用于将木材制成浆的系统和工艺的制作方法

本发明涉及木材制浆工艺，并且更具体地涉及包括用于浓缩制浆液的工艺的木材制浆工艺。

技术实现要素：

本发明涉及用于将木材制成浆的系统和工艺，将木材制成浆产生废水流（在本文中被称作制浆流出液或浆液）。来自制浆工艺的废水被引导至预浓缩单元。在一个实施例中，预浓缩单元包括一个或多个机械式蒸气再压缩（MVR）蒸发器。在一个示例中，这些蒸发器将浆液浓缩至固体含量为大约15-20%。该浓缩浆液被引导至包括一系列强制循环固体浓缩器的多效机组（train）。在一个实施例中，浓缩浆液在多效机组中被加热并被进一步浓缩至固体含量为大约60-70%。蒸发器与多效机组由气体剥离器连接。由蒸发器产生的被污染的冷凝物被向下引导通过气体剥离器。气流被注入气体剥离器中并且从被污染的冷凝物中剥离诸如甲醇和其它挥发性有机物的气体。这产生蒸气流，该蒸气流被这些气体污染并且离开气体剥离器。该被污染的蒸气流被引导至多个效结构（effects）中的一个，并且与被污染的蒸气流相关联的热能被用于加热流过多个热效结构、特别是流过形成多效机组的一系列强制循环固体浓缩器的浓缩浆液。

因此，要理解的是，在具有三个强制循环固体浓缩器的多效机组的情况中，例如，由气体剥离器产生的被污染的蒸气流的使用通过有效地将热效结构从三个增加至四个而提升蒸气经济性。

通过对以下描述以及对仅是本发明的说明性内容的附图的研究，本发明的其它目标和优点将变得明了和显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的木材制浆工艺的示意图。

图2A和图2B一起示出木材制浆工艺的一个具体实施例。

具体实施方式

本发明涉及木材制浆工艺，该工艺包括木材制浆单元和工艺；用于将由该制浆工艺产生的制浆流出液或浆液进行浓缩的系统和工艺；以及用于燃烧由该制浆工艺产生的浓缩浆液的焚烧炉或锅炉。

如在图1和图2A中所示，该系统包括木材制浆单元10。可以采用各种类型的木材制浆单元10。例如，木材制浆单元10可以是机械制浆或化学制浆单元。由于这样的制浆单元和工艺对于本领域技术人员而言是熟知并了解的，所以这里对制浆单元10以及在其中所执行的工艺的细节不作详细描述。应当注意的是，虽然本发明的系统和工艺对于机械和化学制浆工艺两者都是有效的，但是它特别地在机械制浆工艺中是有效的。机械制浆工艺的一些示例可能是有效的。在一种类型的机械制浆中，木材靠着水润滑的旋转石被研磨。由研磨产生的热量使木质素软化从而使纤维结合，并且机械力使纤维分离以形成被研磨的木材。另一种机械技术用于将木材制成浆，其中木片在旋转钢盘和固定板之间经受强剪切力。这些类型的机械工艺得到持续改进，并且如今存在被称作热机械制浆工艺的制浆工艺。这里，木片被热量预软化并且这促进帚化。在另一种热机械制浆工艺中，在研磨之前用硫化钠浸渍木片。在研磨之后，通过使用筛网将浆液分级而储存该浆液。不论采用什么类型的制浆工艺，都产生制浆流出液或浆液。有时该浆液被称作稀浆液。来自常规制浆工艺（特别是机械制浆工艺）的流出液，通常产生具有大约1.5%的固体浓度的浆液。为了有效地且高效率地处理制浆流出液，必须将该制浆流出液大幅地浓缩。这能够使制浆流出液或浆液在焚烧炉或锅炉中燃烧。如在本文中所描述，在一个实施例中，在制浆工艺中所产生的浆液开始具有大约1.5%的干固物（DS）并且通过预浓缩步骤及接着的高度浓缩步骤，制浆液的干固物含量上升至大约60%至大约70%。在这个浓度水平下，浓缩浆液能够高效地燃烧。

本发明的基本系统和工艺需要预浓缩工艺及接着的后继或第二浓缩工艺。在预浓缩工艺中，将浆液的干固物含量从大约1.5% DS增加到15-20% DS。这形成在本文中所称作的浓缩浆液。然后，浓缩浆液被引导至第二浓缩工艺，该工艺将具有大约15-20% DS的浓缩浆液转变成具有60-70% DS的高度浓缩浆液。术语“高度浓缩浆液”是相对性的术语，其是意为与在预浓缩工艺中产生的“浓缩浆液”相对的术语。也就是说，“高度浓缩浆液”意味着高度浓缩浆液的干固物含量大于“浓缩浆液”的干固物含量。

在下面更详细描述的预浓缩工艺中，不仅产生浓缩浆液而且该工艺还产生被污染的或污浊的冷凝物以及未被污染的冷凝物。术语“未被污染的冷凝物”也是相对性的术语，该术语意味着这个特定的冷凝物相比于被污染的冷凝物被较少地污染。

预浓缩工艺与第二浓缩工艺由气体剥离器连接，该气体剥离器的功能是处理被污染的冷凝物。例如，被污染的冷凝物被向下引导通过气体剥离器，并且蒸汽被注入剥离器的下部并且上升通过该剥离器，从而将污染物（特别是诸如甲醇和挥发性有机物的气体）从被污染的冷凝物中剥离。因此，在气体剥离器中产生被污染的蒸气流。这个被污染的气流包含大量的热能并且被引导至第二浓缩工艺，其中与被污染的蒸气流相关联的热能被用于给第二浆液浓缩工艺提供能量。如将在下面所描述的，在一个实施例中，第二浓缩工艺由多效机组的强制循环固体浓缩器所执行。由气体剥离器产生被污染的蒸气流的热能被用于给形成多效机组的强制循环固体浓缩器提供能量。

现在转向图1，其中示出本发明的制浆工艺的一个实施例。如上面所讨论的，木材或木片被引导至执行制浆工艺的木材制浆单元10中。木材制浆单元10产生制浆流出液，在本文中被称作浆液。该浆液（进料浆液）经由管线13被引导至并且通过预热器14。预热器14加热进料浆液。该浆液从预热器14中被引导至预浓缩系统16。在一个实施例中，如在图2A中所示，预浓缩系统16包括两个机械式蒸气再压缩（MVR）蒸发器16A和16B。蒸发器16A和16B基本上是用电力提供能量，电力驱动压缩蒸气的压缩机。预浓缩系统16的主要功能是使浆液预浓缩。预浓缩系统16产生浓缩浆液，该浓缩浆液通过管线84被引导至第二浓缩系统（总体由附图标记30表示）。随后将在本文中描述第二浓缩系统30。

除了使浆液浓缩以外，预浓缩系统16还产生清洁的或未被污染的冷凝物，该冷凝物从预浓缩系统经由管线18被引导通过预热器16。由于该清洁的冷凝物相对较热，所以它有效地加热从木材制浆单元10流到预浓缩系统16的浆液。在经过预热器14之后，清洁的冷凝物通过管线20被引导至制浆厂用于进一步使用。预浓缩系统16还产生被污染的或污浊的冷凝物，该冷凝物从浓缩系统16被引导至气体剥离单元50，随后将对其进行详细描述。

由预浓缩系统16产生的浓缩浆液被引导至最终浓缩系统或第二浓缩系统（总体由附图标记30表示）。该第二浓缩系统30的功能是将由预浓缩系统16产生的浓缩浆液大幅地浓缩。如随后在本文中将描述的，在一个实施例中，由预浓缩系统16产生的浓缩浆液具有大约15%至大约20%的干固物含量（重量）。在一个实施例中，第二浓缩系统30被设计成将浓缩浆液进一步浓缩至大约60%至70%的干固物含量。在此浓度下，浆液能够在焚烧炉或锅炉中燃烧。

更详细地参考第二浓缩系统30，在一个实施例中，该系统包括由三个强制循环固体浓缩器（总体由附图标记32、34和36表示）组成的多效机组。强制循环固体浓缩器32构成第一效结构，强制循环固体浓缩器34构成第二效结构，强制循环固体浓缩器36构成第三效结构。这些强制循环固体浓缩器包括被表示为VB 1、VB 2和VB 3的蒸气体。另外，这些强制循环固体浓缩器包括热交换器HE 1、HE 2和HE 3。最后，强制循环固体浓缩器包括由附图标记42、44和46所标示的再循环泵。

预浓缩系统16和第二浓缩系统30由气体剥离器50连接。气体剥离器50作用为将污染物从由预浓缩系统16产生的被污染的冷凝物中去除，并且所形成的蒸气流被用于提供热能以用于驱动第二浓缩系统30。

如在图1中所示，被污染的冷凝物从预浓缩系统16被引导至气体剥离器50的上部中。来自蒸汽源60的蒸汽经由管线62被引导至再沸器66。来自蒸汽剥离器50的冷凝物被循环通过再沸器66，并且被循环的冷凝物的一部分被转变成蒸汽，该蒸汽向上移动通过蒸汽剥离器，从而将被污染的气体（诸如，甲醇和挥发性有机物）从下降的冷凝物中剥离。离开气体剥离器50的底部的被处理的冷凝物被引导通过管线54并且形成工艺冷凝物。

由再沸器66产生的蒸汽向上移动通过气体剥离器50并且从气体剥离器50中的上出口离开。这导致包含大量热能的被污染的蒸气流。在一个实施例中，在被污染的蒸气流中存在足够的热能，以便充分地驱动上述强制循环固体浓缩器32、34和36。为了利用此热能，被污染的蒸气流从气体剥离器50经由管线70被引导至与第一强制循环固体浓缩器32相关联的热交换器HE 1。被污染的蒸气流进入HE 1并且加热从其通过的浓缩浆液。存在大量热能与被引导通过HE 1的被污染的蒸气流相关联，并且该热能使浓缩浆液中的水蒸发，从而产生额外的蒸气并且将经过HE 1的浆液进一步浓缩。进入HE 1的被污染的蒸气流凝结而形成另一个冷凝物，该冷凝物也会被COD污染，并且该被污染的冷凝物从HE 1经由管线72被引导进入气体剥离器50的上部，在这里，来自HE 1的被污染的冷凝物与由预浓缩系统16产生的被污染的冷凝物合并。因此，这两个被污染的冷凝物在气体剥离器50中结合并且下降经过上升的蒸汽，在这里，该蒸汽将气体从这两个被污染的冷凝物中去除。

与被污染的蒸气流相关联的能量产生额外的蒸气，该蒸气被收集在第一强制循环固体浓缩器32的VB 1中。被收集在VB 1中的蒸气有时被称作二级蒸气流。该二级蒸气流被用于给第二效结构或第二强制循环固体浓缩器34提供能量。如在图1中所示，在强制循环固体浓缩器32中产生的二级蒸气流通过管线74被引导至与第二强制循环固体浓缩器34相关联的热交换器HE 2。此处，与二级蒸气流相关联的热能再次被用于加热并蒸发经过HE 2的浆液。二级蒸气流加热该浓缩浆液并且在VB 2中形成新的蒸气流，该蒸气流也被称作二级蒸气流。该二级蒸气流从VB 2中排出并且通过管线76被引导至第三效结构或第三强制循环固体浓缩器36的热交换器HE 3。此处，管线76中的蒸气再次被用于加热并蒸发经过HE 3的浓缩浆液，并且这产生另一个蒸气流，该蒸气流被收集在VB 3中。被收集在VB 3中的蒸气被引导至冷却器或冷凝器80，在这里，蒸气被凝结以形成冷凝物，该冷凝物经由管线82离开冷却器并且形成工艺冷凝物的一部分。

因此，可以看出，与离开气体剥离器50的被污染的蒸气流相关联的热能被用于驱动强制循环固体浓缩器的多效机组并且被用于进一步浓缩由预浓缩系统16产生的预浓缩浆液。

为了进一步浓缩管线84中的浆液，该浆液被引导至一对闪蒸罐86中。存在大量热能与管线84中的浓缩浆液相关联，因此当到达闪蒸罐86时，该浆液的一些闪蒸成蒸气。在第一闪蒸罐中的蒸汽被引导至HE 2中并且补充由管线74中的二级蒸气流所提供的热能。在第二闪蒸罐中的蒸汽被引导至HE 3并且补充由管线76中的二级蒸气流所提供的热能。

浓缩浆液从闪蒸罐86被引导至第三效结构或最终效结构：强制循环固体浓缩器36。浓缩浆液通过泵46持续地循环通过热交换器HE 3和蒸气体VB 3。因为浓缩浆液中的水被持续地蒸发，所以接着的是该浓缩浆液在该第三效结构中被进一步浓缩。浓缩浆液的部分从第三效结构中流出并且被引导至第二效结构或第二强制循环固体浓缩器34。在那里，泵46持续地使浓缩浆液循环通过HE 2至VB 2并返回该泵。如同在第三效结构中，第二效结构持续浓缩被循环通过第二效结构的浓缩浆液。浓缩浆液的一部分从正在第二效结构34中循环的浓缩浆液中流出，并且被引导至第一效结构32。在那里，浓缩浆液被泵42泵送通过热交换器HE 1以及通过VB 1并且返回该泵。浓缩浆液的这个循环以及其在热交换器HE 1中对热能的暴露进一步浓缩正循环通过第一强制循环固体浓缩器32的浓缩浆液。热交换器HE 1包括蒸气出口用于蒸气从从该蒸气出口排出。这个蒸气出口连接到管线91。这个蒸气通常与甲醇和其它挥发性化合物一起被浓缩，并且能够被引导至调整冷凝器（trim condenser）。来自调整冷凝器的蒸气被认为是被剥离的气体（SOG）并且被送至制浆厂的界区外。热交换器HE 1还包括连接到管线90的浆液出口。离开HE 1的浆液是高度浓缩的。如之前提到的，在一个实施例中，该浆液具有60-70%等级的干固物含量。该高度浓缩浆液被充分地浓缩，使得它能够通过焚烧而被经济地且实际地处理。在本文中图示的实施例的情况中，在管线90中的高度浓缩浆液被引导至焚烧炉或锅炉22。

图2A和图2B示出木材制浆工艺的另一个实施例。这个工艺在许多方面类似于在图1中所示的工艺，但是在一些细节中有所不同。转向图2A，木材制浆单元10产生被引导至进料罐100中的浆液。该浆液从进料罐100被引导通过管线13、通过预热器14并且通过从预热器延伸至预浓缩单元16的管线15。在这个实施例中，预浓缩单元16包括两个MVR蒸发器16A和16B。在管线15中的浆液首先被引导至与第一蒸发器16B相关联的再循环管线中。在这个实施例中，蒸发器16A和16B是降膜蒸发器。在蒸发器16B的贮槽中的浓缩浆液被再循环通过蒸发器的顶部，在这里，浆液被排出至传热管中。该浆液在传热管的内侧上形成薄膜并且下落到贮槽。在这个工艺中，气流被提供至蒸发器的壳侧，从而导致浆液的薄膜的部分被蒸发，并且因此被浓缩。这产生被引导至压缩机的蒸气，该压缩机将蒸气压缩并且将被压缩的蒸气或蒸汽注入蒸发器的壳侧。被引导至第一蒸发器16B的浆液被持续地再循环通过蒸发器从而浓缩该浆液。在第一蒸发器16B中的浆液通过管线17被引导至第二蒸发器16A。该第二蒸发器包括双再循环回路。此处，浆液从蒸发器16A的贮槽通过两个再循环回路被泵送至该蒸发器的上部，在这里，浆液以类似于关于蒸发器16B所描述的方式被排出至传热管中。浆液被持续地再循环通过蒸发器16A，直到该浆液被浓缩至所选择的程度。在一个实施例的情况下，被引导至预浓缩单元16的管线15中的浆液具有大约1.5%的干固物含量。在这个实施例中，离开蒸发器16A并且经过管线84至罐102的浓缩浆液具有大约15-20%的干固物含量。

如在图1中所示的实施例的情况下所描述的，蒸发器16A和16B被设计成使得它们每一个产生污浊或被污染的冷凝物以及清洁或未被污染的冷凝物。首先，如在图2A中所见，蒸发器16A产生未被污染的冷凝物，该冷凝物通过管线110被引导至冷凝物罐112。蒸发器16B产生未被污染的冷凝物流，该冷凝物流通过管线114被引导至冷凝物罐112。冷凝物从冷凝物罐112通过预热器14被泵送至冷凝物罐104。液体冷凝物的一少部分通过管线116被引导至每个蒸发器的蒸气回路，被用作蒸发器16A和16B中的去过热介质。有效地，冷凝物闪蒸进入蒸气管线，从而将由压缩机产生的过热蒸气冷却至接近饱和温度的温度。

如在图2A中所见，污浊或被污染的的冷凝物从蒸发器16A和16B的右侧流出。管线118和120将被污染的冷凝物引导至冷凝物罐122。被污染的冷凝物从冷凝物罐122流动通过管线124至污浊或被污染的冷凝物罐106。蒸发器16A和16B还产生被污染的蒸气，该蒸气被引导离开管线126至冷凝器128，该冷凝器使蒸气凝结并且形成被污染的冷凝物，该冷凝物通过管线132被引导至冷凝物罐122。

继续参照图2A，来自蒸汽源60的蒸汽被引导至再沸器66。来自蒸汽源60的一些蒸汽被用作补充蒸汽以用于蒸发器16A和16B。在蒸汽剥离器50中的冷凝物被循环通过再沸器66而被转变成蒸汽，该蒸汽被引入蒸汽剥离器的下部。来自蒸汽源60的蒸汽凝结并且作为蒸汽冷凝物从再沸器中被引出。在罐106中的被污染的冷凝物经由管线52被泵送至蒸汽剥离器50的上部。然后，这个被污染的冷凝物向下下降通过蒸汽剥离器50，同时在该蒸汽剥离器中的蒸汽向上移动。该蒸汽将气体（诸如，甲醇和挥发性有机物）从被污染的冷凝物中剥离。该蒸汽作为被污染的蒸气流从气流剥离器50的上部中的出口离开。从该蒸气流包括从被污染的冷凝物中被剥离的气体的意义上来说，该蒸气流被污染。如上所述，这个被污染的蒸气流包括大量的热能，该热能能够被用于给在图2B中所示的第二浓缩系统30提供能量。更具体地，被污染的蒸气流从蒸汽剥离器50经由管线70被引导至第一强制循环固体浓缩器32的热交换器HE 1中。经过热交换器HE 1的被污染的蒸气流加热从该热交换器经过的浓缩浆液，并且与此同时，使得二级蒸气流被收集在VB 1中，该二级蒸气流经由管线74被引导至第二效结构34中的热交换器HE 2。进入HE 1的被污染的蒸气流凝结并且形成冷凝物，该冷凝物可能再次包括一些污染气体。这个被污染的冷凝物从HE 1经由管线72被引导至气体剥离器50中进行处理。参见图2A和图2B。该工艺如上所述地继续。与被引导至第二效结构的二级蒸气流相关联的热能被用于形成另一个二级蒸气流，该另一个二级蒸气流从VB 2经由管线76被引导至热交换器HE 3。

继续参照图2A和图2B，在中间罐102中的浓缩浆液通过管线84被引导至闪蒸罐86。如前所述，闪蒸罐86产生蒸汽，该蒸汽被引导至热交换器HE 2和HE 3中。这通过管线74和76中的二级蒸气流补充了被引导至这两个热交换器的热能。浓缩浆液从闪蒸罐86顺序地被进料至强制循环固体浓缩器32、34和36。浓缩浆液的进料是从第三浓缩器36到第一浓缩器32。再次，在每一种情况中，浓缩浆液由相应的泵循环通过热交换器并且通过相关联的蒸气体并返回到该泵。在该工艺中，当浓缩浆液在每个浓缩器中被浓缩时，以及当浓缩浆液从第三浓缩器36移动至第一浓缩器32时，该浓缩浆液被逐步地浓缩。离开第一强制循环固体浓缩器32的浓缩浆液通过管线142被引导至浓缩罐140。与进入第二浓缩系统30的浆液相比，由浓缩罐140所接收的浓缩浆液被大幅地浓缩。在一个实施例中，在管线142中的浓缩浆液的干固物含量为大约60-70%干固物。如前所述，在浓缩罐140中的浓缩浆液经由管线90被引导至焚烧炉22或其它装置（诸如，锅炉），以便燃烧高度浓缩的浆液。

在一个实施例中，强制循环固体浓缩器32、34和36被设计成增强热量传递至经过热交换器HE 1、HE 2和HE 3的管的浆液。这是通过将所谓的增强件插入热交换器管中而实现。在一个实施例中，为了在管内引起螺旋形流路的目的而将螺旋形元件插入每个热交换器管中。因此，进入相应的热交换器管的浆液在大体上螺旋形路径中移动通过这些管。一般认为，由于温度梯度的差异，与具有湍流特性的流相比，具有层流特性的流具有更低的加热率。因此，假定当浆液移动通过热交换器HE 1、HE 2和HE 3的相应管时，通过引起浆液在螺旋形路径中流动能够实现更高效的传热。

应当注意的是，蒸汽剥离工艺和所产生的蒸气流有效地形成第四热级，其它三个热级由强制循环固体浓缩器32、34和36形成。此处，该剥离系统能够被视为第一热级，强制循环固体浓缩器32、34和36被视为第二、第三和第四热级。

本发明的总体系统和工艺是以被设计成避免或至少降低高温的方式而执行的，该高温增加了主要地由盐的逆溶解性所导致结垢的可能性。诸如在本文中所公开的木材制浆工艺的设计中的另一个考虑因素涉及在浆液进料中的悬浮固体。例如，与常规的硫酸盐浆液（Kraft liquor）相比，机械制浆流出液的浓缩系数例如高得多。在硫酸盐浆液中，例如，浓缩系数可以在大约4.5的级别上，而在类似于本文中所公开的工艺中浓缩系数可以为40或更高。这意味着，对于进料浆液中的类似的悬浮固体含量而言，当浆液变得更加浓缩时，与常规的硫酸盐浆液相比，在诸如此处所描述的工艺中的悬浮固体的浓度将增加多得多。因此，在本发明的一个实施例中，其目标是使用蒸发器技术将浆液浓缩到高达大约15%至大约20% DS，并且然后将该工艺转换成在多效机组中实施的强制循环技术。

当然，在不脱离本发明的实质特征的情况下，本发明可以在除本文中所具体陈述的方式以外的其他方式下实施。本发明的实施例在所有方面中都被认为是说明性的而不是限制性的，并且包括在所附权利要求的含义和等同范围内的所有改变都旨在被包含在本发明中。