Размещено на http://www.allbest.ru/

Глава 1. Извлечение натрия сульфит из отработанного варочного раствора

В отработанном варочном растворе на основе сульфита натрия содержатся значительные количества соединений натрия, которые желательно извлекать из раствора. С этой целью отработанный раствор концентрируют путем упаривания, а затем подвергают сжиганию. При сжигании образуются отходящие газы, содержащие диоксид серы и диоксид углерода и твердый остаток, который растворяют в воде с получением так называемого «зеленого раствора», содержащего сульфид натрия. Диоксид серы удаляют из отходящих газов путем промывки раствором карбоната натрия, для приготовления которого используют зеленый раствор. Получаемый сульфит натрия может быть использован для приготовления варочного раствора.

Вследствие необходимости высоких капитальных вложений и трудностей, обусловленных протеканием побочных реакций с образованием тиосульфата натрия, отрицательно влияющего на процесс варки, существующие методы извлечения химических продуктов из варочных растворов на основе сульфита и бисульфита натрия не могут считаться достаточно эффективными. Существует необходимость в разработке усовершенствованных, более дешевых методов выделения компонентов, содержащих натрий и серу, с целью их повторного использования в операции варки.

В патенте США 3 787283 описывается процесс и аппаратура для выделения соединений натрия из отработанных варочных растворов путем сжигания сконцентрированного отработанного раствора не в виде вязкой массы, а в форме твердых гранул. Этот способ обладает рядом преимуществ перед известными, в частности процесс можно проводить с использованием относительно недорогого оборудования, например вращающегося обжигового барабана, который значительно дешевле чем крафт-печи или стекловаренные печи, которые применяют для сжигания вязкой расплавленной массы. Кроме того, этот способ позволяет выделять непосредственно сульфит натрия, в то время как по известным способам получается остаток, основными компонентами которого являются карбонат и сульфид натрия. Эти соединения необходимо далее различными способами перерабатывать,чтобы получить сульфит натрия.

Процесс, разработанный Д. Р. Шили и Дж. X. Рионом (патент США 4 035228, 12 июля 1977 г.; фирма «Соноко Продактс Компания), относится к дальнейшему усовершенствованию описанного метода. Согласно этому способу концентрированный отработанный раствор, содержащий соединения щелочных металлов, смешивают с оксидом алюминия, к полученной смеси добавляют рециркулируемую из печи золу, содержащую алюминат щелочного металла, и формуют твердые гранулы. Последние загружают в печь, рабочая температура которой ниже, чем температура плавления алюмината. В печи происходит сгорание органической части гранул и взаимодействие щелочных металлов с оксидом алюминия с образованием золы, содержащей алюминат щелочного металла.

Часть золы из печи возвращается на стадию формовки гранул, а остальную золу растворяют в воде с получением раствора алюмината щелочного металла. Этот раствор смешивают с суспензией, рециркулируемой с последующей стадии процесса, для инициирования частичного осаждения оксида алюминия из алюмината. Затем смесь взаимодействует с газообразным диоксидом серы для дополнительного осаждения оксида алюминия и получения суспензии оксида алюминия в растворе, содержащем щелочной металл. Раствор выделяют из смеси, а отделенный оксид алюминия направляют для повторного использования в процессе формовки гранул.

Процесс, разработанный С. Мицугучи, И. Номура, Т. Наито и др. (патент США 4 141785, 27 февраля 1979 г.; фирма «Эбара Мануфэкчуринг Ко, Лтд.», Япония) предназначен для выделения химических соединений из отработанных варочных растворов на основе сульфита натрия. Согласно этому способу остаток от сжигания отработанного раствора добавляют к водной суспензии этого остатка, одновременно добавляя свежую воду таким образом, чтобы обеспечить частичное растворение подаваемого остатка. В результате содержание твердого вещества в суспензии, так же, как и ее температура, поддерживается постоянным.

Полученный раствор контактируют с газом, содержащим диоксид серы предпочтительно с отходящими газами, образующимися при сжигании, для превращения карбоната натрия в сульфит натрия. Весь процесс проводится в замкнутой системе и соединения серы и натрия, содержащиеся в отработанном растворе выделяются и регенерируются с получением свежего варочного раствора

Рис. 1. Схема процесса выделения химических соединений из варочного раствора на основе сульфита натрия

Схема данного процесса приведена на рис. 1. Концентрированный отработанный раствор сжигают в печи 1; образующийся твердый остаток по линии 2 непрерывно подают в бункер 3. По линии 4 в бункер подают водяной пар или воздух под давлением, в результате чего происходит охлаждение смеси и выделение нз него мелких частиц. Водную суспензию, возвращаемую из циркуляционного резервуара 6, подают в бункер так, что она стекает вниз по его внутренней стенке предотвращая накопление на ней твердого остатка. Скорость подачи суспензии в 100 раз превышает скорость подачи остатка от сжигания (по массе). Частицы твердого остатка падают на сито 5, где мелкие частицы отделяются от крупных Мелкие частицы отводят в циркуляционный резервуар 6, а крупные направляют в резервуар для зеленого раствора 7. В резервуаре 7 крупные частицы при перемешивании растворяются в воде, подаваемой из скруббера 8, в котором промываются газы, отходящие из бункера 3. Образующийся в резервуаре 7 разбавленный зеленый раствор перекачивают в циркуляционный резервуар 6.

Хотя концентрация получаемого зеленого раствора может изменяться в зависимости от количества подаваемой воды, которое в свою очередь зависит от общего водного баланса процесса, обычно ее поддерживают на уровне -10%. При проведении процесса необходимо постоянно поддерживать баланс между следующими количествами воды: 1) суммарным количеством воды, подаваемой на стадию окисления и воды, выводимой вместе с воздухом из бункера 3 и 2) количеством воды, подаваемым из резервуара для зеленого раствора. В результате этого содержание твердых веществ в резервуаре для зеленого раствора поддерживается постоянным.

Зеленый раствор смешивают в циркуляционном резервуаре 6 с водной суспензией, частицами твердого остатка и разбавленной водной суспензией рециркулируемой со второй стадии, в результате чего получают суспензию с многокомпонентной водной фазой, в состав которой входят в основном сульфид натрия, а также гидроксид натрия, полисульфиды натрия и Другие натриевое соли, такие как тиосульфат, карбонат и хлорид натрля. Твердая фаза суспензии состоит в основном из карбоната натрия и других нерастворенных компонентов, упомянутых выше и их различных производных.

Молярное отношение S/Na₂0 в твердой части суспензии значительно выше, чем в остатке от сжигания. Например, в остатке это отношение составляет 0,5, а в суспензии 0,8--1,0. Температуру суспензии поддерживают равной 55--90 С, предпочтительно 75--83 °С. Для этой цели может быть использовано пропускание воды через охлаждающую рубашку, температура которой на 5--40 °С, предпочтительно на 10--20 °С ниже, чем температура суспензии. Использование охлаждающей воды со слишком низкой температурой может привести к осаждению твердых веществ на охлаждающей поверхности и к снижению эффективности охлаждения. В случае необходимости дополнительно к водяному охлаждению можно использовать охлаждение путем пропускания через суспензию холодного воздуха. В этом случае происходит окисление некоторого количества сульфида натрия.

Общее содержание химических соединений в суспензии поддерживается в интервале 35--70 %, предпочтительно 45--60 %. При концентрациях менее 35 /₀ хотя и улучшается эффективность охлаждения, влажный остаток, получаемый на второй стадии, содержит больше карбоната натрия чем необходимо для поддержания требуемого'молярного соотношения S/Na₂0. Далее, если суспензию или фильтрат охлаждают на барабанном аппарате с образованием хлопьев, то отверждение будет проходить с недостаточной скоростью, либо получаемые хлопья будут содержать слишком много воды, что приводит к снижению температуры окисления при их последующей обработке в реакторе окисления. С другой стороны, при концентрациях более 70 % становится довольно трудно поддерживать температуру <90 С и происходит забивка трубопроводов.

Суспензию перекачивают через напорный бак 9 в шнековое декантирующее устройство 10. Благодаря наличию напорного бака подача суспензии может проводиться непрерывно при постоянном давлении. В декантаторе 10 происходит отделение части твердой фазы, которая в виде влажного осадка удаляется из водной суспензии и подается в реактор окисления 11, в то время как оставшаяся смесь возвращается в циркуляционный резервуар в виде разбавленной водной суспензии.

В том случае, если в остатке от сжигания содержание сульфида натрия составляет <40%, особенно <30 %, то молярное соотношение S/Na₂0 во влажном осадке легко может быть установлено таким же как в остатке от сжигания. С другой стороны, если содержание сульфида натрия в остатке от сжигания >30,₀, особенно >40 %, то необходимо увеличить содержание серы в водной суспензии для того, чтобы получить молярное отношение S/Na₂0 во влажном осадке такое же как и в остатке от сжигания. При возрастании концентрации сульфида натрия в водной суспензии, эффективность охлаждения суспензии уменьшается в результате осаждения сульфида натрия на охлаждающей поверхности и снизить температуру водной суспензии до требуемого значения становится довольно трудно. В этом случае часть суспензии, выводимой из напорного бака, направляют в барабанный аппарат для образования хлопьев 12; в другом варианте в аппарат 12 подают часть фильтрата из дскантатора 10.

В аппарате 12 химические соединения, присутствующие в суспензии или в фильтрате, утверждаются на барабане, который обычно охлаждают до температуры <70°С, предпочтительно до 30--50 °С, образующиеся хлопья удаляют и подают в основной реактор окисления. Хлопья имеют состав аналогичный составу подаваемой водной суспензии. Для упрощения желательно подвергать отверждению только часть водной суспензии, а оставшуюся суспензию рециркулировать в циркуляционный резервуар. Контролируя количество хлопьев, подаваемых в реактор, можно регулировать молярное соотношение S/Na₂0 в сырье, поступающем на окисление.

Основной реактор окисления представляет собой месильную машину с двумя валами, в нижней части которой находится большое количество твердых частиц окисленного продукта, содержащих небольшое количество воды, например до 5 %. После подачи в реактор влажного осадка и хлопьев они непосредственно смешиваются с частицами окисленного продукта при одновременной подаче горячего воздуха (100--200 °С, предпочтительно 150--185 °С).

Поскольку даже при подаче в реактор малых количеств воздуха выходящие из реактора окисления газы содержат значительное количество влаги то на поверхности различных частей, например циклонного сепаратора и трубопровода будет происходить конденсация капель воды. Образующиеся капли захватывают твердые частицы, уносимые газами, что приводит к забивке аппаратуры. Поскольку вводимый в реактор воздух также способствует перемешиванию реакционной смеси скорость его подачи должна быть достаточно велика. В то же время подача слишком больших количеств воздуха требует большого расхода энергии для нагрева воздуха и его подачи и, кроме того, приводит к увеличению уноса твердых частиц из реактора. Оптимальное количество подаваемого воздуха должно в 20 раз, предпочтительно в 10 раз, превышать стехиометрическое количество, необходимое для полного окисления всего количества сульфида натрия, содержащегося в остатке от сжигания.

Отходящий газ из реактора подается в циклон 14, где унесенные твердые частицы отделяются и возвращаются в реактор. Окисленный продукт, который содержит неокисленные химические соединения и промежуточные продукты окисления, выводят из реактора по сливному желобу и подают в реактор доокисления 13. Реактор 13 предназначен для проведения реакции окисления с возможно большей степенью полноты. Неокисленные химические соединения и промежуточные продукты при попадании в последующие стадии процесса будут реагировать с диоксидом серы, образуя газообразный сероводород, который загрязняет окружающую среду и тиосульфат натрия, оказывающий отрицательное действие в процессе приготовления бумажной массы.

В реактор доокисления подается воздух с температурой 100--300 °С, предпочтительно 150--250 °С. В твердых частицах, выведенных из основного реактора, присутствует до 5 % воды; этого количества достаточно для проведения превращения остаточного сульфида натрия в сульфит натрия. Однако если вода присутствует в недостаточном количестве, в реактор для облегчения реакции окисления можно добавить воду. Отходящий газ из реактора доокисления поступает в циклон 14, в котором отделяются твердые частицы, уносимые газом.

Если в циклоне не достигается полного удаления твердых частиц, то отходящие газы подвергают обработке в скруббере 16, в который подается свежая вода или разбавленный водный раствор химических соединений; в скруббере происходит растворение твердых частиц с максимально возможной полнотой.

Окисленный продукт из реактора доокисления подают в резервуар для растворения 15, в который поступает водный раствор, выводимый из скруббера 16; в результате образуется водный раствор, содержащий карбонат и сульфит натрия. Количество водного раствора, подаваемого в резервуар для растворения, регулируется таким образом, что получаемый водный раствор имеет концентрацию ~20 %. При концентрациях выше 20 % возникают трудности при обработке водного раствора диоксидом серы для получения варочного раствора. С другой стороны, если раствор слишком разбавлен, то невозможно получить варочный раствор с требуемой концентрацией.

Водный раствор подают в отстойник 17, в котором нерастворимые материалы отделяют в виде шлама, а осветленную жидкость направляют в абсорбер 18. В абсорбере происходит контактирование осветленного раствора с газами, выходящими из печи для сжигания, в результате чего происходит превращение карбоната натрия в сульфит натрия в той степени, которая необходима для получения варочного раствора требуемого состава. Газ, выходящий из абсорбера, не содержит Диоксида серы и выводится в атмосферу. Полученный таким образом варочный раствор осветляют в концентраторе 19 и используют для получения бумажной массы. Шлам, выделенный из концентратора, соединяют со шламом, полученным в отстойнике, промывают водой, фильтруют и выводят из процесса. Промывные воды и фильтрат рециркулируют в скруббер и (или) в резервуар для растворения.

Усовершенствованный метод выделения соединений, содержащих натрий и серу, нз отходов процесса варки с использованием сульфита и бисульфита натрия описаны В. Г. Фарином (патент США 4 148684, 10 апреля 1979 г.; фирма «МЕИ Системе Инк.»). Метод включает восстановительное сжигание отработанного раствора и обработку получаемого при этом остатка в ряде последовательных операций, приводящих к ускоренному образованию гидросульфида натрия, сероводорода, Диоксида серы, карбоната натрия и бикарбоната натрия без одновременного образования тиосульфата натрия. Способ обеспечивает выделение сульфита натрия, бисульфита натрия, карбоната натрия и (или) гидроксида иатрия.

Данный метод включает: 1) добавку к предварительно карбонизированному раствору возвратного раствора бикарбоната натрия в количествах достаточных для того, чтобы поддерживать давление диоксида углерода более высоким, чем давление диоксида углерода в газе, используемом для выдувания сероводорода; 2) выделение диоксида углерода и водяного пара, используемых для выдувания и предварительной карбонизации, путем разложения бикарбоната натрия и 3) выделение путем декарбонизации и нейтрализации под давлением диоксида углерода, которая используется для высокотемпературной карбонизации с получением бикарбоната иатрия.

Аппарат, разработанный П.К. Римпи (патент США 4 187279, 5 февраля 1980 г.; фирма «ОУ Тампелла Abi», Финляндия), состоит из реактора для предварительной карбонизации, колонны для отпарки H₂S, реактора карбонизации, башни для промывки отходящих газов и башни для охлаждения промытых отходящих газов.

Реактор для карбонизации и башни для охлаждения и промывки расположены одна над другой в одной и той же колонне с тарелками. Подача отходящих газов из промывной башни в охлаждающую башню и далее в реактор карбонизации осуществляется через отверстия в тарелках; газы движутся по колонне снизу вверх. Транспортировка газов через описанные аппараты и реактор предварительной карбонизации осуществляется с помощью обычного вентилятора. Устройство для вывода раствора, содержащего карбонат и бикарбонат натрия, из отпарной колонны соединено с устройством для непосредственной подачи этого раствора в реактор карбонизации и промывную башню.

Схема аппаратуры приведена на рис. 151. При сжигании сконцентрированного раствора в печи, образуется твердый остаток, при растворении которого в воде получают зеленый раствор. От этого раствора отделяют твердые частицы путем отстаивания. Осветленный зеленый раствор 25 перекачивают в самую верхнюю часть / колонны, где он контактирует с отходящими газами 23, подаваемыми противотоком. Процесс на стадии предварительной карбонизации 1 можно проводить в тарельчатом реакторе, а также в реакторе с насадкой и с орошением. Сульфид натрия, содержащийся в зеленом растворе, реагирует с диоксидом углерода из отходящих газов и частично или полностью превращается в гидросульфид натрия. Выходящий со стадии предварительной карбонизации газ 26 выводится из верхней части колонны.

Зеленый раствор после предварительной карбонизации 24 подают в следующий аппарат 3, где его обрабатывают большим избытком (2--4 раза по сравнению со стехиометрическим количеством бикарбоната натрия. Выделяющийся газообразный сероводород 2 выносится из колонны с помощью транспортирующего газа 22, например водяного пара, отходящих газов или другого инертного газа. Раствор 4, выходящий из аппарата 3, содержит главным образом карбонат и бикарбонат иатрия, а также небольшие количества сульфата и тиосульфата натрия. Сульфид натрия в растворе отсутствует, либо его содержание настолько мало, что оно не мешает дальнейшему использованию раствора в данном процессе. Отделенный сероводород 2 направляют для дальнейшей обработки, например на сжигание в горелке с получением серы.

Поток 4 раствора, содержащего карбонат и бикарбонат натрия, разделяют на два потока 6 и 7. Поток 6 направляют в следующий аппарат 9, где он взаимодействует с отходящими газами 10, охлажденными до 20--40 °С. Карбонат натрия реагирует с диоксидом углерода из отходящих газов и превращается в бикарбонат натрия. Смесь 21 бикарбоната и карбоната натрия возвращается на стадию отделения H₂S 3. Отходящий газ 5 выводится из колонны и из процесса. Стадия карбонизации 9 может осуществляться, например в тарельчатом реакторе с подачей реагентов противотоком.

Поток 7, содержащий карбонат и бикарбонат натрия, далее разделяется на два потока 8 и 11. Поток 8 выводят из колонны и из процесса, а поток 11 направляют на стадию промывки отходящих газов 16. Газы 15, содержащие диоксид углерода и (или) диоксид серы, подают в самую нижнюю часть колонны, где осуществляется стадия промывки отходящих газов 16. В результате промывки из газов, поступающих из печи или из другого оборудования, удаляется основное количество диоксида серы, а в некоторых случаях также сероводород, НС₁ и твердые частицы сульфата натрия. Промывку в колонне можно проводить в одну или в несколько стадий, используя тарельчатый реактор либо реактор с орошением или с насадкой.

Поток жидкости 14, выводимый со стадии промывки 16, представляет собой раствор сульфита натрия, который может быть использован для приготовления варочного раствора либо для других целей. Газы 13, выходящие со стадии промывки, подают на стадию охлаждения 18, где они охлаждаются водой, подаваемой противотоком в реактор с насадкой. Теплую воду, выходящую со стадии 18, выводят из процесса; ее можно использовать для различных целей. Охлажденные отходящие газы по линиям 23 и 10 направляют на стадии предварительной карбонизации 1 и карбонизации 9.

Глава 2. Способ выпуска отработанного варочного раствора из варочного котла периодического действия и способ производства крафт-целлюлозы в варочном котле периодического действия

Изобретение относится к способам выпуска отработанных варочных растворов и к способам производства крафт-целлюлозы. Иными словами, данное изобретение относится к рециркуляции использованной варочной жижи из прерывистого варочного процесса и преимущественной утилизации активных сухих твердых веществ и тепла при удалении из жижи вредного мыла. В известном способе варки крафт-целлюлозной пульпы целлюлозный материал (наиболее удобно в форме древесной щепы) обрабатывают при повышенных температурах щелочной варочной жижей, содержащей соду и натрий-водород сульфид. Свежая неорганическая варочная жижа называется далее белым раствором, а отработанная жижа, содержащая растворенный древесный материал, черным раствором.С самого начала истории варки крафт-целлюлозы и до настоящего времени, одной из главных целей является экономия энергии, требуемой для нагрева щепы и химикатов. Широко применяются методы регенерации тепла в конце процесса варки, которое затем может быть использовано для начала процесса, при смешивании щепы и химикатов. При непрерывном процессе варки это производится посредством нагрева щепы вторичным паром, полученным от горячего черного раствора. В прерывистом процессе варки наиболее эффекитивным оказалось использование горячего черного раствора, во-первых, в качестве прямой нагревательной среды при закачке его в дайджестер, и во-вторых, для нагрева белого раствора посредством теплообменников. При этом типе прерывистой варки с малым расходом энергии были предложены несколько способов регенерации энергии. Некоторые из них получили воплощение в промышленном масштабе.

Наиболее близким способом к известному уровню техники является способ, описанный в патенте США 4578149. В изобретении по этому патенту горячий черный раствор перемещается из верхней части варочного котла в специальный аккумулятор посредством перекачки промывающего фильтрата в донную часть котла. Это перемещение в аккумулятор продолжают, пока термическое смещение не покажет явного падения температуры, после чего раствор перекачивают в отдельный резервуар с более низкой температурой. Регенерация тепла осуществляется сначала закачкой черного раствора с более низкой температурой в следующую партию для варки, а затем закачкой горячего черного раствора из аккумулятора, а также горячего белого раствора, нагретого за счет теплообмена с горячим черным раствором, в следующую партию для варки. В этом процессе дайджестер доводится до температуры примерно на 20^oC ниже конечной температуры варки. Так поставляется основная часть энергии, которая поступает от горячего пара для нагрева раствора в обычном прерывистом процессе варки. В общем, эту технологию можно назвать технологией "двухрезервуарного процесса" ( один резервуар -аккумулятор черного раствора для "горячего" раствора, а другой - резервуар для раствора с более низкой температурой). Развитие прерывистых процессов варки таким образом отличается усовершенствованием в части экономии энергии. Однако в известных работах, описанных в литературе очень мало внимания уделялось таким важным аспектам технологии варки, как непостоянство свойств восстановленного черного раствора, получение одинаковых условий варки, однородного качества пульпы, и чувствительности этих операций к возмущениям в них. В качестве примера можно привести такую критическую операцию, как удаление мыла, которое выделяется из черного раствора, даже не упоминающуюся в литературе известного уровня техники по прерывистой варке пульпы. Если же упустить эти вопросы, то получится повторение затруднений при запуске и эксплуатации установок для небольших варочных котлов, а также работа в режимах, далеких от оптимальных, что вызывает возмущения, потери продукции и неустойчивость качества варки и качества пульпы. По данному изобретению эти и другие задачи были решены разработкой способа вывода отработанного раствора из варочного котла для прерывистой варки, содержащего сваренный материал, содержащий лигноцеллюлозу в отработанном варочном растворе, имеющего заданную температуру и содержание твердых сухих компонентов.

Способ включает подачу первой части промывочной жидкости в котел, чтобы вытеснить первую часть отработанного варочного раствора из котла, причем первая порция отработанного варочного раствора имеет температуру и содержание сухих веществ, в основном соответствующие заданной температуре и содержанию твердых веществ. Способ также включает подачу второй порции промывочной жидкости в варочной котел, чтобы вытеснить вторую порцию отработанного варочного раствора из котла, причем вторая порция имеет температуру и содержание сухих твердых веществ существенно меньше, чем заданная температура и содержание сухих твердых веществ.

И наконец, способ включает содержание первой и второй порций отработанного варочного раствора отдельно друг от друга. По одному воплощению способа данного изобретения заданная температура является варочной температурой для прерывистого процесса, а температура, существенно более низкая, чем заданная температура, является температурой кипения варочного раствора при атмосферном давлении. По этому воплощению изобретения способ содержит контроль содержания сухих твердых веществ отработанного варочного раствора, чтобы определить, когда закончено получение первой порции отработанного варочного раствора.

По другому воплощению изобретения способ содержит контроль температуры отработанного варочного раствора, чтобы определить, когда закончено получение второй порции отработанного варочного раствора. По третьему воплощению изобретения, способ содержит использование первой порции отработанного варочного раствора в качестве нагревательного раствора для варки следующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу. В другом воплощении, способ по изобретению включает использование второй порции отработанного варочного раствора в качестве источника тепла для варки последующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу. В предпочтительном воплощении этот способ содержит передачу второй порции отработанного варочного раствора в резервуар, поддерживаемый при атмосферном давлении.

По одному воплощению изобретения, способ содержит подачу третьей порции промывочной жидкости в котел, причем третья порция отработанного варочного раствора имеет температуру ниже, чем температура кипения варочного раствора при атмосферном давлении. По данному изобретению был также найден способ производства крафт-целлюлозы в прерывистом процессе, включающем подачу материала, содержащего лигноцеллюлозу в прерывисто работающий варочный котел, пропитывание, предварительную обработку и нагрев материала, содержащего лигноцеллюлозу, посредством добавления отработанного варочного раствора и/или свежего щелочного варочного раствора в прерывисто работающий котел, варку содержащего лигноцеллюлозу материала при заданной температуре варки, чтобы получить проваренный материал, содержащий лигноцеллюлозу, имеющий заданную температуру и содержание твердых веществ, выпускания отработанного варочного раствора из прерывисто работающего варочного котла посредством подачи первой порции промывочной жидкости в котел с вытеснением первой порции отработанного варочного раствора из котла, причем первая порция отработанного варочного раствора имеет температуру и содержание сухих твердых веществ, в основном соответствующие заданным температуре и содержанию, подачи второй порции промывочной жидкости в котел для вытеснения второй порции отработанного варочного раствора из котла, причем вторая порция отработанного варочного раствора имеет температуру и содержание сухих твердых веществ существенно ниже заданных параметров, содержание первой и второй порций отработанного варочного раствора отдельно друг от друга, использование первой порции отработанного варочного раствора для предварительной обработки и нагрева материала, содержащего лигноцеллюлозу, следующей партии и, использование второй порции отработанного варочного раствора для подачи тепла к следующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу. В предпочтительном воплощении этого способа по изобретению способ содержит перевод второй порции отработанного варочного раствора после отдачи тепла следующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу, в резервуар раствора, поддерживаемый при атмосферном давлении. Предпочтительно этот способ содержит отделение и удаление мыла, содержащегося во второй порции отработанного варочного раствора в резервуаре, более предпочтительно резервуар содержит первичный отсек и вторичный отсек в жидком контакте друг с другом, и способ включает передачу второй порции отработанного варочного раствора во вторичный отсек резервуара. В наиболее предпочтительном варианте этот способ включает отделение и удаление мыла из второй порции отработанного варочного раствора во вторичном отсеке резервуара. По одному варианту изобретения, способ включает утилизацию второй порции отработанного варочного раствора для пропитывания материала, содержащего лигноцеллюлозу, в последующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу. В предпочтительном воплощении этот способ включает утилизацию второй порции отработанного варочного раствора из второго отсека резервуара для пропитывания материала, содержащего лигноцеллюлозу, в последующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу. По другому варианту воплощения этого изобретения, способ включает утилизацию второй порции отработанного варочного раствора для предварительного подогрева свежего щелочного варочного раствора, подаваемого в варочный котел в следующую партию материала, содержащего лигноцеллюлозу.

В другом воплощении этот способ включает подачу третьей порции промывочной жидкости в варочный котел, чтобы вытеснить третью порцию отработанного варочного раствора из котла, причем третья порция отработанного варочного раствора имеет температуру ниже точки кипения варочного раствора при атмосферном давлении. В предпочтительном варианте промывочная жидкость содержит фильтрат из последующей промывочной установки для крафт-целлюлозы. В общем случае данное изобретение таким образом предусматривает преодоление недостатков известного уровня техники для прерывистой варки крафт-целлюлозы с малым потреблением энергии посредством процесса для получения крафт-целлюлозы, который используют три резервуара, предназначенных для определенных черных жиж, новую последовательность рециркуляции раствора и удаление мыла в оптимальном месте процесса. Чтобы дать соответствующее описание данного изобретения и сравнение с известным уровнем техники, важно точно понять, что происходит при конечном вытеснении сверху варочного котла при использовании промывочного фильтра. Для лучшего понимания ниже приводим подробное описание, относящееся к чертежам, где на фиг. 1 представлено графическое изображение изменения температуры и концентрация сухих твердых материалов в вытесняемом черном растворе, выходящем из варочного котла; на фиг. 2 графическое изображение концентрации мыла при вытеснении для прерывистой варки крафт-целлюлозы в функции заканчиваемого объема промывочного фильтра в процентах от объема варочного котла; на фиг. 3 графическое изображение остаточной концентрации щелочи в горячей черной загрузке варочного котла; на фиг. 4 схематичное представление резервуаров и последовательности передачи жидкости по способу данного изобретения. На фиг. 1 свободный объем котла Vvoid является объемом, не заполненным щепой, т.е. полный объем минус объем щепы, и обычно составляет 60% (Эти 60% объема свободной жидкости следует из того факта, что щепа мягких пород дерева, заполняющая прерывисто работающий котел, обычно составляет примерно 160 кг абсолютно сухого древесного твердого материала на кубометр объема котла. Удельная плотность древесины мягких пород примерно 0,4 кг/л, что дает заполненный деревом объем примерно 0,4 м³ на кубометр объема котла, поэтому 0,6 кубометра остается для жидкости. Конечно, эта цифра колеблется в зависимости от степени упаковки щепы и удельной плотности древесины.

При закачке более холодного промывочного фильтра, температура которого ниже точки кипения, или составляет примерно 85-90^oC, а содержание сухих твердых веществ 12% в районе дна котла, черный раствор, вытесняемый сверху, будет иметь свойства, имеющиеся в зависимости от объема фильтра, закачанного в котел.

После закачки примерно 60% от полного объема Vtot котла свободный объем почти полностью заменяют промывочным фильтром, который, следовательно, начнет вытекать из котла. Эта точка (точка перехода 1) видна на кривой "вытеснение сухих твердых материалов" (DS), показанной на фиг.1, которая затем быстро падает, сходя к содержанию твердого вещества в промывочном фильтре, так как диффузия сухих твердых веществ из щепы в жидкость является медленным процессом. Уровень концентрации промывочного фильтра впервые достигается только после продленного объема вытеснения, т.е. при 130-140% полного объема котла. Однако в точке перехода 1 температура раствора, выходящего из котла, еще близка к варочной температуре быстрой теплопередачи, которая происходит из внутреннего объема щепы, где находится почти неподвижная жидкость, в подвижную жидкость свободного объема.

После закачки примерно 90% Vtot, вытесненный объем примерно равен 100% способности котла вмещать жидкость, и внутреннее тепло щепы почти полностью перешло в соответственно нагревающийся промывочный фильтрат. Эта точка (точка перехода 2) видна на "кривой температурного вытеснения" (TEMP), показанной на фиг. 1, которая быстро спадает, приближаясь к температуре промывочного фильтра. На фиг. 2 показана зависимость концентрации мыла при конечном вытеснении крафт-целлюлозы из котла, работающего в прерывистом режиме, от объема закачанного фильтра в процентах от полного объема котла Vtot. Важно отметить противоположный ход кривой концентрации мыла вследствие того, что промывочный фильтрат имеет высокую концентрацию мыла, т.е. примерно 2 г/л, что приводит к росту концентрации мыла в растворе, уходящем из котла в точке перехода 1, когда фильтрат начинает прорываться наружу. При дальнейшем вытеснении раствора с увеличением выходящей части промывочного фильтрата, эта концентрация приближается к концентрации мыла в промывочном фильтрате.

По известному уровню техники, вытесняемый черный раствор идет в аккумулятор горячего черного раствора по данным термического вытеснения, т.е. момент передачи в аккумулятор более низкой температуры определяют по точке перехода 2. Эта процедура очевидно эффективно регенерирует тепло, но она не выдерживает постоянного качества черного раствора. С ходом вытеснения за 60% полного объема Vtot кривая содержания сухого твердого вещества резко падает. При достижении 90% полного объема содержание сухих твердых веществ уменьшается практически до содержания в промывочном фильтре. В результате этого концентрация полезных варочных химикатов и особенно остаточной щелочи и серы в конце скачивания горячего черного раствора становится очень низкой. Этот разделенный раствор, однако, попадает в аккумулятор горячего черного раствора, а так как он используется для варки последующих партий, то эта варка идет в условиях изменяющегося химического состава раствора, что сказывается на степени варки и качестве пульпы. Также в аккумуляторе горячего черного раствора одновременно оказываются большие количества нежелательного мыла.

На фиг. 3 показана концентрация остаточной щелочи, измеренная на входящих загрузках раствора в промышленный прерывисто действующий котел для варки крафт-целлюлозы на установке, работающей по процессу известного уровня техники. Оттуда видно, что концентрация остаточной щелочи беспорядочно колеблется между примерно 10 и 17 г эффективной щелочи на литр, как и можно ожидать по данным фиг. 1, т.е. концентрация сухих твердых веществ может меняться между примерно 11,5 и 21% На фиг. 4, представлена последовательность наполнения резервуаров и передача раствора по предлагаемому изобретению. В конце варки крафт-целлюлозы вытеснение раствора из котла закачкой промывочного фильтра E в нижнюю часть котла ведется до первой точки перехода (см. фиг.1), при этом удаляется в основном весь концентрированный горячий раствор при температуре варки и давлении из объема свободной жидкости. Этот вытесненный раствор переваривается как B1 и передается в резервуар черного раствора 1 в точке B. Точный объем который может быть запасен наиболее целесообразно определяется по результатам измерения концентрации сухих твердых веществ в вытесненном растворе, выходящем из верхней части котла обычными анализаторами сухого твердого вещества. После обнаружения четкого падения концентрации сухих твердых веществ, вытесняемый раствор подается на вход второго резервуара черного раствора 2, пока не будет достигнута температура, близкая к точке кипения в атмосферных условиях. Этот вытесняемый раствор назван 1 и таким образом он запасается. Эта конечная точка заметно дальше, чем точка перехода 1 (см. фиг. 1), которая соответствует вытесненному объему, при котором тепло в объеме жидкости переходит к вытесняемому промывочному фильтрату. Это значит, что все тепло использовано. Чтобы дальше промывать пульпу, подача промываемого фильтра может быть продолжена, и соответствующая вытесненная жидкость A1 подается в резервуар 3 черного раствора под атмосферным давлением в точке AB.

Следует заметить, что при работе по этому способу, первая порция черного раствора B1 находится при температуре варки и имеет содержание сухих твердых веществ как в конце варки. Никакая технология по известному уровню техники не может выполнить эти два важных требования по чистоте в одном резервуаре, предназначенном только для этого раствора. С другой стороны, второй запасаемый черный раствор 1 содержит разжижающий промывочный фильтрат, который начинает прорываться в точке перехода 1. Важно отметить, что черный раствор 1 имеет переменное качество, а также содержит большую часть мыла, так как концентрация мыла (см. фиг.1) первый раз увеличивается, когда начинает промываться фильтрат в черный раствор после точки перехода 1. Никакая технология по известному уровню техники не может выделить одну порцию черного раствора в отдельном резервуаре, который содержит всю переменную составляющую в содержании сухих и твердых веществ и в температуре, и по выбору более высокое содержание мыла. Смешанный раствор в резервуаре черного раствора 2 используется исключительно для нагревания белого раствора и теплой воды в теплообменнике, и затем закончит свой путь в резервуаре черного раствора 3, отсек S, чтобы дальше использоваться в качестве черного раствора для пропитки AA.

Резервуар 3 и его отсек S имеют теперь важную роль в варке крафт-целлюлозы. То есть, функция приемного отсека S -это удалить определяющее мыло от охлажденной и освобожденной от давления черного раствора из резервуара 2, и изолировать черный раствор малым содержанием мыла для щелей пропитки. Отсек S соединен с главным отсеком резервуара 3 трубой, которая простирается из области дна, чтобы предотвратить проход мыла в другую сторону или другой отсек. Никакая технология известного уровня техники не в состоянии отделять мыло от возвращенного черного раствора и по выбору подавать черный раствор с малым содержанием мыла обратно в процесс. Практический опыт в промышленных процессах показал, что удаление мыла в этом месте последовательности операций над черным раствором имеет большое значение. К тому же этот тип двухрезервуарной регенерации тепла должен, по самой своей природе, проходить под давлением, и поэтому эффективно предотвращает удаление из него мыла. В результате, технология по известному уровню техники сопровождается повторяющимися проблемами в работе, когда собравшееся мыло в резервуарах черного раствора подается в котел, вызывая большие затруднения в поддержании циркуляции в котле и снижая эффективность операций по вытеснению жидкости.

По данному изобретению варка крафт-целлюлозы начинается с заполнения котла щепой, заполнения и пропитки щепы черным раствором AA с малым содержанием мыла из приемного отсека в резервуар черного раствора 3, чтобы полностью пропитать щепу черным раствором. Предпочтительно использование слива A2 обратно в резервуар 3 в точке AB, чтобы удалить воздух и первичный разжиженный материал. В ходе пропитки предпочтительна довольно низкая температура, ниже точки кипения, так как пропитка при более высокой температуре слишком быстро заберет остаточную щелочь, что приведет к пропитке черным раствором с нулевым содержанием остаточной щелочи, что в свою очередь повысит брак и неоднородность варки. Это фактически является другим выгодным признаком изобретения, так как черный раствор AA принципиально имеет нужную для пропитки температуру, в противоположность известному уровню техники, где предпочитают подавать его для пропитки при температуре, значительно превышающей точку кипения. Этап пропитки черным раствором заканчивается герметизацией и подъемом давления в котле, чтобы предотвратить вспышки во время последующих этапов, которые вводят более высокотемпературные жидкие компоненты. По данному изобретению, процесс варки крафт-целлюлозы продолжается посредством закачки горячего черного раствора B из резервуара 1. В отличие от известного уровня техники черный раствор из резервуара 1 находится при постоянной температуре и с постоянной концентрацией сухих твердых веществ, что облегчает получение идентичных зарядок черным раствором от варки к варке. Это чрезвычайно важно, потому что этап работы с горячим черным раствором имеет большое химическое влияние на древесину и управляет селективностью и кинетикой варки в главной фазе варки с белым раствором. По известному уровню техники эффектом горячего черного раствора пренебрегли и большая часть степени реакции и переменности в качестве пульпы может быть объяснена неуправляемыми свойствами качества черного раствора.

Поэтому в случае варки крафт-целлюлозы с малыми затратами энергии особенно благотворно скомбинировать данное изобретение с новым методом варки крафт-целлюлозы, предлагаемым заявкой на патент США N 563 438 и заявкой на патент Финляндии N 90,0663, раскрытия которых введены в данное изобретение за счет ссылки, используя преимущества хорошо управляемого процесса обработки черного раствора для более эффективной варки и улучшенного качества пульпы. Охлажденный черный раствор A3, который вытеснен горячим черным раствором, проводится в резервуар 3 в точке AB для выдачи затем на выпаривающую установку с целью возврата из раствора варочных химикатов.

Последовательность варки продолжается закачкой горячего белого раствора из резервуара хранения C, и меньшего количества горячего черного раствора, во-первых, одновременно с горячим белым раствором, чтобы получить возможно больше тепла и развести очень высокое содержание щелочи свежего белого раствора и, во-вторых, после подачи белого раствора, чтобы промыть трубопроводы. Полное количество горячего черного раствора B, потребляемое в этой последовательности, соответствует объему восстановленного горячего черного раствора B1 из предыдущей варки. Вытесненный раствор 2 с температурой выше точки кипения при атмосферном давлении, проводится в резервуар горячего черного раствора 2. После описанной выше процедуры загрузки температура котла сравнительно близка к конечной температуре варки. Окончательный нагрев осуществляется обычным образом, прямым или косвенным обогревом. После того как реакция варки прошла до желаемой степени, партия целлюлозы готова к вытеснению фильтратом E, как описано в начале. Последовательность теперь может повториться.

Хотя изобретение здесь было описано по конкретным воплощениям, следует понимать, что эти воплощения являются лишь иллюстрацией принципов и применений данного изобретения. Поэтому следует понимать, что могут быть произведены многочисленные модификации этих воплощений и придуманы другие устройства без отхода от существа и объема данного изобретения, как оно определено в формуле изобретения. Формула изобретения:

1. Способ выпуска отработанного варочного раствора из варочного котла периодического действия, при котором из варочного котла, содержащего сваренный материал, вытесняют отработанный варочный раствор, включающий лигноцеллюлозу и имеющий исходную повышенную температуру, исходное содержание твердых сухих веществ и находящийся под исходным повышенным давлением, при этом вначале вытесняют первую порцию отработанного варочного раствора путем подачи в варочный котел первой порции промывочной жидкости, затем вытесняют вторую порцию отработанного варочного раствора путем подачи в водный котел второй порции промывочной жидкости, отличающийся тем, что подачу первой порции промывочной жидкости осуществляют до достижения температуры, давления и содержания твердых сухих веществ отработанного варочного раствора исходных значений, последующую подачу второй порции промывочной жидкости осуществляют до достижения температуры и содержания твердых сухих веществ отработанного варочного раствора ниже исходных значений, а хранят первую и вторую порции вытесненного отработанного варочного раствора отдельно друг от друга в различных отсеках резервуара.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первую порцию отработанного варочного раствора используют в качестве нагревательного раствора для варки следующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вторую порцию отработанного варочного раствора используют в качестве источника тепла для нагревания раствора для варки следующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что вторую порцию отработанного варочного раствора направляют из варочного котла в резервуар, в котором поддерживают атмосферное давление.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют подачу дополнительной третьей порции промывочной жидкости до достижения температуры отработанного варочного раствора ниже температуры кипения варочного раствора при атмосферном давлении.

6. Способ по пп. 1 5, отличающийся тем, что объем первой порции промывочной жидкости равен объему отработанного варочного раствора, окружающему сваренный материал, а объем второй порции промывочной жидкости по меньшей мере равен объему отработанного варочного раствора, пропитывающего материал, содержащий лигноцеллюлозу.

7. Способ производства крафт-целлюлозы в варочном котле периодического действия, при котором в варочный котел загружают материал, содержащий лигноцеллюлозу, предварительно его обрабатывают, затем добавляют в варочный котел свежий щелочной варочный раствор и осуществляют варку материала, содержащего лигноцеллюлозу до получения сваренного материала и отработанного варочного раствора, имеющего температуру варки, находящегося под давлением и имеющего исходное содержание твердых сухих веществ, вытесняют отработанный варочный раствор из варочного котла, при этом вначале вытесняют первую порцию отработанного варочного раствора путем подачи в варочный котел первой порции промывной жидкости, затем вытесняют вторую порцию отработанного варочного раствора путем подачи в варочный котел второй порции промывочной жидкости, отличающийся тем, что подачу первой порции промывочной жидкости осуществляют до достижения температуры и давления отработанного варочного раствора, равных температуре и давлению варки, и содержания твердых сухих веществ отработанного раствора исходного значения, а последующую подачу второй порции промывочной жидкости осуществляют до достижения температуры отработанного варочного раствора, равной температуре кипения варочного раствора при атмосферном давлении, и содержания твердых сухих веществ отработанного варочного раствора ниже исходного значения.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что вторую порцию вытесненного отработанного варочного раствора передают из варочного котла в резервуар, в котором поддерживают атмосферное давление, после подачи тепла для варки следующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что мыло, содержащееся во второй порции вытесненного отработанного варочного раствора, находящегося в резервуаре для отработанного варочного раствора, отделяют и удаляют.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что вторую порцию вытесненного отработанного варочного раствора подают во второй отсек резервуара, предназначенного для вытесненного отработанного варочного раствора.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что мыло, содержащееся во второй порции вытесненного отработанного варочного раствора, находящегося во втором отсеке резервуара для вытесненного отработанного варочного раствора, отделяют и удаляют.

12. Способ по п. 8, отличающийся тем, что вторую порцию вытесненного отработанного варочного раствора используют для пропитки материала, содержащего лигноцеллюлозу, используемого для варки следующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что вторую порцию вытесненного отработанного варочного раствора из второго отсека резервуара, предназначенного для вытесненного отработанного варочного раствора, используют для пропитки перед варкой следующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу.

14. Способ по п. 7, отличающийся тем, что вторую порцию вытесненного отработанного варочного раствора используют для предварительного нагрева свежего щелочного варочного раствора, подаваемого в варочный котел для варки следующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу.

15. Способ по п. 7, отличающийся тем, что подают в варочный котел третью порцию промывочной жидкости до получения третьей порции вытесненного отработанного раствора, имеющего температуру ниже температуры кипения отработанного варочного раствора при атмосферном давлении.

16. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в качестве промывочной жидкости используют фильтрат из последующей установки для производства крафт-целлюлозы.