从木材制浆过程中的稀黑液中回收热的系统及方法
【专利说明】从木材制浆过程中的稀黑液中回收热的系统及方法发明领域
[0001]本发明涉及一种木材制浆系统和方法，尤其涉及从稀黑液中回收热并将回收的热作为木材制浆过程中一个或者多个热源的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在木材制浆过程中产生的稀黑液通常具有约15% (重量)的固体含量，这对于燃烧来说太低了。为了提高稀黑液的固体含量，稀黑液通常在多效蒸发器中被浓缩，直到它的固体含量达到约70-90%。然后，浓缩的稀黑液被称为黑液。浓缩的黑液随后被引导至回收锅炉中，在回收锅炉中，黑液燃烧并在此过程中产生灰。
[0003]在新的制浆厂设计中，期望不用将稀黑液冷却至其常压闪蒸点以下，就可以将其从蒸煮器引导到蒸发系统。其优点在于，在蒸发系统中降低蒸汽的使用。当前的技术是使用闪蒸罐或液-液热交换器在稀黑液进入蒸发系统之前将其冷却。这两种方法都有缺点和不足。首先，闪蒸罐容易起泡。另一方面，液-液热交换器易于被纤维堵塞。此外，液-液热交换器还需要大量的冷凝水或冷却水来冷却稀黑液。
【发明内容】
[0004]本发明的一个实施方案涉及从稀黑液中回收热并在一个或者多个木材制浆过程中利用回收的热的系统和方法。
[0005]在另一个实施方案中，本发明涉及木材制浆的系统和方法，其中在这个过程中产生的稀黑液被冷却而且热由此被回收，并在多级效蒸发系统中被用来浓缩稀黑液。在这个实施方案中，稀黑液流经喷雾薄膜蒸发器的管子或管道，在该工艺中加热该管子。由多级效蒸发系统产生的凝结物被喷雾到管子的外部，使该凝结物沸腾。由此产生蒸汽，该蒸汽再被引导至多级效蒸发系统中，而随之携带的热，在该多级效蒸发系统中被利用来浓缩稀黑液。
[0006]本发明的其他目的和优点从以下的描述和配有附图的研究中将变得清楚和明显，这些仅仅是本发明示意性的说明。
【附图说明】
[0007]图1是木材制浆过程的一个示意图，其中稀黑液被冷却，并在这个过程中，热由此被提取，并且所提取的热可以用于木材制浆操作的其他过程中。
[0008]图2是木材制浆过程的一个示意图，其中稀黑液被引导通过位于蒸发系统上游的喷雾薄膜蒸发器，并且其中喷雾薄膜蒸发器将稀黑液冷却，并从中提取热，该热以蒸汽的形式被引导到下游蒸发系统。
[0009]图3是木材制浆过程的一部分的示意图，用于说明喷雾薄膜蒸发器及其与下游多级效蒸发系统的关系。
【具体实施方式】
[0010]本发明涉及产生稀黑液的木材制浆过程。根据本发明，稀黑液被引导通过喷雾薄膜蒸发器10，该蒸发器的作用是从稀黑液中回收热。从稀黑液中回收的热被一个或多个消耗热量的过程所利用，该过程形成纸浆厂操作的一部分。参照图1。
[0011 ] 在一个具体实施方案中，喷雾薄膜蒸发器10被用在木材制浆过程中，在这个过程中，喷雾薄膜蒸发器设置在蒸煮器12和蒸发系统14之间。由蒸煮器12产生的稀黑液被引导进入并通过喷雾薄膜蒸发器10。由通常是多级效蒸发器的下游蒸发系统14产生的凝结物(condensate)，被引导到喷雾薄膜蒸发器10。凝结物被喷射到构成喷雾薄膜蒸发器10的部件的管束上。稀黑液携带的热被传递到管子的表面。当凝结物被喷雾到管子上时，该热将凝结物汽化，得到的蒸汽被收集而且被引导到下游至蒸发系统14中，其中蒸汽可以在该蒸发系统中用于浓缩稀黑液。参照图2。
[0012]图1和图2显示了包括喷雾薄膜蒸发器10的木材制浆过程。在详细讨论喷雾薄膜蒸发器10的作用及操作之前，大致回顾一下典型的木材制浆过程中的一些基本的过程是有利的。关于此，参照图1和图2。
[0013]参照图1，木肩被引导至蒸煮器12。木肩与制浆化学品混合，通常称为白液。白液包括氢氧化钠(NaOH)和硫化钠(Na2S)。蒸煮器12在压力下运行，而且在典型的操作过程中，木肩在温度为160-180°C下蒸煮。蒸煮器中的白液对木材基质中的化学有机酸进行中和。木质素和其他有机材料溶入白液中。保留的材料是用于造纸工艺的纸浆或木材纤维。白液从蒸煮器12排出，在排出时该白液便被称为稀黑液。
[0014]通常由蒸煮器12产生的稀黑液会被冷却。在本发明的情况下，稀黑液通过喷雾薄膜蒸发器10冷却。此后，稀黑液被引导到由标号14所指的下游蒸发系统。下游蒸发系统14可以包括一个蒸发器或一系列蒸发器，例如多级效蒸发器。在蒸发系统中，稀黑液被浓缩。稀黑液通常具有大约15%的固体含量(重量)，这对于燃烧来说太低了。通过在蒸发系统14中浓缩稀黑液，固体含量可显著增加，这样，在回收锅炉中处理稀黑液就是适当的。浓缩的程度可以变化，通常稀黑液浓缩至含干燥固体约70-90% (重量)。
[0015]通常由蒸发器14浓缩的黑液其温度大约为120°C。黑液喷入回收锅炉16，其通常工作温度约为900°C。实际上，当黑液喷入回收锅炉16时，其被雾化成液滴，暴露于热气体中，并将经历干燥、热解和焦炭转化。在焦炭转化结束时，液滴已经转换为熔体的小颗粒，其通常包括无机材料、以离子形式存在的Na2S、Na2CO3, Na2SOjP NaCl。焦炭转化通常在熔体退出锅炉之前完成。由此产生的可燃气体被完全燃烧。这在锅炉周围的水管中产生蒸汽。蒸汽随后在其他工艺过程中使用，并且通常用于驱动产生电能的蒸汽涡轮。
[0016]所得熔体进入溶解罐19，其中该熔体溶解在水中以形成被称为绿液的物质。然后绿液被送到苛化车间20，其中绿液与生石灰，CaO反应，将Na2CO3转化为NaOH。在溶解罐19中形成的Na2S,只通过苛化车间20而未被改变。
[0017]苛化的绿液被称为白液而且大量含有NaOH和Na2S。由苛化车间产生的白液返回到蒸煮器12中以重复用于制浆。在苛化车间20中，CaCO3(石灰泥)被沉淀出来。从苛化反应中沉淀的CaCO3被清洗，并送到石灰窑，在石灰窑中，其被加热到高温再次生成CaO以重复利用。
[0018]在木材制浆过程中，期望不浪费制浆化学品，就可以除去所得灰中的氯和钾。达到这一目的有很多已知的方法。例如，参照美国专利申请序列号为13/709140，题为“CRP吹扫处理”的文献，该申请的内容通过引用直接并入本文。
[0019]返回到喷雾薄膜蒸发器10的讨论，图1和图2显示的是喷雾薄膜蒸发器结合至木材制浆过程中。喷雾薄膜蒸发器10包括管束10A。喷雾薄膜蒸发器10中的管子的数目可以不同，但在一个典型的应用中，它们可能在上千数量级。此外，这些管子是比较长的，并且可以长至超过40英尺。在一个实施例中，该管子的直径相对较小，为1.5“的量级。管壁典型地为0.035 ”，但是可以理解壁厚是可以变化的。
[0020]管束1A的周边是一个壳体或外壳10B。在壳体1B的底部形成一个储池10C，用来保持物料或凝结物。一系列喷嘴1D设置在管束1A的上方，并通过进料管线1E输送物料或凝结物。栗1F被提供并是可控的，用以从储池1C将物料或凝结物栗到进料管线1E0物料或凝结物排污管线1H是可控的并用以与再循环管线1G相连，以适当地排泄掉凝结物。在壳体1B处形成蒸汽出口和物料或凝结物进口。
[0021]返回至图1所示的实施例，喷雾薄膜蒸发器10设置在蒸煮器12的下游。由蒸煮器产生的稀黑液被引导进入并通过喷雾薄膜蒸发器10。进入喷雾薄膜蒸发器10的稀黑液的温度是较高的。在一个实施例中，由蒸煮器12产生的稀黑液的温度大约为230° F0喷雾薄膜蒸发器10的功能是冷却稀黑液，并在此过程中从其中回收热。因此，蒸发器物料，如凝结物，被输送到喷雾薄膜蒸发器10。该物料集结并存储在蒸发器的储池1C中。栗1F将物料栗入进料管线10E，并从此处开始被引导到喷雾喷嘴10D。喷雾喷嘴1D将物料分散在管束1A上。喷雾到管子的外表面(其通常可以在大约201° F的温度)的物料会沸腾或汽化，进而产生蒸汽。参见图1，本方法有效地冷却了稀黑液，在一个实施例中，离开喷雾薄膜蒸发器10的稀黑液温度为约203° F。产生的蒸汽在纸浆厂运作中有许多应用。大量的耗热工艺或者组分便可以利用由喷雾薄膜蒸发器10产生的蒸汽。
[0022]返回至图2的实施例中，从稀黑液中回收的热被用作能量源，用于驱动下游的蒸发系统14。由蒸发系统14产生的凝结物被回送到喷雾薄膜蒸发器10。凝结物喷射到有热的稀黑液流动的管1A的外表面上。在这个过程中，来自稀黑液的热量使得凝结物沸腾或者气化，而稀黑液被冷却。在喷雾薄膜蒸发器10中产生的蒸汽被引导到下游的蒸发系统14，在那里该蒸汽被用作热源，增加了由蒸汽源供应到蒸发系统的能量。
[0023]在纸浆厂的操作中，蒸发系统14通常包括多级效蒸发器网络。在双级效蒸发系统中，离开第一级效的蒸汽产物被用以为第二汽化单元提供能量。这种多级串联可以继续叠加为更多级阶。在典型的多级效蒸发系统的情况中，提供一种蒸汽源，其被用于给第一级效提供能量。由第一级效产生的蒸汽然后被用到第二级效中，以此类推。在图2的实施方案所用的多级效蒸发系统中，蒸发系统将产生浓缩的稀黑液，它被称为黑液，且同时产生凝结物。由多级效蒸发系统所产生的部分凝结物被引导到喷雾薄膜蒸发器10的凝结物入口。由喷雾薄膜蒸发器10产生的蒸汽被引导到蒸汽出口，并被进一步引导至蒸发系统14，该系统中，有关热量被用于为蒸发系统14提供额外的能量。
[0024]蒸发系统14的主要功能是浓缩稀黑液，使得它可以在回收锅炉16被适当地燃烧。各种蒸发器设计都可以使用。图3给出了一个示例性的多效蒸发器的设计和它与喷雾薄膜蒸发器10的关系。此示例性