FI63610C - Foerfarande foer kontinuerlig uppslutning av finfoerdelat material - Google Patents

Description

1 63610 Förfarande för kontinuerlig uppslutning av finfördelat material Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för kontinuerlig uppslutning vid förhöjd temperatur och eventuellt tryck av finfördelat material genom att mata det finfördela-de materialet i följd genom en uppvärmningszon, ätminstone en uppslutningszon och en avkylningszon i kontakt med en vätskefas.

Det är tidigare välkänt att uppsluta finfördelat material/ säsom vedflis, vid förhöjd temperatur och tryck medelst en uppslutningsvStska, säsom vitlut, genom att mata ved-flisen uppifrän nedät genom ett kontinuerligt arbetande koktorn uppdelat i oiikä zoner för uppvärmning och im-pregnering av flisen/ uppslutning av den uppvärmda och impregnerade flisen sarnt för tvättning och avkylning av sälunda erhällen massa. Dylika koktorn är vanligtvis för-sedda med silar för avdragning av vätska frän fast material i slutet och början av zonerna och eventuellt även därimellan. Tvättvätskan har införts i tvättzonens utlopps-ända närä massans uttag sä, att tvättvätskan strömmar i motström tili massan i tävttzonen. Vitlut har inmatats i och produktlut uttagits frän uppslutningszonen sälunda, att vätskans huvudsakliga strömningsriktning i uppslutnings-zonen är antingen samma eller motsatt tili flisen däri.

Enligt tidigare kända förfaranden har man uppvärmt flisen och vitluten antingen genom att direkt uppvärma flisen med primäränga och änga erhällen genom expansion av svartluten eller genom att blanda flisen med vitlut, som indirekt uppvämvts med änga (se t.ex. FI-patentkskrifterna 40678, 46755 och 52366).

Trots att man genom olika förbättringar av den interna värmeätervinningen i en moder kontinuerligt arbetande kokare har kunnat nedbringa värmeförbrukningen tili ca.

2 63610 2-3 GJ/t massa har det nu överraskande visats sig, att det är möjligt att ytterligare minska värmeförbrukningen avse-värt.

Ändamälet med föreliggande uppfinning är sälunda att ästad-komma ett förfarande för uppslutning vid förhöjd tempera-tur och eventuellt tryck av finfördelat material med an-vändning av avsevärt mindre värme än hittills. De huvud-sakliga kännetecknena för uppfinningen framgär ur bifo-gade patentkrav.

Föreliggande förfarande är speciellt lämpligt vid kokning av vedmaterial tili cellulosa, varvid rämaterialet lämp-ligen föreligger i flisform och kokningen sker i huvudsak i vätskefas, säsom enligt sulfat-, soda- och sulfitmeto-den. Koket kan antingen utföras i ett eller flera steg och kokvätskan kan utgöras av en vattenlösning innehällande oorganiska kokkemikalier eller kokvätskan kan i huvudsak utgöras av ett organiskt lösningsmedel (t.ex. etanol). Föreliggande förfarande kan ocksä användas i processer där vedmaterial kokas tili socker som huvudprodukt (hydro-lys) för framställning av pentosbaserade eller hexosbase-rade produkter.

Förutom lägre värmeförbrukning är det med föreliggande uppfinning möjligt att utföra värme- och kemikaliebehand-lingen under mildare förhällanden för minskning av oönska-de kemikalieangrepp och nedbrytningar samt inkrusteringar och igensättningar. Dessutom är det möjligt att bl.a. minska kokkemikaliebehovet.

För att ett sä ändamälsenligt resultat som möjligt skall kunna erhällas baserar sig föreliggande förfarande pä föl-jande principer: 1) värmeätervinningen bör ske utan fasomvandling, vilket tl 3 6361 0 betyder att värmeöverföringen frän utgäende till inkommande strörranar bör ske i första hand genom direkt värmeöverföring mellan flisen och en lämplig vätska där detta är möjligt utan oönskad blandning av olika kemikalier och i andra hand genom indirekt värmeväxling mellan tvä vätskor i en värme-växlare.

2) Värmeväxlingen bör ske i motström och ordnas sä, att värmekapacitetsströmmen för värmeupptagaren är ungefär lika stor som värmekapacitetsströmmen för värmeavgivaren. Dä dessa värmekapaCitetsströmmar är lika stora erhälls den hög-sta värmeätervinningen. I kända processer är dessa värme-kapacitetsströmmar av helt olika storleksordningar. Sälunda är t.ex. tunnlutens värmekapacitetsström ca 3,5 gänger flisens värmekapacitetsström, dä tunnluten genom expan-sionsförängning förvärmer flisen.

3) Transport av olika vätskor bör ordnas sä att vätskor med högre halte av aktiva kokkemikalier än önskat ej uttas ur kokprocessen.

Med "värmekapacitetsström" avses i detta sammanhang summan av samtliga komponenters specifikä värme gänger deras res-pektive viktströmraar (enheten är t.ex. W/°C).

Enligt föreliggande uppfinning upphettas det finfördelade materialet sälunda före uppslutningen med en vätska, vars huvudsakliga strömningsriktning i förhällande tili det fasta materialet är i motström varvid inmatningen av det finfördelade materialet och uttagningen av vätskefasen frän uppvärmningszonens inloppsända kontrolleras sä, att deras värmekapacitetsströmmar är av i stort sett samma storleksklass.

Uppslutningsprocessen startas lämpligen sälunda att man först tillför den tili uppslutningszonens inloppsända in-matade vätskefasen sä mycket värme att temperaturen i upp-slutningszonen stiger tili önskad nivä och därefter regle-rar mängden frän uppvärmningszonens inloppsända uttagen väts- 4 63610 kef as sIl, att nämnda extra värmebehov reduceras sä mycket som möjligt. I fortfarighetstillständ hälles nämnda värmekapa-citetsströnunar ungefär lika Stora lämpligen genom att reg-lera mängden frän uppvärmningszonens inloppsända uttagen vätskefas, sä att temperaturskillnaden raellan densamma och tili uppvärmningszonens inloppsända inmatat finfördelat material med vätska hälls väsentligen konstant.

För att ätervinna värme ur den frän uppslutningszonens utloppsända uttagna produktvätskan bringas denna lämpligen i indirekt motstrcmsväfmeväxlingskontakt med färsk uppslutningsvätska avsedd att inmatas i uppslutningszonens inloppsända eller med frän uppvärmningszonens in-lO'ppsSnda uttagen kokkemikaliehaltig vätska, som därefter inmatas i uppslutningszonens inloppsända. De i indirekt motströmsvärmeväxlingskontakt bringade vätskeströmmarna reg-leras även i detta fall lämpligen sä, att deras värmekapa-citetsströmmar är av i stort sett samma storleksordning. ö.ärav följer att även den tili avkylningszonens utlopp in-matade tvättvätskans värmekapacitetsström kommer att bli ungefär lika stor som värmekapacitetsströmmen hos den frän avkylningszonens utlopp uttagna massan med dessa vätskeinne-häll.

De olika zonerna kan naturligtvis utgöras av separata anord-ningar, som kopplats ihop, Föreliggande uppfinning beskrivs härefter närmare med hänvisning tili bifogade ritningar, i vilka: figur 1 ächematiskt illustrerar i tvärsnitt en vertikalvy av en kokare för tillämpning av föreliggande uppfinning, och figur 2 visar en likadan vertikalvy av en annan kökare som ocksä kan användas för tillämpning av ett alternativt för-farande enligt föreliggande uppfinning.

5 63610

Den i figur 1 illustrerade kokaren bestär av ett högt slu-tet torn 13, som medelst avdragssilar 14 uppdelats i tre zoner, nämligen en uppvärmningszon A, en uppslutningszon B och en avkylningszon C, pH varandra i nämnda ordning.

Det fasta materialt inmatas kontinuerligt genom rörled-ningen 1 tili kokarens 13 topp, d.v.s. uppvärmningszonens A inloppsända, och leds successivt först genom uppvärra-ningszonen A, sedan genom uppslutningszonen B och därefter genom avkylningszonen C, varefter det uppslutna och av-kylda fasta materialet utmatas genom rörledningen 2 frän kokarens 13 botten, d.v.s. avkylningszonens C utloppsända, Genom den i närheten av uppvärmningszonens A inloppsända anordnade avdragssilen 14 avdrags en vätskeström 4, som är sä stor att dess värmekapacitetsström är i stort sett av samma storleksordning som värmekapacitetsströmmen för det genom rörledningen 1 inmatade fasta materialet och därmed genom rörledningen 3 blandad vitlut samt genom förgreningsledningen 9 matad returvätska. Resten av den frän uppvärmningszonen A inloppsända avdragna vätska leds emellertid via rörledningen 4' tili värmeväxlaren 12 där den bringas i indlrekt motströmsvärmeväxlingskon-takt med frän uppslutningszonens B nedre ända genom silen 14 avdragen het och förbrukad produktvätska 6, som avleds genom röreldning 7. Den i värmeväxlaren 12 uppvärmnda väts-kan leds genom ledningen 5 tillbaka tili uppvärmningszonens utloppsända i närheten av avdragssilen 14 mellan uppvärmningszonen A och uppslutningszonen B. En del av vätskan avdrags härvid genom nämnda avdragssil och äterförs tili röreldningen 5 genom ledningen 10 för att erhälla bättre fördelning av vätskan över kokarens tvärsnitt. För att uppnä önskad uppslutningstemperatur tillföres i rörledningen 5 till-skottsvärme som schematiskt angivits med pilen 15.

Strömmen av den förbrukade produktvätskan 7 regleras sälun-da, att dess värmekapcitetsström blir likamed värmekapacitetsströmmen hos vätskeströmmen i rörledningen 4’.

6361 0

Strömmarna regleras sälunda att vätskan i uppvärmnings-zonen A strömmar huvudsakligen i riktning mot det fasta ma-terialet och i uppslutningszonen B huvudsakligen i samma riktning som det fasta materialet.

För att kylä och tvätta, d.v.s. förtränga produktvätska frän det uppslutna fasta materialet, som kommer fran uppslutningszonen B, matar man kallare tvättvätska genom rörledningen 8 till avkylningszonen C närä dess botten i närheten av avdragssilen 14, varvid en del av tvättvätskan avdrages via röret 11 och förenas med tvättvätskan i rörledningen 8.

Tili skillnad frän den i figur 1 visade utföringsformen blandas den färska uppslutningsvätskan i den i figur 2 illustrerade utföringsformen inte direkt med det finförde-lade materialet i rörledningen 1 utan leds först genom rörledningen 3’ tili värmeväxlaren 12 för att i indirekt motstclndsvärmeväxlingskontakt med den fr&n uppslutnings-zonens B nedre ända avdragna heta och förbrukade produkt-vätskan upphettas innan den inmatas via ledningen 5 tili uppvärmningszonens A nedre ända i närheten av avdragssilen 14 mellan uppvärmningszonen A och uppslutningszonen B.

För att förtränga bort luft frän det finfördelade materialet i rörledningen 1 innan detta mätäs tili kokarens 13 topp leder man en del av den medelst i uppvärmningszonens A inloppsända anordnade avdragssilen 14 avdragna vätskan 4 via rörledningen 9 tili rörledningen 1.

För att reglera vätskeströmmarna i uppvärmningszonens A nedre del har man pä nägot avständ ovänför avdragssilen 14 mellan uppvärmnings- och uppslutningszonen B anordnat en annan avdragssil 14 i närheten av vilken man genom rörledningen 6" matar en del av den frän uppslutningszonens B

II

7 63610 nedre ända avdragna heta och förbrukade produktvätskan 6 Hiedan äterstoden därav leds genom rörledningen 6' tili värme-växlaren 12. Ocksä i detta fall avdrags och returneras en del av denna vätska genom rörledningen 16 tili rörledningen 6".

Qm den vätskemängd, som inmatas i uppvärmningszonen A genom rörledningen 6” är mindre än den vätskemängd som i motsatt riktning tili det fasta materialet strömmar genom uppvärmningszonen A, kommer det uppkomna underskottet automatiskt att utgöras av uppslutningsvätska inmatad tili uppvärmnings-zonens utloppsända genom rörledningen 5, varvid det fasta materialet speciellt under uppvärmningens slutskede blir utsatt för aktiva uppslutningskemikalier. Ifall den vätskemängd som genom rörledningen 6" inmatas i uppvärmningszonen A ett stycke ovanför dess utloppsända emellertid är större än den vätskemängd, som i motsatt riktning tili det fasta materialet strömmar genom uppvärmningszonen A, kommer det uppkomna överskottet automatiskt att blanda sig med den färska uppslutningsvätskan inmatad i uppvärmningszonen genom rörledningen 5 och därefter strömma genom uppslutningszonen B. Genom att reglera den mängd vätska som genom rörledningen 6" inmatas i uppvärmningszonen A ett stycke ovanför dess utloppsända kan man sälunda ästadkomma önskad koncentrations-profil av aktiva kokkemikalier i uppslutnings- och uppvärmningszonen .

För att uppnä önskad uppslutningstemperatur tillföres väts-kan i rörledningen 5 pä lämpligt sätt erforderligt till-skottsvärme som schematiskt anges med pilen 15.

Föreliggande uppfinning kan naturligtvis användas vid sk. motströmsuppslutning, dvs. när uppslutningsvätska inmatas i utloppsända för det fasta materialet och leds i motström genom uppslutningszonen B tillsammans med tvättvätska frän avkylningszonen.

Uppfinningen beskrives nedan mera detaljerat med hjälp av exempel.

8 63610

Exempel

Hur stor värmebesparing man med förfarandet enligt uppfin-ningen kan erhälla i förhällande till känd teknik är bero-ende av ett flertal faktorer sasom typ av uppslutningspro-cess, rämaterial, uppslutningsvätska etc. Även utformningen och prestanda pä använda kemikalieätervinningsanläggningar inverkar pä den slutliga värmebesparingen för hela fram-ställningsprocessen.

Vid framställning av cellulosa ur barrvedsflis enligt sul-fatmetoden är följande processdata normala:

Kokutbyte 47 %

Koktemperatur 170°C

Vedens fukthalt 50 %

Vedens temperatur 10°C

Vitlut - satsning som akt.alk (Na20) 17 % - koncentration 98 g/1

- temperatur 85°C

Tvättvattentemperatur 70°C

Tvättförlust 10 kg Na2SO^/tn

Utspädning 2,5 1vatten/tn

En kokprocess enligt fig. 1 fordrar i detta fall 0,49 GJ/tn primärvärme och en kokprocess enligt fig. 2 0,32 GJ/tn. En kokprocess enligt känd teknik fordrar vid samma förutsätt-ningar 1,86 GJ/tn.

Pä grund av att restlutens temperatur för kokprocessen enligt fig. 1 och fig. 2 är lägre (83°C resp 78°C) än för normal kokprocess (102°C) är värmebehovet för indunstning av restluten frän kokprocessen enligt fig. 1 0,51 GJ/tn och för indunstning av restluten frän kokprocessen enligt fig.

2 0,59 GJ/tn större än värmebehovet för indunstning av restluten frän normal kokprocess. Jämfört med känd teknik är den totala energibesparingen för en kokprocess enligt fig. 1 i detta fall 0,86 GJ/tn och för en kokprocess enligt fig. 2

II

6361 0 0,95 GJ/tn. För en sulfatcellulosafabrik som producerar 340 000 tn/a minskar energikostnaderna med 6,6 Mmk/a resp 7,3 Mmk/a vid ett oljepris pä 1000 mk/tn.

Claims (6)

6361 0 < Patentkrav

1. Förfarande för kontinuerlig uppslutning vid förhöjd temperatur och eventuellt tryck av finfördelat material genom att mata det finfördelade materialet genom en upp-värmningszon (A), en eller flera uppslutningszoner (B) och en avkylningszon (C) i kontakt med en vätskefas, k ä n n e -tecknat av att det finfördelade materialet (1) och eventuell vätska (3, 9) inmatas i och vätskefas (4) uttages frän uppvärmningszonens (A) inloppsända i sädant mängdför-hällande, att deras värmekapacitetsströmmar är av stort sett samma storleksanordning, och antingen att a) färsk uppslutningsvätska (3) och finfördelat material (1) blandas före inmatning tili uppvärmningszonens (A) inloppsända och ätminstone en del (4 *) av den frän uppvärmningszonens inloppsända uttagna vätskefasen (4) bringas i indirekt motströmsvärmeväxlingskontakt (12) med frän upp-slutningszonens (B) utloppsända uttagen förbrukad het vätskefas (6) i sädant mängdförhällande att vätskefasernas (4', 6. värmekapacitetsströmmar är i stort sett av samma stor-leksordning, b) ätminstone en del (6') av den frän uppslutningszonens (B) utloppsända uttagna förbrukade heta vätskefasen (6) bringas i indirekt motströmsvärmeväxlingskontakt (12) med färsk uppslutningsvätska (3') avsedd att mätäs tili uppslutningszonens inloppsända och i sädant mängdförhällande att vätskefasernas (3', 6') värmekapacitetsströmmar är i stort sett av samma storleksordning, eller c) sä mycket kali förträngningsvätska (8) nettoinmatas i avkylningszonens (C) utloppsända, att dess värmekapacitets-ström är i stort sett av samma storleksordning som värme-kapacitetsströmmen hos frän nämnda utloppsända uttaget uppslutet material (2) med dess vätskeinnehäll.

2. Förfarande enligt patentkravet Ib, känneteck-n a t av att resten (6") av den frän uppslutningszonens (B) utloppsända uttagna förbrukade heta vätskefasen (6) in- II 11 6361 0 mätäs i uppvärmningszonen (A) och fördelas över ett tvär-snitt därav som är i närheten av uppvärmningszonens ut-loppsända för att reglera koncentrationsprofilen av aktiva uppslutningskemikalier i uppslutnings- (B) och uppvärmningszonen (A) .

3. Förfarande enligt patentkravet Ib eller 2, k ä n n e -tecknat av att en del (9) av den frän uppvärmnings-zonens (A) inloppsända uttagna vätskefasen (4) blandas med det finfördelade materialet (1) före dess inmatning tili uppvärmningszonens inloppsände.

4. Förfarande enligt oatentkravet la, känneteck-n a t av att resten (9) av den frän uppvärmningszonens (A) inloppsända uttagna vätskefasen (4) blandas med det finfördelade materialet (1) före dess inmatning tili uppvärmnings-zonens inloppsända.

5. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att man först tillför den tili uppslutningszonens (B) inloppsända inmatade vätskefasen (5) sä mycket värme (15) att önskad temperatur uppnäs i uppslutnings zonen och därefter reglerar mängden frän uppvärmningszonens (A) inloppsända uttagen vätskefas (4 eller 4', 4") sä, att nämnda extra värmebehov (15) reduceras sä mycket som möjligt. 1 Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att man reglerar mängden frän uppvärmningszonens (A) inloppsända uttagen vätskefas (4 eller 4’, 4") sä, att temperaturskillnaden mellan densamma och tili uppvärmningszonens inloppsända inmatat finfördelat material (1) med eventuell vätska (3) före eventuell till-blandning av recirkulerande, frän uppvärmningszonens (A) inloppsända uttagen vätskefas (9) hälls väsentligen kons-tant.

6 3 61 0