Papierindustrie

Was versteht man unter Papierindustrie?

Die Zellstoff- und Papierindustrie ist ein bedeutender Wirtschaftszweig, der sich mit der Herstellung von Papier und Papierprodukten aus natürlichen Rohstoffen wie Holzfasern befasst. Diese Industrie spielt eine zentrale Rolle in unserem täglichen Leben, da sie die Grundlage für eine breite Palette von Produkten bildet, die von Zeitungen über Verpackungen bis hin zu Hygieneprodukten reicht. Die Herstellung von Papier erfordert komplexe Verarbeitungsprozesse, bei denen sowohl technologische Innovationen als auch ökologische Aspekte berücksichtigt werden müssen. In diesem Zusammenhang stehen auch Nachhaltigkeitsbestrebungen und der verantwortungsvolle Umgang mit Ressourcen im Fokus der Branche.

Was ist Schwarzlauge?

Schwarzlauge ist ein Nebenprodukt der Zellstoff- und Papierproduktion, das bei der Herstellung von Zellstoff aus Holzfasern anfällt. Es handelt sich um eine stark alkalische Lösung, die verschiedene chemische Verbindungen wie Lignin, anorganische Salze und andere organische Stoffe enthält. Aufgrund der hohen Alkalität und der enthaltenen Verunreinigungen ist Schwarzlauge umweltbelastend und erfordert eine sorgfältige Behandlung.

Was passiert mit der Schwarzlauge?

Der Papierherstellungsprozess besteht im Wesentlichen aus vier großen Teilen. Zunächst der Kochvorgang, bei dem das Holz physikalisch und chemisch behandelt wird. Zweitens die Zellulose- und Pulpeproduktion und schließlich die Papierherstellung in den Papiermaschinen. Der verbleibende vierte Teil dieser Produktion ist die Schwarzlaugenbehandlung in einem komplexen und kostspieligen Verfahren, um die Energie- und Umweltkosten zu senken und die gesamte Papierherstellung wirtschaftlich zu machen.

Pro Tonne Zellulose müssen etwa sieben Tonnen Schwarzlauge verarbeitet werden. Sie wird in einem Verdampfungsprozess auf eine höhere Trockenmasse konzentriert. Die konzentrierte Lauge wird anschließend in den Rückgewinnungskessel eingespritzt und dort verbrannt. Dieser ist das technische Herzstück der Schwarzlaugenaufbereitung, da er Hochdruckdampf erzeugt, der in Turbogeneratoren eingespeist wird, wodurch der Dampfdruck für die Verwendung in der Fabrik reduziert und elektrischer Strom erzeugt wird; außerdem wird der Großteil der wertvollen Chemikalien in mehreren Rückgewinnungsstufen zurückgewonnen.

Während des Verbrennungsprozesses wird das wasserfreie Natriumsulfat (Na₂SO₄) durch thermochemische Reduktion zu Natriumsulfid (Na₂S) reduziert (Na₂SO₄ + 2C → Na₂S + 2CO₂).

Die am Boden des Kessels ausgetragene Schmelze wird in weiteren Kreislaufprozessen in Rekaustifizierungsverfahren verarbeitet, in denen Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Calciumcarbonat (CaCO₃) und Calciumoxid (CaO) zur Regenerierung von Natriumhydroxid (NaOH) umgesetzt werden.

Prozessfremde Elemente (NPE)

Verbleibende mineralische Rückstände aus dem Verbrennungsprozess, so genannte prozessfremde Elemente (NPE), die Natrium-, Chlorid- und Kaliumverbindungen enthalten (Na₂SO₄, Na₂CO₃, NaCl, K₂SO₄, K₂CO₃ und KCl) enthalten, müssen abgeschieden werden, um Korrosion zu vermeiden und können den vorangegangenen Prozessen wieder zugeführt werden. Ebenfalls wird die Laufzeit des Rückgewinnungskessels durch die Vermeidung von Ablagerungen auf den Wärmetauschern verlängert und dadurch ungeplante Ausfallzeiten vermieden.

Die mineralischen Ablagerungen werden mit Rußbläsern von den Wärmetauschern weggespült und gesammelt. Elektrostatische Abscheider (ESP) sammeln flüchtige Salze aus der Luft nach dem Feuerungsteil, die die Gasweg-Wärmetauscher des Rückgewinnungskessels verstopfen können. Diese mineralienreichen Stoffströme können in separaten Anlagen aufbereitet werden.

ARC bzw. CRP Verfahren mit Zentrifugen zur Rückgewinnung der mineralischen Ablagerungen

NPE-Rückgewinnungssysteme sind entweder Auslaugungs- oder Kristallisationsverfahren nach den Rußbläsern und dem Elektrostatischen Abscheider, um Natriumcarbonat (NaCO₃), Chlorid (Cl⁻) und Kalium K⁺ Salze zurückzugewinnen bzw. deren Konzentrationen im Abwasserkreislauf zu verringern.
Spezielle ARC- und CRP-Systeme ermöglichen Einsparungen durch die Rückgewinnung von Natriumcarbonat (NaCO₃), wasserfreiem Natriumsulfat (Na₂SO₄) oder die Umwandlung von Sulfaten in verkaufsfähiges Kaliumsulfat (SOP oder K₂SO₄).

SIEBTECHNIK TEMA Schubzentrifugen oder SIEBTECHNIK TEMA CONTURBEX Zentrifugen, in der Regel aus hochlegierten Edelstählen, werden je nach Größe des Rückgewinnungskessels für die Abtrennung von 1000 kg/h bis 30000 kg/h NPE-Salze pro Maschine eingesetzt.