专利名称：黑液热处理的方法
此发明涉及对制浆生产来的黑液在反应器内处于温度150-350℃的条件下进行热处理的方法。
当把黑液蒸发到较高浓度(干固体含量为60-75％)的时候，黑液的粘度迅速增加，同时，由于黑液粘附在加热面上而影响热能的传递，黑液的蒸发性能也显著降低，从而导致蒸发器的效率降低，甚至加热面过热。
非木浆黑液的粘度明显地高于木浆黑液，在蒸煮非木浆纤维时，例如蔗渣、竹子、芦苇、麦草或稻草等，其蒸煮条件比木浆纤维的要缓和，例如蒸煮温度一般低于160℃，因此大多数的多糖类没有降解，这至少是导致高粘度的原因之一，由于粘度高，黑液的蒸发性能差，在蒸发工段所能达到的干物质含量只有大约40％左右。
为了黑液的进一步燃烧处理，把黑液蒸发到尽可能高的干固体含量是有利的，这样的黑液有效燃烧热值比稀的黑液高，回收锅炉的产汽体积也相应地增加。
加拿大专利1288203揭示了一种降低黑液粘度的方法，它是让黑液处于高于制浆蒸煮温度下一段时间以减小长链聚合物的尺寸而使黑液的粘度降低，通常所要求的处理温度是180-190℃。通过压力下热处理，黑液的粘度降低，使得黑液容易泵送，黑液粘度的降低是不可逆的，黑液可以明显蒸发到比没有经过热处理的高的干物质含量，高干物质含量的黑液送往碱回收炉也成为可能。
另一方面，这种压力下的热处理方法也能选择性地去除含硫废液中的硫，例如硫酸盐制浆的黑液，在美国专利5277759和5326433中的描述是热处理时硫以含二甲硫醚和甲硫醇的气体被除去。
加拿大专利2059264揭示了一种进行热处理的系统，它包括n＋1个串联的热交换器和n个串联的闪蒸罐，这套系统置于一个黑液多效蒸发器的相邻两效间，从蒸发器其中一效出来的黑液被泵送通过串联的热交换器进入反应器，在第n＋1个热交换器，黑液被外来的新蒸汽加热到进入反应器的温度，黑液在反应器后通过串联的闪蒸罐闪蒸降温，再进入蒸发器序列。每个闪蒸罐都和一个热交换器相连，闪蒸的蒸汽用于加热黑液到反应器温度。
在第n＋1个热交换器内，黑液可用新蒸汽直接或间接加热到热处理的温度，一般制浆造纸厂有三种可用的新蒸汽高、中和低压新蒸汽，各自的通常压力范围是50-80、10-15和2-5巴(表压)。使用高压新蒸汽时，最终热处理要求的温度，例如180-190℃，很容易达到，但是，使用高压新蒸汽意味着高投资和高运行成本。由于中压蒸汽的饱和温度一般只有大约190℃，它的可使用性没有高压蒸汽好。在最高热处理温度，高压蒸汽的可使用性也可能会受到限制。
必须注意，即使在一个很小的温度范围内，温度对黑液粘度的影响也是很大的。在180-190℃范围内，温度几度的变化影响可能具有很大的意义。这就意味着热处理系统要作适当处理，以使加热蒸汽的压力，例如中压蒸汽，尽可能有效利用而取得较好的热处理效果。直到目前，热处理单元(直接或间接加热的)都是基于整个系统必须保持充满液体(黑液)的概念，压力通过反应器后的阀门调节，所期望的反应器温度由蒸汽控制阀门维持。
在间接加热处理系统中，黑液压力维持在高于黑液沸点的温度且留有足够的余地，黑液和蒸汽彼此不直接接触，蒸汽压力对黑液压力没有任何影响。最高黑液温度低于新蒸汽的饱和温度，这个温差取决于所用新蒸汽热交换器的效率因而是一定的；新蒸汽间接加热器容易在黑液侧形成结垢，结垢发生后，温差上升，所有这些意味着中压蒸汽的压力水平不足以保证良好的热处理效果。
在直接使用蒸汽时通过装置使蒸汽强制与黑液混合，这时黑液的压力要调整到低于蒸汽的压力；如果蒸汽管线的压力波动，和黑液的压差就必须留有足够的余地；另一方面，最高压力点的蒸汽压力要保持在高于黑液沸点的压力，因此要注意黑液压力的控制以维持有效的运行；在这样的系统中，最高黑液温度也达不到蒸汽的温度；由于整个系统是充满了黑液，破坏性的水冲击也会发生，根据系统情况，可能会引起管线和设备的振动。
本发明的目的是提供一套新的热处理系统，在该系统中，加热蒸汽的压力尽可能完全地用于把黑液加热到所要求的热处理温度。
本发明的上述的目的通过一种新的方法来实现，这种方法的主要特点是将黑液送到反应器上部的蒸汽层并且黑液直接与蒸汽接触而被加热到要求的温度，黑液在所述的温度下留在反应器内反应一段时间。
按照本发明，黑液是与反应器上部蒸汽层的蒸汽直接热交换而加热。黑液从反应器的顶部加入，向下流动或落下的过程中与蒸汽相遇，蒸汽从比黑液进口位置低的地方加入反应器。
本发明允许使用温度接近于热处理反应温度的饱和温度的加热蒸汽，饱和加热蒸汽温度与热处理的温度的温差可以是0-20℃，甚至0-10℃，但仍能取得良好的热处理效果。
结合附图，以下对本发明作详细描述。
图1是本发明方法的热处理系统的工艺简图。
图2a和2b是表示反应器的上部，该部分是黑液与加热蒸汽的接触区。
参照图1，从制浆工厂的蒸煮车间来的稀黑液或工厂的多效蒸发器系统的某一蒸发效来的黑液通过管线10送入热处理系统，该系统由n个热交换器HEXI-HEXIV，n个闪蒸罐FTI-FTIV和带垂直壳体21的反应器20构成。黑液热处理可以在蒸发之前，之中或之后进行，通常热处理是在对黑液进行最后蒸发的两效间进行，黑液在反应器内的停留时间一般为1-60分钟，优选的是5-30分钟。
热交换器HEXI-HEXIV由管线12、14和16串联起来，它们的温度依次升高，黑液就依次被热交换器内的蒸汽加热，所有热交换器由闪蒸罐FTI-FTIV内热处理后黑液闪蒸产生的蒸汽加热，闪蒸罐内的温度和压力依次降低；黑液在最初的两个热交换器HEXI、HEXII是间接加热，但高温下可能会在黑液侧加热面上出现结垢，所以黑液在热交换器HEX III、HEX IV内是直接加热，当然，如果没有结垢问题，也可用间接热交换器。
黑液从最后一个串联的热交换器HEXIV通过管线18送入反应器20，加热蒸汽通过管线22进入反应器20；在反应器20的上部，为了把黑液加热到要求的温度范围150-350℃，有一个使黑液与液位26上部的蒸汽直接接触的蒸汽层24。
来自反应器20和热交换器HEXI-HEXIV的排放废汽通过管线42排到工厂的气体净化系统，来自反应器20的排放废汽也能引到热交换器HEXI-HEXIV的其中几个以最大限度地回收热能。
经过在反应器20内停留适当时间后(一般为1-60分钟)，黑液由管线28进入最后一个闪蒸罐FTIV。闪蒸罐FTI-FTIV通过管线30、32和34串联在一起，黑液流过这些闪蒸罐并与黑液在热交换器HEX I-HEX IV中的流动方向相反，每个闪蒸罐都有一个蒸汽出口，通过管线54、56、58和60按以下原则与相应的一个热交换器相连第一个闪蒸罐FTI与第一个热交换器HEXI相连，第二个闪蒸罐FTII与第二个热交换器HEXII相连，以此类推，第n个闪蒸罐与第n热交换器相连，这样所有的热交换器都由黑液闪蒸的蒸汽加热，在间接加热交换器内蒸汽冷凝，冷凝液进到下一个较低压的黑液流的上游热交换器中。
加热处理后的黑液由管线36返回多效蒸发器系统进一步蒸发浓缩或送到碱回收炉燃烧。
反应器20有一个与液位控制阀48相连的液位控制器46，黑液停留时间通过这种方式调节；反应器20也有一个温度控制器50，但是，如有必要，温度控制器也可不用。
如果最高黑液温度要过到一般所用的中压蒸汽的温度，蒸汽控制阀(如果有)就必须完全打开，这样，基本上反应器20上部的压力与蒸汽管线的压力一样高，使用蒸汽直接加热，黑液容易被加热到蒸汽压力对应的饱和温度。不凝性气体和少量蒸汽通过排气管线42上的减压设施(例如阀门或孔板)从反应器20内排除。如有必要，排出的蒸汽的能量可由热交换器回收利用。
由于某些原因，当蒸汽压力下降使反应器20的压力超过蒸汽时，止逆阀52关闭；如果蒸汽较长时间处于低压状态，可能要花一些时间(放热反应)以使反应器20内的压力降到蒸汽的压力水平，然后，止逆阀52重新打开，反应器压力调整到适应新的状态，通过这种方法，系统在很大程度上是自我控制。
影响热处理效果的两个因素是反应器20内的温度和黑液停留时间。在一些情况下，可能想要控制热处理的效果，如果没有温度控制系统，控制停留时间(黑液体积)也能达到这个目的，但是在全充满了黑液的系统，这种可能性是不存在的。
本发明的热处理系统对液体的冲击很不敏感，因为有一个相对较大的蒸汽空间作为水力冲击的缓冲层，水力冲击被削弱了；总的来说，整个系统容易操作和控制。
图2a显示了反应器20的蒸汽层24内黑液与蒸汽接触区的详图。固定在反应器上的斜导流板38或导流盘上下叠放，黑液从反应器20的顶部加入，在反应器20上部，黑液依次从一个导流板流向下一个导流板；管线22的加热蒸汽从导流板38的下面加入，彼此间留有一定空间以便蒸汽上升到反应器20顶部并通过管线42排放，这样，蒸汽与黑液逆向接触，黑液被加热到热处理的温度。
导流板38与反应器壳体20相连，至少导流板的一个边有一个垂直的边沿40，黑液从上面流过，落到下一个导流板，这时蒸汽与逆流的黑液产生紧密的直接接触。
图2b显示了导流板系统的另一个详图。反应器壳体21的上部由一个加热室44构成，导流板的布置与图2a所示的一致，加热室44可由法兰与反应器壳体21相接，加热室44是反应器20的一部分。
很明显，本发明不只限于图2所示的导流板型式，任何已知的能使黑液与蒸汽有效接触的系统都可用于该技术中。
本发明所述的热处理系统至少有以下优点加热蒸汽的压力得以充分利用，与热处理温度接近的饱和蒸汽温度能用于加热黑液，当然，温度显著高于热处理温度的饱和温度蒸汽也能用于本发明的方法；实现本发明的设备简单、价格不贵，也容易操作和调节；由于设计压力低，容易确定设备的尺寸规格；很适合在中小工厂使用；也彻底消除了热处理设备内的振动。
本发明提供了一种黑液热处理的有效方法。本发明的一些变化可能在发明要求的权利要求范围内，例如，对用于此发明的黑液来源没有作出限制。
权利要求
1.一种热处理来自制浆工序的黑液的方法，在热处理的反应器内有一个温度为150-350℃的蒸汽层，其特征在于黑液加到反应器的蒸汽层并与蒸汽直接接触而加热液体到要求的温度，然后黑液在要求的温度下留在反应器内反应一段时间。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于加热蒸汽有一个和反应要求的温度相近的饱和温度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于黑液在n个热交换器内预热，把黑液送入反应器之前，至少这些热交换器中的最后一个是直接热交换器。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于热处理后的黑液从反应器排到n个串联的闪蒸罐，在所述各个闪蒸罐内，热处理后的黑液被部分闪蒸蒸发，在所述每个闪蒸罐中生成的蒸汽用于加热热交换器内的黑液，黑液在闪蒸罐的流动方向与在热交换器的流动方向相反，串联的第一个闪蒸罐的蒸汽供热给最后一个直接热交换器，串联的最后一个闪蒸罐的蒸汽供热给第一个热交换器。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于从热处理反应器排出的蒸汽的能量在热交换器内回收利用。
全文摘要
本发明涉及对来自制浆工序的黑液在反应器内处于温度150-350℃的条件下进行热处理的方法。黑液被送到热处理反应器的蒸汽层并与液面上的蒸汽直接接触而把黑液加热到要求的温度，然后，黑液在要求的温度下留在反应器内反应一段时间。
文档编号F02C3/28GK1161392SQ97102030
公开日1997年10月8日 申请日期1997年1月10日 优先权日1996年1月30日
发明者J·科斯金尼米 申请人:阿尔斯特罗姆机器有限公司