RU2437972C1

RU2437972C1 - Method to produce sulfate cellulose

Info

Publication number: RU2437972C1
Application number: RU2010148167/12A
Authority: RU
Inventors: Диляра Фариловна Зиатдинова (RU); Диляра Фариловна Зиатдинова; Наиль Фарилович Тимербаев (RU); Наиль Фарилович Тимербаев; Руслан Рушанович Сафин (RU); Руслан Рушанович Сафин; Рушан Гареевич Сафин (RU); Рушан Гареевич Сафин; Радис Рашидович Зиатдинов (RU); Радис Рашидович Зиатдинов; Михаил Александрович Мазохин (RU); Михаил Александрович Мазохин; Дмитрий Богданович Просвирников (RU); Дмитрий Богданович Просвирников; Александр Михайлович Сташкевич (RU); Александр Михайлович Сташкевич; Дания Шавкатовна Гайнуллина (RU); Дания Шавкатовна Гайнуллина
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2011-12-27

Abstract

FIELD: textile, paper. ^ SUBSTANCE: method includes feeding raw materials into a boiling pot and its compaction. Supply of boiling liquid, increased temperature and pressure to working parameters. Soaking the pot content at the specified temperature. Blowing the mass into a blowing reservoir. Removal of boiling vapours and discharge of non-condensed gases by ejection. Removal of boiling vapours during blowing is carried out via a three-stage system of condensation in a counterflow mode. Upstream the three-stage system of condensation, the boiling vapours are mixed with spent alkali in a mixing condenser, and the mixture is heated up to 80-90C. The heated spent alkali is supplied to a boiling pot arranged at the charging stage for preliminary heating of the process chips. ^ EFFECT: reduced power inputs due to recuperation of blowing vapours heat in the mixing condenser and using this heat for heating of alkali, which makes it possible to considerably reduce the required surface of condensation in the heat exchanger. ^ 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области получения волокнистых полуфабрикатов и может быть использовано при получении сульфатной целлюлозы в варочных аппаратах периодического действия.The invention relates to the field of production of fibrous semi-finished products and can be used to obtain sulfate pulp in cooking apparatuses of periodic action.

Известен способ получения сульфатной целлюлозы, включающий загрузку в варочный котел сырья и его уплотнение, подачу нагретого сжатого газа, подачу варочной жидкости, нагрев содержимого котла до рабочих параметров температуры и давления, выдержку при этих параметрах и выгрузку отработанной варочной жидкости и целлюлозной массы путем замещения ее сжатым газом, собранным в газгольдере. В качестве сжатого газа используют сдувки систем варки целлюлозы и регенерации отработанной варочной жидкости. Избыток сдувочных газов из газгольдера идет на сжигание, которое сопровождается выбросом в атмосферу (см. патент РФ №2079591, кл. D21C 3/01, 1997).A known method of producing sulfate cellulose, including loading and compaction of raw materials into the digester, supplying heated compressed gas, feeding the cooking liquid, heating the contents of the boiler to operating temperature and pressure parameters, holding at these parameters and unloading the spent cooking liquid and pulp by replacing it compressed gas collected in a gas tank. As a compressed gas, blow-offs of pulping and pulping systems are used. Excess purge gases from the gas tank are burned, which is accompanied by emissions into the atmosphere (see RF patent No. 2079591, CL D21C 3/01, 1997).

Недостатками данного способа являются значительные выбросы вредных летучих веществ в атмосферу, сложность аппаратурного оформления и низкая надежность работы системы.The disadvantages of this method are significant emissions of harmful volatile substances into the atmosphere, the complexity of the hardware design and low reliability of the system.

Указанные недостатки обусловлены неполным сгоранием сдувочных газов, которые выделяются по мере заполнения газгольдера, а также наличием токсичных веществ в топочных газах и необходимостью работы системы под избыточном давлении.These shortcomings are due to incomplete combustion of the exhaust gases, which are released as the gas tank is filled, as well as the presence of toxic substances in the flue gases and the need for the system to work under excess pressure.

Известен также способ получения сульфатной целлюлозы, включающий загрузку щепы в варочный котел, пропарку щепы, закачку щелоков, нагрев содержимого варочного котла глухим паром до заданных параметров температуры и давления, первичную сдувку, собственно варку, конечную сдувку, выдувку массы в выдувной резервуар, сбор несконденсировавшихся паров выдувки в баке-аккумуляторе (см. книгу Василев В.М., Иванов Ю.С. Материальный и тепловой баланс периодической сульфатной варки. - СПб.: СПбГТУРП, 2006. - 64 с.).There is also known a method for producing sulfate cellulose, including loading chips into a digester, steaming chips, pumping liquors, heating the contents of the digester with damp steam to the specified temperature and pressure parameters, primary blowing, actual cooking, final blowing, blowing the mass into a blow tank, collecting non-condensed blowing vapors in a storage tank (see the book Vasilev VM, Ivanov Yu.S. Material and heat balance of periodic sulfate cooking. - SPb .: SPbGTURP, 2006. - 64 p.).

Недостатком данного способа являются значительные выбросы вредных дурнопахнущих серосодержащих соединений в атмосферу.The disadvantage of this method is the significant emissions of harmful odorous sulfur-containing compounds into the atmosphere.

Указанный недостаток обусловлен тем, что в качестве охладителя используется свежая вода, при температуре которой некоторые летучие серосодержащие соединения не конденсируются и соответственно отводятся из бака-аккумулятора в вытяжную трубу, которая сообщена с атмосферой; накапливающаяся избыточная жидкость («сточная вода бака-аккумулятора»), которая также содержит значительное количество дурнопахнущих веществ и загрязнений, отводится из нижней части бака-аккумулятора в канализацию.This drawback is due to the fact that fresh water is used as a cooler, at a temperature of which some volatile sulfur-containing compounds do not condense and, accordingly, are removed from the storage tank to a chimney connected to the atmosphere; accumulated excess liquid (“wastewater of the storage tank”), which also contains a significant amount of odorous substances and contaminants, is discharged from the bottom of the storage tank to the sewer.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения сульфатной целлюлозы, включающий стадии загрузки сырья и его уплотнения, подачи варочной жидкости, повышения температуры и давления до рабочих параметров, выдержки содержимого котла при заданной температуре, выдувки массы в выдувной резервуар, отвода паров вскипания через трехступенчатую систему конденсации, отвода несконденсировавшихся паров осуществляется эжектированием.The closest in technical essence is the method of producing sulfate cellulose, including the stage of loading the raw material and compaction, feeding the cooking liquid, raising the temperature and pressure to operating parameters, holding the contents of the boiler at a given temperature, blowing the mass into the blow tank, removing boiling vapors through a three-stage system condensation, removal of non-condensing vapors is carried out by ejection.

Данный способ позволяет полностью исключить выбросы вредных дурнопахнущих веществ в атмосферу, извлечь нетоксичные и нелетучие соединения с целью получения ценных компонентов сульфат-целлюлозного производства и их дальнейшего рационального использования.This method allows you to completely eliminate the emission of harmful odorous substances into the atmosphere, to extract non-toxic and non-volatile compounds in order to obtain valuable components of sulfate-cellulose production and their further rational use.

Недостатком данного способа являются большие энергетические затраты на конденсацию паров вскипания.The disadvantage of this method is the high energy costs of condensation of boiling vapor.

Целью настоящего изобретения является сокращение энергетических затрат.The aim of the present invention is to reduce energy costs.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения сульфатной целлюлозы, включающем стадии загрузки сырья и его уплотнения, подачи варочной жидкости, повышения температуры и давления до рабочих параметров, выдержки содержимого котла при заданной температуре, выдувки массы в выдувной резервуар, отвода паров вскипания при выдувке через трехступенчатую систему конденсации в противоточном режиме, изоляции паров вскипания от окружающей среды механическим затвором в начале и гидравлическим затвором в конце, отвода несконденсировавшихся паров эжектированием, новым является то, что перед трехступенчатой системой конденсации производят смешение паров вскипания с отработанной щелочью в конденсаторе смешения и ее нагревание до 80-90°С, нагретую отработанную щелочь подают в варочный котел, находящийся на стадии загрузки, для предварительного нагрева технологической щепы.This goal is achieved by the fact that in the method of producing sulfate cellulose, which includes the stages of loading the raw material and compaction, feeding the cooking liquid, raising the temperature and pressure to operating parameters, holding the contents of the boiler at a given temperature, blowing the mass into the blow tank, removing boiling vapors during blowing through a three-stage condensation system in countercurrent mode, isolation of boiling vapors from the environment with a mechanical shutter at the beginning and a hydraulic shutter at the end, non-condensing ejection of vapors, the new thing is that before the three-stage condensation system, boiling vapors are mixed with spent alkali in the mixing condenser and heated to 80-90 ° C, heated spent alkali is fed to the digester, which is at the loading stage, to preheat the process wood chips.

Данный способ позволяет значительно сократить энергетические затраты.This method can significantly reduce energy costs.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлена функциональная схема установки для реализации данного способа получения сульфатной целлюлозы.The invention is illustrated in the drawing, which shows a functional diagram of the installation for implementing this method of producing sulfate cellulose.

Установка состоит из бункера 1, варочного котла 2, находящегося на стадии выгрузки, трубопровода 3 для выдувки массы из котла, приемной горловины циклонного типа 4, выдувного резервуара 5, штуцера 6 для отвода целлюлозы на сортирование и промывку, трубопровода 7 для отвода паров вскипания при выдувке, трубопровода подачи 8 и отвода 9 охлаждающего агента, механических затворов 10, 11, вентилей для слива конденсата 12, 13, 14, кожухотрубчатых конденсаторов 15, 16, 17, эжекторного устройства 18, теплообменника 19, холодильника 20, центробежного насоса 21, линии отвода парогазовой смеси 22, гидравлического затвора 23, гидравлического затвора 24, выполненного в виде вертикальной трубы и емкости для сбора отработанного щелока, емкостей 25, 26, 27 для сбора улавливаемых компонентов, вентиля подачи оборотной воды 28, штуцер для подачи щелока 29, конденсатора смешения 30, центробежного насоса 31 для подачи отработанного щелока, вентиля подачи нагретого щелока 32, трубопровода 33, варочного котла 34, находящегося под загрузкой, линии отвода отработанной щелочи 35, емкости с отработанной щелочью 36.The installation consists of a hopper 1, a digester 2, which is at the unloading stage, a pipeline 3 for blowing the mass out of the boiler, a cyclone-type intake neck 4, a blowing tank 5, a nozzle 6 for removing pulp for sorting and washing, a pipe 7 for removing boiling vapors during blowing, supply pipe 8 and outlet 9 of the cooling agent, mechanical shutters 10, 11, valves for condensate drain 12, 13, 14, shell-and-tube condensers 15, 16, 17, ejector device 18, heat exchanger 19, refrigerator 20, centrifugal pump 21, lines about water of a gas-vapor mixture 22, a hydraulic shutter 23, a hydraulic shutter 24, made in the form of a vertical pipe and a tank for collecting waste liquor, containers 25, 26, 27 for collecting trapped components, a return water supply valve 28, a lye supply nozzle 29, a mixing condenser 30, a centrifugal pump 31 for supplying spent liquor, a valve for supplying heated liquor 32, a pipe 33, a digester 34, which is under loading, a drain line for spent alkali 35, a tank with spent alkali 36.

Способ получения сульфатной целлюлозы осуществляется следующим образом. Из бункера 1 щепа загружается в варочный котел 2, куда заливают через штуцер 29 щелок, поступающий из баков-мерников с температурой 80-90°C. Время загрузки щепы и закачки щелоков занимает 60-90 минут. Щелок предварительно нагревают за счет конденсации паров вскипания, образующихся в выдувном резервуаре. После закачки щелоков котел герметизируют и начинают варку. За счет системы принудительной циркуляции щелоков через теплообменник осуществляется подъем температуры от начальной 70-80°C до конечной температуры варки 165-175°C, в течение 2-2,5 часов. По достижении конечной температуры содержимое котла выдерживают, то есть проводят собственно варку продолжительностью 2-2,5 часа. После окончания варки котел выгружают выдувкой целлюлозной массы в выдувной резервуар, для этого открывают сначала механический затвор 11, затем затвор 10, после чего целлюлозная масса по выдувному трубопроводу 3 поступает в приемную горловину циклонного типа 4 выдувного резервуара 5. Так как варочный котел до открытия клапана находится под избыточным давлением 1,2-1,4 МПа, а выдувной резервуар под небольшим разрежением, жидкий щелок, поступающий с целлюлозной массой за счет сброса давления, резко вскипает, вследствие чего происходит бурное парообразование с выделением летучих дурнопахнущих веществ, таких как сероводород, диметилсульфид, метилмеркаптан. Готовую целлюлозу через штуцер 6 подают на сортирование и промывку, а пары вскипания отводятся по трубопроводу 7 на конденсацию.A method of producing sulfate pulp is as follows. From the hopper 1, wood chips are loaded into the digester 2, where liquor is poured through the nozzle 29, coming from measuring tanks with a temperature of 80-90 ° C. Chips loading time and liquor injection takes 60-90 minutes. The liquor is preheated by condensation of the boiling vapors generated in the blow tank. After pumping liquors, the boiler is sealed and cooking begins. Due to the system of forced circulation of liquors through the heat exchanger, the temperature rises from the initial 70-80 ° C to the final cooking temperature of 165-175 ° C, within 2-2.5 hours. Upon reaching the final temperature, the contents of the boiler are maintained, that is, the actual cooking is carried out for a duration of 2-2.5 hours. After cooking, the boiler is discharged by blowing the pulp into the blow tank, for this, first open the mechanical shutter 11, then the shutter 10, after which the pulp is blown through the blow pipe 3 to the inlet neck of the cyclone type 4 of the blow tank 5. Since the cook boiler is opened before the valve opens is under an excess pressure of 1.2-1.4 MPa, and the blowing tank under a small vacuum, the liquid liquor entering the pulp due to the pressure relief boils sharply, resulting in rapid roobrazovanie with release of volatile malodorous substances such as hydrogen sulfide, dimethyl sulfide, methyl mercaptan. The finished pulp through the nozzle 6 is served for sorting and washing, and boiling vapors are discharged through the pipeline 7 to condensation.

С целью сокращения энергетических затрат перед трехступенчатой конденсацией отработанную щелочь центробежным насосом 31 из емкости с отработанной щелочью 36 направляют в конденсатор смешения 30 одновременно с парами вскипания, отводимыми по трубопроводу 7, в результате чего происходит смешение двух компонентов. Сконденсировавшиеся отработанной щелочью пары вскипания изолируются от окружающей среды гидравлическим затвором 24 и собираются в емкости гидрозатвора. В результате конденсации происходит нагревание отработанной щелочи до 80-90°C. Разогретая щелочь из емкости гидрозатвора 24 путем открытия вентиля 32 поступает по трубопроводу 33 в варочный котел 34, находящийся на стадии загрузки, где происходит предварительный прогрев технологической щепы до температуры 70-80°C. Отработанный щелок снова поступает по линии 35 в емкость с отработанной щелочью.In order to reduce energy costs before three-stage condensation, the spent alkali by a centrifugal pump 31 from the tank with the spent alkali 36 is sent to the mixing capacitor 30 simultaneously with the boiling vapors discharged through the pipeline 7, as a result of which the two components are mixed. The boiling vapors condensed by spent alkali are isolated from the environment by a hydraulic shutter 24 and are collected in a hydraulic shutter tank. As a result of condensation, the spent alkali is heated to 80-90 ° C. The heated alkali from the tank of the hydraulic lock 24 by opening the valve 32 enters through a pipe 33 into the digester 34, which is at the loading stage, where the technological chips are preheated to a temperature of 70-80 ° C. Waste liquor again enters through line 35 into the tank with spent alkali.

Предварительная конденсация паров черного щелока позволяет значительно сократить требуемую поверхность конденсации в теплообменнике 15, в результате уменьшаются энергетические затраты на охлаждение рассола. Прогрев черного щелока за счет смешения с парами выдувки и его подача в варочный котел 34, находящийся на стадии загрузки, позволяют сократить энергетические затраты на прогрев технологической щепы за счет рекуперации тепла паров вскипания.Pre-condensation of black liquor vapors can significantly reduce the required condensation surface in the heat exchanger 15, resulting in reduced energy costs for cooling the brine. Heating the black liquor by mixing with the blowing vapors and feeding it to the digester 34, which is at the loading stage, can reduce the energy costs of heating the technological chips due to the recovery of the heat of the boiling vapor.

Несконденсировавшиеся пары (которые состоят из сероводорода, диметилсульфида и метилмеркаптана) поступают в трехступенчатый конденсатор против течения охлаждающего агента. На входе первой ступени температуру охлаждающего агента, в качестве которого используется раствор хлористого кальция, поддерживают в пределах 40-50°C, на входе второй ступени поддерживают температуру в пределах 17-27°C, на входе третьей ступени поддерживают температуру ниже 0°C; линию отвода паров вскипания изолируют от окружающей среды механическим затвором в начале и гидравлическим затвором в конце, отвод несконденсировавшихся паров осуществляется эжектированием.Non-condensing vapors (which consist of hydrogen sulfide, dimethyl sulfide and methyl mercaptan) enter a three-stage condenser against the flow of the cooling agent. At the inlet of the first stage, the temperature of the cooling agent, which is used as a solution of calcium chloride, is maintained within 40-50 ° C, at the inlet of the second stage, the temperature is maintained at 17-27 ° C, at the inlet of the third stage, the temperature is kept below 0 ° C; the line of removal of boiling vapors is isolated from the environment with a mechanical shutter at the beginning and a hydraulic shutter at the end, the removal of non-condensing vapor is carried out by ejection.

Парогазовая смесь сероводорода, диметилсульфида и метилмеркаптана поступает в нижнюю часть кожухотрубчатого конденсатора 15. Одновременно в верхнюю часть конденсатора с помощью центробежного насоса 21 по трубопроводу подачи 8 подается охлаждающий агент - раствор хлористого кальция, который охлаждается в теплообменнике 19 с помощью холодильника 20. Сероводород является одной из составляющих парогазовой смеси и кипит при температуре 60,3°C. Чтобы провести полную конденсацию этого газа охлаждающим агентом, необходимо поддерживать температуру парогазовой смеси на входе в конденсатор 15 на оптимальном уровне 40-50°C, так как при температуре ниже 40°C необходимо увеличить энергетические затраты на охлаждение раствора CaCl₂, а при температуре выше 50°C уменьшается движущая сила процесса конденсации, которая должна компенсироваться увеличением поверхности конденсации. Несконденсировавшиеся при данной температуре пары диметилсульфида и метилмеркаптана отводятся по линии 22 в конденсатор 16, на входе которого аналогичным образом поддерживается температура в пределах 17-27°C, что обеспечивает полную конденсацию диметилсульфида, температура кипения которого составляет 37,3°C. Метилмеркаптан, кипящий при 6,8°C, поступающий по линии отвода 22, полностью улавливается в конденсаторе 17 при температуре раствора ниже 0°C. Сероводород, диметилсульфид и метилмеркаптан в жидком виде собираются в соответствующие емкости 25, 26, 27 путем открытия вентилей 12, 13, 14 соответственно. Отвод несконденсировавшихся паров осуществляется с помощью эжекторного устройства 18, куда подается оборотная вода через вентиль 28. Вся линия отвода паров вскипания изолируется от окружающей среды гидравлическим затвором 23, который позволяет удалить инертный газ, попавший в систему выдувки. По окончании выдувки прекращается подача охлаждающего агента отключением центробежного насоса 21 и закрываются вентили 12, 13, 14 и механические затворы 10, 11. Нагретый парами вскипания охлаждающий агент по линии 9 вновь поступает на охлаждение до заданной температуры в теплообменник 19.A gas-vapor mixture of hydrogen sulfide, dimethyl sulfide and methyl mercaptan enters the lower part of the shell-and-tube condenser 15. At the same time, a cooling agent — a solution of calcium chloride, which is cooled in the heat exchanger 19 by means of a refrigerator 20 — is supplied via a centrifugal pump 21 through a supply pipe 8. of the constituents of the gas-vapor mixture and boils at a temperature of 60.3 ° C. In order to completely condense this gas with a cooling agent, it is necessary to maintain the temperature of the gas-vapor mixture at the inlet to the condenser 15 at an optimum level of 40-50 ° C, since at temperatures below 40 ° C it is necessary to increase the energy costs for cooling the CaCl ₂ solution, and at temperatures above 50 ° C decreases the driving force of the condensation process, which should be compensated by an increase in the condensation surface. The vapors of dimethyl sulfide and methyl mercaptan that are not condensed at this temperature are discharged via line 22 to a condenser 16, at the inlet of which the temperature is similarly maintained at 17-27 ° C, which ensures complete condensation of dimethyl sulfide, the boiling point of which is 37.3 ° C. Methyl mercaptan, boiling at 6.8 ° C, coming through the exhaust line 22, is completely trapped in the condenser 17 at a solution temperature below 0 ° C. Hydrogen sulfide, dimethyl sulfide and methyl mercaptan in liquid form are collected in appropriate containers 25, 26, 27 by opening valves 12, 13, 14, respectively. Non-condensing vapors are vented using an ejector device 18, to which circulating water is supplied through a valve 28. The entire boiling vapors exhaust line is isolated from the environment by a hydraulic shutter 23, which makes it possible to remove inert gas trapped in the blowing system. At the end of the blowing, the supply of the cooling agent is stopped by turning off the centrifugal pump 21 and the valves 12, 13, 14 and the mechanical shutters 10, 11 are closed. The cooling agent heated by boiling vapors through line 9 is again fed to the heat exchanger 19 for cooling to a predetermined temperature.

Claims

A method of producing sulfate cellulose, which includes the stages of loading the raw material and compaction, feeding the cooking liquid, raising the temperature and pressure to operating parameters, holding the contents of the boiler at a given temperature, blowing the mass into the blow tank, removing boiling vapors when blowing through a three-stage condensation system in countercurrent mode , isolation of boiling vapors from the environment with a mechanical shutter at the beginning and a hydraulic shutter at the end, removal of non-condensed vapors by ejection, characterized by the fact that before a three-stage condensation system, boiling vapors are mixed with spent alkali in a mixing condenser and heated to 80-90 ° C, heated spent alkali is fed to the digester, which is at the loading stage, for pre-heating the chips.