CN101408007A - 采用化学药品增强洗涤法的水解和煮解木屑的双容器反应器***和方法 - Google Patents

Abstract

一种反应器容器***，包括：第一反应器容器，具有水解产物和液体提取筛，在所述提取筛上方的第一区，其保持在促进所述纤维素材料中水解反应的条件，在所述提取筛下面的第二区，在所述第二区中，所述水解基本上被抑制，和洗涤液入口，在所述提取筛下面，在低于水解温度的温度下提供洗涤液；输送管道，具有结合到所述第一反应器容器的入口和结合到第二反应器容器的出口，并且所述第二反应器容器包括液体排出端，所述液体排出端从所述第二反应器容器提取部分液体，并且将所述部分液体引导到所述第一反应器容器或引导到所述输送管道。

Description

采用化学药品增强洗涤法的水解和煮解木屑的双容器反应器***和方法

本申请要求2007年5月23日递交的美国临时申请序列号No.60/939,718的权益，其全文通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于纤维素纤维材料水解处理的方法和设备。

背景技术

在传统***中，木屑(或其他纤维素或纤维材料)在引导到例如蒸煮器等第二容器之前在第一反应器容器中进行水解。在美国专利4,174,997(′997专利)中描述了一种这样的传统***。在第一反应器容器中，经过所述容器的木屑浆的水解在酸性条件下进行。在第一反应器容器中，水解产物，例如戊糖和己醣等糖，从木屑提取出，并且回收水解产物。纤维材料从所述第一反应器容器的底部排出，并且通过输送管道输送到例如蒸煮器等第二反应器容器的顶部，用于纤维素材料的蒸煮处理。

在传统的***中，如在′997专利中描述的，水解在整个第一反应器容器中进行。木屑浆引入第一反应器容器的顶部，并且从所述容器的底部排出。通过将例如150摄氏度(℃)的热水引导到容器底部，并且将蒸汽引导到容器顶部对容器加热。另外，添加酸性溶液来促进水解，特别在材料低于150℃的温度下。热水在容器中向上流动，其与向下流动的纤维材料逆向。热水和蒸汽将足够的热供给材料来维持整个容器中的水解。

在一些传统***中，蒸煮化学药品，例如白液，引入到第一反应器容器底部，并且引入用于将木屑浆从第一反应器容器输送到第二反应器容器的输送管道。蒸煮化学药品向第一反应器容器底部的注入使得开始渗透第一反应器容器底部中的纤维素材料的纤维，但是同时水解反应仍在进行。在将蒸煮化学药品引入纤维素材料时进行水解是不期望的。

发明内容

已经开发出一种新颖的用于制浆***的水解***。例如木屑等纤维素材料在第一反应器容器(水解反应器)的上部区中进行水解。水解优选在容器中的材料处于150℃到约175℃之间的温度下，更优选在160℃到170℃之间的温度下进行。水解优选在容器中的材料处于1到6的pH值，并且更优选处于3到4的pH值的情况下进行。水解产物和液体通过提取筛从水解反应器去除。

在提取筛下面，凉洗涤液向上流经水解反应器中的洗涤区到达提取筛。凉洗涤液抑制提取筛下面的纤维素材料中的水解反应。基本上所有水解优选在水解反应器中的提取筛上方进行。凉洗涤液优选具有比水解温度低10℃到70℃的温度，更优选具有比水解温度低20℃到50℃的温度，最优选具有比水解温度低25℃到35℃的温度。凉洗涤液优选具有3到7的pH值，并且最优选具有4到5的pH值。而且，凉洗涤液优选主要包括水，并且可包括添加的化学药品，所述化学药品量为流经容器的浆中例如木材等纤维素材料量的0.01％到5％。添加的化学药品的量最优选为浆中纤维素材料量的0.1％到1％。添加到凉洗涤水中的化学药品可以是氢氧化钠(NaOH)或基本上无硫白液的任一种或两种，以制备凉洗涤液。

已经开发出一种反应器容器***，包括：第一反应器容器，具有接收纤维素材料的材料输入端和用于所述纤维素材料的材料排出端，其中，所述纤维素材料从所述材料输入端流经所述第一反应器容器到达所述材料排出端；在所述第一反应器容器中的水解产物和液体提取筛；所述第一反应器容器的第一区，在所述材料输入端和所述液体提取筛之间，其中，所述第一区保持在促进所述纤维素材料中水解反应的条件；热能输入端口，用于将加热的液体添加到所述第一区中或所述第一区上方的所述纤维素材料；所述第一反应器容器的第二区，在所述液体提取筛和所述材料排出端之间，在所述第二区中，所述水解基本上被抑制；洗涤液入口端口，用于将所述提取筛下面并且流经所述第二区的洗涤液引导到所述提取筛，其中，所述洗涤液在第一水解温度的温度下引入，并且所述洗涤液抑制所述第二区中的水解；输送管道，具有结合到所述第一反应器容器的所述材料排出端的入口，和结合到第二反应器容器的出口，其中，所述纤维素材料从所述材料排出端流经所述输送管道到达所述第二反应器容器，并且所述第二反应器容器将蒸煮溶液应用到所述第二反应器容器中的所述纤维素材料，并且所述第二反应器容器包括液体排出端，所述液体排出端提取来自所述第二反应器容器的一部分液体，并且将所述部分液体引导到所述第一反应器容器的下部入口或所述输送管道中的至少一个。

一种闪急槽，可接收从所述第一反应器容器的提取筛提取的液体，并且在所述第一容器区或所述第一容器区上方将蒸汽提供到所述容器。所述闪急槽还可将水解产物排出到水解产物回收***。

已经开发出一种反应器容器***，包括：第一反应器容器，具有接收纤维素材料的上部材料输入端，和用于所述纤维素材料的底部材料排出端，其中，所述纤维素材料从所述材料输入端流经所述第一反应器容器到达所述材料排出端；在所述第一反应器容器中的水解产物和液体提取筛；所述第一反应器容器的上部区，在所述材料输入端和所述液体提取筛之间，其中，所述上部区保持在或高于水解温度，在所述水解温度下，水解反应在所述纤维素材料中进行；热能输入端口，用于将加热的液体引导到所述第一反应器容器的上部区中的所述纤维素材料；所述第一反应器容器的下部区，在所述液体提取筛和所述底部材料排出端之间，在所述下部区中，所述水解基本上被抑制；洗涤液入口端口，在所述第一反应器容器的下部区，用于将充足的洗涤液引导到所述容器，以便所述洗涤液向上流经所述下部区到达所述提取筛，其中，所述洗涤液在第一所述水解温度的温度下引入，并且所述洗涤液冷却并且抑制在所述反应器容器的第二区中的所述水解反应；输送管道，具有结合到所述第一反应器容器的所述材料排出端的入口，和结合到所述第二反应器容器的出口，其中，所述纤维素材料从所述底部材料排出端流经所述输送管道到达所述第二反应器容器的上部入口，并且所述第二反应器将蒸煮溶液应用到所述第二反应器容器中的所述纤维素材料，并且所述第二反应器容器包括液体排出端，所述液体排出端从所述第二反应器容器提取溶液，并且将所述部分液体引导到所述第一反应器容器的下部入口或者所述输送管道中的至少一个。

已经开发出一种用于将纤维素材料转变成纸浆的处理***，所述***包括：第一加压反应器容器，在高于大气压的压力下操作，所述第一反应器容器包括接收纤维素材料的材料输入端和用于所述材料的材料排出端，其中，所述纤维素材料从所述材料输入端流到所述材料排出端；热能输入端口，在所述第一反应器容器的上部；所述第一反应器容器的第一区，在所述材料输入端和液体提取筛之间，其中，所述第一区保持在纤维素材料中至少170摄氏度的水解温度；所述提取筛具有用于从所述第一容器提取水解产物和液体的出口，和所述第一反应器的第二区，在所述液体提取筛和所述排出端之间，在所述第二区中，温度低于所述水解温度，并且所述水解反应器基本上被抑制，以及在所述第二区下面的所述第一容器排出端；所述处理***还包括输送管道，将流动导管从所述排出端提供到连续的煮解容器，并且所述连续的煮解容器接收从所述第一反应器容器排出的所述纤维素材料。

已经开发出一种从纤维素材料制备纸浆的方法，包括：将纤维素材料引入第一反应器容器中的上部入口；通过向容器增加压力和热能，将所述第一反应器容器的上部区中的所述纤维素材料水解；通过所述第一反应器容器中所述上部区下面的提取筛从所述纤维素材料中提取水解产物；将洗涤液引导到所述第一反应器容器的下部区，其中所述洗涤液抑制所述下部区中的纤维素材料的水解，并且所述洗涤液向上流经所述纤维素材料到达所述提取筛；将所述纤维素材料从所述第一反应器容器的下部出口排出；将所述排出的纤维素材料引导到第二反应器容器，和将蒸煮溶液引入所述第二反应器容器的顶部，以煮解所述纤维素材料来制备纸浆。

已经开发出一种抑制纤维素材料水解的方法，包括：将纤维素材料引导到第一反应器容器的上部入口中，其中，所述材料向下移动经过所述容器；将高于大气压的蒸汽增加到所述第一反应器容器；将所述第一反应器容器的上部区中的所述纤维素材料保持高于水解温度；通过所述第一反应器容器中所述上部区下面的提取筛从所述纤维素材料中提取水解产物；将所述提取筛下面的所述纤维素材料冷却到低于所述水解温度的温度，和将所述纤维素材料从所述第一反应器容器的底部出口排出。

附图说明

图1是具有木屑供给、水解反应器和连续蒸煮器反应器的连续制浆***的示意图。

具体实施方式

在双反应器容器***中，蒸汽出于加热和加压目的引入到两个容器的顶部。水解在所述第一反应器容器顶部中的提取筛上方进行。当在所述第一容器的顶部引入的木屑或其他纤维素或纤维材料(总称为纤维素材料)经过所述容器并且到达该容器下部提取端口时，在所述第一反应器容器中的提取筛去除水解产物。

所述纤维素材料在第一反应器容器中在所述提取筛下面进行洗涤。洗涤液在所述第一反应器容器的底部引入，并且向上流到所述提取筛。洗涤液可以只是水或与一种或多种化学药品混合的水，所述化学药品例如为氢氧化钠(NaOH)和基本上无硫的白液。所述第一容器的直径可在所述提取筛上方和下面一致。从所述第一反应器容器的提取端口排出的纤维素材料引导到第二反应器容器的顶部，所述第二反应器容器可以是蒸煮器容器。纤维素材料在第二反应器容器中蒸煮来生成纸浆，所述纸浆从所述第二反应器容器的下部提取端口排出。

在第一反应器容器中，纤维素材料在所述容器的下部进行洗涤，以从所述材料去除水解产物。在所述第一容器的下部中的洗涤使用在低于水解温度的温度下的洗涤液进行。洗涤液温度优选比水解温度低10℃到70℃，更优选比水解温度低20℃到50℃，最优选比水解温度低25℃到35℃。洗涤液将纤维素材料冷却到正常水解温度的温度。凉洗涤液从纤维素材料冲刷掉残余的水解产物，将纤维素材料的温度降低到低于水解温度，并且将第一反应器容器中的纤维素材料的pH值在所述材料在第二反应器容器中蒸煮之前调节到接近或稍微高于中性(pH值为7)。

凉洗涤液优选具有3到7的pH值，并且更优选具有4到5的pH值。将凉洗涤液的pH值保持在这些范围中可防止或最小化在第二反应器容器的蒸煮化学药品中溶解的木质素的沉积。洗涤液可包括添加的化学药品，例如NaOH和基本上无硫的白液，以提高从第一容器中的纤维素材料提取的水解产物的量。将洗涤液而不是大量的白液引入所述第一反应器容器的底部可减少第一容器中木质素的沉积，如果大量的白液加入所述第一反应器容器的底部，则可能发生第一容器中木质素的沉积。

第二反应器容器可以是连续的蒸煮容器，例如水汽或蒸汽相蒸煮器。水汽或蒸汽相蒸煮器的使用将避免由在水解过程中的气体形成造成的第二反应器容器顶部中的操作问题。第一和第二反应器容器可以基本上直立，具有至少100英尺的高度、在容器上部中的入口和靠近容器底部的排出端。增加到反应器容器的热能可以是在高于大气压下的加压的蒸汽。

图1是具有第一反应器容器10(水解反应器)和例如连续纸浆蒸煮器的第二反应器容器12的示例性木屑供给和纸浆处理***的示意图。所述第一反应器容器包括倒置的顶部分离器14，其通过木屑供给管道33接收来自传统木屑供给组件15的纤维素材料浆和液体。

木屑供给组件15可包括连接到双螺丝木屑尺18和木屑斜槽20的木屑舱16，例如Andritz Inc.出售的

木屑舱。热水24通过管道26添加到木屑斜槽20中的木屑或其他纤维素材料，以形成纤维素材料浆。液体调配箱22将水供到木屑管。水也可通过管道23直接供到木屑斜槽。

从顶部分离器14排出并且提取到管道27的分离液体可与热水混合(参见阀25)。混合物流经管道26到达调配箱22，并且通过管道23到达木屑斜槽20。从顶部分离器14排出的液体和热水24的混合物使用阀25来控制到低于纤维素材料的正常水解温度，例如170℃的温度。水和从顶部分离器排出的液体的温度优选在100℃到120℃范围中的温度。通过暂时存储水和来自顶部分离器的溶液的混合物，调配箱22可用于提供用于形成纤维素浆的水和液体混合物的温度控制。例如，温度控制可通过调节从顶部分离器流经管道27到达调配箱的液体和热水24在调配箱中的相对量来提供。

为了将木屑供到第一反应器容器，纤维素材料浆通过一个或多个泵32(例如Andritz Inc.出售的

***，和美国专利5,752,075；6,106,668；6,325,890；6,551,462；6,336,993和6,841,042中描述的泵)泵送到第一反应器容器的顶部分离器14。其他浆供给***，例如使用高压供给器的供给***也可使用。

第一反应器容器10可根据容器中的压力和温度的一个或两者来控制。压力控制可通过使用经蒸汽管道74的蒸汽控制流或添加到第一反应器容器的惰性气体来控制。第一反应器容器中的气态上部区45在木屑柱上部水平面44的上方。

来自气相的压力有助于将纤维素纤维材料向下推动，并且在第一容器底部56排出端从第一容器排出。在第一反应器容器10中，潜在压力加上静压头应比在第二反应器容器12中更高，以有助于将从第一反应器容器排出的纤维素材料输送到第二反应器容器。如果在第二反应器容器中，潜在压力加上静压头更大，则可在两个容器之间使用木屑泵来将材料从第一容器泵送到第二容器。

蒸汽72在高于正常水解温度，例如170℃的温度下供给，以使水解能够在第一反应器容器中的纤维素浆中进行。蒸汽以至少部分促进第一反应器容器中水解的控制方式添加。蒸汽通过在第一反应器容器顶部或靠近第一反应器顶部的管道74和68添加，从而到达容器的气相45。引入第一反应器容器的蒸汽将纤维素浆的温度提高到正常水解温度或高于正常水解温度，例如高于150℃。

供到第一反应器容器中倒置的顶部分离器14的纤维素材料浆可具有过量的液体，以利于流动通过输送管道33。一旦在容器中，则当浆经过顶部分离器14时，过量的液体被去除。从分离器去除的过量的液体通过管道27返回到木屑供给***，例如返回到木屑斜槽20，并且再次引导到浆料，来将纤维素材料输送到第一容器顶部。热液体可在第一反应器容器的顶部分离器14和气相45处或靠近顶部分离器14和气相45添加。添加的液体可以是热水24(管道***未显示)或从第一反应器容器中的提取筛48提取并且流经管道31到达第一反应器容器顶部的热液体。

顶部分离器14将木屑或其他固体纤维素材料排出到第一反应器容器的液相(在上部木屑柱44的下面)。顶部分离器例如通过旋转的垂直螺杆将所述材料从倒置的分离器14顶部推入气相。推出的材料可下落经过容器中的气相45，并且落到第一反应器容器中盛装的达纤维素材料和液体的上部木屑柱44。第一反应器容器10的气相中和上部区中的温度(如果存在这样的相)在正常水解温度下或高于正常水解温度，例如在170℃或高于170℃。纤维素材料浆逐渐下落经过第一反应器。当材料经过所述容器时，新的纤维素材料和液体从顶部分离器添加到上表面。

水解在第一反应器容器10的上部区46中进行，所述第一反应器容器中温度保持在正常水解温度或高于正常水解温度。通过添加酸，水解将在更低的温度下进行，例如低于150℃，但是仅使用水和来自第一反应器容器顶部分离器的循环液体，则优选水解在高温下进行，例如高于150℃到170℃。水解将基本上仅在提取筛48上方，或一组不同高度的提取筛48上方的上部区46中进行。

当纤维素材料向下移动通过容器10，经过提取筛48时，为了阻止水解，材料的温度降低到低于水解温度，或者通过提取筛48将纤维素材料中的酸从第一反应容器去除。降低温度和从纤维素材料去除酸可一起使用或单独使用来抑制并且优选阻止水解。

水解产物为水解的产物。水解产物通过提取筛48同洗涤液和一些其他液体一起被去除，并供到管道29，且流到闪急槽30。水解产物、洗涤液和其他提取液可回收或再循环到木屑供给***。从第一反应器容器10提取的并且引导到闪急槽30的管道29中的液体包括从第一反应器容器提取的水解产物。闪急槽30将水解产物汲取液从蒸汽分离。来自闪急槽的液体优选在低于水解温度的温度下，并且更优选低于110℃。具有水解产物的液体从闪急槽流到管道28，并且蒸汽可通过管道68返回到第一反应器容器10的上部气相。一部分水解产物通过传统的水解产物回收***70回收。

蒸汽68可引入容器，特别是如果容器中的压力低于闪急槽中的压力。如果容器的压力不低于闪急槽的，则蒸汽可引导到木屑舱，在该过程中使用的用于水和/或白液的加热器。美国专利7,105,106和美国专利公开物2007-0000626中描述了蒸汽和/或提取液的类似循环。

来自闪急槽30的液体，包括一部分水解产物，流经管道28，71，到达木屑斜槽20中的木屑浆，并且经由管道73，到达液体调配箱22。添加到木屑斜槽20中木屑浆的具有水解产物的液体量可控制来避免木屑浆pH值的过多改变，例如，避免使浆变得过于呈碱性或过于呈酸性。液体到木屑斜槽20中的纤维素材料的添加有助于将木屑浆材料通过木屑泵32并且通过在木屑斜槽20和第一反应器容器10的顶部分离器14之间延伸的木屑浆管道33输送。

逆流洗涤区54在容器10中提取筛48下面。所述逆流洗涤区54为在提取筛48下面并且在所述容器底部56上方的容器10下部区。流经洗涤区的洗涤液50冷却流经洗涤区的纤维素材料，以消除或至少最小化在洗涤区54中向下移动的木屑流的继续水解。洗涤液优选低于水解温度10℃到70℃，更优选低于水解温度20℃到50℃，最优选低于水解温度25℃到35℃。

洗涤液50在逆流方向流动，例如为向上流，到达第一反应器容器中纤维素材料的向下流。凉洗涤液50从连接到第一反应器容器10底部的管道52泵送到洗涤区的底部。管道52中的洗涤液压力足够来使洗涤液以向下流经容器的纤维素材料方向的逆流形式向上(参见表示为50的箭头)流经第一反应器容器10。洗涤液在提取筛48处去除。

在引导到容器10底部之前，化学药品82，例如NaOH或基本上无硫的白液，可通过管道84添加到流经管道52的凉洗涤水。添加到洗涤液中的化学药品的量可以是流经容器的浆中的纤维素材料，例如木材的量的0.01％到5％。添加的化学药品量优选为纤维素材料的0.1％到1％。化学药品添加到洗涤水来抑制水解和去除水解产物，并且可选地调节洗涤液的pH值。如果洗涤液是纯水，则会出现这样的现象：化学药品添加到洗涤水导致基本上更多的水解产物从流经洗涤区的纤维素材料提取出。

当洗涤液50与洗涤区中和在提取筛48处或上方的纤维素材料相互作用时，所述液体将纤维素材料冷却到低于水解温度，并且将一些化学材料从所述材料洗涤出。优选地，凉洗涤液降低提取筛48附近和洗涤区54中的纤维素材料的温度，以抑制和阻止材料中的水解反应。另外，当水解的纤维素材料移动到提取筛48下面时，优选所述材料在木质素不溶解的pH值水平。洗涤液和洗涤液中的化学药品量可使洗涤区54中的纤维素材料的pH值水平调节在预定的pH值范围内。

洗涤的木屑通过第一反应器容器的底部56排出，并且通过木屑输送管道62传送到第二反应器容器12的顶部分离器57，例如倒置的顶部分离器，所述第二反应器容器12例如为连续蒸煮器。泵64可选地用于辅助通过管道62从第一反应器容器将纤维素材料输送到第二反应器容器。木屑中残留的水和其他液体可用于增加流经管道62的纤维素材料中液体与木屑的比率，以有助于通过管道60输送所述材料，并且输送到第二反应器容器的顶部分离器56。

来自管道58的其他液体可添加到输送管道62中的纤维素材料浆，或者通过管道61添加到第一反应器容器的底部。所述其他液体可从第二反应器容器12的顶部分离器57提取。所述其他液体可通过泵送(通过泵59)并且经由管道58和61再循环到第一容器的底部56。管道58中的液体可直接引导到管道62中的纤维素材料的排出蒸汽中，或者经由管道61引导到第一反应器容器的底部56，作为用于辅助木屑从第一容器排出的一部分液体。阀63将液流从泵59和管道58引导到管道61或输送管道62。从第二容器的顶部分离器57再循环的液体将相对而言没有碱性材料，并且pH值控制可调节来确保再循环液体在引入第一反应器容器10的底部或输送管道62之前具有可接受的pH值水平。

酸可添加到循环管道62来辅助从第一反应器容器输送到第二反应器容器的纤维素材料的pH值控制。如果木屑输送管道62中的纤维素材料的pH值在期望的pH值水平之上，则将酸性化学药品添加到管道62中或添加到第一反应器容器的底部56可用于降低纤维素材料中的pH值。

pH值监控器78可用于感测从第一反应器容器流到第二反应器容器的纤维素材料的pH值水平。如果监控器78检测到纤维素材料中的pH值水平高于期望的pH值范围，则控制器可使酸性化学药品添加到在第一容器10的底部56中或在输送管道62中的纤维素材料。另外，如果监控器78检测到pH值水平高于期望的pH值范围，则控制器可使其他洗涤水引入第一容器的底部56或引导到管道62。

来自闪急槽30，66的蒸汽可经由管道68用于将热增加到木屑供给***16、第一反应器容器和热回收***90的任一个。例如，从第一反应器容器10提取的蒸汽可增加到木屑舱16来辅助制备纤维素材料浆，并且用于控制浆中液体对木材的比率。在将蒸汽增加到木屑供给***之前，可检查蒸汽来确定其基本上无硫。优选地，不含硫的化学药品添加到纤维素材料或添加到引入第一反应器容器10的任何其他材料或液体。在第一反应器容器10中的硫可能不利地形成容器10，12中和从提取筛48提取的液体中的硫化合物。

其他蒸汽72可通过管道74添加到第一反应器容器10的顶部，并且添加到第二反应器容器12的顶部。其他蒸汽可为反应器容器提供热能。

蒸煮化学药品，例如，白液76，添加到第二反应器容器12的顶部，例如添加导倒置的顶部分离器57。这些蒸煮化学药品的一部分可引导到从顶部分离器57提取溶液并且将液体添加到第一反应器容器的底部或添加到木屑输送管道62的循环管道58。白液76添加到第二反应器容器12的顶部分离器，以促进分离器中溶液与纤维素材料的混合，并且在材料和溶液的混合物从分离器排出到第二反应器容器之前进行。

循环管道58的监控，包括pH值监控器，可能对确定蒸煮化学药品不从第二反应器容器12流到第一反应器容器10或流到输送管道62很有用。循环管道58中的pH值将保持在pH值4到pH值10的范围中，优选地保持在6到10的范围中，更优选地保持在6到8的范围中。如果循环管道58中的pH值高，则其他凉的洗涤水50可添加到第一反应器容器的底部56或添加到输送管道62。洗涤水50可添加到第一反应器容器的底部或添加到输送管道62来辅助将纤维素材料浆从第一容器推到第二反应器容器的顶部。

第二反应器容器12可以是加压气相连续蒸煮器容器。第二反应器容器中的液体高度低于容器中的气相，并且足够多来整个浸没纤维素材料例如木屑等固体。第二反应器容器中的液体高度可以与顶部分离器57的上部边缘一样高。该高的液体高度可有助于提供蒸煮化学药品到木屑的快速和完全的渗透。第二容器中的蒸煮是共流的。

第二反应器容器12，例如蒸煮或煮解容器，可以是具有多个阶段的单容器***，其中，经过第一阶段(上部高度)的纤维素材料处于比在其他阶段(下部高度)的纤维素材料更低的温度。木屑一引导到蒸煮溶液中，则可选的蒸煮或蒸煮器操作应用于蒸煮纤维素材料。而当蒸煮过程通过第二反应器容器进行时，其他可选的蒸煮或蒸煮器操作是，当纤维素材料引导到蒸煮溶液时，蒸煮所述纤维素材料，并且在不同的温度下蒸煮所述材料。例如，第二反应器容器可具有多个不同高度的蒸煮区，并且每一个区保持在不同的蒸煮温度。

热回收***90和方法为传统方法，并且在纸浆设备中公知。例如，来自循环蒸汽的热，例如来自闪急槽66的热可在热交换器或其他这样的热回收***90中回收。从闪急槽回收的热还可用于预加热引导到第二反应器容器的顶部的液体，例如洗涤过滤液80和白液76。该液体预加热可通过使用热交换器从闪急槽提取热并且将热传递到液体来实现。

虽然本发明已经关于目前被认为是最实用和优选的实施例进行了描述，但是应理解，本发明没有限制到所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种改进和等同布置。

Claims (56)

1.一种反应器容器***，包括：

第一反应器容器，具有接收纤维素材料的材料输入端和用于所述纤维素材料的材料排出端，其中，所述纤维素材料从所述材料输入端流经所述第一反应器容器到达所述材料排出端；

在所述第一反应器容器中的水解产物和液体提取筛；

所述第一反应器容器的第一区，在所述材料输入端和所述液体提取筛之间，其中，所述第一区保持在促进所述纤维素材料中水解反应的条件；

所述第一反应器容器的第二区，在所述液体提取筛和所述材料排出端之间，在所述第二区中，所述水解基本上被抑制；

洗涤液入口端口，用于将所述提取筛下面并且流经所述第二区的洗涤液引导到所述提取筛，其中，所述洗涤液在第一水解温度的温度下引入，并且所述洗涤液抑制所述第二区中的水解；

输送管道，具有结合到所述第一反应器容器的所述材料排出端的入口，和结合到第二反应器容器的出口，其中，所述纤维素材料从所述材料排出端流经所述输送管道到达所述第二反应器容器，并且

所述第二反应器容器将蒸煮溶液应用到所述第二反应器容器中的所述纤维素材料，并且所述第二反应器容器包括液体排出端，所述液体排出端提取来自所述第二反应器容器的一部分液体，并且将所述部分液体引导到所述第一反应器容器的下部入口或所述输送管道中的至少一个，并且

其中，所述洗涤液为氢氧化钠和基本上无硫白液中的至少一种和水的混合物。

2.根据权利要求1所述的反应器容器***，其中，氢氧化钠和基本上无硫白液中的所述至少一种在流经所述容器的所述纤维素材料量的0.01％到5％范围中。

3.根据权利要求1所述的反应器容器***，其中，水解在150℃到175℃范围中的温度下在所述容器中进行。

4.根据权利要求1所述的反应器容器***，其中，所述水解在1到6的pH范围中在所述容器中进行。

5.根据权利要求3所述的反应器容器***，其中，所述洗涤液比所述水解温度低10℃到70℃。

6.根据权利要求1所述的反应器容器***，其中，所述洗涤液具有3到7范围中的pH值。

7.根据权利要求1所述的反应器容器***，还包括在所述第二反应器容器中的顶部分离器，并且所述提取的液体部分从所述顶部分离器提取。

8.根据权利要求1所述的反应器容器***，还包括监控所述输送管道中所述纤维素材料浆pH值水平的pH值监控器。

9.根据权利要求1所述的反应器容器***，还包括闪急槽，接收从所述提取筛提取的液体，并且在所述第一容器区或所述第一容器区上方将蒸汽提供到所述第一反应器容器。

10.根据权利要求9所述的反应器容器***，其中，所述闪急槽具有液体排出端，所述液体排出端为所述***的木屑供给组件提供液体。

11.一种反应器容器***，包括：

第一反应器容器，具有接收纤维素材料的上部材料输入端，和用于所述纤维素材料的底部材料排出端，其中，所述纤维素材料从所述材料输入端流经所述第一反应器容器到达所述材料排出端；

在所述第一反应器容器中的水解产物和液体提取筛；

所述第一反应器容器的上部区，在所述材料输入端和所述液体提取筛之间，其中，所述上部区保持在或高于水解温度，在所述水解温度下，水解反应在所述纤维素材料中进行；

热能输入端口，用于将加热的液体引导到所述第一反应器容器的上部区中的所述纤维素材料；

所述第一反应器容器的下部区，在所述液体提取筛和所述底部材料排出端之间，在所述下部区中，所述水解基本上被抑制；

洗涤液入口端口，在所述第一反应器容器的下部区，用于将充足的洗涤液引导到所述容器，从而所述洗涤液向上流经所述下部区到达所述提取筛，其中，所述洗涤液在低于所述水解温度的温度下引入，并且所述洗涤液冷却并且抑制在所述反应器容器的下部区中的所述水解反应；

输送管道，具有结合到所述第一反应器容器的所述材料排出端的入口，和结合到所述第二反应器容器的出口，其中，所述纤维素材料从所述底部材料排出端流经所述输送管道到达所述第二反应器容器的上部入口，并且

所述第二反应器容器包括应用到所述纤维素材料的蒸煮溶液，并且所述第二反应器容器包括液体排出端，所述液体排出端从所述第二反应器容器提取溶液，并且将所述部分液体引导到所述第一反应器容器的下部入口或者所述输送管道中的至少一个，并且

其中，所述洗涤液为氢氧化钠和基本上无硫白液中的至少一种和水的混合物。

12.根据权利要求11所述的反应器容器***，其中，氢氧化钠和基本上无硫白液中的所述至少一种在流经所述容器的所述纤维素材料量的0.01％到5％的范围中。

13.根据权利要求11所述的反应器容器***，其中，水解在150℃到175℃范围中的水解温度下在所述容器中进行。

14.根据权利要求11所述的反应器容器***，其中，水解在pH值为1到6的范围中进行。

15.根据权利要求11所述的反应器容器***，其中，所述洗涤液比所述水解温度低10℃到70℃。

16.根据权利要求11所述的反应器容器***，其中，所述洗涤液具有3到7范围中的pH值。

17.根据权利要求11所述的反应器容器***，还包括在所述第二反应器容器中的顶部分离器，并且所述提取的液体部分从所述顶部分离器提取。

18.根据权利要求11所述的反应器容器***，还包括监视所述输送管道中所述纤维素材料浆pH值水平的pH值监控器。

19.根据权利要求11所述的反应器容器***，还包括闪急槽，接收从所述提取筛提取的液体，并且将蒸汽在所述第一容器区或所述第一容器区上方提供到所述第一反应器容器。

20.根据权利要求19所述的反应器容器***，其中，所述闪急槽具有液体排出端，所述液体排出端为所述***的木屑供给组件提供液体。

21.一种处理***，用于将纤维素材料转变为纸浆，所述***包括：

第一加压反应器容器，在高于大气压的压力下操作，所述第一反应器容器包括：

接收纤维素材料的材料输入端和用于所述材料的材料排出端，其中，所述纤维素材料从所述材料输入端流到所述材料排出端；

热能输入端口，在所述第一反应器容器的上部；

所述第一反应器容器的第一区，在所述材料输入端和液体提取筛之间，其中，所述第一区保持在纤维素材料中至少150摄氏度的水解温度；

所述提取筛具有用于从所述第一容器提取水解产物和液体的出口，和

所述第一反应器的第二区，在所述液体提取筛和所述排出端之间，在所述第二区中，温度低于所述水解温度，并且所述水解反应器基本上被抑制，和

在所述第二区下面的所述第一容器的排出端；

输送管道，将流动导管从所述排出端提供到连续的煮解容器，和

所述连续的煮解容器，接收从所述第一反应器容器排出的所述纤维素材料。

22.根据权利要求21所述的处理***，还包括洗涤液输入端，输入到所述第一加压反应器容器，并且在所述提取筛下面，其中，所述洗涤液输入端连接到洗涤液源，并且所述洗涤液包括氢氧化钠和基本上无硫白液中的至少一种，氢氧化钠和基本上无硫白液中的至少一种的量在流经所述容器的所述纤维素材料量的0.01％到5％的范围中。

23.根据权利要求21所述的处理***，其中，所述洗涤液具有在3到7范围中的pH值。

24.根据权利要求21所述的处理***，其中，所述水解温度在150℃到175℃范围中。

25.根据权利要求21所述的处理***，其中，在所述第一反应器容器中的所述第一区中的纤维素材料具有1到6范围中的pH值。

26.根据权利要求21所述的处理***，其中，在所述第一反应器的所述第二区中的温度在比所述水解温度低10℃到70℃的范围中。

27.根据权利要求21所述的处理***，其中，所述第一反应器容器基本竖直，具有至少100英尺的高度，所述入口在所述容器的上部中，并且所述排出端靠近所述容器的底部。

28.根据权利要求21所述的处理***，其中，所述第一反应器容器的所述热能输入端口接收高于大气压的蒸汽。

29.根据权利要求21所述的处理***，还包括闪急槽，接收从所述提取筛提取的液体，将蒸汽在所述第一容器区或高于所述第一容器区提供到所述第一反应器容器，并且将水解产物排出到水解产物回收***。

30.根据权利要求29所述的处理***，还包括在所述第二区下部的洗涤液入口，其中，所述洗涤液入口结合到凉洗涤液源。

31.根据权利要求21所述的处理***，其中，所述洗涤液源包括氢氧化钠和基本上无硫白液中的至少一种的源和凉洗涤液源，其中，所述氢氧化钠和基本上无硫白液的量不超过洗涤液中水的5％体积百分比。

32.一种从纤维素材料制备纸浆的方法，包括：

将纤维素材料引入第一反应器容器中的上部入口；

通过向容器增加压力和热能，将所述第一反应器容器的上部区中的所述纤维素材料水解；

从通过所述第一反应器容器中所述上部区下面的提取筛的所述纤维素材料提取水解产物；

将洗涤液引导到所述第一反应器容器的下部区，其中所述洗涤液抑制所述下部区中的纤维素材料的水解，并且所述洗涤液向上流经所述纤维素材料到达所述提取筛；

将所述纤维素材料从所述第一反应器容器的下部出口排出；

将所述排出的纤维素材料引导到第二反应器容器，和

将蒸煮溶液引入所述第二反应器容器的顶部，以煮解所述纤维素材料来制备纸浆。

33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述洗涤液包括一定量的氢氧化钠和基本上无硫白液的至少一种，所述量在流经所述第一反应器容器的纤维素材料量的0.01％到5％范围中。

34.根据权利要求32所述的方法，其中，所述水解在150℃到175℃范围中的水解温度下进行。

35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述洗涤液比所述水解温度低10℃到70℃。

36.根据权利要求32所述的方法，其中，所述水解在所述纤维素材料具有1到6范围中的pH值时进行。

37.根据权利要求32所述的方法，其中，所述洗涤液具有在3到7范围中的pH值。

38.根据权利要求32所述的方法，其中，所述上部区中的所述纤维素材料保持在高于水解温度的温度，以促进水解，并且所述下部区中的所述纤维素材料保持在低于所述水解温度至少10摄氏度的温度。

39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述水解温度至少为170摄氏度。

40.根据权利要求32所述的方法，还包括从所述第二反应器容器提取液体，和将所述提取的液体引入所述第一反应器容器的下部区。

41.根据权利要求40所述的方法，还包括监控所述提取溶液的pH值，并且如果所述监控的pH值超过预定pH值水平，则增加到所述下部区的洗涤液流。

42.根据权利要求32所述的方法，还包括将蒸汽增加到所述第一反应器容器以将所述容器加压，和向所述容器增加热能。

43.根据权利要求32所述的方法，其中，所述洗涤液为氢氧化钠和基本上无硫白液中的至少一种和水的混合物，其中，所述氢氧化钠和白液的量不超过所述洗涤液中的所述水的5％体积百分比。

44.一种抑制纤维素材料水解的方法，包括：

将纤维素材料引导到第一反应器容器的上部入口中，其中，所述材料向下移动经过所述容器；

将高于大气压的蒸汽增加到所述第一反应器容器；

将所述第一反应器容器的上部区中的所述纤维素材料保持高于水解温度；

从通过所述第一反应器容器中所述上部区下面的提取筛的所述纤维素材料中提取水解产物；

将所述提取筛下面的所述纤维素材料冷却到低于所述水解温度的温度，和

将所述纤维素材料从所述第一反应器容器的底部出口排出。

45.根据权利要求44所述的反应器容器***，其中，所述冷却步骤包括在所述提取筛下面添加洗涤液，并且所述洗涤液包括一定量的氢氧化钠和基本上无硫白液中的至少一种，所述量在流经所述第一反应器容器的纤维素材料的所述量的0.01％到5％的范围中。

46.根据权利要求44所述的反应器容器***，其中，所述水解温度在150℃到175℃的范围中。

47.根据权利要求46所述的反应器容器***，其中，所述冷却步骤包括在所述提取筛下面将洗涤液添加到所述第一反应器容器，其中，所述洗涤液比所述水解温度低10℃到70℃。

48.根据权利要求46所述的反应器容器***，其中，所述洗涤液具有3到7范围中的pH值。

49.根据权利要求44所述的反应器容器***，其中，所述水解步骤在所述纤维素材料处于pH值范围为1到6中时进行。

50.根据权利要求44所述的方法，其中，冷却所述纤维素材料包括将洗涤液引导到所述第一反应器容器的下部区，并且使所述洗涤液向上流动到达所述提取筛。

51.根据权利要求44所述的方法，其中，所述洗涤液为氢氧化钠和基本上无硫白液的至少一种和水的混合物。

52.根据权利要求44所述的方法，其中，所述氢氧化钠和白液的量不超过所述洗涤液中的所述水的5％体积百分比。

53.根据权利要求44所述的方法，其中，所述水解温度为至少170摄氏度。

54.根据权利要求44所述的方法，还包括将从所述第一反应器容器的底部出口排出的所述纤维素材料引导到通到第二反应器容器的入口，从所述第二反应器容器提取容液，并且将所述提取的溶液引导到所述第一反应器容器的下部区。

55.根据权利要求54所述的方法，还包括监控所述提取溶液的pH值，并且如果所监控的pH值超过预定pH值水平，则向所述下部区增加洗涤液流。

56.根据权利要求44所述的方法，还包括将蒸汽增加到所述第一反应器容器以将所述容器加压，和向所述容器增加热能。

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