DE19751173A1 - Verfahren zur Erhöhung des Weißgrades von Papierfaserstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung des Weißgrades von Papierfasern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Verfahren dieser Art zeigt die DE 196 26 200 A1. Darin wird zum Bleichen von Papierstoff ein Gas verwendet, welches zu höchstens 50% reinen Sauerstoff enthält und welches bevorzugt Luft sein kann. Die Bleiche soll unter Überdruck stattfinden. Das erhöht den Partialdruck des enthaltenen Sauerstoffes.

Ein anderes Verfahren ist z. B. aus der EP 0 557 651 A1 bekannt. In dieser Publikation findet es bei der Aufbereitung von gemischtem Altpapier Anwendung. Altpapier wird eingedickt und bei erhöhter Temperatur mit molekularem Sauerstoff und Peroxid behandelt. Dadurch werden die an sich bekannten chemischen Umsetzungen veranlaßt, bei denen insbesondere das Lignin von den Fasern gelöst wird. Nach dem Ausblasen aus dem Druckraum wird dann der gebleichte Stoff gewaschen. Das in Lösung gebrachte Lignin wird mit dem Waschwasser entfernt. Mit Hilfe eines solchen Verfahrens soll und kann der Weißgrad des Papierstoffes gesteigert werden, d. h., daß das später daraus erzeugte Papier möglichst weiß sein soll.

Aus einer anderen Patentschrift, der US 5,211,809, ist ein Altpapierbleichverfahren bekannt, bei dem ebenfalls elementarer Sauerstoff eingesetzt wird. Das Verfahren arbeitet jedoch ausschließlich mit intensiver chemischer Einwirkung auf den Stoff, und zwar einer gezielt herbeigeführten chemischen Reaktion zwischen den enthaltenen Farbstoffen und dem Sauerstoff. Das heißt, daß es sich hier um eine Entfernung bzw. Reduzierung von Farbstoffen handelt.

In der DE-AS 19 54 267 wird ein Verfahren zur Delignifizierung von zellulosehaltigem Material beschrieben, bei dem durch Abbau und Herauslösen von Lignin Zellstoff hergestellt werden soll. Dazu wird eine Delignifizierungsstufe mit einer alkalischen Extraktion vorgeschlagen, deren Wirkung durch O₂ oder Luft verbessert wird.

Weiterhin wird eine Mg-Verbindung zugegeben, die die Kohlenhydrate, also die Zellulose vor dem Kettenabbau schützt und dadurch Festigkeitseinbußen des erzeugten Zellstoffes verhindert. Ein signifikanter Weißgradanstieg ist durch dieses Verfahren nicht erzielbar, allenfalls eine Vorbereitung für eine nachfolgende weißgraderhöhende Bleiche. Bleichen und Delignifizieren sind unterschiedliche chemische Prozesse mit unterschiedlichen Wirkungen und Parametern, auch wenn bei etwas nachlässigem Sprachgebrauch der Begriff "Bleichen" gelegentlich für Delignifizieren verwendet wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem der Weißgrad mit relativ geringem Aufwand weiter gesteigert werden kann. Dabei sollen die Kosten für Chemikalien bzw. Gase gering bleiben.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Gas (z. B. Luft) zum Bleichen verwendet, das neben Sauerstoff auch Stickstoff enthält. Der zu bleichende Faserstoff ist in Folge der vorgeschalteten Bearbeitungsstufen mit Wasser versetzt. Da die Sauerstofflöslichkeit in Wasser höher ist als in Luft (Wasser: 37/63, Luft: 20/80) verarmt das zugeleitete Gasgemisch (die Luft) ständig an Sauerstoff, und das wiederum senkt dessen treibendes Partialdruckgefälle. Die Bleichwirkung ist also geringer als es möglich wäre, da sich die höhere Sauerstofflöslichkeit des die Fasern umschließenden Wassers nicht vollständig nutzen läßt. Die Erfindung bringt Abhilfe auf zweierlei Art.

• 1. Der Gasmassenstrom ist größer als durch den rechnerischen Sauerstoffbedarf des Bleichvorgangs benötigt, d. h. es wird mehr Sauerstoff angeboten, als es für die chemische Bleichreaktion erforderlich ist.
• 2. Luft und Fasern werden intensiv zueinander bewegt, so daß die Sauerstoffverarmung in den an die Fasern angrenzenden Luftschichten sofort wieder ausgeglichen wird.
  Diese Mischbewegung ist technisch sehr gut in einer Wirbelschicht zu erreichen. Bei niedrigeren Stoffdichten (4-8%) werden Gasblasen durch die flüssige Suspension getrieben, bei höheren Stoffdichten wird ein Wirbelbett mit Gas und nassen Faserstoff-Krümeln erzeugt.

Ergebnis: Die Bleichwirkung wird gesteigert.

Weil zum Bleichen kein reiner gasförmiger Sauerstoff sondern z. B. Luft verwendet wird, kann das Verfahren trotz höherer Gasmenge weiter verbilligt werden. Vorteilhaft kann also der billige Luftsauerstoff durch die Erfindung besonders wirkungsvoll eingesetzt werden. Natürlich würde auch der Einsatz von stärker mit Sauerstoff angereichertem Gas gute Ergebnisse bringen, z. B. wenn ein solches Gas preiswert anfällt ("Abfallgas"). Luft unter erhöhtem Druck kann die gestellte Aufgabe zumeist ebenfalls gut lösen und erlaubt daher eine besonders wirtschaftliche Verfahrensweise. Es ist lediglich ein Kompressor für die Komprimierung der Luft erforderlich.

Die Unteransprüche beschreiben besonders vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens.

Bekanntlich ändern sich in dem Stoffdichtebereich oberhalb von 5% die Fließeigenschaften des Faserstoffs beträchtlich, je nach dem wie die Stoffdichte für den Bearbeitungsprozeß gewählt wird. Dabei wird z. B. der Bereich zwischen ca. 5 und 12% oft als Mittelstoffdichtebereich und der darüber als Hochstoffdichte- oder Hochkonsistenzbereich bezeichnet. Es gibt einige Hinweise, daß der Mittelstoffdichtebereich für das erfindungsgemäße Verfahren besondere Vorteile bringt, da die Fließeigenschaften noch relativ gut sind, wobei bereits eine hohe Massenkonzentration im Bleichgefäß möglich ist. Mit Bleichgefäß ist der Reaktor gemeint, in dem der unter Druck stehende Faserstoff mit den Bleich-Chemikalien und dem o.g. Gasgemisch reagiert.

Auch die Verweilzeit, in der der Bleichvorgang abläuft, hat Einfluß auf den Effekt des Verfahrens. Bei welcher konkreten Zeit das Verfahren optimal abläuft, hängt selbstverständlich von einer Vielzahl von Randbedingungen ab. Oft ist es auch ein wirtschaftlicher Kompromiß, da lange Verweilzeiten zwar den Effekt verbessern können, aber auch große Reaktionsgefäße erfordern. Die Erfindung wird erläutert anhand von Zeichnungen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Anlagenschema;

Fig. 2 eine Variation des Verfahrens.

Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist in Fig. 1 schematisch und stark vereinfacht dargestellt. Dieses Schema und die Parameter, nach denen das Verfahren sehr gut und effektiv durchgeführt werden kann, werden im folgenden beispielhaft erklärt:

Altpapier P wird in heißem Wasser W suspendiert und bei einer Stoffdichte von ca. 12% in einem Mischgerät 1 mit Chemikalien CH, das sind hier 1% Peroxid, 1% NaOH und weitere Hilfschemikalien, vermischt. Anschließend wird die Suspension mit einer Mittelstoffdichtepumpe 2 in das unter Druck stehende Reaktionsgefäß 3 gefördert. Werden die Chemikalien CH' unmittelbar vor der Mittelstoffdichtepumpe 2 zugegeben, kann diese auch als Mischpumpe fungieren. Das Reaktionsgefäß 3, in dem der Stoff etwa 15 Minuten verweilen kann, ist als abwärts durchflossener Reaktionsturm ausgeführt. In dieses Gefäß wird erhitzte Raumluft A bei 80° Celsius mit einem Absolutdruck von 1,4 bar durch ein Gebläse 4 von unten eingeblasen, und zwar in einer solchen Menge, daß die in den Ansprüchen definierten Bedingungen erreicht werden. Der Überschuß B tritt durch ein obenliegendes Ventil 7 aus. Durch eine Ausblasöffnung 5 gelangt der so behandelte Faserstoff nach der bereits erwähnten Verweilzeit von ca. 15 Minuten in ein Auffanggefäß 6, wobei er mit Wasser W' verdünnt wird.

Das Anlagenschema zeigt nur den eigentlichen Bleichabschnitt. Je nach eingesetztem Rohstoff und Anforderungen ist eine Vielzahl von weiteren Verfahrensschritten davor und danach notwendig, z. B. um bedrucktes und/oder gefärbtes Altpapier zu einer weißen Qualität aufzubereiten. Zudem müssen in vielen Fällen Störstoffe entfernt werden, die nicht gebleicht werden können oder sollen.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens, in dem ein liegendes Bleichgefäß 3' verwendet wird. Dieses ist besonders für die Verarbeitung von Faserstoff mit mindestens 15% Trockengehalt geeignet. Ein solcher Krümelstoff wird in den Druckraum des Bleichgefäßes 3', z. B. durch eine Stopfschnecke 8 eingetragen. Ferner wird ein Fließbett durch Zugabe des Gases A von unten erzeugt. Der Krümelstoff wandert von links nach rechts, was eine interne Förderschnecke oder ein Gefälle unterstützen kann. Wird der Bleichprozeß bei einem Trockengehalt über 15% durchgeführt, muß in der Regel eine davorliegende Eindickstufe verwendet werden, die hier nicht gezeichnet ist.

Selbstverständlich ist bei der Vielzahl möglicher Anwendungsfälle und unterschiedlicher ökonomischer Betrachtungen auch eine andere Ausgestaltung des Bleichverfahrens selbst denkbar. Dabei kann die allgemein bekannte Tatsache eine Rolle spielen, daß erhöhte Temperaturen den chemischen Effekt beträchtlich beschleunigen. Ähnliches gilt für den Druck, da sich dadurch der Partialdruck des Gasgemisches und des darin befindlichen Sauerstoffes und somit das Angebot an Sauerstoff-Molekülen erhöhen läßt. Im allgemeinen kann auch eine angehobene Alkalität, etwa pH 12 und mehr, den Effekt positiv beeinflussen, wobei allerdings auch berücksichtigt werden muß, daß einige Papierfasern durch zu hohe Alkalität vergilben können.

Claims (15)

1. Verfahren zur Erhöhung des Weißgrades von Papierfaserstoff (P), der sich in einem wäßrigen Gemisch mit mindestens 5% Trockengehalt befindet, unter Verwendung von oxidierenden Bleich-Chemikalien (CH, CH'), und bei dem zur Unterstützung der Bleichwirkung ein sauerstoffhaltiges Gas (A) zugegeben wird, welches kein reiner Sauerstoff ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Gases (A) größer ist als es zur Deckung des Sauerstoffbedarfes der Bleiche erforderlich wäre und daß beim Bleichprozeß Papierfaserstoff (P) und Gas (A) intensiv vermischt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (A) Luft ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Gases (A) 5 bis 50 Mal größer ist als es zur Deckung des Sauerstoffbedarfes der Bleiche erforderlich wäre.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei einem Überdruck von mindestens 0,5 bar durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck beim Bleichprozeß durch die Zuführung des Gases (A) erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleich-Chemikalien (CH, CH') Peroxid enthalten.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die intensive Vermischung von Papierfaserstoff (P) und Gas (A) in einer Wirbelschicht durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht durch direktes Einblasen des Gases (A) in den Papierfaserstoff (P) erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleichdauer, bei der der Papierfaserstoff (P) unter Überdruck steht, auf mindestens 10 Minuten eingestellt wird.

10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutdruck des Bleichprozesses mindestens 1,5 bar beträgt.

11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Papierfaserstoff (P) während des Bleichprozesses einen Trockengehalt zwischen 5 und 12% aufweist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Papierfaserstoff (P) während des Bleichprozesses einen Trockengehalt zwischen 12 und 40% aufweist.

13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur während des Bleichprozesses mehr als 60° Celsius beträgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur während des Bleichprozesses mehr als 100° Celsius beträgt.

15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Milieu während des Bleichprozesses mindestens pH = 10 ist.