降低浸煮器系统中结垢的方法

专利名称：降低浸煮器系统中结垢的方法
技术领域：
本发明涉及利用碱性液体在浸煮器中浸煮木片以生产纸浆。
背景技术：
在造纸工业中，将原木转化成碎片，然后在浸煮器系统中处理，分离出纤维素纤维，并除去一定量的将天然态的木材中的纤维粘合在一起的木质素等以生产纸浆。
使用碱性液体浸煮木片是本领域中的常用方法。在此方法中，通常将木片和碱性浸煮液体(有时预混合)加到连续浸煮容器(浸煮器)的上入口区中。在浸煮过程中，碎片和液体通常，但不总是，一起通过浸煮器向下移动，并当物质到达浸煮器底部时，浸煮通常最优地完成。典型的浸煮器被分为各种区，如入口区；上浸煮区，其中将碎片/液体物质加热以达到完全浸煮温度；完全浸煮区，其中物质在选定时间内处于完全浸煮温度；提取区，其中从浸煮器中提取浸煮用过的液体(此时为黑液)；洗涤区，其中用处理流体洗涤物质以从物质中洗涤出在黑液中溶解的固体；和回收区，其中从浸煮器提取(部分)洗涤过的浆料物质并输送至进一步处理装置如洗浆机。
在碱性成浆系统中设备的表面上出现结垢，使产率降低，操作成本增加。连续浸煮器系统中的严重结垢每年经常损失高达数天的产量，以通过酸性清洗或高压喷水处理除去结垢。现在还没有已知的节约成本的方法改进来防止形成结垢，许多工厂中依靠使用一类昂贵的化学品(本领域中称作″抗结垢剂″)作为成浆添加剂来抑制结垢。即使使用抗结垢剂，也经常需要高成本地定期清洗加热器或其他浸煮器设备。
碳酸钙已被证实是在碱性成浆设备如浸煮器浸煮加热器和浸煮器隔板(screen)表面上形成结垢的主要组分。此外，木材通常是煮液中存在的唯一最大钙源。已经发现随浸煮温度和/或浸煮时间增加，碱性成浆液体中的钙盐溶解度先增大，然后下降。当煮液中的钙量超过其溶解度时，钙以碳酸钙形式沉淀，并与木质素和其他沉积物一起在加热器、隔板和浸煮器壳壁的表面上形成结垢。因此，在普通碱性成浆条件下，煮液中的溶解钙量随浸煮过程进行而增加，当达到最大浸煮温度时接近达到最大，在设备表面(结垢)和碎片/纤维表面上沉淀碳酸钙之后，溶解钙量快速下降。
在或接近典型的完全浸煮温度下加热液体后，煮液中的钙结垢趋势显著下降。这种作用在本领域中有时称作热处理使钙钝化，并已用在一些浸煮器中。如欧洲专利申请EP 0313730 A1所述，这种钙钝化的示例性应用包括在一容器中在或接近完全浸煮温度下加热高钙的煮液，并在此温度下在该容器中保持一定时间，通常大于10分钟，然后将含有“钝化的”钙的热处理的液体返回到浸煮器系统。由于结垢形成在该“牺牲性”(sacrificial)容器表面，所以通常需要至少两个容器以保持连续操作使钙钝化，其中至少一个容器在线使用，而另一个容器被清洗结垢。这种技术可能很有效，但需要额外的资金和操作成本，因此不能广泛地用于工业中。
从浸煮器上清洗积聚的结垢需要使浸煮器离线并除去结垢，通常通过化学溶解结垢和/或用液体加压清洗。这种清洗使浸煮器停工几天，还需要劳力来进行清洗，而这两项的成本极大。由于这种成本的原因，清洗浸煮器的频率通常不多于一年一次。在一年内结垢在浸煮器中逐渐积聚，随着结垢越来越多，效率不断地损失。因此最需要提供一种方法能够减少或基本上消除结垢在浸煮器内积聚。

发明内容
本发明的一个方面涉及一种操作使用碱性煮液使木片转化成造纸浆的浸煮器的改进方法，其中所述浸煮器包括竖直的通常为圆柱形的容器，所述容器具有上端和下端，其中碳酸钙结垢在浸煮器和/或其附属设备表面上的沉积被减少。在所述改进方法的第一步骤中，从在所述容器的上端和下端之间的第一位置处提取具有第一溶解钙浓度的第一量的煮液。在第二步骤中，从与所述第一位置不同并在其下游的第二位置处，从所述容器中提取出具有第二溶解钙浓度的第二量的煮液，所述第二溶解钙浓度小于所述第一溶解钙浓度。在第三步骤中，在提取所述第二量的煮液的所述位置上游的第三位置处，将至少一部分所述第二量的煮液再加到所述容器中。
本发明的另一个方面涉及一种包括竖直的通常为圆柱形容器的浸煮器，所述容器具有上端和下端，所述浸煮器用于实施所述改进方法。所述浸煮器包括与在所述上端和下端之间的第一位置流体连通的第一导管以用于在所述第一位置处从所述容器选择性地提取第一量的煮液，所述第一位置位于所述容器内第二位置的上游，在所述第二位置处所述煮液已经基本上达到完全浸煮温度。所述浸煮器还包括与第三位置流体连通的第二导管，所述第二导管位于所述上端和下端之间并在所述第一和第二位置的下游，所述第二导管还与位于所述第一位置处、其周围或上游的第四位置流体连通。所述第二导管在所述第三位置处从所述容器中选择性地提取第二量的煮液，将至少一部分提取的第二量的煮液输送到所述第四位置，并在所述第四位置处将至少一部分输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个或多个优点。一个优点是降低了碳酸钙结垢。本发明公开的方法改进可以被调整以适于浸煮器系统，使得成浆能量需求有净降低，所述成浆能量需求表现为介质消耗或高压蒸汽消耗，从而节省了大量成本。此外，当加到浸煮早期阶段的过程流中的溶解的固体含量低于从该浸煮系统中取出的液体的固体含量时，煮过的碎片的洗涤通常得到改进，并且在浆料洗涤中可以使用少量淡黑液体。由于使用少量洗涤液体，所以较高的总固体被送到蒸发器，并且因淡黑液蒸发中需求较少蒸汽实现了额外的成本节省。此外，已经发现从浸煮的早期阶段除去钙和其他非过程元素以及某些提取物可以提高浆料亮度和可漂白性。因此，本发明额外的优点是因较低的浆料漂白成本产生的更大的节省。
本发明的另一个实施方式涉及一种增加浸煮器生产量的方法，所述浸煮器包括竖直的通常为圆柱形的容器，所述容器具有上端和下端。在此方法的第一步骤中，在第一位置处以第一流速从所述容器中提取第一量的煮液。在第二步骤中，将第二量的处理液体在第二位置处以第二流速连续加到所述容器中，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处、其周围或上游。本发明此实施方式的优点是，通过增加向下移动的液体量，以在所述浸煮器内部的碎片上提供更高的向下力，使连续浸煮器中的可持续最大浸煮器生产量增加。


图1是典型的单容器浸煮器系统的示意图，并示出了与本发明方法相关的系统管道的关键特征。
图2是典型的两容器浸煮器系统的示意图，并示出了与本发明方法相关的系统管道的关键特征。
图3是图1所示并包括本说明书实施例I的某些方面的示意图。
图4是图1所示并包括本说明书实施例II的某些方面的示意图。
图5是图1所示并包括本说明书实施例III的某些方面的示意图。
图6是图1所示并示出与单容器浸煮器相关的典型钙浓度范围的示意图。
具体实施例方式
参照图1，其示意性地示出了适用于实施本发明方法的典型单容器液压连续浸煮器12。所示的浸煮器12包括竖直的通常为圆柱形的容器14，该容器具有上端16和下端20，该上端用于接收木片和碱性煮液18，该下端包括吹气组件22，通过该组件可以从该容器中取出煮过的碎片和用过的煮液(浆料)的料流24。在所示的实施方式中，在该容器的上端和下端之间设置有洗涤循环子系统28，下提取位置30，下浸煮循环子系统32，上提取位置34，上浸煮循环子系统36，和上循环子系统38。
在该容器底部，取出的浆料流通过24送到第一洗浆机(图未示)，从第一洗浆机出来的洗涤滤液42经常在冷却器40中冷却，然后成为本领域中通常已知的“冷吹滤液”(cold blow filtrate)26，并引入到该浸煮器的底部，用于在吹气组件22上方冷却和洗涤煮过的碎片。这种滤液可以在经冷却或未冷却的情况下再循环到容器中，并在与白液(WL)44和/或从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进一步被处理或没有进一步处理，然后再引入到该容器中，如在该容器的上端。在图1中，本发明方法中涉及到的过程管道的关键特征如虚线所示。
参照图2，其示意性地示出了适用于实施本发明方法的典型两容器连续浸煮器50。如图2所示，该浸煮器包括竖直的通常为圆柱形的第一容器和第二容器，其中第一容器80具有上循环子系统82，下循环子系统84和包括补充-液体泵88的液体补充子系统86。该第一容器用作与煮液混合的预处理的木片的来源，所述煮液可以源于任一个或多个来源，如冷吹滤液90，和/或白液(WL)92。在该第一容器中预处理木片，并从第一容器的下端94排出，并作为供给流96输送到第二容器的上端。根据需要，可以将从第二容器上的下提取位置68提取的液体加到供给流中，再输送到第二容器。在图2中，实施本发明涉及到的过程管道的关键特征如虚线所示。
所示的浸煮器50包括竖直的通常为圆柱形的第二容器，该容器具有上端54和下端58，该上端用于接收木片和碱性煮液56，该下端包括吹气组件60，通过该组件可以从该容器中取出煮过的碎片和用过的煮液(浆料)的料流62，这种料流被送到洗浆机(图未示)。从洗浆机64出来的洗涤滤液被冷却，成为本领域中已知的冷吹滤液，并送到第二容器的底部，用于在吹气组件60上方冷却和洗涤煮过的碎片。这种冷吹滤液可以再循环到第一容器80中，可以没有进一步处理或在与白液92料流混合后再输送到第一容器。在图2所示的实施方式中，在该容器的上端和下端之间设置有洗涤循环子系统66，下提取位置68，和调整循环子系统70。上提取位置72与该调整循环子系统相连。
实施例实施例I本发明方法的优选实施方式使用图1所示的浸煮器。在这种单容器连续浸煮器中，以设置到0.10-0.50(对于每吨/日产率的GPM，或GPM/TPD)倍(factor)的流速从上浸煮循环隔板的第一排隔板提取富含～40-120ppm溶解钙的煮液。例如，对于浆料产率750吨/天，流速是(0.1-0.5)×750，得到75-350加仑/分钟(GPM)。通过补充液体泵将冷吹滤液和洗涤提取流的混合物加到浸煮器的上部，其总和约与上提取流相同，溶解钙的浓度小于40ppm。在此实施例中，高达约45％的总溶解钙从浸煮器系统中取出，明显降低了在浸煮器隔板和浸煮加热器上的钙结垢趋势。
实施例II
在本发明方法的优选实施方式的另一个实施例中，使用图1所示的单容器浸煮器，以设置到0.35(对于每吨/日产率的加仑/分钟，或GPM/TPD)倍的流速从上浸煮循环隔板的第一排隔板提取含～100ppm溶解钙的煮液，例如，对于浆料产率750吨/天，提取流速是0.35×750，或～262加仑/分钟(GPM)。通过补充液体泵将冷吹滤液和洗涤提取流的混合物加到浸煮器的上部，其总和约与上提取流相同，溶解钙的浓度小于40ppm。在此实施例中，高达约35％的总溶解钙被从浸煮器系统中取出，明显降低了在浸煮器隔板和浸煮加热器上的钙结垢趋势。
实施例III在本发明方法的优选实施方式的另一个实施例中，在图1所示的单容器浸煮器中，以设置到0.35(对于每吨/日产率的加仑/分钟(GPM/TPD))倍的流速从上浸煮循环隔板的第一排隔板提取富含～100ppm溶解钙的煮液。例如，对于浆料产率750吨/天，流速是0.35×750，或～262加仑/分钟(GPM)。以与小于40ppm浓度的溶解钙大约相同的流速，将从洗涤循环中取出的煮液加到上浸煮循环泵的抽吸侧，以代替提取出的富钙煮液，这样保持浸煮器液压平衡。本实施例中的上循环与上浸煮隔板的第二(下)排隔板连接。在此实施例中，超过约35％的总溶解钙从浸煮器系统中取出，明显降低了在浸煮器隔板和浸煮加热器上的钙结垢趋势。
本方法可以针对硬木浆和软木浆操作。
表I列出了在图6所示的浸煮器中，各位置煮液中的钙浓度普通范围。
表I

使用这些钙浓度范围，本领域所属技术人员可以容易地确定从浸煮器中提取出煮液和应将较低钙浓度的补充液体加到浸煮器中的最优位置。
由于煮液中的溶解钙浓度可以随原始碳酸根离子浓度变化，因此在溶解钙浓度到达峰值的过程点周围应该提取出大量煮液。在何种浸煮温度(相应于某一浸煮器位置)溶解钙浓度到达峰值取决于液体中的碳酸根浓度。液体中的原始碳酸根浓度越高，溶解钙浓度在浸煮器中到达峰值就越早。
从逻辑上讲，用低溶解钙液体置换高溶解钙煮液的优选的浸煮器中位置是单容器连续浸煮器中的第一组浸煮循环隔板。相似地，用低溶解钙液体置换提取的富钙液体的最适合位置是导入到浸煮器(图2中的第二容器)中的碎片转移管线(本领域中称作下循环)或在两容器连续浸煮器系统的转移管线后紧挨着的第一组隔板。
可选择地，(1)可以从连续浸煮器的过程点提取足量的一种过程流，该过程点位于达到完全浸煮温度后至少几分钟时，将该过程流加到浸煮的早期阶段，例如供给系统或下循环，并提取加入点下游和到达完全浸煮温度过程点上游的最优量煮液。
此外，与上述项(1)相同，不同之处是使用热交换器控制加入过程流的温度，使得保持所需的成浆温度分布。
此外，与上述项(1)相同，不同之处是在达到完全浸煮温度之后从不同的过程点提取出多于一种过程流，并通过使用一个或多个热交换器控制一种或多种过程流的温度。
从本发明另一个优选的实施方式实现了另一种明显优点，即增大了最大可持续浆料生产。根据此实施方式，上述实施例I-III(也在图3-5中示出)中所述的上提取流速被控制到明显低于煮液、或冷吹滤液和低溶解钙煮液的混合物的流速，使得浸煮器中碎片周围的液体量(以流速表达)明显增大，并因此增大了作用在碎片上的向下力。这种作用在碎片上的增大向下力产生更稳定的碎片柱移动，并且如果柱移动是获得较高最大浸煮器浆料生产的限制因素时，可以增大最大可持续浸煮器浆料生产。
本领域所属技术人员可以理解本发明方法的其他变体，本发明仅由所附的权利要求书限制。
权利要求
1.在一种利用碱性煮液将木片转化成造纸浆的浸煮器中的工艺改进，所述浸煮器包括竖直的通常为圆柱形的容器，所述容器具有上端和下端，所述改进包括如下步骤a.从在所述容器的上端和下端之间的第一位置处提取具有第一溶解钙浓度的第一量的煮液；b.从与所述第一位置不同的并在其下游的第二位置处，从所述容器中提取出具有第二溶解钙浓度的第二量的煮液，所述第二溶解钙浓度小于所述第一溶解钙浓度；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处，将至少一部分所述第二量的煮液再加到所述容器中。
2.如权利要求1所述的改进，其中所述浸煮器是连续浸煮器。
3.如权利要求1所述的改进，其中在位于所述第一位置处、其周围或上游的第三位置处，将所述第二量的煮液再加到所述容器中。
4.如权利要求3所述的改进，其中在所述第二位置上游的第三位置处，将所述第二量的煮液再加到所述容器中。
5.如权利要求1所述的改进，其中所述第二量的煮液在所述容器外部的位置处与其他处理液体混合以形成包括所述第二量的煮液的混合物，并将所述混合物再加到所述容器中。
6.如权利要求1所述的改进，还包括在位于所述第一位置处、其周围或上游的位置处，将其他处理液体加到所述容器中。
7.如权利要求5所述的改进，其中所述其他处理液体选自洗浆机的洗涤滤液，白液和除所述第一容器之外来源的碱性煮液。
8.如权利要求1所述的改进，其中在第一位置处从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内其中所述煮液已经基本上达到完全浸煮温度的位置的上游。
9.如权利要求8所述的改进，其中在第二位置处从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内其中所述煮液已经基本上达到完全浸煮温度的所述位置的下游。
10.如权利要求1所述的改进，其中所述第一量的煮液的所述溶解钙浓度至少约为20ppm。
11.如权利要求9所述的改进，其中所述第一量的煮液的所述溶解钙浓度至少约为40ppm。
12.如权利要求11所述的改进，其中所述第一量的煮液的所述溶解钙浓度至少约为60ppm。
13.如权利要求12所述的改进，其中所述第一量的煮液的所述溶解钙浓度至少约为80ppm。
14.如权利要求1所述的改进，其中所述第二量的煮液的所述溶解钙浓度等于或小于约60ppm。
15.如权利要求14所述的改进，其中所述第二量的煮液的所述溶解钙浓度等于或小于约40ppm。
16.如权利要求15所述的改进，其中所述第二量的煮液的所述溶解钙浓度等于或小于约20ppm。
17.如权利要求16所述的改进，其中所述第二量的煮液的所述溶解钙浓度等于或小于约15ppm。
18.如权利要求17所述的改进，其中所述第二量的煮液的所述溶解钙浓度等于或小于约10ppm。
19.如权利要求1所述的改进，其中所述第一量和第二量的煮液的所述溶解钙浓度差等于或大于约5ppm。
20.如权利要求19所述的改进，其中所述第一量和第二量的煮液的所述溶解钙浓度差等于或大于约10ppm。
21.如权利要求20所述的改进，其中所述第一量和第二量的煮液的所述溶解钙浓度差等于或大于约20ppm。
22.如权利要求21所述的改进，其中所述第一量和第二量的煮液的所述溶解钙浓度差等于或大于约30ppm。
23.如权利要求1所述的改进，其中所述第二量的煮液的所述溶解钙浓度基本上小于所述第一量的煮液的溶解钙浓度。
24.降低碳酸钙结垢在浸煮器和/或其附属设备表面上沉积的方法，所述浸煮器包括竖直的通常为圆柱形的容器，所述容器具有上端和下端，所述方法包括如下步骤a.从在所述容器的上端和下端之间的第一位置处提取具有第一溶解钙浓度的第一量的煮液，b.从与所述第一位置不同的第二位置处，从所述容器中提取出具有第二溶解钙浓度的第二量的煮液，所述第二溶解钙浓度小于所述第一溶解钙浓度，和c.在提取所述第二量的煮液的所述位置处、其周围或上游的位置处，将至少一部分所述第二量的煮液再加到所述容器中。
25.增加浸煮器生产量的方法，所述浸煮器包括竖直的通常为圆柱形的容器，所述容器具有上端和下端，所述方法包括如下步骤a.在第一位置处以第一流速从所述容器中提取第一量的煮液；和b.将第二量的处理液体在第二位置处以第二流速连续加到所述容器中，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处、其周围或上游。
26.如权利要求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.如权利要求26所述的方法，其中所述处理液体选自洗浆机的洗涤滤液，白液和除所述容器之外来源的碱性煮液。
28.如权利要求1所述的方法，其中所述提取的第一量的煮液的量和流速与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.如权利要求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.如权利要求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。
31.一种改进的利用碱性煮液将木片转化成造纸浆的浸煮器，所述浸煮器包括竖直的通常为圆柱形的容器，所述容器具有上端和下端，所述改进包括与在所述上端和下端之间的第一位置流体连通的第一导管，其用于在所述第一位置处从所述容器选择性地提取第一量的煮液，所述第一位置位于所述容器内第二位置的上游，在所述第二位置处所述煮液已经基本上达到完全浸煮温度；和与第三位置流体连通的第二导管，所述第二导管位于所述上端和下端之间并在所述第一和第二位置的下游，所述第二导管还与位于所述第一位置处、其周围或上游的第四位置流体连通，所述第二导管在所述第三位置处从所述容器中选择性地提取第二量的煮液，将至少一部分提取的第二量的煮液输送到所述第四位置，并在所述第四位置处将至少一部分输送的第二量的煮液加到所述容器中。
全文摘要
本发明的一个方面涉及一种用于降低钙基结垢在木片浸煮器中沉积的方法和浸煮器，所述方法包括从该浸煮器提取分别具有第一钙浓度和第二钙浓度的第一量和第二量的煮液，处理所述提取的煮液以制得钙浓度比所述第一和第二提取的煮液的钙浓度都低的煮液，和将处理的煮液再返回至该浸煮器中。本发明的另一个方面涉及一种方法和浸煮器，其中通过将处理液体优选在该浸煮器上区连续加到该浸煮器中来增大该浸煮器的生产量。
文档编号D21C3/22GK1981085SQ200580021270
公开日2007年6月13日 申请日期2005年6月24日 优先权日2004年6月26日
发明者江健儿, 杰拉尔德·韦恩·希尔 申请人:国际纸业公司