将木屑馈送到预水解反应器的方法与流程

本发明涉及一种对纤维素纤维材料、优选地是木屑进行水解处理和蒸煮的方法。特别地是，本发明涉及一种将碎屑和液体组成的浆料馈送到预水解阶段的方法。

背景技术：

在常规系统中，木屑(或其它纤维素或纤维材料)在引入到第二容器(例如，蒸解器)之前在第一反应器容器中经受水解。在us20080302492中描述了一种这样的系统。将木屑从碎屑馈送组件引入到预水解反应器容器中的上部入口，在此，通过向容器增加压力和热能，使得这些碎屑在反应器容器的上部区域中被水解。通过上部区域下方和第一反应器容器中的提取筛网，从纤维素材料中提取出水解产物。将洗涤液引入到第一反应器容器的下部区域，在此，该洗涤液抑制纤维素材料在下部区域中水解。洗涤液向上流动通过纤维素材料而到达提取筛网。经处理的材料从反应器容器的下部出口排出，并被引入到蒸解器，以蒸解材料，从而生产纸浆。

输送装置中的高压通常提供力，用以将碎屑向上移动到位于预水解反应器的顶部处的顶部分离器，并将进料的压力升高到大致高于大气压力。例如在由安德里茨集团(andritzgroup)销售的中，该输送装置可以是串联布置的一个或多个离心泵。进料和液体从这些泵移动到处在预水解反应器容器的上部区域中的顶部分离器。

在连续的预水解牛皮纸蒸煮工艺中，通常仅将水馈送到碎屑馈送系统，以提供足够的液体来使得碎屑越过倒置的顶部分离器、成功地运送到预水解容器中。由于碎屑在碎屑仓中蒸煮之后呈弱酸性，因此馈送循环中的ph值通常约为5。关于预水解，重要的是避免馈送系统中出现碱源，因为这会减慢酸性自水解反应。已经发现，弱酸性的ph对碎屑泵的操作有负面影响。在酸性条件下，针状碎屑会积聚在碎屑泵的叶轮和衬套之间，并且针状碎屑不会像在强碱性(ph12-14)条件下那样变软，诸如在牛皮纸蒸煮系统中。积聚的硬的针状碎屑开始在叶轮和衬套上产生摩擦和磨损，这通过泵马达负载的增大来指示。在酸性预水解牛皮纸蒸煮系统中，碎屑泵的磨损率通常比在碱性牛皮纸蒸煮馈送系统中快5到10倍。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种方法和系统，在该方法和系统中，可以降低碎屑泵的磨损率。

根据本发明，通过添加白液或其它碱，将在预水解牛皮纸蒸煮馈送系统中的ph水平提高至7到10、优选为8的9.5的范围，以防止碎屑泵磨损。优选地是，将碱直接添加到一个或多个碎屑泵中。

令人惊讶地发现，从泵磨损的角度来看，即使非常弱碱性的条件也改善这种情况。在8到9.5的ph水平下，碎屑泵的磨损就已大大减小。同时，需要非常少量的碱以将馈送系统的ph增加到上述水平，并且对自水解的负面影响非常小。因此，通过向馈送系统添加少量的碱性化学物质，将馈送循环的ph维持在7到10、优选地是8到9.5的水平，可以显著地降低碎屑泵的磨损率，而不会在预水解阶段中有明显的干扰。

基本上任何碱性化学物质均可用于ph控制，但白液或氧化白液是最优的，因为这些化学物质已能在(预水解)牛皮纸制浆厂中获得。可以利用馈送到馈送系统中的水来稀释碱。

将碱添加到碎屑浆料在其中流动的泵的内部。优选地是，将碱添加在泵壳体和泵叶轮之间。该泵壳体设置有导管和开口，用于将碱引入到泵。该泵通常是具有壳体的螺杆式离心泵，该壳体包括圆锥形的抽吸壳体部、螺旋形壳体部、入口开口以及出口开口。该叶轮可以打开或关闭。关闭的叶轮设置有圆锥形护罩，该圆锥形护罩被固定到螺杆叶片的外周界。该泵可以进一步在抽吸壳体和叶轮之间设置有衬套。

如果该泵设置有衬套，则馈送碱液的优选的点是在泵叶轮和衬套之间的间隙或通道。在这种情况下，泵的关键部分遇到最高的碱浓度。这样可以最大程度地减少磨损。

该碎屑馈送系统可以包括一个或多个泵，该一个或多个泵用于馈送碎屑。两个或更多个泵可以串联或并联连接。碱通常沿碎屑流动方向添加到第一泵。碱也可以在第一泵之后添加到其它泵中。

附图说明

图1是可以应用本发明的连续制浆系统的示意图，该连续制浆系统具有碎屑进料、水解反应器以及连续蒸解器反应器。

图2示出了用于碎屑泵送的螺杆式离心泵的侧视图。

图3a、图3b和图3c示出了螺杆式离心泵的局部剖视图。

具体实施方式

在双反应器容器系统中，将蒸汽引入到两个容器的顶部，以实现加热和加压目的。在第一反应器容器中发生水解。随着在第一容器的顶部处引入的木屑行进通过该容器并到达该容器的下方提取端口，该第一反应器容器中的提取筛网将水解产物去除。

该第二反应器容器是连续蒸解器容器、例如汽相或蒸汽相蒸解器。第一和第二反应器容器可以是基本竖直的，且具有至少30米的高度(例如50到70米)、在容器的上部中的入口以及在容器的底部附近的排放口。添加到这些反应堆容器的热能可以是处于大气压下或高于大气压的加压蒸汽。

图1是示例性的碎屑馈送和纸浆处理系统的示意图，该碎屑馈送和纸浆处理系统具有碎屑馈送系统24、第一反应器容器10(水解反应器)以及连续纸浆蒸解器12。该第一反应器容器包括倒置的顶部分离器14，该顶部分离器经由碎屑馈送管线26从常规木屑馈送组件24接收纤维素材料和液体组成的浆料。

这些碎屑被输送通过碎屑馈送管线11，并且经由螺旋运输机13馈送到碎屑仓16。碎屑仓16可以是常规的碎屑仓，例如由安德里茨集团(andritzgroup)供应的碎屑仓。低压蒸汽可以经由蒸汽管线添加到碎屑仓，从而可以控制碎屑仓中的碎屑的温度和压力。

碎屑仓16连接到双螺杆碎屑计18和碎屑槽20。经由管道28和30将热水添加到碎屑槽20中的碎屑，以形成碎屑的浆料。

从顶部分离器14排出并被提取到管道30的经分离的液体可以与热水混合。混合物通过管道30流动到碎屑管20。将从顶部分离器14排出的液体和热水28组成的混合物控制在低于碎屑的正常水解温度(例如优选的是170℃)的温度。从顶部分离器排出的水和液体的温度优选地是在100℃到120℃的范围内。

为了将碎屑馈送到第一反应器容器，纤维素材料的浆料经由一个或多个泵22(例如由安德里茨集团(andritzgroup)出售的turbofeed^tm系统)泵送到该第一反应器的顶部分离器。

可以基于容器中的压力和温度之一或二者来控制该第一反应器容器10。压力控制可以通过使用经由蒸汽管道32的受控的蒸汽流或另外还使用添加到该第一反应器容器的惰性气体来实现。该第一反应器容器中的气态上部区域在碎屑柱(chipcolumn)的上部水平高度上方。

管线32中的蒸汽在高于正常水解温度(例如170℃)的温度下供应，以使得能够在第一反应器容器中的纤维素浆料中发生水解。蒸汽以受控的方式添加，这至少部分地促进该第一反应器容器中的水解。蒸汽经由在该第一反应器容器的顶部处或顶部附近的管线32添加，例如添加到容器的汽相中。引入到第一反应器容器的蒸汽将纤维素浆料的温度升高到正常水解温度或高于正常水解温度，例如高于150℃。

在第一反应器容器中馈送到倒置顶部分离器14的纤维素材料浆料可能具有过量的液体，以便于流动通过输送管道26。一旦在容器中，当浆料通过顶部分离器14时，多余的液体就被去除。从分离器去除的过量液体经由管道30返回到碎屑馈送系统，例如，返回到碎屑管20并被重新引入到浆料，以将纤维素材料输送到第一容器的顶部。

该顶部分离器14将碎屑或其它固体纤维素材料排放到第一反应器容器的液相(在上部碎屑柱下方)。顶部分离器从倒置分离器14的顶部推动材料并将材料推入气相。经推出的材料可能会通过容器中的气相下落，并落入第一反应器容器中包含的碎屑和液体的上部碎屑柱。气相(如果存在这样的相的话)和第一反应器容器10中的温度处于或高于正常水解温度，例如处于或高于170℃。纤维素材料的浆料逐渐向下流动通过第一反应器容器。随着材料前进通过容器，新的纤维素材料和液体从顶部分离器添加到上表面。

在第一反应器容器10中发生水解，在该第一反应器容器中，温度被保持在正常水解温度下或高于正常水解温度。通过添加酸，水解将在较低的温度(例如低于150℃)下发生，但优选地是，在仅使用来自第一反应器容器的顶部分离器的水和再循环的液体的情况下，在高于150℃或170℃的高温下发生水解。通过提取筛网36或一组多个高度的提取筛网36将水解产物去除。提取筛网(未示出)可以位于反应器10的底部区域中，其中，在筛网的大致上方发生水解。在图1中，提取筛网36设置在反应器的上部中，以使得从反应器中去除较少的经处理的水解产物。在提取之前，在水解阶段中的保留时间通常为60到80分钟，但是在图1中，在保留10到40分钟、优选地是20到30分钟之后，筛网36就已就位。在筛网36的下方完成水解反应。在筛网36下方可能存在附加的筛网，以去除水解产物。

水解产物是水解的产物。水解产物通过提取筛网36被去除，并被馈送到管道38。该水解产物或其一部分可以通过常规的水解产物回收系统回收。

可以控制添加到碎屑槽20中的碎屑浆料的液体的量，以避免碎屑浆料的ph过度变化，例如以避免使浆料变得过碱性或过酸性。向碎屑管20中的纤维素材料中添加液体有助于使得碎屑浆料材料运送通过碎屑泵22并且通过碎屑浆料管道26，该碎屑浆料管道在碎屑槽20和第一反应器容器10的顶部分离器14之间延伸。

经处理的碎屑通过预水解反应器容器10的底部34排出，并且经由碎屑输送管道40被送到蒸解器容器12(例如连续蒸解器)的顶部分离器42、例如送到倒置的顶部分离器。

来自管道48的附加液体可以添加到第一反应器容器的底部。可以从第二反应器容器12的顶部分离器42提取该附加液体。可以通过泵送(经由泵50)将该附加液体再循环到第一容器的底部36，作为用于辅助从第一容器中排出碎屑的一部分液体。白液通过管线44和46添加到管道48，并进一步添加到第一反应器的底部。

可以经由管道52将蒸汽添加到蒸解器12的顶部。

蒸煮化学物质(例如白液44)添加到第二反应器容器12的顶部，例如添加到倒置的顶部分离器42。这些蒸煮化学物质的一部分可以引入到循环管线48，以从顶部分离器中提取液体，并且将液体添加到第一反应器容器的底部。将白液添加到第二反应器容器12的顶部分离器，以促进白液在该分离器中与纤维素材料混合，然后将材料和白液的混合物从该分离器排放到第二反应器容器。

通过添加中等压力蒸汽52以及可能的是还有空气或惰性气体来升高和控制蒸煮容器12中的温度。该蒸煮容器可以是在如下压力下操作的汽相或液压相容器：该压力与预水解反应器容器14中的压力平衡。预水解反应器容器的底部处的压力是容器14中的中等蒸汽压力和碎屑和液体柱的液压压力的组合。该组合压力大于蒸煮容器的顶部处的压力，该压力可以处于中等压力蒸汽52的压力下。在预水解反应器容器的底部和蒸煮容器的顶部之间的压差使进料移动通过管线40。此外，在使用液压蒸解器蒸煮容器的情况下，可以使用加热循环将进料加热到期望的蒸煮温度。

该蒸煮容器12可以具有并行流动和逆向流动的多个区域。上部蒸煮区54可以使得进料和液体并行流动。通过上部蒸煮区的底部处的筛网62提取出一部分黑液。所提取的黑液流动通过管线68，从而为再沸器70提供热能。在再沸器中生成的清洁的低压蒸汽经由管线72流动，以将热能提供给碎屑仓16。黑液从再沸器流到黑液过滤器74。经过滤的液体流入稀黑液罐，用以在黑液蒸发系统中进行进一步处理。可以与再沸器70一起使用或代替该再沸器使用其它热回收系统(例如闪蒸罐和热交换器)，此类热回收系统从热黑液中回收热量。

在中间蒸煮区56中，进料继续向下移动，并且黑液的逆流向上流动通过该区域56。附加的白液通过筛网64提取到管道68'。可以将白液44添加到黑液流中。黑液和白液的组合流经由中心管道82再循环到蒸煮容器，该中心管道在筛网64处或下方添加该组合流体。

调节通过中心管道82添加组合流的速率以及通过筛网62和64提取液体的速率，以使得液体向上流动通过中间蒸煮区并且向下流动通过下部蒸煮区58。下部蒸煮区所具有的长度可以是蒸解器容器16的竖直长度的三分之一、一半或更多。

在蒸煮容器的底部处的洗涤区域60洗涤进料，以提取黑液。洗涤液84通过洗涤管线流到洗涤区的下部区域，并通过中心管道82流到洗涤区。当洗涤液向上流动通过洗涤区时，进料中的黑液和其它化学物质被夹带、向上流动并通过筛网66被提取。

底部排放组件78将经洗涤的进料经由管线80从蒸煮容器排放到卸料槽(未示出)。进料的压力在卸料槽中得以释放。泵送从卸料槽排放的进料(现在是溶解的纸浆)，以进行进一步处理，例如粗浆洗浆机(未示出)。

图2示出了用于碎屑泵送的典型螺杆式离心泵的侧视图。该泵具有壳体202和螺杆叶轮208以及用于木屑和液体组成的浆料的入口开口204和出口开口206。该叶轮可以打开或关闭。关闭的叶轮设置有圆锥形护罩210，该圆锥形护罩被固定到螺杆叶片的外周界。该泵可以进一步在抽吸壳体和叶轮之间设置有衬套(图3)。

图3a、图3b和图3c示出了螺杆式离心泵的局部剖视图。

在图3a中，泵300具有抽吸壳体部302、磨损环304、关闭的螺杆叶轮306以及在抽吸壳体与叶轮之间的衬套308。该泵还具有入口320和出口322，以供碎屑浆料流动。开口310和导管312布置在抽吸壳体中，以用于将碱314引入到泵。碱被引导到叶轮和衬套308之间的间隙316，在该间隙中，碱和木屑浆料接触，并且浆料的ph将会增加。这样可以降低泵的磨损率。

在图3b中，在抽吸壳体302b和关闭的叶轮318之间没有衬套。在这种情况下，将碱314引入到在叶轮318和抽吸壳体302b之间的间隙316b。

在图3c中，叶轮320是打开的。碱314被引导到叶轮320和衬套308c之间。

尽管已经结合当前被认为是最实用且优选的实施例描述了本发明，但应该理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，其旨在覆盖被包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改以及等同布置。