專利名稱：降低浸煮器系統(tǒng)中結垢的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用堿性液體在浸煮器中浸煮木片以生產紙漿。
背景技術：
在造紙工業(yè)中，將原木轉化成碎片，然后在浸煮器系統(tǒng)中處理，分離出纖維素纖維，并除去一定量的將天然態(tài)的木材中的纖維粘合在一起的木質素等以生產紙漿。
使用堿性液體浸煮木片是本領域中的常用方法。在此方法中，通常將木片和堿性浸煮液體(有時預混合)加到連續(xù)浸煮容器(浸煮器)的上入口區(qū)中。在浸煮過程中，碎片和液體通常，但不總是，一起通過浸煮器向下移動，并當物質到達浸煮器底部時，浸煮通常最優(yōu)地完成。典型的浸煮器被分為各種區(qū)，如入口區(qū)；上浸煮區(qū)，其中將碎片/液體物質加熱以達到完全浸煮溫度；完全浸煮區(qū)，其中物質在選定時間內處于完全浸煮溫度；提取區(qū)，其中從浸煮器中提取浸煮用過的液體(此時為黑液)；洗滌區(qū)，其中用處理流體洗滌物質以從物質中洗滌出在黑液中溶解的固體；和回收區(qū)，其中從浸煮器提取(部分)洗滌過的漿料物質并輸送至進一步處理裝置如洗漿機。
在堿性成漿系統(tǒng)中設備的表面上出現結垢，使產率降低，操作成本增加。連續(xù)浸煮器系統(tǒng)中的嚴重結垢每年經常損失高達數天的產量，以通過酸性清洗或高壓噴水處理除去結垢?，F在還沒有已知的節(jié)約成本的方法改進來防止形成結垢，許多工廠中依靠使用一類昂貴的化學品(本領域中稱作″抗結垢劑″)作為成漿添加劑來抑制結垢。即使使用抗結垢劑，也經常需要高成本地定期清洗加熱器或其他浸煮器設備。
碳酸鈣已被證實是在堿性成漿設備如浸煮器浸煮加熱器和浸煮器隔板(screen)表面上形成結垢的主要組分。此外，木材通常是煮液中存在的唯一最大鈣源。已經發(fā)現隨浸煮溫度和/或浸煮時間增加，堿性成漿液體中的鈣鹽溶解度先增大，然后下降。當煮液中的鈣量超過其溶解度時，鈣以碳酸鈣形式沉淀，并與木質素和其他沉積物一起在加熱器、隔板和浸煮器殼壁的表面上形成結垢。因此，在普通堿性成漿條件下，煮液中的溶解鈣量隨浸煮過程進行而增加，當達到最大浸煮溫度時接近達到最大，在設備表面(結垢)和碎片/纖維表面上沉淀碳酸鈣之后，溶解鈣量快速下降。
在或接近典型的完全浸煮溫度下加熱液體后，煮液中的鈣結垢趨勢顯著下降。這種作用在本領域中有時稱作熱處理使鈣鈍化，并已用在一些浸煮器中。如歐洲專利申請EP 0313730 A1所述，這種鈣鈍化的示例性應用包括在一容器中在或接近完全浸煮溫度下加熱高鈣的煮液，并在此溫度下在該容器中保持一定時間，通常大于10分鐘，然后將含有“鈍化的”鈣的熱處理的液體返回到浸煮器系統(tǒng)。由于結垢形成在該“犧牲性”(sacrificial)容器表面，所以通常需要至少兩個容器以保持連續(xù)操作使鈣鈍化，其中至少一個容器在線使用，而另一個容器被清洗結垢。這種技術可能很有效，但需要額外的資金和操作成本，因此不能廣泛地用于工業(yè)中。
從浸煮器上清洗積聚的結垢需要使浸煮器離線并除去結垢，通常通過化學溶解結垢和/或用液體加壓清洗。這種清洗使浸煮器停工幾天，還需要勞力來進行清洗，而這兩項的成本極大。由于這種成本的原因，清洗浸煮器的頻率通常不多于一年一次。在一年內結垢在浸煮器中逐漸積聚，隨著結垢越來越多，效率不斷地損失。因此最需要提供一種方法能夠減少或基本上消除結垢在浸煮器內積聚。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個方面涉及一種操作使用堿性煮液使木片轉化成造紙漿的浸煮器的改進方法，其中所述浸煮器包括豎直的通常為圓柱形的容器，所述容器具有上端和下端，其中碳酸鈣結垢在浸煮器和/或其附屬設備表面上的沉積被減少。在所述改進方法的第一步驟中，從在所述容器的上端和下端之間的第一位置處提取具有第一溶解鈣濃度的第一量的煮液。在第二步驟中，從與所述第一位置不同并在其下游的第二位置處，從所述容器中提取出具有第二溶解鈣濃度的第二量的煮液，所述第二溶解鈣濃度小于所述第一溶解鈣濃度。在第三步驟中，在提取所述第二量的煮液的所述位置上游的第三位置處，將至少一部分所述第二量的煮液再加到所述容器中。
本發(fā)明的另一個方面涉及一種包括豎直的通常為圓柱形容器的浸煮器，所述容器具有上端和下端，所述浸煮器用于實施所述改進方法。所述浸煮器包括與在所述上端和下端之間的第一位置流體連通的第一導管以用于在所述第一位置處從所述容器選擇性地提取第一量的煮液，所述第一位置位于所述容器內第二位置的上游，在所述第二位置處所述煮液已經基本上達到完全浸煮溫度。所述浸煮器還包括與第三位置流體連通的第二導管，所述第二導管位于所述上端和下端之間并在所述第一和第二位置的下游，所述第二導管還與位于所述第一位置處、其周圍或上游的第四位置流體連通。所述第二導管在所述第三位置處從所述容器中選擇性地提取第二量的煮液，將至少一部分提取的第二量的煮液輸送到所述第四位置，并在所述第四位置處將至少一部分輸送的第二量的煮液加到所述容器中。
上述方法和浸煮器具有一個或多個優(yōu)點。一個優(yōu)點是降低了碳酸鈣結垢。本發(fā)明公開的方法改進可以被調整以適于浸煮器系統(tǒng)，使得成漿能量需求有凈降低，所述成漿能量需求表現為介質消耗或高壓蒸汽消耗，從而節(jié)省了大量成本。此外，當加到浸煮早期階段的過程流中的溶解的固體含量低于從該浸煮系統(tǒng)中取出的液體的固體含量時，煮過的碎片的洗滌通常得到改進，并且在漿料洗滌中可以使用少量淡黑液體。由于使用少量洗滌液體，所以較高的總固體被送到蒸發(fā)器，并且因淡黑液蒸發(fā)中需求較少蒸汽實現了額外的成本節(jié)省。此外，已經發(fā)現從浸煮的早期階段除去鈣和其他非過程元素以及某些提取物可以提高漿料亮度和可漂白性。因此，本發(fā)明額外的優(yōu)點是因較低的漿料漂白成本產生的更大的節(jié)省。
本發(fā)明的另一個實施方式涉及一種增加浸煮器生產量的方法，所述浸煮器包括豎直的通常為圓柱形的容器，所述容器具有上端和下端。在此方法的第一步驟中，在第一位置處以第一流速從所述容器中提取第一量的煮液。在第二步驟中，將第二量的處理液體在第二位置處以第二流速連續(xù)加到所述容器中，所述第二量等于或大于所述第一量，所述第二流速等于或大于所述第一流速，所述第二位置在所述第一位置處、其周圍或上游。本發(fā)明此實施方式的優(yōu)點是，通過增加向下移動的液體量，以在所述浸煮器內部的碎片上提供更高的向下力，使連續(xù)浸煮器中的可持續(xù)最大浸煮器生產量增加。


圖1是典型的單容器浸煮器系統(tǒng)的示意圖，并示出了與本發(fā)明方法相關的系統(tǒng)管道的關鍵特征。
圖2是典型的兩容器浸煮器系統(tǒng)的示意圖，并示出了與本發(fā)明方法相關的系統(tǒng)管道的關鍵特征。
圖3是圖1所示并包括本說明書實施例I的某些方面的示意圖。
圖4是圖1所示并包括本說明書實施例II的某些方面的示意圖。
圖5是圖1所示并包括本說明書實施例III的某些方面的示意圖。
圖6是圖1所示并示出與單容器浸煮器相關的典型鈣濃度范圍的示意圖。
具體實施例方式
參照圖1，其示意性地示出了適用于實施本發(fā)明方法的典型單容器液壓連續(xù)浸煮器12。所示的浸煮器12包括豎直的通常為圓柱形的容器14，該容器具有上端16和下端20，該上端用于接收木片和堿性煮液18，該下端包括吹氣組件22，通過該組件可以從該容器中取出煮過的碎片和用過的煮液(漿料)的料流24。在所示的實施方式中，在該容器的上端和下端之間設置有洗滌循環(huán)子系統(tǒng)28，下提取位置30，下浸煮循環(huán)子系統(tǒng)32，上提取位置34，上浸煮循環(huán)子系統(tǒng)36，和上循環(huán)子系統(tǒng)38。
在該容器底部，取出的漿料流通過24送到第一洗漿機(圖未示)，從第一洗漿機出來的洗滌濾液42經常在冷卻器40中冷卻，然后成為本領域中通常已知的“冷吹濾液”(cold blow filtrate)26，并引入到該浸煮器的底部，用于在吹氣組件22上方冷卻和洗滌煮過的碎片。這種濾液可以在經冷卻或未冷卻的情況下再循環(huán)到容器中，并在與白液(WL)44和/或從浸煮器上的上提取位置和/或下提取位置提取的黑液流混合之前或之后可以進一步被處理或沒有進一步處理，然后再引入到該容器中，如在該容器的上端。在圖1中，本發(fā)明方法中涉及到的過程管道的關鍵特征如虛線所示。
參照圖2，其示意性地示出了適用于實施本發(fā)明方法的典型兩容器連續(xù)浸煮器50。如圖2所示，該浸煮器包括豎直的通常為圓柱形的第一容器和第二容器，其中第一容器80具有上循環(huán)子系統(tǒng)82，下循環(huán)子系統(tǒng)84和包括補充-液體泵88的液體補充子系統(tǒng)86。該第一容器用作與煮液混合的預處理的木片的來源，所述煮液可以源于任一個或多個來源，如冷吹濾液90，和/或白液(WL)92。在該第一容器中預處理木片，并從第一容器的下端94排出，并作為供給流96輸送到第二容器的上端。根據需要，可以將從第二容器上的下提取位置68提取的液體加到供給流中，再輸送到第二容器。在圖2中，實施本發(fā)明涉及到的過程管道的關鍵特征如虛線所示。
所示的浸煮器50包括豎直的通常為圓柱形的第二容器，該容器具有上端54和下端58，該上端用于接收木片和堿性煮液56，該下端包括吹氣組件60，通過該組件可以從該容器中取出煮過的碎片和用過的煮液(漿料)的料流62，這種料流被送到洗漿機(圖未示)。從洗漿機64出來的洗滌濾液被冷卻，成為本領域中已知的冷吹濾液，并送到第二容器的底部，用于在吹氣組件60上方冷卻和洗滌煮過的碎片。這種冷吹濾液可以再循環(huán)到第一容器80中，可以沒有進一步處理或在與白液92料流混合后再輸送到第一容器。在圖2所示的實施方式中，在該容器的上端和下端之間設置有洗滌循環(huán)子系統(tǒng)66，下提取位置68，和調整循環(huán)子系統(tǒng)70。上提取位置72與該調整循環(huán)子系統(tǒng)相連。
實施例實施例I本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方式使用圖1所示的浸煮器。在這種單容器連續(xù)浸煮器中，以設置到0.10-0.50(對于每噸/日產率的GPM，或GPM/TPD)倍(factor)的流速從上浸煮循環(huán)隔板的第一排隔板提取富含～40-120ppm溶解鈣的煮液。例如，對于漿料產率750噸/天，流速是(0.1-0.5)×750，得到75-350加侖/分鐘(GPM)。通過補充液體泵將冷吹濾液和洗滌提取流的混合物加到浸煮器的上部，其總和約與上提取流相同，溶解鈣的濃度小于40ppm。在此實施例中，高達約45％的總溶解鈣從浸煮器系統(tǒng)中取出，明顯降低了在浸煮器隔板和浸煮加熱器上的鈣結垢趨勢。
實施例II
在本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方式的另一個實施例中，使用圖1所示的單容器浸煮器，以設置到0.35(對于每噸/日產率的加侖/分鐘，或GPM/TPD)倍的流速從上浸煮循環(huán)隔板的第一排隔板提取含～100ppm溶解鈣的煮液，例如，對于漿料產率750噸/天，提取流速是0.35×750，或～262加侖/分鐘(GPM)。通過補充液體泵將冷吹濾液和洗滌提取流的混合物加到浸煮器的上部，其總和約與上提取流相同，溶解鈣的濃度小于40ppm。在此實施例中，高達約35％的總溶解鈣被從浸煮器系統(tǒng)中取出，明顯降低了在浸煮器隔板和浸煮加熱器上的鈣結垢趨勢。
實施例III在本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方式的另一個實施例中，在圖1所示的單容器浸煮器中，以設置到0.35(對于每噸/日產率的加侖/分鐘(GPM/TPD))倍的流速從上浸煮循環(huán)隔板的第一排隔板提取富含～100ppm溶解鈣的煮液。例如，對于漿料產率750噸/天，流速是0.35×750，或～262加侖/分鐘(GPM)。以與小于40ppm濃度的溶解鈣大約相同的流速，將從洗滌循環(huán)中取出的煮液加到上浸煮循環(huán)泵的抽吸側，以代替提取出的富鈣煮液，這樣保持浸煮器液壓平衡。本實施例中的上循環(huán)與上浸煮隔板的第二(下)排隔板連接。在此實施例中，超過約35％的總溶解鈣從浸煮器系統(tǒng)中取出，明顯降低了在浸煮器隔板和浸煮加熱器上的鈣結垢趨勢。
本方法可以針對硬木漿和軟木漿操作。
表I列出了在圖6所示的浸煮器中，各位置煮液中的鈣濃度普通范圍。
表I

使用這些鈣濃度范圍，本領域所屬技術人員可以容易地確定從浸煮器中提取出煮液和應將較低鈣濃度的補充液體加到浸煮器中的最優(yōu)位置。
由于煮液中的溶解鈣濃度可以隨原始碳酸根離子濃度變化，因此在溶解鈣濃度到達峰值的過程點周圍應該提取出大量煮液。在何種浸煮溫度(相應于某一浸煮器位置)溶解鈣濃度到達峰值取決于液體中的碳酸根濃度。液體中的原始碳酸根濃度越高，溶解鈣濃度在浸煮器中到達峰值就越早。
從邏輯上講，用低溶解鈣液體置換高溶解鈣煮液的優(yōu)選的浸煮器中位置是單容器連續(xù)浸煮器中的第一組浸煮循環(huán)隔板。相似地，用低溶解鈣液體置換提取的富鈣液體的最適合位置是導入到浸煮器(圖2中的第二容器)中的碎片轉移管線(本領域中稱作下循環(huán))或在兩容器連續(xù)浸煮器系統(tǒng)的轉移管線后緊挨著的第一組隔板。
可選擇地，(1)可以從連續(xù)浸煮器的過程點提取足量的一種過程流，該過程點位于達到完全浸煮溫度后至少幾分鐘時，將該過程流加到浸煮的早期階段，例如供給系統(tǒng)或下循環(huán)，并提取加入點下游和到達完全浸煮溫度過程點上游的最優(yōu)量煮液。
此外，與上述項(1)相同，不同之處是使用熱交換器控制加入過程流的溫度，使得保持所需的成漿溫度分布。
此外，與上述項(1)相同，不同之處是在達到完全浸煮溫度之后從不同的過程點提取出多于一種過程流，并通過使用一個或多個熱交換器控制一種或多種過程流的溫度。
從本發(fā)明另一個優(yōu)選的實施方式實現了另一種明顯優(yōu)點，即增大了最大可持續(xù)漿料生產。根據此實施方式，上述實施例I-III(也在圖3-5中示出)中所述的上提取流速被控制到明顯低于煮液、或冷吹濾液和低溶解鈣煮液的混合物的流速，使得浸煮器中碎片周圍的液體量(以流速表達)明顯增大，并因此增大了作用在碎片上的向下力。這種作用在碎片上的增大向下力產生更穩(wěn)定的碎片柱移動，并且如果柱移動是獲得較高最大浸煮器漿料生產的限制因素時，可以增大最大可持續(xù)浸煮器漿料生產。
本領域所屬技術人員可以理解本發(fā)明方法的其他變體，本發(fā)明僅由所附的權利要求書限制。
權利要求
1.在一種利用堿性煮液將木片轉化成造紙漿的浸煮器中的工藝改進，所述浸煮器包括豎直的通常為圓柱形的容器，所述容器具有上端和下端，所述改進包括如下步驟a.從在所述容器的上端和下端之間的第一位置處提取具有第一溶解鈣濃度的第一量的煮液；b.從與所述第一位置不同的并在其下游的第二位置處，從所述容器中提取出具有第二溶解鈣濃度的第二量的煮液，所述第二溶解鈣濃度小于所述第一溶解鈣濃度；和c.在提取所述第二量的煮液的所述位置上游的第三位置處，將至少一部分所述第二量的煮液再加到所述容器中。
2.如權利要求1所述的改進，其中所述浸煮器是連續(xù)浸煮器。
3.如權利要求1所述的改進，其中在位于所述第一位置處、其周圍或上游的第三位置處，將所述第二量的煮液再加到所述容器中。
4.如權利要求3所述的改進，其中在所述第二位置上游的第三位置處，將所述第二量的煮液再加到所述容器中。
5.如權利要求1所述的改進，其中所述第二量的煮液在所述容器外部的位置處與其他處理液體混合以形成包括所述第二量的煮液的混合物，并將所述混合物再加到所述容器中。
6.如權利要求1所述的改進，還包括在位于所述第一位置處、其周圍或上游的位置處，將其他處理液體加到所述容器中。
7.如權利要求5所述的改進，其中所述其他處理液體選自洗漿機的洗滌濾液，白液和除所述第一容器之外來源的堿性煮液。
8.如權利要求1所述的改進，其中在第一位置處從所述容器提取所述第一量的煮液，所述第一位置位于所述容器內其中所述煮液已經基本上達到完全浸煮溫度的位置的上游。
9.如權利要求8所述的改進，其中在第二位置處從所述容器提取所述第二量的煮液，所述第二位置位于提取所述第一量的煮液的所述位置下游和在所述容器內其中所述煮液已經基本上達到完全浸煮溫度的所述位置的下游。
10.如權利要求1所述的改進，其中所述第一量的煮液的所述溶解鈣濃度至少約為20ppm。
11.如權利要求9所述的改進，其中所述第一量的煮液的所述溶解鈣濃度至少約為40ppm。
12.如權利要求11所述的改進，其中所述第一量的煮液的所述溶解鈣濃度至少約為60ppm。
13.如權利要求12所述的改進，其中所述第一量的煮液的所述溶解鈣濃度至少約為80ppm。
14.如權利要求1所述的改進，其中所述第二量的煮液的所述溶解鈣濃度等于或小于約60ppm。
15.如權利要求14所述的改進，其中所述第二量的煮液的所述溶解鈣濃度等于或小于約40ppm。
16.如權利要求15所述的改進，其中所述第二量的煮液的所述溶解鈣濃度等于或小于約20ppm。
17.如權利要求16所述的改進，其中所述第二量的煮液的所述溶解鈣濃度等于或小于約15ppm。
18.如權利要求17所述的改進，其中所述第二量的煮液的所述溶解鈣濃度等于或小于約10ppm。
19.如權利要求1所述的改進，其中所述第一量和第二量的煮液的所述溶解鈣濃度差等于或大于約5ppm。
20.如權利要求19所述的改進，其中所述第一量和第二量的煮液的所述溶解鈣濃度差等于或大于約10ppm。
21.如權利要求20所述的改進，其中所述第一量和第二量的煮液的所述溶解鈣濃度差等于或大于約20ppm。
22.如權利要求21所述的改進，其中所述第一量和第二量的煮液的所述溶解鈣濃度差等于或大于約30ppm。
23.如權利要求1所述的改進，其中所述第二量的煮液的所述溶解鈣濃度基本上小于所述第一量的煮液的溶解鈣濃度。
24.降低碳酸鈣結垢在浸煮器和/或其附屬設備表面上沉積的方法，所述浸煮器包括豎直的通常為圓柱形的容器，所述容器具有上端和下端，所述方法包括如下步驟a.從在所述容器的上端和下端之間的第一位置處提取具有第一溶解鈣濃度的第一量的煮液，b.從與所述第一位置不同的第二位置處，從所述容器中提取出具有第二溶解鈣濃度的第二量的煮液，所述第二溶解鈣濃度小于所述第一溶解鈣濃度，和c.在提取所述第二量的煮液的所述位置處、其周圍或上游的位置處，將至少一部分所述第二量的煮液再加到所述容器中。
25.增加浸煮器生產量的方法，所述浸煮器包括豎直的通常為圓柱形的容器，所述容器具有上端和下端，所述方法包括如下步驟a.在第一位置處以第一流速從所述容器中提取第一量的煮液；和b.將第二量的處理液體在第二位置處以第二流速連續(xù)加到所述容器中，其中所述第二量等于或大于所述第一量，所述第二流速等于或大于所述第一流速，和其中所述第二位置在所述第一位置處、其周圍或上游。
26.如權利要求25所述的方法，其中所述第二位置在提取所述第一量的煮液的位置的上游。
27.如權利要求26所述的方法，其中所述處理液體選自洗漿機的洗滌濾液，白液和除所述容器之外來源的堿性煮液。
28.如權利要求1所述的方法，其中所述提取的第一量的煮液的量和流速與所述提取的第二量的煮液的量和流速相同或基本上相同。
29.如權利要求1所述的方法，其中所述提取的第一量的煮液的量和流速小于所述提取的第二量的煮液的量和流速。
30.如權利要求1所述的方法，其中所述提取的第一量的煮液的量和流速大于所述提取的第二量的煮液的量和流速。
31.一種改進的利用堿性煮液將木片轉化成造紙漿的浸煮器，所述浸煮器包括豎直的通常為圓柱形的容器，所述容器具有上端和下端，所述改進包括與在所述上端和下端之間的第一位置流體連通的第一導管，其用于在所述第一位置處從所述容器選擇性地提取第一量的煮液，所述第一位置位于所述容器內第二位置的上游，在所述第二位置處所述煮液已經基本上達到完全浸煮溫度；和與第三位置流體連通的第二導管，所述第二導管位于所述上端和下端之間并在所述第一和第二位置的下游，所述第二導管還與位于所述第一位置處、其周圍或上游的第四位置流體連通，所述第二導管在所述第三位置處從所述容器中選擇性地提取第二量的煮液，將至少一部分提取的第二量的煮液輸送到所述第四位置，并在所述第四位置處將至少一部分輸送的第二量的煮液加到所述容器中。
全文摘要
本發(fā)明的一個方面涉及一種用于降低鈣基結垢在木片浸煮器中沉積的方法和浸煮器，所述方法包括從該浸煮器提取分別具有第一鈣濃度和第二鈣濃度的第一量和第二量的煮液，處理所述提取的煮液以制得鈣濃度比所述第一和第二提取的煮液的鈣濃度都低的煮液，和將處理的煮液再返回至該浸煮器中。本發(fā)明的另一個方面涉及一種方法和浸煮器，其中通過將處理液體優(yōu)選在該浸煮器上區(qū)連續(xù)加到該浸煮器中來增大該浸煮器的生產量。
文檔編號D21C3/22GK1981085SQ200580021270
公開日2007年6月13日 申請日期2005年6月24日 優(yōu)先權日2004年6月26日
發(fā)明者江健兒, 杰拉爾德·韋恩·希爾 申請人:國際紙業(yè)公司