SE518957C2 - Förfarande för att öka värmeekonomin i kokarsystemet vid kontinuerlig kokning - Google Patents

Description

»vinn 10 15 20 25 30 518 957 u n u u Q no En annan metod för optimering av vätske/ved-förhållande i impregneringskärl och kokare visas i USS ,679,2l7. Luten i överförings cirkulationen avskilj es till del i kokarens toppseparator och resterande del i ett silparti längre ner i kokaren. Denna returlut leds gemensamt via en värrneväxlare för uppvärmning tillbaka till utmatningsanordningen i botten av impregneringskärlets. En delström av denna impregneringslut leds dock utan uppvärmning till toppen av impregneringskärlet för att ett ökat vätske/ved-förhållande skall erhållas toppen av impregneringskärlet. Genom förfarandet kan ett lägre vätske/ved-förhållandet i kokarens övre del erhållas än om svartlut från ett silparti längre ner i kokaren används till att öka vätske/ved-förhållandet enligt US5,l92,396. Enligt patentet är fördelen bl.a. att packningsgraden i kokartoppen kan minskas utan att flisöverföringen mellan impregneringskärl och kokare påverkas negativt samt att ångflödet för uppvärmning i kokartoppen kan minskas något genom att temperaturen i överföringen blir högre.

Genom US5,7l6,497 är känt en metod för svartlutsimpregneringing där en bestämd mängd svartlut från kokaren blandas med returluten från överföringscirkulationen mellan impregneringskärlet och kokaren utan att någon kylning äger rum innan denna blandning tillförs till botten av impregneringskärlet. En del av denna blandning kommer ånyo att gå med den impregnerade flisen i överföringscirkulationen och resten förs i motström upp genom impregneringskärlet och dras av i ett silparti i kärlets övre del under vårmning av flisen och förträngning av vedfukt och ångkondensat ur flisen.

Genom reglering av mängden tillförd svartlut till impregneringskärlets botten kan en grundlig impregnering säkerställas vilket kontrolleras genom att temperaturen på avdraget från silpartiet i impregneringskärlets övre del hålls varmare än flis/vätske- blandningen som matas in i impregneringskärlets topp. Enligt patentet satsas all vitlut till toppen av kokaren vilket medför att dyra centralrör kan undvaras. Ytterligare en fördel med metoden är att massakvalitén förbättras eftersom cellulosafibrema inte försvagas genom den mekaniska behandlingen av bottenskarapan under utmatningen från impregneringskärlet vilken försvagning blir påtaglig med vitlut som impregneringsvätska. I samma syfte presenteras i US5,824,187, vilket är en Continuation in part av ovanstående patent, en metod där impregneringen med svartlut 0229se.doc rann» 10 15 20 25 30 518 957 sker i medström och utan att överföringscirkulationen blandas med denna svartlut.

I US6, l23,807 visas en process for kontinuerlig kokning med svartlutsimpregnering bl.a. i syfte att erhålla en bättre värmeekonomi. Den från kokaren avdragna svartluten förs till en första avspänningscyklon och sedan vidare till början av en impregneringszon för att utgöra impregneringsvätska antingen i ett impregneringskärl i ett tvåkärlskokeri, eller till en impregneringszon i toppen av en kokare i ett enkärlskokeri. Den från avspänningscykonen erhållna flashångan används till att direktvärma den vitlut som tillsätts kokprocessen. Efter impregneringszonen dras "impregneringsvätskan“ av för transport till kemikalieåtervinningen via en andra och ev. tredje avspänningscyklon. Även om metoden ger en bättre värmeekonomi än tidigare kända metoder finns fortfarande värrneförluster i de temperatursänkande stegen och således en potential till ytterligare förbättringar av processen i detta avseende.

I US5,089,086 visas en kontinuerlig kokprocess med det huvudsakliga syftet att förbättra värmeekonomin. Detta är dock ingen process för svartlutsimpregnering.

Processen kännetecknas av att i huvudsak all het avdragslut från kokaren används till att transportera den impregnerade flis en från botten av irnpregneringskårlet till toppen av kokaren. Den heta avdragsluten från kokaren leds, eventuellt utan föregående tryckavlastning och därtill hörande temperatursänkning, in i impregneringskärlets botten i en blandningszon där den blandas med impregnerad flis och impregneringsvätska för transport till kokaitoppen. På detta sätt kan temperaturen på flis och vätskai överföringen höjas och därmed minskas behovet av värmning i kokarens topp for att erhålla rätt koktemperatur. Från den konventionella toppseparatorn avskiljs en del av transportvätskan till en avspänningscyklon där en delmängd av transportvätskan efter avspänning återfors tillsammans med avdragsluten till impregneringskärlets botten. Resterande mängd transportvätska, vilken motsvarar mängden avdragen kokvätska, avspänns i ytterligare steg för att sedan ledas till kemikalieåtervinningen. Problemet med för hög temperatur på impregneringsvätskan existerar således inte i detta fall. Inte heller indikeras att det skulle vara önskvärt att tillvarata värmet på annat vis än som avspänningsånga i den transportvätskan som efter separering från flisblandningen i toppseparatom i kokarens topp leds till O229se.doc fina» 10 15 20 25 30 518 957 kemikalieåtervinningen.

Som framgår av redogörelsen över teknikens ståndpunkt utfördes impregneringen till att börja med ofta med åtminstone en sista zon i motström. Här tillsattes ofta svartluten vid hög temperatur, typiskt över l40°C, för att därigenom få en snabb uppvärmning av flisen. I de äldre metodema för svartlutsimpregnering ansågs det fördelaktigt med en hög temperatur i impregneringen så att den skulle gå snabbt och bli effektiv. En impregnering i motström ansågs speciellt fördelaktig för en grundlig impregnering. På samma gång kunde temperaturen i överföringen hållas hög varvid behovet av värmning i toppen av kokaren minskade. På senare år har man gått mot att impregnera med svartlut vid lägre temperaturer och med större del av impregneringen i medström.Därmed har en kylning av svartluten från kokaren varit nödvändig Vilket skett antingen genom flashning och/eller kylning i värmeväxlare. En lägre temperatur under impregneringen framkallar ett behov av värmning av flisen då den går vidare till kokaren. Detta har man löst genom värmare i överföringscirkulationen. Vid indirekt värmeöverföring uppstår ofrånkomligt energiförluster och det är därför önskvärt att finna metoder som medger en impregnering vid låg temperatur där värmet i svartluten kan omhändertas till kokaren utan att dessa energiförluster uppstår eller åtminstone minimeras. I syfte att förbättra värmeekonomin under kokningen kan het svartlut föras in i bottenzonen på imprcgneringskärlet för att höja temperaturen på flisen före kokaren, vilket visas i US5,089,086. Idetta fall sker dock impregneringen med annan vätska än svartlut som måste värmas för att erhålla rätt temperatur.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Genom föreliggande uppfinning erbjuds ett förfarande vid kontinuerlig kokning av cellulosa i ett tvåkärls kokerisystem där impregnering äger rum i en impregneringsvätska som åtminstone till del består av svartlut. Förfarandet möjliggör en impregnering vid låga temperaturer i linje med den senaste utvecklingen inom tekniken med svartlutsimpregnering samtidigt som behovet av kylning av svaitluten till impregneringskärlet minskas eller elimineras. Förfarandet minskar eller eliminerar också behovet av värmning i överföringsledningen mellan impregneringskärl och kokare, vilket indirekt minskar förbrukningen av ren ånga eller flashånga som därmed 0229se.doc vnsnp 10 15 20 25 30 518 957 kan användas på annat håll, samt minskar behovet av ångtillsättning i kokarens topp för att snabbt höja upp flisens temperatur till koktemperatur. Totalt sett ger förfarandet en förbättrad värmeekonomi i förhållande till vad som tidigare är känt genom att de energiförluster som ofrånkomligt uppstår vid värmeväxling, flashning o.dyl minskar.

Detta uppnås med ett förfarande i enlighet med patentkravet l.

I en föredragen utföringsform tillämpas förfarandet så att behovet av kylare för svartlut samt värmare till överföringen elimineras och därmed uppnås ytterligare ett syfte i det att kostnaden for ett kokerisystem enligt uppfinningen blir lägre än tidigare kända system. Även i en icke optimal utföringsform med mindre kyl- eller värmningsbehov kommer kostnaden att bli lägre då dessa värmare och kylare kan göras väsentligen mindre och därmed billigare. Ytterligare kännetecken och aspekter på samt fördelar med uppfinningen framgår av de efterföljande patentkraven samt av följande detaljerade beskrivning av några utföringsforrner.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar schematiskt en föredragen utföringsform av ett tvåkärlskokeii där uppfinningen tillämpas Figur 2 visar schematiskt en alternativ utföringsform av ett tvåkärlskokeri där överföringssystemet innefattar en högtryckskik Figur 3a visar ett tvåkårls ång/vätskefaskokeri Figur 3b visar en utförligare detalj av en toppseparatoror för separering av flis och transportvätska i kokarens topp Figur 4a visar ett tvåkärls hydraulkokeri Figur 4b visar en utförligare detalj av silpaitiet för separering av flis och transportvätska i kokarens topp DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Figur l och 2 visar schematiskt ett kontinuerligt tvåkärlskokeri för produktion av cellulosamassa där uppfinningen tillämpas och där kokerisystemet innefattar ett impregneringskärl (1), en kokare (2) samt ett överföringssystem (4) för transport av flis från impregneringskärlet (1) till kokaren Skillnaden mellan figur 1 och 2 består i att i figur 2 innefattar överföringssystemet (4) även en högtryckskik (8) av konventionellt 0229se.doc 10 15 20 25 30 518 9657 slag vilket möjliggör en impregnering i ett icke trycksatt impregneringskärl. En högtryckskik är en slussmatare som är försedd med en rotor med symmetriskt genomgående fickor som genom rotation omväxlande står i förbindelse med ett låg- och ett högtryckssystem utan att någon kommunikation mellan dessa system medges. Flisen transporteras från impregneringskårlets utlopp (5) på lågtryckssidan in i en av högtryckskikens (8) fickor och då fickan fyllts, roterar rotom ett kvarts varv så att fickan harrmar i törrmingsposition på högtryckssidan där en transportvätska, här svartlut (14), driver ut flisen ur fickan för vidare transport mot kokartoppen (3). Därigenom kan flisen föras från ett system med inget eller lågt tryck, typiskt 0-4 bar (abs) och via högtryckskiken matas in i ett system med väsentligen högre tryck, typiskt 7-20 bar (abs).

I figur 1 och 2 visas en kokare (2) av ång/vätskefastyp med en toppseparator (7) på toppen, enligt (7a) i figur 3b, men uppfinningen kan även tillämpas i ett hydrauliskt kokerisystem med en separering av flis och transportvåtska i ett silparti i kokartoppen, enligt figur (7b) i figur 4b. De för uppfinningstanken icke väsentliga cirkulationerna av impregneringsvätska och kokvåtska för etablering av rätt vätske/vedförhållande, alkali- och temperaturjusteringar samt avdrag av vätska till kemikalieåtervinningen visas inte i figur 1 och 2 men det skall förstås att uppfinningen kan tillämpas i alla typer av kokerisystem såsom t.ex. MCC, EMCC, ITC, Lo-Solids etc. Sålunda kan både impregneringskärl och kokare vara försedda med flera cirkulationer och avdrag för processvätska för att åstadkomma olika betingelser i beroende av råvara och önskad kvalité på den fárdigkokta massan vilket delvis åskådliggörs i figur Sa och 4a. Till exempel kan vitlut satsas till inmatningen, irnpregneringskärlet, kokarens topp-, mitt- eller bottenzon. Impregneringskärl och kokare kan vara försedda med både med- och motströmszoner med avdrag för svartlut och avdrag av svartlut till kemikalie- återvinningen kan ske i flera positioner som tex. från förimpregneringskärlet, transportvåtskans returledning eller kokaren. Dessa cirkulationer och avdrag kan ske via konventionella silpartier med kan också utgöras av sillösa avdrag endast bestående av studsar monterade i släppningspositioner i kårlens väggar.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas med utgångspunkt från figur 1 och 2. Det som 0229se.doc 1111: 10 15 20 25 30 518 957 karaktäriserar uppfinningen är att den saknar en konventionell överföringscirkulation mellan impregneringskårlets utlopp (5) och kokarens inlopp (3) i den bemärkelsen att transportvätskan (10) efter separering från flisen i separeringsutrustningen (7) i kokaitoppen inte återcirkuleras till impregneringskärlets utlopp (5). För att transportera den impregnerade flisen används istället i huvudsak het svartlut (14), typiskt över l40°C, från något av kokarens svartlutsavdrag som leds till en sista medströms b1andningszon(Z2) i impregneiingskärlet (1) och/eller till inloppet (13) för transportvätska i högtryckskiken(8) för att där blandas in i en flisblandning bestående av den impregnerade flisen och den medföljande impregneringsvätskan.

Blandningszonen (Zz) och högtryckskiken (8) utgör båda början av ett överföringssystem (4), se närmare definition på nästa sida. Enligt uppfinningen skall åtminstone 25% och företrädesvis 50% av den sammanlagda mängden svartlut (14) som dras av från kokaren ledas tillbaka för att på detta sätt blandas in i flisblandningen. På detta vis kommer temperaturen att höjas i flisblandningen under transport i överföringssystemet (4) och i en föredragen utföringsfonn används så mycket svartlut (14) att ingen annan värrnning erfordras. Detta blir fallet då temperaturen till följd av svartlutstillsatsen höjs med mellan 5-25°C på flisblandningen. Temperaturen hos den avdragna svartluten (14) håller en temperatur Tav vilken i allt väsentligt ska bibehållas fram till det att svaitluten sätts till i överföringssystemet. Detta innebär att ingen påtvingad kylning via flashning, värmeväxling eller liknande åtgärder görs för att kyla svartluten. Den enda kylning som kan förekomma är den som naturligt uppstår som vårmeförluster från de rör som svartluten transporteras i. I en konventionell överföringscirkulation sker normalt en vännning av flisblandningen genom att transportvätskan (10) värms i en värmeväxlare (9), se figur 3 och 4, innan den returneras till impregneringskärlets utlopp (5).

I separeringsutrustningen (7) vid kokarens inlopp (3) avskiljs en del av transportvåtskan (10) från flisblandingen, se närmare detalj 3b och 4b. Den varma transportvätskan (10) leds därefter helt eller delvis tillbaka till impregneringskärlet (1) och sätts till i en första zon (Zl) före den sista medströms blandningszonen (Zz) för att därigenom utgöra del av impregneringsvätskan i denna första zon (Zl). Transportvätskan (10) kan sättas till i en eller flera positioner i denna första zon (Zl) och impregneringen kan ske i med- eller 0229se.doc ||i»| 10 15 20 25 30 518 9857 motström eller både och, allt i beroende av hur kokeiisystemet körs. För att erhålla en tempererande effekt enligt uppfinningstanken är det önskvärt att transportvätskan (10) medges en uppehålltid motsvarande minst 40% men företrädesvis minst 50% av den totala uppehållstiden för flisen timp i impregneringskärlet (1). I enlighet med uppfinningstanken erhålls med detta förfaringssätt en impregnering med svartlut vid en lägre temperatur än om svartluten leds direkt från kokaren till impregneringskärlet.

Samtidigt höjs temperaturen i överförings systemet vilket resulterar i att den värmeväxlare som normalt sett används för värrnning i överföringscirkulationen kan minskas eller undvaras. Såsom indikerats i figur 2 (även tillämpligt i figur 1) kan en viss kylning ske av transportvätskan (10) som tillsättes impregneringskärlet (1) i en position, företrädesvis den översta, för att på detta sätt erhålla en succesiv uppvärmning av flisen under impregneringen.

Med svartlut avses kokvätska som dras av från kokaren (2) efter det att en bulkdelignífiering motsvarande åtminstone 40% av den totala bulkdelignifieringen ägt rum alternativt att minst 50% av den totala kappatalsänkningen ägt rum. För att karaktäriseras som svaitlut skall dock avdraget ske tidigast efter 30 minuters kokning.

Faekmannen inser att positionen för avdraget kommer att variera i beroende av aktuell kokmetod och därtill kopplade kokbetingelser och kan således utgöras av ett avdrag i början, mitten eller slutet av kokaren i en med- eller motströmszon eller som ett avdrag mellan en övre medströms- och en efterföljande motströmszon. Även fler än ett avdrag kan användas. Överlöringssystemet (4) sett i flisens flödesriktning innefattar: I en sista medströms blandningszon (Zz) i impregneringskärlet (1) med en uppehållstid (tz) for flisen i denna blandningszon som högst utgör 25% av flisens uppehållstid, timpy i impregneringskärlet så att t2 5 0,25 timp, I impregneringskärlets utlopp (5), I en överföringsledning (6) mellan impregneringskärlets utlopp (5) och kokarens inlopp (3) eventuellt innefattande en högtryckskik (8), se figur 2, i en position efter impregneringskärlets utlopp (5) I samt en separeringsutrustning (7) belägen i direkt anslutning till kokarens inlopp (3) 0229se.doc »vara 10 15 20 25 30 518 ä57 eller strax därunder för att avskilja transportvätska (10) från flisblandningen I en ång/vätskefaskokare består denna separeringsutrustning (7) av en s.k. topps eparator (7a), enligt figur 3b, och i en hydraulisk kokare av ett silpait (7b), enligt figur 4b.

Med början av överfóringssystemet avses i enlighet med ovanstående definition en sista medströms zon (22) i impregneringskärlet (1), impregneringskärlets utlopp (5) samt den eventuella högtryckskiken (8).

Figur 3a visar schematiskt ett konventionellt tvåkärls ång/vätskefaskokeri och figur 3b visar en utförligare detalj av en så kallad uppåtmatande eller inverterad toppseparator (7a) där flis och transportvätska matas in i toppseparatorns nedre ände. Under inverkan av matarskiuven (11) kommer flisen att matas upp över toppseparatoms kant (15) för att sedan trilla ner i kokaren. En delrnängd av transportvätskan (10) dras av genom den skmvomgårdande silen (12).

Figur 4a visar schematiskt ett tvåkärls hydraulkokeri och figur 4b visar en utförligare detalj av silpartiet (7b) för separering av flis och transportvätska (10) i kokarens topp.

Uppfinningen kan modifieras på ett flertal sätt inom ramen för patentkraven. Svartluten 14 från svaitlutsavdraget som tillsättes överföringssystemet kan således tillsättas i enbart en av de tre visade positionerna, eller kombinationer om två av dessa.

Vidare kan även en shuntledning (20) användas under exempelvis uppstart av processen, då kokaren fylls med den impregnerade flisen och innan en svartlut med rätt temperatur och restalkalihalt etablerats. Denna shuntledning kan eventullt stängas efter etablerad drift. Bland annat i beroende av var avdrag görs av svartlut till kemikalieåtervinningen kan denna shuntledning även användas för att etablera olika vätske/vedförhållande i impregneringskärl, överföringssystem respektive kokare och vâtskeflödet kan således gå åt båda hållen i denna ledning allt i beroende av hur systemet körs. 0229se.doc

Claims (4)

1. 0 15 20 25 30 1. 518,0957 PATENTKRAV Förfarande vid kontinuerlig kokning av kemisk massa i syfte att öka värmeekonomin i kokarsystemet, där kokarsystemet innefattar ett kärl (1) för impregnering av cellulosaflis och ett kärl (2) för kokning av den impregnerade cellulosaflisen där impregneringskärlet (1) innefattar ett inlopp till vilket matas en blandning av flis och processvätska, där flisen först impregneras vid en törbestämd impregneringstemperatur, Timp, varefier den impregnerade flisen matas till kokaren (2) via ett övertöringssystem (4) för att kokas vid en iörbestämd koktemperatur, Tkok, varefter i kokarsystemet upplöst massa matas ut genom kokarens utlopp och att i kokaren via kokaravdrag, företrädesvis via kokarsilar, görs åtminstone ett svartlutsavdrag efler del av eller hela kokningen av flisen och där svartlut (14) från sagda svartlutsavdrag leds till övertöringssystemet (4) för att blandas med den impregnerade flisen och impregneringsvätskan för vidare transport till kokartoppen, kännetecknat av -att en del av svartluten (14) från sagda svartlutsavdrag, som håller en avdragstemperatur Tav sätts till i övertöringssystemets början vid i allt väsentligt bibehållen temperatur Tav i syfte att höja temperaturen på flisblandningen i övertöringssystemet (4), -att åtminstone en del av transportvätskan (10) som kontinuerligt dras av i slutet av övertöringssystemet från den i kokartoppen inmatade impregnerade flisblandningen, och som håller en överíöringstemperatilr Tuansp, återförs till impregneringskärlet (l) i en position, sett i flisens flödesriktning, före nämnda övertöringssystem (4).

2. Förfarande enligt patentkraven l kärmetecknat av att svartluten (14) från sagda svartlutsavdrag håller en temperatur Tav som överstiger temperaturen hos den från kokartoppen avdragna transportvätskan Tuansp med minst 5°C, företrädesvis minst 1o°c så au TW - T transp 25°C.

3. Förfarande enligt patentkravet 2 kännetecknat av att andelen svartlut (14) från 0229se2.doc »an-u 10 15 20 25 30 10. 518 957 o u o | u: svartlutsavdraget som leds till överföringssystemet (4) utgör minst 25% och företrädesvis minst 50% av den sammanlagda mängden svartlut som dras av från kokaren (2). Förfarande enligt patentkravet 1 eller 3 kännetecknat av att andelen avdragen transportvätska (10) som återförs till impregneringskärlet (l) utgör minst 10%, företrädesvis minst 25% och ännu mer föredraget minst 50% av den sammanlagda mängden av den avdragna transportvätskan från kokartoppen. F örfarande enligt patentkravet 4 kännetecknat av att svartluten (14) från svaitlutsavdraget som leds till överföringssystemet (4) håller en avdragstemperatur Tav vilken väsentligen motsvarar koktemperaturen Tkok, d.v.s. ej avviker från koktemperaturen mer än maximalt 5°C. Förfarande enligt patentkravet 5 kånnetecknat av att andelen avdragen transportvätska (10) som håller en överföringstemperatur Ttrmp, återförs till impregneringskärlet (1) vid i allt väsentligt bibehållen överföringstemperatur Ttransp i åtminstone en position i impregneringskärlet F örfarande enligt patentkraven 1 eller 3 kännetecknat av att svartluten (14) från svartlutsavdraget sätts till en sista blandningszon (22) i impregneringskärlet (1) . Förfarande enligt patentkraven 1 eller 3 kännetecknat av att svartluten (14) från svartlutsavdraget sätts till ett utlopp (5) från impregneringskärlet (1). F örfarande enligt patentkravet 8 kännetecknat av att den sista blandningszonen (Zz) i impregneringskärlet (1) motsvarar en uppehållstid (ta) för flisen av som mest 25% av den totala uppehållstiden (timp) för flisen i impregneñngskårlet (1). Förfarande enligt patentkravet 9 kännetecknat av att den sista blandningszonen (22) i impregneringskärlet (1) är en medströmszon. 0229se.doc Isa-n 10 15 ll. 12. 13. 1

4. 518 19257 . n o o ~ - o u u u | - f ø | n n. Förfarande enligt patentkraven 1 eller 3 kännetecknat av att en del av svartluten (14) från svartlutsavdraget sätts till en högtrycksposition i överföringssystemet (4) där denna högtrycksposition är belägen i anslutning till inloppet för transportvätska (13) vid högtryckssidan av en högtryckskik (8). Förfarande enligt patentkravet 11 kännetecknat av att svartluten (14) från svartlutsavdraget som sätts till inloppet för transportvätska (13) vid högtryckssidan av högtryckskiken (8) utgöres av hela den mängd som erfordras för att driva ut flisen ur högtryckskiken i högtryckspositionen. Förfarande enligt patentkravet 12 kännetecknat av att hela den mängd svartlut (14) från svartlutsavdraget som leds till överföringssystemet (4) sätts till inloppet för transportvätska (13) vid högtryckssidan av en högtryckskik (8). Förfarande enligt patentkravet 4 kännetecknat av att den avdragna transportvätskan (10) som återförs till impregneringskärlet (1) ges en tid såsom impregneringsvätska i impregneringskärlet (l) under minst 40%, företrädesvis minst 50% av den totala uppehållstiden timp för flisen i impregneringskärlet (1). 0229se.doc