SE527058C2 - Kontinuerlig kokprocess med förbättrad värmeekonomi - Google Patents

Description

527 058 kokvätskan (svartluten) varit nödvändig, vilket skett antingen genom flashning och/eller kylning i värmeväxiare med vatten som kylmedel.

En lägre temperatur under impregneringen medför dock ett behov av värmning av flisen då den går vidare från impregneringskärlet till kokaren. Detta har man löst genom värmare i övertöringscirkulationen . Som värmare används alltsom oftast värmeväxiare med ånga som värmemedel. Denna metod är tämligen energikrävande och för varje kubik ånga som utnyttjas för detta ändamål mins- kar möjlig produktion av elkraft från ångan. Det är därför önskvärt att finna me- toder som medger en impregnering vid låg temperatur där värmen i svartluten kan omhändertas till kokaren utan att dessa energiförluster uppstår eller åtmin- stone minimeras.

I det svenska patentet SE 518 957 visas en kontinuerlig kokprocess i syfte att förbättra värmeekonomin i samband med svartlutsimpregnering, som helt eller delvis upphäver ovanstående problem och nackdelar.

I detta patent förs het icke tryckavlastad svartlut in i bottenzonen på impregne- ringskärlet för att höja temperaturen på flisen före kokaren. I toppseparatorn ovanpå kokaren dras delar av svartluten av och förs tillbaka till impregnerings- zonen på impregneringskärlet. På detta sätt medverkar den heta svartluten till att höja temperaturen på flisen inför överföring till kokaren, varvid behovet av värmning i toppen av kokaren minskar.

I SE 502 134 visas en metod för optimering av vätske/ved-förhållande i impreg- neringskärl och kokare. Luten i övertöringscirkulationen avskiljs till del i koka- rens toppseparator och blandas med en mängd avdragen kokvätska från koka- ren från ett silparti längre ner i kokaren. Denna blandning av lut leds gemen- samt via en värmeväxiare för uppvärmning tillbaka till utmatningsanordningen i botten av impregneringskärlet. En delström av denna impregneringslut leds dock utan uppvärmning till toppen av impregneringskärlet för att ett ökat väts- ke/ved-förhållande skall erhållas i toppen av impregneringskärlet.

Enligt patentet är en av fördelarna att ångflödet för uppvärmning i kokartoppen kan minskas något genom att temperaturen i överföringen blir högre.

Nackdelen med detta patent är att restalkalihalterna i returluten från toppsepa- 0401SE3.doc 20 25 30 527 058 ratorn och silpartiet längre ner i kokaren inte bör awika för mycket. Vid för stora awikelser i restalkalihalt mellan dessa flöden så erhålls en resulterande bland- ning av returlut som varken har "hög" restalkalihalt eller tillräckligt "låg" för att skickas till återvinning. Detta medför stora skillnader i restalkalihalt vilket gör att alkalisatsning och profil inte kan optimeras, samt att färsk tillsats av alkali riske- rar att gå ut direkt till återvinning utan att ha haft en substantiell uppehållstid i koksystemet. fivftet och kort beskrivning av uppfinningen Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en kontinuerlig kokprocess med en förbättrad värmeekonomi samt; - att impregnera vid lägre temperatur, lång tid och där tillräcklig mängd alkali ingår i impregneringsvåtskan, i syfte att bibehålla xylanet i cellulosan; - att flisen värms upp i botten av impregneringskärlet för att minska behovet av ànga i toppen av kokaren; - att uppnå en god alkaliprofil för impregneringskärl och kokare; - att separering av delvis förbrukad kokvätska och helt förbrukad kokvätska kan erhållas, så att enbart delvis förbrukad kokvätska användes för svart- lutsimpregneringen där förbrukningen av alkali är hög, samt; - att tillsats av färsk vitlut i kokartoppen förhindras att dras till återvinning med endast kort uppehállstid i systemet, vilket ger hög effektivitet på alkalisats- ningen.

Detta uppnås med ett förfarande i enlighet med patentkravet 1.

Genom föreliggande uppfinning erbjuds ett förfarande vid kontinuerlig kokning av cellulosa i ett tvåkärls kokerisystem där impregneringen äger rum i en im- pregneringsvätska som åtminstone till del består av avdragen delvis förbrukad kokvätska vid koktemperatur från kokaren s.k. svartlut. Förfarandet möjliggör en impregnering vid låga temperaturer i linje med den senaste utvecklingen inom tekniken med svartlutsimpregnering samtidigt som behovet av kylning av svart- luten till impregneringskärlet minskas eller elimineras. Förfarandet minskar eller eliminerar också behovet av värmning i överföringsledningen mellan impregne- ringskärl och kokare, vilket indirekt minskar förbrukningen av ren ànga eller 0401 SE3.doc 20 25 30 527go5s flashånga som därmed kan användas på annat håll, samt minskar behovet av ångtillsättning i kokarens topp för att snabbt höja upp flisens temperatur till kok- temperatur. Totalt sett ger förfarandet en förbättrad värmeekonomi i förhållande till vad som tidigare är känt genom att de energiförluster som ofrånkomligt upp- står vid värmeväxling med ånga, flashning o. dyl. minskar.

Dessutom ger förfarandet en god alkaliprofil för såväl impregnering som kok- ning. Speciellt gäller detta för kokprocesser där skillnaden i restalkalihalt är minst 10 g/l mellan cirkulationsvätskan i returledningen från toppseparatorn till impregneringskärlets botten och avdraget av kokvätska s.k. svartlut från koka- ren till impregneringskärlets övre parti.

Figurbeskrivning Figur 1 visar schematiskt en föredragen utföringsform av ett tvåkärlskokeri där uppfinningen tillämpas.

Detalierad beskrivning av uppfinningen l den följande beskrivningen kommer begreppet svartlut att användas. Med svartlut avses förbrukad eller delvis förbrukad kokvätska som dras av från koka- ren 102 vid en koktemperatur i intervallet 130-160°C, typiskt 140°C och där re- stalkalihalten i kokvätskan är lämpligen mer än 20 g/l. För att karakteriseras som svartlut skall dock avdraget ske tidigast efter 30 minuters kokning, företrä- desvis efter 45 minuter. Fackmannen 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.

Dessutom kommer begreppen återvinning FtECf, återvinning RECtAu, återvin- ning REC2 och återvinning RECtot att användas.

Med REC1 avses här en delmängd av cirkulationsvätskan i returledningen 106 fràn toppseparatorn 105 till impregneringskärlets botten och där denna del- mängd vidarebefordras direkt till återvinning eller alternativt indirekt till återvin- ning via impregnering.

Med REC1ALT avses en alternativ utföringsform till RECl, där en delmängd 0401 SE3.d0c 20 25 30 527 058 5" istället dras från lmpregneringskärlet.

Med REC2 avses här ett vätskeavdrag vilket dras av fràn kokaren 102 och där denna vätska vidarebefordras till återvinning.

Med RECtot avses här den totala mängden av alla vätskor från kokaren 102 som vidarebefordras till återvinning alternativt impregnering.

Slutligen kommer begreppen första restalkalihalt och andra restalkalihalt att nämnas.

Med första restalkalihalt avses här restalkalihalten hos det avdrag delvis förbru- kad kokvätska s.k. svartlut som görs vid en avdragsposition 109 via en av- dragssil 114 till en svartlutsledning 108.

Med andra restalkalihalt avses här restalkalihalten hos det avdrag av cirkula- tionsvätska som görs via toppseparatorn 105 till en returledning 106.

I figur 1 visas schematiskt ett förfarande vid kontinuerligt tvàkärlskokeri för pro- duktion av cellulosamassa där uppfinningen tillämpas och där kokerisystemet innefattar ett impregneringskärl 101 och en kokare 102. Kokaren 102 är av áng/vätskefastyp med en toppseparator 105 på toppen, men uppfinningen kan även tillämpas på ett hydrauliskt kokerisystem med en separering av flis och transportvätska i ett silparti i kokartoppen. lmpregneringskärlet 101 har ett inlopp där flis tillsammans med processvätska (flisfukt, eventuellt kondensat från föregående ångbasning om sådan användes samt viss tillsats av alkali vid justeringsbehov) matas in i kärlet 101 för impreg- nering av flisen vid en förutbestämd impregneringstemperatur, Tlmp_ som ligger i intervallet 100-140°C.

I lmpregneringskärlet 101 är förbrukningen av alkali minst 60kg NaOH per ton ved, och detta kräver en uppehállstid på minst 40 minuter och typiskt i interval- let 40-120 minuter. Det mesta av alkalit förbrukas på att neutralisera den natur- ligt sura flisen samt etablera en alkalisering av hela flisbiten. En mindre del av delignifieringen sker ävenledes under impregneringen men endast försumbar andel av bulkdelignifieringen.

Den impregnerade flisen tillsammans med cirkulationsvätska matas i en överfö- 0401 SE3.doc 20 30 527 058 G ringsledning 103 till toppseparatorn 105 pà kokaren 102. l kokaren 102 kokas flisen vid en förutbestämd temperatur, Tkok, som ligger i intervallet 130-180°C.

För alla kokbetingelser enligt uppfinningen gäller att Timp är minst 20-30°C lägre åfl Tkok.

Då den impregnerade flisen har transporterats i överföringsledningen 103 fràn impregneringskärlet 101 till toppseparatorn 105, dras en del av cirkulations- vätskan av vid toppseparatorn 105 och återförs till impregneringskärlets botten via en returledning 106. Detta avdrag av cirkulationsvätska i returledningen 106 innehar en andra restalkalihalt. Denna andra restalkalihalt är i intervallet 5-10 g/l och direkt lämpligt för att skicka direkt till återvinning. l kokarens topp (efter eller i samband med toppseparatorns utlopp) tillsättes sedan erforderlig mängd vitlut för bulkdelignifieringsfasen. Typisk tillsättes så- dan mängd fârsk alkali(vitlut) att mängden OH' ökar med minst 10 g/l och/eller motsvarande minst 50% av den totala tillsatsen av färsk vitlut för imregnering samt kok. Totalsatsen alkali (alkali både från färsk vitlut samt restalkali i med- följande svartlut) i kokartoppen är större än 100-120 kg NaOH per ton ved.

Frán kokaren 102 görs via minst en avdragssil 114 minst ett avdrag av en delvis förbrukad kokvätska, s.k. svartlut vid en avdragsposition 109 till en svartlutsled- ning 108 och leds till impregneringskärlets 101 övre parti. Svartluten från svart- lutsledningen 108 bidrar till att ett v/v-förhàllande (vätske/ved-förhàllande) över 4, företrädesvis över 5, etableras i impregneringskärlet 101. Detta avdrag svart- lut, håller vid avdragspositionen 109 väsentligen koktemperatur, Tkok och fullt kokartryck, samt innehar en första restalkalihalt. Denna första restalkalihalt är lämpligen högre än 20 g/l. Denna svartlut med en första restalkalihalt, dras av från kokaren efter en uppehällstid pà massan i kokaren på minst 30 minuter, företrädesvis mer än 45 minuter. Mer än 40% av v/v-förhàllandet i impregne- ringskärlet 101 erhålls från denna svartlut i svartlutsledningen 108.

För alla kokbetingelser enligt uppfinningen gäller att den första restalkalihalten i avdraget av het svartlut i svartlutsledningen 108 är minst 10g/l högre, än den andra restalkalihalten i cirkulationsvätskan i returledningen 106. 0401 SE3 .doc 20 25 30 527 058 ål Mellan returledningen 106 och svartlutsledningen 108 är en värmeväxlare 107 anordnad som medger värmeutbyte men ej vätskeutbyte mellan returledningen 106 och svartlutsledningen 108. Efter passage av värmeväxlaren 107 har tem- peraturen på den heta svartluten i svartlutsledningen 108 har efter passage av värmeväxlaren 107 kylts 10-15°C. Temperaturen pà cirkulationsvätskan i retur- ledningen 106 har värmts motsvarande den energimängd som svartluten i svartlutsledningen 108 har kylts.

Temperaturskillnaden i returledningen 106 är liten pà grund av att flödet från cirkulationsvätskan i returledningen 106 i värmeväxlaren 107 är mycket större än flödet av svartlut i svartlutsledningen 108. Typiskt är flödet i returledningen minst 3-5 gånger högre än flödet av flisblandningens flöde ned genom impreg- neringskärlet. Avdragsflödet av svartlut i svartlutsledningen 108 är i sin tur ofta mindre än 50% av flödet av flisblandningen ned genom impregneringskärlet 101. Däremot är temperaturökningen över systemet, dvs höjningen av flistem- peraturen från impregneringskärlet till kokartoppen större sett i hur många °C temperaturen på flisen höjs.

Innan cirkulationsvätskan i returledningen 106 värms vid värmeväxlaren 107 dras mer än 1m3/ton ved till återvinning REC1, och/eller minst 25% av den tota- la mängden som skickas till återvinning RECtot.

Eventuellt kan denna avdragsposition ersättas med en avdragssil 110 i botten pà impregneringskärlet, vilket i sig är en konventionell avdragsposition i äldre tväkärlssystem. l en position i kokaren 102 där massan haft en uppehållstid i kokaren som väl överstiger uppehàllstiden för avdraget av svartlut vid avdragspositionen 109, med minst 60 minuter, görs lämpligen ett vätskeavdrag till återvinning FlEC2 via en avdragssil 115.

Eventuellt kan ytterligare vätskecirkulationer anordnas i kokaren med uppvärm- ning eller justering av kokvätskan, där vissa av dessa kan ha delvis avdrag av förbrukad kokvätska. 0401SE3.doc 10 20 25 30 527 058 Sf Genom användning av värmeväxlaren 107 för att genom direkt värmeutbyte, värma cirkulationsvätskan i returledningen 106 och samtidigt kyla svartluten i svartlutsledningen 108 ästadkoms följande positiva effekter: + Förbättrad värmeekonomi vid givna processbetingelser (tid och temperatur i de olika zonerna) + Flisen i botten pà lmpregneringskärlet värms innan överföringsledningen 103, till följd att mängden ànga för att värma flisen i toppen av kokaren kan reduceras väsentligt.

+ Temperaturen hålls nere under huvuddelen av impregneringen, vilket är gynnsamt för impregnering och reducerar mängden utlöst xylan.

+ Alkaliniväerna på cirkulationsvätskan i returledningen 106 och svartluten i svartlutsledningen 108 är oförändrade efter värmeutbytet mellan de båda, där ena vätskan har en högre alkalihalt samt reducerad temperatur lämpligt för impregneringen och den andra vätskan har en lägre alkalihalt med högre temperatur med primärsyftet att värma upp flisen under den kortare uppe- hàllstiden i överföringssystemet.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsformerna utan flera vari- anter är möjliga inom ramen för patentkraven.

Exempelvis kan en andra kylare sitta anordnad efter värmeväxlaren om behov finns att ytterligare sänka temperaturen pà svartluten. En del av den kylda svartluten kan lämpligen tillsättas redan i inmatningen till lmpregneringskärlet vilket antyds i figur 1 med streckat flöde 112. l detta flöde kan istället en andra kylare 113 installeras.

Avdragssilen 114 kan ävenledes vara flera avdragssilar på olika höjd i kokaren, där restalkalihalten på den erhållna blandningen i avdragsflödet frán dessa sllar bildar den erforderliga "höga" restalkalihalten. 0401SE3.cloc

Claims (1)

20 25 30 527 058 f; PATENTKRAV

1. Förfarande vid kontinuerlig kokning av kemisk massa, där kokerisystemet innefattar ett impregneringskärl (101) och en kokare (102), impregnerings- kärlet (101) matas med en blandning av flis och processvätska, där fiisen först impregneras vid en förbestämd impregneringstemperatur, Timp, varefter den impregnerade fiisen tillsammans med en cirkulationsvätska matas i en överföringsiedning (103) till en toppseparator (105) pá kokaren (102) för att kokas vid en förutbestämd koktemperatur, Tkok, där Timp, är minst 20°C lägre än Tkok, en del av cirkulationsvätskan dras av vid en toppseparator (105) och àterförs till impregneringskärlets botten via en returledning (106), kännetecknat av att fràn kokaren (102) görs ett avdrag av svartlut vid en avdragsposition (109) till en svartlutsledning (108) som håller väsentligen koktemperatur, Tkok, samt väsentligen fullt kokartryck med en första restalkalihalt, att mellan returledningen (106) och svartlutsledningen ( 108) är en vär- meväxlare (107) anordnad som medger värmeutbyte mellan returled- ningen (106) och svartlutsledningen (108) att temperaturen pá svartluten i svartlutsledningen (108) har efter passa- ge av värmeväxlaren (107) kylts 10-15°C, att innan cirkulationsvätskan i returledningen (106) värms vid värmeväx- laren (107) dras från denna cirkulationsvätska till återvinning (REC1) mer än 1m3/ton ved, och/eller minst 25% av totalavdraget till àtervinningen (RECtot); att svartluten i svartlutsledningen (108) efter passage av värmeväxlaren (107) leds till impregneringskärlets övre parti och att denna kokvätska bi- drar till att ett v/v-förhàllande över 4, företrädesvis över 5, etableras i im- pregneringskärlet (101), att mer än 40% av v/v-förhàllandet i impregneringskärlet (101) erhålls fràn svartluten i svartlutsledningen (108), att cirkulationsvätskan i returledningen (106) har en andra restalkalihalt, att första restalkalihalten är minst 10g/l högre än andra restalkalihalten och där förbrukningen av alkali i impregneringskärlet är minst 60kg NaOH per ton ved. 0401SE3.doc 20 25 527 058 /Û . Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n at a v att den första restalkalihalten är högre än 20 g/l. . Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n at a v att den första restalkalihalten dras av från kokaren efter en upphällstid pà massan i koka- ren på minst 30 minuter, företrädesvis mer än 45 minuter. _ Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n at a v att den andra restalkalihalten ligger i intervallet 5-10 g/l. . Förfarande enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n at a v att flisen under impregneringen ges en uppehållstid på minst 40 minuter och wpiskt i inter- vallet 40-120 minuter i impregneringskärlet. . Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n at a v att vitlut tillsätts i toppen av kokaren, vilken vitlutstillsats ökar mängden OH' med minst 10 g/l och/eller motsvarar minst 50% av den totala tillsatsen av vitlut för impregnering samt kok. . Förfarande enligt nàgot av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n at a v att ett vätskeavdrag till återvinning (REC2) från kokaren (102) görs i en posi- tion där massan hatten uppehållstid i kokaren som överstiger uppehållsti- den för avdraget av svartlut vid avdragspositionen (109), med minst 60 mi- nuter. 0401SE3.doc