. Die mit Chemikalienlösung imprägnierten Pappel-Hackschnitzel wurden auf 170 0C aufgeheizt und über 60 Minuten aufgeschlossen.
Der Verbrauch an Sulfit betrug beim Beispiel 947,5 %, beim Beispiel 10 wurde ein Verbrauch von 55,8 % erfasst, jeweils bezogen auf das ursprünglich eingesetzte Sulfit. Die Ausbeute wurde für das Beispiel 9 mit 76,5 % erfasst, für das Beispiel 10 wurde eine Ausbeute von 77,2 % ermittelt. Der Weißgrad wurde für das Beispiel 9 mit 67,1 % ISO, für das Beispiel 10 mit 63,5 % ISO ermittelt.
Für den so erzeugten Pappel-Faserstoff wurde bei 20 0SR eine Reißlänge von 9,9 km ermittelt. Der Tear-Index wurde mit 6,9 mN*m2/g ermittelt.
Beispiel 11, Beispiel 12 Pappel-Hackschnitzel werden nach einer Dämpfung (90 Minuten bei Sattdampf mit 105 0C) mit einer Natriumsulfit- Aufschlusslösung unter Zusatz von 0,1 % Anthrachinon bei einem Flottenverhältnis von Holz : Aufschlusslösung 1: 3 versetzt. Der gesamte Einsatz an Chemikalien betrug 16,5 % berechnet als Natriumsulfit, bezogen auf otro Pappel- Hackschnitzel. Die mit Chemikalienlösung imprägnierten Pappel-Hackschnitzel wurden auf 170 0C (Beispiel 11) bzw. auf 160 0C (Beispiel 12) aufgeheizt und über 45 Minuten (Beispiel 11) bzw. 90 Minuten (Beispiel 12) aufgeschlossen.
Der Verbrauch an Sulfit betrug beim Beispiel 1151,4 % des ursprünglich eingesetzten Sulfits. Der Sulfit- Verbrauch für Beispiel 12 wurde nicht erfasst.
Die Ausbeute wurde für das Beispiel 11 mit 80,2 % erfasst, für das Beispiel 12 wurde eine Ausbeute von 80,7 % ermittelt. Der Weißgrad wurde für das Beispiel 11 mit 64,1 % ISO, für das Beispiel 12 mit 69,3 % ISO ermittelt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von Faserstoff aus lignocellulosischem Rohstoff mit den Schritten - Herstellen einer Chemikalienlösung mit weniger als 25 % Sulfit (berechnet als
NaSθ3) bezogen auf die otro Menge des lignocellulosischen Rohstoffs Mischen der Chemikalienlösung mit Holz in einem vorgegebenen Flottenverhältnis Erwärmen der Chemikalienlösung und des Holzes auf eine Temperatur über Raumtemperatur und anschließend entweder (1. Alternative)
Entfernen frei fließender Chemikalienlösung und Aufschließen des Holzes in der Dampfphase oder (2. Alternative) Aufschließen des Holzes in flüssiger Phase und
Separieren der frei fließenden Chemikalienlösung und des Holzes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faserstoff mit einem Gehalt von mindestens 15 % Lignin, bevorzugt mindestens 17 % Lignin, vorteilhaft mindestens 19 % Lignin, besonders vorteilhaft mindestens 21% bezogen auf otro Faserstoff für Nadelholz oder mit einem Gehalt von mindestens 14 % Lignin, bevorzugt mindestens 16 % Lignin, besonders bevorzugt mindestens 18 % Lignin bezogen auf otro Faserstoff für Laubholz hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faserstoff mit einem Gehalt von mindestens 15 % Lignin bezogen auf otro Faserstoff für Nadelholz hergestellt wird, der bei einem Mahlgrad von bis zu 15 0SR eine Reißlänge von mehr als 8 km, bevorzugt von mehr als 9 km, vorteilhaft von mehr als 10 km aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faserstoff mit einem Gehalt von mindestens 12 % Lignin bezogen auf otro Faserstoff für Laubholz hergestellt wird, der bei einem Mahlgrad von bis zu 20 0SR eine Reißlänge von mehr als 5 km, bevorzugt von mehr als 6 km, besonders bevorzugt von mehr als 7 km aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Chemikalienlösung Sulfite und Sulfide, einzeln oder in Mischung eingesetzt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Chemikalienlösung Natrium-, Kalium-, Magnesium- und/oder Ammoniumsulfite eingesetzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Chemikalienlösung eine Chinon-Komponente eingesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem pH-Wert zwischen 5,5 und 11, bevorzugt zwischen 5,5 und 10, besonders bevorzugt zwischen 7,5 und 8,5 durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flottenverhältnis Holz : Chemikalienlösung zwischen 1:1,5 und 1:6, bevorzugt zwischen 1 : 3 und 1 : 5 eingestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen der Chemikalienlösung und des Holzes auf bis zu 130 0C, bevorzugt auf bis zu 120 0C, vorteilhaft auf bis zu 110 0C erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen des Holzes und ggf. der Chemikalienlösung bis zu 90 Minuten, bevorzugt bis zu 60
Minuten, vorteilhaft bis zu 30 Minuten, besonders vorteilhaft bis zu 10 Minuten dauert.
12. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschließen des Holzes bei Temperaturen zwischen 120 0C und 190 0C, bevorzugt bei Temperaturen zwischen 150 0C und 180 0C, besonders bevorzugt bei Temperaturen zwischen 160 0C und 170 °C durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschließen des Holzes bis zu 180 Minuten, bevorzugt bis zu 90 Minuten, besonders bevorzugt bis zu 60 Minuten, vorteilhaft bis zu 30 Minuten, besonders vorteilhaft bis zu 2 Minuten dauert.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Auf- schließens in Abhängigkeit vom Flottenverhältnis gewählt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufschließen von lignocellulosischem Rohstoff mit einem Ligningehalt von mehr als 25 % bezogen auf otro Rohstoff bis zu 13 % Sulfit bezogen auf otro lignocellulosischen Rohstoffverbraucht werden, dass zum Aufschließen von lignocellulosischem Rohstoff mit einem Ligningehalt von 20% bis 25% bezogen auf otro Rohstoff bis zu 10 % Sulfit verbraucht werden, und dass zum Aufschließen von lignocellulosischem Rohstoff mit einem Ligningehalt von bis zu 20 % bezogen auf otro Rohstoff weniger als 10 % Sulfit verbraucht werden, mindestens aber 7 % Sulfit eingesetzt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufschluss von Nadelholz bis zu 25 % Sulfit, vorzugsweise bis zu 20 % Sulfit, bevorzugt bis zu 15
% Sulfit, mindestens aber 7 % Sulfit eingesetzt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufschluss von Laubholz bis zu 15 % Sulfit, vorzugsweise bis zu 12 % Sulfit, besonders bevorzugt bis zu 10 % Sulfit, mindestens aber 7 % Sulfit eingesetzt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrauch an Sulfit während des Aufschlusses bis zu 80 %, bevorzugt bis zu 60 %, besonders be- vorzugt bis zu 40 % des Sulfiteinsatzes zu Beginn des Aufschlusses beträgt.
19. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Chemikalienlösung bis zu 75 Gewichts-% des Sulfits aus der Rückführung von bereits zum Aufschluss verwendeter Chemikalienlösung eingesetzt wird, und dass mindestens 25 Gewichts-% des Sulfits frisch zugesetzt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Chemikalienlösung bis zu 50 Gewichts-% des Sulfits aus der Rückführung von bereits zum Aufschluss verwendeter Chemikalienlösung eingesetzt wird, und dass mindestens 50 Gewichts-% des Sulfits frisch zugesetzt werden.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Her- Stellung der Chemikalienlösung frisches Sulfit in folgenden Mengen zugesetzt wird: bis zu 13% bei lignocellulosischem Rohmaterial von mehr als 25 % Lignin- gehalt bezogen auf otro Rohmaterial, bis zu 10 % bei lignocellulosischem Rohmaterial mit einem Ligningehalt von 20 % bis 25% bezogen auf otro Rohmaterial und weniger als 10 % bei lignocellulosischem Rohmaterial mit einem Ligningehalt von weniger als 20 %, jeweils berechnet als NaSOß bezogen auf otro lignocellulosi- sches Rohmaterial.
22. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung der entfernten oder separierten Chemikalienlösung erfasst und anschließend für den erneuten Einsatz zur Herstellung von Fasern auf eine vorgegebene Zusammensetzung eingestellt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zerfasern und ggf. Mahlen des aufgeschlossenen lignocellulosischen Materials freigesetzte Chemikalienlösung entfernt wird und einer Weiterverwendung zugeführt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 1 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass durch Kreislaufführung der Aufschlusslösung der Feststoffgehalt dieser im Kreis geführten Aufschlusslösung um bis zu 5 %, bevorzugt um bis zu 10 96, besonders bevorzugt um bis zu 15 % ansteigt.
25. Verfahren nach Anspruch 1, 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kreislauf geführte Aufschlusslösung einen um bis zu 1,5 M J/kg höheren Heizwert aufweist als eine frisch angesetzte Aufschlusslösung.
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