JP4330074B2 - セルロースチップを高圧連続蒸解システムに供給する方法とシステム - Google Patents

Description

本発明は、細砕セルロース繊維材（「チップ」）を連続蒸解缶のような処理槽に供給する方法とシステムに関する。

化学パルプを製造するためのパルプ製造用化学薬品と細砕セルロース繊維材との反応は、摂氏１４０〜１８０度（℃）の温度が必要である。チップ処理に使われる化学薬品水溶液はそのような温度で蒸発するので、商業的な化学パルプ製造は、一般に、最低約１０バール（ゲージ）（約１５０psig）の圧力の下で耐圧槽、例えば連続蒸解缶で行われる。この圧力を維持するため、特に連続パルプ製造プロセスを実施するときは、高圧フィーダー（以下、「ＨＰＦ」ということがある）を用い、前記の槽、例えば蒸解缶に入るチップスラリーの圧力を前記の槽の圧力またはそれ以上の圧力レベルに上げて、チップを圧力槽に導入するときに圧力損失が生じないようにする。

本発明は、高圧連続蒸解缶および／または他の高圧チップ処理システムにチップを供給するための輸送システムに関する。高圧チップ処理システムは、一般に米国特許第６，６６９，４１０号明細書に示されるようなＨＰＦを備える。ＨＰＦは、低圧の細砕セルロース繊維材スラリー（「チップスラリー」）を受け入れ、高圧のチップスラリーを送り出す。高圧スラリーは、連続蒸解缶、チップのスチーム処理槽および他の高圧チップ処理システムに導入するのに好適である。

一般に、高圧フィーダーは、ポケット構造付ローターを有し、このポケット構造付ローターは、チップスラリーを低圧から高圧に輸送する手段として作動すると同時に、圧力損失防止バルブとして作動する。ローターは、低圧スラリーを高圧ストリームに輸送するチャンバーを有する。ＨＰＦは一般に、その頂部（12時00分の位置）に低圧入口ポートを、その底部（6時00分の位置）に低圧出口ポートを、その第一側部（9時00分の位置）に高圧入口ポートを、その逆の第二側部（3時00分の位置）に高圧出口ポートを有する固定ハウジングを備える。フィーダーハウジングのローターは、低圧入口ポートと低圧出口ポートのペアを交互に開き、次いで高圧入口ポートと高圧出口ポートのペアを開く。２つの低圧ポートは、２つの高圧ポートが開いている間は開かないし、その逆も同様である。低圧の入口および出口ポートが開いているとき、新しい量のチップスラリーがローターチャンバーに入り、いくらかの液体が出口からパージされる。ローターが高圧の入口および出口を開くと、高圧液体が入り、ローターチャンバーのチップスラリーを高圧出口から高圧導管に押し流す。

ＨＰＦのフィーダーハウジングの頂部ポート（12時00分の位置）は、チップと液体のスラリーがフィーダーに導入される低圧入口ポートである。つまり、頂部ポートは従来から低圧チップスラリーの入口であった。しかし、米国、ニューヨーク州グレンズフォールズ(Glens Falls)所在のアンドリッツ社（Andritz Inc.）販売のローレベル（LO-LEVEL）（商標）フィードシステムを特徴付けるポンプ供給にあっては、スラリーポンプからの高圧のスラリー流れは、設備の必要に応じてどんな位置にでも配置されるＨＰＦの低圧入口に導入可能である。ポンプで供給されたスラリーは、物理的にＨＰＦの頂部、両側、底部に位置するポートに、あるいは斜めの角度に位置するポートにさえ、すなわち、どんな所望の位置のポートにも導入することができる。

低圧スラリーがＨＰＦの低圧入口に導入されると、回転ローターの送り出しポケットの一個または複数個以上にスラリーが入る。ＨＰＦの低圧出口は低圧入口の反対側に位置する。スラリーが低圧入口と送り出しポケットの一つの第１端に導入されると、スラリーはローターポケットに、ポケットの第２端である反対側の方向に、この場合、ポケットの下端の方向に、低圧出口の方向に流れる。ＨＰＦの低圧出口ポートは、普通、スクリーンエレメント、例えば鋳鋼製水平バータイプのスクリーンエレメントが設けられている（例えば、米国特許第５，４４３，１６２号明細書に開示のスクリーンエレメントを参照）。このスクリーンエレメントは、フィーダーのローター内にスラリー中のチップを保持するとともに、スラリー中の液体の一部分をポケットの第２端からスクリーン経由で流すことを可能にする。低圧出口から排出された液体は、従来は、チップ供給システムに、ＨＰＦ上流のチップスラリーの流れに再循環されてきた。低圧出口にあるスクリーンの問題点は、チップの一部がスクリーンを通過してしまうことである。これらのチップは、蒸解缶で再処理しようにも利用できない結果になる。

ＨＰＦのローターポケットに導入されるチップは、スクリーンエレメントで保持されたチップを含み、ローターの回転作用で輸送される。ローターが普通1/4回転すると、前に低圧入口と流通していたポケットの第一端は今度、ＨＰＦ高圧出口と流通する。高圧出口は、普通、連続蒸解缶または回分蒸解缶のいずれかの蒸解缶の入口と一本以上の導管で流通している。同時に、ローターの回転により、前は低圧出口と流通していた送り出しポケットの第２端は、高圧入口と流通する。高圧入口は、普通、高圧水ポンプから高圧液体の流れを受け入れる。この液体の圧力は、約５〜１５バール（ゲージ）の範囲が一般的で、普通、約７〜１０バール（ゲージ）である。この高圧液体が、チップと液体とのスラリーを送り出しポケットから送り出し、高圧出口から排出し、最終的には蒸解缶入口に流入させる。

ローターが回転を続けると、高圧流体を受け入れたポケットの第２端は、次いで低圧入口と流通し、低圧入口と接続している導管から新たなスラリーの供給を受け入れる。同様に、ポケットの第１端は、回転により、ハウジングのスクリーンエレメントを備える低圧出口と流通する。上記のプロセスを繰り返すことにより、ローターの一回転が完結する間に、各送り出しポケットは、チップと液体を二回受け入れ、排出する。ローターは、普通、少なくとも二個、典型的には四個の送り出しポケットを備え、ローターが回転するにつれて低圧入口からスラリーを受け入れて高圧出口からスラリーを排出するサイクルが繰り返される。これらのポケットの端部は、ローターの回転位置に依存して、スラリーの入口になったり、出口になったり両方の役目を果たす。

比較的に高いローター速度で運転するある種のＨＰＦには問題が生じている。この問題とは、ＨＰＦハウジングの低圧出口（6時00分の位置）に過剰な量のチップが蓄積し、同時にスクリーンから流出するということである。低圧排出導管のチップは、チップ処理プロセスに対して損失となるばかりか、ＨＰＦの低圧排出流を受け入れる液体処理装置を閉塞させる恐れがある。

本発明の第１の態様によれば、セルロース繊維材を高圧処理槽に供給する方法が提供され、この方法は、輸送装置で前記繊維材の低圧流れを加圧するステップと、前記輸送装置から、前記処理槽と流体が連通している導管に繊維材の高圧流れを排出するステップと、前記輸送装置から低圧流れを排出するステップと、前記排出された低圧流れを前記輸送装置の下流で加圧するステップと、前記加圧された低圧排出流れと前記排出された高圧流れとを合流するステップとを含むことを特徴とする。

本発明の第２の態様では、セルロース繊維材を高圧処理槽に供給するもう一つの方法が提供され、この方法は、輸送装置で繊維材の低圧流れを加圧するステップと、前記輸送装置から、前記処理槽と流体が連通している高圧導管に繊維材の高圧流れを排出するステップと、前記処理槽中の繊維材と液体とのスラリーから液体を抽出するステップと、前記抽出された液体の第１部分を前記輸送装置の高圧入口に導入するステップと、前記抽出された液体の第２部分を前記輸送装置の上流にある繊維材の低圧流れに導入するステップとを含むことを特徴とする。

また、本発明の第３の態様によれば、セルロース繊維材を高圧処理槽に供給する装置が提供され、この装置は、繊維材の低圧流れを受け入れる高圧輸送装置と、前記輸送装置の高圧出口に接続され、繊維材の高圧流れを受け入れる第１高圧導管と、前記輸送装置の低圧出口に接続された低圧出口導管と、前記低圧出口導管の流れを加圧し、加圧にされた流れを第２高圧導管に導入する少なくとも１基のポンプと、前記第１高圧導管からの高圧流れと前記第２高圧導管からの前記加圧された流れを受け入れる第３高圧導管であって、高圧流れを前記高圧処理槽に輸送するのに用いられる第３高圧導管とを含むことを特徴とする。

図１と図２に示されるシステムは、連続蒸解缶システムであるけれども、本発明の方法とシステムとは、一基または複数の基数の回分蒸解缶、連続蒸解缶に接続された浸透槽、または他の高圧処理システムに供給するためにも使用し得ると理解される。連続蒸解缶は、クラフトパルプ、亜硫酸パルプ、ソーダパルプ、または同様なパルプを製造するプロセスに使用し得る。

図１は、細砕セルロース繊維材、例えば針葉樹チップのスラリーを連続蒸解缶１１の頂部に供給するチップ供給システム１０を示す。蒸解缶１１は、一般に頂部セパレーターを備えるが、頂部セパレーターには、スラリーから過剰の液体を抜き出して供給システム１０に戻すために液抜き出しスクリーン１２が蒸解缶１１の入口付近に設けられている。また、蒸解缶１１は、当パルプ製造中、またはその後に使用済み蒸解液の抜き出しを行うための液抜き出しスクリーン１４を少なくとも１基備えることができる。

蒸解缶１１は、また通常他に１基または複数基の液抜き出しスクリーン（図示せず）をさらに備えている。これらの液抜き出しスクリーンは、蒸解液循環系、蒸解缶蒸解循環系、または液抜き出し導管と希釈液添加導管を有する蒸解缶循環系に関連して設けることができる。蒸解液、例えばクラフト白液、黒液または緑液を、これらの循環系に添加することもできる。蒸解缶１１は、また製造された化学パルプを排出するための出口１５も備えており、製造された化学パルプは、洗浄や漂白などの処理をさらに行うように後の工程に送ることができる。

チップ供給システム１０は、チップ貯蔵ビン２１に導入された細砕セルロース繊維材２０を受け入れる。一般に、繊維材２０は針葉樹または広葉樹チップであるが、どんな形の細砕セルロース繊維材、例えばおがくず、草、藁、バガス、ケナフ、または他の農業廃棄物またはこれらの組合せチップも使用し得る。「チップ」という用語が本明細書において細砕セルロース繊維材を称するものとして用いられるが、この用語は、木材チップに限定されるものではなく、どんな形の上記の細砕セルロース繊維材または類似のものを称するものであることが理解される。

チップ貯蔵ビン２１は、振動排出装置を備えた従来のビン又は米国特許第５，５００，０８３号明細書に記載され、米国、アンドリッツ社から販売されているダイヤモンドバック（DIAMONDBACK）（商標）型スチーム処理槽である。チップ貯蔵ビン２１は、その入口にエアロック装置と、貯蔵ビン内のチップレベルをモニター・制御する手段と、貯蔵ビン内の圧力をコントロールする適切なメカニズムを含むことができる。スチームは、新しいものでも、あるいは廃液の蒸発から発生されたスチーム（すなわちフラッシュされた蒸気）でもよいが、普通、１本以上の導管２２経由で貯蔵ビン２１に加えられる。

チップは、通常、貯蔵ビン２１から計量装置２３、例えばスクリュー式計量装置に排出され、次いで計量装置２３から、圧力遮断装置２４、例えば低圧フィーダーに排出される。圧力遮断装置２４は、その上流にあるチップ供給システムに存在する実質的大気圧から加圧水平処理槽２５を遮断するものである。

処理槽２５は、高圧スチーム、例えば約１０〜２０psigのスチームでチップ材を処理するのに用いられる。処理槽２５はスクリューコンベヤーも備えることができる。スチームは、新しくきれいなものでも、またはフラッシュされたものでもよいが、１本以上の導管２８経由で処理槽２５に加えられる。

処理槽２５での処理の後、チップスラリーは、高圧輸送装置２７、例えば米国、ニューヨーク州グレンズフォールズ(Glens Falls)所在のアンドリッツ社（Andritz Inc.）販売の高圧フィーダー（ＨＰＦ）に輸送される。一般に、スチーム処理されたチップ材は、チップシュートなどの導管またはシュート２６によって高圧フィーダー２７に輸送される。熱せられた蒸解液、例えば使用済みクラフト黒液と白液との混合液が、一般に導管２９からシュート２６に添加され、チップと液体とのスラリーがシュート２６に生成される。加圧処理槽２５と圧力遮断装置２４は、米国特許第５，０００，０８３号明細書に開示され、アンドリッツ社からダイヤモンドバック（DIAMONDBACK）（商標）スチーム槽として販売されているスチーム処理槽によって代替することができる。

前記の高圧フィーダー（ＨＰＦ）２７は、チップシュート２６に接続された低圧入口（12時00分の位置）と、導管３０に接続された低圧出口（低圧入口の向かい側で6時00分の位置）とを有するローターハウジングを備えている。前記ＨＰＦのハウジングは、また導管３３に接続された高圧入口（9時00分の位置）と、導管３４に接続された高圧出口（高圧入口の向かい側で3時00分の位置）とを備えている。

ＨＰＦ、特にそのポケットローター３５は、可変速電気モーターと減速機（図示せず）で駆動される。低圧入口からは、加熱されたチップスラリーがシュート２６からローター３５のポケットに送入される。ＨＰＦハウジングの低圧出口にあるスクリーン３６により、ローターポケットにチップは保持されるが、液体は、ローターを通過して導管３０経由で抜き出される。

ローター３５が回転すると、ローターポケット内に保持されていたチップは、導管３３経由で９時００分の位置の高圧入口に入ってくる高圧液体に曝される。ローターポケットに入ってくる高圧液体により、チップはフィーダーから洗い流し出され、３時００分の位置の高圧出口経由で導管３４に排出される。得られた高圧チップスラリーは、導管３４経由で蒸解缶１１の頂部に送入される。

蒸解缶１１の入口に達すると、導管３４のチップをスラリー化するのに使用された過剰の液体の一部分がスクリーン１２経由でスラリーから取り除かれる。スクリーン１２で取り除かれた過剰の液体は、導管３３経由でポンプ３２の入口に戻される。導管３３内の液体は、必要に応じて新鮮な蒸解液が添加され、ポンプ３２で加圧され、フィーダー２７でチップを洗い流すための高圧液体として使用される。

フィーダー２７の低圧出口（６時００分の位置）から排出された低圧液体（およびスクリーン３６から流出したチップ）は、導管３０に流出する。導管３０の液体とチップのスラリー流れは、１基またはそれ以上のポンプ３７で加圧される。ポンプは少なくとも１基で、好ましいのは１〜４基のスクリュー羽根車ポンプを直列に配列したものである。これらのポンプ３７は、導管３０からのスラリーを増加させるので、導管３１内のスラリーは、チップスラリー導管３４と同一の高圧になる。

導管３１内の加圧されたチップスラリー流れは、導管接続点３８で、導管３４内の加圧された流れと一緒になる。導管３１と３４内の両スラリーの高圧流れは、導管接続点３８と蒸解缶１１の頂部セパレーター１２との間にある導管３９において合流する。導管３１内のチップスラリー流れは、導管３４内の液体／チップ比率よりも実質的に大きい液体／チップ比率を有し得る。従って、導管３１からの液体含有率が高い流れを追加すると、導管３９内の液体／チップ比率は上昇し得る。

導管３０と導管３１内を通る流れの量は、導管３４内の流量に較べて相対的に少なくてよい。低圧出口（導管３０と３１）からのチップスラリーを高圧出口（導管３４）からのチップスラリーと合流することによって、導管３０内のチップは蒸解缶１１に指向される。従来の液処理システムでは閉塞の問題を起こした、低圧出口流（導管３０）中のチップは、蒸解缶に導入されて、利用される。

１基またはそれ以上のポンプ３７は各々、スクリュー遠心羽根車スラリーポンプ、または他の加圧・輸送装置、例えばピストン型固体輸送ポンプまたは高圧エダクターでよい。好ましくは、例えば４基までの複数基の加圧・スラリー化ポンプ３７を用いて、スラリーを導管３０と３１に輸送し、低圧排出流れを加圧する。ポンプ３７は、英国、ニューベリー(Newbury)所在のハイドロスタル社（Hidrostal Ltd）販売のスクリュー遠心羽根車ポンプおよび／または米国、ユタ州ソルトレークシティ所在のウェアースペシャリティポンプ社(Weir Specialty Pump)製造のウェムコ（Wemco）（商標）ポンプでよい。

オプションの導管４０は、導管３３からの液体（蒸解缶の頂部セパレーターからの液体）の一部を、チップ供給システム、例えばチップシュート２６、チップ貯蔵ビン２１または処理槽２５に導入する。バルブ（図示せず）を用いて、導管３３内の導管４０に向かう流れ部分を制御することができる。導管４０の流れを制御するバルブは、導管２９にあるのが好ましいが、導管３３、４０、４５および２９によって規定されるループ内の何処にあってもよい。サンドセパレーター４２とインライン排出器４３は、特に導管４０と導管２９の間に設けることができる。サンドセパレーター４２は、液体から砂と異物を除去するサイクロンタイプのセパレーターでよい。インライン排出器４３は、過剰の液体を導管４５から取り出し、導管４６に排出する静的な篩分装置でよい。導管４６はレベルタンクに接続することもできる（図２を参照）。インライン排出器４３で取り出されなかった液体は、導管２９を通過し、チップ供給システムに再導入される。

図２は、蒸解缶にチップを供給するための別のチップ供給システム１１０を示す。このシステム１１０は、米国特許第５，４７６，５７２号、第５，６２２，５９８号および第５，６３５，０２５号の各明細書に記載のプロセスと装置を用いる。本発明の効果をもたらすように用いられるこの装置とプロセスは、米国、アンドリッツ社よりローレベル（Lo-Level）（商標）という名称で包括的に販売されている。図２中の部品で、図１のものと同一の部品は、同じ参照数字で示され、図１のものと同様の部品、または同様な機能を果たす部品は、図１の参照数字の前に数字「１」を付加して示される。

図１のチップ供給システム１０と同様に、図２においてチップ２０はスチーム処理槽１２１に導入され、そこで導管２２を経て導入されるスチームに曝される。スチーム処理槽１２１の排出口は計量装置１２３、さらに導管１２６に連結されている。導管１２６は、米国、アンドリッツ社販売のチップチューブ（Chip Tube）であることが好ましい。蒸解液は、普通、図１の導管２９と同様の導管５５経由で、チップチューブ１２６に導入される。スチーム処理槽１２１は米国特許第５，０００，０８３号明細書に記載のようなダイヤモンドバック（DIAMONDBACK）（商標）スチーム処理槽が好ましいので、図１に記載の圧力遮断装置２４や図１の加圧スチーム処理槽２５はなくてもよい。米国特許第５，４７６，５７２号明細書に開示されているように、チップと液体とのスラリーをＨＰＦ（高圧フィーダー）２７に直接排出する代わりに、導管５０に続く高圧のスラリーポンプ５１を用いて、導管５２経由でチップをＨＰＦ（高圧フィーダー）２７に輸送する。

ポンプ５１は、ポンプ３７と同一タイプのスクリュー遠心羽根車ポンプまたは他のポンプであることが好ましい。ポンプ５１を経て送られるチップは、図１について図示されたと同様に高圧フィーダー２７で蒸解缶１１に輸送される。

図１に示された態様と同じように、蒸解缶１１から抽出され、導管３３に流入した液体の一部は、オプションとして導管４０に分岐し得る。導管４０の液体は、サンドセパレーター４２、導管４５、インライン排出器４３および導管１４４を経由して液体レベルタンク５３に送られる。

液体レベルタンク５３は、導管５４経由でポンプ５１の入口に十分の量の液体を供給することを確保する。このタンク５３は、また導管５５経由でチップチューブ１２６にも液体を供給することができる。また、このレベルタンク５３は、所望ならば、作業者がチップ供給システムの液体レベルを変えて、液体レベルを計量装置１２３の上までにしたり、またはスチーム処理槽１２１までに上げたりすることを可能にする。

インライン排出器４３で排出された過剰の液体は、オプションとしてこのインライン排出器４３と接続された導管６１経由で第２レベルタンク６０に流入される。タンク６０からの液体は、導管６２、ポンプ６３および導管６４経由で蒸解缶１１に送出される。

本発明は、最も実際的かつ好ましい態様と考えられたものに関して記載されているが、本発明は、開示された態様に限定されず、逆に、特許請求の範囲に含まれる種々の改良や均等の改変を包含することが理解される。

細砕セルロース繊維材のスラリーを連続蒸解缶または他の高圧処理槽に供給するシステムの概略図である。 細砕セルロース繊維材のスラリーを連続蒸解缶または他の高圧処理槽に供給するシステムであって、第二態様のチップ供給システムを有するシステムの概略図である。

符号の説明

１０，１１０…チップ供給システム、１１…連続蒸解缶、１２，１４…液抜き出しスクリーン、１３…蒸解缶入口、１５…蒸解缶出口、２０…細砕セルロース繊維材、２１…チップ貯蔵ビン、１２１・・・スチーム処理槽、２２…スチーム導管、２３，１２３…計量装置、２４…圧力遮断装置、２５…処理槽、２６，１２６…シュート、２７…高圧輸送装置（ＨＰＦ）、２８、２９、３０、３１、３３，３４，３９，４０，４５，４６，５２，５４，５５，６１，６２，６４，１４４…導管、３２，５０，５１，６３…ポンプ、３５…ローター、３６…スクリーン、３７…ポンプ、３８…導管接続点、４２…サンドセパレーター、４３…インライン排出器、５３，６０…液体レベルタンク。

Claims (12)

1. セルロース繊維材を連続蒸解缶に供給する方法において、
   ａ）輸送装置で前記繊維材の低圧流れを加圧するステップと、
   ｂ）前記輸送装置から、前記連続蒸解缶と流体が連通している導管に繊維材の高圧流れを排出するステップと、
   ｃ）前記輸送装置から低圧流れを排出するステップと、
   ｄ）前記排出された低圧流れを前記輸送装置の下流で加圧するステップと、
   ｅ）前記加圧された低圧排出流れと前記排出された高圧流れとを合流するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記排出された低圧流れを複数のスラリーポンプで加圧するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記スラリーポンプがスクリュー遠心羽根車ポンプである請求項２に記載の方法。
4. 前記加圧された低圧排出流れが排出された高圧流れと合流され、合流された流れが前記連続蒸解缶に入る請求項１に記載の方法。
5. 前記輸送装置が高圧フィーダーである請求項１に記載の方法。
6. 前記排出された低圧流れが、排出された高圧流れの圧力と同じ圧力に加圧される請求項１に記載の方法。
7. 流体の前記低圧流れが、さらに繊維材を含む請求項１に記載の方法。
8. 前記低圧流れに含まれる繊維材が、前記排出された高圧流と合流され、前記連続蒸解缶に流入する請求項７に記載の方法。
9. セルロース繊維材を連続蒸解缶に供給する装置において、
   繊維材の低圧流れを受け入れる高圧輸送装置と、
   前記輸送装置の高圧出口に接続され、繊維材の高圧流れを受け入れる第１高圧導管と、
   前記輸送装置の低圧出口に接続された低圧出口導管と、
   前記低圧出口導管の流れを加圧し、加圧された流れを第２高圧導管に導入する少なくとも1基のポンプと、
   前記第１高圧導管からの高圧流れと前記第２高圧導管からの前記加圧された流れを受け入れる第３高圧導管であって、高圧流れを前記連続蒸解缶に輸送するのに用いられる前記第３高圧導管と、
   を含むことを特徴とする装置。
10. 前記少なくとも１基のポンプが複数のスクリュー羽根車ポンプである請求項９に記載の装置。
11. 前記連続蒸解缶から抽出された液体を受け入れる液体出口導管であって、前記高圧輸送装置の高圧入口と流体が流通している第１出口導管と、繊維材の低圧流れと流体が連通している第２出口導管を有する液体出口導管とをさらに含む請求項９に記載の装置。
12. 前記第２出口導管と流体が連通している戻り導管であって、前記第２出口導管から前記連続蒸解缶に液体を回す戻り導管をさらに含む請求項１１に記載の装置。
    
    

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