BRPI1000226A2

BRPI1000226A2 - método de gerar vapor em uma instalação digestora de uma trituradora de polpa quìmica

Info

Publication number: BRPI1000226A2
Application number: BRPI1000226-0A
Authority: BR
Inventors: Petri Tikka; Jarmo Kaila
Original assignee: Andritz Inc
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2011-03-29
Also published as: CA2692090C; RU2010104385A; SE534546C2; FI20090039A0; BRPI1000226B1; JP5734572B2; CA2692090A1; FI20090039A; SE1050126A1; CN101798771A; RU2519939C2; FI122983B; JP2010180523A; CN101798771B; CL2010000106A1; US8512514B2; US20100236733A1

Abstract

MéTODO DE GERAR VAPOR EM UMA INSTALAçãO DIGESTORA DE UMA TRITURADORA DE POLPA QUìMICA. A presente invenção refere-se a um método para gerar vapor em uma instalação digestora de uma trituradora de polpa química, sendo que neste método: a) licor negro é produzido no sistema digestor; b) uma primeira corrente de licor negro é extraída a partir do digestor e evaporada usando vapor fresco como um meio de aquecimento para gerar vapor e licor negro evaporado dotado de um teor de sólidos secos aumentado; c) o vapor a partir da evaporação na etapa b) é usado para aquecer material fibroso no digestor; d) uma segunda corrente de licor negro extraída a partir do digestor é evaporada para gerar licor negro evaporado e vapor da vaporização, que é introduzido a pelo menos um trocador de calor, preferivelmente um evaporador, em um contato indireto de troca de calor com um líquido evaporável limpo para produzir vapor limpo; e) o vapor limpo a partir da etapa d) é usado para vaporização de lascas, e; f) o licor negro evaporado a partir da etapa d) é conduzido para evaporação adicional.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DEGERAR VAPOR EM UMA INSTALAÇÃO DIGESTORA DE UMA TRITURADORA DE POLPA QUÍMICA".

A presente invenção refere-se a um método para gerar vapor apartir de um licor negro em uma instalação digestora de uma trituradora depolpa química.

O estado da técnica atual utiliza um sistema de linha de fibracom um depósito de lascas onde vaporização de lascas de madeira ou outromaterial de celulose ocorre, líquido é adicionado para formar uma pasta, se-guido por pressurização da pasta (a referida seção é também referida comoo sistema de alimentação), alimentado a um recipiente ou recipientes de tra-tamento (pode ser um recipiente de impregnação, um processo de pré-hidrólise ou outros recipientes), seguido por um digestor (a referida seção étambém referida como o sistema de cocção). Atualmente, pelo menos umacorrente de licor negro (tipicamente a uma temperatura de 1100C - 150°C) éretirada a partir do sistema de cocção. A corrente ou correntes de licor negroextraídas são usadas como uma fonte de calor para "preaquecer" licor bran-co, outras correntes de licor negro, e/ou outras correntes de líquido sendoenviadas aos sistemas de alimentação e de cocção. A corrente de licor ne-gro extraída (ou correntes) é então enviada ao sistema de pré-evaporação,por exemplo, dois ou mais tanques de vaporização onde vapor é produzido apartir do licor negro quente à medida em que o licor é resfriado, tipicamentea temperaturas de aproximadamente 95°C - 110°C. Neste ponto, o licor ne-gro é enviado ao sistema evaporador na área de recuperação. O vapor davaporização assim produzido pode ser usado em qualquer lugar no processode formação de polpa. Por exemplo, o vapor da vaporização pode ser usadodiretamente para pré-vaporizar lascas antes de cocção.

O processo de vaporização acima, embora tenha sido emprega-do com sucesso em digestores contínuos convencionais, apresenta o incon-veniente de que o vapor produzido contém compostos voláteis, incluindocompostos de enxofre, os quais são indesejáveis na pré-vaporização de las-cas de madeira. Tipicamente, lascas de madeira são vaporizadas em pres-são atmosférica, ou relativamente acima, de modo que os gases residuaisnão absorvidos pelas lascas de madeira devem ser coletados e tratados. Otratamento tipicamente é realizado por combustão em um sistema de gásnão condensável de trituradora (NCG). Entretanto, o referido sistema de co-leta e tratamento se torna particularmente significante quando o vapor usadocontém compostos voláteis, incluindo compostos de enxofre, os quais apre-sentam impacto ambiental indesejável, incluindo odor nocivo. É, portanto,preferível se usar uma fonte de vapor que minimize ou elimine a introduçãode compostos voláteis ao processo de vaporização.

Vapor é também necessário para aquecer o material fibroso paraa temperatura de cocção na fase de vapor do digestor. Nos sistemas conhe-cidos vapor de pressão média a partir da instalação de turbina de trituraçãoé tipicamente usado para o referido fim. Em virtude do custo de energia,qualquer aprimoramento adicional para a eficiência de energia da trituradorade polpa química é necessário.

Patente US 4944840 descreve um processo no qual licor de re-fugo descarregado a partir de um digestor é evaporado em estágios de múl-tiplas evaporações. Vapores gerados nos estágios de evaporação são dire-tamente introduzidos nas zonas de impregnação e de cocção em um diges-tor para aquecer o material fibroso.

Patente SE 453673 revela um método no qual um material fibro-so é cozido com um licor de cocção enquanto se passa vapor para dentro dotopo do digestor onde o material fibroso e o licor fluem continuamente e sãoseparados, o licor de cocção sendo reciclado. De acordo com o método,uma parte do licor de cocção é extraída a partir do digestor e conduzida aum conversor de vapor para produção de vapor. O vapor é alimentado aodigestor de modo a aquecer o material fibroso introduzido na temperaturadesejada.

Um sistema é descrito em US 6.722.130 para a geração de purovapor a partir de licor negro. A pressão do licor negro é primeiro reduzida demodo a produzir um segundo licor negro em uma concentração mais eleva-da e vapor de licor negro, o qual é condensado para formar um condensado.O condensado é aquecido pelo primeiro licor negro e evaporado por expan-são para produzir puro vapor o qual é usado em um depósito de lascas.

Um sistema é descrito em US 6.176.971 para a geração de purovapor a ser usado no depósito de lascas. Vapor substancialmente limpo eutilizável é produzido a partir de um licor de tratamento usado quente (porexemplo, licor negro) ao passar o licor usado a um evaporador, e entãopressurizar (por exemplo, com um edutor, ventilador, ou compressor) o va-por limpo descarregado a partir do evaporador. A quantidade de vapor limpoproduzido é aumentada ao dispor sob pressão negativa o lado de vapor purodo conversor de vapor no conversor de vapor com um ejetor movido a vapor.A pressão reduzida do lado de vapor puro garante que mais calor pode serretirado a partir do licor negro, o que em si proporciona uma maior quantida-de de vapor, enquanto o suprimento de vapor para o ejetor também contribuipara o envio de maiores quantidades de vapor. Neste caso, entretanto, ogases formados contidos no vapor consistem em uma mistura de puro vaporque foi expelida a partir do fluido de processo e vapor que foi obtido a partirda rede de fornecimento de vapor da trituradora para mover o ejetor.

Um processo adicional para a geração de puro vapor é descritoem US 6.306.252 para uso no depósito de lascas, onde o licor negro a partirdo digestor é conduzido através de um trocador de calor no qual água purado processo é aquecida, após o que a pressão da água do processo aqueci-da é reduzida, de modo que puro vapor é gerado.

US 20070131363 descreve um método o qual compreende gerarlicor negro em um sistema digestor, enviando o licor negro a um sistema e-vaporador sem usar qualquer pré-sistema evaporador, evaporando o licornegro no sistema evaporador para produzir vapor, e usando pelo menos al-gum do vapor para vaporização das lascas em um depósito de lascas e/oupara fornecer trocadores de calor diretos no sistema digestor para preaque-cer o licor branco e/ou filtrados para uso no sistema digestor.

WO 2007073333 descreve um sistema e um método para a ge-ração de vapor em uma instalação de digestor para a produção de polpa decelulose química. A pressão de calor, pressurizando o licor negro a partir deum digestor é reduzida em uma primeira etapa para a formação de vapor delicor negro que é usado para o pré-tratamento de vapor das lascas em umasegunda etapa de preaquecimento. Puro vapor para o pré-tratamento devapor das lascas em uma primeira etapa de preaquecimento é formado atra-vés do reaquecimento do licor negro, a pressão do qual foi reduzida antes deuma redução da pressão subsequente final, onde a quantidade aumentadade vapor de licor negro é conduzida a um conversor de vapor para a geraçãode puro vapor.

WO 2008/057040 refere-se a um método o qual compreende umrecipiente de impregnação no qual se impregnam as lascas, cujas lascassão então alimentadas a um recipiente digestor subsequente em um fluidode transferência. Uma retirada do licor negro é obtida a partir do digestor,cuja retirada é conduzida para o fundo de modo a aquecer as lascas antesdas mesmas serem alimentadas a partir do recipiente de impregnação. Aretirada do fluido de transferência é obtida a partir do topo do digestor e con-duzida para uma posição de modo a agir como fluido de impregnação norecipiente de impregnação. Pelo menos uma porção do fluido de transferên-cia que foi retirada a partir do topo do digestor passa através de um trocadorde calor indireto, no qual o fluido de transferência retirado a partir do topo dodigestor a uma temperatura troca calor indiretamente com um primeiro fluidopara a produção de vapor a partir do primeiro fluido. O vapor que é produzi-do é então conduzido para uma posição de pré-tratamento de vapor, a mon-tante ao processo de impregnação, de modo a aquecer as lascas na referidaposição de pré-tratamento de vapor.

As soluções conhecidas proporcionam diferentes sistemas praproduzir vapor de limpeza para objetivo de aquecimento na instalação dedigestor e para aprimorar a economia de energia da polpa triturada.

Um objetivo da presente invenção é proporcionar um métodoalternativo e aprimorado para a produção de vapor limpo para pré-tratamento de vapor de lascas de madeira ao utilizar o calor de licor negro epara a produção de vapor a partir de licor negro para aquecer material fibro-so em um digestor. Um objetivo adicional é de se gerar gases contidos nacorrente/vapor a partir de licor negro de modo que o licor negro tratado sejadotado de melhores propriedades com relação ao tratamento adicional naárea de recuperação da polpa triturada. Um objetivo é também de aprimorara economia de energia da polpa triturada total.

A presente invenção refere-se a um método para gerar vapor emuma instalação digestora de uma trituradora de polpa química, em cujo método

a) licor negro é produzido no sistema digestor,

b) uma primeira corrente de licor negro é extraída a partir do digestor eevaporada usando vapor fresco como um meio de aquecimento paragerar vapor e licor negro evaporado dotado de um teor de sólidos se-cos aumentado,

c) o vapor a partir da evaporação na etapa b) é usado para aquecer mate-rial fibroso no digestor,

d) uma segunda corrente de licor negro extraída a partir do digestor é e-vaporada para gerar licor negro evaporado e vapor da vaporização,que é introduzido a pelo menos um trocador de calor, preferivelmenteum evaporador, em um contato indireto de troca de calor com um líqui-do evaporável limpo para produzir vapor limpo,

e) o vapor limpo a partir da etapa d) é usado para vaporização de lascas,e

f) o licor negro evaporado a partir da etapa d) é conduzido para evapora-ção adicional.

De acordo com uma modalidade preferida d) é praticado de mo-do que o licor negro evaporado a partir da etapa b) e a segunda corrente delicor negro extraída a partir do digestor são combinados antes ou durante aevaporação. Tipicamente, o licor negro evaporado a partir da etapa a) é do-tado de um teor mais elevado de sólidos secos do que o licor negro evapo-rado a partir da etapa d).

O líquido evaporável limpo na etapa d) pode ser condensado porevaporador, água desmineralizada, água de alimentação da caldeira ou fra-ção de água suficientemente limpa.Preferivelmente, etapa f) é praticada de modo que o licor negroevaporado a partir da etapa d) é conduzido junto com o licor negro evapora-do a partir da etapa b) para evaporação adicional.

As idéias básicas da presente invenção são:vapor necessário para o topo do digestor é produzido pela evaporaçãoda extração do licor negro em evaporador(es) de um ou múltiplos estágiosusando vapor fresco como um meio de aquecimento, e

Vapor livre de odor para o pré-tratamento de vapor de lascas é geradopela evaporação do licor de extração e condensação do vapor da vaporiza-ção em uma recaldeira(s) a qual troca calor indiretamente em evapora-dor(es) com o condensado ou água suficientemente pura de modo a produzirvapor livre de odor. O vapor que é produzido é então conduzido para a posi-ção de pré-tratamento de vapor a um recipiente de retenção e/ou vaporização.

Descrição dos Desenhos:

Figura 1 mostra de modo esquemático um sistema de acordocom a presente invenção.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas:

Figura 1 ilustra um sistema para gerar vapor em uma instalaçãode digestor e para tratar licor negro de modo que a eficácia do aquecimentodo processo de cocção seja aprimorada. O sistema de linha de fibra com-preende um depósito de lascas 10 onde a vaporização de lascas de madeiraou outro material de celulose ocorre com vapor a partir da linha 2, líquido éadicionado para formar a pasta, seguido por pressurização da pasta (a refe-rida seção é também referida como o sistema de alimentação) seguido porum digestor contínuo 5 (a referida seção é também referida como o sistemade cocção). Antes do digestor a pasta pode ser opcionalmente alimentada ae tratada em um recipiente ou recipientes de tratamento (pode ser um recipi-ente de impregnação, um processo de pré-hidrólise ou outros recipientes,não mostrados). A pasta de lascas e líquido de cocção são alimentados pormeio da linha 3 para o topo do digestor 5. Apenas aqueles componentes quesão importantes para a presente invenção são mostrados nos desenhos, eoutros tipos de vaporização de lascas ou alimentação ou circulações do di-gestor podem, evidentemente, estar presentes no sistema digestor. Pelomenos uma corrente de licor negro (tipicamente a uma temperatura de120°C - 160°C e em um teor de sólidos secos de 12% - 17 %), é retirada apartir do digestor 5 através da linha 4 e introduzida adicionalmente atravésda linha 5 para dentro de um evaporador 6. Opcionalmente, um filtro de fibrapressurizado 7 pode ser localizado na linha 5 entre o digestor e o evapora-dor para permitir a remoção de fibra a partir da corrente de licor negro a umnível de cerca de 40 ppm deixando o filtro. O material de fibra removido apartir do filtro seria na forma de uma pasta a ser retornada ao digestor 5 ousistema de alimentação.

De acordo com a presente invenção o licor negro é evaporadono evaporador 6. Vapor fresco (a pressão de vapor é tipicamente 600-1700KPa (6-17 bar)(g) e o vapor pode ser vapor de extração a partir de umaturbina) é fornecido por meio da linha 8 aos elementos de troca de calor 9. Oevaporador é tipicamente um evaporador de filme cadente que é dotado deuma pluralidade de elementos de troca de calor em forma de tubo ou de pla-ca. O licor negro sendo evaporado, em outras palavras, o licor negro descar-regado a partir do digestor, é impelido a fluir ao longo de outras superfíciesdos elementos de troca de calor 9. Os vapores secundários gerados no eva-porador 6 são direcionados através da linha 11 para o topo do digestor 5para serem usados como vapor de aquecimento. O vapor tipicamente é do-tado de uma temperatura superior à temperatura de cocção, de modo que omaterial fibroso é aquecido à temperatura de cocção pelo vapor, que é con-duzido através da abertura de entrada de vapor do digestor a qual se comu-nica com o espaço de vapor do evaporador 6. O licor negro pode tambémser evaporado em dois ou mais evaporadores ou em um evaporador de múl-tiplos estágios, e vapores dotados de diferentes temperaturas são gerados epodem ser usados para aquecer o material fibroso no digestor. O teor desólido seco do licor negro é aumentado tanto quanto a evaporação total deveser no(s) evaporador(s). O vapor fresco é condensado no evaporador, e ocondensado de vapor fresco assim produzido é puro e pode ser conduzidopor meio da linha 12 para a instalação de caldeira de recuperação da tritura-dora onde o mesmo pode ser usado como a água de alimentação sem qual-quer processo de purificação.

A quantidade do licor negro a ser evaporada depende do fluxode vapor necessário no digestor. Não é vantajoso se gerar excesso de vaporde licor negro na evaporação por meio do vapor fresco, o que iria piorar aeconomia de calor da trituradora.

Ao se usar o vapor a partir do evaporador de licor negro no di-gestor para aquecer material fibroso, uma melhor economia de calor é al-cançada, pelo fato de que o licor negro não é diluído ao se adicionar vaporfresco no digestor.

Licor negro quente extraído a partir do digestor tipicamente auma temperatura de 120°C - 160°C e a um teor de sólido seco de 12% - 17%, é também conduzido por meio das linhas 14, 13 a um tanque de evapo-ração 15 onde a pressão do licor é reduzida para produzir vapor da vapori-zação dotado tipicamente de uma temperatura de 100°C - 130°C e licor ne-gro evaporado, o teor de sólido seco do qual pode ser aumentado em 2% - 4% na evaporação. Preferivelmente, uma ou mais correntes de licor negroretiradas a partir do digestor através de uma saída ou saídas e através daslinhas 4, 14 são combinadas com o licor negro evaporado a partir do evapo-rador 6. O fluxo (kg/s) do licor negro evaporado é tipicamente menor do queaquele do licor negro indo diretamente a partir do digestor para o tanque deevaporação. É possível se enviar o licor negro evaporado diretamente para ainstalação de evaporação da trituradora, mas é preferível se misturar omesmo com licor negro não evaporado para ser capaz de utilizar todo o ca-lor disponível a um nível de temperatura razoável. O licor negro evaporado éenviado por meio da linha 18 a uma instalação de evaporação da trituradoraonde o licor negro é concentrado a um alto teor de sólidos secos antes dacombustão na caldeira de recuperação.

A energia do vapor da vaporização na linha 16 é recuperada emum evaporador 17 onde o vapor é passado em uma relação indireta de tro-cador de calor com líquido volátil "limpo" livre de composto para aquecer aágua acima de seu ponto de ebulição ou ponto de evaporação para produzirvapor livre de odor livre de composto volátil. O líquido limpo é alimentado pormeio da linha 21. O mesmo pode tipicamente ser condensado por evapora-dor, água desmineralizada, água de alimentação da caldeira ou fração deágua suficientemente limpa. O vapor limpo produzido no evaporador é dota-do substancialmente de menos gases não condensáveis do que o vaporproduzido pela evaporação direta do licor negro. O vapor limpo na linha 2 épreferivelmente usado para pré-tratar lascas de madeira com vapor, por e-xemplo, no depósito de lascas 10. Quando usada para tratar lascas, umavez que o vapor não introduz compostos voláteis ao pré-processo de vapori-zação, a carga dos compostos voláteis que deve ser coletada e tratada pelosistema NCG é reduzida.

O vapor da vaporização a partir do tanque de evaporação delicor negro contém compostos voláteis, tais como compostos de enxofre. Osreferidos compostos são passados a um condensador de cinzas e a umacorrente de gás concentrado não condensável (CNCG) os quais são geradosno evaporador. O condensado de cinzas é enviado a partir do evaporadorpor meio da linha 19 à instalação do evaporador onde o mesmo é tratado emuma forma conhecida em si. A corrente de CNCG é conduzida por meio dalinha 20 ao condensador, por exemplo, condensador auxiliar do digestor(não mostrado).

A presente invenção apresenta pelo menos as vantagens a se-guir:

• a grande economia de calor da trituradora irá aprimorar, como o teor desólido seco do licor de extração que é conduzido para a instalação de evapo-ração da trituradora irá aumentar. O teor de sólido seco aumentado é umaconseqüência da evaporação do licor de extração e do fato de que não háuso de vapor direto no digestor. O consumo de vapor e a capacidade dedemanda irão reduzir em uma instalação de evaporação.

· Custo de investimento da instalação de evaporação diminui em virtudeda menor demanda de capacidade.

• O retorno do condensado de vapor fresco aumenta e assim, o consumode vapor de trituradora diminui.

• A recuperação do metanol do sistema amplo da trituradora é aprimora-da, à medida que as primeiras frações evaporadas a partir do licor negrodevem ser condensadas em trocadores de calor dedicados (evaporador ecaldeira de recozer).

Claims

1. Método para gerar vapor em uma instalação digestora de umatrituradora de polpa química, em cujo métodoa) licor negro é produzido no sistema digestor,b) uma primeira corrente de licor negro é extraída a partir do digestor eevaporada usando vapor fresco como um meio de aquecimento paragerar vapor requerido no processo do digestor e licor negro evaporadodotado de um teor de sólidos secos aumentado,c) o vapor a partir da evaporação na etapa b) é usado para aquecer mate-rial fibroso no digestor,d) uma segunda corrente de licor negro extraída a partir do digestor é e-vaporada para gerar licor negro evaporado e vapor da vaporização,que é introduzido a pelo menos um trocador de calor, preferivelmenteuma caldeira de recozer, em um contato indireto de troca de calor comum líquido evaporável limpo para produzir vapor limpo,e) o vapor limpo a partir da etapa d) é usado para vaporização de lascas,ef) o licor negro evaporado a partir da etapa d) é conduzido para evapora-ção adicional.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a etapa d) é praticada de modo que o licor negro evaporado apartir da etapa b) e a segunda corrente de licor negro extraída a partir dodigestor são combinados antes ou durante a evaporação.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que o licor negro evaporado a partir da etapa a) é dotado de umteor mais elevado de sólidos secos do que o licor negro evaporado a partirda etapa d).

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações pre-cedentes, caracterizado pelo fato de que o líquido evaporável limpo na etapad) é condensado por evaporador.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações pre-cedentes, caracterizado pelo fato de que o vapor fresco é condensado naevaporação na etapa b) e condensado de vapor fresco assim produzido éconduzido para a instalação de caldeira de recuperação da trituradora ondeo mesmo é usado como água de alimentação.