EP0224470A1 - Process for producing cellulose pulp from fibrous plant material - Google Patents

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EP0224470A1
EP0224470A1 EP86890323A EP86890323A EP0224470A1 EP 0224470 A1 EP0224470 A1 EP 0224470A1 EP 86890323 A EP86890323 A EP 86890323A EP 86890323 A EP86890323 A EP 86890323A EP 0224470 A1 EP0224470 A1 EP 0224470A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bar
extraction
weight
liquid
pressure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP86890323A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Claus Dr. Zettl
Robert Dr. Fischer
Herman F. Dr. Mark
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Neusiedler AG fur Papierfabrikation
Original Assignee
Neusiedler AG fur Papierfabrikation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Neusiedler AG fur Papierfabrikation filed Critical Neusiedler AG fur Papierfabrikation
Publication of EP0224470A1 publication Critical patent/EP0224470A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C1/00—Pretreatment of the finely-divided materials before digesting
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C3/00—Pulping cellulose-containing materials
    • D21C3/20—Pulping cellulose-containing materials with organic solvents or in solvent environment

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of pulp from plant fiber material by separation of cellulose and lignin or lignin-like substances, the plant fiber material with an extraction liquid which is essentially by one or more of the C1 to C4 alcohols, optionally with the addition of up to 80% by weight, preferably 20% by weight to 60% by weight, in particular 40% by weight to 60% by weight of water, based on the weight of the extraction liquid, is formed at temperatures from 150 ° C. to 250 ° C. ° C, preferably from 180 ° C to 220 ° C, and pressures from 10 bar to 50 bar, preferably from 20 bar to 40 bar, is treated in one or more stages over a period of 20 minutes to 120 minutes.
  • an extraction liquid which is essentially by one or more of the C1 to C4 alcohols, optionally with the addition of up to 80% by weight, preferably 20% by weight to 60% by weight, in particular 40% by weight to 60% by weight of water, based on the weight of the extraction liquid, is formed at temperatures from 150 °
  • aqueous alcohols are used as the digestion liquids.
  • aqueous alcohols are used as the digestion liquids.
  • a batch of wood chips or other vegetable fiber material is mixed with an alcohol-water mixture in an extraction vessel at a relatively low temperature, approximately room temperature, and then extracted with heat.
  • Ethanol is usually used as the alcohol. All low alcohols with 1 to 4 carbon atoms in the molecule and mixtures of these alcohols are suitable for this.
  • the extraction liquid can consist of alcohol alone, it usually contains 20% to 80% water by weight.
  • the cellulose-containing material is treated in a succession of extraction or cooking processes step by step with less and less loaded extraction solution until it is treated with fresh extraction solution in the last stage.
  • a value of 150 ° C to 250 ° C is generally chosen as the extraction temperature, which is why it is necessary to work under an appropriate pressure.
  • this known method is disadvantageous in that it only ensures good results with hardwoods, whereas soft wood, such as spruce, fir, pine or the like, cannot therefore be used to obtain useful pulp, since excessive lignin deposition takes place.
  • this method generally shows severe restrictions in the separation of lignin and in the quality and feasibility of bleaching the pulp. There is a risk that the pulp fibers will be attacked and broken down.
  • the recovery of the expensive solvent is when it is not carefully recycled, causes environmental pollution, creates difficulties.
  • the separation of the lignin fraction from the solvent is problematic. For the reasons given, this method has only been used to a limited extent.
  • the vegetable fiber material is impregnated with a liquid, which is likewise essentially formed by one or more C1 to C4 alcohols, before the extraction begins, the impregnation in a manner known per se by means of a pulsating Pressure process, preferably under pressures in the range of 0.2 bar to 50 bar, and preferably at a temperature up to about 60 ° C.
  • the pulsating impregnation process achieves the following special effects:
  • the pulp is protected from degradation and impairment during the subsequent extraction steps;
  • Cellulose, hemicellulose and lignin are much better separable from each other and can be obtained individually; this additional process step does not cause any air or water pollution or causes solid waste.
  • the plant fiber material is introduced into the process in the form of wood chips, fiber bundles or mechanically divided stems or stems and freed from air and moisture by the impregnation.
  • the impregnation is preferably carried out in such a way that the material is first evacuated to a pressure below atmospheric pressure, then the impregnation solution is added at excess pressure, and the pressure is then alternately relaxed to atmospheric pressure and is subjected to excess pressure with the addition of impregnation liquid.
  • the material is preferably subjected to 5 to 15, in particular approximately 10, vacuum and overpressure treatments, each of which lasts 1 minute to 5 minutes, preferably approximately 2 minutes.
  • the impregnation liquid consists of a low alcohol, which is mostly used as a mixture with water.
  • the water content which can be up to 80% by weight, based on the impregnating liquid, is preferably in the range from 20% by weight to 60% by weight, in particular approximately 40% by weight to 60% by weight.
  • Particularly suitable as alcohol is ethanol due to its easy availability and its lack of reactivity with the cellulose contained in the plant fiber material.
  • methanol, propanol, isopropanol and butanols can also be used. Because during pulp formation mostly forms a small amount of methanol in the course of the process, the recycled solvent from the extraction stage usually also contains some methanol.
  • the moisture content of the chips of the starting material is between 30% and 50% by weight.
  • the material is subjected to a succession of extractions in which it is quickly brought to elevated temperatures. It is common to work at temperatures from 150 ° C to 250 ° C.
  • the extraction temperature is preferably from 180 ° C. to 220 ° C.
  • the excess pressure is set to 10 bar to 50 bar, preferably to about 20 bar to 40 bar.
  • the extraction time is from 20 minutes to 120 minutes, preferably from 30 minutes to 60 minutes.
  • the extraction can take place in a single container or in a cascade arrangement with preferably three to four containers.
  • pulp formation is incomplete when the pH is above 4.0 by separating fibers and lignins, the extraction is preferably carried out at a pH below 4.0.
  • a wide variety of acids such as acetic acid, oxalic acid, toluenesulfonic acid, sulfuric acid and phosphoric acid can be added for this purpose.
  • Sulfuric acid is the easiest to use and obtain.
  • the optimal pH was found to be in the range from 1.5 to 3.0, preferably from 1.8 to 2.2.
  • Temperature 150 ° C to 250 ° C, preferably 180 ° C to 220 ° C Pressure: 10 bar to 50 bar, preferably 20 bar to 40 bar Time: 2 minutes to 120 minutes, preferably 30 minutes to 60 minutes pH. 1.5 to 3.0, preferably 1.8 to 2.2 Alcohol / water: 100/0 to 50/50, preferably 80/20.
  • pulps with good kappa values and high viscosities are obtained in a static reactor with a satisfactory yield.
  • the test conditions are adapted to the type of material, the size of the chips, the degree of its distribution and the pre-impregnation.
  • the fiber material is first impregnated in all containers.
  • the impregnation liquid is then drawn off and hot liquid is introduced into the first container, which liquid acts at a suitable temperature and given pressure for a suitable period of time.
  • the liquid contained in the first container is then transferred to a second container and a fresh alcohol-water mixture is introduced into the first container.
  • the cooking liquid is transferred from one container to a subsequent container, whereupon it is saturated with extracted lignin and the various hemicelluloses.
  • the autoclave After the last evacuation step, which takes place about 40 minutes after the start of the experiment, the autoclave is filled with extraction liquor at 150 ° C. and is pressurized to 20 bar. The pH of the liquid is around 2.5. The autoclave and its contents are then shaken for a period of 60 minutes. After cooling to 30 ° C. and relaxation, the chips are transferred to a processing kettle and washed with water for 20 minutes.
  • the autoclave is filled with cooking liquid at a temperature of 230 ° C and shaken under a pressure of 40 bar for 100 minutes. It is then relaxed and cooled, whereupon the contents are transferred to a kettle and washed several times with water.
  • the third example is therefore carried out under conditions that lie between those of the first two examples.
  • the autoclave After the dewatering phase to a water content of less than 0.1% by weight, the autoclave is filled with cooking liquor which has the same composition as the impregnation liquid. Then the cooking process takes place at a temperature of 190 ° C to 200 ° C, a pH of 2.2, a pressure of 50 bar for a period of 30 minutes. The autoclave is also shaken vigorously during the cooking process. After the process has ended, the pressure is released and the mixture is cooled. The food is placed in a kettle and washed several times with water. The chips are light brown in color and can be fiberized by moderate mechanical action such as pressing and rubbing, producing fine, somewhat splintered cellulose fibers.
  • the yield based on dry schnitzel is 48%.
  • the pulp has a kappa value of 34 and a viscosity of 16. 800 g of cellulose fibers are obtained, from which sheets with good values for strength, elongation and Elmendorf are made. This shows that the in this case selected experimental conditions are in the range of practical application of the method according to the invention.
  • the condition of the wood used - here beech wood - must of course be taken into account with regard to its origin, the time of felling (season) and the duration and type of storage. Since the optimal test conditions are influenced by these circumstances, they must be determined by preliminary tests in the laboratory.
  • the pressure values are between 0.2 and 50 bar, the number of pressure surges between 8 and 12 and the periods of pressurization between 3 min and 5 min.
  • pressure can be applied limits between 0.4 and 20 bar in six pressure surges a residual water content of less than 0.1% can be achieved.
  • the impregnation solution consists of 70 parts by weight of alcohol, 30 parts by weight of water and 1.8 parts by weight of sulfuric acid.
  • a cooking liquid formed by the same constituents is injected at a temperature of 190 ° C. under a pressure of 40 bar and the system is shaken for 10 minutes. The spread schnitzels are then washed. The yield is 46%. The pulp obtained has a kappa value of 60 and a viscosity of 12.
  • test sheets produced in the laboratory show a tear length of 6000 m, a burst pressure of 35 N / cm2, a double fold number of 340 and a viscosity of 280 mP.
  • test conditions observed in this example therefore lead to technically usable cellulose.
  • Example 4 The experimental arrangement described in Example 4 is used for spruce wood in six further examples, the parameters and general results of which are summarized in Table 3.
  • TAPPI T 404 Appearance cooked normally Tear length
  • TAPPI T 423 5600 Number of folds
  • TAPPI T 423 1100 Bursting pressure
  • TAPPI T 403 36 Elmendorf

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  • Paper (AREA)

Abstract

<SD0 ABE> The invention relates to such a process involving separation of cellulose and lignin or lignin-like materials in which the fibrous plant material is treated with an extraction fluid consisting for the most part of one or more C1 - C4 alcohols, if necessary with the addition of up to 80% of water by weight. The treatment takes place at temperatures of 150 DEG C to 250 DEG C and pressures of 10 bar to 50 bar over a period of from 20 minutes to 120 minutes in one or more stages. Before commencement of the extraction, the fibrous plant material is impregnated with a fluid which similarly consists of one or more C1 - C4 alcohols, the impregnation being carried out using a pulsating pressure process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff aus Pflanzenfasermaterial durch Trennung von Zellulose und Lignin bzw. ligninartigen Stoffen, wobei das Pflanzenfaser­material mit einer Extraktionsflüssigkeit, die im wesentlichen durch einen oder mehrere der C₁- bis C₄-Alkohole, gegebenenfalls unter Zusatz von bis zu 80 Gew.-%, vorzugsweise 20 Gew.-% bis 60 Gew.-%, insbesondere 40 Gew.-% bis 60 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gewicht der Extraktionsflüssigkeit gebildet ist, bei Temperaturen von 150°C bis 250°C, vorzugsweise von 180°C bis 220°C, und Drücken von 10 bar bis 50 bar, vorzugsweise von 20 bar bis 40 bar, während eines Zeitraumes von 20 min bis 120 min in einer oder mehreren Stufen behandelt wird.The invention relates to a process for the production of pulp from plant fiber material by separation of cellulose and lignin or lignin-like substances, the plant fiber material with an extraction liquid which is essentially by one or more of the C₁ to C₄ alcohols, optionally with the addition of up to 80% by weight, preferably 20% by weight to 60% by weight, in particular 40% by weight to 60% by weight of water, based on the weight of the extraction liquid, is formed at temperatures from 150 ° C. to 250 ° C. ° C, preferably from 180 ° C to 220 ° C, and pressures from 10 bar to 50 bar, preferably from 20 bar to 40 bar, is treated in one or more stages over a period of 20 minutes to 120 minutes.

Es ist bekannt, zur Gewinnung von Zellstoff zellulosehaltige Pflanzenfasermaterialien mittels sulfidischer oder sulfatischer Lösungen aufzuschließen. Mittels dieser Verfahren kann aus jeglichen zellulosehaltigen Materialien, insbesondere aus Hart­hölzern und Weichhölzern, Zellstoff gewonnen werden. Aus der AT-PS Nr. 372 425 ist es in diesem Zusammenhang weiters bekannt, das zellulosehaltige Pflanzenfasermaterial vor dem Extrahier­vorgang in einem pulsierenden Verfahren zu imprägnieren, wodurch in diesem enthaltene Luft- und Feuchtigkeitseinschlüsse beseitigt werden. Hierdurch ist das Extraktionsverfahren wirkungsvoller durchführbar. Diese bekannten Verfahren sind jedoch deshalb äußerst nachteilig, da sie schwere Umweltbelastungen bedingen.It is known to digest cellulose-containing plant fiber materials by means of sulfidic or sulfate solutions to obtain pulp. By means of these processes, cellulose can be obtained from any cellulose-containing materials, in particular from hardwoods and softwoods. In this context, it is also known from AT-PS No. 372 425 to impregnate the cellulose-containing plant fiber material in a pulsating process before the extraction process, as a result of which air and moisture inclusions contained therein are eliminated. As a result, the extraction process can be carried out more effectively. However, these known methods are extremely disadvantageous because they cause severe environmental pollution.

Diese Nachteile werden vermieden, wenn als Aufschlußflüssigkeiten wässerige Alkohole verwendet werden. So ist z.B. aus der US-PS 4 100 016 ein Verfahren bekannt, gemäß welchem eine Charge von Holzschnitzeln oder eines anderen Pflanzenfaser­materials in einem Extraktionsgefäß bei relativ niedriger Temperatur, etwa Raumtemperatur, mit einer Alkohol-Wasser-­Mischung versetzt und hierauf unter Hitze extrahiert wird. Als Alkohol wird üblicherweise Ethanol verwendet. Es eignen sich hierfür alle niedrigen ALkohole mit 1 bis 4 C-Atomen im Molekül sowie Mischungen dieser Alkohole. Wenngleich die Ex­traktionsflüssigkeit aus dem Alkohol allein bestehen kann, enthält sie in der Regel 20 Gew.-% bis 80 Gew.-% Wasser. Dabei wird das zellulosehaltige Material in einer Aufeinanderfolge von Extraktions- bzw. Kochvorgängen schrittweise mit immer weniger beladener Extraktionslösung behandelt, bis es in der letzten Stufe mit frischer Extraktionslösung behandelt wird. Als Extraktionstemperatur wird in der Regel ein Wert von 150°C bis 250°C gewählt, weshalb unter einem entsprechenden Druck gearbeitet werden muß.These disadvantages are avoided if aqueous alcohols are used as the digestion liquids. For example, from the US Pat. No. 4,100,016 discloses a process according to which a batch of wood chips or other vegetable fiber material is mixed with an alcohol-water mixture in an extraction vessel at a relatively low temperature, approximately room temperature, and then extracted with heat. Ethanol is usually used as the alcohol. All low alcohols with 1 to 4 carbon atoms in the molecule and mixtures of these alcohols are suitable for this. Although the extraction liquid can consist of alcohol alone, it usually contains 20% to 80% water by weight. The cellulose-containing material is treated in a succession of extraction or cooking processes step by step with less and less loaded extraction solution until it is treated with fresh extraction solution in the last stage. A value of 150 ° C to 250 ° C is generally chosen as the extraction temperature, which is why it is necessary to work under an appropriate pressure.

Dieses bekannte Verfahren ist jedoch insoferne nachteilig, als es nur bei Harthölzern gute Resultate gewährleistet, wo­gegen bei Weichhölzern, wie Fichte, Tanne, Föhre od.dgl., deshalb kein brauchbarer Zellstoff gewonnen werden kann, da eine zu starke Rückablagerung von extrahiertem Lignin erfolgt. Außerdem zeigen sich bei diesem Verfahren allgemein in der Ligninabtren­nung sowie in der Qualität und Durchführbarkeit der Bleichung des Zellstoffes starke Beschränkungen. So besteht die Gefahr, daß die Zellstoff-Fasern angegriffen und abgebaut werden. Außer­dem ist die Rückgewinnung des teuren Lösungsmittels, das, wenn es nicht sorgfältig rezykliert wird, Umweltbelastungen bedingt, mit Schwierigkeiten verbunden. Zudem ist die Trennung der Lignin­fraktion aus dem Lösungsmittel problematisch. Aus den angeführten Gründen hat dieses Verfahren nur beschränkt Anwendung gefunden.However, this known method is disadvantageous in that it only ensures good results with hardwoods, whereas soft wood, such as spruce, fir, pine or the like, cannot therefore be used to obtain useful pulp, since excessive lignin deposition takes place. In addition, this method generally shows severe restrictions in the separation of lignin and in the quality and feasibility of bleaching the pulp. There is a risk that the pulp fibers will be attacked and broken down. In addition, the recovery of the expensive solvent is when it is not carefully recycled, causes environmental pollution, creates difficulties. In addition, the separation of the lignin fraction from the solvent is problematic. For the reasons given, this method has only been used to a limited extent.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß das Pflanzenfasermaterial vor dem Beginn der Extraktion mit einer Flüssigkeit, die im wesentlichen gleichfalls durch einen oder mehrere C₁- bis C₄-Alkohole gebildet ist, imprägniert wird, wobei die Imprägnierung in an sich bekannter Weise mittels eines pulsierenden Druckverfahrens, vorzugsweise unter Drücken im Bereichvon 0,2 bar bis 50 bar, und vorzugsweise bei einer Temperatur bis etwa 60°C vorgenommen wird.These disadvantages are avoided according to the invention in that the vegetable fiber material is impregnated with a liquid, which is likewise essentially formed by one or more C₁ to C₄ alcohols, before the extraction begins, the impregnation in a manner known per se by means of a pulsating Pressure process, preferably under pressures in the range of 0.2 bar to 50 bar, and preferably at a temperature up to about 60 ° C.

Durch das pulsierende Imprägnierverfahren werden folgende be­sonderen Effekte erzielt:
Der Zellstoff wird vor Abbau und Beeinträchtigung während der nachfolgenden Extraktionsschritte geschützt;
Zellulose, Hemizellulose und Lignin sind wesentlich besser voneinander trennbar und einzeln gewinnbar;
durch diesen zusätzlichen Verfahrensschritt wird keinerlei Luft- oder Wasserverschmutzung verursacht bzw. fällt kein fester Abfall an.The pulsating impregnation process achieves the following special effects:
The pulp is protected from degradation and impairment during the subsequent extraction steps;
Cellulose, hemicellulose and lignin are much better separable from each other and can be obtained individually;
this additional process step does not cause any air or water pollution or causes solid waste.

Es wurde auch gefunden, daß durch das erfindungsgemäße Imprägnier­verfahren der Zerfall der Schnitzel während der Extraktion begünstigt wird. Hierdurch wird eine Nachbehandlung der nicht völlig zerteilten Schnitzel überflüssig. Zudem wird die Wieder­aufbereitung des Lösungsmittels bzw. des Lösungsmittelgemisches erleichtert.It was also found that the decay of the chips during the extraction is promoted by the impregnation process according to the invention. This does not result in post-treatment completely cut up schnitzel superfluous. In addition, the reprocessing of the solvent or the solvent mixture is facilitated.

Das Pflanzenfasermaterial wird in Form von Holzschnitzeln, Faserbündeln oder mechanisch zerteilten Stämmen oder Stengeln in das Verfahren eingebracht und durch die Imprägnierung von Luft und Feuchtigkeit befreit. Die Imprägnierung erfolgt vor­zugsweise derart, daß das Material zuerst auf einen unterhalb des Atmosphärendruckes liegenden Druck evakuiert wird, hierauf bei Überdruck mit der Imprägnierlösung versetzt wird und in der Folge abwechselnd auf Atmosphärendruck entspannt und unter Zusatz von Imprägnierflüssigkeit unter Überdruck gesetzt wird.The plant fiber material is introduced into the process in the form of wood chips, fiber bundles or mechanically divided stems or stems and freed from air and moisture by the impregnation. The impregnation is preferably carried out in such a way that the material is first evacuated to a pressure below atmospheric pressure, then the impregnation solution is added at excess pressure, and the pressure is then alternately relaxed to atmospheric pressure and is subjected to excess pressure with the addition of impregnation liquid.

Vorzugsweise wird das Material 5 bis 15, insbesondere etwa 10 Unter- und Überdruckbehandlungen, deren jede 1 min bis 5 min, vorzugsweise etwa 2 min, dauert, unterzogen.The material is preferably subjected to 5 to 15, in particular approximately 10, vacuum and overpressure treatments, each of which lasts 1 minute to 5 minutes, preferably approximately 2 minutes.

Die Imprägnierflüssigkeit besteht aus einem niedrigen Alkohol, der meist als Mischung mit Wasser eingesetzt wird. Der Wasser­gehalt, der bis zu 80 Gew.-% bezogen auf die Imprägnierflüssig­keit betragen kann, liegt bevorzugt in der Größenordnung von 20 Gew.-% bis 60 Gew.-%, insbesondere bei etwa 40 Gew.-% bis 60 Gew.-%. Als Alkohol eignet sich aufgrund seiner leichten Verfügbarkeit und seiner mangelnden Reaktionsfähigkeit mit der im Pflanzenfasermaterial enthaltenenen Zellulose insbesondere Ethanol. Es sind aber auch Methanol, Propanol, Isopropanol und Butanole verwendbar. Da sich während der Pulpenbildung im Zuge des Verfahrens meist eine geringe Menge Methanol bildet, enthält das rezyklierte Lösungsmittel aus der Extraktionsstufe meist auch etwas Methanol.The impregnation liquid consists of a low alcohol, which is mostly used as a mixture with water. The water content, which can be up to 80% by weight, based on the impregnating liquid, is preferably in the range from 20% by weight to 60% by weight, in particular approximately 40% by weight to 60% by weight. . Particularly suitable as alcohol is ethanol due to its easy availability and its lack of reactivity with the cellulose contained in the plant fiber material. However, methanol, propanol, isopropanol and butanols can also be used. Because during pulp formation mostly forms a small amount of methanol in the course of the process, the recycled solvent from the extraction stage usually also contains some methanol.

Durch das erfindungsgemäße Imprägnierverfahren werden sämtliche Leerräume und Kapillaren des Fasermaterials mit Flüssigkeit gefüllt, wodurch beim anschließenden Extraktionsverfahren die Wirkung der Extraktionsflüssigkeit deutlich verbessert wird. Weiters wird ein Zelluloseabbau, der bisher bei den Extraktions­verfahren stets auftrat, vermieden. Zudem ist die entsprechende Pulpe von ausgezeichneter Qualität und ist sie leicht auf hohen Weißgrad zu bleichen. Schließlich ist die Zelluloseausbeute sehr hoch.By means of the impregnation process according to the invention, all empty spaces and capillaries of the fiber material are filled with liquid, whereby the effect of the extraction liquid is significantly improved in the subsequent extraction process. Furthermore, cellulose degradation, which has always occurred in the extraction process, is avoided. In addition, the corresponding pulp is of excellent quality and is easy to bleach to a high degree of whiteness. Finally, the cellulose yield is very high.

In der Regel liegt der Feuchtigkeitsgehalt der Schnitzel des Ausgangsmaterials zwischen 30 Gew.-% und 50 Gew.-%. Nach der Behandlung mit absolutem Alkohol und Bestimmung des spezifischen Gewichtes des Ausgangsmaterials vor und nach der Imprägnierung wurde festgestellt, daß im wesentlichen die ganze Luft und das gesamte Wasser, die im Material zu Beginn enthalten waren, durch Alkohol ersetzt wurden.As a rule, the moisture content of the chips of the starting material is between 30% and 50% by weight. After the treatment with absolute alcohol and the determination of the specific gravity of the starting material before and after the impregnation, it was found that essentially all of the air and all of the water contained in the material were replaced by alcohol.

Nach der Imprägnierstufe wird das Material einer Aufeinander­folge von Extraktionen unterworfen, in denen es rasch auf er­höhte Temperaturen gebracht wird. Es ist üblich, bei Temperaturen von 150°C bis 250°C zu arbeiten. Bevorzugt liegt die Extraktions­temperatur bei 180°C bis 220°C.After the impregnation step, the material is subjected to a succession of extractions in which it is quickly brought to elevated temperatures. It is common to work at temperatures from 150 ° C to 250 ° C. The extraction temperature is preferably from 180 ° C. to 220 ° C.

Der Überdruck wird auf 10 bar bis 50 bar, vorzugsweise auf etwa 20 bar bis 40 bar, eingestellt. Die Extraktionsdauer liegt in einem Zeitraum von 20 min bis 120 min, vorzugsweise bei 30 min bis 60 min.The excess pressure is set to 10 bar to 50 bar, preferably to about 20 bar to 40 bar. The extraction time is from 20 minutes to 120 minutes, preferably from 30 minutes to 60 minutes.

Die Extraktionsflüssigkeit ist der Imprägnierflüssigkeit weit­gehend ähnlich . Sie kann etwas mehr Wasser enthalten als die Imprägnierflüssigkeit, da sich letztere während des Imprägnier­verfahrens mit dem im rohen Fasermaterial enthaltenden Wasser anreichert. Nach der Imprägnierung kann die Auftrennung von Zellstoff oderLignin mit minimaler Wiederablagerung von extrahiertem, polymerisierten Lignin z.B. in den folgenden drei Stufen erfolgen:

  • 1) In ein Extraktionsgefäß, in dem eine Charge faserigen Pflanzen­materials, wie Holzschnitzel, enthalten ist, wird bei relativ niedriger Temperatur eine Alkohol-Wasser-Mischung eingebracht.
  • 2) Hierauf wird die Charge in einer ersten Extraktionsstufe durch Rückführung heißer Lösung rasch auf die erforderliche Temperatur gebracht, wodurch der primäre Extraktionsschritt nahezu isotherm verläuft.
  • 3) Anschließend erfolgt eine Reihe von aufeinanderfolgenden Extraktionsschritten, in denen die Charge mit aufeinander­folgend reineren Alkohol-Wasser-Mischungen unter isothermen Bedingungen behandelt wird, worauf eine abschließende Extraktion oder Waschung mit frischer Flüssigkeit erfolgt.
The extraction liquid is largely similar to the impregnation liquid. It can contain a little more water than the impregnation liquid, since the latter is enriched with the water contained in the raw fiber material during the impregnation process. After impregnation, pulp or lignin can be separated with minimal redeposition of extracted, polymerized lignin, for example in the following three stages:
  • 1) An alcohol-water mixture is introduced at a relatively low temperature into an extraction vessel containing a batch of fibrous plant material, such as wood chips.
  • 2) The batch is then quickly brought to the required temperature in a first extraction stage by returning hot solution, as a result of which the primary extraction step is almost isothermal.
  • 3) This is followed by a series of successive extraction steps in which the batch is treated with successively purer alcohol-water mixtures under isothermal conditions, followed by a final extraction or washing with fresh liquid.

Die Extraktion kann in einem einzigen Behälter oder in einer Kaskadenanordnung mit vorzugsweise drei bis vier Behältern erfolgen.The extraction can take place in a single container or in a cascade arrangement with preferably three to four containers.

Da bei einem pH-Wert von über 4,0 eine nur unvollständige Pulpenbildung, durch Trennung von Fasern und Ligninen erfolgt, wird die Extraktion vorzugsweise bei einem pH-Wert von unter 4,0 durchgeführt. Hierfür können verschiedenste Säuren, wie Essigsäure, Oxalsäure, Toluolsulfonsäure, Schwefelsäure und Phosphorsäure, zugesetzt werden. Dabei ist Schwefelsäure die am einfachsten anwendbare und erhältliche Säure. Als optimaler pH-Wert erwies sich ein solcher im Bereich von 1,5 bis 3,0, vorzugsweise von 1,8 bis 2,2.Since pulp formation is incomplete when the pH is above 4.0 by separating fibers and lignins, the extraction is preferably carried out at a pH below 4.0. A wide variety of acids such as acetic acid, oxalic acid, toluenesulfonic acid, sulfuric acid and phosphoric acid can be added for this purpose. Sulfuric acid is the easiest to use and obtain. The optimal pH was found to be in the range from 1.5 to 3.0, preferably from 1.8 to 2.2.

In der folgenden Tabelle sind die optimalen Bedingungen der Extraktion nach vorhergegangener Imprägnierung angeführt:The following table shows the optimal conditions for extraction after previous impregnation:

Tabelle 1Table 1

Temperatur: 150°C bis 250°C, vorzugsweise 180°C bis 220°C
Druck: 10 bar bis 50 bar, vorzugsweise 20 bar bis 40 bar
Zeit: 2 min bis 120 min, vorzugsweise 30 min bis 60 min
pH. 1,5 bis 3,0, vorzugsweise 1,8 bis 2,2
Alkohol/Wasser: 100/0 bis 50/50, vorzugsweise 80/20.Temperature: 150 ° C to 250 ° C, preferably 180 ° C to 220 ° C
Pressure: 10 bar to 50 bar, preferably 20 bar to 40 bar
Time: 2 minutes to 120 minutes, preferably 30 minutes to 60 minutes
pH. 1.5 to 3.0, preferably 1.8 to 2.2
Alcohol / water: 100/0 to 50/50, preferably 80/20.

Unter diesen Bedingungen werden in einem statischen Reaktor mit befriedigender Ausbeute Zellstoffe mit guten Kappa-Werten und mit hohen Viskositäten erhalten. Die Versuchsbedingungen werden der Art des Materials, der Größe der Schnitzel, dem Grad seiner Verteilung und der Vorimprägnierung angepaßt.Under these conditions, pulps with good kappa values and high viscosities are obtained in a static reactor with a satisfactory yield. The test conditions are adapted to the type of material, the size of the chips, the degree of its distribution and the pre-impregnation.

Bei der Kaskaden-Extraktion wird das Fasermaterial zunächst in allen Behältern imprägniert. Hierauf wird die Imprägnier­flüssigkeit abgezogen und wird in den ersten Behälter heiße Flüssigkeit eingebracht, die bei geeigneter Temperatur und gegebenem Druck während eines angemessenen Zeitraumes zur Ein­wirkung kommt. Hierauf wird die im ersten Behälter enthaltene Flüssigkeit in einen zweiten Behälter übergeführt und wird in den ersten Behälter eine frische Alkohol-Wasser-Mischung eingebracht. Auf diese Weise wird die Kochflüssigkeit von einem Behälter in einen jeweils darauffolgenden Behälter übergeführt, wobei sie am Ende mit extrahiertem Lignin und den verschiedenen Hemizellulosen gesättigt ist.In cascade extraction, the fiber material is first impregnated in all containers. The impregnation liquid is then drawn off and hot liquid is introduced into the first container, which liquid acts at a suitable temperature and given pressure for a suitable period of time. The liquid contained in the first container is then transferred to a second container and a fresh alcohol-water mixture is introduced into the first container. In this way, the cooking liquid is transferred from one container to a subsequent container, whereupon it is saturated with extracted lignin and the various hemicelluloses.

In der nachstehenden Tabelle ist ein Beispiel für den Zeitplan einer derartigen Stufenextraktion angegeben:The table below provides an example of the schedule for such a stage extraction:

Tabelle 2Table 2

Zeit (min) Verfahrensschritt

  • 0 bis 15 Einfüllung der Schnitzel
  • 15 bis 25 Imprägnierung mittels eines pulsieren­den Druckverfahrens
  • 35 bis 45 Einleiten von heißer Kochflüssigkeit in den ersten Behälter
  • 45 bis 60 Halten der Kochflüssigkeit im ersten Behälter auf 50 bar und 200°C
  • 60 bis 70 Übertragen der verwendeten Flüssigkeit vom ersten Behälter in den zweiten Behälter und Füllung des ersten Behälters mit frischer Flüssigkeit
  • 70 bis 85 Aufschluß in beiden Behältern
  • 85 bis 95 Übertragen der Flüssigkeit vom zweiten Be­hälter in den dritten Behälter und vom ersten Behälter in den zweiten Behälter. Füllen des ersten Behälters mit neuer Flüssigkeit
  • 95 bis 110 Ende des Aufschlusses bzw. der Extraktion im ersten Behälter; Abziehen der Flüssigkeit vom dritten Behälter zur Aufarbeitung; Über­tragung der Kochflüssigkeit vom zweiten Behälter in den dritten Behälter und vom ersten Behälter in den zweiten Behälter.
  • 110 bis 210 Ende des Aufschlusses im zweiten Behälter; Übertragen der Flüssigkeit vom zweiten Behälter in den dritten Behälter; Entleerung des dritten Behälters zur Aufarbeitung;
  • 120 bis 135 Ende des Aufschlusses im dritten Behälter und Abziehen der Flüssigkeit aus diesem zur Aufarbeitung.
Time (min) process step
  • 0 to 15 filling of the schnitzel
  • 15 to 25 impregnation using a pulsating printing process
  • 35 to 45 Introduce hot cooking liquid into the first container
  • 45 to 60 Keep the cooking liquid in the first container at 50 bar and 200 ° C
  • 60 to 70 transfer the liquid used from the first container into the second container and fill the first container with fresh liquid
  • 70 to 85 digestion in both containers
  • 85 to 95 transfer the liquid from the second container to the third container and from the first container to the second container. Fill the first container with new liquid
  • 95 to 110 end of the digestion or extraction in the first container; Withdrawing the liquid from the third container for reprocessing; Transfer of the cooking liquid from the second container to the third container and from the first container to the second container.
  • 110 to 210 end of the digestion in the second container; Transferring the liquid from the second container to the third container; Emptying the third container for reprocessing;
  • 120 to 135 end of the digestion in the third container and withdrawal of the liquid from this for processing.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung des erfindungs­gemäßen Verfahrens. Die Verfahrensparameter, wie Temperatur, Druck, Zeiten und Zusammensetzung der Aufschlußflüssigkeit sind konkret angegeben. Zusätzlich zu den Arbeitsbedingungen werden auch die Ausbeute sowie die Merkmale des erhaltenen Zellstoffes, wie sein Aussehen, seine Farbe, der Kappa-Wert und die Viskosität angegeben.The following examples serve to explain the method according to the invention. The process parameters such as temperature, pressure, times and composition of the digestion liquid are specified. In addition to the working conditions, the yield and the characteristics of the pulp obtained, such as its appearance, color, kappa value and viscosity, are also given.

Beispiel 1example 1

In einen Schüttelautoklaven, der auf einen Druck von 150 bar bei einer Temperatur von 250°C abgetestet ist, werden 2,2 kg Buchenholzschnitzel,z.B. in der Größe von 2 cm x 2 cm,mit einem Wassergehalt von 35 Gew.-% eingebracht. Der Autoklav wird bei einer Temperatur von 30°C auf einen Druck von 0,2 bar evakuiert und 5 min lang in diesem Zustand gehalten.Durch den Evakuierungs­ vorgang werden 140 ml Wasser entfernt. Hierauf wird der Auto­klav mit Imprägnierflüssigkeit gefüllt.Diese besteht aus 50 Gew.-­Teilen Ethanol, 50 Gew.-Teilen Wasser und 1,5 Gew.-Teilen Schwefel­säure. Anschließend wird der Autoklav etwa 3 min lang unter einen Druck von 30 bar gesetzt. Hierauf wird dieser wieder auf 0,2 bar evakuiert. Anschließend wird neuerlich Imprägnier­flüssigkeit eingeführt und wird der Autoklav während etwa 3 min mit einem Druck von 40 bar beaufschlagt. Diese Druckstöße werden insgesamt 10 mal wiederholt. Dabei wird der ursprüngliche Wasser­gehalt des Materials auf weniger als 0,1 Gew.% gesenkt.2.2 kg of beech wood chips, for example in the size of 2 cm × 2 cm, with a water content of 35% by weight are introduced into a shaking autoclave which has been tested to a pressure of 150 bar at a temperature of 250 ° C. The autoclave is evacuated to a pressure of 0.2 bar at a temperature of 30 ° C and kept in this state for 5 minutes 140 ml of water are removed. The autoclave is then filled with impregnation liquid, which consists of 50 parts by weight of ethanol, 50 parts by weight of water and 1.5 parts by weight of sulfuric acid. The autoclave is then placed under a pressure of 30 bar for about 3 minutes. This is then evacuated to 0.2 bar. Impregnation liquid is then introduced again and the autoclave is pressurized to 40 bar for about 3 minutes. These pressure surges are repeated a total of 10 times. The original water content of the material is reduced to less than 0.1% by weight.

Nach dem letzten Evakuierungsschritt, der etwa 40 min nach Beginn des Versuches erfolgt, wird der Autoklav mit Extraktions­lauge bei 150°C gefüllt und wird er unter einen Druck von 20 bar gesetzt. Der pH-Wert der Flüssigkeit liegt bei etwa 2,5. Hierauf wird der Autoklav samt Inhalt während eines Zeitraumes von 60 min geschüttelt. Nach Abkühlung auf 30°C und Entspannung werden die Schnitzel in einen Aufbereitungskessel übergeführt und durch 20 min hindurch mit Wasser gewaschen.After the last evacuation step, which takes place about 40 minutes after the start of the experiment, the autoclave is filled with extraction liquor at 150 ° C. and is pressurized to 20 bar. The pH of the liquid is around 2.5. The autoclave and its contents are then shaken for a period of 60 minutes. After cooling to 30 ° C. and relaxation, the chips are transferred to a processing kettle and washed with water for 20 minutes.

Die Untersuchung des Kochgutes ergibt, daß nahezu keine Trennung von Lignin und Zellulose erfolgt ist. Die Schnitzel sind zwar braun, zeigen aber nur geringe Neigung zur Zerfaserung. Offen­sichtlich ist das Material unterkocht. Daher werden im nächsten Beispiel agressivere Versuchsbedingungen gewählt.Examination of the food shows that there is almost no separation of lignin and cellulose. The schnitzel is brown, but shows little tendency to fray. The material is obviously undercooked. Therefore, more aggressive test conditions are chosen in the next example.

Beispiel 2Example 2

In den im Beispiel 1 erwähnten Schüttelautoklaven werden 2 kg Buchenholzschnitzel mit einem Wassergehalt von 22 Gew.-% einge­bracht und nach Schließung des Gefäßes bei 40°C durch 4 min hindurch einem Unterdruck von 0,2 bar ausgesetzt, wodurch 145 ml Wasser entfernt werden. Hierauf wird der Druck unter Zusatz von Imprägnierflüssigkeit auf 50 bar erhöht. Diese besteht dabei aus 80 Gew.-Teilen Ethanol, 20 Gew.-Teilen Wasser und 2 Gew.-Teilen Schwefelsäure. Der pH-Wert dieser Flüssigkeit beträgt 1,5. Im Verlauf der nächsten 40 min werden im Temperatur­bereich von 40°C bis 50°C neun weitere Druckstöße im Bereich von 0,2 bis 50 bar durchgeführt. Dadurch wird der Restwasser­gehalt des Gutes auf einen Wert von unter 0,1 Gew.-% gesenkt. Nach dieser Vorbehandlung wird der Autoklav mit Kochflüssigkeit bei einer Temperatur von 230°C gefüllt und unter einem Druck von 40 bar während 100 min geschüttelt. Hierauf wird entspannt und abgekühlt, worauf der Inhalt in einen Kessel übertragen und in diesem mehrmals mit Wasser gewaschen wird.In the shaking autoclave mentioned in Example 1, 2 kg of beech wood chips with a water content of 22% by weight are introduced and, after the vessel has been closed at 40 ° C., are subjected to a vacuum of 0.2 bar for 4 minutes, as a result of which 145 ml of water are removed. The pressure is then increased to 50 bar with the addition of impregnation liquid. This consists of 80 parts by weight of ethanol, 20 parts by weight of water and 2 parts by weight of sulfuric acid. The pH of this liquid is 1.5. Over the next 40 minutes, nine further pressure surges in the range from 0.2 to 50 bar are carried out in the temperature range from 40 ° C to 50 ° C. This lowers the residual water content of the goods to a value of less than 0.1% by weight. After this pretreatment, the autoclave is filled with cooking liquid at a temperature of 230 ° C and shaken under a pressure of 40 bar for 100 minutes. It is then relaxed and cooled, whereupon the contents are transferred to a kettle and washed several times with water.

Die Betrachtung des Gutes ergibt, daß die Schnitzel stark über­kocht sind. Das Material ist braun and sehr stark in Kurzfaser­stücke zerfallen. Unter diesen Bedingungen wird zwar eine Trennung von Zellulose und Lignin erreicht, jedoch ist der Zelluloseanteil sehr stark abgebaut.Examination of the good reveals that the schnitzel is severely overcooked. The material is brown and very badly broken into short fiber pieces. A separation of cellulose and lignin is achieved under these conditions, but the cellulose portion is degraded very strongly.

Das dritte Beispiel wird daher unter Bedingungen durchgeführt, die zwischen jenen der ersten zwei Beispiele liegen.The third example is therefore carried out under conditions that lie between those of the first two examples.

Beispiel 3Example 3

In den zur Verfügung stehenden Autoklaven werden 2 kg Buchen­holzschnitzel mit einem Wassergehalt von 19 Gew.-% eingebracht. Der Autoklav wird hierauf auf 0,2 bar evakuiert. Hierauf werden im Verlauf von 45 min die schon den Beispielen 1 und 2 ange­gebenen zehn Druckstöße zwischen 0,2 und 50 bar durchgeführt, wobei die Temperatur allmählich von 30°C auf 60°C erhöht wird. Die Imprägnierflüssigkeit besteht hierbei aus 70 Gew.-Teilen Alkohol, 30 Gew.-Teilen Wasser und 1,8 Gew.-Teilen Schwefelsäure.2 kg of beech wood chips with a water content of 19% by weight are introduced into the available autoclaves. The autoclave is then evacuated to 0.2 bar. The ten pressure surges between 0.2 and 50 bar already given in Examples 1 and 2 are then carried out over the course of 45 minutes, the temperature being gradually increased from 30 ° C. to 60 ° C. The impregnation liquid consists of 70 parts by weight of alcohol, 30 parts by weight of water and 1.8 parts by weight of sulfuric acid.

Nach der Entwässerungsphase bis zu einem Wassergehalt von unter 0,1 Gew.-% wird der Autoklav mit Kochlauge, welche die gleiche Zusammensetzung wie die Imprägnierflüssigkeit aufweist, gefüllt. Hierauf erfolgt der Kochvorgang bei einer Temperatur von 190°C bis 200°C, einem pH-Wert von 2,2, einem Druck von 50 bar während eines Zeitraumes von 30 min. Auch während des Kochvorganges wird der Autoklav heftig geschüttelt. Nach Ende des Prozesses wird entspannt und abgekühlt. Das Kochgut wird in einen Kessel gebracht und dort mit Wasser mehrmals gewaschen.Die Schnitzel sind lichtbraun gefärbt und können durch mäßige mechanische Einwirkung, wie Pressen und Reiben, zerfasert werden, wobei feine, etwas aufgesplitterte Zellstoff-Fasern entstehen.After the dewatering phase to a water content of less than 0.1% by weight, the autoclave is filled with cooking liquor which has the same composition as the impregnation liquid. Then the cooking process takes place at a temperature of 190 ° C to 200 ° C, a pH of 2.2, a pressure of 50 bar for a period of 30 minutes. The autoclave is also shaken vigorously during the cooking process. After the process has ended, the pressure is released and the mixture is cooled. The food is placed in a kettle and washed several times with water. The chips are light brown in color and can be fiberized by moderate mechanical action such as pressing and rubbing, producing fine, somewhat splintered cellulose fibers.

Die Ausbeute bezogen auf trockene Schnitzel beträgt 48%. Der Zellstoff weist einen Kappa-Wert von 34 und eine Viskosität von 16 auf. Es werden 800 g Zellulosefasern gewonnen, aus welchen Blätter mit guten Werten für Festigkeit, Dehnung und Elmendorf gefertigt werden. Hieraus erweist sich, daß die in diesem Bei­ spiel gewählten Versuchsbedingungen im Bereich der praktischen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen.The yield based on dry schnitzel is 48%. The pulp has a kappa value of 34 and a viscosity of 16. 800 g of cellulose fibers are obtained, from which sheets with good values for strength, elongation and Elmendorf are made. This shows that the in this case selected experimental conditions are in the range of practical application of the method according to the invention.

Bei der großtechnischen Anwendung dieses Verfahrens ist natur­gemäß auf den Zustand des verwendeten Holzes - hier Buchenholz - Rücksicht zu nehmen in bezug auf Herkunft, Zeitpunkt der Schlägerung (Jahreszeit) sowie Dauer und Art der Lagerung. Da die optimalen Versuchsbedingungen durch diese Umstände beein­flußt werden, müssen sie durch Vorversuche im Laboratorium ermittelt werden.When using this process on an industrial scale, the condition of the wood used - here beech wood - must of course be taken into account with regard to its origin, the time of felling (season) and the duration and type of storage. Since the optimal test conditions are influenced by these circumstances, they must be determined by preliminary tests in the laboratory.

Da die periodischen Druckstöße bei der Imprägnierung ein wesent­liches Merkmal der Erfindung sind, wurden umfangreiche Labora­toriumsversuche mit allen in Betracht kommenden Holzsorten von Gum bis Hickory durchgeführt, bei denen der Restwasserge­halt als Funktion der wesentlichen Parameter, nämlich der Druck­differenz zwischen den einzelnen Stößen, der Anzahl der Druck-­Vakuumstöße und der Dauer der Einzelnen Druck-Vakuum-Perioden gemessen wurde.Since the periodic pressure surges during impregnation are an essential feature of the invention, extensive laboratory tests were carried out with all types of wood from Gum to Hickory in which the residual water content as a function of the essential parameters, namely the pressure difference between the individual surges, the number of Pressure-vacuum surges and the duration of the individual pressure-vacuum periods was measured.

Bei diesen Versuchen stellte sich heraus, daß sowohl eine Ab­senkung des Vakuums unter 0,2 bar als auch eine Erhöhung der Hochdruckperiode über 50 bar eine nur geringe Verbesserung der Entwässerung mit sich bringt. In der Regel liegen die Druckwerte zwischen 0,2 und 50 bar, die Anzahl der Druckstöße zwischen 8 bis 12 und die Zeitspannen der Druckbeaufschlagungen zwischen 3 min und 5 min. Bei besonders weichen und großporigen Holzarten, wie Gum, Southern Pine, Hemlock kann schon mit Druck­ grenzen zwischen 0,4 bis 20 bar in sechs Druckstößen ein Rest­wassergehalt von weniger als 0,1% erreicht werden.In these tests, it was found that both a reduction in the vacuum below 0.2 bar and an increase in the high pressure period over 50 bar bring about only a slight improvement in the drainage. As a rule, the pressure values are between 0.2 and 50 bar, the number of pressure surges between 8 and 12 and the periods of pressurization between 3 min and 5 min. With particularly soft and large-pored types of wood, such as gum, southern pine, hemlock, pressure can be applied limits between 0.4 and 20 bar in six pressure surges a residual water content of less than 0.1% can be achieved.

Beispiel 4Example 4

In den Schüttelautoklaven werden 2,1 kg Fichtenholzschnitzel in der Größe von 2 cm x 2 cm eingebracht, deren Wassergehalt 21 Gew.-% beträgt. Unter ständigem Schütteln werden dann acht Druckstöße mit Werten von 0,2 und 40 bar während einer Dauer von jeweils 4 min aufgebracht, wodurch der Wassergehalt auf einen Wert von weniger als 0,1 Gew.-% gesenkt wird. Die Imprägnierlösung besteht aus 70 Gew.-Teilen Alkohol, 30 Gew.-­Teilen Wasser und 1,8 Gew.-Teilen Schwefelsäure.2.1 kg of spruce wood chips with a size of 2 cm x 2 cm, the water content of which is 21% by weight, are introduced into the shaking autoclave. With constant shaking, eight pressure surges with a value of 0.2 and 40 bar are then applied over a period of 4 minutes each, whereby the water content is reduced to a value of less than 0.1% by weight. The impregnation solution consists of 70 parts by weight of alcohol, 30 parts by weight of water and 1.8 parts by weight of sulfuric acid.

Eine durch die gleichen Bestandteile gebildete Kochflüssigkeit wird bei einer Temperatur von 190°C unter einem Druck von 40 bar eingepreßt und das System wird durch 10 min hindurch geschüttzelt. Die ausgebrachten Schnitzel werden hierauf gewaschen. Die Ausbeute beträgt 46%. Der gewonnene Zellstoff weist einen Kappa-Wert von 60 und eine Viskosität von 12 auf.A cooking liquid formed by the same constituents is injected at a temperature of 190 ° C. under a pressure of 40 bar and the system is shaken for 10 minutes. The spread schnitzels are then washed. The yield is 46%. The pulp obtained has a kappa value of 60 and a viscosity of 12.

Die im Laboratorium hergestellten Versuchsblätter zeigen eine Reißlänge von 6000 m, einen Berstdruck von 35 N/cm², eine Doppel­falzzahl von 340 und eine Viskosität von 280 mP.The test sheets produced in the laboratory show a tear length of 6000 m, a burst pressure of 35 N / cm², a double fold number of 340 and a viscosity of 280 mP.

die in diesem Beispiel eingehaltenen Versuchsbedingungen führen also zu technisch brauchbaren Zellstoffen.the test conditions observed in this example therefore lead to technically usable cellulose.

Beispiele 5 bis 10Examples 5 to 10

Die im Beispiel 4 beschriebene Versuchsanordnung wird für Fichten­holz in sechs weiteren Beispielen herangezogen, deren Parameter und Allgemeinen Ergebnisse in Tabelle 3 zusammengestellt sind.The experimental arrangement described in Example 4 is used for spruce wood in six further examples, the parameters and general results of which are summarized in Table 3.

Beispiele 11 bis 15Examples 11 to 15

Nachdem durch die angeführten Beispiele eine angemessene Er­fahrung für die erfindungsgemäße Behandlung inländischer Holz­arten (Buche, Fichte) gesammelt war, wurden einige Versuchs­reihen mit einem ausländischen Rohstoff, nämlich Eukalyptus, durchgeführt:
Der bereits beschriebene Autoklav wurde mit 2 kg Eukalyptus­schnitzel im Ausmaß von 2 cm x 2 cm beschickt und es wurden fünf Versuche mit diesem Material durchgeführt. In einem dieser Versuche wurden absichtlich so extreme Kochbedingungen gewählt, daß die Schnitzel praktisch zerstört wurden. In der Tabelle 4 sind die Resultate dieser fünf Versuche angeführt.

Figure imgb0001
Figure imgb0002
 After the examples given had gained adequate experience for the treatment of domestic types of wood (beech, spruce) according to the invention, a number of test series were carried out with a foreign raw material, namely eucalyptus:
The autoclave already described was charged with 2 kg of eucalyptus chips measuring 2 cm x 2 cm and five tests were carried out with this material. In one of these experiments, cooking conditions that were so extreme were deliberately chosen that the cutlets were practically destroyed. Table 4 shows the results of these five tests.
Figure imgb0001
Figure imgb0002

Beispiele 16 bis 22Examples 16-22

Da die Versuche zeigten, daß der Abbau der Zellulose bei ge­gebenem pH-Wert außerdem auch noch von der chemischen Natur des Anions der zugesetzten Säure abhängt, wurde eine Reihe von Kochungen mit verschiedenen Säuren vorgenommen. Als Bei­spiele wurden Phosphorsäure, Toluolsulfosäure, Methansulfo­säure und Trichloressigsäure gewählt. Die Resultate dieser Versuche sind in der Tabelle 5 angegeben.Since the experiments showed that the breakdown of the cellulose at a given pH also depends on the chemical nature of the anion of the added acid, a series of boilings with different acids was carried out. Phosphoric acid, toluenesulfonic acid, methanesulfonic acid and trichloroacetic acid were chosen as examples. The results of these tests are given in Table 5.

Die Ergebnisse der Kochungen nach den Beispielen 16, 18 und 22 wurden nicht aufgearbeitet, jene nach den Beispielen 17, 19, 20 und 21 wurden weiter zu Probepapieren verarbeitet, welche im Rahmen der üblichen Beurteilung (Reißlänge, Elmendorf, Falz­zahl, Berstdruck) gute Resultate ergaben.

Figure imgb0003
The results of the boilings according to Examples 16, 18 and 22 were not worked up, those according to Examples 17, 19, 20 and 21 were further processed into sample papers, which gave good results in the context of the usual assessment (tear length, Elmendorf, fold number, burst pressure) surrendered.
Figure imgb0003

Außerdem hat sich herausgestellt, daß der Abbau der Zellulose verringert werden kann, wenn geringe Mengen organischer Elek­tronendonatoren der Kochflüssigkeit zugesetzt werden. Als Bei­spiele solcher Substanzen können Antrachinon, Acetonitril, Ethylbenzoat oder Ethylacetat genannt werden.It has also been found that the breakdown of cellulose can be reduced if small amounts of organic electron donors are added to the cooking liquid. Antraquinone, acetonitrile, ethyl benzoate or ethyl acetate can be mentioned as examples of such substances.

Das folgende Beispiel zeigt die typischen Bedingungen eines derartigen Kochansatzes, wobei auch die Eigenschaften der dabei erhaltenen Probepapiere angegeben sind.The following example shows the typical conditions of such a cooking batch, whereby the properties of the sample papers obtained are also given.

Beispiel 23Example 23 Kochbedingungen:Cooking conditions:

Anzahl der Druckstöße 10
Unterdruck (bar) 1
Überdruck (bar) 50
Dauer (min) 4
Zusammensetzung der Koch­flüssigkeit in Gew.-%
Wasser 70
Alkohol 20
Ethylacetat 10
Kochtemperatur (°C) 190
Kochzeit (min) 120
pH Wasser, Ameisensäure 2,8Number of pressure surges 10
Vacuum (bar) 1
Overpressure (bar) 50
Duration (min) 4
Composition of the cooking liquid in% by weight
Water 70
Alcohol 20
Ethyl acetate 10
Cooking temperature (° C) 190
Cooking time (min) 120
pH water, formic acid 2.8

Eigenschaften:Characteristics:

Aussehen normal gekocht
Reißlänge (TAPPI T 404) 5600
Falzzahl (TAPPI T 423) 1100
Berstdruck (TAPPI T 403) 36
Elmendorf (TAPPI T 414) 86Appearance cooked normally
Tear length (TAPPI T 404) 5600
Number of folds (TAPPI T 423) 1100
Bursting pressure (TAPPI T 403) 36
Elmendorf (TAPPI T 414) 86

Claims (8)

1. Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff aus Pflanzenfaser­material durch Trennung von Zellulose und Lignin bzw. lignin­artigen Stoffen, wobei das Pflanzenfasermaterial mit einer Extraktionsflüssigkeit, die im wesentlichen durch einen oder mehrere der C₁- bis C₄-Alkohole, gegebenenfalls unter Zusatz von bis zu 80 Gew.-%, vorzugsweise 20 Gew.-% bis 60 Gew.-%, insbesondere 40 Gew.-% bis 60 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gewicht der Extraktionsflüssigket gebildet ist, bei Temperaturen von 150°C bis 250°C, vorzugsweise von 180°C bis 220°C, und Drücken von 10 bar bis 50 bar, vorzugsweise von 20 bar bis 40 bar, während eines Zeitraumes von 20 min bis 120 min in einer oder mehreren Stufen behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Pflanzenfasermaterial vor dem Beginn der Extraktion mit einer Flüssigkeit, die im wesentlichen gleichfalls durch einen oder mehrere C₁- bis C₄-Alkohole gebildet ist, imprägniert wird, wobei die Imprägnierung in an sich bekannter Weise mittels eines pulsierenden Druckverfahrens vorzugsweise unter Drücken im Bereich von 0,2 bar bis 50 bar, und vorzugsweise bei einer Temperatur bis etwa 60°C vorgenommen wird.1. A process for the production of pulp from plant fiber material by separation of cellulose and lignin or lignin-like substances, the plant fiber material with an extraction liquid which is essentially by one or more of the C₁ to C₄ alcohols, optionally with the addition of up to 80 wt %, preferably 20% by weight to 60% by weight, in particular 40% by weight to 60% by weight of water, based on the weight of the extraction liquid, is formed at temperatures from 150 ° C. to 250 ° C. , preferably from 180 ° C to 220 ° C, and pressures from 10 bar to 50 bar, preferably from 20 bar to 40 bar, are treated in one or more stages over a period of 20 min to 120 min, characterized in that the Vegetable fiber material is impregnated with a liquid which is essentially likewise formed by one or more C₁ to C₄ alcohols before the start of the extraction, the impregnation in a manner known per se by means of a pulsating D Jerk process is preferably carried out under pressures in the range of 0.2 bar to 50 bar, and preferably at a temperature up to about 60 ° C. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Imprägnierung des Pflanzenfasermaterials dasselbe zuerst auf einen unterhalb des Atmosphärendruckes liegenden Druck evakuiert, dann bei einem oberhalb des Atmosphärendruckes liegen­den Druck mit einer Imprägnierflüssigkeit versetzt und anschließend abwechselnd auf Unterdruck und unter Zusatz von weiterer Im­prägnierflüssigkeit auf Überdruck gebracht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that for the impregnation of the plant fiber material, the same is first evacuated to a pressure below atmospheric pressure, then mixed with an impregnating liquid at a pressure above atmospheric pressure and then alternately to negative pressure and with the addition of further impregnating liquid Pressure is brought. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pflanzenfasermaterial 5 bis 15, vorzugsweise etwa 10, Unter- und Überdruckbehandlungen unterzogen wird, deren jede 2 min bis 5 min, vorzugsweise etwa 4 min, dauert.3. The method according to claim 2, characterized in that the plant fiber material is subjected to 5 to 15, preferably about 10, negative and positive pressure treatments, each of which lasts from 2 to 5 minutes, preferably about 4 minutes. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Extraktionsbehandlung bei einem pH-Wert der Extraktionsflüssigkeit von unter 4,0 durchgeführt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the extraction treatment is carried out at a pH of the extraction liquid of less than 4.0. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Extraktionsbehandlung in einem pH-Bereich von 1,5 bis 3,0, vorzugsweise von 1,8 bis 2,2 vorgenommen wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the extraction treatment is carried out in a pH range from 1.5 to 3.0, preferably from 1.8 to 2.2. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Extraktionsbehandlung unter Schwefelsäure­zusatz erfolgt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the extraction treatment is carried out with the addition of sulfuric acid. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Extraktionsbehandlung in Gegenwart einer organischen Elektronendonator-Substanz vorgenommen wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the extraction treatment is carried out in the presence of an organic electron donor substance. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Elektronendonator-Substanz Ethylacetat verwendet wird.8. The method according to claim 7, characterized in that ethyl acetate is used as the organic electron donor substance.
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