NO162031B - Fremgangsmaate for kontinuerlig oppslutning av finfordelt celluloseholdig fibermateriale. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for kontinuerlig oppslutning ved forhøyet temperatur og eventuelt trykk av finfordelt celluloseholdig fibermateriale ved å mate dette materialet fortløpende gjennom en oppvarmingssone, en eller flere oppslutningssoner og en avkjølingssone i kontakt med en væskefase.

Det er tidligere kjent å oppslutte finfordelt materiale, slik som vedflis, ved forhøyet temperatur og trykk ved hjelp av en oppslutningsvæske, slik som hvitlut, ved å mate vedflisen ovenifra og nedad gjennom et kontinuerlig arbeidende koketårn oppdelt i forskjellige soner for oppvarming og impregnering av flisen, oppslutning av den oppvarmede og impregnerte flis, samt for vasking og avkjøling av således dannet masse. Slike koketårn °r vanligvis utstyrt med siler for fjerning av væske fra fast material i slutten og begynnelsen av sonene og eventuelt også i mellom. Vaskevæsken er blitt innført i vaskesonens utløpsende nær massens uttak, således at vaskevæsken strømmer i motstrøm til massen i væskesonen. Hvitlut er blitt innmatet i, og produktlut uttatt fra oppslutningssonen, således at væskens hovedsakelige strøm-ningsretning i oppslutningssonen er enten samme eller motsatt flisen deri.

I henhold til tidligere kjente fremgangsmåter har man oppvarmet flisen og hvitluten enten ved å direkte oppvarme flisen med primærdamp og damp dannet ved ekspansjon av svartluten eller ved å blande flisen med hvitlut som indirekte oppvarmes med damp (se f.eks. de finske patenter nr. 40678, 46755 og 52366).

På tross av at man ved forskjellige forbedringer av den interne varmegjenvinning i en moderne kontinuerlig arbeidende koker har kunnet redusere varmeforbruket til ca. 2-3 GJ/t masse har det nå overraskende vist seg at det er mulig ytterligere å redusere varmeforbruket betraktelig.

Hensikten med oppfinnelsen er således å tilveiebringe en fremgangsmåte for oppslutning ved forhøyet temperatur og eventuelt trykk av finfordelt materiale med anvendelse av betraktelig midnre varme enn tidligere.

Foreliggende fremgangsmåte er spesielt egnet ved koking av vedmateriale til cellulose, idet råmaterialet hensiktsmessig foreligger i flisform og kokingen foregår hovedsakelig i væskefase, slik som ifølge sulfat-, soda- og sulfitmetoden. Kokingen kan utføres enten i ett eller flere trinn, og kokevæsken kan utgjøres av en vannoppløsning som inneholder uorganiske kokekjemikalier eller kokevæsken kan hovedsakelig utgjøres av et organisk oppløsningsmiddel (f.eks. etanol). Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også anvendes i prosesser hvor vedmaterialet kokes til sukker som hoved-produkt (hydrolyse) for fremstilling av pentosebaserte eller heksosebaserte produkter.

Foruten lavere varmeforbruk er det med foreliggende oppfinnelse mulig å utføre varme- og kjemikaliebehandlingen under mildere forhold for nedsettelse av uønsket kjemikalieangrep og nedbrytninger samt inkrusteringer og igjentettinger. Dessuten er det mulig å bl.a. minske kokekjemikaiiebehovet.

For at et så formålstjenlig resultat som mulig skal kunne oppnås baserer foreliggende fremgangsmåte seg på følgende prinsipper: 1. varmegjenvinningen bør skje uten faseomdannelse, hvilket betyr at varmeoverføringen fra utgående til innkommende strømmer bør skje i første rekke ved direkte varmeoverføring mellom flisen og en egnet væske der dette er mulig uten uønsket blanding av forskjellige kjemikalier og på den annen side ved indirekte varmeveksling mellom to væsker i en varmeveksler. 2. Varmevekslingen bør foregå i motstrøm og anordnes således at varmekapasitetsstrømmen for varmeopptageren er omtrent like stor som varmekapasitetsstrømmen for varmeavgiveren. Når disse varmekapasitetsstrømmer er like store, fåes den høyeste varmegjenvinningen. I kjente prosesser er disse varmekapasitetsstrømmer av helt forskjellig størrelsesorden. Således er f.eks. tynnluten varmekapasitetsstrøm ca. 3,5 ganger flisens varmekapasitetsstrøm, når tynnluten ved ekspansjonsfordampning foroppvarmer flisen. 3. Transport av ulike væsker bør ordnes således at væsker med høyere innhold av aktive kokekjemikalier enn ønsket ikke uttas fra kokeprosessen.

Med "varmekapasitetsstrøm" menes i denne forbindelse summen av samtlige komponenters spesifikke varme ganger deres respektive vektstrømmer (enheten er f.eks. W/"C).

Den innledningsvis nevnte fremgangsmåte kjennetegnes ifølge oppfinnelsen ved at det finfordelte celluloseholdige fibermaterialet og eventuell væske innmates i og væskefase uttas fra oppvarmningssonens innløpsende i slikt mengdeforhold, at deres varmekapasitetsstrømmer er av stort sett samme størrelsesorden, og at enten,

a) fersk oppslutningsvæske og finfordelt celluloseholdig fibermateriale blandes før innmatning til oppvarmningssonens

innløpsende og i det minste en del av den fra oppvarmningssonens innløpsende uttatte væskefase bringes i indirekte motstrøms varmevekslingskontakt med fra oppslutningssonens utløpsende uttatt, forbrukt varm væskefase i et slikt mengdeforhold at væskefasenes varmekapasitetsstrømmer er i alt vesentlig av samme størrelsesorden,

b) i det minste en del av den fra oppslutningssonens utløpsende uttatte forbrukte varme væskefase bringes i

indirekte motstrøms varmevekslingskontakt med fersk oppslutningsvæske beregnet til å mates til oppslutningssonens innløpsende og i slikt mengdeforhold at væskefasenes

varmekapasitetsstrømmer er av stort sett samme størrelses-orden, eller

c) så meget kald fortrengingsvæske nettoinnmates i avkjøl-ingssonens utløpsende, at dens varmekapasitetsstrøm er i alt

vesentlig av samme størrelsesorden som varmekapasitets-strømmen ifra nevnte utløpsende uttatt oppsluttet materiale med dets væskeinnhold.

Ytterligere kjennetegnende trekk ved fremgangsmåten, ifølge oppfinnelsen, vil fremgå av de etterfølgende patentkrav, samt av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til de vedlagte tegningsfigurer.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor

fig. 1 skjematisk viser et vertikalt tverrsnitt av en koker

som er egnet for bruk i foreliggende oppfinnelse, og fig. 2 viser et likeledes vertikalriss av en annen spesielt egnet koker som også kan anvendes for tilpassing av en alternativ fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen .

Den på fig. 1 viste koker består av et høyt lukket tårn 13 som ved hjelp av avtrekkssiler 14 oppdeles i tre soner, nemlig en oppvarmingssone A, en oppslutningssone B og en avkjølingssone C oppå hverandre i nevnte rekkefølge.

Det faste materialet innmates kontinuerlig gjennom rørled-ningen 1 til toppen av kokeren 13, dvs. innløpsenden av oppvarmingssonen A, og føres suksessivt først gjennom oppvarmingssonen A, deretter gjennom oppslutningssonen B og deretter gjennom avkjølingssonen C, hvoretter det oppsluttede og avkjølte faste material utmates gjennom rørledningen 2 fra bunnen av kokeren 13, dvs. utløpsenden av avkjølings-sonen C. Gjennom den i nærheten av oppvarmingssonens A innløpsende anordnede avtrekkssil 14 avtrekkes en væskestrøm 4 som er så stor at dens varmekapasitetsstrøm er stort sett av samme størrelsesorden som varmekapasitetsstrømmen for det gjennom rørledningen 1 innmatede faste materiale og dermed gjennom rørledning 3 blandet hvitlut samt gjennom for-greningsledning 9 matet returvæske. Resten av den fra oppvarmingssonens A innløpsende avtrukne væske føres imidlertid via rørledningen 4' til varmeveksleren 12 der den bringes i indirekte motstrømsvarmevekslingskontakt med fra oppslutningssonens B nedre ende gjennom silen 14 avtrukket varm og forbrukt produktvæske 6 som avledes gjennom rørledning 7. Den i varmeveksleren 12 oppvarmede væske føres gjennom ledningen 5 tilbake til oppvarmingssonens utløpsende i nærheten av avtrekkssilen 14 mellom oppvarmingssonen A og oppslutningssonen B. En del av væsken fjernes derved gjennom nevnte <p>vtrekkssil og tilbakeføres til rørledningen 5 gjennom ledningen 10 for å få bedre fordeling av væsken over kokerens tverrsnitt. For å oppnå ønsket oppslutningstemperatur tilføres i rørledningen 5 tilskuddsvarme som skjematisk angitt med pilen 15.

Strømmen av den forbrukte produktvæske 7 rguleres slik, at dens varmekapasitetsstrøm blir tilsvarende varmekapasitets-strømmen hos væskestrømmen i rørledningen 4'.

Strømmene reguleres således at væsken i oppvarmingssonen A strømmer hovedsakelig i retning mot det faste materialet og i oppslutningssonen B hovedsakelig i samme retning som det faste materialet.

For å avkjøle og vaske, dvs. fortrenge produktvæske fra det oppsluttede faste materialet som kommer fra oppslutningssonen B, mater man kaldere vaskevæske gjennom rørledningen 8 til avkjølingssonen C nær dens bunn i nærheten av avtrekkssilen 14, hvorved en del av vaskevæsken avtrekkes via røret 11 og forenes med vaskevæsken i rørledningen 8.

Til forskjell fra den på fig. 1 viste utførelsesform blandes den ferske oppslutningsvæsken i den på fig. 2 viste utfør-elsesform ikke direkte med det finfordelte materialet i rørledningen 1, men føres først gjennom rørledningen 3<*> til varmeveksleren 12 for, i indirekte motstrømsvarmevekslings-kontakt med den fra oppslutningssonens B nedre ende avtrukne varme og forbrukte produktvæske, å bli oppvarmet før den innmates via ledningen 5 til oppvarmingssonens A nedre ende i nærheten av avtrekkssilen 14 mellom oppvarmingssonen A og oppslutningssonen B.

For å fortrenge bort luft fra det finfordelte materialet i rørledningen 1 før dette mates til kokerens 13 topp, fører man en del av den væske som er avtrukket ved hjelp av den i oppvarmingssonens A innløpsende anordnede uttagssil 14, via rørledningen 9 til rørledningen 1.

For å regulere væskestrømmene i oppvarmingssonens A nedre del har man i noen avstand ovenfor avtrekkssilen 14 mellom oppvarmings- og oppslutningssonen B anordnet en annen avtrekkssil 14 i nærheten av hvilken man gjennom rørledningen 6" mater en del av den fra oppslutningssonens B nedre ende uttatte varme og forbrukte produktvæske 6, mens resten herav føres gjennom rørledningen 61 til varmeveksleren 12. Også i dette tilfellet fjernes og returneres en del av denne væske gjennom rørledningen 16 til rørledningen 6".

Hvis den væskemengde som innmates i oppvarmingssonen A gjennom rørledningen 6" er mindre enn den væskemengde som i motsatt retning til det faste materiale strømmer gjennom oppvarmingssonen A, vil det dannede underskudd automatisk utgjøres av oppslutningsvæske innmatet til oppvarmingssonens utløpsende gjennom rørledningen 5, idet det faste materialet spesielt under oppvarmingens sluttfase, blir utsatt for aktive oppslutningskjemikalier. Hvis den væskemengde som gjennom rørledningen 6" innmates i oppvarmingssonen A et stykke ovenfor dens utløpsende imidlertid er større enn den væskemengde, som i motsatt retning til det faste materialet strømmer gjennom oppvarmingssonen A, vil det dannede overskudd automatisk blande seg med den ferske oppslutningsvæsken som er innmatet i oppvarmingssonen gjennom rørled-ningen 5 og deretter strømme gjennom oppslutningssonen B. Ved å regulere den mengde væske som gjennom rørledningen 6" innmates i oppvarmingssonen A et stykke ovenfor dets utløpsende, kan man således tilveiebringe ønsket konsentra-sjonsprofil av aktive kokekjemikalier i oppslutnings- og oppvarmingssonen.

For å oppnå ønsket oppslutningstemperatur tilføres væsken i rørledningen 5 på egnet måte, hvis nødvendig tilskuddsvarme som skjematisk angis med pilen 15.

Oppfinnelsen kan selvsagt anvendes ved såkalt motstrøms-oppslutning, dvs. når oppslutningsvæsken innmates i utløps-enden for det faste materialet og føres i motstrøm gjennom oppslutningssonen B sammen med vaskevæske fra avkjølings-sonen.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av et eksempel.

Eksempel

Hvor stor varmebesparelse man med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan oppnå i forhold til kjent teknikk, er avhengig av flere faktorer som type av oppslutnigssprosess, råmateriale, oppslutningsvæske etc. Også utformingen av ytelsen på anvendte kjemikaliegjenvinningsanlegg innvirker på den endelige varmebesparelse for hele fremstillingsprosessen.

Ved fremstilling av cellulose fra barvedflis i henhold til sulfatmetoden er følgende prosessdata normale:

En kokeprosess i henhold til fig. 1 krever i dette tilfellet 0,49 GJ/tn primærvarme og en kokeprosess i henhold til fig. 2 0,32 GJ/tn. En kokeprosess i henhold til kjent teknikk krever ved samme forutsetninger 1,86 GJ/tn.

På grunn av at restlutens temperatur for kokeproesessen i henhold til fig. 1 og 2 er lavere (83°C resp. 78°C) enn for normal kokeprosess (102°C) er varmebehovet for inndampning av restluten fra kokeprosessen i henold til fig. 1 0,51 GJ/tn og for inndampning av restluten fra kokeprosessen i henhold til fig. 2 0,59 GJ/tn større enn varmebehovet for inndampning av restluten fra normal kokeprosess. Sammenlignet med kjent teknikk er den totale energibesparelse for en kokeprosess i henhold til fig. 1 i dette tilfellet 0,86 GJ/tn og for en kokeprosess i henhold til fig. 2 0,95 GJ/tn. For en sulfatcellulosefabrikk som produserer 340.000 tn/a minsker energiomkostningene ved 6,6 Mmk/a resp. 7,3 Mmk/a ved en oljepris på 1000 mk/tn.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig oppslutning ved forhøyet temperatur og eventuelt trykk av finfordelt materiale ved å mate dette materiale fortløpende gjennom en oppvrmingssone (A), en eller flere oppslutningssoner (B) og en avkjølings-sone (C) i kontakt med en væskefase, karakterisert ved at det finfordelte celluloseholdige fibermaterialet (1) og eventuell væske (3,9) innmates i og væskefase (4) uttas fra oppvarmingssonens (A) innløpsende i slikt mengdeforhold, at deres varmekapasitetsstrømmer er av stort sett samme størrelsesorden og at enten a) fersk oppslutningsvæske (3) og finfordelt celluloseholdig fibermateriale (1) blandes før innmatning til oppvarmingssonens (A) innløpsende og i det minste en del (4') av den fra oppvarmingssonens innløpsende uttatte væskefase (4) bringes i indirekte motstrømsvarmevekslings-kontakt (12) med fra oppslutningssonens (B) utløpsende uttatt forbrukt varm væskefase 86) i et slikt mengdeforhold at væskefasens (4', 6) varmekapasitetsstrømmer er i alt vesenntlig av samme størrelsesorden, b) i det minste en del (6') av den fra oppslutningssonens (b) utløpsende uttatte forbrukte varme væskefase (6) bringes i indirekte motstrømsvarmevekslingskontakt (12) med fersk oppslutningsvæske (3') beregnet til å mates til oppslutningssonens innløpsende og i slikt mengdeforhold at væskefasens (3<*>, 6') varmekapasitetsstrømmer er av stort sett samme størrelsesorden, eller c) så meget kald fortrengningsvæske (8) nettoinnmates i avkjølingssonens (C) utløpsende, at dens varmekapasitetsstrøm er i alt .vesentlig av samme størrelsesorden som varme-kapasitetsstrømmen ifra nevnte utløpsende uttatt oppsluttet materiale (2) med dets væskeinnhold.

2. Fremangsmåte som angitt i krav lb, karakterisert ved at resten (6") av den fra oppslutningssonens (B) utløpsende uttatte forbrukte varme væskefase (6) innmates i oppvarmingssonen (A) og fordeles over et tverrsnitt herav som er i nærheten av oppvarmingssonens utløpsende for å regulere konsentrasjonsprofilen av aktive oppslutningskjemikalier i oppslutnings- (B) og oppvarmingssonen (A).

3. Fremgangsmåte som angitt i krav lb eller 2, karakterisert ved at en del (9) av den fra oppvarmingssonens (A) innløpsende uttatte væskefase (4) blandes med det finfordelte materiale (1) før dets innmatning i oppvarmingssonens innløpsende.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav la, karakterisert ved at resten (9) av den fra oppvarmingssonens (A) innløpsende uttatte væskefase (4) blandes med det finfordelte materiale (1) før dets innmatning i oppvarmingssonens innløpsende.

5. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at man først tilfører den til oppslutningssonens (B) innløpsende innmatede væskefase (5) så meget varme (15) at ønsket temperatur oppnås i oppslutningssonen og deretter regulerer mengden av fra oppvarmingssonens (A) innløpsende uttatt væskefase (4 eller 4', 4"), således at nevnte ekstra varmebehov (15) reduseres så meget som mulig.

6. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at man regulerer mengden av fra oppvarmingssonens innløpsende (A) uttatt væskefase (4 eller 4', 4"), således at temperaturforskjellen mellom denne og til oppvarmingssonens innløpsende innmatet finfordelt materiale (1) med eventuell væske (3) før eventuell tilbland-ing av resirkulerende, fra oppvarmingssonens (A) innløpsende uttatt væskefase (9) holdes vesentlig konstant.