PROCESS FOR PRODUCING HALF-BLEACHED CELLULOSE PULPS

Abstract: 1. A process for the production of half-bleached cellulose pulps by applying excess oxygen pressure, hydrogen peroxide and sodium silicate in an aqueous alkaline suspension, characterised in that for bleaching and partial delignification, oxygen, hydrogen peroxide and sodium silicate are simultaneously allowed to act on the cellulose pulp.

Description: Verfahren zur Herstellung von halbgebleichten Zellstoffen Halbgebleichte Zellstoffe haben Weissgehalte, die zwischen ungebleichtem und hochgebleichtem Zellstoff liegen. Handels übliche, hochgebleichte Zellstoffe weisen einen Weissgehalt von 88 bis mehr als 90 % Elrepho (R457) auf. Angebleichte und halbgebleichte Zellstoffe betreffen den Bereich zwischen ungebleicht (bei Sulfatzellstoffen 20 bis 30 8 Elrepho, bei Sulfitzellstoffen 50 bis 60 % Elrepho) und ca. 80 bis 88 % Elrepho. Handelsübliche, halbgebleichte Sulfatzellstoffe weisen einen Weissgrad von 70 bis 75 8 Elrepho auf. Halbgebleichte Zellstoffe haben bereits heute einen Markt. Für viele Papierqualitäten sind mittlere Weissgehalte des Zellstoffes durchaus ausreichend. Dazu gehören holzhaltige Produkte, wie Zeitungs- und Illustriertenpapiere sowie am oberen Ende der Skala auch LWC-Papiere (Light-weight-coated papers) und andere gestrichene holzhaltige Qualitäten. Da der Zellstoff in diesen Papiersorten zur Steigerung der Festigkeit eingesetzt wird, beträgt sein Anteil nur zwischen 10 und 50 %. Der resultierende Weissgehalt dieser Papiere wird durch den überwiegend vorhandenen Holzschliffanteil bestimmt. Mit der Zellstoffweisse kann der Gesamtweissgehalt, beispielsweise von Zeitungspapier, nur in sehr begrenztem Umfang angeboten werden. Die Herstellung halbgebleichten Zell stoffs über eine bekannte Bleiche - z.B. C-E-H - bietet jedoch kaum Vorteile für den Produzenten. Der Ausbeuteverlust wird bei der bekannten Bleiche durch den Chlorbedarf der ersten Stufe und die Menge an alkalisch extrahierbarem Material in der darauf folgenden E-Stufe bestimmt. (Das Papier 35, S. V 25 ff (1981). Eine unvollständige Chlorierung bringt keine Vorteile, da der dann verbleibende Ligninanteil entweder zu einem er höhten Hypochlorit-Bedarf mit entsprechend stärkerer Belastung durch diese Stufe führt oder zu einer Braunfärbung des Zellstoffs bei Anwendung von wenig Hypochlorit. Ob der Zellstoff nach den C-E-Stufen mit einer geringen Hypochlorit Menge auf Weissgehalte um 70 % Remission oder mit einer D-E-D Sequenz auf 90 % Remission gebleicht wird, spielt für die Gesamtausbeute und Abwasserbelastung nur eine untergeordnete Rolle. An einem Bleichverfahren, bei dem im Gegensatz zur bekannten Chlorierung das Lignin teilweise erhalten bleibt, aber dennoch eine Weisse von 70 % oder 75 % Remission erreichbar ist, besteht daher grundsätzlich ein erhebliches Interesse. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von halbgebleichten Zellstoffen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Delignifizierung und Bleiche mit Sauerstoffüberdruck bei gleichzeitiger Anwesenheit von Wasserstoff peroxid, Alkali-und Natriumsilikat in wässriger Suspension durchführt. Dabei kann man eine Stoffdichte von 10 bis 30 %, vorzugsweise von 10 bis 20 %, eine Temperatur von 50 bis 1100C, vorzugsweise von 60 bis 900C, einen Sauerstoffdruck von 1 bis 10 bar, vorzugsweise von 2 bis 4 bar, eine Peroxidmenge von 0,25 bis 3 %, vorzugsweise von 0,5 bis 2 %, eine Natronlaugemenge von 1,0 bis 5 %, vorzugsweise von 1 bis 3 % uns eine Natriumsilikatmenge von 1,0 bis 6 %, vorzugsweise von 2 bis 4 % einhalten. In einer Ausführungsform kann man nach dem Einmischen des Sauerstoffs bis zur Peroxid-Zugabe eine Verweilzeit bis zu 60 Minuten bestehen lassen. Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere zur Bleiche von Laub- und Nadelholzsulfit und -sulfat Zellstoff auf Weissgehalte von 40 bis 80 % (Elrepho R 457). Im Gegensatz zur Anwendung bekannter Bleichchemikalien mit den oben beschriebenen Nachteilen bietet die einstufige bekannte Bleiche mit Wasserstoffperoxid erhebliche Vorteile. Unter weitgehendem Erhalt der Ausbeute werden bei Sulfitzellstoffen Weissgehalte von 70 bis 80 % Remission in einer einzigen Behandlungsstufe zugänglich. Nachteilig für die Anwendung des bekannten Verfahrens sind die relativ hohen Kosten des Wasserstoffperoxides, da zum Erreichen dieses Weissbereiches bis zu 3 8 H2O2 aufgewendet werden müssen. (Das Papier 35, S v 25 ff (1981). Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht gegenüber dem bekannten Peroxid-Bleichverfahren deutliche Verringerung des Peroxideinsatzes bei vergleichbaren Resultaten hinsichtlich WeiSgrad, Ausbeute und Festigkeiten. Es wird ein Zellstoff erhalten, der neben einem hohen Ligningehalt einen hohen Weissgrad aufweist, wobei keine Verringerung der Ausbeute erfolgt. Eine besonders einfache Art der Anwendung im technischen Massstab ist die Kombination einer Sauerstoff- und Alkalieinmischung bei mittlerer Stoffdichte mit einer gegebenenfalls direkt anschliessenden Einmischung von Wasserstoffperoxid und Natriumsilikat. Die Zugabe des Sauerstoffes kann über einen Refiner erfolgen. Während der kurzen Verweilzeit des Stoffstromes beim Aufwärtspumpen zu dem Bleichturm in einem Rohr wird durch Sauerstoff eine Teildelignifizierung und eine Oxidation der peroxidverbrauchenden, gelösten organischen Substanzen bewirkt. Wird der Zellstoff anschliessend in einen der üblichen abwärts arbeitenden Türme ausreagieren gelassen, so wird erheblich weniger Peroxid zum Erreichen eines gleichen Weissgehaltes benötigt, wie ohne Sauerstoffzusatz. Eine zeitliche Trennung der Sauerstoff- und-Peroxidzugabe ist ebenfalls möglich. Die Peroxidzugabe zum sauerstoffvorbehandelten Zellstoff kann erst direkt vor dem Turmeingang stattfinden. Eine Waschstufe zwischen beiden Einmischvorgängen kann zwar soll aber nicht vorhanden sein, da durch die übliche Verwendung von Kreislaufwasser dabei nur erneut Peroxidverbraucher eingeschleppt werden. In gleicher Art kann vom Sauerstoffmischer aus direkt in einen Aufwärtsturm gearbeitet werden. Der Arbeitsdruck bei dieser Anwendung liegt bei 2 bis 4 bar. Uberraschenderweise ist es mit dem erfindungsgemässen Verfahren möglich, Kiefern-Sulfat-Zellstoff sowie Sulitzellstoff einstufig auf einen Weissgehalt von ca. 70 % Elrepho (R 457) zu bleichen. Beispiele: Die angegebenen Prozentwerte werden auf ofentrok kenen (ctro) Zellstoff bezogen. Beispiel 1 Ein harter Fichtensulfitzellstoff mit Kappa 28 und Ausgangsweisse 51,9 und Festigkeiten von 5,8 km Reisslänge und 1410 mNm/m Weiterreissarbeit bei 20 SR soll auf einen Weissgehalt von 70 % Remission (Elrepho R 457) gebleicht werden. a) Nach dem Verfahren der bekannten einstufigen Peroxid bleiche werden dabei folgende Chemikalienmengen einge setzt: 2,2 8 H2O2, 1,6 % NaOH und 3,0 % Natriumsilikat-Lösung Bedingungen: 14 % Stoffdichte, 50 C 5 Stdn. Verweilzeit Ergebnisse : Weissgehalt: 70,8 8 Elrepho R 457 Ausbeute : 98,2 % Kappa : 16 Abwasserbelastung (CSB) 50,7 kg O2/bdt Festigkeiten bei 20 SR : Reisslänge 5'3 km Weiterreissarbeit 1230 mNm/m b) Nach dem erfindungsgemässen Verfahren werden folgende Chemikalienmengen benötigt: 1,5 % 11202, 1,4 % NaOH und 3,0 % Natriumsilikat-Lösung Diese Chemikalien werden mit dem ungebleichten Zellstoff unter gleichzeitiger Einwirkung eines Uberdruckes von 3 bar Sauerstoffdruck gemischt, Sauerstoffverbrauch 1,1%. Nach 2 Stdn. bei 75 OC und einer Stoffdichte von 14 % erhält man folgende Resulate: Weissgehalt : 71,3 t Elrepho (R 457) Ausbeute : 98,0 % Kappa : 15 Abwasserbelastung (CSB) : 51,8 kgO2/bdt Festigkeiten bei 20 SR : Reisslänge 5,6 km Weiterreissarbeit 1370 mNm/m Der Peroxidbedarf wird durch das erfindungsgemässe Verfahren um uber 30 % vermindert. Da die Vorteile der Bleiche mit Peroxid, hohe Ausbeute, geringe Abwasserbelastung und gute Festigkeitswerte erhalten bleiben, wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens durch die Anwendung des preiswerten Sauerstoffs erheblich verstärkt. Beispiel 2 Fichten-Magnefite-Zellstoff für die Anwendung in Zeitungspapier soll auf einen Weissgehalt von 60 gebleicht werden. Die Ausgangsweisse liegt bei 50,7, Kappa bei 32 und die Festigkeiten bei 20 SR bei 8,1 km Reisslänge und 1210 mNm/m Weiter reissarbeit. a) Die Bleiche wird nach dem bekannten Verfahren der einstu figen Peroxidbleiche durchgeführt mit: 1,25 % H202, 1,2 % NaOH und 3,0 % Natriumsilikat-Lösung Bedingungen: 12% Stoffd., 600C, 4 Stdn. Reaktionszeit Ergebnisse : Weissgehalt : 61,3 % Elrepho (R 457) Ausbeute : 97,8 * Kappa : 24 Festigkeiten bei 20 SR : 7,3 km Reisslänge 1360 mNm/m Weiterreissarbeit b) Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird derselbe Zell stoff wie folgt gebleicht: 0,75 % 11202, 1,1 % NaOH und 3,0 % Natriumsilikat-Lösung werden in einer Sauerstoffeinmischerapparatur bei einem Sauerstoffpartialdruck von 2 bar mit dem Zellstoff umge setzt. Sauerstoffverbrauch 1,2 % bez. auf Zellstoff. Nach 10 Minuten Reaktionszeit in einem Steigrohr wird drucklos in einem Turm zuendegebleicht. Ergebnisse : WeiSgehalt : 61,6 (R 457) Ausbeute : 97,6 % Kappa : 18 Festigkeiten bei 20 SR : 7,5 km Reisslänge 1370 mNm/m Weiterreissarbeit Beispiel 3 Kiefern-Sulfatzellstoff soll einstufig auf einen Weiss gehalt von) 50 gebleicht werden. Die Ausgangsweisse beträgt 23,4, die Kappa-Zahl 37 a) Nach dem bekannten Verfahren der einstufigen Peroxidbleiche werden 2,8 % H202, 2,2 8 NaOH und 3,5 % Natriumsilikat Lösung eingesetzt. Bedingungen: 12 % Stoffd. 600C, 5 Stdn. Reaktions zeit Ergebnisse : Weissgehalt 50,3 % Elrepho (R 457) Ausbeute : 98,0 % Kappa : 22 b) Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird wie folgt ge arbeitet: 22 % NaOH werden bei 14 % Stoffdichte, 85 "C und einem Sauerstoffpartialdruck von 3 bar mit dem Zellstoff ge mischt. Der Sauerstoffverbrauch liegt bei 1,8 % bez. auf Zellstoff. Nach einer Reaktionszeit von 5 Minuten (= Ver weilzeit im Reaktionsrohr) werden in einem zweiten Mischer 1,8 % H202 und 3,5 % Natriumsilikatlösung zugegeben. Da bei sinkt die Stoffdichte auf 12 8, die Temperatur auf 80"C. Nach 90 Minuten erhält man folgendes Ergebnis: Weissgehalt : 51-,5 % Elrepho (R 457) Ausbeute : 97,6 % Kappa : 18 Beispiel 4 Kiefern-Sulfatzellstoff soll einstufig auf einen Weissgehalt um 70 (R 457) gebleicht werden. Nach dem bekannten Bleichverfahren mit nur einer Peroxidstufe ist dies nicht möglich. Weissgehalte 55 sind von der Ausgangsweisse 23,4 und mit einer Kappa-Zahl von 37 nicht zu erreichen. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren ist das gewünschte Weissniveau jedoch wie folgt zu erreichen: Bei einer Stoffdichte von 25 %, einer Temperatur von 1000C wird der Zellstoff mit 3,0 % NaOH gemischt. Ein Sauerstoffpartialdruck von 7 bar wird während einer Reaktionszeit von 90 Minuten aufrechterhalten (Verbrauch 2,1 %). Direkt nach dem Reaktor wird der Zellstoff mit 1,8 % H202 und 4,0 % Natriumsilikatlösung gemischt. Eine Stoffdichte von 18 % wird eingestellt. Die Temperatur sinkt dabei auf 83"C. Nach einer Stufe Verweilzeit ergibt sich folgendes Resultat: Weissgehalt : 68,8 e Elrepho (R 457) Ausbeute : 96,3 % Kappa : 13 Dieser Zellstoff ist für die Anwendung als Zellstoffanteil in Zeitungs-, Illustrierten- und LWC-Papieren hervorragend geeignet. Dabei wurde bei der Bleiche nicht nur im Vergleich zu konventionellen Bleichverfahren wie z.B. CEH eine um 4 % höhere Bleichausbeute, sondern auch eine um 50 % geringere Abwasserbelastung erreicht. Letztere enthält zudem keine chlorierten Verbindungen.

Claims: Verfahren zur Herstellung von halbgebleichten Zellstoffeln Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von halbgebleichten Zellstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bleiche mit Sauerstoff Überdruck bei gleichzeitiger¯ Anwesenheit von Wasserstoffper oxid, Alkali und Natriumsilikat in wässriger Suspension durchführt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Stoffdichte von 10 bis 30 %, eine Temperatur von 50 bis 110 "C, einen Sauerstoffdruck von 1 bis 10 bar, eine Peroxidmenge von 0,25 bis 3 %, eine Natronlauge menge von 1,0 bis 5 %, und eine Natriumsilikatmenge von 1,0 bis 6 % einhält. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man nach Einmischen des Sauerstoffs bis zur Peroxid Zugabe eine Verweilzeit bis zu 60 Minuten bestehen lassen kann.

Inventors: KRUGER, HORST, DR., SCHMIDT, KURT, SUSS, HANS ULRICH, DR., Krüger, Horst, Dr., Süss, Hans Ulrich, Dr.
Applicants: DEGUSSA AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: D21C9
IPC codes: D21C9