Beschaffungsvorhaben Carbonisierungsstrecke und Nassspinnanlage

Description

Die TLH plant zur Herstellung von Carbonfasern, ausgehend von Holzzellstoff und/oder Lignin, die Beschaffung eines Anlagenaufbaus, bestehend aus einer Nassspinnanlage, Carbonisierungsstrecke unter atmosphärischen Druck sowie einem Niederdruckstabiliserungsofen. Mit Hilfe dieser Anlagenkonfiguration sollen unterschiedliche Ausgangsmaterialien unter kontrollierten und wiederholbaren Bedingungen zu Kohlenstofffasern verarbeitet werden. Die Kohlenstofffasern werden anschließend für unterschiedliche Anwendungen hinsichtlich Ihrer Eigenschaften untersucht und weiterverarbeitet. Lot 2: Carbonisierungs- und Stabilisierungsanlage unter atmosphärischen Druck Ausgeschrieben wird eine Kohlenstofffaser-Pilotanlage für die Herstellung von kontinuierlichen Kohlenstofffasern zur Hochskalierung von IP-rechtlich-geschützten eigenen Prozessen und Verfahren auf Basis von nachhaltigen Biopolymeren. Als Ausgangsmaterial werden Präkursor-Tows aus Cellulose, Lignin und Lignin/Cellulose Compounds sowie deren Derivate verwendet. Die Kohlenstofffaser-Pilotanlage umfasst folgende Positionen: 1. Gatter für die Präkursor-Spulen mit 24 Spulstellen, 2. Quintett, 3. Stabilisierungsofen mit auswählbarer Atmosphäre (Stickstoff oder Luft), 4. Quintett, 5. Wickler mit 12 Spulstellen, 6. Gatter mit 12 Spulstellen, 7. Quintett (Heptett), 8. Niedertemperatur-Carbonisierungsofen (LT-Carbonisierungsofen) 9. Quintett, 10. Hochtemperatur-Carbonisierungsofen (HT-Carbonisierungsofen), 11. Oberflächenaktivierungseinheit mittels elektro-chemische Oxidation der Faseroberflächen, 12. Wascheinheit, 13. Trockner, 14. Oberflächenbeschichtungseinheit, 15. Trockner, 16. Quintett 17. Wickler mit 12 Spulstellen 18. Abgasbehandlungsanlage (mit Wärmerückgewinnungsfunktion zur Beheizung der Stabilisierungsöfen) zur Behandlung der Abgase gemäß der örtlichen und bundesweitgültigen Immissionsschutz-Vorschriften. 19. Luft- und Stickstoffgeneratoren der Stickstoffklasse (Klasse N5.0) sowie geeignete Kühlwassersysteme sowie Notkühlsysteme für die Komponenten (z. B. LT- und HT-Ofen) Die Pilotanlage soll so dimensioniert werden, dass sie eine Produktionskapazität von 2-4 kg/Std. (Endprodukt: Kohlenstofffasern), welche eine Produktabhängigkeit aufweist, ermöglicht. Grundlage für die Berechnung der Produktionskapazität sind folgende Parameter: 12 (zwölf) zueinander parallel verarbeitbare Präkursor-Tows, wobei jedes einzelnes Tow aus 12000 (zwölftausend) Einzelfilamenten besteht und ein Monofilament eine mittlere Feinheit von 2 dtex hat. Die Massenausbeute nach dem Prozessieren (nach dem letzten Carbonisierungsschritt) beträgt 33-35 %. Die Anlage soll in der Lage sein, die 3k (dreitausend) bis 50k (fünfzigtausend) Ausgangsfilamente in einem Roving zu prozessieren. Die maximalen Dimensionen der Anlage sind auf 50 m (Länge) und 7 m (Höhe) zu begrenzen. Die Anlage soll mit SPS-Steuerung neuster Generation geliefert werden und muss mindestens die europäisch geltenden gesetzlichen Rahmenbedingungen für die CE-Konformität erfüllen. Die Gesamtanlage sollte mit einem Wärmerückgewinnungssystem zur Minimierung des Energieeinsatzes ausgestattet sein. Des Weiteren soll ein 24/7 Betrieb der Anlage möglich sein. Lot 3: Spinnlösungsvorbereitung und Nassspinnanlage Ziel ist die Beschaffung einer Anlage für die Herstellung von Präkursor und Textil-Fasern aus Biopolymeren. Als Ausgangsmaterial wird Holzzellstoff und/oder Lignin verwendet, welcher volumengerecht in einem Mischbehälter unter definierter Zugabe von ionischer Flüssigkeit eine Maische vorbereitet. Diese Maische soll im nächsten Schritt in einem Kneter drucklos vermengt werden, um eine blasenfreie, homogene, vollständig gelöste Masse zu erzeugen. Die Masse, genannt Spinnlösung, soll über möglichst kurze Leitungen abwechselnd, je nach Füllstand automatisch angewählt, in einen innen polierten 150L Behälter aus CrNi-Stahl 1.4404 befördert werden. Die Vorlagebehälter sollen Wärmegedämmt und bis 95GradC beheizbar sein und mit einem definierten Druck beaufschlagt werden können. Ebenso soll eine Stickstoffbeschleierung des Innenraumes möglich sein. Während der entleerte Behälter automatisch mit Spinnlösung befüllt wird, soll die Entnahme der Spinnlösung aus einem befüllten Behälter abwechselnd über eine automatisierte Anlagensteuerung geschehen. Im Folgenden soll die Spinnlösung eine bis 95GradC beheizbare Filterkerze passieren und einem bis 150GradC (+-1GradC) beheizbaren Extruder zugeführt werden. Der Extruder soll Spinnlösungs-Mengen von 0,4 kg/h bis 50 kg/h bei einem Massedruck von 30bar - 100bar fördern können. Nach dem Verlassen des Extruders erzeugen zwei Spinnpumpen einen gleichmäßigen Druck und transportieren die Spinnlösung zum Spinnkopf, der mit 4 Spinnkopfdüsen ausgestattet ist. Jede Spinnkopfdüse verfügt über 500 Löcher zur Erzeugung von 2000 Einzelfilamenten in Summe. Die Filamente haben eine Feinheit von 1,5-5 dtex und verlassen die Spinnkopfdüse oberhalb eines Koagluationsbades. Der Spinnkopf muss so gestaltet sein, dass er einfach austauschbar ist, um auch Faserbündel mit bis zu 4x3000 Filamenten spinnen zu können. Der Spinnkopf samt Düsen müssen exakt waagerecht ausgerichtet werden können, mit verstellbarem Abstand zum Koagluationsbad. Das Koagluatinsbad soll von -10GradC bis 90GradC temperiert werden. Ein Dosiersystem soll Wasser bis zu einer einstellbaren Konzentration zuführen. Die Rovings werden über ein Septett aus sieben angetriebenen Galetten gezogen und können durch einen Trennkamm wieder in seine vier gesponnenen Rovings separiert werden. Die Anfahrgeschwindigkeit beträgt 15m/min. Der Normalbetrieb geschieht bei 100m/min. Die maximale Geschwindigkeit der Anlage soll bei 300m/min liegen. In der Prozesskette folgt nun ein Streckbad, welches auf 90GradC temperiert werden kann. Danach sollen die Faserbündel das auf 90GradC temperierbare Waschbad durchlaufen, welches aus drei Waschduos mit jeweils zwei Galetten besteht. Waschduos und Streckbad sollen über eine Back-Track-Kaskade verbunden werden, welches automatisch die Konzentration mittels Leitfähigkeit erfasst und einstellt. Nach Verlassen des Waschbades wird das Faserbündel durch eine Avivageauftragseinheit geführt. Dies besteht aus zwei angetriebenen Galetten. Im Anschluss sollen die Rovings getrocknet werden. Die Trockenkapazität soll so bemessen werden, dass 4 Faserbündel mit je 500 Filamenten aus 5dtex bei einer Eingangsfeuchte von 600% einer Maschinengeschwindigkeit von 100 m/min (Normalbetrieb) auf eine Restfeuchte von 1-5% getrocknet werden können. Für Experimente muss die Trocknungs-Geschwindigkeit von 15-300m/min fahren können. Die Möglichkeit zur Integration weiterer Trockeneinheiten in die Anlage muss bestehen. Nach der Trocknung soll online die Fadenspannung gemessen werden können. 250 Filamente haben einen Spannungsbereich von 50-1000cN. Entsprechend soll der Messbereich gewählt werden, um von 4x64 Filamenten bei 1,5dtex bis 4x3000 Filamenten bei 5dtex gemessen werden können. Anschließend sollen die Fasern einen Heissluftkanal durchlaufen und auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Abschließend sollen die Rovings mit einem Präzisions-Kreuzwickler auf genormte Papphülsen gewickelt werden. Des Weiteren soll ein 24/7 Betrieb der Anlage möglich sein. Lot 1: Niederdruck-Stabilisierungsofen Ausgeschrieben wird ein Niederdruck-Stabilisierungsofen für die kontinuierliche Stabilisierung von Präkursorfasern auf Basis von nachhaltigen Biopolymeren unter Niederdruck im Bereich von 30 mbar bis 900 mbar. Zusätzlich soll der Ofen mit auswählbarer Atmosphäre (Stickstoff, Luft) betreibbar sein, wobei zusätzlich der Partialdruck eines weiteren Gas-Mediums (hier Sauerstoffes) in der Stickstoffatmosphäre einstellbar sein soll. Als Ausgangsmaterial werden Präkursor-Tows aus Cellulose, Lignin und Lignin/Cellulose Compounds sowie deren Derivate verwendet. Die Stabilisierungsanlage umfasst folgende Positionen: 1. Gatter für die Präkursor-Spulen mit 24 Spulstellen, 2. Quintett, 3. Niederdruck-Stabilisierungsofen mit geeigneten Schleusen-Systemen 4. Quintett, 5. Wickler mit 12 Spulstellen, Die Stabilisierungsanlage soll so dimensioniert werden, dass eine Produktionskapazität von 1,4 - 2,8 Kg/Std. nachhaltiger stabilisierter Präkursorfasern kontinuierlich erreicht werden kann. Grundlage für die Berechnung der Produktionskapazität sind folgende Parameter: 12 (zwölf) zueinander parallel verarbeitbaren Präkursor-Tows, wobei jedes einzelnes Tow aus 12000 Einzelfilamenten besteht und ein Monofilament eine mittlere Feinheit von 2 dtex hat. Die Massenausbeute nach dem Prozessieren mittels Stabilisierungsofen beträgt 60 %. Die Anlage soll in der Lage sein, die 3k (dreitausend) bis 50k (fünfzigtausend) Ausgangsfilamente in einem Roving zu prozessieren. Die maximalen Dimensionen der Anlage sind auf 30 m (Länge) und 7 m (Höhe) zu begrenzen ist. Die Anlage soll mit SPS-Steuerung neuster Generation geliefert werden und muss mindestens die europäisch geltenden gesetzlichen Rahmenbedingungen für die CE-Konformität erfüllen. Die Gesamtanlage sollte an einem Wärmerückgewinnungssystem und an der zentralen Abgasanlage zur Minimierung des Energieeinsatzes anschließbar sein. Des Weiteren soll ein 24/7 Betrieb der Anlage möglich sein.