Модификации периодической сульфатной варки

Первым этапом на пути совершенствования периодической варки стал переход к технологии “холодной выгрузки массы”, при котором массы выгружается из котла после вытеснения крепкого горячего черного щелока фильтратом или слабым черным щелоком в бак-аккумулятор, который вторично используется на варку и на нагрев белого щелока и теплой воды.

Схема

После завершения варки вниз котла через клапан Б по линии 2 из фильтратного бака промывной станции высоконапорным насосом подается слабый черный щелок. При этом горячий черный щелок из варочного котла по линии сдувок через клапан С вытесняется в бак-аккумулятор БА. В процессе вытеснения клапан терпентинных сдувок Е и клапан конечных сдувок Д на варочном котле закрыты. На баке-аккумуляторе открыт клапан С, а клапан Е открыт и работает в режиме регулирования. Окончание вытеснения горячего черного щелока из варочного котла регулируется по температуре в котле.

После завершения вытеснения горячего черного щелока клапан С закрывается и варочный котел переходит в стадию выгрузки массы, а бак-аккумулятор в стадию ожидания, при этом (все) клапаны С, Д, Е на нем закрыты. Для выравнивания температуры и давления в баке-аккумуляторе периодически включается система циркуляции черного щелока.

По окончании загрузки в другой варочный котел щепы и белого щелока в систему циркуляции щелока в котле из бака аккумулятора по линии 1 через регулирующие клапаны Q и A подается горячий черный щелок, его расход регулируется клапаном Q, подача черного щелока осуществляется при включенном циркуляционном насосе варочного котла. По окончании загрузки необходимого количества горячего черного щелока в варочный котел клапаны А и Q закрывают и котел переводится в режим варки целлюлозы по заданному температурному графику. С температуры 125-130 ºС клапан терпентинных сдувок работает по установленной программе.

Линия 4 служит для подачи белого и черного щелоков в варочные котлы. При установке высоконапорного насоса на первом этапе освоения технологии холодной выгрузки массы из котла с рекупирацией тепла черного щелока линия может быть использована для вытеснения горячего черного щелока из котла в бак-аккумулятор. При этом черный щелок из бака черного щелока через клапан А и циркуляционный насос подается в нижнюю линию циркуляции котла через клапан 5, при этом клапаны 6 и 7 должны быть закрыты. Горячий черный щелок по линии 3 через клапаны с на котле и баке-аккумуляторе поступает в последний котел [7, 8].

Данная технология обладает следующими преимуществами:

1. сокращение тепла на варку на 30…40 %;

2. на порядок снижается количество выбросов в атмосферу дурнопахнущих серосодержащих соединений;

3. повышение эффективности пропитки за счет более высокой начальной температуры процесса;

4. более высокое и равномерное качество получаемой целлюлозы;

5. снижение количества отходов сортирования;

6. улучшение степени промывки целлюлозы за счет дополнительной диффузионной промывки в котле.

Дальнейшее совершенствование технологии периодической варки привело к появлению трех модифицированных способов, применяемых в настоящее время: RDH, Ener Batch, Super Batch.

Процесс Ener Batch – энергоэкономичная система варки с пропиткой белым щелоком. Данная технология по сравнению с обычной варкой благодаря пропитке щепы белым щелоком под давлением приблизительно 0,8 МПа и температуре 90 ºС, приводит к уменьшению количества отходов, повышению выхода и равномерности провара целлюлозы. Кроме обычно применяемого для периодической сульфатной варки оборудования, варочный отдел оборудован аккумуляторами под давлением для горячего пропиточного щелока, горячего черного щелока и баками для белого щелока и промывного фильтрата, работающими под атмосферным давлением.

После завершения загрузки котла щепой процесс начинается с “холодной“ пропитки. Концентрация активной щелочи, необходимая для варки, первоначально создается введением рассчитанного объема свежего белого щелока с концентрацией активной щелочи 95…105 г/л в ед. Na₂O. Оставшийся объем варочного котла заполняется пропиточным щелоком с концентрацией активной щелочи 10-40 г/л в зависимости от требуемого числа Каппа целлюлозы после варки. Температура в котле после заполнения его пропиточным щелоком возрастает с 70 до 90 ºС. В конце пропитки концентрация щелочи снаружи и внутри щепы выравнивается. Пропитка под давлением 0,8 МПа обеспечивает равномерную пропитку щепы и является важным шагом на пути повышения равномерности провара.

В конце пропитки пропиточный щелок частично вытесняется из котла, путем подачи в котел определенного количества горячего черного щелока с температурой 170 ºС. При этом температура в котле быстро возрастает до 150…155 ºС, далее температуру в котле поднимают до конечной с помощью пара, подаваемого в теплообменник или в котел. Давление в котле поддерживается на определенном уровне с помощью клапана, соединяющего котел с баком-аккумулятором черного щелока. Во время варки, остаточное количество активной щелочи, необходимое для достижения низких значений числа Каппа после варки, достигаются подачей горячего пропиточного щелока. Такая распределенная подача активной щелочи на варку обеспечивает равномерный профиль концентрации щелочи по ходу варки, что приводит к увеличению выхода целлюлозы и повышению её прочностных показателей.

После достижения заданного Н-фактора варка завершается вытеснением черного щелока фильтратом с промывной установки. Вытесняемый через циркуляционное сито щелок направляется в бак-аккумулятор черного щелока. Способ вытеснения сверху вниз предотвращает образование каналов, обусловленных различной плотностью щелоков и не требует большого количества фильтрата на вытеснение.

Вытеснение горячего крепкого щелока промывным фильтратом с температурой 85 ºС представляет собой первую ступень промывки. Содержимое котла охлаждается до температуры 95-110 ºС. Выгрузка целлюлозы из котла производится массным насосом при концентрации массы 5…6 %, т.е. по способу холодной вымывки.

В качестве основных преимуществ технологии периодической варки Ener Batch разработчики называют:

- снижение расхода пара;

- оптимальный профиль вытеснения;

- более высокая концентрация сухих веществ в щелоке, поступающем на выпарку;

- снижение количества отходов сортирования;

- сокращение продолжительности варки и повышение производительности котла;

- сокращение ступеней промывки целлюлозы;

- сокращение выбросов метилсернистых соединений в окружающую среду на 90 %.

Существенным недостатком данной технологии является большой расход активной щелочи, так как пропитка осуществляется белым щелоком. Этим и обусловлена непопулярность данного метода.

Метод варки Super Batch разработан на основе созданных ранее систем вытеснительной варки, он наиболее распространен и используется как при строительстве новых предприятий, так и при модернизации существующих. Данная технология включает в себя следующие стадии: пропитка щепы теплым черным щелоком (ниже 100 ºС); вытеснение пропиточного щелока горячим черным щелоком, к которому через некоторое время добавляется горячий белый (почти достигается температура варки); подача острого пара в систему циркуляции для небольшого догрева котла до температуры варки (170 ºС, давление до 1,2 МПа); вытеснение черного щелока холодным фильтратом из промывной установки; промывка в котле и вымывка массы. Вытесняемые щелока аккумулируются, проходя через теплообменники, где тепло используется на следующих технологических операциях. Целлюлоза, полученная по данной технологии легко белится по бесхлорным технологиям, имеет повышенную прочность.

Данная технология обладает всеми преимуществами, характерными для энергосберегающей периодической варки и полностью соответствует принципам Ника Хартлера, разработанным для непрерывной модифицированной варки. Однако данный метод имеет один существенный недостаток - отложение солей кальция в корпусах выпарной установки, концентрирующей черный щелок перед его сжиганием.

С целью повышения конкурентоспособности метод Super Batch был подвергнут дальнейшему совершенствованию; в результате компания Метсо предложила модификацию основного способа – метод Super Batch-К, который лишен недостатка базовой технологии – отложения солей кальция в корпусах выпарной установки. Было установлено, что это явление вызвано тем, что на выпарку отправлялся щелок, часть которого использовалась для предварительной относительно холодной пропитки щепы. Попадпние такого щелока на горячие поверхности выпарного аппарата и вызывало появление на них кальциевых отложений. Исследования показали, что от этого явления можно избавиться, если этот щелок не отправлять на выпарку, а использовать для окончательного вытеснения щелока из массы перед вымывкой котла, и подавать на выпарку уже тот, значительно более горячий черный щелок. Для перехода с базовой технологии на её усовершенствованный вариант требуются незначительные изменения в оборудовании, в системе автоматизации и в системе щелоковых емкостей.

Технология периодической варки Super Batch-К включает в себя следующие ступени:

- комбинированной заполнение котла щепой и пропиточным щелоком;

- пропитка горячим черным щелоком;

- подача горячего варочного щелока;

- нагрев и варка;

- окончательное вытеснение;

- вымывка с насосом.

В течение варочного цикла все щелока подаются насосом в нижнюю часть котла и вытесняются через вытеснительные сита, находящиеся в верхней части котла.

Варочный цикл начинается с заполнения котла щепой и одновременной подачи пара низкого давления. Подача пара обеспечивает равномерное заполнение котла и улучшает уплотнение щепы.

Заполнение пропиточным щелоком начинается при подаче щепы. Пропиточный щелок закачивается в варочный котел из бака вытеснительного щелока, в котором находится фильтрат от промывки. При подаче пропиточного щелока добавляется белый щелок для регулирования содержания эффективной щелочи в пропиточном щелоке. Концентрация щелочи зависит от используемого сырья. Заполнение пропиточным щелоком продолжается до тех пор, пока варочный котел не будет заполнен под горло. Избыточный щелок возвращается в бак для черного щелока (К0 бак). Воздух удаляется из варочного котла через вытеснительные сита в верхней части котла отсасывающими вентиляторами. В конце этой ступени создается избыточное давление насосом для щелока и варочный котел полностью становится заполнен жидкостью. Комбинированная подача щепы и пропиточного щелока сокращает время заполнения варочного котла, по сравнению с исходным процессом Super Batch, приблизительно на 25 %.

На следующей стадии, горячий черный щелок, поступающий из бака-аккумулятора, вытесняет использованный пропиточный щелок (с содержанием перенасыщенных комплексных соединений кальция) в бак для черного щелока (К-бак). В дальнейшем этот щелок используется для окончательного вытеснения. Вытесненный щелок, который имеет температуру более 100 ºС, поступает в сборник горячего черного щелока. Содержание остаточной щелочи в горячем черном щелоке регулируется до требуемого уровня белым щелоком, подаваемым во время заполнения котла горячим черным щелоком. После заполнения варочного котла горячим черным щелоком следует подача горячего варочного щелока.

Горячий белый щелок из сборника белого щелока смешивается с горячим черным щелоком и подается в котел. В конце заполнения варочного котла горячим варочным щелоком температура в котле составляет 150…165 ºС, в зависимости от требуемых условий варки. Горячий белый щелок обычно подается в два этапа. Большая часть добавляется непосредственно после подачи горячего черного щелока и остальная часть – в течение нагрева и варки.

После подачи горячего варочного щелока температура в варочном котле приближается к температуре варки. Нагрев осуществляется паром среднего давления, который подается в трубу циркуляционного щелока без использования теплообменника, так как требуется небольшое количество пара.

На стадии варки поддерживается требуемый уровень температуры и давления до тех пор, пока не будет достигнуто необходимое значение Н-фактора. Циркуляция щелока в течении нагрева и варки происходит через циркуляционные сита в цилиндрической части котла, и щелока возвращаются обратно в варочный котел через вытеснительные сита в нижней части котла. Часть горячего белого щелока подается при повышении давления в течение варки. Вытесненный щелок от этой ступени возвращается в сборник горячего черного щелока.

Цель окончательного вытеснения – прекращение реакций варки и отбор горячего черного щелока из варочного котла для последующих варок. В технологии Super Batch-К окончательное вытеснение начинается с подачи щелока из бака черного щелока (К-бак) в нижнюю часть котла, чтобы использовать высокую температуру в варочном котле для деактивации комплексных соединений кальция, растворенных в щелоке при пропитке. Окончательное вытеснение продолжается с использованием промывного фильтрата, поступающего из бака для вытесняемого щелока. Вытесненный горячий черный щелок направляется в сборник горячего черного щелока для следующей варки, а также на выпарку. Количество использованного вытесненного щелока соответствует общему объему фильтрата от промывки небеленой массы. В конце ступени вытеснения температура массы ниже 100 ºС.

Затем масса плавно выгружается насосом из варочного котла при низком давлении и направляется в выдувной резервуар. При выгрузке масса разбавляется в нижней части варочного котла щелоком из бака для вытесняемого щелока. Предпочтительно, чтобы температура массы была ниже 90 ºС.

Система баков технологии Super Batch-К включает два горизонтальных сборника под давлением для щелоков, сортировки для улавливания волокна, бак для вытесняемого щелока, пеносборник и бак для черного щелока (К-бак).

Избыточный горячий черный щелок, т.е. отработанный щелок, неиспользуемый для последующих варок, охлаждается белым щелоком и водой. В случае варки хвойной древесины холодный черный щелок подается на выпарку, предварительно пройдя через ступень улавливания волокна на напорных фильтрах для щелока. При варке лиственной древесины для отделения волокна используются фильтры, работающие при атмосферном давлении.

Подогрев белого щелока до конечной температуры происходит непрерывно при помощи теплообменник ас использованием пара среднего давления. Сборник горячего черного щелока также оборудован системой циркуляции и подогрева в теплообменнике. Постоянная циркуляция черного щелока улучшает условия дегазации и отбор скипидара.

Эти же теплообменники используются и для подогрева щелоков, подаваемых на варку, при заливке варочного котла горячим черным щелоком. Система подачи горячего щелока, где поступающие в варочный котел щелока проходят всегда через подогреватель с паром, обеспечивает более равномерную температуру щелоков, в результате чего получаемая целлюлоза имеет меньший разброс в числе Каппа.

Дегазация варочных котлов происходит через сборник горячего черного щелока, который через каплеотделитель соединен с системой поверхностных конденсаторов (с терпентинным конденсатором).

При варке хвойной древесины охлаждение газов осуществляется в две ступени. Конденсат поступает в декантатор скипидара, а скипидар – в бак для скипидара, откуда он направляется на дальнейшую обработку. Оставшийся загрязненный конденсат обычно подается в отгоночную колонну. Неконденсируемые газы высокой концентрации (LVHC) направляется на сжигание вне варочного цеха. При варке лиственной древесины достаточно только охлаждения и очистки газов перед регенерацией. Газы низкой концентрации (HVLC) из атмосферных баков собираются и охлаждаются теплообменником. Затем эти газ, так же как и газы из варочного котла, поступают на регенерацию.

Основными отличиями между процессом Super Batch и новым оформлением процесса Super Batch-К являются:

- комбинированная подача щепы и пропиточного щелока;

- снижение содержания сухих веществ черного щелока в варочном цикле;

- эффективная деактивация комплексных соединений кальция при варке;

- более эффективное отделение мыла при варке хвойной древесины;

- сокращение инвестиций за счет горизонтальной компоновки сборников горячих щелоков.

Дата добавления: 2014-01-07