SE506458C2 - Kontinuerlig kokning av cellulosahaltigt material med värmeväxling mellan kokaravdrag och cirkulerande kokvätska - Google Patents

Description

506 458 10 l5 20 25 30 35 Koktemperaturen i kokarens kokzoner är typiskt omkring l60°C och den från kokaren avdragna avluten har således denna koktemperatur. Enligt föreliggande uppfinning utnyttjas den energi, som frigöres, när temperaturen sänkes ner till typiskt omkring 90°C, på ett sådant sätt att den kan recirkuleras in i processen utan kylning för generering av varmvatten, eftersom varje joule av på detta sätt bortförd energi kräver en motsvarande joule av tillförd energi på ångsidan.

Uppfinningen kommer att förklaras närmare i det följande med hänvisning till bifogade ritningar.

Figur l-3 visar schematiskt olika anläggningar för genom- förande av en kokprocess enligt uppfinningen.

Den i figur 1 schematiskt visade anläggningen för kokning av cellulosahaltigt fibermaterial, t.ex. flis, innefattar en flisficka l, ett vertikalt impregneringskärl 2 och en vertikal kokare 3. Flisen matas in i flisfickan l, som även fungerar som basningskärl, via en ledning 4, och làgtrycksånga tillföres genom en ledning 5 för att upp- värma flisen och minska dess innehåll av luft. Från flis- fickan 1, i vilken atmosfärtryck råder, faller flisen ner i ett stup 8 via en flismätare 6 och lågtryckskik 7. En högtryckskik 9 är monterad vid stupets 8 nedre ände. Låg- trycksànga tillföres även stupet 8 via en ledning 75.

Mellan flisfickan l och impregneringskärlet 2 finns en toppcirkulation, som innefattar en inmatningsledning 10 och en returledning ll. Högtryckskiken 9 är försedd med en rotor med fickor, varvid en ficka alltid är i läg- trycksposition för att stå i öppen förbindelse med stupet 8 och en annan ficka alltid samtidigt är i högtrycksposi- tion för att stå i öppen förbindelse med impregnerings- kärlet 2 via den nämnda inmatningsledningen 10, som är ansluten till toppen av impregneringskärlet 2. Den nämnda 10 15 20 25 30 35 506.458 returledningen ll, som är försedd med en pump (ej visad), sträcker sig från impregneringskärlets 2 övre del till högtryckskiken 9 för retur av impregneringsvätska, som avskiljes med en i impregneringskärlet 2 anordnad topp- separator (ej visad). När en fylld rotorficka kommer i högtrycksläge, dvs. i direkt förbindelse med toppcirkula- tionen, spolas den ren av returvätskan från returled- ningen ll och suspensionen av flis och impregne- ringsvätska matas in i toppen av impregneringskärlet 2 via inmatningsledningen 10.

Impregneringskärlet 2 har en avdragssil 46 för avdragning av avlut, som ledes till indunstning via en ledning 70.

Mellan impregneringskärlet 2 och kokaren 3 finns en över- föringscirkulation, som innefattar en inmatningsledningv 12 och en returledning 13. Inmatningsledningen 12 2 sträcker sig frán botten av impregneringskärlet 2 till toppen av kokaren 3, där en sil 60 finns anordnad får att separera en viss mängd kokvätska, som cirkuleras tillbaka till botten av impregneringskärlet 2 via returledningen 13, som är försedd med en pump 14. Medeltrycksånga till- föres toppen av kokaren 3 via en ledning 59.

Inom sitt mittre parti har kokaren 3 en avdragssil 15 för avdragning av avlut, t.ex. gvartlut, via en ledning 16, som förgrenar sig i en första grenledning 17 och eníandra grenledning 18 för uppdelning av svartluten i första och andra strömmar som kan vara lika eller i huvudsak lika I stora. Den första grenledningen 17 är förbunden med det nedre ändpartiet av impregneringskärlet 2, varvid den har en ledningsdel 61, som ansluter sig till utloppet 62, och en ledningsdel 63, som ansluter sig till impregnerišgs- kärlet 2 vid ett ställe något ovanför utloppet 62. Den andra grenledningen 18 är indirekt ansluten till impreg- neringskärlet 2 via ett avspänningssystem och nämnda toppcirkulation. 506 458 10 15 20 25 30 35 Vid kokarens 3 botten tillföres varm tvättvätska via en ledning 19. Tvättvätskan har en temperatur som normalt är under l0O°C och allmänt ligger mellan 70°C och 90°C. Den delignifierade flisen utmatas genom en ledning 20 för fortsatt behandling.

Ovanför kokarens avdragssil 15 råder medströmsförhållan- den, medan det nedanför densamma och räknat från nivån för tillförsel av tvättvatten via ledningen 19 och uppåt råder motströmsförhàllanden.

Färsk kokvätska, dvs. vitlut, satsas vid olika ställen av processen, nämligen till toppcirkulationen 10, ll via en ledning 21 och till överföringscirkulationen 12, 13 via en ledning 22 samt även till kokarcirkulationerna, t.ex. via en ledning 64.

Kokaren har en bottencirkulation, som innefattar en första sil 23, en huvudledning 24, en pump 25 för matning av cirkulationsvätska genom huvudledningen 24 och en vär- meväxlare 26, som via en ledning 27 matas med ånga för att höja den genom värmeväxlaren 26 passerande cirkula- tionsvätskan till koktemperatur. Huvudledningen 24 inne- fattar ett centralrör 28, som sträcker sig nedåt genom kokaren 3 och har sin mynning belägen i anslutning till den första silen 23.

Bottencirkulationen innefattar dessutom en andra sil 29 och en ledning 30, som sträcker sig från den andra silen 29 till huvudledningen 24, till vilken den ansluter sig vid ett ställe beläget före huvudledningens 24 värmeväx- lare 26. En pump 31 är anordnad i ledningen 30 för att mata cirkulationsvätska från den andra silen 29 till huvudledningen 24. Den andra silen 29 är anordnad under den första silen 23, och avståndet mellan silarna 23, 29 är lämpligen det minsta möjliga såsom visas i figur 1. 10 15 20 25 30 35 CH CD Ö\ åh (H CU Vidare är en värmeväxlare 32 anordnad i ledningen 30 för att höja temperaturen på den genom ledningen 30 cirku- lerande vätskan som avdrages från den andra silen 29. För detta ändamål är den nämnda andra grenledningen 18 för svartlut ansluten till den sistnämnda värmeväxlaren 32 för att överföra en del av sitt värmeinneháll till den genom ledningen 30 cirkulerande vätskan. Den andra gren- ledningen 18 är därefter ansluten till en ytterligare värmeväxlare 40, till vilken nämnda ledning 22 för vitlut är ansluten för att höja vitlutens temperatur. En sådan uppvärmd vitlut kan tillföras bottencirkulationens led- ningar 24, 30 före deras värmeväxlare 26, 32 via led- ningen 64 och dess ledningsdelar 65, 66. Efter att ha passerat värmeväxlaren 40 kan temperaturen på svartluten i grenledningen 18 höjas med en lämplig mängd av svartlut frán den första grenledningen 17 via en med en ventil försedd ledning 76.

Den andra grenledningen 18 är ansluten till ett avspän- ningssystem, som vid den i figur 1 visade utföringsformen innefattar en första avspänningscyklon 33, som med en ledning 34 är ansluten till flisfickan 1 för tillförsel av den avspänningsànga som frigöres i avspänningscyklonen 33, och med en ledning 35 är ansluten till en andra avspänningscyklon 36, som i sin tur med en ledning 37 är ansluten till returledningen ll och med en ledning 38 till botten av flisfickan 1 för tillförsel av den avspän- ningsànga som frigöres i den andra avspänningscyklonen 36. I den första avspänningscyklonen 33 avspännes svart- luten till något under atmosfärtryck, medan avspänning sker i den andra avspänningscyklonen 36 vid ett under- tryck som är lägre än i den första avspänningscyklonen 33, varvid en termokompressor 39 är anordnad i ångled- ningen 38 för att trycka upp ångan till väsentligen samma tryck som i den första avspänningscyklonen 33. Terpentin- haltig ånga avledes från flisfickan l via en ledning 44, som är ansluten till en kondensor 45 och en fläkt 67. Via 506 458 10 15 20" 25 30 35 en ledning 68 tillföres kylvatten till kondensorn 45 och den så kondenserade terpentinen avledes via en led- ning 69.

Vid den i figur 2 visade utföringsformen är den andra grenledningen 18 ansluten till ett avspänningssystem, som innefattar endast en avspänningscyklon 41, som med en ledning 43 är ansluten till flisfickan 1 för tillförsel av den avspänningsånga som frigöres i avspänningscyklonen 41 och med en ledning 42 är ansluten till returledningen ll. Trycket i flisfickan l är i detta fall något lägre än i flisfickan enligt figur l.

Vid den i figur 3 visade utföringsformen för hantering av den andra strömmen av svartlut från kokarens avdrag är grenledningen 18 för denna andra ström av svartlut kopp- lad direkt till toppcirkulationens returledning ll. En önskad förhöjd temperatur erhålles på detta sätt i toppen av impregneringskärlet. Från impregneringskärlets av- dragssil 46 avdrages en svartlut med högt värmeinnehàll som skall utnyttjas för att uppvärma flisen vid inmat- ningsstället. I detta fall innefattar avspänningssystemet första och andra seriekopplade avspänningscykloner 47, 48, varvid avdragssilen 46 är ansluten till den första avspänningscyklonen 47 med en ledning 49. Avspänd svartlut från den första avspänningscyklonen 47 ledes via en ledning 51 till den andra avspänningscyklonen 48 och från denna till indunstning via en ledning 52. Avspän- ningsànga från den första avspänningscyklonen 47 ledes via en ledning 53 till en àterkokare 50, medan avspän- ningsànga från den andra avspänningscyklonen 48 ledes till en återkokare 54, i vilken en blandning av luft och ånga i förutbestämda proportioner skapas, varvid luft och vatten tillföres ovanifràn via en ledning 71. Den först- nämnda àterkokaren 50 tillföres hetvatten via en ledning 72 och bildat kondensat avledes till den nämnda återkoka- ren 54 via en ledning 73. Från återkokaren 50 ledes ånga 10 15 ' 20 25 30 35 nn <9 Ja rn oo till flisfickan 1 via en ledning 74. Avspänningsánga från den andra avspänningscyklonen 48 ledes till âterkokaren 54 via an ledning 77. 1 denna aterkokara 54 avdunstas vatten vid en temperatur som väsentligt understiger _ lO0°C, medan trycket tack vare luftinblandningen håiles vid atmosfärtryck eller något därunder. Den i återkokaren 54 bildade blandningen av luft och ånga ledes via en ledning 55 till det övre partiet av flisfickan 1 för att däri skapa en zon med en blandning av luft och ånga vid atmosfärtryck, varvid en ledning 56 är ansluten till den motsatta sidan av flisfickan 1 inom nämnda zon för att I avleda luft till atmosfären. Blandningen av luft och ånga strömmar genom flisfickan 1 under avgivning av ånga till flisen. En terpentinhaltig vätska avlägsnas från återko- karen 54 och överföres via en ledning 57 till en apparat 58 för utvinning av terpentin.

Följande exempel anger väsentliga processbetingelser för de beskrivna anläggningarna.

Fuktig flis med en temperatur av O°C inmatas i flisfickan 1 i en mängd av 4.280 kg/ADt, varvid vattenhalten är 50%. via ledningarna s, 75 tillföras fliaan 311 kg anga/ánt, som motsvarar en energimängd av 851 MJ/ADt.

För att inställa önskad koktemperatur l60°C i den inle- dande medströmszonen tillföres via ledningen 59 _ medeltrycksånga i en mängd av 4 kg/ADt motsvarande en energimängd av 12 MJ/ADt.

Den avlut i form av svartlut som avdrages genom avdrags- silen 15 har således en temperatur av 160°C och dess vär- meinnehàll ned till ca 90°C skall utnyttjas på ett sådant sätt att energin kan återföras till processen utan sådan kylning som genererar varmvatten. Mängden svartlut som avdrages från kokaren 3 är enligt detta exempel omkring ll ton per ton massa och detta avdrag uppdelas i två 506 458 10 15 20 25 30 35 ungefärligen lika stora strömmar, nämligen en första ström av 5,201 ton per ton massa och en andra ström av 5,865 ton per ton massa. Den första strömmen 5,201 ton per ton massa ledes via grenledningen 17 till botten av impregneringskärlet 2 via ledningsdelen 61 till utloppet 62 och via ledningsdelen 63, varvid i det sistnämnda fallet svartlut föres i motström till avdragssilen 46.

Den till kokarens topp överförda flisen kommer därvid att ha en temperatur som är mycket nära koktemperatur och endast mycket små mängder ånga i form av mellantrycksànga behöver tillsättas i toppen av kokaren 3 via ledningen 59. Den överförda flisens temperatur är vid detta exempel l44°C och nämnda ångmängd är 4 kg/ADt såsom angivits OVaÛ .

I bottencirkulationen cirkuleras i huvudledningen 24 in till kokaren totalt omkring 8 ton vätska per ton massa, varvid lika stora flöden uttages via den övre silen 23 och den nedre silen 29. Den genom den övre silen 23 uttagna kokvätskan har en temperatur av l53°C, medan den genom den nedre silen 29 uttagna kokvätskan har en tempe- ratur av l25°C. Den sistnämnda kokvätskan höjs till en temperatur av l57°C, då den värmeväxlas mot svartlut i värmeväxlaren 32. De två separat uttagna kokvätskorna värmeväxlas sedan mot mellantrycksånga (l90°C) i värme- växlaren 26 till koktemperatur, dvs. l60°C. För detta ändamål tillföres mellantrycksånga i en mängd av 86 kg/ADt, vilket motsvarar en energimängd av 238 MJ/ADt.

Tvättvattnet som tillföres vid kokarens botten via led- ningen 19 har en temperatur av 90°C. Den andra strömmen av svartlut som passerar värmeväxlaren 32 avger värme så att den sänker sin temperatur till 130°C. Denna svartlut värmeväxlas därefter mot vitlut i värmeväxlaren 40 så att vitlutens temperatur höjs från 90°C till 127°C, medan den utgående svartluten får en temperatur av ll2°C. 10 15 20 25 30 35 506 458 Vid utföringsformen enligt figur 1 matas den andra ström- men av svartlut med en temperatur av l12°C till den första avspänningscyklonen 33 för att avspänna till ett svagt undertryck (78 kPa) och därefter till den andra avspänningscyklonen 36 för att avspänna till ett ännu lägre undertryck (55 kPa), varefter svartluten, vars tem- peratur sänkts först till 94°C och slutligen till 8533, ledes in i toppcirkulationen 11, 10. De till flisfickan 1 överförda avspänningsàngorna har en temperatur av ca 94%I respektive ca 85°C. I flisfickan införes làgtrycksánga (l40°C) för att höja temperaturen pà flisen till mätt- nadstemperatur. Den genom avdragssilen 46 avdragna svart- luten, som har en temperatur av 89°C, överföres till en indunstningsanläggning. Vid detta exempel tillföres såle- des ánga utifrån i en total mängd av 401 kg/ADt, vilket motsvarar en energimängd av 1.101 MJ/ADt fördelat pà 851 MJ/ADt till flisfickan 1 och stupet 8, 12 MJ/ADt till toppen av kokaren 3 och 238 MJ/ADt till bottencirkulatio- nens värmeväxlare 26.

Vid utföringsformen enligt figur 2 matas den andra ström- men av svartlut med en temperatur av l12°C till den enda avspänningscyklonen 41 för att avspänna till ett under- tryck och därefter till toppcirkulationen med en tempera- tur av 9l°C. Den bildade avspänningsàngan, som har en temperatur av ca 91°C överföres till basningen, som sker vid ett tryck av ca 69 kPa. Den från impregneringskärlet avdragna svartluten, som har en temperatur av 89°C, över- föres till indunstningsanläggningen. Vid detta exempel tillföres ånga utifrån i en total mängd av 373 kg/Afit, vilket motsvarar en energimängd av 975 MJ/ADt fördelat på 697 MJ/ADt till flisfickan 1 och stupet 8, 88 MJ/ADt till toppen av kokaren 3 och 190 MJ/ADt till bottencirkula- tionens värmeväxlare 26.

Vid utföringsformen enligt figur 3 matas den andra ström- men av svartlut med en temperatur av l22°C till returled- 506 458 10 15 20 25 30 35 10 ningen ll av toppcirkulationen. Temperaturen i toppen av impregneringszonen är 110°C och stiger genom reaktions- värme till ll9°C. Genom avdragssilen 46 avdrages en svartlut med en temperatur av ll9°C för att passera avspänningscyklonerna 47, 48, innan den överföres till en indunstningsanläggning med en temperatur av 9l°C. De två erhållna avspänningsångorna har en temperatur av ca lll°C resp. ca 90°C. Avspänningsångan från den första avspän- ningscyklonen 47 ledes till återkokaren S0, där den kon- denserar vid lll°C och genererar ny ånga med en tempera- tur av lO7°C, som ledes till flisfickan 1 vid dess nedre parti, medan avspänningsångan från den andra avspännings- cyklonen 48 med en temperatur av 90°C ledes till åter- kokaren 54 för att där generera ånga, som blandas med luft för erhållande av en blandning med en temperatur av 84°C, varvid blandningen innehåller ungefär lika delar luft och ånga vid atmosfärtryck (àngans partialtryck är 0,5 vid 82°C). Luft~ång-blandningen strömmar genom flis- fickan l vid en övre eller inledande zon, varvid luften sedan strömmar ut genom ledningen 56 med en temperatur av omkring 20°C. Nästan all ånga kondenserar i den inmatade flisen. På detta sätt överföres värme vid 84°C indirekt från svartluten till flisen via avspänningsångan och luft-ång-blandningen, utan att varken vakuum eller kompressor behöver användas. Vid detta exempel tillföres ånga utifrån i en total mängd av 355 kg/ADt, vilket mot- svarar en energimängd av 981 MJ/ADt fördelat på 220 MJ/ADt till flisfickan 1 och stupet 8, 494 MJ/ADt till toppen av kokaren 3 och 267 MJ/ADt till bottencirku- lationens värmeväxlare 26.

De värmebalanser som ställts samman för de beskrivna anläggningarna visar, att det är möjligt att minska externt tillförd värmeenergi i form av primärånga från 2,3 GJ/ADt enligt konventionellt tillvägagångssätt till 0,97 GJ/ADt enligt det genom uppfinningen föreslagna sättet, dvs. en minskning till mer än hälften. 5065458 ll Sättet enligt uppfinningen kan utföras vid koktempera- turer som ligger inom intervallet l45°-l70°C. Avlutens temperatur efter att denna sänkts på beskrivet sätt för att utnyttja dess värmeinnehàll kan ligga inom interval- let 80°-l00°C. Den mängd svartlut som avdrages från koka- ren kan uppgå till 9-12 ton per ton massa.

Claims (11)

0-1 o 10 15 20 25 30 35 O\ LH 12 P A T E N T K R A V

1. l. fibermaterial, omfattande basning av fibermaterial, Sätt vid kontinuerlig kokning av cellulosahaltigt impregnering i ett impregneringskärl (2) av fibermateria- let med impregneringsvätska, som innefattar färsk kok- vätska och avlut, avdragning av avlut från impregne- ringskärlet (2), kokning av det impregnerade fibermate- rialet i en kokare (3) vid en förutbestämd koktemperatur i ett flertal kokzoner innefattande en inledande med- ströms kokzon och en avslutande motströms kokzon, avdrag- ning av avlut från kokaren (3) vid ett ställe mellan nämnda medströms och motströms kokzoner, överföring av åtminstone en huvuddel av nämnda kokaravlut till minst ett ställe uppströms kokaren, cirkulation av kokvätska i en bottencirkulation inom nämnda motströms kokzon, värm- ning av den cirkulerande kokvätskan genom minst en värme- växling, samt tillförande av tvättvätska till kokarens (3) botten, del (18) av den nämnda huvuddelen av kokaravdrag (16), kännetecknat av att åtminstone en innan den överföres till nämnda ställe uppströms kokaren (3), vätskan i nämnda bottencirkulation. värmeväxlas (32) mot åtminstone en del (30) av kok-

2. nämnda Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att huvuddel av kokaravdraget (16) uppdelas i en ström (17), kokaren (3), (32) mot kokvätska i nämnda bottencirkulation och första som ledes till minst ett ställe upp- ströms och en andra ström (18), som värme- växlas som därefter överföres till minst ett ställe beläget upp- ströms impregneringskärlets ställe (46) för avdragning av avlut.

3. vid vilket kokvätska i nämnda bottencirkulation avdrages genom en första sil (23) och Sätt enligt krav 2, cirkuleras genom en huvudledning (24) och centralrör (28), kännetecknat av att kokvätska i nämnda 10 15 20 25 30 35 CF 13 bottencirkulation även avdrages genom en andra sil (29), som är belägen under den nämnda första silen (23), och ledes till nämnda huvudledning (24) via en ledning (30) och en värmeväxlare (32) för att värmeväxla nämnda andra ström (18) av kokaravlut mot kokvätskan som avdrages genom den nämnda andra silen (29).

4. Sätt enligt krav 3, kännetecknat av att ånga (27) värmeväxlas (26) mot kokvätska, som avdragits genom båda silarna (23, 29) efter att kokvätska, som avdragits genom den andra silen (29), värmeväxlats (32) mot nämnda andra ström (18) av kokaravlut och därefter sammanförts med den kokvätska som avdragits genom den första silen (23).

5. Sätt enligt något av kraven 2-4, k ä n n e t e c k n a t a'v att den andra strömmen (18) av kokaravdrag, efter att den värmeväxlats mot kokvätska i nämnda bottencirku- lation, värmeväxlas (40) mot färsk kokvätska (22). 7

6. Sätt enligt krav 5, kännetecknat av att en del (76) av den första strömmen (17) av kokaravdrag :till- föres den andra strömmen (18) av kokaravdrag efter att i den sistnämnda värmeväxlats (40) mot färsk kokvätska (22). Z

7. Sätt enligt något av patentkraven 1-6, känna-í- 4 att färsk køkvätska (54) tillföras nämnda bottencirkulation. tecknat av

8. Sätt enligt något av kraven 1-7, kännetecknat av' att den nämnda andra strömmen (18) av kokaravlut ledes till en första avspänningscyklon (33) för att avspänna till något under atmosfärtryck och därefter till en andra avspänningscyklon (36) för att avspänna mot ett undertryck som är lägre än i den första avspänningscvklo- nen (33), varefter luten ledes till toppen av impregne- 506 458 10 l5 zlo 25 30 35 14 ringskärlet (2), och att de bildade avspänningsàngorna användes i samband med nämnda basning av fibermaterialet. (Figur 1).

9. Sätt enligt något av kraven l-7, kännetecknat awz att den nämnda andra strömmen (18) av kokaravlut ledes till en avspänningscyklon (41) för att avspänna till något under atmosfärtryck och därefter till toppen av impregneringskärlet (2), och att den bildade avspän- ningsàngan användes i samband med nämnda basning av fibermaterialet. (Figur 2).

10. Sätt enligt något av kraven l-7, kännetecknat av' att den nämnda andra strömmen (18) av kokaravlut ledes till toppen av impregneringskärlet (2) och att nämnda avlut, som avdrages fràn impregneringskärlet (2), avspännes i första och andra avspännihgscykloner (47, 48) innan den ledes till indunstning, att avspänningsànga från den första avspänningscyklonen (47) användes för nämnda basning av fibermaterialet, att basningen utföres i en flisficka (1), som har en inledande zon för genom- strömning av en luft-äng-blandning (55), som framställes i en àterkokare (54), och att nämnda àterkokare (54) betjänas av avspänningsànga från den andra avspännings- cyklonen (48). (Figur 3).

11. ll. Sätt enligt krav 10, kännetecknat av att en terpentinhaltig vätska avlägsnas ur nämnda àterkokare (54) och överföres till en apparat (58) för utvinning av terpentin.