Lignin

Individuelle Prozesse zur Kompaktierung und Vermahlung

Lignin ist ein Biopolymer und neben Cellulose und Hemicellulose ein Bestandteil von Holz. Dort bewirkt es die Verholzung der Zelle sowie die Druckfestigkeit und Beständigkeit pflanzlicher Gewebe. Insgesamt macht Lignin etwa 20 bis 30 Prozent der Trockenmasse verholzter Pflanzen aus. Bisher galt der natürliche Rohstoff als Nebenprodukt bei der Herstellung von Zellstoff oder Bioethanol und wurde industriell kaum genutzt. Tatsächlich kann das vielseitige Lignin jedoch für die unterschiedlichsten Endprodukte verwendet werden – von Batterien bis hin zu Kosmetik. Dabei muss das Lignin entweder in Form von feinem Pulver oder als Granulat vorliegen und daher vermahlen oder kompaktiert werden. Für beide Verfahren hat Hosokawa Alpine innovative Prozesse entwickelt.

Welche Lignin-Arten gibt es?

Kraft-Lignin und schwefelfreies Lignin und ihre Verwendung

Lignin lässt sich mittels verschiedener chemischer Verfahren gewinnen, darunter das Sulfat- und Sulfitverfahren, das Sodaverfahren, das Acetocell-Verfahren oder das Organosolv-Verfahren. Je nach Prozess hat das gewonnene Lignin unterschiedliche chemische und verfahrenstechnische Eigenschaften. Für die nachfolgende Verarbeitung unterscheidet man primär zwischen Kraft-Lignin aus dem Sulfat- oder Sulfitverfahren und dem schwefelfreien Lignin aus den anderen Verfahren. Je nach Herstellungsverfahren und Qualität des Lignins kann es in folgenden Anwendungsbereichen eingesetzt werden:

Carbonfasern
Hard-Carbon für Batterieanoden
Futtermittel
Baustein für die Chemieindustrie
Ruß-Ersatz für Gummi (Reifen)
Harze
Kunststoffe (Thermoplaste, Elastomere, Wachse)
Zusatzstoff für Schäume (PU-Schaum, Aerogele)
Kosmetik

Ligninverwendung in verschiedenen Bereichen

Verarbeitung von Lignin

Individuelle Lösungen nötig

Lignin ist also ein äußerst vielseitiger Rohstoff. Seine natürliche Herkunft sorgt allerdings auch dafür, dass seine Qualität starken Schwankungen unterworfen ist – so wie eben Holz nicht gleich Holz ist. Auch der Herstellungsprozess beeinflusst die Eigenschaften des Rohstoffs: Je nachdem ob das Lignin bei der Zellstoff- oder Papierherstellung oder in Bioraffinerien gewonnen wird, bringt es unterschiedliche Charakteristika mit.

Für die Verarbeitung von Lignin bedeutet das: Es gibt keine Standardlösung für die Vermahlung oder Kompaktierung von Lignin. Je nach Ausgangsprodukt und Endanwendung ist daher ein individueller Prozess nötig, den Hosokawa Alpine gerne für Sie entwickelt.

Verschiedene Ligninarten in durchsichtigen Gläsern — Lignin ist ein natürlicher Rohstoff, dessen Qualität starken Schwankungen unterworfen ist.

Für die Verarbeitung von Rohlignin gibt es verschiedene Prozesse, die zu unterschiedlichen Lignin-Qualitäten führen und nicht nur von der gewünschten Applikation, sondern auch von der Art des Lignins abhängen: Durch Mahlen mit einer Sichter- oder Strahlmühle und anschließendes Sichten erhalten Kunden ein hochwertiges Lignin-Pulver. Durch Kompaktieren (Granulieren/Brikettieren) entsteht ein staubfreies Granulat oder Brikett mit guter Fließfähigkeit und höherer Schüttdichte

Welcher Prozess für welches Lignin?

	Kompaktor	Sichtermühle	Strahlmühle	Sichter
Kraft-Lignin	✓	×	×	×
Bioraffinerie-Lignin	✓	✓	✓	✓
Carbonisiertes Lignin	×	×	✓	✓

Kooperation mit Lignopure

Gemeinsam zur optimalen Lösung

Das Hamburger Start-up Lignopure GmbH hat als Pionier Lignin in Verbraucherprodukte gebracht. Zusammen mit diesem Anwendungsexperten und bündeln wir unser Know-how und entwickeln für Sie einen spezifischen Prozess für Ihre gewünschte Applikation

Lignopure analysiert dabei das Ausgangsmaterial, aber auch die Anforderungen der Endanwendung. Auf dieser Basis wird ermittelt, wie das Lignin modifiziert werden muss, um ein optimales Endprodukt zu erhalten. Hosokawa Alpine als Maschinen- und Anlagenbauer wiederum besitzt das nötige Wissen und die Technologien, um Lignin mit den geforderten Eigenschaften bestmöglich zu verarbeiten. So unterstützen wir Sie dabei, die richtige Technologie für Ihre Anforderungen zu finden und das optimale Lignin-Granulat oder -Pulver zu erhalten.

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Vermahlung von Lignin

Pulver mit hervorragenden Eigenschaften

Um Lignin zu vermahlen, eignen sich zwei Arten von Mühlen: Mit der Strahlmühle AFG erreichen Sie hohe Feinheiten mit d₉₇ = 5–15 µm. Durch den Eintrag hoher Mahlenergie können damit auch faserige Rohstoffe zerkleinert werden. Mit einer Sichtermühle wie der ACM erhalten Sie ein gröberes Zielprodukt mit einer Feinheit von d₉₇= 10–25 µm. Die mechanische Zerkleinerung ist ein sehr energieeffizienter Prozess.

Vermahlung mit der Strahlmühle AFG

1 Materialaufgabe 2 Fließbett-Gegenstrahlmühle AFG 3 Filter 4 Gebläse 5 Endprodukt

Ihre Vorteile mit der Strahlmühle AFG:

hohe Feinheiten
scharfe und leicht einstellbare Trenngrenze
Vermahlung von faserigen Materialien möglich
geringer Verschleiß
kontaminationsfreies Produkthandling möglich durch die Keramikauskleidung der kompletten Anlage

Vermahlung mit der Sichtermühle ACM

1 Materialaufgabe 2 Sichtermühle ACM 3 Prozessgas 4 Filter 5 Gebläse 6 Endprodukt

Ihre Vorteile mit der Sichtermühle ACM:

geringe spezifische Mahlenergie
scharfe und leicht einstellbare Trenngrenze
flexible Produktionsparameter zur Einstellung der Mahlfeinheit
kompakte und platzsparende Bauweise

Vermahlung mit der Strahlmühle Microburst AMB

Für den Einsatz im Labor eignet sich die Strahlmühle Microburst AMB, die auch grobe oder faserige Produkte ohne Vorzerkleinerung feinstvermahlen kann.

Ihre Vorteile mit der Strahlmühle AMB:

auch für grobe und faserige Produkte geeignet
Feinstvermahlung ohne Vorzerkleinerung möglich
sehr hohe Feinheiten erreichbar
einfaches Explosionsschutzkonzept
modularer Aufbau
leicht zu reinigen
auch als eigenständig nutzbare Baseline-Variante erhältlich

Entstaubung mit dem Windsichter ATP

Um eine steilere Partikelgrößenverteilung zu erreichen, empfiehlt sich eine Sichtung mit dem Windsichter ATP zur:

Entstaubung bei 2-3 µm
Oberkornsichtung bei 20-30 µm

Durch die Entstaubung erhalten Sie ein staubfreies Produkt mit optimierter Fließfähigkeit. Zudem können Sie durch die Oberkornsichtung eine scharfe Trenngrenze sicherstellen und Agglomerate entfernen. Die steile Trennkurve führt zudem zu einer hohen Produktausbeute. Dieses hochwertige Pulver eignet sich unter anderem für hochwertige Kunststoffe, Schäume oder Kosmetika.

1 Materialaufgabe 2 Windsichter ATP 3 Prozessgas 4 Filter 5 Gebläse 6 Grobfraktion 7 Feinfraktion

Warum Hosokawa Alpine?

Maschinen und Anlagen von Hosokawa Alpine sorgen für einen stabilen Prozess und eine hohe Anlagenverfügbarkeit. Dies reduziert die Stillstandszeiten erheblich und sorgt für eine gut durchlaufende Produktion mit hoher Produktqualität. Durch langjährige Erfahrung in der Verarbeitung mit Naturprodukten und Explosivstoffen ist eine hohe Expertise im Bereich Explosionsschutz vorhanden

Aufwertung von Lignin

Optimierung der Produkteigenschaften durch Kompaktieren

Feines Lignin-Pulver ist explosiv, hat schlechte Fließeigenschaften sowie eine geringe Schüttdichte. Daher ist das Produkthandling komplex, der Arbeitsschutz gestaltet sich aufwendig und es sind große Lagerflächen nötig. Die Lösung für diese Herausforderungen liegt hier im Granulieren oder Brikettieren des Lignin-Pulvers.

Lignin granulieren mit einer speziellen Kompaktorauslegung

Durch den Einsatz einer Walzenpresse erhalten Sie ein staubfreies Lignin-Granulat oder Brikett mit einer konstanten, sehr hohen Produktqualität, einer höheren Schüttdichte und guter Fließfähigkeit. So lässt es sich nicht nur besser weiterverarbeiten, sondern auch gut lagern und transportieren. Zudem verringert sich die Gefahr einer Staubexplosion oder Kontamination, sodass notwendige Maßnahmen für Mitarbeiter- und Umweltschutz reduziert werden können. Durch diese Veredelung des Lignins lässt sich ein höherer Marktpreis erzielen.

Bei der Granulierung wird das Material zunächst gleichmäßig in den Kompaktor dosiert. Im Kompaktor wird es durch zwei gegenläufig rotierende Walzen zu einer Schülpe verpresst. Anschließend wird die Schülpe durch einen optionalen Pre-Crusher und einen Walzenbrecher auf die gewünschte Partikelgröße zerkleinert.

Lignin brikettieren

Bei der Brikettierung wird der Rohstoff zur gewünschten Form verpresst. Anschließend werden Staub und Stege ausgesiebt und in den Prozess zurückgeführt. Falls Wasser oder andere Additive notwendig sind, um stabile Briketts herzustellen, muss dem Kompaktor eine Mischeinheit vorgeschaltet werden.

Ihre Vorteile mit Kompaktieranlagen von Hosokawa Alpine

Mit unseren Kompaktieranlagen holen Sie aus Produkt und Anlage das Beste heraus. Da sie alle Anlagenkomponenten aus einer Hand erhalten, sind Maschinen und Prozesse perfekt aufeinander abgestimmt.

Applikationsbezogene Vorteile:

flexible Einstellung der Granulatgröße möglich
stabile Granulate
sehr geringer Staubanteil im Granulat

Anlagenbezogene Vorteile:

stabiler Prozess
keine Zugabe von Additiven nötig
geringer spezifischer Energieeintrag
hohe Anlagenverfügbarkeit

Explosionsschutz

Lignin fällt üblicherweise in die Staubexplosionsklasse St 2, das bedeutet, es besteht ein erhebliches Explosionsrisiko bei der Verarbeitung. Um Personal und Anlage zu schützen und die Sicherheitsstandards zu erfüllen, eignen sich drei grundlegende Maßnahmen:

1. Vermeidung wirksamer Zündquellen

Hier wird die Anlage durch Messtechnik und konstruktive Maßnahmen so ausgeführt, dass keine Zündquelle entstehen kann. Ob diese Methode einsetzbar ist, hängt vom Material und Equipment ab.

2. Druckstoßfeste Bauweise

Bei der druckstoßfesten Bauweise wird die Anlage so stabil ausgeführt, dass selbst bei maximalem Explosionsdruck kein Schaden nach außen entsteht. Bei großen Anlagen ist zudem ein reduzierter Explosionsdruck über ein Druckentlastungs- oder Löschmittelsystem möglich. Dies hat den Vorteil, dass kein Stickstoff benötigt wird und folglich die laufenden Kosten reduziert werden können

3. Inertisierung

Bei der Inertisierung wird der Sauerstoffgehalt innerhalb der Anlage so weit reduziert, dass keine Explosion stattfinden kann. Die Sauerstoffkonzentration kann kontinuierlich überwacht werden. Durch einen Kreisgasprozess kann der Stickstoffverbrauch reduziert werden.

Mehr erfahren: Lignin: Hosokawa Alpine und Lignopure verkünden Zusammenarbeit | Case Study: Lignin - Von der Prozessberatung zur schlüsselfertigen Anlage