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Verfahren zum Aufbereiten faseriger Substanzen - Dokument DE10056459C1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10056459C1 04.04.2002
Titel Verfahren zum Aufbereiten faseriger Substanzen
Anmelder Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80636 München, DE
Erfinder Greubel, Dieter, 38112 Braunschweig, DE;
Gruber, Timon, 38108 Braunschweig, DE
Vertreter GRAMM, LINS & PARTNER, 38122 Braunschweig
DE-Anmeldedatum 14.11.2000
DE-Aktenzeichen 10056459
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.04.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.04.2002
IPC-Hauptklasse F26B 25/00
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten faseriger Substanzen, insbesondere von Holzfasern, die in einem Trockner getrocknet werden, durch den in einem im Wesentlichen geschlossenen Trocknungskreislauf (1) ein Dampf-Gas-Gemisch als Kreisgas (nachfolgend "Brüden") geführt wird, das nach Durchlaufen des Trockners in einem Abscheider (5) von den getrockneten Fasern (6) getrennt und dann in einen in den Trocknungskreislauf (1) geschalteten ersten Wärmetauscher (7) zurückgeleitet wird, dem zur Aufheizung der Brüden ein über eine Feuerung (11) erhitztes Gas zugeführt wird, wobei in Strömungsrichtung des Trocknungskreislaufs (1) gesehen vor diesem ersten Wärmetauscher (7) ein Teilstrom (8) der Brüden ausgekoppelt, in einem zweiten Wärmetauscher (10) erwärmt und dann in die Feuerung (11) eingeleitet und dort verbrannt wird. Zur Emissionsminderung und Energieeinsparung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der ausgekoppelte Brüden-Teilstrom (8) vor seiner Erwärmung im zweiten Wärmetauscher (10) in einem Brüden-Kondensator (9) abgekühlt und danach abgereichert und das dabei anfallende Kondensat (14) ausgespeist werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten faseriger Substanzen, insbesondere von Holzfasern, die in einem Trockner getrocknet werden, durch den in einem im Wesentlichen geschlossenen Trocknungskreislauf ein Dampf-Gas- Gemisch als Kreisgas (nachfolgend "Brüden") geführt wird, das nach Durchlaufen des Trockners in einem Abscheider von den getrockneten Fasern getrennt und dann in einen in den Trocknungskreislauf geschalteten ersten Wärmetauscher zurückgeleitet wird, dem zur Aufheizung der Brüden ein über eine Feuerung erhitztes Gas zugeführt wird, wobei in Strömungsrichtung des Trocknungskreislaufes gesehen vor diesem ersten Wärmetauscher ein Teilstrom der Brüden ausgekoppelt, in einem zweiten Wärmetauscher erwärmt und dann in die Feuerung eingeleitet und dort verbrannt wird.

Ein derartiges Verfahren lässt sich der EP 0 714 006 B1 entnehmen. Offenbart ist hier ein Verfahren zum Trocknen einer Substanz, insbesondere von Holzspänen, in einem Trommeltrockner, durch den in einem im Wesentlichen geschlossenen Kreislauf ein in einem ersten Wärmetauscher erwärmtes Dampf-Gas- Gemisch geführt wird, das nach dem Durchlaufen des Trommeltrockners in den ersten Wärmetauscher zurückgeleitet wird. Dabei wird zur Erwärmung des Dampf-Gas-Gemisches dem ersten Wärmetauscher ein in einer Brennkammer eines Brenners erhitztes Abgas zugeführt. Ein Teil des Dampf-Gas-Gemisches wird vor dessen Einleitung in den ersten Wärmetauscher aus dem Kreislauf ausgekoppelt durch einen weiteren Wärmetauscher geleitet und in die Brennkammer eingeführt, in der eine Verbrennung der bei der Trocknung entstehenden Gase erfolgt. Durch den genannten weiteren Wärmetauscher wird das aus der Brennkammer austretende und erhitzte Abgas vor seiner Zuführung in den ersten Wärmetauscher hindurchgeführt, wobei der ausgekoppelte Teil des Dampf-Gas-Gemisches erwärmt wird.

Der bei diesem vorbekannten Verfahren verwendete Trommeltrockner lässt einen Einsatz von faserigen Stoffen mit geringem Schüttgewicht und hoher innerer Reibung nicht zu, da bei derartigen Stoffen der Transportmechanismus innerhalb des Drehrohres nicht funktioniert. Ein hoher Anteil von Begleitdampf (als Treibdampf) führt bei diesem vorbekannten Verfahren zu einem erhöhten Brennstoffverbrauch.

Der DE 196 54 043 A1 lässt sich ein thermischer Trockner für Schüttgüter wie z. B. Holzspäne entnehmen. Vorgesehen ist ein Drehtrommeltrockner sowie eine eigene Feuerung zur Erzeugung der erforderlichen Trocknungswärme, aber ohne dass die Feuerungsabgase dem Drehtrommeltrockner direkt zugeführt werden. Vorgesehen ist zumindest ein Gas-/Gas-Wärmetauscher, der den Feuerungsabgasen Wärme entzieht. Vorgesehen ist ferner ein Brüdenkreislauf, der den Trocknungsapparat und eine Rückführung für aus diesem austretende Brüden wieder zur Eintrittsstelle hin umfasst, wobei aus dem Brüdenkreislauf ein infolge der im Trocknungsapparat stattfindenden Trocknung überschüssiger Teilstrom der Brüden abgezogen und als Sekundärluft der Feuerung zugeführt wird, wo bei Temperaturen von mindestens 800°C die enthaltenen organischen Schadstoffe weitgehend verbrannt werden. Die Gas-/Gas-Wärmetauscher-Anordnung überträgt die den Feuerungsabgasen entzogene Wärme auf die im Brüdenkreislauf zur Trocknereintrittsseite strömenden Brüden, die danach wieder in den Trocknungsapparat eintreten und dort unter Abkühlung als Trocknungsmittel dienen. Vorgesehen ist außerdem ein Luftvorwärmer, der den Feuerungsabgasen, nachdem diese den Gas-/Gas-Wärmetauscher für die Brüdenerwärmung durchlaufen haben, zusätzliche Wärme entzieht und an Frischluft überträgt, die dem Trockner zugeführt wird. Im Strom der Feuerungsabgase ist vor der Gas-/Gas-Wärmetauscher- Anordnung zusätzlich zumindest ein Wärmeübertrager als Erhitzer angeordnet, der heizseitig von den sich dabei abkühlenden Feuerungsabgasen durchströmt, wird und dadurch kühlseitig entweder Dampf erzeugt oder ein kühlseitig hindurchströmendes flüssiges Wärmeträgermedium hoher volumenspezifischer Wärmekapazität erhitzt, wobei im Trocknungsapparat für dessen zusätzliche Beheizung nach der brüdenbeheizten Trocknungsstrecke als Heizregister zumindest ein Wärmeübertrager angeordnet ist, der auf seiner Heizseite unter Wärmeabgabe Dampf kondensiert oder ein flüssiges Wärmeträgermedium hoher volumenspezifischer Wärmekapazität abkühlt. Dadurch wird kühlseitig dem Trocknungsapparat zusätzlich zur vorher erfolgten Beheizung durch Brüden weitere Wärme zugeführt, wobei Erhitzer und Heizregister einen Heizmittelkreislauf bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere energetisch verbessertes Aufbereitungsverfahren für faserige Substanzen zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß in erster Linie dadurch gelöst, dass der ausgekoppelte Brüden-Teilstrom vor seiner Erwärmung im zweiten Wärmetauscher in einem Brüden-Kondensator abgekühlt und dadurch abgereichert und das dabei anfallende Kondensat ausgespeist werden.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Kondensatfalle verringert den Energieeinsatz insbesondere bei der Wiederaufheizung der Restbrüden. Dabei erfolgt die Brüden- Auskopplung erfindungsgemäß temperaturgeregelt mit dem Ziel einer optimalen Gas-Gas-Verbrennung und Emissionsminderung. Durch emissionsbezogene Regelung der Temperatur der ausgeschleusten Brüden ist die Möglichkeit gegeben, in jedem Betriebspunkt die Emission zu minimieren.

Zur Absenkung des Temperaturniveaus im Aufbereitungsprozess ist es zweckmäßig, wenn der erste Wärmetauscher mit vom Verbrennungsabgas der Feuerung erhitzten, in einem ersten geschlossenen Kreislauf geführten Heißgas beaufschlagt wird, und ferner wenn der zweite Wärmetauscher mit vom Verbrennungsabgas der Feuerung erhitzten, in einem zweiten geschlossenen Kreislauf geführten Heißgas beaufschlagt wird.

Wesentliche Vorteile ergeben sich durch die Verwendung eines Stromrohrtrockners, in den die nassen Fasern in die ihn durchströmenden Brüden eingespeist werden.

Durch den Stromrohrtrockner lässt sich eine geringe Verweilzeit der Fasern in einer Größenordnung von 2-10 Sekunden erreichen. Dadurch wird das Fasermaterial im Stromrohrtrockner im fluidisierten Zustand getrocknet und kann nicht "verbacken". Die Prozesstemperaturen im Stromrohrtrockner liegen immer oberhalb des Wassersiedepunkts zwischen 100°C und 350°C. Die Trocknung mit Heißdampf vermindert die Gefahr der Übertrocknung, da die Fasern am Anfang aufgefeuchtet werden. Hierdurch wird der Wärmeübergang gegenüber einer konventionellen Trocknung erhöht; dies hat eine kürzere Trockenzeit zur Folge. Zusätzlich zu den nassen Fasern wird daher erfindungsgemäß Treibdampf in den Stromrohrtrockner eingespeist, wodurch sich im Trockner ein gegenüber konventionellen Verfahren erheblich höheres Temperaturniveau realisieren lässt.

Der für die Faseraufbereitung erforderliche Wasserbedarf lässt sich dann erheblich senken, wenn das aus dem Brüden-Kondensator ausgespeiste Kondensat zur Treibdampferzeugung in einem zur Fasererzeugung verwendeten Refiner eingesetzt wird.

Für die Faseraufbereitung ist es zweckmäßig, wenn die aus dem Trocknungskreislauf ausgeschiedenen getrockneten Fasern in einer nachgeschalteten Beleimung beleimt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die getrockneten Fasern in einen weitgehend geschlossenen Beleimungsluftkreislauf eingespeist werden, eine Leim-Benetzungszone durchlaufen und in einem dieser nachgeschalteten Abscheider von der im Kreislauf geführten Transportluft separiert werden.

Durch Nutzung der Restwärme in der nachgeschalteten Beleimungsstufe wird der Energieverbrauch weiter gesenkt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden in Verbindung mit weiteren Vorteilen der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Anlage zur Durchführung eines beispielsweisen Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt. Es handelt sich um eine Anlage zum emissionsarmen Trocknen von Holzfasern im Kreisgas mit nachgeschalteter Beleimung.

Der die Trocknung betreffende Anlagenteil ist mit I und der die Beleimung betreffende Anlagenteil mit II bezeichnet.

Die Trocknung I umfasst einen im Wesentlichen geschlossenen Trocknungskreislauf 1, durch den ein von einem Ventilator 2 beaufschlagtes Dampf-Gas- Gemisch als Kreisgas zirkuliert, das nachfolgend als Brüden bezeichnet wird. Ein Abschnitt dieses Trocknungskreislaufs 1 ist als Stromrohrtrockner 3 ausgebildet, in den nasse Fasern 4 sowie Treibdampf in einer Größenordnung von etwa 30- 50% des Massestromes eingespeist werden. Die Fasern werden nach Durchlaufen des Stromrohrtrockners 3 in einem diesem nachgeschalteten Abscheider 5, der vorzugsweise ein Zyklonabscheider ist, von dem Brüden getrennt und als trockene Fasern 6 ausgetragen. Der Brüden wird in einen in den Trocknungskreislauf 1 geschalteten ersten Wärmetauscher 7 zurück- und durch diesen hindurchgeleitet, um anschließend erneut durch den Stromrohrtrockner 3 zu strömen.

In Strömungsrichtung des Trocknungskreislaufes 1 gesehen wird vor dem ersten Wärmetauscher 7 ein Teilstrom 8 des Brüden ausgekoppelt, in einem Brüden- Kondensator 9 abgekühlt und dadurch abgereichert, in einem nachgeordneten zweiten Wärmetauscher 10 wiedererwärmt und dann in eine Feuerung 11 eingeleitet und dort verbrannt. Die Brennkammer der Feuerung 11 weist einen Anschluss zur Einspeisung von Gas 12 sowie einen Anschluss zur Einspeisung von Verbrennungsluft 13 auf.

Das in dem Brüden-Kondensator 9 anfallende Kondensat 14 wird aus dem Kondensator ausgespeist und z. B. zur Treibdampferzeugung in einem zur Fasererzeugung verwendeten Refiner und/oder als Ansatzwasser für eine Faserbeleimung eingesetzt.

Die in der Feuerung 11 erzeugten Verbrennungsabgase beaufschlagen zusammen mit dem thermisch nachgereinigten Brüden-Teilstrom einen ersten Heißgaskreislauf 15, der durch den ersten Wärmetauscher 7 geführt ist. Beaufschlagt wird ferner ein zweiter Heißgaskreislauf 16, der durch den zweiten Wärmetauscher 10 geführt ist. Anschließend wird das durch die Beaufschlagung der beiden Heißgaskreisläufe 15, 16 abgekühlte Abgas 17 aus einem Kamin 18 als Abluft 19 in die Atmosphäre geleitet.

Die Brüden-Auskopplung erfolgt temperaturgeregelt. Hierfür werden die Brüden- Auskopplung sowie die Wiederaufheizung des abgereicherten Brüden-Teilstromes frei programmiert gesteuert und zwar durch von einer frei programmierbaren Steuerung SPS angesteuertes Regelventil 20 für den auszukoppelnden Brüden- Teilstrom 8 und durch ein angesteuertes Regelventil 21 im Zulauf des zweiten Wärmetauschers 10.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind folgende Verfahrenstemperaturen eingetragen: Am Eintritt des Stromrohrtrockners 3 wird sich eine Temperatur von 300-350°C und beim Trockneraustritt eine Temperatur von etwa 120- 130°C einstellen. Der im Kreislauf geführte Brüden wird also im ersten Wärmetauscher 7 von der genannten niedrigen Temperatur auf 300-350°C erwärmt. Der vor dem ersten Wärmetauscher 7 ausgekoppelte Brüden-Teilstrom 8 weist somit eine Temperatur von 120-130°C auf, wird im Brüden-Kondensator 9 auf etwa 40-60°C abgekühlt und anschließend im zweiten Wärmetauscher 10 wieder auf eine Temperatur von etwa 160-300°C aufgeheizt. Die Verbrennungsabgase der Feuerung 11 erreichen eine Temperatur von ca. 900°C und kühlen sich dann nach Beaufschlagung der beiden Heißgaskreisläufe 15, 16 auf ca. 160°C ab.

Die Verweilzeit der Fasern im Stromrohrtrockner 3 beträgt etwa 2-10 Sekunden. In dieser Zeit werden die Fasern auf 2-4% atro getrocknet.

Die im Abscheider 5 ausgeschiedenen trockenen Fasern 6 werden in einen weitgehend geschlossenen Beleimungsluftkreislauf 22 eingespeist, durchlaufen eine Leim-Benetzungszone 23, in der Leim 27 eingedüst wird, und werden in einem dieser nachgeschalteten Abscheider 24 von der im Kreislauf geführten Transportluft separiert. Die aus dem Abscheider 24, der vorzugsweise ein Zyklonabscheider ist, austretenden beleimten. Fasern 25 werden einer weiteren Verarbeitung zugeführt.

Die Transportgeschwindigkeit der die Leim-Benetzungszone 23 passierenden Fasern liegt zwischen 20 und 35 m/s, vorzugsweise bei etwa 27 m/s. Die Temperatur der Transportluft beträgt etwa 40-60°C.

Dem Beleimungsluftkreislauf 22 wird über eine Luftausschleusung Falschluft 26 entnommen und als zusätzliche Verbrennungsluft in die Brennkammer der Feuerung 11 eingespeist.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Aufbereiten faseriger Substanzen, insbesondere von Holzfasern, die in einem Trockner getrocknet werden, durch den in einem im Wesentlichen geschlossenen Trocknungskreislauf (1) ein Dampf-Gas- Gemisch als Kreisgas (nachfolgend "Brüden") geführt wird, das nach Durchlaufen des Trockners in einem Abscheider (5) von den getrockneten Fasern (6) getrennt und dann in einen in den Trocknungskreislauf (1) geschalteten ersten Wärmetauscher (7) zurück geleitet wird, dem zur Aufheizung der Brüden ein über eine Feuerung (11) erhitztes Gas zugeführt wird, wobei in Strömungsrichtung des Trocknungskreislaufes (1) gesehen vor diesem ersten Wärmetauscher (7) ein Teilstrom (8) der Brüden ausgekoppelt, in einem zweiten Wärmetauscher (10) erwärmt und dann in die Feuerung (11) eingeleitet und dort verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgekoppelte Brüden-Teilstrom (8) vor seiner Erwärmung im zweiten Wärmetauscher (10) in einem Brüden- Kondensator (9) abgekühlt und dadurch abgereichert und das dabei anfallende Kondensat (14) ausgespeist werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brüden- Auskopplung temperaturgeregelt erfolgt
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgekoppelte Brüden-Teilstrom (8) in dem Brüden-Kondensator (9) auf eine Temperatur von etwa 40-60°C abgekühlt und der so abgereicherte Brüden-Teilstrom in dem nachgeschalteten zweiten Wärmetauscher (10) auf eine Temperatur von etwa 160-300°C erwärmt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (7) mit vom Verbrennungsabgas der Feuerung (11) erhitzten, in einem ersten geschlossenen Kreislauf (15) geführten Heißgas beaufschlagt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der zweite Wärmetauscher (10) mit vom Verbrennungsabgas der Feuerung (11) erhitzten, in einem zweiten geschlossenen Kreislauf (16) geführten Heißgas beaufschlagt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brüden-Auskoppelung sowie die Wiederaufheizung des abgereicherten Brüden- Teilstromes frei programmierbar gesteuert werden.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsabgase zusammen mit dem abgereicherten und dann thermisch nachgereinigten Brüden-Teilstrom nach Beaufschlagung zumindest eines Heißgaskreislaufes (15, 16) aus einem Kamin (18) als Abluft (19) in die Atmosphäre geleitet werden.
  8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Trocknungskreislauf (1) geführten Brüden im ersten Wärmetauscher (7) von etwa 120-130°C auf etwa 300-350°C erwärmt werden.
  9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Stromrohrtrockners (3), in den die nassen Fasern (4) in die ihn durchströmenden Brüden eingespeist werden.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit der Fasern im Stromrohrtrockner (3) etwa 2-10 Sekunden beträgt.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den nassen Fasern (4) Treibdampf in den Kreisgastrockner (3) eingespeist wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Treibdampf in einer Größenordnung von etwa 30-50% des Massestroms eingespeist wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Brüden-Kondensator (9) ausgespeiste Kondensat (14) zur Treibdampferzeugung in einem zur Fasererzeugung verwendeten Refiner eingesetzt wird.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Brüden-Kondensator (9) ausgespeiste Kondensat (14) als Ansetzwasser für eine Faserbeleimung eingesetzt wird.
  15. 15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern auf etwa 2-4% atro getrocknet werden.
  16. 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Trocknungskreislauf (1) ausgeschiedenen getrockneten Fasern (6) in einer nachgeschalteten Beleimung (II) beleimt werden.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die getrockneten Fasern (6) in einen weitgehend geschlossenen Beleimungsluftkreislauf (22) eingespeist werden, eine Leim-Benetzungszone (23) durchlaufen und in einem dieser nachgeschalteten Abscheider (24) von der im Kreislauf geführten Transportluft separiert werden.
  18. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportgeschwindigkeit der die Leim-Benetzungszone (23) passierenden Fasern zwischen 20 und 35 m/s, vorzugsweise bei etwa 27 m/s liegt.
  19. 19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Transportluft etwa 40-60°C beträgt.
  20. 20. Verfahren nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass dem Beleimungsluftkreislauf (22) über eine Luftausschleusung Falschluft (26) entnommen und als zusätzliche Verbrennungsluft in die Brennkammer der Feuerung (11) eingespeist wird.






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