СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ВАРКИ ВОЛОКОННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1999 года по МПК D21C3/24 D21C7/00 

Настоящее изобретение относится к способу непрерывной варки целлюлозы, причем качество целлюлозы, полученной этим способом, улучшается до такой степени, что для достижения полной степени белизны целлюлозы, обладающей необходимыми прочностными свойствами и качеством, не требуется последующего применения процессов отбеливания хлорсодержащими отбеливателями.

Службы по охране окружающей среды предъявляют все более и более строгие требования к целлюлозно-бумажному производству с целью снизить применение химикатов, способных нанести ущерб окружающей среде, таких как, например, хлор. Так, допустимые концентрации органических соединений хлора в отработанных водах из отбеливающих установок, применяемых после процесса варки, постоянно снижались и в настоящее время настолько низки, что многие целлюлозно-бумажные фабрики прекратили применение в качестве отбеливателей органических соединений хлора. Кроме того, рыночная конъюктура проявляется в тенденции постоянного роста спроса на бумажные изделия, не подвергавшиеся отбеливанию хлором или хлорсодержащими отбеливателями.

Таким образом, работники целлюлозно-бумажного производства заняты поисками способов, позволяющих отбеливать целлюлозу без применения указанных химикатов. В качестве примера такого способа можно упомянуть способ под названием "лигнокс" (см. SE-A-8902058), в котором отбеливание проводят перекисью водорода. Другим представляющим интерес отбеливающим химикатом, находящим все большее применение, является озон. Таким образом применением отбеливающих химикатов указанной природы можно и без использования хлорсодержащих отбеливателей достигнуть той степени белизны, которая предъявляется к поступающей на рынок целлюлозе, например, указанной в стандарте 89 ISO или выше.

Тем не менее, применение известных в настоящее время способов отбеливания указанными, не содержащими хлора, химикатами связано с затруднениями, а именно, с тем, что эти химикаты оказывают сравнительно большое влияние на снижение качества волокон целлюлозы.

Из EP 476230 известен способ непрерывной варки волоконного материала при повышенных давлении и температуре в вертикальном варочном котле, в котором подачу волоконного материала и варочной жидкости осуществляют в верхней части варочного котла, удаление отработанной варочной жидкости происходит из, по меньшей мере, одной кольцевой сортировки варочного котла, расположенной между варкой и дном котла, волоконный материал отводят из нижней части варочного котла, промывную жидкость подают в нижнюю часть варочного котла и промывную жидкость удаляют из мамой нижней кольцевой сортировки, при этом в варочном котле имеется кольцевая сортировка, расположенная между самой нижней кольцевой сортировкой и кольцевой сортировкой для отвода промывной жидкости, и такая промежуточная кольцевая сортировка соединена с нагревательным устройством. Согласно этому известному способу качество волокон целлюлозы после непрерывной варки может быть несколько улучшено, если в нижней части варочного котла в систему циркуляции промывной жидкости добавить варочную жидкость и повысить температуру. Однако, данный известный способ не всегда достаточен для отбеливания целлюлозы до достаточной степени белизны без применения хлорсодержащих отбеливателей
В результате экспериментов, проведенных при поддержке фирмы Камир АБ, обнаружено, что чрезвычайно хорошие результаты /с точки зрения делигнификации и прочностных свойств/ могут быть получены, если целлюлозу выварить при одной и той же температуре практически по всему объему варочного котла, т.е. если во всех зонах варки поддерживать по существу одинаковую температуру и если при этом в самую нижнюю зону варочного котла, обычно используемую для противоточной промывки, подавать определенное количество щелочи. Вследствие того, что по существу во всем объеме варочного котла поддерживается одинаковый температурный режим, очень интенсивной делигнификации можно достигнуть при сравнительно низкой температуре. Кроме того обнаружено, что на прочностные свойства оказывается благоприятное влияние, что сырой волоконный продукт образуется с высокими выходами и что уменьшается количество отходов. Эти преимущества особенно очевидны из диаграмм, приведенных на фиг. 1 и 2, на которых даются сравнительные данные для целлюлозы /древесина мягких пород/, вываренной применением обычной модифицированной технологии варки, и целлюлозы, вываренной способом по изобретению/ в аналогичном варочном котле поддерживается постоянный температурный режим примерно 158^oC
В основу изобретения поставлена задача создать способ непрерывной варки волоконного материала, который позволял бы получать целлюлозу улучшенного качества, не требующую последующей обработки хлорсодержащими отбеливателями.

Эта задача решается тем, что в способе непрерывной варки волоконного материала в вертикальном варочном котле, в котором подачу волоконного материала и варочной жидкости осуществляют в верхней части варочного котла, удаление отработанной варочной жидкости осуществляют из по меньшей мере одной кольцевой сортировки, расположенной между верхом и дном варочного котла, волоконный материал отводят из нижней части варочного котла, промывную жидкость подают в нижнюю часть варочного котла, жидкость отводят из массой нижней кольцевой сортировки, и эту жидкость после нагревания в первом теплообменнике отводят с помощью центральной трубы на уровень самой нижней кольцевой сортировки варочного котла, причем в варочном котле предусмотрена более высоко расположенная кольцевая сортировка варочного котла, находящаяся между самой нижней кольцевой сортировкой варочного котла и кольцевой сортировкой для отвода отработанной жидкости, из более высоко расположенной кольцевой сортировки варочного котла отводят жидкость, которую через второй теплообменнике и вторую центральную трубу отводят предпочтительно непосредственно выше кольцевой сортировки варочного котла, в варочном котле предусмотрено также трубопроводное устройство, связанное с по меньшей мере одной из кольцевых сортировок варочного котла, через которое добавляют варочную жидкость, согласно изобретению, варку проводят изотермически, при этом кольцевая сортировка варочного котла расположена таким образом, что ее нижняя часть находится в менее, чем 5 метрах от верхней части самой нижней кольцевой сортировки варочного котла, в нижней части варочного котла создают эффективные циркуляцию и распределение температуры и отводимую по центральным трубам жидкость нагревают до такой температуры, что температуры в варочной зоне, находящейся непосредственно выше кольцевой сортировки варочного котла, поддерживается по существу на том же температурном уровне, что и в остальной варочной зоне или варочных зонах варочного котла.

Предпочтительно использовать кольцевую сортировку варочного котла состоящую из ряда кольцевых сортировок круглой или овальной формы, через которые удалять заменяемую жидкость и подавать в центральную трубу.

Целесообразно расстояние между верхней кромкой самой нижней кольцевой сортировки варочного котла и нижней кромкой вышерасположенной кольцевой сортировки варочного котла меньшим 2 м и предпочтительно меньшим 1 м.

Желательно предусмотреть в варочном котле по меньшей мере одно трубопроводное устройство, предпочтительно два, связанных с одной из кольцевых сортировок варочного котла, через которое добавляют варочную жидкость.

Возможно, чтобы вышерасположенная кольцевая сортировка была вновь смонтирована в кожухе уже существующего варочного котла.

Предпочтительно, чтобы центральная труба отводилась сразу же над вышерасположенной кольцевой сортировкой варочного котла.

При этом возможно, чтобы центральная труба была вновь смонтирована в кожухе уже существующего варочного котла.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает три диаграммы изотермической варки и модифицированной обычной варки /МОВ/;
на фиг. 2 - диаграмму, иллюстрирующую степень делигнификации и вязкость /вязкость обычно считается показателем прочностных свойств целлюлозы/;
фиг. 3 - варочный котел, реконструированный с помощью люковых сортировок, для осуществления способа, согласно изобретению.

На фиг. 1 приведены три диаграммы, на которых сравниваются результаты, полученные при изотермической варке и при модифицированной обычной варке /МОВ/. Результаты сравнения показывают /см. верхнюю диаграмму/, что при данном количестве добавленной щелочи в случае изотермической варки получают существенно более низкие значения величина "каппа". Более того, как видно из второй диаграммы, достигается заметное улучшение прочностных свойств, если варка продолжается до одинаковых значений величины каппа. Кроме того, из третьей диаграммы очевидно еще одно преимущество, заключающееся в снижении количества древесных отходов /кострики/. Если принять во внимание и то факт, что поддержанием температуры на постоянном уровне достигается существенное общее энергосбережение, полученные результаты могут считаться положительными. Фиг. 2 дополнительно иллюстрирует, что применением способа по изобретению достигаются очень низкие значения величины каппа с сохранением при этом хорошей прочности целлюлозы /вязкость примерно 1000/ после дилигнификации кислородом. Таким образом, применением способа по изобретению на последующих стадиях отбеливания могут быть использованы так называемые "благоприятные" для окружающей среды отбеливающие химикаты, например: перекись и озон без риска слишком снизить прочность для отбеливания вплоть до уровня прочности и вместе с тем снизить чистоту продукта ниже уровня, предъявляемого рынком.

На фиг. 3 показана нижняя часть варочного котла 1, которая приведена с целью представить кожух уже существующего варочного котла /который на деле выше 20 метров, обычно выше 30 метров и, как правило, выше 4% метров и более, диаметр составляет 1/10 высоты/, в котором для повышения температуры и противоточной зоне установлена новая кольцевая сортировка 2 варочного котла. Варочный котел имеет самую низшую кольцевую сортировку (1B) и кольцевую сортировку (1D) для удаления отработанной жидкости и относится к типу, имеющему верхнюю часть с совпадающим направлением потоков и нижнюю противоточную часть. В таком варочном котле полная температура варки обычно поддерживается в зоне с совпадающим направлением потоков /напр., около 162^oC для древесины твердых пород и около 168^oC для древесины мягких пород/, в то время как в противоточной части, используемой в основном, как зона промывки, температура около 135^oC на уровне нижней кольцевой сортировки.

В последующем тексте противоточная зона варочного котла, снабженная дополнительной кольцевой сортировкой, называется зоной варки, даже если согласно обычной операции ее следует рассматривать, как зону промывки.

Новая кольцевая сортировка 2 варочного котла состоит из ряда так называемых люковых сортировок 2A, предназначенных для удаления по трубопроводу 3 варочной жидкости в нижней части варочного котла, и расположена непосредственно выше нижней кольцевой сортировки 1B, предпочтительно не выше 5 метров, более предпочтительно не выше 1,5 метра и наиболее предпочтительно не выше 1 метра, если измерять от верхней кромки нижней кольцевой сортировки варочного котла до нижней кромки вновь установленной в варочном котле кольцевой сортировки. Промывная жидкость подается в нижнюю часть варочного котла через приточное устройство 4, присоединенное вблизи нижней части 1A варочного котла, а варочная жидкость /добавляемая щелочь/ подается по центральным трубам 5A, 5B.

Вываренная целлюлоза отводится из нижней части варочного котла по трубопроводу 1E. Одна из центральных труб /5A/, принадлежащая первоначальной системе варочного котла, спускается вниз до нижней кольцевой сортировки 1B варочного котла, из которой жидкость после нагревания в первом теплообменнике 6A поступает по той же трубе на уровень последней кольцевой сортировки варочного котла. Затем часть жидкости поднимается противотоком вверх в направлении вновь смонтированной кольцевой сортировки 2 варочного котла. Жидкость, удаленная из этой системы, проходит по трубопроводу 3 и нагревается до необходимой температуры в теплообменнике 6B, после чего отводится во второй вновь смонтированной центральной трубе 5B непосредственно выше вновь смонтированной в варочном котле кольцевой сортировки 2. Часть варочной жидкости, подаваемой таким путем, нагретая до необходимой температуры, имеющая необходимую химическую силу и распределение по всему поперечному сечению варочного котла, продолжает в варочном котле движение вверх. С целью обеспечения в каждой варочной циркуляционной цепи равномерно распределения потока скорость потока обычно поддерживают выше 1 м³/ч. Отработанную варочную жидкость вместе с нерастворенным древесным материалом отводят из центральной кольцевой сортировки 1D варочного котла для дополнительной обработки. Каждый сортировочный элемент 2A имеет сравнительно небольшую поверхность, предпочтительно менее 0,3 м². Преимущество сортировочных элементов с небольшой поверхностью заключается в том, что позволяет осуществить эффективную промывку обратной струей, и это часто очень важно, если хотят добиться эффективного функционирования циркуляционного потока. Новая кольцевая сортировка 2 предпочтительно снабжена кольцевыми трубами 2C, от которых ко всем и каждому сортировочному элементу 2A отходят отдельные трубопроводы. С помощью такой конструкции, а также сопутствующей ей системы вентилей можно одновременно подвергнуть промывке обратной струей ограниченное число /например, 4/ сортировочных элементов 2A. Благодаря сравнительно небольшой общей поверхности сортировки, подвергаемой промывке обратной струей в таких условиях /например, 1 м²/, достигается очень эффективная промывка обратной струей с гарантированием тем самым высокоэффективной циркуляции.

Изобретение не ограничено вышеприведенным описанием, но может меняться в объеме, охватываемым последующей формулой изобретения. Так, уже существующий варочный котел МОВ-типа может быть реконструирован в соответствии с изобретением, при этом, таким образом, варочный котел будет состоять из верхней части с совпадающим направлением потоков, центральной, в основном противоточной части и нижней противоточной части, причем добавление части варочной жидкости происходит именно в нижней части /так называемой высокотемпературной зоне/. Варочный котел так называемого гидравлического типа с низкой температурой в верхней части /зона пропитки/ может быть с успехом снабжен кольцевой сортировкой варочного котла по изобретению для варки способом изобретения в так называемом изотермическом режиме. Кроме того, способ может быть использован с применением варочных жидкостей всех типов, даже если способ в принципе предназначен для получения сульфатной целлюлозы. И для специалиста должно быть очевидно, что изобретение не ограничено вышеприведенными в виде примеров температурными режимами. В этой связи, однако, важно отметить, что средний температурный уровень предпочтительно превышает 150^oC, но ниже 165^oC и предпочтительно находится в интервале 150-155^oC для древесины твердых пород и в интервале 160-165^oC для древесины мягких пород. Более того, средняя температура в варочной зоне/зонах предпочтительно (151±1)^oC, если древесина относится к твердым породам, и средняя температура в варочном котле (159±1)^oC, если древесина относится к мягким породам. Следует также отметить, что сортировки, отличные по форме от кольцевых, например, овальные сортировки или даже прямоугольные, также могут быть использованы, причем из технических соображений, связанных с конструкцией, наименьший радиус кривизны должен, предпочтительно, быть ниже 0,2 м.

И наконец, подчеркиваем, что и новые варочные котлы могут быть, естественно, также снабжены кольцевыми сортировками и работать по изобретению. Кроме того, очевидно, что между кольцевой сортировкой для удаления отработанной варочной жидкости и самой нижней кольцевой сортировкой может быть установлено более одной кольцевой сортировки. Для специалиста очевидно, что для удаления отработанной жидкости может быть использовано более одной кольцевой сортировки. Такая самая нижняя кольцевая сортировка обычно расположена так, что ее нижняя кромка возвышается на 1 - 2 метра над сварным швом, соединяющим сферическое дно с цилиндрическим кожухом варочного котла, но в чрезвычайных случаях эта высота может быть всего 0,5 метра при длине 5 метров.

Изобретение относится к способу непрерывной изотермической варки целлюлозы при повышенных давлении и температуре волоконного материала в вертикальном варочном котле. Согласно способу подачу волоконного материала и варочной жидкости осуществляют в верхнюю часть варочного котла (1). Удаление отработанной жидкости осуществляют из по меньшей мере одной кольцевой сортировки (1D) варочного котла, расположенной между верхом и дном варочного котла, а волоконный материал отводят из нижней части (1C) варочного котла. В варочном котле (1) смонтирована дополнительная кольцевая сортировка (2), нижняя часть которой расположена в менее чем 5 м от верхней части самой нижней кольцевой сортировки (1В) варочного котла, в результате чего температура во всех задействованных варочных зонах варочного котла может поддерживаться по существу на одном и том же уровне. Способ позволяет улучшить качество целлюлозы, в том число ее белизну, без применения процессов отбеливания хлорсодержащими отбеливателями. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ непрерывной варки волоконного материала в вертикальном варочном котле (1), в котором подачу волоконного материала и варочной жидкости осуществляют в верхней части варочного котла, удаление отработанной варочной жидкости осуществляют из по меньшей мере одной кольцевой сортировки (1D), расположенной между верхом и дном варочного котла, волоконный материал отводят из нижней части (1С) варочного котла, промывную жидкость (4) подают в нижнюю часть (1А) варочного котла, жидкость отводят из самой нижней кольцевой сортировки (1В),
и эту жидкость после нагревания в первом теплообменнике (6А) отводят в помощью центральной трубы (5А) на уровень самой нижней кольцевой сортировки (1В) варочного котла, причем в варочном котле (1) предусмотрена более высоко расположенная кольцевая сортировка (2) варочного котла, находящаяся между самой нижней кольцевой сортировкой (1В) варочного котла и кольцевой сортировкой (1D) для отвода отработанной жидкости, из более высокорасположенной кольцевой сортировки (2) варочного котла отводят жидкость, которую через второй теплообменник (6В) и вторую центральную трубу (5В) отводят предпочтительно непосредственно выше кольцевой сортировки (2) варочного котла, в
варочном котле предусмотрено также трубопроводное устройство, связанное с по меньшей мере одной из кольцевых сортировок (1В и 2) варочного котла, через которое добавляют варочную жидкость, отличающийся тем, что варку проводят изотермически, при этом кольцевая сортировка (2) варочного котла расположена так, что ее нижняя часть находится в менее чем 5 м от верхней части самой нижней кольцевой сортировки (1В) варочного котла, в нижней части варочного котла создают эффективные циркуляцию и распределение температуры и отводимую по центральным трубам (5А, 5В) жидкость нагревают до такой температуры, что температура в варочной зоне, находящейся непосредственно выше кольцевой сортировки (2) варочного котла, поддерживается, по существу, на том же температурном уровне, что и в остальной варочной зоне или варочных зонах варочного котла. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кольцевая сортировка (2) варочного котла состоит из ряда кольцевых сортировок (2А) круглой или овальной формы, через которые удаляют заменяемую жидкость и подают ее в центральную трубу (5В). 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что расстояние между верхней кромкой самой нижней кольцевой сортировки (1В) варочного котла и нижней кромкой вышерасположенной кольцевой сортировки (2) варочного котла выбирают меньшим 2 м, предпочтительно меньшим 1 м. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в варочном котле предусмотрено по меньшей мере одно трубопроводное устройство (1F или 1G), предпочтительно два (1F, 1G), связанных с одной из кольцевых сортировок (1В или 2) варочного котла, через которые добавляют варочную жидкость. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вышерасположенная кольцевая сортировка (2) вновь смонтирована в кожухе уже существующего варочного котла. 6. Способ по п.2, отличающийся тем, что центральная труба (5В) отводится сразу же над вышерасположенной кольцевой сортировкой (2) варочного котла. 7. Способ по п. 2 или 6, отличающийся тем, что центральная труба (5В) вновь смонтирована в кожухе уже существующего варочного котла.