Способ для подачи целлюлозной щепы к непрерывной варочной системе высокого давления (варианты)

Способ для подачи целлюлозной щепы к непрерывной варочной системе высокого давления (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки для создания изобретения

Это изобретение относится к способу и системе для подачи измельченного целлюлозного волокнистого материала («щепы») к сосуду для обработки, например, к варочному котлу непрерывного действия.

Чтобы провести реакцию химикатов для варки с измельченным целлюлозным волокнистым материалом с целью получения технологической целлюлозы, необходима температура в диапазоне между 140 и 180 градусами по Цельсию. Поскольку водные химикаты, используемые для обработки материала, при таких температурах будут закипать, промышленную химическую варку обычно выполняют в сосуде, стойком к воздействию давления, например, в варочном котле непрерывного действия, причем при избыточном давлении, составляющем, по меньшей мере, 10 бар [приблизительно 150 фунтов/дюйм² (10,2 кгс/см²)]. Для сохранения этого давления, особенно в том случае, когда выполняют процесс непрерывной варки целлюлозы, подающее устройство высокого давления повышает давление суспензии с щепой, входящей в сосуд, например в варочный котел, до уровня давления в сосуде или выше этого уровня для гарантии того, что не будет происходить потерь давления при введении материала в сосуд, работающий под давлением.

Настоящее изобретение относится к системе перемещения для подачи щепы к варочному котлу непрерывного действия, работающему под высоким давлением, и/или к другой системе для обработки щепы под высоким давлением. Системы для обработки щепы под высоким давлением обычно включают в себя устройство для выполнения подачи под высоким давлением, например такое, которое раскрыто в патенте США №6669410. В устройство для подачи под высоким давлением заходит находящаяся под низким давлением суспензия из измельченного целлюлозного волокнистого материала («суспензия, содержащая щепу»), а из этого устройства суспензия с щепой выходит под высоким давлением. Суспензия под высоким давлением пригодна для ее введения в варочный котел непрерывного действия, в сосуд для обработки щепы паром и в другие системы для выполнения обработки щепы под высоким давлением.

Обычно устройство подачи под высоким давлением содержит ротор с карманами, который действует в качестве средства перехода суспензии материала от низкого давления к высокому давлению, а также действует в качестве клапана для предотвращения потерь давления. Такое устройство обычно имеет стационарный корпус с входным отверстием низкого давления, находящемся в его верхней части (в том месте, которое соответствует позиции 12:00), с выходным отверстием низкого давления в его нижней части (в том месте, которое соответствует позиции 6:00), с входным отверстием высокого давления на первой стороне (в том месте, которое соответствует позиции 9:00) и с выходным отверстием высокого давления на противоположной стороне (в том месте, которое соответствует позиции 3:00). Ротор в корпусе подающего устройства поочередно открывает пару из входного и выходного отверстий низкого давления, чтобы захватывать внутри камеры ротора новый объем суспензии из щепы, который очищает от раствора камеру ротора.

Верхнее отверстие (соответствующее позиции 12:00) корпуса устройства для подачи под высоким давлением представляет собой входное отверстие низкого давления, через которое суспензию из щепы и раствора подводят к подающему устройству. Верхнее отверстие традиционно является подводом жидкой массы с технологической щепой под низким давлением. Однако вследствие подачи посредством насоса, которая характерна для подающей системы LO-LEVEL™, поставляемой компанией Andritz Inc. of Glens Falls, Нью-Йорк, поток жидкой массы, нагнетаемый насосом, может быть подведен к входному отверстию низкого давления устройства для подачи под высоким давлением, ориентируемому так, как это необходимо при монтаже. Подаваемая насосом жидкая масса может быть подведена к отверстию, физически расположенному на верхней части, с любой стороны на нижней части устройства для подачи под высоким давлением либо даже к отверстию, ориентированному под косым углом, то есть под любым углом желаемой ориентации.

Когда суспензию, находящуюся под низким давлением, подводят к входному отверстию низкого давления устройства для подачи под высоким давлением, суспензия заходит в один или более из сквозных карманов вращательного ротора. Выходное отверстие низкого давления устройства для подачи под высоким давлением расположено противоположно входному отверстию низкого давления. Когда суспензию подводят к входному отверстию низкого давления и к первому концу одного из сквозных карманов, суспензия течет в карман и ко второму, противоположному концу кармана, в этом случае к нижнему концу кармана и к выходному отверстию низкого давления. Выходное отверстие низкого давления устройства для подачи под высоким давлением обычно обеспечивают экранирующим элементом, например экранирующим элементом типа литого горизонтального бруса (см., например, экранирующий элемент в патенте США №5443162). Этот экранирующий элемент удерживает щепу в суспензии внутри ротора подающего устройства и обеспечивает возможность выхода некоторой части раствора суспензии из второго конца кармана и через экран. Раствор, выпускаемый из выходного отверстия низкого давления, рециркулирует назад в систему для подачи щепы к месту ближе по ходу от устройства для подачи под высоким давлением в поток суспензии с щепой.

Щепу, которую вводят к карман ротора, включая ту щепу, которую удерживает экранирующий элемент, перемещают посредством вращения ротора. Обычно после четверти оборота ротора первый конец кармана, который был сообщен с входным отверстием низкого давления, будет сообщен с выходным отверстием высокого давления устройства подачи под высоким давлением. Выходное отверстие высокого давления обычно сообщено с входным отверстием варочного котла, причем варочного котла непрерывного или порционного действия, по одному или более трубопроводам. В то же время вращение ротора также приводит к такому расположению второго конца сквозного кармана, который только что был сообщен с выходным отверстием низкого давления, что он будет сообщен с входным отверстием высокого давления. Во входное отверстие высокого давления обычно поступает поток раствора под высоким давлением от гидравлического насоса высокого давления. Избыточное давление этого раствора обычно находится в диапазоне примерно от 5 до 15 бар (5,1-15,2 кгс/см²), а скорее в диапазоне примерно 7-10 бар (7,1-10,2 кгс/см²). Этот раствор под высоким давлением смещает суспензию, состоящую из щепы и раствора, из сквозного кармана и из выходного отверстия высокого давления, и в итоге обеспечивает ее подвод к входному отверстию варочного котла.

Когда ротор продолжает вращение, второй конец кармана, в который зашла текучая среда под высоким давлением, будет расположен с обеспечением сообщения с входным отверстием низкого давления, и будет происходить другая подача в него суспензии из трубопровода, подсоединенного к входному отверстию низкого давления. Подобным же образом первый конец кармана поворачивается так, что будет сообщен с выходным отверстием низкого давления в корпусе, имеющем экранирующий элемент. Затем описанный выше процесс повторяют таким образом, что в течение одного полного оборота ротора происходит захождение в каждый сквозной карман и выпуск из него двух загрузок, состоящих из щепы и раствора. Ротор обычно содержит, по меньшей мере, два, а обычно четыре сквозных кармана, при этом происходит повторяемое захождение в ротор суспензии из входного отверстия низкого давления и выпуск суспензии из выходного отверстия высокого давления. Концы этих карманов действуют как в качестве входного отверстия для суспензии, так и выходного отверстия в зависимости от ориентации ротора.

В некоторых устройствах для подачи под высоким давлением возникает затруднение при относительно высоких скоростях ротора. Затруднение заключается в том, что имеется тенденция к накапливанию избыточного количества щепы на экране и прохождению через него в корпусе устройства для подачи под высоки давлением у выходного отверстия низкого давления (в том месте, которое соответствует позиции 6:00). Щепа в выпускном трубопроводе низкого давления теряется для процесса ее обработки и может закупорить оборудование для обработки щелоком, в которое под низким давлением поступает выходящий поток из устройства для подачи под высоким давлением.

Сущность изобретения

Согласно первому варианту осуществления изобретение представляет собой способ подачи целлюлозного волокнистого материала в сосуд для обработки под высоким давлением, содержащий: нагнетание в перемещающее устройство высокого давления потока волокнистого материала, находящегося под низким давлением; выпуск потока волокнистого материала, находящегося под высоким давлением, из перемещающего устройства в трубопровод, сообщающийся посредством текучей среды с сосудом для выполнения обработки; выпуск потока текучей среды и волокнистого материала, находящегося под низким давлением, из перемещающего устройства; нагнетание выпущенного потока, находящегося под низким давлением, далее по ходу от перемещающего устройства; слияние нагнетаемого выпускного потока низкого давления с выпускаемым потоком высокого давления.

Согласно второму варианту осуществления изобретение представляет собой способ подачи целлюлозного волокнистого материала в сосуд для обработки под высоким давлением, содержащий: нагнетание в перемещающее устройство высокого давления потока волокнистого материала, находящегося под низким давлением; выпуск потока волокнистого материала, находящегося под высоким давлением, из перемещающего устройства к трубопроводу, сообщающемуся посредством текучей среды с сосудом для обработки; извлечение в сосуде для обработки раствора из находящейся в сосуде суспензии, состоящей из волокнистого материала и раствора; введение части извлеченного раствора во входное отверстие высокого давления перемещающего устройства высокого давления и введение второй части извлеченного раствора в поток волокнистого материала, находящийся под низким давлением, ближе по ходу от перемещающего устройства.

Краткое описание фигур

На фигуре 1 представлена схема системы для подачи суспензии из измельченного целлюлозного волокнистого материала к варочному котлу непрерывного действия или к другому сосуду высокого давления.

На фигуре 2 представлена схема второго варианта осуществления системы для подачи щепы.

Подробное описание изобретения

Хотя системы, описанные и показанные на фигурах 1 и 2, представляют собой системы с варочным котлом непрерывного действия, понятно, что способ и система согласно настоящему изобретению также могут быть использованы для запитывания одного или более варочных котлов порционного действия, пропиточного сосуда, соединенного с варочным котлом непрерывного действия, либо другой системы для выполнения обработки под высоким давлением. Варочные котлы непрерывного действия могут быть использованы для сульфатной варки, сульфитной варки, натронной варки или для выполнения эквивалентных процессов.

На фигуре 1 в качестве примера представлена система 10 подачи щепы, предназначенная для подачи суспензии из измельченного целлюлозного волокнистого материала, например щепы из хвойной древесины, к верхней части варочного котла 11 непрерывного действия. Котел 11 обычно включает в себя верхний сепаратор, имеющий экран 12 для удаления раствора у входного отверстия 13 варочного котла, предназначенный для удаления избыточного раствора из суспензии и его возвращения к системе подачи 10. Варочный котел 11 также может включать в себя, по меньшей мере, один экран 14 для удаления раствора, предназначенный для удаления израсходованного варочного раствора в течение или после процесса варки целлюлозы.

Варочный котел 11 также обычно включает в себя один или более дополнительные экраны (не показаны) для удаления раствора, которые могут быть связаны с циркуляцией раствора при варке целлюлозы, с циркуляцией при варке целлюлозы посредством варочного котла или с циркуляцией в варочном котле, причем при наличии трубопровода для удаления раствора и дополнительного трубопровода для разжижающего раствора. К указанным циркуляциям может быть добавлен такой раствор для варки целлюлозы, как, например, сульфатный белый щелок, черный щелок или зеленый щелок. Варочный котел 11 также включает в себя выходное отверстие 15 для выпуска полученной целлюлозы, которая может быть подана для выполнения дополнительной обработки, например, для промывки или отбеливания.

В системе 10 для подачи щепы измельченный целлюлозный волокнистый материал 20 поступает в бункер 21. Обычно материал 20 представляет собой щепу из древесины хвойных пород или лиственных пород, однако может быть использован любой вид измельченного целлюлозного волокнистого материала, например опилки, трава, солома, выжатый сахарный тростник, кенаф, либо другие виды сельскохозяйственных отходов или их сочетаний. Хотя для указания измельченного целлюлозного волокнистого материала в последующем описании использован термин «щепа», понятно, что этот термин не ограничен древесной щепой и относится к любой форме измельченных целлюлозных волокнистых материалов, указанных выше, либо к чему-то подобному.

Бункер 21 для щепы может представлять собой обычный бункер с вибрационной выгрузкой либо сосуд DIAMONDBACK™ для паровой обработки, описанный в патенте США №5500083 и поставляемый компанией Andritz Inc. Бункер 21 может включать в себя устройство в виде воздушного шлюза, находящееся у его входного отверстия, и средство для управления уровнем щепы в бункере и контроля этого уровня, а также выпускное отверстие с соответствующим механизмом для управления давлением внутри бункера. Пар, свежий или образуемый при испарении отработанного раствора (то есть пар мгновенного испарения), обычно добавляют в бункер 21 по одному или более трубопроводам 22.

Выпуск из бункера 21 обычно осуществляют к дозирующему устройству 23, например к дозирующему устройству винтового типа. Выпуск из дозирующего устройства 23 осуществляют к устройству 24 изоляции давления, например, к подающему устройству низкого давления. Устройство 24 изоляции давления изолирует находящийся под давлением горизонтальный сосуд 25 для обработки фактически от атмосферного давления, которое действует ближе по ходу от изоляционного устройства 24.

Сосуд 25 используют для обработки материала в виде щепы паром под давлением, например, паром под избыточным давлением 10-20 фунтов/дюйм² (0,7-1,4 кгс/см²). Сосуд 25 может включать в себя транспортер винтового типа. В сосуд 25 по одному или более трубопроводам 28 может быть добавлен чистый пар или пар мгновенного испарения.

После обработки в сосуде 25 суспензию с щепой перемещают к перемещающему устройству 27 высокого давления, например, к такому устройству, как High-Pressure Feeder, поставляемому компанией Andritz. Обычно обрабатываемый паром материал перемещают к перемещающему устройству 27 высокого давления посредством трубопровода или желоба 26, например желоба для щепы. Нагретый раствор для варки целлюлозы, например сочетание использованного сульфатного черного щелока и белого щелока, обычно добавляют в желоб 26 по трубопроводу 28, так что в желобе 26 будет создана суспензия из материала и раствора. Находящийся под давлением сосуд 25 для обработки и устройство 24 изоляции давления могут быть заменены сосудом для обработки паром, например сосудом, раскрытым в патенте США 5000083 и поставляемым компанией Andritz в виде парового сосуда DIAMONDBACK™.

Перемещающее устройство 27 высокого давления включает в себя корпус 29 ротора, содержащий входное отверстие низкого давления (в том месте, которое соответствует позиции 12:00), подсоединенное к желобу 26 для щепы, и выходное отверстие низкого давления (противоположное входному отверстию низкого давления и находящееся в том месте, которое соответствует позиции 6:00), подсоединенное к трубопроводу 30. Корпус перемещающего устройства высокого давления также включает в себя входное отверстие высокого давления (в том месте, которое соответствует позиции 9:00), соединенное с трубопроводом 33, и выходное отверстие высокого давления (противоположное входному отверстию высокого давления и находящееся в том месте, которое соответствует позиции 3:00), соединенное с трубопроводом 34.

Перемещающее устройство высокого давления, в частности его ротор 35 с карманами, может быть приведено в действие посредством электродвигателя с переменной скоростью и редуктора (не показаны). Во входное отверстие низкого давления заходит нагретая суспензия с щепой, проходящая из желоба 26 к карману ротора 35. Экран 36 в корпусе у выходного отверстия в том месте, которое соответствует 6:00, задерживает щепу в роторе, но обеспечивает возможность прохождения через ротор раствора, который должен быть удален посредством трубопровода 30 и насоса 37.

Когда ротор 35 поворачивается, щепа, которая задерживается внутри ротора, подвергается воздействию раствора под высоким давлением, поступающего во входное отверстие высокого давления в том месте, которое соответствует позиции 9:00, по трубопроводу 33 и нагнетаемого насосом 32. Раствор под высоким давлением, протекающий в карман ротора, вымывает щепу из подающего устройства через выходное отверстие высокого давления, находящееся в том месте, которое соответствует позиции 3:00, и в трубопровод 34. Находящаяся под высоким давлением суспензия с щепой течет по трубопроводу 34 к верхней части варочного котла 11.

При достижении входного отверстия варочного котла 11 некоторая часть избыточного раствора, используемого для превращения в суспензию щепы в трубопроводе 34, удаляют из суспензии посредством экрана 12. Избыточный раствор, удаленный через экран 12, возвращают к входному отверстию насоса 32 по трубопроводу 33. Находящийся в трубопроводе 33 раствор, к которому может быть добавлен свежий раствор для варки целлюлозы, нагнетают насосом 32 и подают в трубопровод 33 для использования при вымывании щепы из перемещающего устройства 27.

Раствор при низком давлении (и щепа, которая проходит через экран 36), который выпускают из выходного отверстия низкого давления (в том месте, которое соответствует позиции 6:00) перемещающего устройства 27, течет в трубопровод 30 и нагнетается насосами 37. Эти насосы увеличивают давление суспензии из раствора-щепы в трубопроводе 30 до высокого давления в трубопроводе 34 с суспензией, содержащей щепу.

Клапан 38 объединяет поток жидкой массы с суспензией в трубопроводе 30 с потоком в трубопроводе 34. Поток суспензии со щепой в трубопроводе 30 может иметь значительно большее отношение раствора к щепе, чем отношение раствора к щепе в трубопроводе 34. Соответственно добавление потока с высоким содержанием раствора из трубопровода 34 может повысить отношение раствора к щепе в трубопроводе 39 между клапаном 38 и верхним сепаратором 12 сосуда 11 варочного котла. Объем потока через трубопровод 30 может быть относительно небольшим по сравнению с объемом в трубопроводе 34. Посредством слияния суспензии с щепой на выходе под низким давлением (трубопровод 30) с суспензией с щепой на выходе под высоким давлением (трубопровод 34) щепа в трубопроводе 30 будет направлена к варочному котлу. Щепу в выпускном потоке низкого давления (трубопровод 30), которая в ином случае могла бы закупорить обычные системы обработки с использованием щелока, вводят в варочный котел.

Два или более насоса 37 могут представлять собой осевые центробежные насосы для суспензии либо другие устройства для нагнетания и перемещения, например насос поршневого типа для непрерывных материалов или эжектор высокого давления. Предпочтительно, чтобы для перемещения жидкой массы по трубопроводу 30 и нагнетания выходного потока, находящегося под низким давлением, было использовано более одного насоса 37, обеспечивающего нагнетание и превращение в суспензию. Насосы 37 могут представлять собой осевые центробежные насосы, например насосы, поставляемые компанией Hidrostal Ltd., Newbury, Англия и/или насосы Wemco®, поставляемые компанией Weir Specialty pumps из Солт-Лейк-Сити, штат Юта.

Трубопровод 40, применяемый в варианте конструкции, направляет часть раствора из трубопровода 33 (который содержит раствор из верхнего сепаратора варочного котла) к системе для подачи щепы, например, к желобу 26 для щепы, бункеру 21 для щепы или к сосуду 25 для обработки. Клапан 41 управляет частью потока в трубопроводе 33, которую направляют к трубопроводу 40. Между трубопроводом 40 и трубопроводом 44 могут быть введены сепаратор 42 песка и встроенный осушитель 43. Сепаратор 42 песка может представлять собой сепаратор циклонного типа, предназначенный для удаления песка и обломков из раствора. Встроенный осушитель 43 может представлять собой статическое просеивающее устройство, которое удаляет избыточный раствор из трубопровода 45 и пропускает его к трубопроводу 46, который может проходить к резервуару установки уровня (фиг.2). Раствор, не удаленный посредством встроенного осушителя, проходит по трубопроводу 44 и его вновь подводят к системе для подачи технологической щепы.

На фигуре 2 представлена еще одна система 110, предназначенная для подачи щепы к варочному котлу. В этой системе используют процессы и оборудование, описанные в патентах США №№ 5476572, 5622598 и 5635025. Такое оборудование, предназначенное для осуществления определенных процессов, в совокупности поставляет на рынок компания Andritz Inc. с товарным знаком Lo-Level™. Компоненты, показанные на фиг.2, которые идентичны компонентам, показанным на фиг.1, обозначены теми же самыми позициями. Те компоненты, которые подобны компонентам, показанным на фиг.1, или выполняют подобную функцию, имеют такие же номера позиций, что и на фиг.1, но начинаются с цифры «1».

Подобно системе согласно фиг.1 щепу 20 вводят в сосуд 121 для обработки паром, где ее подвергают воздействию пара, вводимого по трубопроводу 22. Выгрузку из сосуда 121 осуществляют к дозирующему устройству 123 и к трубопроводу 126, который предпочтительно представляет собой трубопровод Chip Tube, поставляемый компанией Andritz Inc. Раствор для варки обычно подводят к трубопроводу 126 по трубопроводу 55, подобному трубопроводу 28, показанному на фиг.1. Поскольку сосуд 121 предпочтительно представляет собой сосуд DIAMONDBACK™ для обработки паром, который описан в патенте США №5000083, может не потребоваться устройство 24 изоляции давления, показанное на фиг.1, или сосуд 25 для обработки паром под давлением, показанный на фиг.1. Как раскрыто в патенте США №5476572, вместо выгрузки суспензии, состоящей из щепы и раствора, непосредственно в перемещающее устройство 27 высокого давления, для транспортирования щепы к устройству 27 по трубопроводу 52 используют насос 51 для подачи суспензии под высоким давлением, подвод к которому осуществляют по трубопроводу 50.

Насос 51 предпочтительно представляет собой осевой центробежный насос либо иной насос того же самого типа, что и насосы 37. Щепа, которая проходит через насос 51, будет перемещена к варочному котлу 11 посредством перемещающего устройства 27 способом, подобным тому, который был описан и показан применительно к фиг.1

Как и в варианте конструкции, показанном на фигуре 1, часть раствора, извлеченного из варочного котла 11, которая течет в трубопровод 33, как вариант, может быть отведена в трубопровод 40. Раствор в трубопроводе 40 проходит через сепаратор 42 песка, трубопровод 45, встроенное осушающее устройство 43 и трубопровод 144 к резервуару 53 для установки уровня раствора.

Резервуар 53 установки уровня гарантирует достаточную подачу раствора к входному отверстию насоса 51 по трубопроводу 54. Этот резервуар также может обеспечивать подачу раствора к трубопроводу 126 для щепы по трубопроводу 55. Резервуар 53 установки уровня также позволяет оператору изменять уровень раствора в системе подачи щепы таким образом, что при желании уровень раствора может быть повышен до дозирующего устройства 123 или даже до бункера 121.

Избыточный раствор, удаляемый посредством встроенного устройства для осушения, как вариант, течет ко второму резервуару 60 установки уровня по трубопроводу 61, подсоединенному к устройству для осушения. Раствор из резервуара 60 может течь к варочному котлу 11 по трубопроводу 62, через насос 63 и по трубопроводу 64.

Хотя изобретение описано применительно к тому, что в настоящее время следует считать наиболее практичным и предпочтительным вариантом осуществления конструкции, понятно, что изобретение не ограничено раскрытым вариантом конструкции, напротив, оно предназначено для охвата различных модификаций и эквивалентных устройств, заключенных в пределах существа и объема прилагаемых пунктов формулы изобретения.

1. Способ подачи целлюлозного волокнистого материала в сосуд для обработки под высоким давлением, содержащий:а. нагнетание находящегося под низким давлением потока волокнистого материала в перемещающее устройство высокого давления;b. выпуск находящегося под высоким давлением потока волокнистой массы из перемещающего устройства к трубопроводу, сообщающемуся посредством текучей среды с сосудом для обработки;с. выпуск находящегося под низким давлением потока текучей среды и волокнистого материала из перемещающего устройства;d. нагнетание выпущенного потока, находящегося под низким давлением, далее по ходу от перемещающего устройства;е. слияние нагнетаемого выпущенного потока, находящегося под низким давлением, с находящимся под высоким давлением выпущенным потоком на стадии (b).

2. Способ по п.1, в котором сосуд для обработки под высоким давлением представляет собой варочный котел непрерывного действия.

3. Способ по п.1, в котором стадия d дополнительно содержит нагнетание выпускаемого потока под низким давлением посредством большого количества насосов для суспензии.

4. Способ по п.3, в котором каждый из насосов для жидкой массы представляет собой осевой центробежный насос.

5. Способ подачи целлюлозного волокнистого материала в сосуд для обработки под высоким давлением, содержащий:а. нагнетание находящегося под низким давлением потока волокнистого материала в перемещающее устройство высокого давления;b. выпуск находящегося под высоким давлением потока волокнистого материала из перемещающего устройства к трубопроводу, сообщающемуся посредством текучей среды с сосудом для обработки;с. извлечение в сосуде для обработки раствора из находящейся в сосуде суспензии, состоящей из волокнистого материала и раствора;d. введение части извлеченного раствора во входное отверстие высокого давления в перемещающем устройстве высокого давления;е. введение второй части извлеченного раствора в находящийся под низким давлением поток волокнистого материала путем подачи его к резервуару установки уровня раствора для подачи его к входному отверстию насоса, используемого для подачи суспензии к перемещающему устройству.