Способ и система для варки тонкой щепы в варочном котле
Способ варки тонкой щепы в варочном котле непрерывного действия, включающий в себя: введение тонкой щепы с толщиной не более 6 мм в бункер для щепы; добавление белого (варочного) щелока в бункер для щепы или в трубу для переноса щепы, проходящую от бункера для щепы до верхнего впуска варочного котла непрерывного действия; нагнетание водяного пара среднего давления или другой нагретой текучей среды в верхнюю зону варочного котла для повышения температуры варки щепы в котле до, по меньшей мере, 130 градусов Цельсия; варку щепы в котле по мере движения нисходящего потока щепы через котел без существенного извлечения или введения щелока в варочную зону котла; нагнетание промывочной жидкости в нижнюю зону котла; извлечение, по меньшей мере, промывочной жидкости через сетчатый фильтр для извлечения промывочной жидкости в нижней зоне котла и упомянутое выше нагнетание промывочной жидкости, и выгрузку сваренной тонкой щепы в виде древесной массы из нижней зоны котла. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 1 ил.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка имеет преимущество приоритета заявки №61/263905, поданной 24 ноября 2009, которая включена в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Уровень техники
В общем случае настоящее изобретение относится к способам и системам для производства древесной массы из лигноцеллюлозного материала, такого как древесная щепа, с применением способов химической варки. Древесную массу можно производить в варочном котле для химической варки в режиме непрерывного потока.
Перед тем, как проводить варку в варочном котле, таком как котел непрерывного действия или котел периодического действия, лигноцеллюлозный материал, такой как древесина, обычно измельчают до древесной щепы. Размер древесной щепы в основном устанавливают таким образом, чтобы повысить пропускную способность варочного котла и, в частности, чтобы избежать образования пробки из разрушенной щепы в нижней зоне варочного котла.
Щепу из древесины хвойных пород обычно варят до значений чисел Каппа от 20 до 33, а щепу из древесины твердолиственных пород варят до значений чисел Каппа от 15 до 20. Число Каппа указывает на остаточное содержание лигнина в древесной массе. При упомянутых традиционных значениях чисел Каппа тонкая щепа, например щепа с толщиной менее 7 мм, становится мягкой и легко спрессовывается в нижней зоне варочного котла.
В нижней зоне варочного котла спрессованная мягкая тонкая щепа превращается в плотно упакованную щепу, забивает нижнюю зону и препятствует потоку промывной жидкости через щепу в зоне промывки варочного котла. Когда уплотнение мягкой щепы становится особенно сильным, нижняя зона варочного котла закупоривается щепой до такой степени, что через щепу в щеповом столбе, находящимся в котле, протекает недостаточно жидкости. В таких условиях может возникать проблема массопереноса, при которой щепа уже не может непрерывно двигаться вниз к выпуску для щепы в нижней зоне котла.
Спрессованная мягкая тонкая щепа может образовывать агломераты из щепы, которые образуют пробку и блокируют нисходящий поток щепы в нижней зоне варочного котла. В агломератах из тонкой щепы могут образовываться каналы, которые позволяют некоторому количеству щепы перетекать в нижнюю зону котла, в то время как другая щепа связывается в агломерат. Образование каналов нежелательно, поскольку они несовместимы с однородным нисходящим потоком щепы в варочном котле и позволяют агломератам щепы оставаться в котле в течение длительных периодов времени.
Агломераты из щепы могут препятствовать потоку промывочных жидкостей, которые должны протекать через щепу, чтобы удалять использованный или отработанный варочный щелок (черный щелок) и лигнин перед выходом щепы/выходом древесной массы из варочного котла. Агломерат из сваренной тонкой щепы в нижней зоне варочного котла может препятствовать удалению черного щелока перед выгрузкой щепы из варочного котла. Агломерат из сваренной тонкой щепы также может забивать или блокировать сетчатые фильтры на боковых стенках варочного котла.
Высокое содержание очень тонкой щепы и "спичек" (в совокупности упоминаемых как "мелкая щепа") может вызывать проблемы в верхней зоне варочного котла. Мелкая щепа может забивать сетчатые фильтры в верхних зонах варочного котла. Забитые сетчатые фильтры препятствуют извлечению щелока из верхней зоны варочного котла.
Когда содержимое котла становится слишком уплотненным, процесс непрерывной варки временно останавливают и в нижнюю зону варочного котла добавляют холодную жидкость для охлаждения, разжижения и удаления агломерата из щепы. Более низкий объем выпуска древесной массы или приостановка производства щепы, осуществляемого с помощью дробилки, приводит к уменьшению производства древесной массы и более высоким эксплуатационным расходам.
Из-за сложности переработки тонкой и мелкой щепы средняя толщина щепы 8 мм представляет собой стандартный минимальный размер щепы, образуемый на дробилке и подходящий для применения в варочном котле непрерывного действия. Когда средняя длина щепы составляет от 22 мм (миллиметров) до 30 мм в длину, толщина щепы обычно составляет меньше 8 мм, при этом от 85% до 90% щепы имеет толщину в диапазоне от 8 мм до 2 мм.
Сетчатые фильтры для сортировки щепы в системе подачи щепы обычно применяются для отделения щепы подходящей толщины. Сетчатые фильтры можно устанавливать у впуска бункера для щепы, подходящей для варочного котла. Сетчатый фильтр для сортировки щепы может состоять из первого сита с 8 мм щелями и второго сита с диаметром отверстий 7 мм. Щепа отделяется по мере того, как она проходит через первое сито и удерживается вторым ситом. Просеивание щепы представляет собой способ сортировки щепы. Сортировку щепы обычно проводят согласно способу анализа гранулометрического состава щепы SCAN-CM 40:01. Согласно такому способу подходящей щепой для способа непрерывной варки является щепа, которая проходит через 8 мм щель и удерживается на лотке с 7 мм отверстиями.
Обычный здравый смысл подсказывает, что в традиционном варочном котле непрерывного действия не должны перерабатываться большие количества тонкой и мелкой щепы. Тонкую и мелкую щепу, такую как "спички" и древесные опилки, обычно перерабатывают в варочном котле Pandia, предлагаемом компанией GL&V, варочных котлах Bauer M&D и с применением технологических процессов Metso для переработки "спичек", или в специально приспособленном варочном котле типа Камюр®.
Чтобы избежать проблем, связанных с мелкой и тонкой щепой, обычный здравый смысл подсказывает, что щепа для традиционного варочного котла непрерывного действия должна быть достаточно большой, например, средняя толщина щепы должна составлять 8 мм, а длина должна составлять от 25 до 30 мм для мягкой древесины (хвойных пород) и от 22 до 24 мм для твердой древесины (твердолиственных пород), чтобы избежать чрезмерного размягчения щепы в варочном котле.
Сущность изобретения
Существует потребность в способе и системе для химической варки тонкой щепы, такой как варочный котел с режимом непрерывного потока. С помощью такого способа и системы можно избежать трудностей или минимизировать трудности, обычно связанные с варкой тонкой щепы в вертикальном варочном котле непрерывного действия. Было бы желательно, чтобы способ и система для варки тонкой щепы сводили к минимуму остановки в работе варочного котла, которые необходимы для разжижения агломерата из мягкой щепы, образующей пробку в варочном котле.
Был разработан описанный здесь способ варки тонкой щепы в варочном котле непрерывного действия, включающий в себя: введение потока тонкой щепы, в котором, по меньшей мере, 85% щепы имеет толщину не более 6 мм; добавление щелока в бункер для щепы или в канал для переноса щепы, проходящий от бункера для щепы к верхнему впуску варочного котла непрерывного действия; нагнетание водяного пара или другой нагретой текучей среды в верхнюю зону варочного котла для повышения температуры варки щепы в котле, по меньшей мере, до 130 градусов Цельсия; варку щепы в котле по мере движения нисходящего потока щепы через котел без существенного извлечения или введения щелока в варочную зону котла; подачу промывочной жидкости в нижнюю зону котла; извлечение, по меньшей мере, указанной промывочной жидкости через сетчатый фильтр для извлечения промывочной жидкости в нижней зоне котла и вышеупомянутой подачи промывочной жидкости, и выгрузку сваренной тонкой щепы в виде древесной массы из нижней зоны котла.
Практически весь белый (варочный) щелок можно добавлять в бункер для щепы и канал для переноса щепы и практически не добавлять белый щелок в варочный котел. Щепа и варочный щелок в варочном котле текут равномерно в нисходящем направлении через котел к сетчатому фильтру, предназначенному для извлечения промывочной жидкости. Щеповой столб в варочном котле практически по всей его высоте можно поддерживать при температуре, по меньшей мере, 130 градусов Цельсия и при давлении, по меньшей мере, 2 бар манометрического давления.
По меньшей мере, 85% щепы может иметь толщину более 2 мм. Древесная масса, выгружаемая из варочного котла, может иметь число Каппа, по меньшей мере, 50 для мягкой древесины и, по меньшей мере, 25 для твердой древесины. Водяной пар или другая нагретая текучая среда, нагнетаемая в варочный котел, может находиться под давлением, по меньшей мере, 2 бар манометрического давления.
Было сконструировано описанное здесь устройство для получения древесной массы из тонкой древесной щепы, содержащее: сетчатый фильтр для сортировки щепы, принимающий щепу из измельченного целлюлозного материала, при этом сетчатый фильтр в сборе включает в себя сито в сборе, которое пропускает тонкую щепу, в которой, по меньшей мере, 85% щепы имеет толщину не более 6 мм; бункер для щепы и транспортер в сборе, принимающие тонкую щепу, выходящую из сетчатого фильтра для сортировки щепы, при этом бункер для щепы в сборе включает в себя бункер для щепы, имеющий впуск для приема белого щелока, и упомянутый бункер для щепы работает в режиме, при котором нижняя часть бункера для щепы заливается белым щелоком, в то время как тонкая щепа движется через бункер для щепы к выпуску бункера для щепы, при этом бункер для щепы и транспортер в сборе включают в себя транспортер, выгружающий тонкую щепу в транспортный трубопровод; варочный котел непрерывного действия, имеющий впуск для щепы в верхней зоне котла, соединенный с транспортным трубопроводом, и зону варки, проходящую вертикально от верхней зоны котла до зоны промывки, зона промывки проходит от зоны варки до нижней зоны котла и выпуск для древесной массы в нижней зоне; впуск для приема водяного пара или другой нагретой текучей среды в указанной верхней зоне впуска, верхнюю зону варочного котла для повышения температуры варки щепы в котле, по меньшей мере, до 130 градусов Цельсия; и зону промывки, включающую в себя впуск для промывочной жидкости в котел для приема промывочной жидкости и сетчатый фильтр в сборе, находящийся вблизи от впуска для промывочной жидкости, при этом сетчатый фильтр в сборе включает в себя примыкающее сито и камеру для промывочного фильтрата, расположенную со стороны указанного сита, примыкающего к щепе в зоне промывки.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 приведена схематическая иллюстрация типичного варианта осуществления способа и системы для варки тонкой щепы.
Подробное описание изобретения
Был разработан новый способ варки и сконструирована описанная здесь система для химической варки тонкой щепы в варочном котле непрерывного действия, используемые для различных способов химической варки, таких как крафт-процесс (сульфатная варка) и способ варки с применением гидроксида натрия. Варка тонкой щепы с применением описанного здесь способа и системы может решить или уменьшить проблемы массопереноса, связанные с тонкой щепой при традиционной сульфатной варке в варочном котле непрерывного действия.
Тонкая щепа может представлять собой измельченную лигноцеллюлозную щепу, в которой от 85% до 90% щепы имеет толщину от 2 мм до 6 мм. Тонкую щепу можно производить путем регулировки традиционных измельчителей в дробилке, обеспечивающей щепу, и путем регулировки традиционных устройств для просеивания, которые представляют собой сетчатый фильтр для щепы на входе в бункер для щепы, предназначенной для варочного котла непрерывного действия.
Условия варки в варочном котле непрерывного действия для тонкой щепы могут быть менее жесткими, чем условия, обычно применяемые для традиционной варки более толстой щепы. Например, варочный котел может производить древесную массу из тонкой щепы, полученной из древесины хвойных пород, с числами Каппа, по меньшей мере, 50 и в любом из диапазонов от 50 до 100, от 50 до 80 и от 60 до 75. Аналогично древесная масса из тонкой щепы, полученной из древесины твердолиственных пород, может иметь числа Каппа, по меньшей мере, 25 и в диапазоне от 25 до 50 или выше 50. Такие высокие числа Каппа можно обеспечивать, даже если период пропитки щепы варочным щелоком является коротким. Щепу можно пропитывать белым варочным щелоком в бункере для щепы и тем самым избегать применения отдельного устройства для пропитки щепы.
В настоящее время считается, что при варке толстой щепы массоперенос ограничивается ранней стадией варки. Массоперенос относится к переносу варочных химикатов в щепу и в волокна внутри щепы. Массоперенос можно улучшать путем повышения температуры, применяя более тонкую древесную щепу и более высокую концентрацию ОН-ионов. Более высокие температуры могут быть проблематичными, поскольку они могут служить причиной более высокого расхода ОН-ионов. В качестве практического подхода к улучшению массопереноса варочных химикатов в волокна древесной щепы авторы изобретения предлагают применять более тонкую древесную щепу и высокую концентрация ОН-ионов.
По-видимому, традиционные проблемы, связанные с тонкой древесной щепой, которая становится слишком мягкой в химическом варочном котле, обусловлены, по меньшей мере, частично чрезмерной впитывающей способностью тонкой щепы в варочном котле. Впитывающая способность щепы зависит от размера щепы, пористой структуры щепы и числа Каппа щепы. Более низкое число Каппа может обеспечивать более низкую впитывающую способность щепы, а более высокое число Каппа может обеспечивать более высокую впитывающую способность щепы.
Система подачи щепы, например бункер для щепы, с усиленным проникновением в щепу белого варочного щелока может не нуждаться в отдельной стадии пропитки. В одном из вариантов осуществления изобретения целью является варка тонкой щепы из древесины хвойных пород до чисел Каппа выше 50, в диапазоне от 50 до 70 и выше 70, и варка тонкой щепы из древесины твердолиственных пород до чисел Каппа выше 25, в диапазоне от 25 до 50 или выше 50. Такие высокие числа Каппа возможны, поскольку условия варки являются умеренными, и тонкая щепа легко подвергается варке.
Варку и пропитку можно осуществлять с применением одного и того же щелока.
Проникновение щелочи белого щелока в тонкую древесную щепу может происходить быстро, и будет происходить быстрее, если отношение активного щелока к древесине является низким. Высокое содержание щелочи в белом щелоке ускоряет проникновение в щепу. Белый щелок может составлять приблизительно от 60% до 70% от общей (массы) щелочи. Щелочь может переноситься в тонкую щепу без длительной пропитки, во время пребывания в бункере для щепы или в варочном котле. Кроме того, диффузия варочных химикатов в щепу после первоначальной пропитки щепы может быть менее важной благодаря высокой концентрации щелочи в белом щелоке.
Число Каппа может быть высоким, например более 50 для древесины хвойных пород и более 25 для древесины твердолиственных пород, пористая структура древесной массы/щепы, выгружаемой из варочного котла, может сохраняться, и в нижней зоне варочного котла могут осуществляться достаточная промывка и охлаждение. Если концентрация щелочи в белом щелоке высокая, проникновение щелочи и диффузия в щепу будет происходить быстро. Благодаря быстрому проникновению щелочь может переноситься в тонкую щепу без длительного периода пропитки. Период пребывания щепы в системе подачи щепы и в варочном котле должен быть относительно коротким. Если обеспечена быстрая пропитка щепы, например от 2 до 5 минут, стадию пропитки можно осуществлять в бункере для щепы и отдельной стадии пропитки может не потребоваться.
Варку щепы в белом щелоке можно проводить при умеренной температуре (например, при 130 градусов Цельсия (°С) или выше) в варочном котле 120. В способе варки тонкой щепы можно использовать более низкие температуры варки, чем температуры при традиционных способах варки (от 150 до 180 градусов Цельсия).
Контрольный параметр (Н-фактор) традиционной варки может не являться достаточным индикатором способа варки тонкой щепы, и может не являться лучшим параметром, применяемым для расчета времени пребывания или температуры варки для способа варки тонкой щепы. Более низкая температура варки тонкой щепы может защищать древесную массу во время первых минут воздействия условий варки в варочном котле. В способе варки тонкой щепы время варки щепы в варочном котле 120 составляет более двух часов.
При варке тонкой щепы в варочном котле 120 в условиях варки, приводящих к выходу древесной массы с упомянутыми высокими числами Каппа, должна производиться щепа, которая не является слишком мягкой. Тонкая щепа, получаемая в таких условиях варки, должна выдерживать воздействия на нижнюю часть щепового столба в варочном котле и не становиться слишком утрамбованной, упакованной или агломерированной в нижней зоне варочного котла.
Сразу после варки тонкая щепа/древесная масса склонна к легкому разделению на волокна в нижней зоне варочного котла, и после выгрузки из варочного котла в таком процессе, как процесс разволокнения массы после котла. Легкое разделение на волокна щепы/древесной массы может делать ненужной рециркуляцию непереработанной щепы из нижней зоны варочного котла обратно в верхний впуск котла.
Благодаря тому, что удается избежать рециркуляции щепы, выход более тонкой щепы из нижней зоны варочного котла может приводить к увеличению выхода щепы на 3-15% по сравнению с традиционной варкой более толстой щепы. Например, в условиях традиционной варки выход древесной массы хвойных пород обычно составляет от 45% до 50%, когда применяется варка по технологии Lo-Solids®, продаваемой компанией Andritz Inc. С применением способа варки тонкой щепы выходы древесной массы могут составлять от 48% до 65%, что является существенным увеличением по сравнению с традиционными выходами древесной массы.
Другие преимущества способа варки более тонкой щепы могут включать в себя менее сложное оборудование и меньшее количество компонентов оборудования по сравнению с традиционными системами непрерывной варки щепы. Кроме того, древесную массу, выгружаемую из варочного котла, можно применять непосредственно в виде бурой древесной массы для формования коричневого упаковочного материала, для производства которого не требуется отбеливания древесной массы. Кроме того, древесная масса, выгружаемая из варочного котла, может быть удовлетворительной для формования отбеливаемой бумаги и других белых бумажных продуктов, поскольку древесная масса находится в волокнистой форме с низким содержанием бракованной древесной массы.
На фиг. 1 представлена схематическая иллюстрация типичного варианта осуществления варочной системы 100 для более тонкой щепы. Варочная система 100 включает в себя бункер 110 для щепы и варочный котел 120 для химической варки в режиме непрерывного потока. Варочная система 100 включает в себя впускной трубопровод 106 для белого щелока, например трубу или другой трубопровод, по которому белый щелок добавляется к тонкой щепе в бункер для щепы. Дополнительный варочный щелок может добавляться по мере того, как щепа выгружается с транспортера 140 для переноса щепы и перекачивается насосом 150 по линии 108 подачи щепы, подающей щепу в варочный котел 120.
Белый щелок, добавляемый в бункер для щепы и на транспортер для переноса щепы, может присутствовать в количестве, достаточном для варки щепы в варочном котле 120, так что нет необходимости добавлять дополнительный варочный щелок в варочный котел. Белый щелок можно смешивать с зеленым щелоком или другими варочными жидкостями или заменять зеленым щелоком или другими варочными жидкостями. В варочный котел 120 и в транспортные линии 108 для переноса щепы можно добавлять промывочную жидкость и другой щелок, чтобы облегчать течение щепы по транспортным линиям и выгрузку щепы из варочного котла.
Тонкая щепа может иметь гранулометрический состав, при котором 85% щепы или более имеет толщину не более 6 мм. Щепа, переносимая по подающей щепу линии 102, может подвергаться сортировке путем просеивания перед введением в шнековое устройство 130 для щепы у впуска в бункер 110 для щепы или по мере того, как щепа покидает бункер 110 и поступает в устройство, регулирующее подачу щепы, и на транспортер 140.
Устройство для просеивания щепы 119 может представлять собой традиционное устройство для просеивания за исключением более мелких отверстий для просеивания щепы. Например, для получения щепы со средней толщиной 6 мм устройство для просеивания 119 может содержать 6 мм щели в первом сите и 5 мм или 4 мм отверстия во втором сите. Щепа, которая проходит через первое сито, но не проходит через второе сито, подается в бункер 110 для щепы.
Щепа подается в бункер 110 для щепы с помощью шнекового транспортера 130. Бункер 110 для щепы может представлять собой традиционной бункер для щепы, такой как бункер для щепы Diamondback®, поставляемый компанией Andritz Inc. Водяной пар низкого давления можно добавлять с помощью трубопровода 104 водяного пара в бункер 110 для щепы так, чтобы можно было регулировать температуру и давление щепы в бункере для щепы. Бункер 110 для щепы также функционирует в качестве стадии предварительной пропарки для нагрева и размягчения щепы.
С помощью трубопровода 106 в бункер 110 для щепы можно добавлять белый щелок, чтобы пропитывать щепу варочным щелоком в то время, когда она находится в бункере и в транспортной линии 108 для щепы. Белый щелок можно частично заливать в бункер для щепы со щелоком. Белый щелок можно добавлять до более низкой отметки (высоты) бункера для щепы, чтобы облегчать перенос щепы к устройству для регулирования подачи щепы и на шнековый транспортер 140 или на транспортер другого типа, расположенный у нижней зоны бункера для щепы. Щелок можно добавлять в бункер для щепы или в поток переносимой щепы для уменьшения плотности взвеси щепы, перетекающей в верхнюю зону варочного котла, и благодаря этому облегчать перенос и перекачивание взвеси.
Щепу можно предварительно пропаривать в бункере для щепы и удерживать в бункере для щепы в течение времени пребывания под паром от 5 мин до 60 мин. Глубокая и полная предварительная пропарка тонкой щепы увеличивает массоперенос варочного щелока в щепу (и удаляет воздух из щепы), облегчает варку щепы в варочном котле и уменьшает риск того, что щепа будет забивать нижнюю зону варочного котла. После предварительной пропарки щепу можно переносить в жидкость, например в жидкость для переноса щепы. Щепу можно пропитывать варочным щелоком и в виде взвеси подавать в устройство подачи (щепы) и с помощью устройства подачи (щепы).
Возвращаемый в оборот щелок и другие жидкости, например черный щелок, улавливаемый на фильтре 190 для черного щелока, в верхней части сепаратора 122 варочного котла 120 и в других местах процесса получения древесной массы (например, промывочный фильтрат), могут нагнетаться в щепу с помощью форсунки 141, расположенной у разгрузочного конца транспортера 140 для переноса щепы, чтобы облегчить перенос пропитанной щепы к одному или нескольким насосам 150, например, с применением системы подачи щепы TurboFeed®, переноса щепы по трубе (линии) 108 в сепаратор обратного потока в верхней зоне 122 варочного котла 120.
Одно или несколько устройств 150 для подачи щепы могут нагнетать щепу и взвесь щепы в щелоке. Устройство для подачи щепы может представлять собой одно или несколько устройств для подачи под высоким давлением (HPF), насос (насосы) и впускной клапан. Перед устройством подачи может размещаться трубопровод для щепы, резервуар для щепы или емкость для щепы, в которой можно регулировать уровень щелока и которая временно содержит в себе щепу. Такая система (которая включает в себя тонкую щепу) может облегчать непосредственную пропитку щепы варочным щелоком, а также нейтрализацию щепы.
Варочный котел 120 может работать в непрерывном режиме, так что щепа и водяной пар непрерывно добавляются в верхнюю зону варочного котла 120, а древесная масса непрерывно выгружается из нижней зоны варочного котла. Период пребывания щепы в варочном котле 120 зависит от конкретных условий варки и варочного котла.
Верхний сепаратор 122, например верхний сепаратор обратного потока, может извлекать часть щелока из вводимой в сепаратор щепы. Извлеченный щелок течет по трубопроводу 112 для рециркулируемого щелока, чтобы нагнетаться с помощью форсунки 141 в поток щепы при разгрузке транспортера 140 для переноса щепы. Верхний сепаратор 122 является необязательным, и если его удалить, щепу можно выгружать непосредственно в верхнюю зону варочного котла 120 без извлечения щелока.
Варочный котел 120 включает в себя впускную линию 114 с регулируемым давлением водяного пара. Добавление водяного пара с помощью линии 114 обеспечивает средство для регулирования давления при варке и температуры в варочном котле. Давление водяного пара в линии 114 можно регулировать традиционным способом, чтобы обеспечить требуемую температуру в варочном котле 120 и избежать взрывного испарения водяного пара в котле.
После введения в верхнюю зону варочного котла щепу в варочном котле 120 можно быстро нагревать до температуры варки. Водяной пар (например, водяной пар среднего давления, водяной пар низкого давления или водяной пар из варочного котла или испарительной установки), добавляемый в верхнюю зону варочного котла, быстро доводит щепу до температуры варки, например до 130 градусов Цельсия или выше, по мере введения щепы в котел через верхний сепаратор. Водяной пар, добавляемый по линии 114 в верхнюю зону варочного котла, может находиться при среднем или низком давлении в соответствии с требованиями температурных условий способа варки в котле.
В типичном варианте осуществления изобретения варочный котел 120 работает под давлением, по меньшей мере, 2 бар манометрического давления и при температуре, по меньшей мере, 130°С. Существуют условия варки, при которых тонкую щепу перерабатывают в варочном котле. Систему варки с одиночным варочным котлом, показанную на фиг. 1, можно осуществлять в виде системы варки с двумя или более котлами, сконструированными для варки тонкой щепы и для функционирования в условиях варки, подобных описанным здесь условиям.
Поток тонкой щепы через варочный котел 120, например щеповой столб, может представлять собой однонаправленный нисходящий поток, который является однородным потоком щепы по всему поперечному сечению щепового столба. Варочный котел может не содержать петель рециркуляции варочного щелока, встречного потока варочного щелока или сетчатых поясов варочного котла на нескольких высотах в котле для извлечения щелока. Зона варки 121 котла может быть цилиндрической с гладкими и одинаковыми цилиндрическими стенками, которые могут иметь расширительные кольца 123, где диаметр котла увеличивается. Внутренние стенки зоны варки 121 могут не содержать сетчатых фильтров, форсунок и других устройств для добавления текучей среды в зону варки или для извлечения текучей среды из зоны варки.
Варочный котел 120 может дополнительно включать в себя один или несколько впусков для промывочной жидкости, которая может представлять собой воду. Промывочные жидкие смеси проходят через щепу/древесную массу в зоне промывки 125 в нижней зоне варочного котла. Промывочная жидкость удаляется.
Промывочную жидкость можно добавлять в варочный котел с помощью промывочных трубопроводов 148, 146 и 144, подходящих к варочному котлу 120. Промывочная жидкость вводится в варочную систему 100 по трубопроводу 136, при этом она необязательно нагнетается. Насос 180 может перекачивать промывочную жидкость по направлению к зоне промывки и может нагнетать промывочную жидкость под давлением. Необязательно температуру промывочной жидкости можно регулировать (например, нагревать или охлаждать) с помощью теплообменника 170. В некоторых вариантах осуществления изобретения в теплообменнике 170 может применяться теплая вода из трубопровода 138 в качестве охлаждающей среды, и в таком случае горячая вода отводится из теплообменника по трубопроводу 142. Теплообменник 170 может быть известен как охлаждающий блок циркуляционной промывки (продувки).
После необязательного регулирования давления и температуры промывочную жидкость можно разделять, по меньшей мере, по трем трубопроводам 144, 146 и 148. Промывочная жидкость, протекающая по трубопроводу 144, вводится в нижнюю зону варочного котла 120, препятствует закупориванию выпуска 160 древесной массой, при этом добавленная жидкость способствует продвижению потока щепы через разгрузочный трубопровод 134. Промывочный трубопровод 146 также может препятствовать закупориванию выпуска щепой благодаря нагнетанию промывочной жидкости выше в нижнюю зону котла, при этом обеспечивается взбалтывание древесной массы в нижней зоне котла. Аналогичным образом промывочная жидкость, нагнетаемая в нижнюю зону котла по трубопроводу 148, может препятствовать закупориванию путем обеспечения горизонтального воздействия на древесную массу и благодаря этому взбалтыванию древесной массы. Промывочная жидкость также может содействовать разбавлению или удалению отработанного щелока, который может или не может вовлекаться в сваренную щепу.
Варочный котел 120 включает в себя промывочный сетчатый фильтр 124, примыкающий к зоне промывки 125 ниже зоны варки. На промывочном сетчатом фильтре 124 отделяется, по меньшей мере, часть жидкости, которая может включать в себя отработанный щелок, промывочную жидкость, воду и другие отфильтрованные жидкости. Отфильтрованные жидкости проходят через промывочный сетчатый фильтр в кольцеобразную камеру для фильтрата 126, расположенную со стороны сита, которая противоположна нисходящему потоку щепы через варочный котел.
Выделенная жидкость, обычно упоминаемая как черный щелок или фильтрат, выводится из камеры 126 в трубопровод 116 для извлечения промывочного фильтрата и течет к фильтру 190 для черного щелока. Профильтрованный крепкий щелок отводится из фильтра 190 для черного щелока по трубопроводу 118, а профильтрованный слабый черный щелок отводится из фильтра 190 для черного щелока по трубопроводу 132 для рециркуляции щелока. Профильтрованный слабый щелок можно целиком или частично перекачивать по замкнутой системе обратно на шнековый транспортер 140 для щепы. Щелок, выходящий из фильтра 190 для черного щелока, по трубопроводу 118 может проходить через теплообменник, который извлекает тепловую энергию, и течет на дополнительную стадию процесса, такую как расширительный циклон или содорегенерационный котел.
Древесную массу, например сваренную тонкую щепу, выгружают из варочного котла 120 с помощью транспортного трубопровода 134 для переноса древесной массы. После того как древесная масса будет выгружена из варочного котла, может потребоваться небольшое или дополнительное рафинирование или превращение в волокнистую массу или может не требоваться дополнительного рафинирования. Выгруженную древесную массу можно применять в качестве небеленой массы для формования гофрированной бумаги и других материалов. Альтернативно небеленую массу можно промывать с применением традиционных способов промывки древесной массы.
После выгрузки из варочного котла 120 древесную массу необязательно можно промывать, например, перед выполнением стадии отбеливания или делигнификации. Отдельная стадия промывки может представлять собой традиционную стадию промывки небеленой массы, включающую в себя промывку на DD-промывных установках, предлагаемых компанией Andritz Inc., или на другом традиционном промывочном оборудовании для удаления варочного щелока, оставшегося в материале после стадии промывки внутри варочного котла, в диффузорах или на вакуумных фильтрах. Альтернативно дополнительная стадия промывки может не понадобиться, если древесная масса была достаточно промыта в зоне промывки 125 варочного котла.
Промытую древесную массу можно белить на стадии кислородной делигнификации (O2-стадия) или другого способа отбеливания. Например, древесную массу можно обрабатывать на O2-стадии путем вдувания кислорода в древесную массу для продолжения делигнификации древесной массы. Если стадия кислородной делигнификации является сильной, условия в варочном котле 120 можно регулировать таким образом, чтобы производить древесную массу с меньшим числом Каппа: от 15 до 30 для древесины хвойных пород и от 10 до 20 для древесины твердолиственных пород. Уменьшение числа Каппа позволяет отбеливать древесную массу с применением традиционной стадии отбеливания абсолютно без хлора (TCF) и без применения элементарного хлора (ECF).
Щепки и другие мелкие куски древесины, например обломки и бракованные куски можно перерабатывать на стадии делигнификации, поскольку нет необходимости перекачивать их обратно в варочный котел. Кроме того, щепки могут быть достаточно мелкими, чтобы лигнин удалялся на одной лишь O2-стадии. Соответственно щепки могут подаваться непосредственно на O2-стадию без прохождения через варочный котел.
В результате описанного здесь способа варки тонкой щепы получается древесная масса, требующая меньшей промывки, кислородной делигнификации, просеивания и отбеливания, чем древесная масса, производимая традиционными способами варки с высокими числами Каппа. Варочная система 100 не нуждается в длительных периодах времени для пропитки щепы.
Способы и системы, описанные в настоящей заявке, могут не требовать высокого отношения активного щелока к древесине во время пропитки. Например, может быть предпочтительно, чтобы время пропитки щелоком составляло менее 2 часов, а для варки тонкой щепы можно применять отношения щелока к древесине меньше 7.
Большую часть белого щелока или весь белый щелок, применяемый для варки щепы, можно вводить на начальном этапе варочной системы 100 (например, в бункер для щепы 110 или в циркуляционную систему подачи). Такое заблаговременное введение белого щелока может приводить к высокой щелочности щепы и одновременно повышенной скорости диффузии щелока в щепу. В некоторых вариантах осуществления изобретения периоды пропитки щепы в системе могут быть короткими, и в системе с одиночным котлом температуру щепы можно повышать до температуры варки, например, от 130 градусов Цельсия до 160 градусов Цельсия, непосредственно в верхней зоне варочного котла (например, может быть достаточно пропитки в нижней зоне бункера для щепы и в котле 110 для пропитки или во время движения по замкнутому контуру при загрузке в котел или в верхней зоне варочного котла). Хотя на фиг.1 проиллюстрирована система с одиночным котлом, бункер для щепы и котел 110 для пропитки могут представлять собой отдельные котлы.
Удаление щелока из щепы может осуществляться только в конце способа варки. В некоторых вариантах осуществления варки тонкой щепы варочная система 100 может быть упрощена по сравнению с традиционной варкой более толстой щепы. Для варки тонкой щепы могут подходить усовершенствованные модели ранее существующих дробилок и вновь создаваемых дробилок. Например, можно производить древесную массу с высокими числами Каппа без последовательно расположенного рафинера.
Поскольку количество черного щелока, которое производится при варке тонкой щепы и отводится с помощью трубопровода 118 обсуждаемым выше способом, меньше количества черного щелока, которое можно было бы ожидать при традиционном способе варки толстой щепы, содорегенерационный котел, необходимый для переработки черного щелока из трубопровода 118, может быть меньше, чем содорегенерационный котел, необходимый для способа с применением крупной щепы. В частности, высокий выход древесной массы, который получается в результате вышеописанного способа химического получения древесной массы из тонкой щепы, приводит к меньшему количеству побочных продуктов, подлежащих сжиганию в содорегенерационном котле. Аналогично установка белого щелока, необходимая для производства белого щелока при химическом способе получения древесной массы из тонкой щепы, может быть меньшего размера или минимизирована по сравнению с установкой белого щелока, необходимой для традиционного химического способа получения древесной массы из толстой щепы, поскольку способ с применением тонкой щепы требует меньше белого щелока, например, загрузки белого щелока для варки, чем для традиционной варки толстой щепы.
В связи с добавлением к древесной щепе белого щелока существует стадия пропитки, на которой щелок пропитывает щепу. После стадии пропитки массоперенос химикатов для варки в щепу происходит путем диффузии химикатов в щепу. Более тонкая древесная щепа может способствовать повышению массопереноса. Благодаря повышенному массопереносу можно улучшать делигнификацию во время варки, и можно повышать температуру в верхней зоне варочного котла непосредственно до температуры варки. Например, если толщина древесной щепы составляет половину от толщины стандартной древесной щепы, время, необходимое для достижения пропитки тонкой щепы щелоком может составлять четвертую часть от времени, необходимого для пропитки щелоком толстой древесной щепы.
Варочная система 100 для тонкой щепы может обеспечивать эффективную по затратам щепу и систему переработки древесной массы с высокими числами Каппа при варке. Можно удерживать низкий уровень затрат, поскольку нет необходимости рафинировать щепу или древесную массу, производимую с помощью описанной системы переработки тонкой щепы. Варочная система для тонкой щепы также может быть эффективной в том смысле, что такая система может производить больше древесной массы из того же количества древесины, что и при традиционной варочной системе для толстой щепы, тем самым обеспечивается существенное увеличение выхода по сравнению с традиционными способами варки толстой щепы.
Несмотря на то, что изобретение описано применительно к наиболее применимому с практической точки зрения и предпочтительному варианту осуществления изобретения, рассмотренному в настоящем документе, следует понимать, что изобретение не ограничивается описанным вариантом осуществления изобретения, а наоборот подразумевается, что изобретение охватывает различные модификации и эквивалентные системы, учтенные в пределах сущности и объема прилагаемой формулы изобретения.
1. Способ варки тонкой щепы в варочном котле непрерывного действия, включающий в себя этапы, на которых:
вводят поток тонкой щепы, в котором, по меньшей мере, 85% щепы имеет толщину не более 6 мм;
добавляют белый щелок в бункер для щепы или в канал для переноса щепы, проходящий от бункера для щепы к верхнему впуску варочного котла непрерывного действия;
подают водяной пар или другую нагретую текучую среду в верхнюю зону варочного котла для повышения температуры варки щепы в котле до, по меньшей мере, 130 градусов Цельсия;
варят щепу в котле по мере движения щепы вниз через котел без существенного извлечения или введения щелока в варочную зону котла;
подают промывочную жидкость в нижнюю зону котла;
извлекают, по меньшей мере, указанную промывочную жидкость через сетчатый фильтр для извлечения промывочной жидкости в нижней зоне котла и вышеупомянутой подачи промывочной жидкости, и
выгружают сваренную тонкую щепу в виде древесной массы из нижней зоны котла.
2. Способ по п.1, при котором по существу весь белый щелок добавляют в бункер для щепы и канал для переноса щепы.
3. Способ по п.1, при котором щепа и варочный щелок в варочном котле равномерно текут в нисходящем направлении через котел к сетчатому фильтру для извлечения промывочной жидкости.
4. Способ по п.1, при котором по существу вся высота щепового столба в варочном котле поддерживается при температуре, по меньшей мере, 130 градусов Цельсия и давлении, по меньшей мере, 2 бар манометрического давления.
5. Способ по п.1, в котором 85% щепы имеет толщину более 2 мм.
6. Способ по п.1, в котором древесная масса, выгружаемая из котла, имеет число Каппа, по меньшей мере, 50 для древесной массы, образованной из тонкой щепы мягкой древесины, или, по меньшей мере, 25 для древесной массы, образованной из тонкой щепы твердой древесины.
7. Способ по п.1, в котором водяной пар или другая нагретая текучая среда нагнетается под давлением, по меньшей мере, 2 бар манометрического давления.
8. Способ по п.1, в котором варочный котел непрерывного действия представляет собой одиночный котел, находящийся под давлением.
9. Устройство для получения древесной массы из тонкой древесной щепы, содержащее:
сетчатый фильтр для щепы, принимающий щепу из измельченного целлюлозного материала, при этом сетчатый фильтр в сборе включает в себя сито в сборе, которое пропускает тонкую щепу, в которой, по меньшей мере, 85% щепы имеет толщину не более 6 мм;
бункер для щепы и транспортер в сборе, принимающие тонкую щепу, выходящую из сетчатого фильтра для щепы, при этом бункер для щепы в сборе включает в себя бункер для щепы, имеющий впуск для приема белого щелока, и упомянутый бункер для щепы работает в режиме, при котором нижнюю часть бункера для щепы заливают белым щелоком по мере того, как тонкая щепа движется через бункер для щепы к выпускному отверстию бункера для щепы, и бункер для щепы и транспортер в сборе включают в себя транспортер, выгружающий тонкую щепу в транспортный трубопровод;
варочный котел непрерывного действия, имеющий впуск для щепы в верхней зоне котла, соединенный с транспортным трубопроводом, и зону варки, проходящую вертикально от верхней зоны котла до зоны промывки, зона промывки проходит от зоны варки до нижней зоны котла и выпускное отверстие для древесной массы в нижней зоне;
впуск для приема водяного пара или другой нагретой текучей среды в указанной верхней зоне впуска, верхнюю зону варочного котла для повышения температуры варки щепы в котле до, по меньшей мере, 130 градусов Цельсия; и
зону промывки, включающую в себя впуск для промывочной жидкости в котел для приема промывочной жидкости и сетчатый фильтр в сборе, находящийся вблизи от впуска для промывочной жидкости, при этом сетчатый фильтр в сборе включает в себя примыкающее сито и камеру для промывочного фильтрата, расположенную со стороны указанного сита, примыкающего к щепе в зоне промывки.
10. Устройство по п.9, в котором зона варки в варочном котле функционирует при температуре, по меньшей мере, 130 градусов Цельсия.
11. Устройство по п.9, в котором зона варки не содержит сетчатых фильтров для извлечения щелока из зоны варки.
12. Устройство по п.9, в котором зона варки не содержит впусков для приема щелока.
13. Устройство по п.9, дополнительно содержащее передающее устройство высокого давления между бункером для щепы и впуском для щепы, причем передающее устройство высокого давления увеличивает давление тонкой щепы.
14. Устройство по п.9, дополнительно содержащее впуск для разбавляющей жидкости в нижней зоне варочного котла.
15. Устройство по п.14, в котором впуск для разбавляющей жидкости включает в себя первую форсунку, направляющую разбавляющую жидкость в основном в вертикальном направлении в нижнюю зону, и вторую форсунку, направляющую разбавляющую жидкость в основном в горизонтальном направлении.
16. Устройство по п.9, дополнительно содержащее фильтр для щелока, принимающий промывочный фильтрат из камеры для промывочного фильтрата и имеющий выход для щелока, снабжающий щелоком выпускное отверстие транспортера для щепы.
17. Устройство по п.9, в котором бункер для щепы включает в себя впуск для водяного пара.
18. Устройство по п.9, в котором варочный котел представляет собой по существу вертикально ориентированный котел высотой, по меньшей мере, 30 метров.
