DE3402490A1

DE3402490A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen behandlung eines wasserhaltigen lignocellulosematerials

Info

Publication number: DE3402490A1
Application number: DE19843402490
Authority: DE
Inventors: Hans Olof Prof. Göteborg Samuelson
Original assignee: Mo och Domsjo AB
Current assignee: Mo och Domsjo AB
Priority date: 1983-01-26
Filing date: 1984-01-25
Publication date: 1984-07-26
Also published as: NO840278L; NO164046C; CA1232785A; US4762591A; JPS59137585A; FI840168A0; FI73747C; FR2539771B1; AU2308184A; SE451149B; DE3402490C2; NZ206783A; ATA24584A; FR2539771A1; SE8300388D0; JPH0156196B2; AT384632B; NO164046B; FI840168A; SE8300388L

Description

PATENTANWÄLTE

dr. V. SCHMIED-KOWARZIK · dr. P. WEINHOLD · dr. P. BARZ · München . G. DANNENBERG · dr. D. GUDEL · dipl-ing. S. SCHUBERT · Frankfurt

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT

SIECFRIEDSTRASSE β 8000 MÖNCHEN

TELEFON! (089) 335024 + 335025 TELEGRAMME! WIRPATENTE TELEX: 5215679

Case: 1450 DE

MO OCH DOMSJÖ AKTIEBOLAG
91 Örnsköldsvik
SCHWEDEN

VORRICHTUNG ZUR KONTINUIERLICHEN BEHANDLUNG EINES WASSERHALTIGEN LIGNOCELLULOSEMATERIALS

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Behandeln eines Lignocellulosematerial^ mit einem Stickstoffoxid und Sauerstoff vor einer alka-5lischen Delignifizierungsstufe. Die Vorrichtung eignet sich ganz besonders zur Verwendung bei der Vorbehandlung eines chemisch hergestellten Lignocellulosehalbstoffes, z.B. eines ■ durch alkalische Digerierungsverfahren, wie Sulfatkochverfahren, hergestellten Halbstoffes.

Die Vorrichtung kann auch bei der Vorbehandlung von Holz, z.B. in Form von Hackspänen, Hobelspänen und Holzmehl, verwendet werden, bevor man das Holz .einer alkalischen Kochstufe .unterwirft.

Bei den in der Literatur über die Vorbehandlung von Lignoeel lulosematerial wiedergegebenen Tests wurde die Vorbehandlun in einem Reaktor zur absatzweisen Behandlung dieses Materials durchgeführt, in den ein gasförmiges Stickstoffoxid entweder gleichzeitig mit oder anschließend an die Einführung von gasförmigem Sauerstoff eingeleitet wurde. Der Reaktor hat die Form eines Gefäßes, das in solcher Weise rotiert wird, daß sich ein guter Kontakt zwischen dem Lignocellulosematerial und den aktiven Komponenten in der Gasphase ergibt.

Gemäß einem Vorschlag zur kontinuierlichen Behandlung von Lignocellulosematerial umfaßt der Reaktor ein Gefäß mit einer an das Einführungsende desselben verbundenen Leitung zur Einführung eines Stickstoffoxides und mit einer an das Ausführungsende des Gefäßes angeschlossenen Leitung zur Einführung von Sauerstoff. Somit sind beide Leitungen mit ein und demselben Gefäß verbunden, so daß sich ein gemeinsamer Gas'raum bildet. Es wurde gefunden, daß bei Einführung eines Stickstoffoxids und von Sauerstoff und Mischen mit einem wasserhaltigen Lignocellulosematerial verschiedene komplexe chemische Reaktionen erfolgen können. Obgleich die Anwesenheit von Sauerstoff im allgemeinen höchst vorteilhaft ist, ist sie nicht völlig 35befriedigend, wenn die eintretenden Reaktionskomponenten unkorrekt behandelt werden. Der Reaktionsverlauf kann in mindestens zwei Phasen unterteilt werden. Anfangs erfolgt eine Reaktion zwischen dem Oxid des Stickstoffs und den

Lignocellulosematerial und dann hauptsächlich zwischen dem Lignin und dem Wasser, u.a. unter Bildung von Salpetersäure. In einer anschließenden Reaktionsphase wird Stickstoffoxid in der einen oder anderen Form regeneriert, und reagiert cyclisch mit dem Lignocellulosematerial, hauptsächlich dem Lignii Es wurde gefunden, daß die erste Reaktionsphase vorzugsweise in Abwesenheit von Sauerstoff oder in Anwesenheit einer geringen Sauerstoffmenge erfolgen soll, während erhebliche Sauei stoffmengen in der zweiten Reaktionsphase notwendig sind. Die bisher vorgeschlagenen Apparatursysteme waren nicht so kontruiert, daß das Lignocellulosematerial bei gleichzeitiger Erzielung optimaler Ergebnisse vorbehandelt oder aktiviert werden konnte.

Das oben genannte Problem wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung eines wasserhaltigen Lignocellulosematerial mit einem Stickstoffoxid und Sauerstoff vor einer alkalischen Delignifizierungsstufe gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie die Kombination aus

a) einer ersten Reaktionskammer, die sowohl am Einlaß- als auch am Auslaßende mit Gasabsperrmitteln versehen ist;

b) einer Regenerierungskammer mit einem Volumen, das 2,5 Mal, zweckmäßig 5 Mal und vorzugsweise 10 Mal größer ist als das der ersten Reaktionskammer, wobei das Einlaßende der Regenerierungskammer mit einem Gasabsperrmittel verbunden ist, das stromaufwärts von der Regenerierungskammer an das Auslaßende der Reaktionskammer, vorzugsweise das Auslaßende der ersten Reaktionskammer, angeschlossen ist und wobei das Auslaßende der' Regenerierungskammer mit einer Gasabsperrvorrichtung versehen ist;

c) mindestens einer Leitung, die mit Reglern für die Stickstoffoxidzufuhr, angeschlossen an die.erste Reaktionskammer, vorzugsweise an deren Einlaßende, versehen ist; und

d) mindestens einer Leitung mit Reglern für die Zufuhr von Sauerstoff und/oder einem sauerstoffhaltigen Qas, angeschlossen an die Regenerierungskammer, vorzugsweise deren Auslaßende umfaßt.

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Unter Stickstoffoxid werdenhier Stickoxide NO, Stickstoffdioxid, NO₂ , Polymere und Addukte derselben, wie N₃O₄ und ₅N₉0,, und Mischungen dieser Chemikalien verstanden. Das Stick stoffoxid wird in gasförmiger oder flüssiger Form eingeführt Der Sauerstoff wird in flüssiger Form oder in Form eines sauerstoffhaltigen Gases eingeführt.

Die Ausgestaltung der Vorrichtung hängt davon ab, welches Stickstoffoxid in die erste Reaktionskammer eingeführt wird.' Die Leitung zur Einführung des Stickstoffoxids ist an irgendeinem Punkt entlang der ersten Reaktionskammer· angeschlossen Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Leitung an das Einlaßende der ersten Reaktionskammer, !5 d.h. dort, wo das Lignocellulosematerial eingeführt wird, angeschlossen. Wird Stickstoffdioxid durch die Leitung eingeführt, dann ist keine Zuführungsleitung für gasförmigen Sauerstoff notwendig. Dagegen ist eine Zuführungsleitung für gasförmigen Sauerstoff erforderlich, wenn das verwendete Stickstoffoxid Stickoxid ist. Diese Leitung ist an einem Punkt entlang der ersten Reaktionskammer angeschlossen, obwohl die Leitung vorzugsweise an das Auslaßende der ersten Reaktionskammer angeschlossen ist. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ist diejenige, in welcher diese Leitung aus der Regenerierungskammer ausgeht und teilweise an einem Punkt entlang dieser Kammer und teilweise an das Ausiaßende der ersten Reaktionskammer angeschlossen ist. Die durch diese Leitung eingeführte Sauerstoffmenge entspricht im wesentlichen der stöchiometrischen Menge, die zur Umwandlung von Stickoxid in Stickstoffdioxid, d.h. zur Bildung des Hauptreaktionsteilnehmers, nämlich Stickstoffdioxid, der · ersten Reaktionskammer, notwendig ist.

Die Leitung zur Sauerstoffzufuhr in die Regenerierungskammer kann irgendwo entlang der Kammer angeschlossen werden, obg₅gleich es bevorzugt wird, die Leitung an das Auslaßende der Kammer, d.h. dort, wo das Lignocellulosematerial nach beendetem Vorbehandlung-s-oder Aktivierungsverfahren entfernt wird, anzuschließen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Zwischenkammer zwischen der ersten Reaktionskammer und der Regenerierungskammer angebracht. Diese Zwischenkammer ist auf jeder Seite, d.h. dem Einlaß- und Auslaßende, an ein Gasabsperrmittel angeschlossen. Angeschlossen an die Zwischenkammer ist mindestens eine Sauerstöffgas-Zufuhrleitung,.und die Zwischenkammer ist wahlweise auch mit einer Leitung zum Gasfluß aus der Zwischenkammer in die erste Reaktionskammer versehen.

Die oben genannten Leitungen bestehen nicht nur aus unterschiedlichen Arten von Rohren, sondern sie umfassen auch Regel- und Kontrol!vorrichtungen bekannter Konstruktion, z.B. Ventile. Dadurch soll die genaue Regelung der Menge an Gas und/oder Flüssigkeit möglich sein, die durch diese Leitungen zugeführt und/oder abgeführt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Reaktionskammern aus getrennten Gefäßen, z.B. Türmen, in welche das Lignocellulosematerial durch Schwerkraft eingeführt ₂₀wird. Die Reaktionskammer kann auch aus getrennten Reaktionskammern oder -zonen in ein und demselben Gefäß bestehen, und z.B. definierte Teile eines Reaktorturmes umfassen. Das Lignocellulosematerial, hauptsächlich, wenn es aus Cellulosehalbstoff besteht, kann in Verbindung mit seiner Einführung in die Reaktionskammern oder anschließend zweckmäßig fein zerteilt werden. Zweckmäßig wird das Material mittels einer rotierenden Zerfaserungsvorrichtung fein zerteilt. Es ist jedoch nicht notwendig, den Cellulosehalbstoff fein zu zerteilen, da die Behandlung auch durchgeführt werden kann, wenn dieser in soFaserstofform vorliegt. Die Reaktionskammern können mit mechanischen Mitteln zum Mischen und/oder Transportieren des Materials versehen sein.

Unter Gasabsperrmittel wird hier und im Folgenden eine Vorrichtung verstanden, durch welche das Lignocellulosematerial fortbewegt wird, wobei man gleichzeitig verhindert, daß Gas frei durch dieselbe passiert, selbst wenn der Gesamtgasdruck am Einlaß- und Auslaßende dieses Gasabsperrmittels unterschiedlich ist. Eine geringe, im Material selbst oder im Gasabsperr-

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mitte-1 anwesende Gasmenge begleitet normalerweise das Materi al während seines Durchgangs durch das Mittel. Im Gegensatz dazu verhindert das Gasabsperrmittel einen freien Gasfluß zwischen den Reaktionskammern und zwischen einer Reaktionskammer und der umgebenden Atmosphäre. Bei einer bestimmten Art von Gasabsperrmittel gibt es einen geringen Gasfluß in entgegengesetzter Richtung zur Bewegung des Materials. Obgleicii derartige Gasabsperrmittel zur Verwendung an einem Ort ungeeignet sind, wo das Material in die oder aus der Vorrichtung geführt wird, können sie im Innern der Vorrichtung, d.h. zwischen den verschiedenen Reaktionskammern, verwendet werden In der erfindungsgemäßen Vorrichtung können alle bekannter Gasabsperrmittel verwendet werden, die diese Forderungen er-

.15 füllen. Solche Gasabsperrmittel sind z.B. verschiedene Arten von Pumpen. z.B. Hochkonsistenzpumpen oder Pumpen für dicken Halbstoff, Auch Schnecken beschickungsvorrichtungen können mit Vorteil verwendet werden. Weitere Bespiele sind Vorrichtungen wie rotierende Pressen, z.B. Walzenpressen, oder rotierende Flügelbeschicker oder rotierbare Beschickungsventile vom Absperrhahn-Typ umfassen. Weiterhin können Gasabsperrkombinationen verwendet werden, in welchen das Material, vorzugsweise in komprimierten Zustand, mittels Kolbenvorrichtung eingeführt wird. Ein Kratztransporter ist ein weiteres Beispiel Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt mindestens drei · Gasabsperrmittel, nämlich eines an jedem Ende der ersten Reaktionskammer ·■ und eines am Auslaßende der Regenerierungskammer. Selbstverständlich kann jedes der obengenannten Beispiele eines Gasabsperrmittels an allen Stellen der Vorrichtung verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird es jedoch bevorzugt, daß an den drei oben genannten Stellen innerhalb der Vorrichtung Gasabsperrmittel mit leicht unterschiedlicher Arbeitsweise installiert werden. Das am Einlaßende der ersten Reaktionskammer befindliche Gasabsperrmittel hat zweckmäßig die Form einer Schneckenbeschickungsvorrichtung, in welcher Schnecke und Schnekkengehäuse so konstruiert sind," daß das Lignocellulosematerial während des Transports komprimiert wird. Die Schneckenbeschik--

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kungsvorrichtung ist zweckmäßig mit Mitteln zur Abführung des aus dem Material beim Komprimieren ausgepreßten Wassers und des aus dem Material ausgepreßten. Gases versehen. Ist das Lignocellulosematerial Cellulosehalbstoff, dann hat dieser normalerweise eine Konzentration unter 20 %, wenn er bei der oben genannten Schneckenbeschickungsvorrichtung ankommt. Hat der Halbstoff eine höhere Konzentration, wird zweckmäßig eine wei· tere, ähnliche Förderschnecke angeschlossen, jedoch ohne Mittel zum Abführen des aus dem Halbstoff ausgepreßten Wassers. Diese beiden Arten von Schneckenbeschick'ungsvorrichtungen, in welchen der Halbstoff in eine kompakte Masse umgewandelt wird, ermöglichen es, daß die den Halbstoff begleitende Sauerstoffgasmenge äußerst niedrig gehalten wird.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Anwesenheit von gasförmigem Sauerstoff am Einlaßende der ersten Reaktionskammer eine inhibierende Wirkung auf bestimmte zweckmäßige Reaktionen, u.a. auf die Demethylierung des Lignins, hat, weshalb der Halbstoff an diesem Ende der ersten Reaktionskammer von gasförmigem Sauerstoff möglichst freigehalten werden soll.Ungeachtet der Art des verwendeten Gasabsperrmittels umfaßt dieses zweckmäßig verschiedene Zonen oder Sektoren, durch welche das Lignocellulosematerial fortbewegt wird, wobei mindestens einer dieser Sektoren mit Mitteln zum Evakuieren und Abführen des schädlichen gasförmigen Sauerstoffs verbunden ist.

Das Gasabsperrmittel am Auslaßende der ersten Reaktionskammer kann zweckmäßig eine der oben genannten . Förderschnecke ohne Mittel zum Abführen des aus dem

30Material ausgepreßten Wassers umfassen. Andere Anordnungen umfassen rotierende Flügelbeschicker oder rotierende Absperrhahnventile, die normalerweise vier sektorartige Abschnitte bzw. Kammern umfassen. In einer ersten Stellung wird eine Kammer mit dem Lignocellulosematerial gefüllt, das in der näch-

35sten Stufe, z.B. nach Drehen der Vorrichtung um 90°, in Absperrstellung gebracht und in einer dritten Stellung geleert wird, indem man das Material z.B.in die Regenerierungskammer fallen läßt. Rotierende Ventilbeschickungsvorrichtungen dieser

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Art werden ormälerweise verwendet, um Hackspäne in einen kontinuierlichen Cellulosehalbstoffkocher einzuführen.

Das Gasabsperrmittel am Auslaßende der Regenerierungskammer urafaßt zweckmäßig irgendeine Pumpe. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bzw. werden eine oder mehrere Leitungen zur Flüssigkeitszufuhr, vorzugsweise Wasserzufuhrleitungen, an das Auslaßende der Regenerierungskammer angeschlossen. Wenn der Flüssigkeitsgehal.t der Suspension in der Regenerierungskammer

10vorher nicht ausreichend hoch war, wird z.B. mehr als 90 % Wassei z.B. durch diese Zufuhrleitungen eingeführt, was dazu führt, daß die Materialsuspension selbst mit einem hohen Flüssigkeitsgehalt als Barriere wirkt, die 'jeden merklichen Gasaustritt aus der Regenerierungskammer verhindert oder verhindert, daß Luft in

I5diese hineingezogen wird. Eine Ausführungsleitung ist an den Auslaßteil der Regenerierungskammer angeschlossen,· während das andere Ende der Leitung an eine Pumpe angeschlossen werden kann Die Verwendung einer Pumpe ist jedoch nicht notwendig, da das Material auch mit Hilfe eines in der Regenerierungskammer ange-

20brachten Bodenkratzers wegtansportiert werden kann, wie er in Sauerstoffbleichreaktoren normalerweise verwendet wird. Das Material kann auch durch Schwerkraft oder mittels Überdruck, wenn dieser in der Regenerierungskammer vorliegt, entfernt werden. Um das Material unmittelbar vor, in Verbindung mit oder unmittelbar nach seiner Abführung aus der Regerierierungskammer abzukühlen, ist es zweckmäßig, die Sauerstoffzuführleitung und/oder die Flüssigkeitszufuhrleitung mit Kühlmitteln zu ver sehen. Vorteilhaft ist die Verwendung einer Anordnung zur Gas entfernung, Abkühlung desselben in einem Kühler und Rückführung des Gases zu einer Kühlzone oder einer getrennten Kühlkammer. Man kann auch das äußere Gehäuse des Aus'laßendes der Regenerierungskammer mit Kühlmitteln versehen oder ein Kühlmittel an die Ausführungsleitung anschließen. ■ ' Nach der Behandlung in der oben beschriebenen Vorrichtung wird das Lignocellulosematerial normalerweise zu Vorrichtungen geführt, in welchen es gewaschen wird. Dann wird das Material zu einer alkalischen Delignifizierungsstufe geleitet. Obgleich das bzw. die Delignifizierungsmaterial(ien) nur aus Alkali

bestehen kann bzw. können, wird vorzugsweise zusätzlich auch gasförmiger Sauerstoff eingeführt. In die Delignifizierungsstufe können noch andere Chemikalien eingeführt werden. Wie oben erwähnt, initiiert die Zugabe eines Stickstoffoxids und von Sauerstoff zu einem wasserhaltigen Lignocellulosematerial eine Vielzahl von komplexen Reaktionen. Diese Reaktionen können unterteilt werden in

(1) schnelle Anfangsreaktionen zwischen dem Stickstoffoxid unc lodern Lignin, was u.a. zur Demethylierung des Lignins führt;-

(2) die schnelle Bildung von Salpetersäure, die in Konkurrenz zu (1) erfolgt;

(3) die Reoxidation des reduzierten Stickstoffoxids, z.B. die Oxidation von Stickoxid zu Stickstoffdioxid mit Sauerstoff;

(4) die Regeneration des verbrauchten Stickstoffoxids durch Reaktion zwischen dem modifizierten Lignin, der Salpetersäure und dem gasförmigen Sauerstoff, was zur Bildung einer aktiven Form von Stickstoffoxid führt, die zur weiteren Aktivierung

20des Materials verwendet wird;

(5) die sekundäre Oxidation mit Sauerstoff, vermutlich sowohl des modifizierten Lignins als auch des Stickstoffoxids.

Es wurde gefunden, daß Sauerstoff eine oder mehrere der schnellen Anfangsreaktionen gemäß (1) in einer bisher unbekanr

25ten Weise inhibiert. Darum verringert sich indirekt auch der Umfang der entscheidenden Reaktionen (4) und (5). Dagegen werden die Reaktionen (2), (3) und (5) durch die Anwesenheit von Sauerstoff begünstigt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann man uner-

3owünschte Reaktionenunterdrücken und die gewünschten Reaktioner begünstigen, was zu einer überraschend selektiven Delignifizierung des Lxgnocellulosematerials in der Delignifizierungsstufe im Anschluß an die Vorbehandlungs- oder Aktivierungsstufe führt. Die Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrich-

35tung erlaubt auch eine Rückgewinnung der eingeführten Reaktionschemikalien in äußerst vorteilhafter Weise, und zwar sowohl vom wirtschaftlichen als auch vom Umweltgewichtspunkt aus Da die eingeführten Reaktionschemikalien bis zum Maximum aus-

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genutzt werden, kann die Gesamtmenge der eingeführten Chemik. lien äußerst niedrig gehalten werden, wobei auch die Emission nicht umgesetzter nitroser Gase auf einem Minimum gehalten wird. Dies ist günstig für die Wirtschaftlichkeit und für die Umgebung innerhalb der Cellulosehalbstoffabrik.

Fig. 1 und 2 zeigen die Vorrichtung gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung der Vorrichtung, die zum Akti-₁₀vieren z.B. eines Cellulosehalbstoffs in Porm>einer Suspension mit niedriger Halbstoffkonzentration geeignet ist.

Die Halbstoffsuspension wird in das Gasabsperrmittel 1 eingeführt, das eine Förderschnecke umfaßt. Diese enthält einen perforierten, zylindrischen Mantel, der eine rotierbare, konische Schnecke umhüllt'. Während die Halbstoff suspension entlang der Transportvorrichtung bewegt wird, wird Wasser von dieser ausgepreßt und läuft durch die Perforierungen im Mantel., um sich im Bodenteil der Vorrichtung zu sammeln. Das gesammelte Wasser und möglicherweise etwas Luft werden durch Leitung 2 zu einer Wasserabsperrung 3 zur Entfernung des Wassers durch Leitung 4 geführt. Jegliche ausgepreßte Luft kann vom Kopf der Wasserabsperrung 3 durch eine Leitung und eine daran angeschlossene Vakuumpumpe entfernt werden. Die Wasserabsperrung verhindert, daß Luft wieder in die Förderschnecke 1 eintritt und sich in dieser sammelt. Während die Halbstoffsuspension durch die Transportvorrichtung 1 bewegt wird, wird die Halbstoffkonsistenz von z.B. 5 % auf 30 % erhöht. Dies führt zur Bildung eines praktisch gasdichten ringförmigen Halbstoffpfropfes am Auslaßteil der Forderschnecke 1. In diesem Auslaßteil kann eine regulierbare'Aufhaltevorrichtung angebracht sein. Diese Vorrichtung kann so angebracht sein, daß sie bewirkt, daß der sich fortbewegende Halbstoff durch einen Spalt regulierbarer. Breite läuft, bevor er am Kopf der ersten Reaktionskammer 5 eingeführt wird. Obgleich nicht nötig, wird es dennoch bevorzugt, daß der durch diesen Spalt gepreßte Halbstoff mittels Schwerkraft durch einen Flocker bekannter Konstruktion geleitet wird, so daß sich der Halbstoff in geflecktem Zustand auf eine Halbstoffsäule in der ersten Reaktions-

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kammer 5 absetzt. Nun kommt der Halbstoff mit einem Stickstoff·· oxid, z.B. Stickstoffdioxid, in Berührung, das durch Leitung 6 eingeführt wird. Während seines Durchgangs durch die Kammer 5 reagieren Lignin und Wasser im Halbstoff mit dem Stickstoffdioxid, um u.a. Stickoxid und Salpetersäure zu bilden.

Der Halbstoff fällt mittels Schwerkraft in ein zweites Gasabsperrmittel 7, das ebenfalls die Form einer Förderschnecke hat. Der Halbstoff wird durch diese Vorrichtung bewegt, wobei man eine praktisch konstante Halbstoffkonzentration aufrechterhält, um so einen Halbstoffpfropf zu bilden, der die Förderschnecke entlangbewegt wird. Z.B. durch die oben beschriebenen Anordnungen am Auslaßende der Förderschnecke wird der Halbstoff in geflocktem Zustand zum Kopf der Halbstoffsäule in der Regenerierungskammer 8 geführt. Sauerstoff wird entweder in flüssiger oder_ gasförmiger Form durch Leitung 9 eingeführt.

Es wurde gefunden, daß das Stickstoffdioxid bei den in der ersten Reaktionskammer 5 stattfindenden Reaktionen zu Stickoxid reduziert wird, so daß letzteres Mengen erreichen kann, die einem Drittel der eingeführten- Stickstoffdioxidmenge entsprechen, wobei das Stickstoffdioxid bei der herrschenden Temperatur und dem Druck praktisch inert ist. Die Temperatur liegt normalerweise unter 110⁰C, der Druck ist normalerweise atmosphärischer Druck, vorzugsweise unteratmosphärischer Druck. Wenn die in Kammer 5 gebildete Menge an Stickoxid relativ'gering ist, begleitet praktisch das gesamte Gas den Halbstoff, da es in den durch die Förderschnecke 7 fortbebewegten Halbstoffpfropf einverleibt wird. Neben dem Stickoxid

30wird auch die gebildete und vom Halbstoff absorbierte Salpetersäure damit in die Regenerierungskammer 8 eingeführt. Wenn der eingeführte gasförmige Sauerstoff mit den oben genannten Chemikalien in Berührung kommt, erfolgt die oben genannte zweite Reaktionsphase. So erfolgen die oben beschriebenen Reaktionen

35(1) und (2) hauptsächlich in der Kammer 5, während die Reaktionen (3), (4) und (5) im wesentlichen in Kammer 8 erfolgen. Wenn eine große Menge Stickoxid gebildet wird und sich am Boden von Kammer 5 sammelt, wird zweckmäßig eine geringe Menge

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gasförmiger Sauerstoff zum Boden dieser Kammer eingeführt, um damit die Ausnutzung der Vorteile des Stickoxids in dieser frühen Stufe zu beginnen. Dabei muß gasförmiger Sauerstoff in solch geringen Mengen eingeführt werden, daß man sicher geht, im Kopf von Kammer 5 keine wesentlichen Sauerstoffgaskonzentrationen zu erhalten. Wie oben erwähnt, ist die Anwesenheit von gasförmigem Sauerstoff zusammen mit Stickstoffdioxid während der Anfangsreaktion, d.h. insbesondere im Kopf des Reaktors, äußerst nachteilig. Die notwendige Sauerstoffgasmenge kann aus dem Reaktor 8 entnommen und durch Leitung 10 und 11 zur Kammer 5 geleitet werden. Man kann auch frischen gasför-.migen Sauerstoff durch Leitung 11 einführen. Wie oben erwähnt kann das Gasabsperrmittel anstelle einer Förderschnecke 7 auch die Form einer rotierenden Flügelbeschikkungsanlage oder eines rotierenden Hahns haben. Diese rotierende Flügelbeschickungsanlage hat die Doppelfunktion, Stickoxid und Halbstoff gemeinsam in eine Kammer oder Abteilung derselben aus Kammer 5 in Kammer 8 zu führen und bei dem Rückweg während ihrer Rotation allein das sauerstoffhaltige Gas aus Kammer 8 zu transportieren, wobei dieser Sauerstoff mit dem am Boden von Kammer 5 gesammelten Stickoxid reagiert. Am Boden der Regenerierungskammer 8 wird der Halbstoff z.B. mit Wasser verdünnt; das Wasser wird durch Leitung 12 und 13 eingeführt. Durch Zufuhr von so viel Wasser, daß die Säule de geflockten Halbstoffs auf dem Boden von Kammer 8 in eine flüssige Suspension umgewandelt wird, erhält man eine wirksame Barriere gegen das oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche anwesende Gas. Dies bedeutet, daß nur eine äußerst geringe Gas-30rnenge den Halbstoff aus der Kammer 8 'heraus durch Leitung 14 begleitet. Der Halbstoff wird von Kammer 8 mittels eines darii angebrachten (nicht gezeigten) Bodenkratzers, der mittels Motor 15 angetrieben wird, entfernt. Die entfernte Halbstoffsuspension wird zweckmäßig zu einem Zyklon geführt, wo sie von ihren 35Gasgehalt befreit wird. Dieses abgezogene Gas kann zu einem Reinigungs- und/oder Reaktionsgefäß geleitet werden, bevor es in die umgebende Luft abgelassen wird. Ein Teil des Luftflusses kann durch eine Leitung zu einem Arialyseinstrument geführt

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werden. Zweckmäßig führt auch eine Leitung aus Kammer 5 zu diesem Analyseinstrument.

Wenn anstelle von Stickstoffdioxid Stickoxid durch Leitung 6 zugeführt wird, muß an die erste Reaktionskammer 5 eine Leitung angeschlossen werden, durch welche Sauerstoff in mindestens stöchiometrischen Mengen eingeführt werden kann.

Durch die dargestellte, erfindungsgemäß angeordnete Vorrichtung und insbesondere durch Anpassung der Volumina der beiden Kammern und entsprechende Anbringung der Leitungen, durch wel ehe die Reaktionschemikalien in das System eingeführt werden, ist es möglich, die oben beschriebenen chemischen Reaktionen unter optimalen Bedingungen bezüglich der verwendeten Vorrichtung ablaufen zu lassen. Weiterhin sind eine gute Wirtschaftlichkeit und gute Umweltbedingungen innerhalb der Anlage sichergestellt.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung der Vorrichtung, die geeignet ist, wenn ein Cellulosehalbstoff in Form einer Halbstoffsuspension mittlerer oder hoher Konsistenz aktiviert wird.

Der Cellulosehalbstoff wird in ein Gasabsperrmittel 16 eingeführt, das in dieser Ausführungsform die Form einer Förderschnecke hat. Der Cellulosehalbstoff wird in einen praktisch gasdichten Pfropf umgewandelt, der zum Auslaß ende der Förderschnecke geführt wird. Der Pfropf wird an diesem Auslaßende fein zerteilt und fällt in die erste Reaktionskammer 17 hinunter. Stickstoffdioxid wird zum Kopf der in Kammer 17 gebildeten Halbstoffsäule durch Leitung 18 eingeführt. Angeschlossen an den Boden der Kammer ist eine Leitung 19, durch welche eine Verdünnungsflüssigkeit zum Halb■■

so stoff geführt wird. Die Verdünnungsflüssigkeit kann die aus dem Verfahren erhaltene und Salpetersäure enthaltende Ablauge umfassen. Die verdünnte Halbstoffsuspension wird mittels eines weiteren Gasabsperrmittels 20, das aus einer Förderschnecke besteht,zu Leitung 21 geführt, die an eine Pumpe für dicken

35Halbstoff 22 angeschlossen ist. Dann wird die Halbstoff suspension mittels der Pumpe durch Leitung 23 zum Kopf der Regenerierungskammer 24 geleitet. Der für die zweite Reaktionsphase notwendige, gasförmige Sauerstoff wird durch Leitung 25 ein-

geführt. Dann wird der Halbstoff zu einer Vorrichtung 26 geleitet, in welcher er weiter verdünnt wird. Diese Vorrichtung dient als Gasabsperrmittel oder als Teil eines solchen. Die Verdünnungsflüssigkeit, die die verdünnte, aus dem Verfahren erhaltene Ablauge umfassen kann, wird durch Leitung 27 eingeführt. Der Halbstoff in Form einer Suspension mit niedriger Konzentration wird durch Leitung 28 zu einer Pumpe 29 geführt durch welche er durch Leitung 30 z.B. zu einem oder mehreren Waschfiltern geführt wird.

Wenn sich eine große Menge Stickoxid am Boden der ersten Reaktionskammer 17 gesammelt hat, wird eine geringe, kontrollierte Menge sauerstoffhaltiges Gas eingeführt, das vo Kopf der Kammer 24 entfernt und zum Boden von Kammer 17 durch Leitung 31 eingeführt wird. Wird' anstelle von Stickstoffdioxid Stickoxid in Kammer 17 eingeführt, dann muß Sauerstoff durch eine weitere Leitung in die Kammer geleitet werden. Diese wei tere Leitung kann an Kammer 17 in der Nähe von oder in Verbindung mit· Leitung 18 angeschlossen werden. In diesem Fall kann es auch vorteilhaft s.ein, eine geringe Sauerstoffmenge in den Boden der Kammer 17,· z.B. durch Leitung 31, einzuführen.

Claims

*: ' '"' ·:· ""' · 3402A9C Patentansprüche

1.- Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung eines wasserhaltigen Lignocellulosematerials mit einem Stickstoffoxid und Sauerstoff vor einer alkalischen Delignifizierungsstufe, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung die Kombination aus

a) einer ersten Reaktionskammer (5,17), die sowohl am Einlaßais auch am Auslaßende mit Gasabsperrmitteln (1,7,16,20) versehen ist;

b) einer Regenerierungskammer (8,24) mit einem Volumen, das 2,5 Mal, zweckmäßig 5 Mal und vorzugsweise 10 Mal größer ist als das der ersten Reaktionskammer, wobei das Einlaßende, der Regenerierungskammer mit einem Gasabsperrmittel verbunden ist das stromaufwärts von der Regenerierungskammer an das Auslaßende der Reaktionskammer, vorzugsweise das Auslaßende der ersten Reaktionskammer, angeschlossen ist und wobei das Auslaßende der Regenerierungskammer mit einer Gasabsperrvorrichtunc (14,26) versehen ist,

c) mindestens einer Leitung, die mit Reglern (6,18) für die

Stickstoffoxidzufuhr, angeschlossen an die erste Reaktionskan mer (5,17), vorzugsweise an deren Einlaßende, versehen ist; unc

d) mindestens einer Leitung mit Reglern (9,25) für die Zufuhr von Sauerstoff und/oder einem sauerstoffhaltigen Gas, angeschlossen an die Regenerierungskammer (8,24), vorzugsweise deren Auslaßende, umfaßt.

2.- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Auslaßende der ersten Reaktionskammer (5,17) eine Leitung mit Reglern (11) for die Zufuhr von Sauerstoff und/oder einem sauerstoffhaltigen Gas in diese Kammer angeschlossen ist

3,- Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leitung (10,31) aus der Regenerierungskammer (8, 24) erstreckt.

4.- Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß stromabwärts vom Gasabsperrmittel am Auslaßende der ersten

Reaktionskammer eine Zwischenkammer vorgesehen ist, die eine Leitung zur Zufuhr von Sauerstoff und/oder einem sauerstoffhaltigen Gas und wahlweise auch eine Leitung zur Zufuhr dieses Gases in die erste Reaktionskammer und ebenfalls ein an deren Auslaßende angeordnetes Gasabsperrmittel aufweist.

, JS".- ■ Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasabsperrmittel (1,16) am Einlaßende der ersten Reaktionskammer eine Förderschnecke umfaßt, deren Windungen und Gehäuse so ausgebildet sind, daß sie das Lignocellulosematerial zu einem praktisch gasdichten Pfropf komprimieren. 6.- Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, öaß ein Mittel (19) zum Verdünnen des Lignocellulosematerial mit einer Flüssigkeit zwischen der ersten Reaktionskammer (17 und dem am Auslaßende der Kammer angeordneten Gasabsperrmittel, das die Form einer Förderschnecke (20) und einer Pumpe für dicken Halbstoff (22) oder nur die Form einer Pumpe für dicken Halbstoff hat, Vorgesehen i'st.

7.- Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennze.ichnet, daß das Auslaßende der Regenerierungskammer mit einem Mit tel (26) zum Verdünnen des Lignocellulosematerials mit einer Flüssigkeit und Mitteln (28,29) zur Abgabe des verdünnten Lignocellulosematerials versehen ist, wobei die Anordnung zusammen ein Gasabsperrmittel bildet.

8.- Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühl zone oder ein Kühlmittel in das Auslaßende der Regenerierungskammer einverleibt oder an dieses angeschlossen oder in das System als eine getrennte Kühlkammer stromabwärts von der Regenerierungskammer einverleibt ist.