SE463267B

SE463267B - Extraction of heat by batch cooking of cellulose-containing material

Info

Publication number: SE463267B
Application number: SE8201334A
Authority: SE
Inventors: Bertil Fagerlund
Original assignee: Bertil Fagerlund
Priority date: 1981-03-05
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1990-10-29
Also published as: JPS57176282A; SE8201334L; FI79724C; JPH0244957B2; BR8201145A; CA1179807A; FI79724B; FI820643L

Description

15 20 25 30 35 -ha . (få c, J m: ct» -a 2 Den tidigare patenterade tekniken illustrerar olika försök att utvinna värme i den avlut som produceras i en massaprocess. Ett exempel på sådan känd teknik är US patentskriften l 697 032 som beskriver en sulfit- process för kokning av massa. I den i denna patentskrift beskrivna processen bringas varm lut,som utvunnits i en flisgrop,att strömma ner genom en kokare tillsammans med flis, varigenom erhålles en större packning av flisen och även en viss uppvärmning av flisen. Med denna process avgår emellertid avsevärda mängder energi från flisgropen med avgående ånga vid uttömningen av innehållet ur kokaren ner i flisgropen, såsom i fallet med de ovan beskrivna konventionella satsvisa soda- och kraftprocesserna. 15 20 25 30 35 -ha. 2 The previously patented technique illustrates various attempts to recover heat in the effluent produced in a pulp process. An example of such a prior art is U.S. Pat. No. 1,697,032 which describes a sulfite process for In the process described in this patent specification, hot liquor, extracted in a chip pit, is caused to flow down through a digester together with chips, whereby a larger packing of the chips is obtained and also a certain heating of the chips. however, considerable amounts of energy from the chipping pit with outgoing steam when discharging the contents from the digester down into the chipping pit, as in the case of the conventional batch soda and power processes described above.

US patentskriften 2 195 378 beskriver ett för- farande för kemisk framställning av massa, i vilket vitlut uppvärmes i en ackumulator genom en värmeslinga uppvärmd genom pumpning av avlut genom slingan. Det föreligger praktiska problem i samband med avlägsnandet av avluten från en kokt blandning i en kokare med användning av en pump såsom beskrivs. Vidare är det svårt att utvinna värmeenergi på ett praktiskt sätt ur avluten som har den temperatur som sådan har när den lämnar den i patentskriften beskrivna värmeslingan.U.S. Pat. No. 2,195,378 discloses a process for the chemical production of pulp in which white liquor is heated in an accumulator by a heating coil heated by pumping liquor through the loop. There are practical problems associated with the removal of the liquor from a cooked mixture in a digester using a pump as described. Furthermore, it is difficult to extract heat energy in a practical way from the liquor which has the temperature as such when it leaves the heating coil described in the patent specification.

Därför är det allmänt sett ett ändamål med före- liggande uppfinning att åstadkomma ett förfarande för satsvis kokning av cellulosahaltigt material, som gör det möjligt att effektivt återvinna värmeenergi på ett praktiskt sätt.Therefore, it is generally an object of the present invention to provide a process for batch boiling of cellulosic material which makes it possible to efficiently recover heat energy in a practical manner.

Eftersom ånga är den vanliga energikällan för drift av en kokprocess blir åstadkommandet av en satsvis kokprocess som har reducerade ångbehov en följd av det ovanstående.Since steam is the usual energy source for operating a cooking process, the creation of a batch cooking process which has reduced steam requirements becomes a consequence of the above.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande för kokning av cellulosa- haltigt material, i vilket värme återvinnes ur avlut 10 15 20 25 30 35 453 267 3 som finns i kokaren efter den slutliga kokningen på ett sådant sätt att man befrämjar effektiv åter- vinning även om relativt låga temperaturnivåer är förhanden.A further object of the invention is to provide a process for boiling cellulosic material, in which heat is recovered from effluent present in the digester after the final cooking in such a way as to promote efficient recycling. gain even if relatively low temperature levels are present.

Såsom avses med uppfinningen undantränges avlut i kokaren efter kokning av det cellulosahaltiga ma- terialet ur kokaren genom inledning av en undan- trängningsvätska som driver ut avluten under ersätt- ning av denna i kokaren. Tryck upprätthålles i kokaren under denna undanträngning för att förhindra flashning av luten. Avlut som âtervinnes på detta sätt används därefter för att tillföra värme till en efterföljande kokarsats.As referred to in the invention, effluent is displaced into the digester after boiling the cellulosic material out of the digester by introducing a displacement liquid which drives out the effluent while replacing it in the digester. Pressure is maintained in the digester during this displacement to prevent flashing of the liquor. Sewage recovered in this way is then used to add heat to a subsequent boiler batch.

Vidare avses i en specifik utföringsform av upp- finningen uppsamlandet av vätskor som undanträngts från en kokare vid tvâ temperaturnivåer. Vätska vid en lägre temperaturnivå kan användas i den initiella förvärmningen av en sats av cellulosahaltigt material i en kokare genom indränkning av det cellulosahaltiga materialet med vätskan av den lägre temperaturen.Furthermore, in a specific embodiment of the invention, this refers to the collection of liquids that have been displaced from a boiler at two temperature levels. Liquid at a lower temperature level can be used in the initial preheating of a batch of cellulosic material in a digester by soaking the cellulosic material with the liquid of the lower temperature.

Vätska vid en högre temperaturnivâ kan användas vid ytterligare uppvärmning av cellulosamaterialet, genom undanträngning av vätskan med den lägre temperaturen i kokaren med vätskan med den högre temperaturen.Liquid at a higher temperature level can be used in further heating of the cellulosic material, by displacing the lower temperature liquid in the digester with the higher temperature liquid.

Andra drag och fördelar hos uppfinningen inbe- griper en effektivare användning av kokningskemikalierna i kokningsprocessen och reducerad användning av kok- ningskemikalier; högre utbyten och förbättrad massa- kvalitet p g a större selektivitet i delignifierings- reaktionen som inträder; möjligheten att använda kokaren som ett instrument för genomförande av en tvättningsoperation i processen; och kontroll av inkrust- bildning i värmeväxlarutrustningen. Vidare kan existe- rande anordningar för genomförande av satsvisa kok- ningsprocesser lätt omvandlas för att genomföra för- farandet enligt uppfinningen. lO l5 20 25 30 35 . Other features and advantages of the invention include a more efficient use of the cooking chemicals in the cooking process and reduced use of cooking chemicals; higher yields and improved pulp quality due to greater selectivity in the delignification reaction that occurs; the possibility of using the digester as an instrument for carrying out a washing operation in the process; and control of incrustation in the heat exchanger equipment. Furthermore, existing devices for carrying out batch cooking processes can be easily converted to carry out the method according to the invention. lO l5 20 25 30 35.

CIM (ri PJ O*- \-Ã1 4 Dessa och andra ändamål och fördelar med uppfin- ningen kommer att närmare framgå när följande beskriv- ning läses i samband med de bifogade ritningarna, vari fig l är en schematisk skiss, som i förenklad form visar en kokare och utrustning förbunden med kokaren, som kan användas vid genomförande av en utföringsform av uppfinningen, fig 2-5 är förenklade schematiska ritningar som visar den principiella utrustning som användes i olika steg i kokningsprocessen och fig 6 är ett diagram som visar det typiska samband som existerar mellan temperaturen på luten som undan- tränges ur en kokare och mängden undanträngd lut, uttryckt som procent av kokarens totala vätskekapacitet.CIM (ri PJ O * - \ -Ã1 4 These and other objects and advantages of the invention will become more apparent when the following description is read in conjunction with the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a schematic sketch, taken in simplified form; shows a boiler and equipment connected to the boiler, which can be used in carrying out an embodiment of the invention, Figs. 2-5 are simplified schematic drawings showing the basic equipment used in different steps in the cooking process and Fig. 6 is a diagram showing the typical correlation that exists between the temperature of the lye that is displaced from a boiler and the amount of displaced lye, expressed as a percentage of the boiler's total liquid capacity.

Såsom anges ovan är det vanligt vid kemisk kokning av massa enligt ett satsvis förfarande att satsa cellulosamaterial, dvs flis, i en kokare och därefter i kokaren införa en reaktiv lut som inbegriper reak- tiva kemikalier. I fallet med sodaprocessen är den reaktiva luten, känd som vitlut, huvudsakligen en vattenlösning av natriumhydroxid. I sulfatprocessen inbegriper vitluten en svavelförening. Kokning upp- träder då innehållet i kokaren befinner sig vid en förhöjd temperatur och förhöjt tryck, varvid tempe- raturen i kokaren typiskt ligger inom området 165-l77°C.As stated above, in the chemical cooking of pulp according to a batch process, it is customary to charge cellulosic material, i.e. chips, into a digester and then to introduce a reactive lye into the digester which includes reactive chemicals. In the case of the soda process, the reactive liquor, known as white liquor, is essentially an aqueous solution of sodium hydroxide. In the sulphate process, white liquor includes a sulfur compound. Boiling occurs when the contents of the digester are at an elevated temperature and elevated pressure, with the temperature in the digester typically being in the range 165-177 ° C.

Enligt föreliggande uppfinning pumpas en undan- trängningsvätska in i kokarens botten vid avslutningen av kokningsperioden och under det att trycket upprätt- hålles i kokaren. När denna undanträngningsvätska fyller upp kokaren från botten driver den ut och ersätter progressivt den varma avluten eller svart- luten som produceras vid kokningen. Man har iakttagit att denna varma svartlut lämnar kokaren vid huvud- sakligen kokarens temperatur vid avslutningen av kokningsperioden och kan uppsamlas i en svartluts- ackumulator vid hög temperatur. 10 15 20 25 30 35 463 267 5 I en specifik utf ringsform av uppfinningen före- drages det att som undanträngningsvätska använda ett filtrat som erhålles från tvättning av massan eller delignifierade fibrer som erhålles i den tidigare kokningen av flis. Sådant filtrat har en temperatur som är högre än vanlig rumstemperatur (p g a att den har passerat genom de varma fibrerna) och vid utövan- det av uppfinningen kan man förvänta sig att ett sådant filtrat har en temperatur inom området 60-74°C.According to the present invention, a displacement liquid is pumped into the bottom of the digester at the end of the boiling period and while the pressure is maintained in the digester. When this displacement liquid fills the digester from the bottom, it expels and progressively replaces the hot liquor or black liquor produced during cooking. It has been observed that this hot black liquor leaves the digester at mainly the digester temperature at the end of the cooking period and can be collected in a black liquor accumulator at high temperature. In a specific embodiment of the invention, it is preferred to use as the displacement liquid a filtrate obtained from washing the pulp or delignified fibers obtained in the previous cooking of chips. Such a filtrate has a temperature which is higher than normal room temperature (due to the fact that it has passed through the hot fibers) and in the practice of the invention it can be expected that such a filtrate has a temperature in the range 60-74 ° C.

När volymen på den vätska som undantränges ur kokaren närmar sig kokarens vätskelastkapacitet, dvs kokarens volym minus den volym som upptas av fast- ämnena i kokaren, faller temperaturen på den vätska som lämnar kokaren, varvid denna vätska huvudsakligen blir det filtrat som används i undanträngnings- processen. Denna vätska kommer emellertid att ha en något högre temperatur än det ursprungliga filtra- tet P g a uppvärmning från massafibrerna i kokaren.When the volume of the liquid displaced from the digester approaches the liquid load capacity of the digester, i.e. the volume of the digester minus the volume taken up by the solids in the digester, the temperature of the liquid leaving the digester falls, this liquid mainly becoming the filtrate used in the displacement. the process. However, this liquid will have a slightly higher temperature than the original filtrate due to heating from the pulp fibers in the digester.

Avluten vid relativt hög temperatur som undan- tränges ur kokaren kan uppsamlas i en högtemperatur- . ackumulator och vätskan med lägre temperatur som kommer från kokaren kan uppsamlas i en lågtemperatur- ackumulator. Dessa vätskor kan i sin tur användas för tillförsel av en del av det värme som krävs för att erhålla lämplig kokningstemperatur i efterföl- jande satser av cellulosahaltigt material. Vid genom- förande av denna uppvärmningsfunktion kan eventuell vätska från högtemperaturackumulatorn vars temperatur sänks genom värmeväxling, uppsamlas i lågtemperatur- ackumulatorn.The liquids at a relatively high temperature that are displaced from the boiler can be collected in a high-temperature. accumulator and the lower temperature liquid coming from the boiler can be collected in a low temperature accumulator. These liquids can in turn be used to supply some of the heat required to obtain a suitable boiling temperature in subsequent batches of cellulosic material. When performing this heating function, any liquid from the high-temperature accumulator, the temperature of which is lowered by heat exchange, can be collected in the low-temperature accumulator.

En apparat som är användbar vid genomförande av uppfinningen visas schematiskt i fig l. Man skall förstå att illustrationen är i schematisk form, var- vid många instrument, såsom mätare, tryckreglerutrust- ningar, pumpar och ventiler, vilka skulle känneteckna en 10 15 20 25 30 35 -ffs . x U*- OJ RJ ON §~_J 6 verklig anordning, är eliminerade ur ritningen för enkelhetens skull.An apparatus useful in carrying out the invention is shown schematically in Fig. 1. It is to be understood that the illustration is in schematic form, with many instruments, such as meters, pressure regulating equipment, pumps and valves, which would characterize a device. 30 35 -ffs. x U * - OJ RJ ON § ~ _J 6 real device, are eliminated from the drawing for the sake of simplicity.

Med referens till fig l, visas vid lO en kokare av en typ som vanligen används vid kemisk kokning av flis. Även om det inte specifikt visas är en sådan kokare försedd med ett konventionellt avtagbart lock, vilket avlägsnas för satsning av kokaren med flis.With reference to Fig. 1, at 10, a digester of a type commonly used in the chemical cooking of chips is shown. Although not specifically shown, such a digester is provided with a conventional removable lid, which is removed to charge the digester with chips.

En ventilreglerad ledning inklusive ledningen 14 och ventilen 16 är förbunden med kokarens topp och åstadkommer en väg för vätskeströmmen från kokaren till en svartlutslagringsanordning 12. Vid fram- ställningen av massa omvandlas förbrukad Svartlllt 801111112- vinnes i lagringsanordningen 12 med användning av konventionella förfaranden till vitlut, som utgör den aktiva kemikalie som krävs vid kokningen av flisen.A valve controlled conduit including conduit 14 and valve 16 is connected to the top of the digester and provides a path for the liquid flow from the digester to a black liquor storage device 12. In mass production, spent black liquor is converted in the storage device 12 using conventional white liquor methods. which is the active chemical required for cooking the chips.

Detaljer i detta förfarande är eliminerade ur beskriv- ningen eftersom de är onödiga för förståelse av upp- finningen.Details in this procedure are eliminated from the description as they are unnecessary for understanding the invention.

Vid 20 visas en lågtemperaturackumulator. En ventilreglerad ledning inklusive ledningen 22 och ventilen 24 åstadkommer en väg för vätskeflödet från kokarens topp in i lâgtemperaturackumulatorn. Vätska som finns i lågtemperaturackumulatorn kan återföras till kokaren genom igângsättning av pumpen 26, som avlägsnar vätska från ackumulatorn och pumpar denna genom ledningen 28 och ventilen 30 till kokarens botten.At 20, a low temperature accumulator is displayed. A valve controlled conduit including conduit 22 and valve 24 provides a path for fluid flow from the top of the digester into the low temperature accumulator. Liquid contained in the low temperature accumulator can be returned to the digester by actuating the pump 26, which removes liquid from the accumulator and pumps it through the line 28 and the valve 30 to the bottom of the digester.

Vid genomförande avuppfinningen undantränges, såsom tidigare beskrivits, avlutikokaren, efter kokning av flisen, från kokaren med en undanträngningsvätska och företrädesvis är denna ett filtrat som utvunnits ur den första tvättanordningen som konventionellt används för att tvätta massan efter det att denna har avlägsnats ur kokaren. En första lagringstank för tvättarfiltrat visas vid 32, vilken förses med filtrat genom ledningen 34. Filtratet kan avlägsnas ur lagringstanken 32 och pumpas in i botten av kokaren 10 15 20 25 30 35 465 267 7 med användning av pumpen 36, ledningen 38 och ventilen 40.In carrying out the invention, as previously described, the avluticoker, after boiling the chips, is displaced from the digester with a displacement liquid and is preferably a filtrate recovered from the first washing device conventionally used to wash the pulp after it has been removed from the digester. A first storage tank for washer filtrate is shown at 32, which is supplied with filtrate through line 34. The filtrate can be removed from storage tank 32 and pumped into the bottom of the digester using pump 36, line 38 and valve 40. .

Efter att ha drivits ut ur kokaren uppsamlas varm avlut i en högtemperaturackumulator, visad vid 42.After being expelled from the digester, hot liquor is collected in a high temperature accumulator, shown at 42.

Luten går till ackumulatorn genom ventilen 44 och ledningen 46. Vätskan i högtemperaturackumulatorn kan införas i kokarens botten med användning av pumpen 48, ledningen 50 och ventilen 52 som är förbunden med kokarens botten.The liquor goes to the accumulator through the valve 44 and the line 46. The liquid in the high temperature accumulator can be introduced into the bottom of the digester using the pump 48, the line 50 and the valve 52 which is connected to the bottom of the digester.

Enligt en utföringsform av uppfinningen kan en del av luten i högtemperaturackumulatorn användas preliminärt för att uppvärma vitlut som innehåller reaktiva kemikalier som införes i kokaren för kok- ningsändamål. Vid 54 visas sålunda en värmeväxlare.According to one embodiment of the invention, a portion of the liquor in the high temperature accumulator may be used preliminarily to heat white liquor containing reactive chemicals which are introduced into the digester for boiling purposes. At 54, a heat exchanger is thus shown.

Varm lut från högtemperaturackumulatorn pumpas in i värmeväxlaren med användning av en pump 56 och en ledning 58. Denna lut går genom ledningen 60 in i lâgtemperaturackumulatorn 20 efter att ha överfört mycket av sitt värme till vitluten som går genom värmeväxlaren.Hot liquor from the high temperature accumulator is pumped into the heat exchanger using a pump 56 and a line 58. This liquor passes through the line 60 into the low temperature accumulator 20 after transferring much of its heat to the white liquor passing through the heat exchanger.

Vid 62 visas en lagringsbehållare för varm vitlut.At 62, a storage container for hot white liquor is displayed.

Vitlut pumpad genom värmeväxlaren och inkommen i värme- växlaren genom ledningen 63 går genom ledningen 64 in i behållaren 62. Varm vitlut överföres från behål- laren till kokarens 10 bas med pumpen 66, som pumpar luten genom ledningen 68 och ventilen 70.White liquor pumped through the heat exchanger and entering the heat exchanger through line 63 passes through line 64 into the container 62. Hot white liquor is transferred from the container to the base of the boiler 10 with the pump 66, which pumps the liquor through line 68 and valve 70.

Om så önskas kan medel anordnas för uppvärmning av innehållet i behållaren 62 till en temperatur över den hos luten som införes i behållaren genom led- ningen 64. Detta kan göras genom användning av olika konventionella uppvärmningssystem. Såsom visas i ritningen genomföres uppvärmningen med användning av en ångdriven värmeväxlare 82 som förses med ånga genom ledningen 83 och genom cirkulering av innehållet i behållaren 62 genom värmeväxlaren med användning av pumpen 84. l0 15 20 25 30 35 8 Ytterligare uppvärmningsmedel finns anordnade för uppvärmning av innehållet i kokaren till den slutliga kokningstemperaturen. Sådana uppvärmningsmedel kan återigen anta olika former. I den särskilda utrustning som visas här genomföres uppvärmningen med en ângdriven värmeväxlare 86 som förses med ånga genom ledningen 87.If desired, means can be provided for heating the contents of the container 62 to a temperature above that of the liquor introduced into the container through the conduit 64. This can be done by using various conventional heating systems. As shown in the drawing, the heating is carried out using a steam-powered heat exchanger 82 which is supplied with steam through the line 83 and by circulating the contents of the container 62 through the heat exchanger using the pump 84. Additional heating means are provided for heating the contents of the cooker to the final boiling temperature. Such heating means can again take various forms. In the special equipment shown here, the heating is carried out with a steam-powered heat exchanger 86 which is supplied with steam through the line 87.

Lut från kokaren kommer in i värmeväxlaren genom led- ningen 88 och pumpen 90. Lut som lämnar värmeväxlaren styrs in i kokaren intill dess topp och botten genom ledningarna 92, 94.Lye from the boiler enters the heat exchanger through line 88 and pump 90. Lye leaving the heat exchanger is directed into the boiler next to its top and bottom through lines 92, 94.

Förfarandet enligt uppfinningen kommer nu att beskrivas under användning av en satsvis kokning av flis.The process according to the invention will now be described using a batch of chips.

I denna diskussion kommer typiska temperatur- och volymsamband att anges, även om man skall förstå att dessa siffror kommer att variera från installation till installation. För att initiera denna förklaring antas det att högtemperaturackumulatorn innehåller vätska, dvs varm svartlut, vid en temperatur av ca l63°C. Lågtemperaturackumulatorn innehåller vätska Vid Ca 99°C. Hur dess betingelser uppnås kommer att framgå senare i diskussionen.In this discussion, typical temperature and volume relationships will be indicated, although it should be understood that these figures will vary from installation to installation. To initiate this explanation, it is assumed that the high temperature accumulator contains liquid, ie hot black liquor, at a temperature of about 163 ° C. The low temperature accumulator contains liquid at about 99 ° C. How its conditions are achieved will be revealed later in the discussion.

Till att börja med fylls kokaren med flis och denna kan typiskt ha en temperatur som är ungefär rums- temperatur eller 16°C_ Efter tillslutning av kokarens topp, och med vätska från för att fullständigt fylla kokaren (och för att driva ut luften ur kokaren) och för att dränka flisen däri i vätskan. referens till fig 2 i ritningarna, pumpas lågtemperaturackumulatorn 20 in i kokaren Genom direkt kontakt mellan vätskan och flisen höjs flisens temperatur.To begin with, the boiler is filled with chips and this can typically have a temperature that is approximately room temperature or 16 ° C_ After closing the top of the boiler, and with liquid from to completely fill the boiler (and to expel the air from the boiler) and to soak the chips therein in the liquid. reference to Fig. 2 of the drawings, the low temperature accumulator 20 is pumped into the digester. By direct contact between the liquid and the chips, the temperature of the chips is raised.

Under antagande av att man exempelvis använder en kokare som har en inre volym av 170 m3, kommer grovt räknat ll,3 m3 att upptas av trämaterial när denna kokare fylls med flis. Detta lämnar 159 m3 kvar som kokarens vätskelastkapacitet när denna fylls med flis. 10 15 20 25 30 35 463 267 9 Vid fyllningen med vätska från lågtemperatur- ackumulatorn införes vanligtvis något mer än vätske- lastkapaciteten i kokaren, t ex 1,5 - 1,7 ggr denna kapacitet, så att det i själva verket blir en flödning av flisen med lågtemperaturvätskan. Denna behandling med lågtemperaturvätska har effekten att den höjer temperaturen på kokarens innehåll till ca 93°C. överskott av lågtemperaturvätska leds till svart- lutslagringstanken 12 när den lämnar kokaren.Assuming, for example, that a boiler is used which has an internal volume of 170 m3, roughly 11.3 m3 will be occupied by wood material when this boiler is filled with wood chips. This leaves 159 m3 as the boiler's liquid load capacity when it is filled with chips. 10 15 20 25 30 35 463 267 9 When filling with liquid from the low-temperature accumulator, slightly more than the liquid load capacity is usually introduced into the boiler, eg 1.5 - 1.7 times this capacity, so that there is in fact a flow of the chips with the low temperature liquid. This treatment with low-temperature liquid has the effect of raising the temperature of the contents of the digester to about 93 ° C. Excess low temperature liquid is led to the black liquor tank 12 as it leaves the digester.

Efter denna behandling med vätska med låg tem- peratur för att initiellt höja flisens temperatur på det beskrivna sättet, och med referens till fig 3, pumpas vätska från högtemperaturackumulatorn 42 in i kokarens bas. Under denna pumpning görs ventil- justeringar, varigenom kokarens topp förbinds med lågtemperaturackumulatorn genom ledningen 22, såsom visas i fig 3. Högtemperaturluten som införes i kokarens bas undantränger lâgtemperaturvätskan som tidigare införts i kokaren och denna lågtemperatur- vätska återvänder till lågtemperaturackumulatorn.After this treatment with low temperature liquid to initially raise the temperature of the chips in the manner described, and with reference to Fig. 3, liquid from the high temperature accumulator 42 is pumped into the base of the digester. During this pumping, valve adjustments are made, whereby the top of the digester is connected to the low temperature accumulator through line 22, as shown in Fig. 3. The high temperature liquor introduced into the base of the digester displaces the low temperature liquid previously introduced into the digester and this low temperature liquid returns to the low temperature accumulator.

Pumpning genomföres mot en reducerventil som finns i ledningen 22, varigenom ett trycktillstånd upprätt- hålles i kokaren, vilket förhindrar flashning av hög- temperaturvätskan.Pumping is performed against a reducing valve located in the line 22, whereby a pressure condition is maintained in the digester, which prevents flashing of the high-temperature liquid.

Man har funnit att i detta och andra undanträng- ningssteg som kan genomföras i processen är undan- trängningen av vätska inom kokaren med hjälp av en annan vätska huvudsakligen kvantitativ, vilket be- tyder att under införandet av undanträngningsvätskan är den vätska som lämnar kokaren, upp till den tid då kokarens vätskelastkapacitet har uppnåtts, huvud- sakligen den vätska som initiellt befinner sig i kokaren. Efter införandet av en mängd undanträngnings- vätska som är lika med kokarens vätskelastkapacitet och med införandet av mer undanträngningsvätska blir den vätska som lämnar kokaren huvudsakligen undan- lO 15 20 25 30 35 -Ru U\ m! ﬁﬁ Ü\ \-J lO trängningsvätskan. Detta visas genom temperatur- bestämningar på den vätska som lämnar kokaren, vilket kommer att diskuteras senare.It has been found that in this and other displacement steps that can be performed in the process, the displacement of liquid within the digester by means of another liquid is mainly quantitative, which means that during the introduction of the displacement liquid, the liquid leaving the digester is up. to the time when the boiler's liquid load capacity has been reached, mainly the liquid that is initially in the boiler. After the introduction of an amount of displacement liquid which is equal to the liquid load capacity of the digester and with the introduction of more displacement liquid, the liquid leaving the digester is essentially eliminated. ﬁﬁ Ü \ \ -J lO the squeezing liquid. This is indicated by temperature determinations on the liquid leaving the digester, which will be discussed later.

Med införandet av högtemperaturlut i en mängd som är lika med kokarens vätskelastkapacitet kan pumpningen stoppas. Mängden pumpad högtemperaturlut kan även påverkas genom den mängd som är närvarande i högtemperaturackumulatorn och hur mycket som kan pumpas med en balansering av systemet. Genom direkt kontakt mellan högtemperaturluten och flisen i kokaren höjs flisens temperatur till nästan högtemperatur- lutens temperatur, t ex en temperatur av ca 143-l49°C.With the introduction of high temperature liquor in an amount equal to the liquid load capacity of the boiler, the pumping can be stopped. The amount of high temperature liquor pumped can also be affected by the amount present in the high temperature accumulator and how much can be pumped with a balancing of the system. By direct contact between the high-temperature liquor and the chips in the boiler, the temperature of the chips is raised to almost the temperature of the high-temperature liquor, eg a temperature of approx. 143-149 ° C.

Med avslutningen av detta steg i processen, varvid flisen nu befinner sig på sin högre tempe- raturnivâ, kan, med referens till fig 4, vitlut från lagringsbehållaren 62 för varm vitlut pumpas in i kokarens bas med användning av pumpen 66. Med lämp- liga ventiljusteringar återföres varm lut som undan- trängs ur kokaren till högtemperaturackumulatorn 42, såsom visas i fig 4. I en typisk massaprocess införs 50-70 % av kokarens vätskelastkapacitet vid denna tidpunkt, eftersom detta är den omfattning av vitlut som vanligen behövs för att i kokaren införa den reaktiva kemikalie som behövs för kokningen. Pump- ningen genomföres mot en reducerventil belägen i ledningen 46, varigenom ettt trycktillstånd upprätt- hålles i kokaren, vilket förhindrar flashning av vätskan.At the end of this step in the process, the chips now at their higher temperature level, with reference to Fig. 4, white liquor from the hot white liquor storage container 62 can be pumped into the base of the digester using the pump 66. With suitable valve adjustments return hot liquor that is displaced from the digester to the high temperature accumulator 42, as shown in Fig. 4. In a typical pulping process, 50-70% of the digester's liquid load capacity is introduced at this time, as this is the amount of white liquor usually needed in the digester. introduce the reactive chemical needed for the cooking. The pumping is carried out against a reducing valve located in the line 46, whereby a pressure condition is maintained in the boiler, which prevents flashing of the liquid.

För att spara kokartid och för att justera vit- lutskoncentrationen kan i praktiken den senare delen av påfyllnaden av den varma svartluten och påfyll- naden av vitluten göras samtidigt.In order to save cooking time and to adjust the white liquor concentration, in practice the latter part of the filling of the hot black liquor and the filling of the white liquor can be done simultaneously.

Såsom framgår med referens till fig l kan den varma svartluten från högtemperaturackumulatorn pumpas genom värmeväxlaren 54 för att preliminärt uppvärma vitluten som pumpas genom värmeväxlaren och avges lO 15 20 25 30 35 463 267 ll till lagringsbehållaren 52. Om man önskar höja vit- lutens temperatur i lagringsbehållaren 62 över den temperatur som åstadkommes genom att bringa luten att passera genom värmeväxlaren 54, kan den ångdrivna värmeväxlaren 82 igångsättas, med cirkulation av vitlut genom värmeväxlaren med användning av pumpen 84.As shown with reference to Fig. 1, the hot black liquor from the high temperature accumulator can be pumped through the heat exchanger 54 to preliminarily heat the white liquor pumped through the heat exchanger and discharged to the storage container 52. If desired, raise the temperature of the white liquor in the storage container 62 above the temperature provided by passing the liquor through the heat exchanger 54, the steam-driven heat exchanger 82 can be started, with the circulation of white liquor through the heat exchanger using the pump 84.

I förfarandet enligt uppfinningen kan tempera- turen på vitluten i lagringsbehållaren 62 ligga inom området 1so-1e3°c.In the process according to the invention, the temperature of the white liquor in the storage container 62 may be in the range 1so-1e3 ° c.

Medan kokaren nu är fylld med den lämpliga mängden vitlut och innehållet i kokaren har en temperatur inom området l50-l63°C kan temperaturen på kokarens innehåll bringas upp till temperaturen för den van- liga kokningen, dvs 165-l77°C med användning av den ångdrivna värmeväxlaren 86 och med cirkulation av innehållet i kokaren genom värmeväxlaren med använd- ning av pumpen 90.While the digester is now filled with the appropriate amount of white liquor and the contents of the digester have a temperature in the range 150-163 ° C, the temperature of the contents of the digester can be brought up to the temperature of the usual boiling, i.e. 165-177 ° C using the steam-powered heat exchanger 86 and with circulation of the contents of the digester through the heat exchanger using the pump 90.

Vid avslutningen av kokningsperioden undantränges den varma svartluten eller avluten som nu finns i kokaren ur kokaren genom pumpning in i kokarens botten av lagrat filtrat från filtratlagertanken 32, såsom visas i fig 5. Luten som initiellt lämnar kokaren leds till högtemperaturackumulatorn, vilken t ex har en temperatur av ca l65°C. Tryck upprätt- hålles i kokaren för att förhindra flashning av luten.At the end of the boiling period, the hot black liquor or liquor now present in the digester is displaced from the digester by pumping into the digester bottom of stored filtrate from the filtrate storage tank 32, as shown in Fig. 5. The liquor which initially leaves the digester is led to the high temperature accumulator. temperature of about l65 ° C. Pressure is maintained in the digester to prevent flashing of the liquor.

Såsom tidigare diskuterats är undanträngningen av vätska inom kokaren genom pumpningen av en undan- trängningsvätska in i kokarens bas huvudsakligen kvan- titativ och detta bekräftas av temperaturmätningar som gjorts på vätskan som lämnar kokaren. Sålunda har temperaturmätningar gjorts på vätskan som lämnar kokaren när lagrat filtrat från filtratlagringstanken 32 pumpas in i kokarens bas. Fig 6 visar grafiskt de resultat som erhålles från sådana mätningar. Såsom framgår med referens till fig 6, som visar tempera- turen på vätskan som lämnar kokaren i förhållande 10 15 20 25 30 35 ox om P-Q *J 12 till volymen på vätskan som införes i kokaren uttryckt som procent av kokarens vätskelastkapacitet, upp till den tidpunkt när volymen på den pumpade undanträng- ningsvätskan huvudsakligen är lika med kokarens vätskelastkapacitet, förblir temperaturen på den utdrivna vätskan huvudsakligen konstant och på en temperatur som endast ligger något under den använda kokningstemperaturen. På den volym av den undan- trängande vätskan som är införd i kokaren som är lika med kokarens vätskelastkapacitet faller tempe- raturen ganska brant. Vid utövandet av uppfinningen kan den mängd filtrat som pumpas in i kokaren lämp- ligen vara lika med ungefär 120 % av kokarens vätske- lastkapacitet. Den vätska som undanträngs under pump- ningen in i kokaren av en volym som är ungefär lika med kokarens vätskelastkapacitet leds till högtem- peraturackumulatorn. Kvarvarande vätska som går från kokaren riktas mot lågtemperaturackumulatorn, som har en medeltemperatur som ligger ungefär mitt emellan temperaturen på det använda filtratet och tempera- turen på den initiellt undanträngda varma luten.As previously discussed, the displacement of liquid within the digester by pumping a displacement liquid into the base of the digester is mainly quantitative and this is confirmed by temperature measurements made on the liquid leaving the digester. Thus, temperature measurements have been made on the liquid leaving the digester when stored filtrate from the filtrate storage tank 32 is pumped into the base of the digester. Fig. 6 graphically shows the results obtained from such measurements. As can be seen with reference to Fig. 6, which shows the temperature of the liquid leaving the digester in relation to oxy of PQ * J 12 to the volume of the liquid introduced into the digester expressed as a percentage of the digester's liquid load capacity, up to the At a time when the volume of the pumped displacement liquid is substantially equal to the liquid load capacity of the boiler, the temperature of the expelled liquid remains substantially constant and at a temperature which is only slightly below the boiling temperature used. At the volume of the displacing liquid introduced into the boiler which is equal to the boiler's liquid load capacity, the temperature drops quite steeply. In the practice of the invention, the amount of filtrate pumped into the digester may suitably be equal to about 120% of the liquid load capacity of the digester. The liquid that is displaced during pumping into the boiler by a volume approximately equal to the boiler's liquid load capacity is led to the high temperature accumulator. Residual liquid leaving the digester is directed towards the low temperature accumulator, which has an average temperature which is approximately midway between the temperature of the filtrate used and the temperature of the initially displaced hot liquor.

Efter utvinning av hög- och lågtemperaturvätskorna såsom beskrivs ovan kan de kokade massafibrerna i kokaren uttömmas ur kokaren på något av ett antal olika sätt. Till exempel, med referens till fig l, kan ånga under tryck införas i kokarens topp för att höja trycket i kokaren (varvid inträffar en osignifikant höjning av temperaturen) och med avblâsningsledningen 96 öppen, varigenom innehållet i kokaren överföres till den vanliga blåsningstanken. Alternativt kan innehållet i kokaren avlägsnas ur kokaren med använd- ning av ett spolningsfluidum, såsom filtrat från lagringstanken 32 infört genom ledningen 98. Vilket sätt som än användes utsättes massafibrerna, efter att ha avlägsnats från kokaren, därefter för en tvätt- ning, varvid det vatten som används vid denna tvättning 10 15 20 25 30 35 áßš 267 13 utgör det första tvättvattenfiltratet som uppsamlas i filtratlagringstanken 32. Eftersom denna tvätt- vätska kommer i kontakt med varm massa (och varmt vatten används för tvättningen) har filtratet i filtratlagringstanken en temperatur som är förhöjd i förhållande till rumstemperaturen.After recovery of the high and low temperature liquids as described above, the cooked pulp fibers in the digester can be discharged from the digester in any of a number of different ways. For example, with reference to Fig. 1, pressurized steam can be introduced into the top of the digester to raise the pressure in the digester (causing an insignificant increase in temperature) and with the vent line 96 open, thereby transferring the contents of the digester to the usual blowing tank. Alternatively, the contents of the digester can be removed from the digester using a purge fluid, such as filtrate from the storage tank 32 introduced through line 98. Whichever method is used, the pulp fibers, after being removed from the digester, are then subjected to a wash, whereby it water used in this wash 10 15 20 25 30 35 áßš 267 13 constitutes the first wash water filtrate collected in the filtrate storage tank 32. Since this wash liquid comes into contact with hot pulp (and hot water is used for the wash) the filtrate in the filtrate storage tank has a temperature which is elevated relative to the room temperature.

Vätska som tillföres högtemperaturackumulatorn är i den beskrivna utföringsformen av uppfinningen avlut som undanträngts ur kokaren vid avslutningen av kokningen. Vätska som tillföres lågtemperatur- ackumulatorn är den varma svartluten, som passerar genom värmeväxlaren 54, och filtratet som används i slutsteget vid undanträngningen av lut från kokaren.In the described embodiment of the invention, liquid supplied to the high-temperature accumulator is effluent which has been displaced from the digester at the end of the boiling. Liquid supplied to the low temperature accumulator is the hot black liquor passing through the heat exchanger 54 and the filtrate used in the final step in displacing liquor from the digester.

Dessa källor, och den kylning som är resultatet av värmeöverföringen till flisen, resulterar i de vätske- temperaturer som föreligger i ackumulatorerna.These sources, and the cooling that results from the heat transfer to the chips, result in the liquid temperatures present in the accumulators.

Genom en kort sammanfattning av några av de fördelar som föreligger vid den beskrivna processen och vid modifieringar av denna process kan nämnas att satsvis delignifiering kan användas med avsevärt mindre behov av olja för genomförande av uppvärm- ningsoperationen än som behövs då man följer konven- tionell praxis. Orsaken till detta är att varm för- brukad koklut som extraheras från kokaren används som en huvudvärmekälla för de efterföljande kokar- satserna.Through a brief summary of some of the advantages that exist in the described process and in modifications of this process, it can be mentioned that batch delignification can be used with considerably less need for oil for carrying out the heating operation than is needed when following conventional practice. . The reason for this is that hot spent cooking liquor extracted from the boiler is used as a main heat source for the subsequent boiler batches.

En annan fördel som uppnås med uppfinningen är en reduktion av den vitlut som behövs för att koka en materialsats. Kvarvarande aktiva kemikalier som är närvarande i avluten och i tvättfiltraten åter- införes i systemet och dessa kvarvarande kemikalier är tillgängliga för reaktion med träsyror för neu- tralisation av dessa syror och för andra initiella reaktioner i koket, innan delignifiering med ny vitlut inträffar. Som en följd härav behöver kok- kemikalierna i vitluten inte genomföra dessa initi- 10 15 20 25 30 35 KP» CN I* J) OK *J 14 ella reaktioner. Ett något besläktat drag hos och fördel med uppfinningen är större selektivitet i delignifieringen som inträffari.kokarenunderkokningen. Vid den tidpunkt då kokning inträffar föreligger det en hög koncentra- tion av aktivt alkali, som åstadkommer relativt snabb delignifiering, vilken kan avslutas före förstörelse av användbar cellulosa. Speciella kemikalier som införes i kokluten för att förbättra dess egenskaper bevaras även som följd av detta återinförande i systemet.Another advantage achieved with the invention is a reduction of the white liquor needed to boil a batch of material. Residual active chemicals present in the effluent and in the wash filtrates are reintroduced into the system and these residual chemicals are available for reaction with wood acids to neutralize these acids and for other initial reactions in the boiler, before delignification with new white liquor occurs. As a result, the cooking chemicals in the white liquor do not have to carry out these initial reactions 10 15 20 25 30 35 KP »CN I * J) OK * J 14. A somewhat related feature and advantage of the invention is greater selectivity in the delignification that occurs in the boiler undercooking. At the time of boiling, there is a high concentration of active alkali, which produces relatively rapid delignification, which can be terminated before destruction of useful cellulose. Special chemicals that are introduced into the cooking liquor to improve its properties are also preserved as a result of this reintroduction into the system.

Ytterligare en annan fördel med föreliggande uppfinning är erhâllandet av en signifikant tvättning av massan i kokaren som ett resultat av undanträngning av avluten efter kokningen med tvättfiltratvätska.Yet another advantage of the present invention is the obtaining of a significant wash of the pulp in the digester as a result of displacement of the liquor after boiling with wash filtrate liquid.

I praktiken används kokaren som en lagringsbehâllare efter den första tvättningen av den producerade massan.In practice, the boiler is used as a storage container after the first washing of the pulp produced.

I en ny anordning möjliggör detta drag reducerade kost- nader för tvättningsanordningar. I en existerande anordning medges ett ytterligare tvättningssteg, med de fördelar som kommer av detta.In a new device, this feature enables reduced costs for washing devices. An existing device allows an additional washing step, with the benefits that come from it.

Med användning av konventionella förfaranden tenderar kalcium som finns i trä att upplösas och åstadkomma en ökande kalciumjonkoncentration i luten under de initiella faserna av en kokning när belast- ningen på värmeväxlarutrustningen som används för att uppvärma satsen är hög. Eftersom hydroxyljonkoncentra- tionen vid denna tidpunkt är hög börjar kalciumkar- bonat att falla ut, vilket åstadkommer beläggningar i maskinsil och värmeväxlare; Vid föreliggande uppfinning bildas kalciumjoner under flisens kontakt med svart- luten som ett försteg till satsning med vitlut och innan hydroxyljonkoncentrationen är hög. När vitluten satsas i kokaren blir det en omedelbar och drastisk ökning av hydroxyljonerna och kalciumkarbonatfäll- ningar i fliskolonnen. Vid denna tidpunkt föreligger det ingen belastning på maskinsilar och värmeväxlare II w 10 15 20 25 463 26.7 15 och utfällningen av kalciumkarbonatet i maskinsilarna och värmeväxlarna är minimal. Sålunda erbjuder upp- finningen kontroll av inkrustbildning som har varit ett problem med konventionella processer.Using conventional methods, calcium present in wood tends to dissolve and cause an increasing calcium ion concentration in the liquor during the initial phases of a boil when the load on the heat exchanger equipment used to heat the batch is high. As the hydroxyl ion concentration at this time is high, calcium carbonate begins to precipitate, causing coatings in machine screens and heat exchangers; In the present invention, calcium ions are formed during the chip contact with the black liquor as a precursor to loading with white liquor and before the hydroxyl ion concentration is high. When the white liquor is charged to the digester, there is an immediate and drastic increase in the hydroxyl ions and calcium carbonate precipitates in the chip column. At this time there is no load on machine sieves and heat exchangers II w 10 15 20 25 463 26.7 15 and the precipitation of the calcium carbonate in the machine sieves and heat exchangers is minimal. Thus, the invention offers control of crust formation which has been a problem with conventional processes.

En ytterligare fördel med förfarandet som beskrivs här uppstår genom användningen av en varm lut under tryck för undanträngning av en annan vätska i kokaren.A further advantage of the process described here arises from the use of a hot liquor under pressure to displace another liquid in the digester.

Tryckimpregnering av flisen med luten under tryck inträffar.Pressure impregnation of the chips with the lye under pressure occurs.

Slutligen skall det noteras att en konventionell installation tämligen lätt kan omvandlas till en apparat som är användbar vid utövandet av uppfin- ningen. Detta gör det attraktivt för massatillverkare, som har använt konventionell utrustning och önskar sänka sina energibehov, att utöva uppfinningen.Finally, it should be noted that a conventional installation can be converted quite easily into an apparatus useful in the practice of the invention. This makes it attractive for pulp manufacturers, who have used conventional equipment and wish to reduce their energy needs, to practice the invention.

Uppfinningen har beskrivits i samband med använd- ningen av en enda kokare. Självklart kan operations- principerna hos uppfinningen tillämpas på kokprocesser med användning av en eller flera kokare. Även om en särskild utföringsform av uppfinningen har beskrivits är modifieringar och variationer möj- liga utan att man avviker från uppfinningen. Inbe- gripet inom uppfinningens ram är därför sådana modi- fieringar och variationer som framgår för fackmannen på området.The invention has been described in connection with the use of a single boiler. Of course, the operating principles of the invention can be applied to cooking processes using one or more cookers. Although a particular embodiment of the invention has been described, modifications and variations are possible without departing from the invention. Included within the scope of the invention are therefore such modifications and variations as will be apparent to those skilled in the art.

Claims

10 15 20 25 30 16 PATENT REQUIREMENTS

A batch boiling process, wherein a digester is charged with an amount of cellulosic material and liquor and the batch is then boiled at an elevated temperature and superatmospheric pressure to obtain in the digester a column of delignified pulp extending along the axis of the digester, characterized by the fact that after boiling the batch and making the pulp column and while retaining the pulp column in the digester, under pressure a displacement liquid is pumped into the bottom of the digester, whereby the displacement liquid initially replaces hot effluent in an area comprising the cross section of the pulp column, area is located at a distance from the top of the pulp column, and during further pumping the displacement liquid is caused to continuously further fill the boiler and continuously replace hot effluent in a direction extending from this area towards the top of the pulp column, this displacement liquid being substantially quantitatively excuse ning replaces hot liquor in a zone that grows along the length of the pulp column, collects the hot liquor thus replaced from the upper part of the digester and transfers the available heat in the hot liquor by conduction to a second amount of cellulosic material in a digester.

2. A method according to claim 1, in that the hot liquor pumped into the digester, characterized in that it contains the second amount of cellulosic material, displaces and replaces another liquid in the digester which has a lower temperature than the temperature of the hot liquor.

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that after pumping the hot liquor into the digester containing the second amount of cellulose-containing material, fresh liquor is pumped into the digester. containing the second amount of material, thereby displacing at least a portion of the hot liquor, and heat is transferred from the hot liquor thus displaced to yet another amount of cellulosic material.

4. A method according to claim 2, characterized in that heat is transferred from the liquid of the lower temperature displaced from the second amount to a third amount of cellulosic material present in a digester by pumping said liquid into the digester containing the third amount of material and soaking of the material with said liquid.

5. A method according to claim 1, characterized in that after pumping displacement liquid to achieve mainly quantitative yield by displacement of the hot liquor, additional displacement liquid is pumped into the digester to cause replacement of previously pumped displacement liquid, the hot the effluent is collected in an area of the boiler which has substantially the same temperature as the boiling temperature, the displacement liquid replaced by further pumping of displacement liquid is collected in an area separate from the previous area at a temperature slightly below the temperature of the hot effluent and the The available heat in the exchanged displacement liquid is transferred by conduction to an amount of cellulosic material to preheat it for boiling.

Process according to one or more of Claims 1 to 5, characterized in that the liquid is a wash filtrate obtained by washing it to be displaced by fibers.

7. A method according to claim 1, characterized in that the heat in the hot liquor is indirectly transferred to another boiler batch by heating the batch liquor of the batch before it is introduced into the boiler. clrï CN FJ ON 18

A method according to claim 1, characterized in that the heat in the hot liquor is transferred to another boiler batch by contacting the cellulosic material of the batch with the liquor for direct transfer of the heat to the material before boiling liquor is introduced into the boiler.