SE0501366L - Förfarande och system för att mata cellulosaflis till ett högtryckssystem för kontinuerlig kokning - Google Patents

Abstract

Förfarande för att mata cellulosahaltigt fibermaterial till ett behandlingskärl med högt tryckomfattande: att trycksätta ett làgtrycksflöde av det fiberhaltiga materialet i en högtrycksöverföringsanordning; att mata ut ett högtrycksflöde av det fiberhaltiga materialet frånöverföringsanordningen till en rörledning som fluidkommunicerar med behandlingskärlet;att mata ut ett làgtrycksflöde av fluid och fiberhaltigt material fràn överföringsanordningen;att nedströms från överföringsanordningen trycksätta det utmatade lågtrycksflödet; och attsammanföra det trycksatta Iågtrycksutflödet med det utmatade högtrycksflödet; och attöverföra det sammanförda flödet till behandlingskärlet.

Description

Förfarande och system för att mata cellulosaflis till ett högtryckssystem för konti-nuerlig kokning Uppfinningens bakgrund Denna uppfinning avser ett förfarande och ett system för att mata finfördelat cellulosahal-tigt fibermaterial (”flis") till ett behandlingskärl, såsom en kontinuerlig kokare.

Reaktionen mellan kokningskemikalier och finfördelat cellulosahaltigt fibermaterial för attframställa en kemisk massa kräver temperaturer i området mellan 140 och 180 graderCelsius (°C). Eftersom de vattenhaltiga kemikalierna som används för behandling av ma-terialet kokar vid sådana temperaturer utförs kommersiell kemisk massakokning typiskt iett tryckfast kärl, t.ex. en kontinuerlig kokare, under ett tryck som är minst ca. 10 bar (un-gefär 150 psi). För att upprätthålla detta tryck, speciellt då man utför en kontinuerlig kok-process, höjer en högtrycksmatare (HPF, high pressure feeder) trycket hos flissuspensio-nen som kommer in i kärlet, t.ex. en kokare, till en trycknivå som ligger vid eller övertrycket i kärlet för att säkra att man inte mister trycket då materialet införs i tryckkärlet.

Föreliggande uppfinning avser ett överföringssystem för att mata flis till en kontinuerlighögtryckskokare och/eller till andra högtryckssystem för flisbehandling. Högtryckssystemför flisbehandling omfattartypiskt en HPF, såsom visas i US-patentet 6,669,410. HPF-mataren tar emot en suspension av finfördelat cellulosahaltigt fibermaterial vid lågt tryck(”flissuspension") och ger ut en flissuspension vid högt tryck. Högtryckssuspensionen ärlämplig för att införas i en kontinuerlig kokare, ett basningskärl för flis, och till andra flisbe-handlingssystem med högt tryck.

Högtrycksmatare innehåller typiskt en inkapslad rotor som fungerar som medel för attöverföra en materialsuspension från ett lågt tryck till ett högt tryck, medan den även fun-gerar såsom en ventil för att förhindra tryckförlust. Rotorn har en kammare för att överförasuspension vid lågt tryck till en ström med högt tryck. En HPF har i allmänhet ett stationärthus med en lågtrycks ingångsport vid dess övre ände (positionen 12:00), en lågtrycks ut-gångsport vid dess nedre ände (positionen 6:00), en högtrycks ingångsport vid en förstasida (positionen 9:00) och en högtrycks utgångsport vid den motsatta sidan (positionen3:00). En rotor i matarhuset öppnar turvis paret av lågtrycks ingångs- och utgångsportar-na, och öppnar sedan paret av högtrycks ingàngis- och utgångsportarna. Lågtrycksportar-na är inte öppna medan högtrycksportarna är öppna och vice versa. Då lågtrycks ingångs-och utgångsportarna är öppna kommer en ny volym med flissuspension in i rotorkamma-ren och en del vätska förs ut genom utgången. Då rotorn öppnar högtrycksingången och - utgången kommer vätska vid högt tryck in och spolar flissuspensionen i rotorkammaren utgenom högtrycksutgången och in i en högtrycksrörledning.

Den övre porten (12:00) i HPF-matarens matarhus är den ingàngsport där en suspensionav flis och vätska förs in i mataren. Den övre porten har traditionellt varit ingången för flis-suspension vid lågt tryck. På grund av pumpmatningen som kännetecknar systemet LO-LEVELTM Feed System, marknadsfört av Andritz Inc. i Glens Falls, N.Y., kan emellertid dettrycksatta suspensionsflödet från suspensionspumpen föras till en sådan lågtrycksingång iHPF-mataren som befinner sig på ett ställe bestämt av installationen. Den pumpmatadesuspensionen kan föras till en port som fysiskt befinner sig överst, på någondera sidan,vid bottnen av HPF-mataren, eller även till en port som befinner sig i en lutande vinkel,d.v.s. med någon önskad riktningsvinkel.

Då suspensionen med lågt tryck införs till HPF-matarens lågtrycksingång kommer en ellerflera av de genomgående fickorna i den roterande rotorn att ta emot suspensionen. HPF-matarens lågtrycksutgång befinner sig på den motsatta sidan från lågtrycksingången. Dåsuspensionen förs in i lågtrycksingången och den första änden till en av de genomgåendefickorna kommer suspensionen att strömma in i lrotorfickan och mot en andra och motsattände av fickan, i detta fall mot den lägre änden av fickan, och mot lågtrycksutgången.HPF-matarens lågtrycks utgångsport är typiskt försedd med ett silelement , t.ex. med ettsilelement av typen med gjutna horisontella stänger (se t.ex. silelementet i US-patentet5,443,162). Detta silelement håller tillbaka suspensionens flis inom matarens rotor ochtillåter en del av suspensionens vätska att passera ut genom fickans andra ände och utgenom silen. Den utmatade vätskan från lågtrycksutgången har tidigare återförts till flis-suspensionens flöde i flismatarsystemet vid ett läge som ligger uppströms från HPF-mataren. En svårighet med silen för lågtrycksutgången är att en del flis passerar genomsilen. Dessa flis är då inte tillgängliga för vidare behandling i kokaren.

Flisen som förs in i HPF-kokarens rotorficka, inklusive de flis som silelementet håller till-baka, transporteras vidare genom rotorns rotation. Efter en typisk rotation av ett fjärdedelsvarv hos rotorn kommer den första änden av fickan som tidigare kommunicerade medlågtrycksingången att kommunicera med HPF-matarens högtrycksutgång. Högtrycksut-gången kommunicerar typiskt via en eller flera rörledningar med ingången till kokaren, an-tingen en kontinuerlig kokare eller en satsvis kokare. Samtidigt kommer rotorns rotationäven att placera den andra änden i den genomgående fickan, som just kommunicerademed lågtrycksutgången, så att den kommunicerar med högtrycksingången. Högtrycksin-gången tar typiskt emot ett flöde av högtrycksvä1:ska från en hydraulisk högtryckspump.Trycket hos denna vätska ligger typiskt i området ca. 5 - 15 bar, och är typiskt ca. 7 - 10 bar. Denna högtrycksvätska tränger undan suspensionen av flis och vätska ur dengenomgående fickan och ut genom högtrycksutgånen on slutligen till kokarens ingång.

Då rotorn fortsätter att rotera kommer fickans andra ände, som tog emot högtrycksväts-kan, sedan att placeras så att den kommunicerar med lågtrycksingàngen och tar emot enannan sats av suspension från rörledningen som anslutits till lågtrycksingàngen. På sam-ma sätt kommer fickans första ände att rotera så att den kommunicerar med husetslågtrycksutgång, där silelementet finns. Den ovan beskrivna processen kommer sedan attupprepas så att under ett helt varv hos rotorn kommer varje genomgående ficka att taemot och mata ut två satser av flis och vätska. Ftotorn innehåller typiskt åtminstone två,typiskt fyra genomgående fickor, så att rotorn upprepade gånger tar emot suspension frånlågtrycksingàngen och matar ut suspension genom högtrycksutgången. Änderna i dessafickor fungerar både såsom ingång för suspension och såsom utgång, beroende på ro-torns orientering.

En svårighet har uppstått i och med att vissa HPF-matare fungerar med relativt höga ro-torhastigheter. Svårigheten ligger i att för stora mängder flis tenderar att samlas på silenoch gå genom den intill HPF-huset vid lågtrycksutgången (positionen 6:00). Flisen i rör-ledningen vid lågtrycksutgången går inte till flisbehandlingsprocessen och kan stocka sig iIutbehandlingsutrustningen som tar emot lågtrycksutgången från HPF-mataren.

Uppfinningens sammandrag Här presenteras ett förfarande för att mata cellulosahaltigt fibermaterial till ett behand-lingskärl med högt tryck omfattande: att trycksåt1:a ett lågtrycksflöde av det fiberhaltigamaterialet i en högtrycks överföringsanordning; att mata ut ett högtrycksflöde av det fiber-haltiga materialet från överföringsanordningen till en rörledning som fluidkommunicerarmed behandlingskärlet; att mata ut ett lågtrycksfllöde av fluid och fiberhaltigt material frånöverföringsanordningen; att nedströms från överföringsanordningen trycksätta det utma-tade lågtrycksflödet; och att sammanföra det trycksatta lågtrycksutflödet med det utmata-de högtrycksflödet. l en andra utföringsform presenteras ett förfarande för att mata cellulosahaltigt fibermate-rial till ett behandlingskårl med högt tryck omfattande: att trycksätta ett lågtrycksflöde avdet fiberhaltiga materialet i en överföringsanordning med högt tryck; att mata ut etthögtrycksflöde av det fiberhaltiga materialet från överföringsanordningen till en rörledningsom fluidkommunicerar med behandlingskärlet; :att extrahera lut från suspensionen av detfiberhaltiga materialet i behandlingskärlet; att införa en del av den extraherade luten till enhögtrycksingång i högtrycksöverföringsanordningen; och att införa en andra del av den extraherade luten till fibermaterlalets lågtrycksflöde uppströms från överföringsanordning-en.

Här presenteras även en anordning för att mata ett cellulosahaltigt fibermaterial till ett be-handlingskärl med högt tryck, varvid nämnda anordning omfattar: en högtrycks överfö-ringsanordning som tar emot ett lågtrycksflöde av det fiberhaltiga materialet; en förstahögtrycksrörledning ansluten till överföringsanordningens högtrycksutgång för att ta emotett högtrycksflöde av det fiberhaltiga materialet; en lågtrycks utgångsrörledning anslutentill en lågtrycksutgång i överföringsanordningen; åtminstone en pump för att trycksätta ettflöde i lågtrycks utgàngsrörledningen och föra det trycksatta flödet in i en andra högtrycks-rörledning; en tredje högtrycksrörledning som tar emot högtrycksflödet från den förstahögtrycksrörledningen och det trycksatta flödet från den andra högtrycksrörledningen,varvid nämnda tredje högtrycksrörledning överför högtrycksflödet till behandlingskärlet.

Kort beskrivning av ritningarna Figur 1 är ett schematiskt diagram av ett system för att mata finfördelat cellulosahaltigtfibermaterial till en kontinuerlig kokare eller annat högtryckskärl.

Figur 2 är ett schematiskt diagram av ett system för att mata finfördelat cellulosahaltigtfibermaterial till en kontinuerlig kokare eller annat högtryckskärl med en andra utförings-form av ett flismatningssystem.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Trots att systemen som visas och beskrivs i figurerna 1 och 2 är kontinuerliga kokarsy-stem är det underförstått att förfarandet och systemet enligt föreliggande uppfinning ävenkan användas för att mata en eller flera satsvisa kokare, ett impregneringkärl som kopp-lats till kontinuerlig kokare, eller andra högtrycks behandlingssystem. Kontinuerliga kokarekan användas för framställing av kraftmassa, sulfitmassa, sodamassa eller i motsvarandeprocesser.

Figur 1 illustrerar ett exempel av ett flismatarsystem 10 för att mata en suspension av fin-fördelat cellulosahaltigt fibermaterial, tex. barrflis, till den översta delen av en kontinuerligkokare 11. Kokaren 11 innehåller typiskt en toppseparator med en lutavlägsningssil 12 föratt nära kokarens 13 ingång avlägsna överlopps lut ur suspensionen och för att återföraden till matarsystemet 10. Kokaren 11 kan även innehålla åtminstone en lutavlägsningssil14 för att avlägsna använd koklut under eller efter massakokningsprocessen.

Kokaren 11 innehåller även typiskt en eller flera ytterligare lutavlägsningssilar (visas ej)vilka kan höra till koklutens kretslopp, kokarens kokningskretslopp, eller kokarens krets-lopp med en rörledning för avlägsning av lut och en rörledning för tillsättning av utspäd-ningslut. Koklut, såsom t.ex. kraftlut, vitlut, svartlut eller grönlut, kan tillsättas till dessakretslopp. Kokaren 11 innehåller även en utgång 15 för utmatning av kemisk massa somtillverkats och som kan ledas till ytterligare behandling, såsom tvättning eller blekning.

Flismatningssystemet 10 tar emot finfördelat cellulosahaltigt fibermaterial 20 som tillförsen flisbinge 21. Materialet 20 är typiskt flis av barrved eller lövved, men man kan användanågon annan form av finfördelat cellulosahaltigt fibermaterial, såsom sågspån, gräs, halm,bagasse, kenafhampa, eller andra former av jordbruksavfall, eller deras kombinationer.Trots att man i den följande diskussionen använder termen ”flis” för att avse det finförde-lade fiberhaltiga oellulosamaterialet, är det underförstått att denna term inte begränsas tillträflis, utan att den avser vilken form som helst av finfördelat fiberhaltigt cellulosamaterialsom uppräknats ovan, eller motsvarande.

Flisbingen 21 kan vara en konventionell binge med vibrerande utmatning eller ett bas-ningskärl av typen DIAMONDBACKTM, som beskrivs i US-patentet 5,500,083 och somsäljs av Andritz Inc. Bingen 21 kan innehålla en anordning med luftlås vid dess ingångsamt organ för att övervaka och kontrollera flisnivån i bingen, samt en ventilanordningmed lämplig mekanism för att reglera trycket i bingen. Typiskt för man till bingen 21 via eneller flera rörledningar 22 ånga, antingen färsk ånga eller ånga som framställts vid in-dunstning av avloppslut (t.ex. ånga från expansionskärl).

Bingen 21 mynnar typiskt ut i en doseringsapparat 23, såsom en doseringsapparat avskruvtyp. Doseringsapparaten 23 mynnar ut i en tryckisoleringsanordning 24, såsom enlågtrycksmatare. Tryckisoleringsanordningen 24 isolerar ett trycksatt horisontellt behand-lingskärl 25 från det väsentligen atmosfäriska trycket som råder i flisens inmatningssystemuppströms från isoleringsanordningen 24.

Behandlingskärlet 25 används för att behandla flismaterialet med trycksatt ånga, t.ex. medånga vid ett tryck av ca. 0,69 - 1,38 bar. Kärlet 25 kan innehålla en transportör av skruv-typ. Ren ånga eller ånga från expansionskärl kan tillsättas till kärlet 25 via en eller flerarörledningar 28.

Efter behandlingen i kärlet 25 förs flissuspensionen till en högtrycks överföringsanordning27, såsom en High-Pressure Feeder (HPF) som säljs av Andritz Inc., Glens Falls, NewYork. Det basade materialet förs typiskt till mataren m.h.a. en rörledning eller ränna 26,såsom en flisränna. Uppvärmd koklut, t.ex. en kombination av använd kraft-svartlut och vitlut, tillsätts typiskt till rännan 26 via en rörledning 29, så att det i rännan 26 bildas ensuspension av material och lut. Det trycksatta behandlingskärlet 25 och tryckisoleringsan-ordningen 24 kan ersättas av ett basningkärl, såsom det som visas i US-patentet5,500,083 och säljs av Andritz såsom DIAMONDBACKTM-basningskärl.

Högtrycksmataren (HPF) 27 innehåller ett rotorhus bestående av en lågtrycksingång (vidpositionen 12:00) ansluten till fllsrännan 26, och en lågtrycksutgång (på den motsatta si-dan från lågtrycksingången och vid positionen 6:00) ansluten till en rörledning 30. HPF-huset innehåller även en högtrycksingång (vid positionen 9:00) ansluten till rörledningen33, och en högtrycksutgång (på den motsatta sidan från högtrycksingången och vid posi-tionen 3:00) ansluten till rörledningen 34.

HPF-mataren, och i synnerhet dess inkapslade rotor 35, kan drivas av en elmotor medvariabel hastighet och med en anordning för att reducera hastigheten (ej visad).Lågtrycksingången tar emot den uppvärmda flissuspensionen från rännan 26 till en ficka irotorn 35. En sil 36 vid HPF-husets lågtrycksutgång håller tillbaka flisen i rotorfickan mentillåter luten att passera genom rotorn för att avlägsnas via rörledningen 30.

Då rotorn 35 roterar kommer flisen som hålls inom rotorfickan att utsättas för högtrycks-vätska som kommer in genom högtrycksingången vid 9:00 från förledningen 33.Högtrycksluten som strömmar in i rotorfickan spolar flisen ut från mataren genomhögtrycksutgången vid 3:00 och sedan in i rörledningen 34. Flissuspensionen med högttryck strömmar genom rörledningen 34 och till toppen av kokaren 11.

Då den når kokarens 11 ingång avlägsnas via silen 12 en del av den överflödiga luten frånsuspensionen, som använts för att suspendera flisen i rörledningen 34. Den överflödigaluten som avlägsnats via silen 12 återförs till pumpens 32 ingång via rörledningen 33. Lu-ten i rörledningen 33, vari man kan ha tillsatt färsk koklut, trycksätts av pumpen 32 ochleds i rörledningen 33 för att användas som högtrycksvätska för att spola flisen genommataren 27.

Lågtryckslut (och flis som gått genom silen 36) som körts ut från mataren 27 vialågtrycksutgången (vid positionen 6:00) strömmar in i rörledningen 30. Flödet av suspen-sionen med lut och flis i rörledningen 30 trycksätts av pumpen (pumparna) 37, som är åt-minstone en pump och fördelaktigt i ett seriearrangemang av en till fyra centrifugalpumparav skruvtyp. Denna pump (pumpar) 37 höjer trycket hos suspensionen av lut och flis i rör-ledningen 30 så att suspensionen i rörledningen 31 ligger vid samma höga tryck som flis-suspensionen i rörledningen 34.

Den trycksatta flissuspensionens flöde i rörledningen 31 kombineras med det trycksattaflödet i rörledningen 34 vid rörledningens förgreningspunkt 38. Suspensionsfiödena medhögt tryck i rörledningarna 31 och 34 går samman i rörledningen 39 mellan förgreningen38 och kokarkärlets 11 toppseparator 12. Flissuspensionens flöde i rörledningen 31 kanha ett väsentligen större förhållande mellan lut och flis än förhållandet mellan lut och flis irörledningen 34. Därmed kan tillsättning av flödet med hög luthalt från rörledningen 31öka förhållandet mellan lut och flis i rörledningen 39.

Flödesvolymen genom rörledningarna 30, 31 kan vara relativt liten i förhållande till voly-men i rörledningen 34. Genom att sammanföra flissuspensionen från làgtrycksutgången(rörledningarna 30, 31) med flissuspensionen från högtrycksutgången (rörledningen 34)leds flisen i rörledningen 30 till kokaren. Flisen i flödet från làgtrycksutgången (rörledning-en 30), som annars skulle täppa till konventionella lutbehandlingssystem, förs nu till koka-ren.

Varje pump (pumparna) 37 kan vara en centrifugalpump för suspension, eller någon an-nan anordning för trycksättning och transport, såsom en pump av kolvtyp för fasta materi-al, eller en högtrycksejektor. Fördelaktigt används ett flertal pumpar 37 för trycksättningoch suspensionering, t.ex. upp till fyra sådana för att överföra suspensionen genom rör-ledningarna 30, 31 och trycksätta flödet från làgtrycksutgången. Pumparna kan vara cent-rifugalpumpar, såsom sådana som säljs av Hidrostal Ltd, Newbury, England, och/ellerWemco®-pumpar som levereras av Weir Specialty pumps, Salt Lake City, Utah.

En valfri rörledning 40 leder en del av luten från rörledningen 33 (som har lut från koka-rens toppseparator) till flismatningssystemet, såsom till flisrännan 26, flisbingen 21 eller tillbehandlingskärlet 25. En ventil (visas ej) kan användas för att reglera den del av flödet irörledningen 33 som leds till rörledningen 40. Ventilen som reglerar flödet i rörledningen40 ligger fördelaktigt i rörledningen 29, men kan finnas var som helst i slingan som bildasav rörledningarna 33, 40, 45 och 29. En sandseparator 42 och en drånagelåda 43 i rör-ledningen kan tilläggas och placeras mellan rörledningen 40 och rörledningen 29. Sand-separatorn 42 kan vara en separator av cyklontyp för att avlägsna sand och skräp ur lu-ten. Dränagelådan 43 l rörledningen kan vara en statisk silanordning som avlägsnar över-lopps lut från rörledningen 45 och leder den till rörledningen 46, vilken i sin tur kan leda tillen nivåtank (figur 2). Luten som inte avlägsnats av dränagelådan passerar genom rörled-ningen 29 och återförs till flismatningssystemet.

Figur 2 illustrerar ett annat flismatningssystem 110 för att mata flis till en kokare. Detta sy-stem 110 använder processer och utrustning som beskrivs l US-patenten 5,476,572;5,622,598 och 5,635,025. Dessa utrustningar, och de processer de används för att åstad- komma, marknadsförs kollektivt under varumärket Lo-LevelTM av Andritz lnc. De kompo-nenter i figur 2 som är identiska med de i figur 1 har försetts med samma referensnum-mer. De komponenter som är liknande eller som utför liknande funktioner som de vilkavisades i figur har referensnummer som framgår ur figur 1, men med prefixet ”1 På samma sätt som iflismatningssystemet 110 i figur 1 förs flisen 20 in till basningskärlet121, där den utsätts för ånga, som leds in via rörledningen 22. Kärlet 121 mynnar ut i endoseringsapparat 123, och i en rörledning 126 som fördelaktigt är en Chip Tube, som säljsav Andritz Inc. Koklut matas typiskt in i röret 126 via rörledningen 55, på samma sätt som irörledningen 29 i figur 1. Eftersom kärlet 121 fördelaktigt är ett DIAMONDBACKTM-basningskärl, som beskrivs i US-patentet 5,000,083, kan man eventuellt undvara tryck-sättninganordningen 24 i figur 1 och det trycksatta basningskärlet 25 i figur 1. Såsom vi-sas i US-patentet 5,476,572 använder man, i stället för att mata ut suspensionen av flisoch lut direkt till HPF-mataren 27, en högtrycks suspensionspump 51 matad av rörled-ningen 50 för att transportera flisen 51 till HPF-mataren 27 via rörledningen 52.

Pumpen 51 är fördelaktigt en centrifugalpump, eller någon annan pump av samma typsom pumparna 37. Flisen som passerar via pumpen 51 transporteras till kokaren 11 avmataren 27 på samma sätt som visades och beskrevs med avseende på figur 1.

Såsom i utförandeformen som visades i figur 1 kan en del av luten som tagits ur kokaren11, och som strömmar in i rörledningen 33, valfritt ledas om till rörledningen 40. Luten irörledningen 40 passerar genom en sandseparator 42, rörledningen 45, en dränagelåda43 i rörledningen, och genom rörledningen 144 till lutnivàtanken 53.

Nivåtanken 53 säkerställer ett tillräckligt flöde av lut via rörledningen 54 till pumpens 51ingång. Denna tank 53 kan även mata lut till flisröret 126 via rörledningen 55. Denna nivå-tank 53 ger även operatorn en möjlighet att variera lutnivån i flismatningssystemet, så attman, om så önskas, kan höja lutnivån till doseringsapparaten 123 eller även till bingen121. Överflödig lut, som av dränagelådan 43 i rörledningen avlägsnats, kan valfritt strömma in ien andra nivåtank 60 via rörledningen 61, som anslutits till dränagelådan. Lut från tanken60 kan strömma till kokaren 11 via rörledningen 62, pumpen 63 och rörledningen 64.

Fastän uppfinningen har beskrivits med avseende på det som för närvarande anses varaden mest praktiska och fördelaktiga utföringsformen, är det underförstått att uppfinningeninte bör begränsas till den visade utföringsformen, utan att den däremot skall täcka olikamodifikationer och ekvivalenta arrangemang som ingår i de bifogade patentkravens andaoch skyddsomfång.