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Title:
METHOD FOR PRODUCING FIBROUS MATERIAL MADE OF WOOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/140839
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for producing fibrous material consisting of the following steps: production of a chemical solution with less than 25% sulfite (calculated as NaSO3), relative to the oven-dry quantity of the lignocellulosic raw material; mixture of the chemical solution with wood in a predefined bath ratio; heating the chemical solution and the wood to a temperature higher than room temperature; and then either (1st alternative) removal of free-flowing chemical solution and pulping of the wood in the vapor phase, or (2nd alternative) pulping of the wood in the liquid phase, and separation of the free-flowing chemical solution and the wood.

Inventors:
AALTO ESA-MATTI (DE)
SCHUBERT HANS-LUDWIG (DE)
Application Number:
PCT/EP2007/003014
Publication Date:
December 13, 2007
Filing Date:
April 04, 2007
Export Citation:
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Assignee:
VOITH PATENT GMBH (DE)
AALTO ESA-MATTI (DE)
SCHUBERT HANS-LUDWIG (DE)
International Classes:
D21C3/00; D21B1/00; D21C3/06; D21C3/18; D21C9/00; D21H11/06
Foreign References:
DE102006027006A12007-12-13
Other References:
"Pulp and Paper Manufacture", vol. 4, article "Semichemical Pulping for Corrugating Grades", pages: 130 FF
N. LIEBERGOTT; T. JOACHIMIDES: "Choosing the best brightening process", PULP & PAPER CANADA, vol. 80, no. 12, December 1979 (1979-12-01)
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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 0 SR 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 0 SR 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 0 C, bevorzugt auf bis zu 120 0 C, vorteilhaft auf bis zu 110 0 C 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 0 C und 190 0 C, bevorzugt bei Temperaturen zwischen 150 0 C und 180 0 C, besonders bevorzugt bei Temperaturen zwischen 160 0 C 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.

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, 3 rd 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 0 SR (Schopper-Riegler, s.u.) und 500 ml CSF, gleichzusetzen mit

26 0 SR, 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 0 SR bis 15 0 SR 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 0 SR 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 0 SR bis 15 0 SR für Nadelholz- Faserstoffe oder von 20 0 SR 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 0 SR bis 15 0 SR 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/m 2 . 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 0 SR bis 15 0 SR für Nadelholz und bei 20 0 SR 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 0 C, bevorzugt auf bis zu 120 0 C, besonders bevorzugt auf bis zu 130 0 C 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 0 C und 190 0 C, vorzugsweise zwischen 150 0 C und 180 0 C. Für die meisten Hölzer werden Aufschluss- Temperaturen zwischen 155 0 C und 170 0 C 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 0 SR bis 15 0 SR für Nadelholz und von 20 0 SR 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 0 C 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 0 C 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 0 C) 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 0 C 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 0 SR mit 8 km gemessen, der Tear-Index mit 8,5 mN*m 2 /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 0 SR wurde für den Fichten-Faserstoff nach Beispiel 2 eine Reißlänge von 10,9 km und eine Durchreißfestigkeit von 82 cN / 100 g/m 2 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 0 C 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 0 C aufgeheizt. Diese Dampfphase bei 170 0 C wird über 60 Minuten gehalten. Dann wird der Dampf abgelassen und innerhalb von 30 Sekunden wird der Kocher auf 100 0 C 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 0 SR wurden 9,3 km Reißlänge und 102 cN / 100 g/m 2 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 0 C) 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 0 C 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 0 SR werden für die Birke eine Reißlänge von 8, 4 km und ein Tear-Index von 6,9 mN* m 2 /g gemessen. Für Beispiel 5 wurden eine Ausbeute von 83,99 % un d 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 0 C) 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 0 C (Beispiele 6, 7) bzw. auf 160 0 C (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 0 SR eine Reißlänge von 5,5 km ermittelt. Der Tear-Index wurde mit 4,8 mN*m 2 /g ermittelt.

Beispiel 9, Beispiel 10

Pappel-Hackschnitzel werden nach einer Dämpfung (90 Minuten bei Sattdampf mit 105 0 C) 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 0 C 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 0 SR eine Reißlänge von 9,9 km ermittelt. Der Tear-Index wurde mit 6,9 mN*m 2 /g ermittelt.

Beispiel 11, Beispiel 12 Pappel-Hackschnitzel werden nach einer Dämpfung (90 Minuten bei Sattdampf mit 105 0 C) 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 0 C (Beispiel 11) bzw. auf 160 0 C (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.