CN103534406A

CN103534406A - 将处理液添加到下流式容器中的纤维素原料的方法和设备

Info

Publication number: CN103534406A
Application number: CN201180070862.6A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·托林; 弗雷德里克·威尔戈特松
Original assignee: Metso Paper Karlstad AB
Current assignee: Valmet AB
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: JP5786087B2; WO2012134358A1; BR112013024451A2; CN103534406B; US8852395B2; US20140069598A1; JP2014514471A

Abstract

本发明涉及用于在以连续工艺制造化学浆期间，将处理液添加到优选为木片的被粉碎纤维素材料的方法和设备。所述工艺使用下流式容器（13），木片以塞流形式在所述容器中下降，而且处理后的木片在所述容器的底部被连续地送出。通过在容器内设置至少一个伸缩管（7b₁/70₁或7b₂/70₂），并使伸缩管向下延伸至塞流内，可根据当前操作参数来调整用于添加处理液的位置。

Description

将处理液添加到下流式容器中的纤维素原料的方法和设备

技术领域

本发明涉及根据权利要求1和权利要求6的前序部分所述的方法和设备，其在以使用下流式容器（down flow vessel）的连续工艺制造化学浆期间，将处理液添加到优选为木片的被粉碎纤维素材料，木片在下流式容器中以塞流（plug flow）形式向下降。

背景技术

根据以连续蒸煮器来蒸煮化学纤维素浆的旧式传统的现有技术，在蒸煮器中开始蒸煮工艺之前，普遍使用带有木片仓、汽蒸室（steaming vessel）和浸渍木片斜槽的预处理设备。在浸渍流体或输送流体中随后形成木片浆之前，先在木片仓中通过一个或若干个步骤来执行汽蒸（steaming）。为了肯定地逐出空气，使得浸渍流体能够完全地渗透木片并使得空气不被引入系统内，汽蒸已被认为是绝对必要的。

人们已尝试使木片仓与浸渍容器结合，以便以此方式获得更简单的系统。

在专利文献US2803540中披露了一种系统，其中来自木片仓的木片被供给到其中实现了组合式的汽蒸和浸渍的容器。在此容器中，木片在容器的上部被汽蒸，而且利用位于容器壁外环形分布的歧管/集管并使得喷嘴穿透容器壁，在容器中的不同高度添加处于相同温度的浸渍流体。这些原理还应用于被称为“Mumin蒸煮”的工艺，其被描述于Technical Association of the Pulpand Paper Industry（纸浆与造纸工业技术协会）1970年出版的Sven Rydholm所著“Continuous Pulping Processes（连续制浆工艺）”的第144页。在这种工艺中，未经汽蒸的木片被传送至组合式浸渍容器，在该容器的上部获得汽蒸，并在强制循环期间在容器的上部的某点添加浸渍流体。在这种情况下，浸渍流体仅沿与木片相同的流动方向被传送。

在专利文献US3532594中揭示了一种类似的具有低压第一汽蒸与浸渍通用型容器的系统，该系统例如还在瑞典的Skoghall工厂投入使用。其中被加热的浸渍液体经由中央管被添加到木片容积部，而且还示出用于供应蒸汽的附加中央管。此系统后来由于各种原因（例如运行能力问题、后续供给系统的容量问题以及所排放纸浆中浆渣和碎片含量过高之类）而被放弃。

在专利文献US5635025所示的系统中，木片在被供给到呈木片仓、浸渍容器和木片斜槽的组合形式的容器之前不经过预先的汽蒸。木片的汽蒸在该系统中进行，木片位于液面之上，通过位于液面以下的容器壁来进行浸渍流体的简单添加。

专利文献US6280567中披露了另一种这样的系统，其中木片在被供给到大气压力的浸渍容器之前不经过预先的汽蒸，在该容器中木片通过添加维持大约130-140℃左右温度的热黑液而被加热。所添加的浸渍液体是经由喷嘴以类似于专利文献US2803540所示的方式来添加、亦即使用穿透容器的壁的供应喷嘴来添加的。

专利文献SE523850披露了一种替代系统，其中加压黑液被添加到汽蒸容器的上部，由此使得黑液在减压之后释放出用于汽蒸工艺的蒸汽。热黑液的添加通过固定的水平供应管来进行，水平供应管穿透木片床（chip bed）并且在管的长度方向上具有多个孔。但即使在较大（但不是在整个横截面）的区域上分配热黑液，这个解决方案也并不可取，这是因为水平管可以阻碍木片塞（chip plug）的移动。现有技术主要使用位于容器的壁中的固定中央管或固定环形分布喷嘴将浸渍液体添加到组合式汽蒸和浸渍容器。近年来，新型蒸煮器系统的设计能力已经明显提高，从典型的500-2000风干吨（ADt）/24小时到生产率超过5000风干吨/24小时。随着设计生产率提高，组合式木片汽蒸和浸渍容器的直径也增大。

在基本大气条件下以通用型处理容器来进行汽蒸和浸渍的技术由美卓造纸公司（Metso Paper）以IMPBIN^TM的商标名称投入市场。属于该概念的若干下列改进方案已经获得专利权；

SE518738（=US7381302），其中以较高的静压头（static head）在IMPBIN设备中的多个固定位置，添加温度持续升高的浸渍液体；

SE528448（=EP1818445），IMPBIN设备中的液体循环流路与蒸煮器中的那些液体循环流路分开；

SE530725（=EP2065513），IMPBIN设备的顶部设有用于压制恶臭气体的喷放的冷却喷淋器。

公知的解决方案的另一缺陷在于，这种通用型的汽蒸和浸渍容器应优化这两种功能，而这是相互冲突的，因为汽蒸效应与浸渍时间方面的要求会随着不同的操作条件和被供给到系统的纤维素材料的类型而变化。如果需要延长浸渍液体中的浸渍时间，则可能无法提高液面，因为这样的提高会缩短处于汽蒸区中的时间，或者会减少通过使热液体闪蒸（flashing）所产生的蒸汽量。液面之下闪蒸出来的蒸汽产生沸腾效应，这种沸腾效应会使在容器的中心处形成的井状的填充木片堆瓦解，这会在容器内引起沟道效应（channelingeffect），从而阻碍纤维素材料在容器内受到均匀处理。

在实施许多IMPBIN设备，尤其是在实施那些在运行期间被供给不同质量的纤维素材料的IMPBIN设备之后，上述的在仍然维持高效汽蒸效应的同时，与将浸渍区扩展至难以浸渍的木质材料有关、或与需要在浸渍区中提高液面的其它工艺条件有关的缺陷已经变得明显。

发明内容

本发明的原则目的是获得一种得到改进而且更加灵活的设备，其用于在以连续工艺制造化学浆期间，利用下流式容器向木片添加处理液；在下流式容器中，木片以塞流形式向下降，这种设备不会显示出与上述其它公知解决方案相关的那些缺陷。

一特定目的在于，在由蒸汽源和/或由闪蒸热液体来添加蒸汽时，能够改变液面，控制蒸汽的添加在非常接近于液面之上处进行，使得附近最适宜的汽蒸效应与所形成的液面无关。

另一特定目的在于，当木材质量发生改变时，能够改变浸渍区中的保留时间。木材质量的上述改变可取决于下列因素而定：

木材（硬木/软木/一年生植物）或木材混合物的类型；

从冬季变到夏季的变化（木片带来的冰的数量与木片的温度改变）；

木片的质量（木片的大小、细木条/普通木片）；

木片的水分含量；

木片的松厚密度（bulk density，随硬木与软木之比而变化但是每种类型的木材内也发生变化）。

又一特定的目的在于，减小在位于下流式容器的底部的机械进给装置上的转矩需求，该机械进给装置典型地为底部刮板。当木片质量偶而处于技术规格之外时，例如细木颗粒含量高（锯屑或细木条比例高）时，则容器中的木片柱的紧密度会增大到使得底部刮板的工作载荷变得过高的程度。这样会造成操作干扰和生产损失。为抵消过高的木片柱紧密度，通用的实践是通过升高液面来减小容器中的木片水平位与液面之差，使得位于液面之上的木片向下的推力减小。重要的是，在这样控制期间，蒸汽和/或热液体的引入点不应被上升的液面淹没，因为这将会降低产生蒸汽的效果。

本发明能够有利地在蒸煮硬木或软木材质的木片、甘蔗渣、竹子或其它一年生植物时使用。

本发明的简要描述

本发明的特征由独立权利要求来限定，而可选的实施例在按照前面的权利要求来编号的从属权利要求中被限定。本发明也以优选实施例的形式被公开，但是，如果没有被特别地限定为是为实现所述效果而言必要的特征，则该实施例的任何特定特征均被可任选地包含在本发明中。

附图说明

图1示出根据现有技术状态的浸渍容器；

图2示出图1中使用的中央管的细节；

图3示出本发明的实施例的侧视图；

图4示出可调整管的第一原理性设计；以及

图5示出可调整管的可选原理性设计。

具体实施方式

在以下描述中将使用术语“处理液”，此术语的意思是指一种旨在被均匀地添加到处理容器中的整个木片流的处理液。这种处理液可接近包括蒸汽，但也可包括来自后面的蒸煮器的热废蒸煮液即黑液，以及可由两种或更多种下列热液体形成的混合物；

黑液：

新的蒸煮化学剂，例如白液（和添加剂例如蒽醌（antraquinon）），

来自后面的洗涤阶段的稀释液体（即来自这些洗涤阶段的洗涤滤液）；

蒸汽（直接添加，以便加热处理液）。

还将使用术语“处理容器”，此术语的意思是指用于以木质素脱除形式或浸渍状态来处理木片的任何种类的处理容器；即该容器可以是像IMPBIN设备这样的大气压力组合式汽蒸与处理容器，或可为加压蒸煮器。

将使用术语“被粉碎纤维素材料（comminuted cellulose material）”，其优选地可呈木片形式，但更多地是呈诸如锯屑或细木条这样的碎木料形式（均从硬木或软木或一年生植物获得）。

图1示出由美卓造纸销售的在制造化学浆期间用于浸渍木片的现有技术的设备，其具备属于IMPBIN概念的所有必要部件，包括在基本上大气压（±0.5巴（g），即不是压力容器）下对湿蒸木片进行湿气蒸（wet-steaming）的技术。该设备包括竖直设置的基本圆筒形的浸渍容器13，未经汽蒸的木片经由供给装置被连续地供给到浸渍容器的顶部，供给装置呈不进行汽蒸的小木片缓冲器1和斜槽供给器（木片供给器）2的形式。因此，被供给到浸渍容器内的木片是通常具有与周围温度相同的温度的未经加热的木片。

容器中的压力能够通过被设置在浸渍容器的顶部的阀门管路4中的控制阀31，也能够经由输入管路5与蒸汽ST的控制组合，而在必要时被调整。

当形成大气压时，上述阀门管路能够直接向大气打开。压力优选形成在大气压力水平、或处于出口4的-0.5巴（g）（-50kPa）量级的略微负压的水平、或高达0.5巴（g）（50kPa）量级的略微正压的水平。

若需要，可在顶部应用通风气流SW_AIR输入（吹扫气），这样确保去除存在于容器内的或通过供给被粉碎纤维素材料而被带入容器内的任何气体。

浸渍后的木片经由输出装置被连续地送出，这里输出装置呈出口10的形式，输出装置也可与处在浸渍容器30的底部的底部刮板（BS）结合。

在浸渍木片时，液面LIQ_LEV之上的木片水平位CH_LEV应优选为至少2m、且优选为至少5m。在以低松厚密度的原料来制浆的情况下，优选地使形成于流体的表面之上的木片柱的高度相应增大。为了给处于均匀塞流状态的木片提供通过容器的最佳通路，此高度很重要。

当主要对容易蒸煮类型的木材、例如桉树和其它一年生植物进行浸渍时，能够基本避免以新蒸汽进行汽蒸，在木片温度通常较高的暖和气候条件下尤其如此。因此在标准的稳态操作期间，新蒸汽不必被添加到位于由浸渍流体形成的液面之上的木片。即使使用具有较低松厚密度的软木材作为原料，也能应用本发明。

当主要处理难以蒸煮的木头原料、尤其具有密度较小的软木材时，并且在木片处于极低温度的操作情况下（例如在寒冷季节期间），位于由浸渍流体形成的液面之上的木片能够通过加入浸渍容器的外部蒸汽ST而被加热，因此在木片到达已经由处理液形成的液面之前，木片堆中的木片的温度接近于100℃。

经由公共中央管7a添加的热处理液也可形成为来自完全独立的来源（即不是来自一个公共的黑液流）的混合物。

例如，处理液也可包含洗涤滤液。

为了形成工艺所需的碱分布（alkali profile）的目的，所添加的处理液也可以是黑液与添加量的新的蒸煮化学剂（即白液）以及蒸汽的混合物。具体地，如果黑液中残碱量小，则仅简单地为了中和木材的酸性，通常会发生碱的快速初始消耗，而在一定水平的浸渍阶段之后会期望最后的残碱量保持在一定水平。需要添加的碱量主要取决于处在液面之上的木片体积中在汽蒸期间释放出的木材酸度的水平，且因此取决于正在被处理的木材的类型（软木或硬木）。

容器可不配备有或配备有提取筛（extraction screen）6，以允许在工艺早期进行液体抽提（REC）。

图2是图1中经由单个中央管7添加处理液BL的区域的详图。如本图所示，中央管7的出口位于液面LIQ_LEV之上。根据湿气蒸的概念来添加的热处理液如图中指向下方的箭头所示，被添加到容器的中心部。木片堆的处于中央管的出口端的水平位的压力低于被添加的处理液的沸腾压力，因此被添加的处理液将如图中灰色的指向上方的箭头所示闪蒸出蒸汽。由另外的热回收系统（例如闪蒸旋风分离器、再蒸煮器、换热器等）产生的附加的新蒸汽和/或闪急蒸汽ST也可以在该高度被添加，这取决于对这样添加蒸汽的需要，这种蒸汽的流动也用灰色的指向上方的箭头示出。

图3中示出的是本发明的优选实施例，其重点在于与图1的现有技术设计有关的改进。在中心线CL的左手侧示出所形成的较低的液面LIQ_LEV₁，而在中心线CL的右手侧示出所形成的较高的液面LIQ_LEV₂。

这里示出在以连续工艺制造化学浆期间，用于向优选为木片的被粉碎纤维素材料添加热处理液BL的设备。所述工艺使用下流式容器13，在该容器中被粉碎纤维素材料以塞流形式向下降，而且在该容器中处理后的被粉碎纤维素材料在容器的底部连续地排出，类似于图1示出的工艺。因为示出的是两种不同的模式，在中心线CL的每侧示出用于添加热处理液的两个管7b₁和7b₂，但是在一些实施例中当然可以只使用一个管，或可选地使用多于两个的管。

处理液BL从公共的来源BL经由管道7被供应到公共的集管7c。多于两个的竖直管7b₁和7b₂的上端连接到公共的集管7c。竖直管7b₁和7b₂优选地具有上部固定的管部以及下出口部70₁和70₂，而且下出口部70₁和70₂与所述固定的管部分别被伸缩式地设置。

下出口部的开放的下端被插入木片塞流（chip plug flow）中。

如中心线CL的左手侧所示，形成的是较低的液面LIQ_LEV₁，而且下出口部70₁的高度位置被调整到该液面之上一段距离。如中心线CL的右手侧所示，形成的是较高的液面LIQ_LEV₂，下出口部70₂的高度位置被调整到该液面之上一段距离。在每种情况下，调整通过在所述固定管部上或所述固定管部中伸缩式地滑动下出口部来进行。

如图3所示，处理容器13之外的管道7中设置有单个控制阀CV。

如图3所示，也可以（但不是必需的）在处理容器的壁中设置有抽取筛浆机（withdrawal strainer）6，以从处理容器抽取处理液流，所述抽取筛浆机位于竖直管7b的开放的下端之下。除了别的以外，对于这样的抽取筛浆机的需要取决于整个工艺的碱分布和木材的类型。

图4披露一种以伸缩方式来调整管的原理。此处示出的是竖直固定管部7b，其配备有被设置在固定管部内的下出口部70。下出口部70的高度位置通过调整装置来控制，调整装置包括被向上缠绕在由电机M驱动的滚筒74上的线连接器，线连接器的下端被附接在位于下出口部70处的牵引凸耳71上。优选地，密封元件73可被设置在管之间。当将下出口部提升到较高位置时，正牵引力可利用线被传输到下出口部。当下出口部下降时，利用的是重力以及管内的压力，这是因为在下出口部的前方受到压力作用的面积减小。

可使用控制系统CPU，由此以至少一个工艺参数作为输入参数来控制下出口部70的高度位置，而且控制单元可经由双向的连接来控制电机和通过调整装置获得的位置。一个这样的输入参数可以是检测出的液面LIQ_LEV，而另一输入参数可以是检测出的底部刮板BS的转矩需求值。控制模式

如果实际液面被用作反馈信号，则系统可按其它方式来改变液体的净输入流，而且只要液面开始上升，调整装置就开始提升下部出口管，以尽量维持液面与出口部70的出口之间（出口部70的出口到容器液面）的设定距离。

如果预定的液面被用作前馈信号，则只要用以提高液面的预定控制开始动作，系统就可以开始提升下出口部70。

如果底部刮板BS上的转矩需求超过设定水平，则系统还可开始提升下出口部70，同时提高液面。

图5公开另一种以伸缩方式来调整管的原理。此处示出的是竖直固定管部7b，其配备有下出口部70，下出口部70被设置在固定管部之外。下出口部70的高度位置通过调整装置来控制，调整装置包括坚固的牵引杆82，牵引杆82经由电机M被滑轮驱动，牵引杆的下端被附接在位于下出口部70处的牵引凸耳81上。优选地，牵引凸耳81可包括密封元件。坚固的牵引杆能够沿向上以及向下的方向来牵引下出口部。

因此，具有伸缩管的设备能够改变容器中形成的液面，同时允许在靠近液体表面但是仍然在该液面之上处添加蒸汽形式的处理液，或优选地添加闪蒸出蒸汽的热处理液。因此，汽蒸效应将能够使液面之上的整个木片体积受到汽蒸。

重要的是能够改变液面同时又维持最大汽蒸效应，以便使工艺适应不同的工艺条件。

不同的工艺条件可取决于被供给到容器的木质材料而定。例如，木片的比重可因木材的类型或木材混合物（软木/硬木）的改变、或若较多幼龄木材被供给到容器、或若在冬季或夏季所使用的容器（由木片带入容器内的冰的数量可改变汽蒸条件）而改变。

当试图降低位于容器的底部的任何底部刮板上的转矩需求时，改变液面也是一个重要的控制方案。通过提升液面，液面之上的木片堆的向下的力（且因此由木片塞向下作用在底部刮板上的总推力）可被减小。

在由权利要求书限定的发明范围内，本发明可通过许多方式来改变。伸缩管也可以是不同于使用两个彼此同心滑动的管的其它装置。例如，上部固定管部可经由某种波纹管机构连接至下出口部。下出口部可包括至少两个滑动管，即还使用位于上部固定管部与最低的出口部之间的中间滑动管。根据其最简单形式，调整装置可仅包括手动曲柄式调整轮。

Claims

1.一种用于在以连续工艺制造化学浆期间，将处理液添加到优选为木片的被粉碎纤维素材料的方法，所述连续工艺使用下流式容器，木片以塞流形式在所述容器中下降，而且处理后的木片在所述容器的底部被连续地送出，其特征在于，处理液的添加经由至少一个伸缩管来进行，所述伸缩管被设置成与塞流方向平行，由此在塞流中的可改变的高度位置分配处理液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在塞流中形成可调整的液面，而且所述伸缩管的出口被相应地调整，以使所述伸缩管的出口处在所述液面之上，但是处在形成于所述液面之上的木片体积的上表面的水平位之下。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，经由所述伸缩管添加的处理液在所述出口处的温度被控制，使得该温度超过在接近于所述出口处的主要压力条件下的沸点，由此在位于所述容器中的液面之上的木片体积内达到闪蒸效果。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所添加的处理液为热处理液的形式，所述处理液的温度超过在接近于所述出口处的主要压力条件下的沸点，由此通过将所述液体的蒸汽释放至位于所述容器中的所述液面之上的木片体积内来获得闪蒸效果。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述伸缩管的出口的高度位置取决于例如任何下列工艺参数而改变：当前液面位置、木质材料的类型及其以闪蒸方式进行汽蒸的需求、木质材料的水分含量、或位于所述容器的底部中的任何底部刮板上的任何当前载荷。

6.一种用于在以连续工艺制造化学浆期间，将处理液添加到优选为木片的被粉碎纤维素材料的设备，所述连续工艺使用下流式容器（13），木片以塞流形式在所述容器中下降，而且处理后的木片在所述容器的底部被连续地送出，其特征在于，连接至包含所述处理液的来源（BL）的至少一个管（7b₁/7b₂）被设置在所述下流式容器内且与塞流方向平行，所述管的下出口部（70₁/70₂）由调整装置（M/72、74/82、84）控制，所述调整装置用于调整所述下出口部在所述容器内的高度位置。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述下出口部（70₁/70₂）被伸缩式地设置在固定管部上。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述调整装置包括被设置在所述容器（13）外的外部电机（M），所述电机借助连接构件（72、74/82、84）连接到所述下出口部。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述调整装置包括用于所述外部电机的控制单元（CPU），所述控制单元连接至检测所述容器中的液面的传感器。