FI123103B - Menetelmä ja järjestelmä mustalipeän paisuntahöyryn käyttämiseksi - Google Patents

Description

MENETELMÄ JA JÄRJESTELMÄ MUSTALIPEÄN PAISUNTAHÖYRYN KÄYTTÄMISEKSI KEKSINNÖN TAUSTA JA YHTEENVETO

Perinteisissä vuokeittimiä käyttävissä kemiallista massaa tuottavissa tehtaissa keittimestä 5 poistettu mustalipeä on tapana ohjata esihaihdutinjärjestelmään, joka käsittää kaksi säiliötä ja sarjan vaihtimia, ja sen jälkeen ohjata jäljelle jäänyt lipeä muille haihdu-tin/talteenottovaiheen laitteille. Ks. esimerkiksi kuvio 1.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti eräässä vuokeitto- ja talteenottojärjestelmän toteutus-muodossa, prosessissa ja menetelmässä käytetään yhtä tai useampaa keittojärjestelmästä 10 poistettua mustalipeävirtaa (eli keittojärjestelmä, joka tunnetaan myös keitinjärjestelmänä tai keittämönä, käsittää alueen hakesiilosta keittimeen - sisältäen mahdollisesti impregnointias-tian) haihdutus-/talteenottojärjestelmässä minkä tahansa esilämmittimen (jos käytössä) jälkeen ja ilman esihaihdutusjärjestelmää (eli sellaista esihaihdutusjärjestelmää kuten paisun-tasäiliöt, kiehuttimet ja vaihtimet, joissa syntyy höyryä mustalipeän jäähtyessä ennen sen 15 ohjaamista haihdutusjärjestelmään talteenottoalueelle).

Keksinnön mukaisen menetelmän tunnusmerkilliset piirteet on esitetty vaatimuksessa 1. Keksinnön mukaisen järjestelmän tunnusmerkit ilmenevät puolestaan vaatimuksessa 8. Keksinnön eri suoritusmuotoja ilmenee epäitsenäisistä vaatimuksista.

Keksinnön erään toisen toteutusmuodon mukaan keittimeltä tuleva mustalipeä johdetaan 20 paisuntasäiliöön ja sen jälkeen haihdutin/talteenottojärjestelmään käyttämättä paisunta-höyryn lauhdutinta.

cv, Keksinnön '°te“tus™°d°t Parantavat kuitulinjan höyrytaloutta ja järjestelmässä käytettävien 5 erilaisten aineiden talteenottoa, vähentävät likaislauhdetta ja hajukaasuja ja/tai pienentävät

CM

cf, laitteisto- ja järjestelmävaatimuksia, o

- 25 PIIRROSTEN LYHYT KUVAUS

CM

jr Kuvio 1 on kaavamainen esitys perinteisestä kuitulinjajärjestelmästä.

oo Kuvio 2 on kaavamainen kuva perinteisen kuitulinjajärjestelmän esihaihdutin- ja haihdu- σ> o tinosasta.

co o ° Kuvio 3 on kaavamainen kuva esillä olevan keksinnön erään toteutusmuodon mukaisesta 30 kuitulinjajärjestelmän haihdutinosasta.

2

Kuvio 4 on kaavamainen kuva esillä olevan keksinnön erään toteutusmuodon mukaisesta kuitulinjajärjestelmän haihdutinosasta.

Kuvio 5 on kaavamainen kuva perinteisen kuitulinjajärjestelmän eräästä osasta.

Kuvio 6 on kuviota 5 vastaava kaavamainen kuva esillä olevan keksinnön mukaisesta toteu-5 tusmuodosta.

Kuvio 7 on kuviota 5 vastaava kaavamainen kuva esillä olevan keksinnön eräästä toisesta toteutusmuodosta.

KEKSINNÖN TOTEUTUSMUOTOJEN JA KUVIEN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

Jotta esillä olevan keksinnön alaan kuuluva teknologia tulisi helpommin ymmärretyksi, viit-10 taamme seuraaviin julkaisuihin: yhdysvaltalaiset patentit 6,346,166, 6,176,971, 6,132,555, 4,789,428 ja 4,897,157, julkaisut W096/32531 ja W096/12848, sekä sivut 183-184 kirjasta Present and Future Developments of Continuous Cooking ja sen kuvio 12.2. Kuvio 12.2 (tässä yksinkertaistetussa muodossa kuviona 1) on esimerkki nykyisestä tekniikan tasosta esihaihdutin- ja haihdutinjärjestelmien osalta, ja siihen kuuluvat seuraavat tekniikan alan 15 termit: • Esihaihdutus - ks. kuvion 1 katkoviivoin piirretty laatikko paisuntasäiliöiden 10 ja 20 ympärillä ja vaihdinsarja kuvion yläosan lähellä tekstillä "ESIHAIHD." • Esilämmittimet - ks. kuvioon 1 tekstillä "Esilämm" merkityt vaihtimet keitti-meltä lähtevällä poistolinjalla, minkä tarkoitus on käyttää osa poistetun mus- 20 talipeän lämmöstä valkolipeän, muiden mustalipeävirtausten tai muiden keit- timelle tai syöttöjärjestelmään johdettavien nestevirtausten ’’esilämmittämi-seksi”.

OJ

^ · Haihdutinjärjestelmä - ks. kuvion 1 ’’HAIHD”-merkitty katkoviivalla ympäröity o osuus. Tällä alueella on sarja vaihtimia, joista puhutaan vaiheina. Kukin vaihe 25 tuottaa höyryä siihen tulevasta mustalipeästä. Nämä vaiheet on merkitty I - N, joista I toimii korkeimmassa lämpötilassa ja N alhaisimmassa lämpötilas-

CL

sa.

CO

c\j o Tunnetussa tekniikassa käytetään kuitulinjajärjestelmää hakesiiloineen 100, jossa puuhaket- co § ta tai muuta selluloosamateriaalia voidaan valinnaisesti höyryttää, johon materiaaliin lisätään

CM

30 nestettä suspension muodostamiseksi, minkä jälkeen suspensio paineistetaan (tästä osuu desta puhutaan myös syöttöjärjestelmänä), syötetään käsittelyastiaan tai -astioihin (joka voi 3 olla impregnointi-astia, esihydrolyysiprosessi tai muita astioita), minkä jälkeen seuraa keitin 5 (tästä osuudesta puhutaan myös keittojärjestelmänä). Nykyisin keittojärjestelmästä poistetaan ainakin yksi mustalipeävirtaus (tyypillisesti lämpötilassa 110-150*0). Poistettu mus-talipeävirtaus tai virtaukset käytetään lämmönlähteenä valkolipeän, muiden syöttö- ja keitto-5 järjestelmiin johdettavien mustalipeävirtausten ja/tai muiden nestevirtausten “esilämmityk-seen”. Poistettu mustalipeävirtaus (tai virtaukset) johdetaan sitten esihaihdutusjärjestel-mään eli kahteen tai useampaan paisuntasäiliöön 10, 20 ja/tai kiehuttimille, jossa kuumasta mustalipeästä muodostuu höyryä sen jäähtyessä, tyypillisesti lämpötilaan noin 95-110*0. Tässä vaiheessa mustalipeä johdetaan talteenottovyöhykkeen haihdutusjärjestelmään 10 (“HAIHD”).

Talteenottoalueella (kuvio 2) sinne tuleva ’’viileä” mustalipeä varastoidaan ’’laihan mustalipe-än” (WBL) säiliöön 30 ennen sen syöttämistä haihdutinjärjestelmään. Haihdutinjärjestelmä käsittää sarjan vaiheita (kuviossa 2 numeroitu I - VI), joista kukin toimii eri lämpötilassa ja/tai olosuhteissa höyryn tuottamisen mahdollistamiseksi laihan mustalipeän jäähdytyksen 15 ja konsentroinnin aikana. Vaiheesta I eli korkeimman lämpötilan vaiheesta poistuvan musta-lipeän kiintoainekonsentraatio on noin 75% ja se johdetaan talteenottokattilaan (ei esitetty) poltettavaksi, kun taas viimeisestä vaiheesta VI poistuva nestevirtaus on vaiheista kaikkein alhaisimman lämpötilan lauhdetta (65°C kuviossa 2), jota käytetään kautta koko tehtaan.

Laiha mustalipeä johdetaan haihdutinjärjestelmään kaikkein sopivimmassa vaiheessa (esim. 20 kuvion 2 vaiheessa IV), eli vaiheessa, jossa laihan mustalipeän lämpötila mahdollistaa pai-sutuksen höyryn tuottamiseksi, tyypillisesti kolmannessa tai neljännessä vaiheessa. Tämän sisääntulokohdan jälkeen mustalipeävirtaus jaetaan ja se kulkee molempiin suuntiin (osa mustalipeästä menee kuumempiin vaiheisiin, mikä mahdollistaa nesteen haihdutuksen ja cm kiintoaineiden konsentroinnin, muu osa mustalipeästä menee alhaisemman lämpötilan vai- ° 25 heisiin ja lämmitetään, minkä jälkeen se johdetaan korkeamman lämpötilan vaiheisiin kon- § sentroitumista varten). Ensimmäisestä vaiheesta tulevan mustalipeän kiintoainepitoisuus on asetettu (kiintoainepitoisuus esim. 75% kuten kuviossa 2).

| Yksi esillä olevan keksinnön toteutusmuodoista eliminoi esihaihdutinjärjestelmän. Ks. kuviot oo 3 ja 4. Tässä keksinnön mukaisessa prosessissa talteenottovyöhykkeelle johdettavan laihan

CM

§ 30 mustalipeän lämpötila on korkeampi, joten laiha mustalipeä voidaan syöttää haihdutinjärjes- co § telmän sellaiseen vaiheeseen, joka mahdollistaa suuremman höyrytuotannon.

CM

On myös havaittu, että tällä keksinnön mukaisella haihdutinjärjestelmällä tuotettu höyry on puhtaampaa kuin keitinvyöhykkeellä olevalla esihaihduttimella tuotettu. Puhtaampi höyry 4 soveltuu käytettäväksi hakesiilon 100 höyrynä ja se voidaan poistaa haihdutinjärjestelmästä vaiheiden välistä niin, että hakesiiloon 100 menevän höyryn lämpötila on tarkoitukseen sopiva, jolloin höyrytysastia on tarpeeton, joten tehtaalla tuotettu höyry voidaan käyttää tehokkaammin.

5 Tämän keksinnön mukaisen prosessin eräs etu on hakesiiloon johdettavassa höyryssä olevien epäpuhtauksien vähentäminen, mikä taas vähentää hakesiilon poistokaasun epäpuhtauksia. Haihdutinjärjestelmässä tuotettu ja hakesiilossa 100 käytetty puhtaampi höyry vähentää tehtaan haitallisia poistokaasuja.

Tämä keksinnön mukainen prosessi myös mahdollistaa haihdutinjärjestelmän ulkopuolisen 10 laihan mustalipeän varastosäiliön poisjättämisen. Laihan mustalipeän varastosäiliö voi tulla osaksi haihdutinjärjestelmäkokonaisuutta eikä jäädä sen ulkopuoliseksi osaksi, jolloin säästetään kustannuksia.

Kuvioissa 3 ja 4 esitetyissä esimerkinomaisissa haihdutinjärjestelmissä on muita parannuksia verrattuna kuvioiden 1 ja 2 perinteisiin järjestelmiin. Keittimeltä 5 haihdutinjärjestelmään 15 tulevan mustalipeävirtauksen lämpötila on korkeampi. Tämä virtaus voidaan ohjata suoraan haihdutinjärjestelmän sopivaan vaiheeseen tehtaan höyrytalouden tehostamiseksi.

Vaihtoehtoisesti keittimen ja haihdutinjärjestelmän väliin voidaan sijoittaa paineistettu kui-tusuodin 40, joka mahdollistaa kuitujen poiston mustalipeävirtauksesta siten, että suotimen jälkeinen kuitutaso on noin 40 ppm. Suotimelta poistettu kuituaines olisi suspensiota, joka 20 palautettaisiin keittimelle 5 tai syöttöjärjestelmään.

Nykyisissä järjestelmissä, joissa ilmeisesti saattaa olla hieman tämän kaltainen suodin, suo-timelle tulevan virtauksen lämpötila on liian alhainen (95-130^), minkä vuoksi virtausaines cm on palautettava syöttöjärjestelmään uudelleen kuumennettavaksi ennen jatkokäsittelyä.

^ Keksinnön mukaisessa prosessissa puolestaan keittimeltä haihdutinjärjestelmään kulkevan g 25 mustalipeävirtauksen korkeamman lämpötilan vuoksi suodatetun materiaali lämpötila on ^ myös korkeampi. Tämän korkeammassa lämpötilassa olevan materiaalin lämpötila on lä- x hempänä keittolämpötilaa ja siksi se voidaan palauttaa keittimen yläosaan, jolloin lämmön- lisäyksen kokonaistarve vähenee. Materiaalin lämpötilasta riippuen pieni osa keittimeltä tu- 00 g levästä virtauksesta voitaisiin ohjata jäähdyttimen 50 kautta pienempään säiliöön 30 ja haih- o g 30 dutinjärjestelmän sopivaan vaiheeseen, o c\j Tätä keksinnön mukaista järjestelmää ei ole koskaan tarkasti harkittu tai käytetty, koska ei ole milloinkaan harkittu ’’yhdistää” keitin/keittovyöhykettä ja talteenottovyöhykettä näiden 5 vyöhykkeiden välisen välimatkan sekä muiden tekijöiden vuoksi. Eräs toinen syy on näiden alueiden erottamisen luotettavuus. Ei ole suotavaa ’’häiritä” toista näistä vyöhykkeistä siten, että se aiheuttaisi toisen vyöhykkeen seisokin. Erityisen haitallisia ovat talteenottovyöhyk-keen seisokit, jotka pakottaisivat seisauttamaan keittimen. Lyhyesti sanottuna yhden vyö-5 hykkeen menetys aiheuttaisi äärimmäisen vaikeita ongelmia toisella vyöhykkeellä. Esillä olevan keksinnön mukainen prosessi ratkaisee nämä ongelmat.

Eräässä toisessa keksinnön toteutusmuodossa kemiallisen massatehtaan järjestelmässä, menetelmässä ja prosessissa käytetään paisuntasäiliötä. Seuraavassa kuvataan ensin tekniikan tasoa, sen jälkeen keksinnön toteutusmuotoja.

10 Kemiallisessa massanvalmistuksessa vuokeittimestä poistetaan kuumaa keittolipeää. Poistettu määrä on tyypillisesti 8-12 m3/ADMT ja lämpötila keskimäärin noin 130 - 170°C. Keittimestä tuleva keittolipeä eli mustalipeä virtaa haihduttamoon (johon kuuluu esihaihdutin-ja haihdutinjärjestelmät), jossa mm. lähes kaikki mustalipeän sisältämä vesi poistuu useissa sarjaan kytketyissä haihdutinvaiheissa ennen mustalipeän polttoa. Mustalipeän eri haihdu-15 tinvaiheet käyttävät tuorehöyryä ja paisuntahöyryä, jota saadaan korkeammassa lämpötilassa ja paineessa olevista vaiheista. Haihduttamossa mustalipeä johdetaan paineistamatto-maan varastosäiliöön ennen varsinaista haihdutusta. Ennen varastosäiliötä mustalipeän lämpötila lasketaan alle 100°C:en kiehumisen estämiseksi säiliössä. Keittimen ja haihdut-tamon varastosäiliön välillä mustalipeästä poistetaan hyvin paljon lämpöä -1 -4 GJ/ADMT.

20 Tyypillisesti lämmön poistamiseksi mustalipeästä käytetään useita paisuntasäiliöitä, joissa osa kuumasta mustalipeästä muuttuu paisuntahöyryksi. Jos paisuttamalla olisi mahdollista poistaa koko edellä mainittu lämpömäärä, paisuuntuvan eli höyrystyvän veden määrä olisi 0.5 - 1.7 m3/ADMT. Käytännössä mustalipeän lämpötila laskee paisuntasäiliössä par- haimmillaan noin 110°C:en tasolle, jolloin höyrystyvän veden määrä on välillä 0.3 - 1.3 ^ 25 m3/ADMT. Lopullinen jäähdytys alle 100°C:en lämpötilaan suoritetaan tyypillisesti epäsuo- σ> 9 rasti lämmönvaihtimessa, jolloin samanaikaisesti saadaan kuumaa vettä massan pesuun.

c\j

Paisuntahöyryyn siirtynyt lämpömäärä käytetään tyypillisesti hakkeen höyrytykseen. Hak-

CC

keen höyrytyksessä hake kuumennetaan ja sen sisältämä ilma poistetaan höyryn avulla, jol- c3 loin saavutetaan merkittäviä etuja keittoprosessille. Hakkeen höyrytyksessä höyryä kuluu σ> § 30 tavallisesti noin 0.5 - 2 GJ/ADMT, vaihdellen hakkeen ominaisuuksien ja höyrytysmenetel- o ° män mukaan. Kuten nämä laskelmat antavat ymmärtää, tilanne on usein se, että paisunta höyryä on saatavissa enemmän kuin höyrytykseen tarvitaan.

6 Tämä ylimääräinen paisuntahöyry johdetaan yleensä erilliseen paisuntahöyryn lauhdutti-meen, jossa kondensoituu vesihöyryä ja samalla saadaan kuumaa vettä. Paisuntahöyry sisältää lauhtumattomiksi kaasuiksi nimitettäviä seoksia (metanoli, tärpätti, erilaiset rikkiyhdisteet jne), jotka poistetaan lauhduttimesta kaasun muodossa ja korkeissa pitoisuuksissa. Näi-5 tä kaasuja kutsutaan väkeviksi hajukaasuiksi. Kemiallinen massatehdas tuottaa myös niin sanottuja laimeita hajukaasuja, joiden hajuseospitoisuus pysyy räjähdyspitoisuuden alapuolella. Kondensoitunut paisuntahöyry sisältää veden lisäksi myös muita ainesosia ja sitä kutsutaan likaislauhteeksi. Paisuntahöyryn lauhduttimessa syntyvät kondensoitumattomat kaasut ja likaislauhde johdetaan tehtaan muihin laitoksiin jatkokäsittelyyn, koska ilmekehään 10 päästettyinä ne aiheuttaisivat merkittävän päästöongelman. Koska väkevät hajukaasut ja likaislauhde ovat myrkyllisiä ja räjähdysvaarallisia, niiden käsittely on vaarallista ja vaatii erityistä varovaisuutta.

Mm. paisuntahöyryn lauhduttimen alhaisesta kapasiteetista johtuen käy usein niin, että mustalipeä ei paisu maksimitasolle noin 110°C:en lämpötilaan, vaan poistuu paisuntasäiliös-15 tä korkeammassa lämpötilassa. Tällöin paisuntahöyryn poisto mustalipeästä jää alle maksimitason ja haihdutustarve haihduttamolla lisääntyy. Tehtaan sähkötalouden kokonaistehokkuuden kannalta on edullista poistaa mustalipeästä mahdollisimman paljon paisunta-höyryä, edellyttäen että sille löytyy järkeviä käyttökohteita, joissa sitä voidaan käyttää tehokkaasti korvaamaan tuorehöyryä.

20 Hakkeen höyrytykseen on käytetty useita tekniikoita. Perinteisesti on ilmakehänpaineisen höyrytyksen lisäksi käytetty lyhytkestoista paineistettua höyrytystä niin kutsutussa höyry-tysastiassa tai hakekourussa. Paineistetun höyrytyksen paine on tavallisesti 1.0-1.5 bar. Paineistettu höyrytys kuluttaa paljon höyryä. Sen vuoksi paineistetun höyrytyksen yhteydes-c\j sä myös mustalipeän paisutus suoritetaan kahdessa vaiheessa niin, että ensimmäisestä ° 25 vaiheesta paisuntahöyry johdetaan höyrytysastiaan ja toisesta vaiheesta ilmakehänpainei- i 0 seen hakesiiloon, jossa höyrytyksen retentioaika on huomattavasti pitempi. Nykyaikaisissa i ^ massatehtaissa hakesiilossa tapahtuva höyrytys on niin tehokasta, että paineistetusta höyry- 1 tyksestä on luovuttu ja tyypillisesti käytetään vain yhtä mustalipeän paisuntavaihetta. Tällä

CL

tavoin prosessi on yksinkertaisempi ja investointikustannukset alhaisemmat.

00

CNJ

§ 30 Kuvio 5 esittää tyypillistä järjestelmää keittimestä poistuvan mustalipeän lämmön hyödyntä- co § miseksi nykyaikaisella massatehtaalla. Keittimestä tuleva mustalipeä kulkee paisuntasäili-

C\J

öön 1 putken 4 kautta. Mustalipeää voidaan poistaa keittimestä putkeen 4 useammalta kuin yhdeltä vyöhykkeeltä. Kun paine laskee, mustalipeästä erottuu paisuntahöyryä, joka johde- 7 taan putken 5 kautta ilmakehänpaineiseen höyrytysvaiheeseen ja tilanteen mukaan putken 6 kautta paisuntahöyryn lauhduttimeen 2. Paisuntahöyryn lauhdutukseen voidaan käyttää useampaa kuin yhtä lauhdutinta. Paisuntahöyryn lauhduttimeen tulee putken 11 kautta kylmää (noin 0 - 30°C) tai lämmintä (noin 40 - 60°C) vettä. Kun höyry kondensoituu, tämän 5 veden lämpötila kohoaa ja vesi poistuu kuumana vetenä (noin 65 - 90°C) putken 12 kautta tehtaan kuumavesijärjestelmään. Kondensoitunut höyry poistuu likaislauhteena putken 10 kautta tyypillisesti keittämön likaislauhdejärjestelmään ja sieltä edelleen haihduttamon likais-lauhdesäiliöön. Lauhtumattomat kaasut eli väkevät hajukaasut poistuvat putken 9 kautta väkevien kaasujen kokooma- ja käsittelyjärjestelmään. Paisuntasäiliössä paisunut ja jäähtynyt 10 mustalipeä poistuu putken 7 kautta mustalipeän jäähdyttimeen 3. Siellä mustalipeän lämpötila edelleen laskee ja sieltä mustalipeä poistetaan putken 8 kautta haihduttamon mustalipeän varastointisäiliöön. Mustalipeän jäähdytykseen käytetty vesi tulee jäähdyttimeen putken 13 kautta ja poistuu kuumavesijärjestelmään putken 14 kautta.

Nykyaikaisilla kuitulinjoilla massan pesuun käytettävän veden määrä on huomattavasti vä-15 hentynyt ja usein ei kaikelle paisuntahöyryn lauhduttimessa ja mustalipeän jäähdyttimessä syntyneelle kuumalle vedelle löydy järkevää käyttöä, vaan kuuma vesi on uudelleen jäähdytettävä ja poistettava laitoksesta. Näin menetetään osa mustalipeän lämpömäärästä. Keksinnön tämän toteutusmuodon tarkoitus on hyödyntää ylimääräinen paisuntahöyry yksinkertaisella tavalla ja samalla estää väkevien hajukaasujen ja likaislauhteen synty keittämöllä.

20 Keksinnön tämän toteutusmuodon mukaisessa ratkaisussa ei käytetä paisuntahöyryn lauhdutinta, vaan ylimääräinen paisuntahöyry johdetaan suoraan haihduttamon sopivaan haih-dutusvaiheeseen, jossa se osittain korvaa tuorehöyryä ja siten parantaa haihduttamon höy-rytaloutta. Samalla ehkäistään likaislauhteen ja väkevien hajukaasujen syntymistä keittäen möllä ja niiden käsittely voidaan siltä osin rajoittaa haihduttamolle, jossa niitä joka tapauk- ° 25 sessa joudutaan käsittelemään. Prosessi, josta puuttuu paisuntahöyryn lauhdutin ja väkeviin en hajukaasujen ja likaislauhteen käsittely, on luonnollisesti pienempi kuin perinteinen pro- ^ sessi, minkä ansiosta myös investointikustannukset ovat pienemmät.

| Kuvio 6 esittää erästä keksinnön tämän toteutusmuodon mukaista ratkaisua mustalipeän oo paisuttamiseksi ja paisuntahöyryn hyödyntämiseksi. Keittimestä tuleva mustalipeä menee C\l o 30 paisuntasäiliöön 1 putken 4 kautta. Keittimestä (tai keittimistä) mustalipeää voidaan poistaa

CO

g putkeen 4 useammalta kuin yhdeltä vyöhykkeeltä. Kun paine paisuntasäiliössä 1 laskee,

CM

mustalipeästä erottuu paisuntahöyryä, joka johdetaan putken 5 kautta ilmakehänpaineessa toimivaan höyrytysvaiheeseen ja putken 15 kautta haihduttamolle johonkin tarkoitukseen 8 sopivaan lauhduttimeen tai muuhun edulliseen kohteeseen. Paisuntahöyryn lauhdutinta ei käytetä. Tästä johtuen likaislauhteen ja väkevien hajukaasujen synty keittämöllä voidaan estää. Paisuntasäiliössä paisutettu ja jäähdytetty mustalipeä poistuu putken 7 kautta musta-lipeän jäähdyttimeen 3. Jäähdyttimessä 3 mustalipeän lämpötila laskee edelleen ja mustali-5 peä poistetaan haihduttamolle putken 8 kautta (esimerkiksi mustalipeän varastosäiliöön). Mustalipeän jäähdytykseen käytetty vesi tulee jäähdyttimeen putkea 13 pitkin ja poistuu kuumavesijärjestelmään putkea 14 pitkin.

Kuvio 7 esittää erästä toista toteutusmuotoa, jossa paisuntahöyry johdetaan ainoastaan hakkeen höyrytykseen ja jossa ei ole paisuntahöyryn lauhdutinta. Tässä toteutusmuodossa 10 keittimeltä tuleva mustalipeä menee paisuntasäiliöön 1 putken 4 kautta. Keittimeltä (keittimil-tä) mustalipeää voidaan poistaa useammalta kuin yhdeltä vyöhykkeeltä. Kun paine paisuntasäiliössä 1 laskee, mustalipeästä erottuu paisuntahöyryä, ja paisuntahöyryä johdetaan putken 5 kautta ainoastaan ilmakehänpaineiseen höyrytysvaiheeseen. Koska paisuntahöyryn lauhdutinta ei käytetä, likaislauhteen ja väkevien hajukaasujen synty keittämöllä voi-15 daan estää. Paisuntasäiliössä paisunut ja jäähtynyt mustalipeä poistuu putken 7 kautta mustalipeän jäähdyttimeen 3. Siellä mustalipeän lämpötila laskee edelleen ja mustalipeä poistetaan haihduttamolle putken 8 kautta (esimerkiksi mustalipeän varastosäiliöön). Musta-lipeän jäähdytykseen käytetty vesi tulee jäähdyttimeen putkea 13 pitkin ja poistuu kuuma-vesijärjestelmään putkea 14 pitkin.

20 Vaikka tämä toteutusmuoto on uusi ja hyvä ratkaisu sekä ehkäisee väkevien hajukaasujen ja likaislauhteen syntyä keittämöllä, sillä voi olla joitain puutteita, joita seuraavassa käsitellään. Jos paisuntahöyryä on saatavilla suurempia määriä kuin höyrytykseen tarvitaan, ei ole olemassa tapaa tämän ylimääräisen höyryn hyödyntämiseksi. Eräs toinen haitta tulee ilmi cm laitoksen seisokkien aikana, jolloin paisuntahöyryä ei voida johtaa höyrytykseen eikä musta- CM 25 lipeän paisuntaa tapahdu. Tästä syystä paisuntasäiliön rakenteellisen paineen tulisi olla i o huomattavasti normaalia suurempi, jotta se kestäisi korkean lämpötilan synnyttämän korke- i ^ an paineen. Lisäksi mustalipeän jäähdyttimen jäähdytyskapasiteetin tulee olla paljon tavallisin ta suurempi, jotta mustalipeä voidaan jäähdyttää alle 100°C:en lämpötilaan myös tässä tilan-

CL

teessä. On myös olemassa riski, että tilanteessa, jossa paisuntahöyryä ei poisteta paisun- 00 30 tasäiliöstä, väkevät hajukaasut rikastuvat paisuntasäiliössä. Kun paisuntahöyry otetaan jäl-o § leen käyttöön, voi purkautua suuri määrä väkeviä hajukaasuja. Tämä voimakas ja äkillinen o ^ väkevien hajukaasujen purkaus voi aiheuttaa vaaratilanteita höyrytysvyöhykkeellä tai siihen 9 liittyvissä laitteissa. Keksinnön tässä toteutusmuodossa rikastumista ei tapahtuisi, koska paisuntahöyryä poistetaan haihduttamolle jatkuvasti.

Paisuntahöyryn käyttöä haihdutuksessa on toteutettu myös erilaisten esihaihdutusratkaisu-jen yhteydessä. Näissä ratkaisuissa mustalipeää paisutetaan useissa vaiheissa ja edeltävän 5 vaiheen paisuntahöyryä käytetään mustalipeän haihdutukseen seuraavassa vaiheessa. Hakkeen höyrytyksessä käytetty paisuntahöyry saadaan tavallisesti joltain esihaihduttimelta eikä suoraan paisuntasäiliöstä. Esihaihduttamon lisäksi tehtaalla on myös tavallinen haihdut-tamo, jossa mustalipeän kuiva-ainepitoisuus kasvaa polttoon riittävälle tasolle. Käytännössä esihaihduttamoratkaisut ovat usein olleet monimutkaisia prosesseja, jotka ovat alttiita musta-10 lipeän kuohaamiselle. Näistä syistä esihaihduttamot eivät ole toivottuja.

Käytettäessä keksinnön mukaisia järjestelmiä, prosesseja ja menetelmiä joku voi väittää, että keittämön ja haihduttamon toiminta ovat tavallista riippuvaisempia toisistaan. Esimerkiksi jos haihduttamolle johdettavan paisuntahöyryn määrä vaihtelee merkittävästi, tuloksena voi olla häiriöitä haihduttamon toiminnassa. Tämä ongelma on helposti ratkaistavissa va-15 kauttamalla haihduttamolle menevä höyryvirtaus valinnaisella virtauksensäätimellä 16 ja antamalla höyrytykseen käytettävän höyryn määrän vaihdella keittämön eri vikatilanteissa. Höyrytykseen tarvittavan höyryn määrää voidaan helposti kompensoida tuorehöyryllä käytännöllisesti katsoen ilman mitään kielteisiä vaikutuksia kokonaishöyrytalouteen.

Toinen haastava tilanne voi syntyä, jos haihduttamo ei ole toiminnassa, kun keittämö on 20 toiminnassa. Tämä tilanne on hyvin harvinainen ja lyhytaikainen, koska keittämön ja haihduttamon välissä oleva mustalipeän varastosäiliö täyttyy nopeasti ja estää keittämön toiminnan, jos haihduttamo ei toimi. Tässä tilanteessa voidaan hyödyntää aiemmin esiteltyä ratkaisua, jossa paisuntahöyryä käytetään vain hakkeen höyrytykseen. Paisuntasäiliön ja mus-talipeän jäähdyttimen mitoitus tulisi kuitenkin suunnitella pitäen silmällä tilannetta, jossa ^ 25 mustalipeästä ei poisteta paisuntahöyryä. Toinen ratkaisu on johtaa ylimääräinen paisunta- σ> 9 höyry haihduttamon johonkin lauhduttimeen. Mahdollisia tällaisia lauhduttimia ovat esim.

^ haihduttamon jälkeinen pintalauhdutin tai haihduttamolta tulevien likaislauhteiden puhdistuk- | seen käytettävän stripperin lauhdutin. Haihduttamon lyhytkestoisten häiriöiden aikana nämä oo lauhduttimet voivat edullisesti vastaanottaa höyryä. Haihduttamon pitempikestoisen seiso en § 30 kin aikana ei ole mitään syytä pitää keittämöä käynnissä.

CD

o ^ Periaatteessa paisuntasäiliöstä 1 tuleva paisuntahöyry voidaan johtaa mihin tahansa haih duttamon vaiheeseen, jossa paine on riittävän alhainen. Koska paisuntasäiliön tyypillinen käyttöpaine on noin 0.2-0.5 bar ylipainetta, ilmakehän paineessa tai sitä alemmassa pai- 10 neessa toimivat haihduttamon vaiheet ovat sopivia. Edullisin ratkaisu on kuitenkin johtaa höyry sellaiseen haihduttamon yksikköön, jossa on korkein mahdollinen paine, koska siten saavutetaan suurin mahdollinen säästö tuorehöyryn määrässä. Tyypillisessä nykyaikaisessa 7-vaiheisessa haihduttamossa edullisinta olisi johtaa paisuntahöyry kolmanteen haihdutin-5 vaiheeseen. Silloin paisuntahöyryä olisi käytettävissä viidessä haihdutusvaiheessa, ja tuore-höyryä säästyisi suhteessa 5:7. Toisin sanoen, yksi kilo paisuntahöyryä pienentäisi tuore-höyryn kulutusta 5/7 kilon verran. Paisuntahöyryn käyttö haihduttamolla on edullisinta silloin, kun haihduttamo käsittää ainakin kuusi haihdutusvaihetta.

Keksinnön periaatteita voidaan soveltaa myös tilanteissa, joissa on useampi kuin yksi pai-10 suntasäiliö ja lisäksi käytetään paineistettua höyrytysvaihetta. Kun käytetään useita paisun-tasäiliöitä, käytettävissä olevan paisuntahöyryn kokonaismäärästä voidaan erottaa korkeammassa paineessa olevia fraktioita ja käyttää niitä eri tarkoituksiin. Silti usean paisuntasäi-liön käyttö tuottaa vain marginaalisen hyödyn verrattuna keksinnön mukaiseen yhteen paisu ntavaiheeseen perustuvaan yksinkertaiseen ratkaisuun, koska käytettäessä yhtä paisun-15 tasäiliötä kaikki syntyvä paisuntahöyry voidaan tehokkaasti hyödyntää höyrytyksessä ja haihduttamolla. Paisuntahöyryn ’’tehokas käyttö” tarkoittaa, että se hyvin tehokkaasti korvaa tuorehöyryn käyttöä. Tästä syystä keksinnön mukainen ratkaisu on edullisin käytettäessä yhtä paisuntasäiliötä.

Vaikka keksintöä on kuvattu sellaisissa yhteyksissä, joita tällä hetkellä pidetään sen käy-20 tännöllisimpinä ja edullisimpina toteutusmuotoina, on ymmärrettävä, että keksintöä ei tule rajoittaa esitettyihin toteutusmuotoihin, vaan sen on päinvastoin tarkoitus kattaa erilaisia modifikaatioita ja vastaavia järjestelyjä ja muunnelmia oheisten patenttivaatimusten hengessä ja suojapiirissä.

c\j δ

CVJ

σ> cp δ

X

X

Q.

CO

CVI

σ> o co o o c\j

Claims (11)

1. Menetelmä kemiallisen massatehtaan keitinjärjestelmästä tulevan mustalipeän 5 paisuntahöyryn käyttämiseksi, johon menetelmään kuuluvat seuraavat vaiheet: (a) tuotetaan mustalipeää keitinjärjestelmässä, (b) johdetaan mustalipeä haihdutinjärjestelmään, joka käsittää monivaihehaihduttimen, jossa on vähintään kuusi vaihetta, käyttämättä mitään esihaihdutinjärjestelmää, jolloin haihdutinjärjestelmään syötettävän mustalipeän lämpötila on 10 noin 130Ό tai korkeampi, ja mustalipeä johdetaan sopivaan haihdutinvaiheeseen, minkä määrää mustalipeän lämpötila, (c) paisutetaan mustalipeä haihdutinjärjestelmässä höyryn tuottamiseksi, jolloin ainakin osa höyrystä käytetään hakkeen höyrytykseen hakesiilossa ja/tai keitinjärjestelmän epäsuorien lämmönvaihtajien syöttämiseen valkolipeän ja/tai suodoksen esi lämmittämiseksi 15 niiden käyttämiseksi keitinjärjestelmässä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa haihdutinjärjestelmään syötettävän mustalipeän lämpötila on noin 130Ό - 170<Ο.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa haihdutinjärjestelmään syötettävän mustalipeän lämpötila on noin 130Ό - 150Ό.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, jossa haihdutinjärjestelmän johonkin vaiheeseen syötettävän mustalipeän lämpötila on noin 130Ό - 150Ό. O 25 C\J cf)

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, jossa haihdutinjärjestelmän o ^ johonkin vaiheeseen syötettävän mustalipeän lämpötila on noin 130Ό tai korkeampi. CVJ X IX

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, jossa lisäksi käytetään cS 30 paineistettua kuitusuodinta keitinjärjestelmän ja haihdutinjärjestelmän välissä. O) o CO o

^ 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, jossa suodin mahdollistaa kuidun poistamisen mustalipeävirtauksesta siten, että suodattimen jälkeen kuitutaso on noin 40 ppm.

8. Kemiallisen massatehtaan järjestelmä, johon kuuluu: (a) keitinjärjestelmä, joka voi tuottaa mustalipeää, (b) haihdutinjärjestelmä, johon kuuluu monivaihehaihdutin, jossa on ainakin kuusi 5 vaihetta, jolloin tässä kemiallisen massatehtaan järjestelmässä ei ole esihauhdutinjärjestelmää, ja jolloin mustalipeää voidaan paisuttaa haihdutinjärjestelmässä höyryn tuottamiseksi, ja ainakin osa höyrystä voidaan käyttää hakkeen höyrytykseen hakesiilossa ja/tai johtaa keitinjärjestelmän epäsuorille lämmönvaihtimille valkolipeän ja/tai suodosten 10 esilämmittämiseksi niiden käyttämiseksi keitinjärjestelmässä.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestelmä, johon lisäksi kuuluu keitinjärjestelmän ja haihdutinjärjestelmän välissä oleva paineistettu kuitusuodin.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, jossa kuitusuodin mahdollistaa kuitujen poiston mustalipeävirtauksesta niin, että suotimen jälkeinen kuitutaso on noin 40 ppm.

11. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestelmä, johon kuuluu kaksi tai useampia keittimiä. 20 CM δ CM σ> cp CM X DC CL CO CM O) o CO o o CM