使用连续型蒸煮器在制备纸等级纸浆的硫酸盐蒸煮法工厂中高效制备溶解纸浆的方法和系统

摘要

与硫酸盐蒸煮法相关使用的纸浆制造的方法和系统包括以间歇模式操作的垂直压力容器，单容器或多容器连续蒸煮器，和用于进一步处理粗浆的其他设备，例如用于洗涤、氧脱木质素、漂白和干燥的设备。给料器和运输系统可以包括高压给料器或直接泵系统，并且当制备较低等级的纸浆产品时选择性地将含纤维的材料提供至连续蒸煮器，而当制备较高等级的纸浆(例如溶解纸浆)时选择性地将含纤维的材料提供至垂直压力容器。所述垂直压力容器用于预水解和中和，在此之后，将所得到的浆料供给至用于蒸煮的连续蒸煮器中。来自同一工厂的白液和黑液可以被用于中和流体。同一连续蒸煮器被选择性地用于与制备不同等级或品质的纸浆产品相关的蒸煮。

说明书

相关申请信息

本申请要求于2011年4月8日提交的第61/473,712号美国临时申 请的权益，通过引用方式并入本文，如同本文对其进行完整阐述。

发明领域

本发明的领域通常涉及纸浆加工，更具体而言，涉及用于使用硫 酸盐蒸煮法高效制备不同类型的纸浆的方法和系统。

发明背景

由有机材料(例如木片或其他植物)形成的纸浆可以被加工成用作 例如纸的相对低级的纤维素产品，或加工成用于制备多种合成织物或 产品的相对高级的纤维素产品。例如，高级纸浆可以潜在地用于制备 人造丝和其他合成品或纺织品，或者可以用于制备具有多种商业用途 的醋酸纤维素或纤维素酯。可以以不同纯度水平获得的这种较高等级 的纸浆通常被称作溶解纸浆，并且其通常比纸等级纸浆更贵。

存在用于加工有机材料以制备诸如纸的纸浆产品的许多化学或机 械方法。一些基本的步骤包括：制备原料(例如去皮和碎裂)，通过机 械或化学手段(例如碾磨、精炼或蒸煮)分离木纤维以从木纤维的纤维 素分离木质素和提取物，通过漂白除去着色剂，以及使所加工的纸浆 形成纸和其他产物。除了纸浆和纸制造之外，与其相关的，纸浆工厂 也通常具有制备和回收化学试剂、收集和加工副产物以产生能量、及 除去并处理废物以使环境影响最小化的设备。

用于制造纸浆的已知方法被称作硫酸盐蒸煮法(kraftprocess)，其 已经存在大约几十年。在典型的硫酸盐蒸煮法中，用化学品和热来处 理有机材料以释放木质素并纯化有机材料中的纤维素。所述有机材料 可以用氢氧化钠和硫酸钠的混合物水溶液处理，称作白液。所述处理 破坏了木质素与纤维素之间的连接，并将大部分木质素和一部分半纤 维素大分子降解为可溶于强碱溶液的片段。从周围的纤维素释放木质 素的这种方法称作去木质素。接着，从纤维素纸浆分离可溶部分。

当制备溶解等级纸浆时，目标是实现高的纤维素纯度或品质。纸 浆品质可以通过一些参数来评价。例如，α纤维素含量的百分比表达 经加工的纸浆的相对纯度。可以基于纸浆溶解性来评估和计算α纤维 素含量(例如，S10和S18因子)。分别通过卡伯值("KN")和纸浆粘度来 测量去木质素和纤维素降解的程度。更高的纸浆粘度表明更长的纤维 素链长度和更少的降解。

当制备溶解纸浆时，在蒸煮之前通常对纸浆进行预水解和中和步 骤。通常进行预水解以除去半纤维素，达到较少程度的木质素。通常 使用热水、蒸汽、酸(通常为硫酸)或它们的组合进行预水解。在预水 解之后，使用中和液(通常为碱性介质)(例如苛性碱(caustic)、白液、弱 黑液或它们的任何组合)中和有机材料。在中和之后，在蒸煮锅内与多 种蒸煮液一起蒸煮所述有机材料，从而进一步溶解半纤维素和木质素。 通过下游处理可以收集、洗涤和漂白所得到的经蒸煮的纸浆(被称作粗 浆)，从而制备所需特征的纸浆。

当制备纸等级纸浆时，无需进行与当制备溶解纸浆时所进行的相 同类型的预水解和中和。用于纸等级纸浆的蒸煮级通常类似于用于制 备溶解等级纸浆的蒸煮过程。制备纸等级纸浆的方法通常具有比溶解 等级纸浆所用的方法更高的产率，因为当没有预水解和中和时，更少 量的半纤维素被除去。

存在用于纸浆制备的两种基本类型的蒸煮器。第一类被称作间歇 蒸煮器，其为一类通常用于对纸浆进行顺序处理步骤的垂直压力容器。 当制备溶解纸浆时，相同的蒸煮器或垂直压力容器首先用于预水解和 中和，然后用于硫酸盐蒸煮。第二类蒸煮器被称作连续蒸煮器，其通 常通过单个容器以不同水平完成蒸煮而包括所有或一些处理级。当在 连续蒸煮器中制备溶解纸浆时，在连续蒸煮器的上部分可以进行预水 解，并且在连续蒸煮器的下部分可以进行蒸煮。

使用单容器连续蒸煮器以制备溶解纸浆可能经历重大的问题。例 如，由于水解产物和硫酸盐蒸煮液的混合，最终出现污垢或油腻物。 当发生该情况时，必须关闭并清洁系统。此外，更难或不可能的是， 分别回收作为副产物的水解产物。在克服这些问题的尝试中，已经开 发了双容器连续蒸煮器，如第4,436,586号、第4,174,997号和第 4,668,340号美国专利所示例的。这些系统有时被宣称为具有在预水解 系统中的酸性液体与在硫酸盐蒸煮系统中的苛性液体之间保持更彻底 的分离的能力。连续蒸煮器的两个容器串联工作以提供连续处理，其 中将预蒸煮的木片或类似的物质沉积到第一容器的顶部中，当它们在 第一容器中向下通过直至它们被最终从该容器的底部排出时暴露于预 水解，输送至第二容器的顶部，然后当它们向下通过第二容器直至最 终从该容器的底部排出时暴露于蒸煮过程。

专注于制备纸等级纸浆的许多纸浆设备采用了单-容器连续蒸煮 器。这些设备不完全适合制备溶解纸浆。正如所指出的，使用单-容器 连续蒸煮器以制备溶解纸浆将会导致污垢和油腻物，其将最终需要关 闭系统以进行清洁。

亟需允许更大的适应性、提高的效率和其他优点的纸浆制备系统 和方法，并且所述系统和方法通常可以避免对由制造溶解等级纸浆过 程中发生的反应所导致的周期性地关闭设备以进行清洁的需要。

发明详述

在一个方面，提供了用于纸浆制造的改进的方法和系统，其中， 使用共享的连续硫酸盐蒸煮设备可以选择性制备不同品质的纸浆，并 且当制备溶解纸浆时，使用额外的预水解设备。所述方法和系统可以 使用额外的以间歇模式操作的压力容器系统连同某些支撑设备而用于 经济地翻新改进已有的纸等级纸浆工厂，从而允许所述工厂选择性地 以高效方式制备纸等级纸浆或溶解纸浆。

根据一个或多个实施方案，与硫酸盐蒸煮法相关使用的用于纸浆 制造的方法和系统包括连续蒸煮器和用于处理所得粗浆(brownstock) 的下游设备，此外，其可以包括用于洗涤粗浆并通过氧脱木质素对其 进行处理、漂白脱木质素的纸浆并干燥纸浆的设备和过程。为了制备 纸等级纸浆或通常更低品质的纸浆，将木片或其他含有机纤维的材料 可以供给入连续蒸煮器中以进行蒸煮，从而开始所述过程。为了制备 溶解等级或通常更高品质的纸浆，可以将木片或其他含有机纤维的材 料首先供给入以间歇模式操作的垂直压力容器中以进行预水解，之后 将所得到的经水解的片屑供给入连续蒸煮器中以进行蒸煮。

在一个方面，共享的设备可以根据是否采用用于间歇模式预水解 和中和的垂直压力容器而用于选择性地制备纸等级或溶解等级的纸 浆，并经历蒸煮参数和后续下游步骤的任何合适的改进或优化。这可 以显著地降低成本并提供有效的生产灵活性。

在另一方面，采用连续蒸煮器的纸等级纸浆处理设备可以用以间 歇模式操作的上游垂直压力容器系统(若可能需要，连同其他支撑设备) 改进或翻新改进，从而使整个组合系统制备溶解纸浆，经历蒸煮参数 和后续下游步骤的任何合适的改进或优化。此外，这种方法可以有利 地允许已有的纸等级纸浆处理设备被用于制备更高等级的更昂贵的溶 解纸浆，可以节省成本并可以提供有效的生产灵活性。当制备溶解纸 浆时，可以进一步允许在同一工厂中本地产生的白液和黑液(与例如在 诸如再苛化车间或设备中的白液产生过程的操作相关，或与洗涤活动 相关)被用作中和液体，潜在地避免了对使用这种液体的外源的需求。

根据另一方面，通过使用用于以间歇模式进行预水解或中和的垂 直压力容器，接着使用用于进行硫酸盐蒸煮法的连续蒸煮器，从而提 供了用于制备溶解纸浆的系统和方法。在蒸煮后，可以对所得到的粗 浆进行进一步下游步骤，包括例如，洗涤粗浆并通过氧脱木质素对其 进行处理，漂白脱木质素的纸浆，并干燥纸浆。

本发明的实施方案完全适用于翻新改进纸浆工厂以提供制备溶解 纸浆的额外能力。若需要，经翻新改进的纸浆工厂可以用于专门制备 溶解纸浆。

还在本文中描述了或在附图中示出了其他实施方案、替代方案或 变型方案。

附图说明

图1为如本领域通常所知的用于制备纸等级纸浆的一种常规技术 的通用系统图。

图2为根据本文所公开的一个实施方案的用于制备不同等级的纸 浆的双功能纸浆制备设备的通用系统图。

图3为通常根据图1的整体系统的更具体的图，其示出如在本领 域内所知的一部分常规系统，该一部分常规系统包括预处理木片及木 片在与用于制备纸等级纸浆的方法相关的连续蒸煮器中的使用。

图4为根据本文所公开的实施方案的通常根据图2的一部分双功 能纸浆制备装置的更具体的图，其用于制备不同等级的纸浆，并且可 以用于翻新改进已有的采用连续蒸煮器系统的纸工厂。

图5、6、7A-7C和8为示出液体和材料水平的实例的垂直压力容 器或其他反应容器的剖面图，其可以用于图2和4中描述的用于制备 溶解纸浆的硫酸盐蒸煮法中进行的预水解和中和过程。

图9和10为示出所选的过程级的用于纸浆制造的过程流程图，其 中，可以制备多种液体，此外，该液体可以被汲取以用于当制备溶解 纸浆时进行的中和过程。

具体实施方案

根据一个或多个实施方案，提供了使用连续蒸煮器用于翻新改进 或改进已有的纸等级纸浆工厂的方法和系统以使该工厂以经济的方式 选择性地制备纸等级纸浆或溶解纸浆。实施方案的实例包括从连续蒸 煮器上游添加的以间歇模式操作的垂直压力容器。可以改进用于连续 蒸煮器的片屑供给系统以使从正常路径向连续蒸煮器的木片或其他含 纤维的材料的正常流转移向垂直压力容器，在其中以间歇模式进行预 水解和中和。然后，当根据硫酸盐蒸煮方法制备溶解纸浆时，预处理 的木片或其他含纤维的材料可以被存储在存储罐中，以促进向连续蒸 煮器的稳定材料流。可以接着进行洗涤、筛分、脱木质素和干燥所述 纸浆的常规步骤。当需要返回至制备纸等级纸浆时，可以容易地操作 所述系统以将含纤维的材料返回至朝向连续蒸煮器的路径，而绕开垂 直压力容器设备。

在多个实施方案中，用于选择性地制备不同等级或品质的纸浆的 方法和系统包括以下配置，其中，以间歇模式操作的垂直压力容器被 配置在连续蒸煮器(单容器或多容器)的上游，其中连续蒸煮器可操作 地选择性进行纸等级纸浆或溶解纸浆的硫酸盐蒸煮。当所述系统制备 溶解纸浆时，所述垂直压力容器用于预水解和中和，且优选具有足以 确保向所述连续蒸煮器连续提供预水解的含纤维的材料的能力。对于 制备纸等级纸浆，通常不需要使用垂直压力容器。当制备溶解纸浆时， 可以采用给料器和预处理系统以选择性地向垂直压力容器提供含有机 纤维的材料，而当制备纸等级纸浆时，则向连续蒸煮器提供含有机纤 维的材料。

在优选的实施方案中，存储罐被插入间歇型垂直压力容器与连续 蒸煮器之间以用于存储已经历预水解和中和的片屑。在预水解和中和 之后，存储在存储罐中的经处理的片屑直接传送至连续蒸煮器或其供 给系统中(在单容器系统的情况下)或直接传送至浸渍容器或两个容器 中的第一容器(在双容器体系的情况下)。

通过与本领域中目前实施的常规系统和方法的比较，可以更好地 理解以多个实施方案形式的本发明。

图1示出本领域所知的用于制备纸等级纸浆的常规系统100和技 术的流程图。所述系统100包括：将木片(或其他有含有机纤维的原料) 105，在例如蒸烘或其他预备处理之后，与多种液体和碱性溶液一起供 给至常规结构的连续蒸煮器120中，例如(仅以实例且非限制的方式)， 由Andritz-AhlstromInc.(GlensFalls,NewYork)制造或出售的连续蒸煮器，或由MetsoCorporation(Karlstad,Sweden)制造或出售的 类型的连续蒸煮器，或任何其他类型的连续蒸煮器。所述连续蒸煮器 120可以为单容器或双容器，并且通常可以具有当木片或其他有机材 料从连续蒸煮器120的顶部(其中它们被引入)向下传递至连续蒸煮器 120的底部(其中它们以粗浆(即，褐色固体纤维素纸浆)形式被排出)时 用于对该木片或其他有机材料进行不同处理的多干区域以最终制造纸 等级或类似的纸浆。

在蒸煮后，可以从连续蒸煮器120排出粗浆122，并暂时地存储 在存储罐125中，然后筛分，洗涤，并在洗涤和氧脱木质素过程130 中进一步处理。筛分有助于从浆块(木纤维束)、结头(未蒸煮的片屑)、 污物和其他碎片中分离纸浆。然后，粗浆可以经历一系列或多系列的 洗涤阶段以从纤维素纤维中分离用过的蒸煮液和溶解的材料。在洗涤 后的清洁的粗浆纸浆可以与氧化的白液混合，并供给入反应容器(即， 经历氧脱木质素)以进一步分离木质素。然后，在第二洗涤和分离单元 中数次洗涤来自反应容器的经纯化的纸浆，其中若需要，其可以被存 储中下游存储罐135中。

所得到的经纯化的粗浆132可以连续达到用于进一步脱木质素和 增白(例如，除去产生的发色物质)的下游漂白单元140。在漂白之后， 经处理的浆料142可以暂时存储在另一下游存储罐145中，随后其可 以被提取并提供至纸浆干燥台150。在干燥之后，所得到的纸浆160 可以形成为纸等级品质或其他类似的纸浆产品的捆包(bales)。

图1的常规系统100的典型的实施方式的细节示于图3中，其示 出系统的初始部分300，包括木片的预处理直至它们在连续蒸煮器中 的处理。如在图3所示，供给系统305此外还可以包括传送机370、 水平气闸给料器(例如，螺旋传送机)375、片屑仓或片屑料仓376，和 高压给料器374。在典型的过程中，木片或其他类似的含有机纤维的 物质通过一系列的传送机370从片屑堆被供给，并沉积(例如通过斜槽) 到水平气闸给料器375中，并从此处沉积到片屑仓或片屑料仓376， 其中它们经历蒸烘以进行加热和空气去除。片屑料仓376之后可以为 片屑装锅计量器(chipmeter)、一个以上的水平蒸烘容器(在现代系统中 通常不再使用)、低压给料器、片屑斜槽和高压给料器374，其可以进 一步使经预处理的木片暴露至一种以上的液体。供给系统305总体可 以用于脱气、加热和加压木片，并且在蒸煮阶段的准备过程中还使它 们暴露于起始的蒸煮液。

然后，根据需要通过高压给料器374可以将经预处理的木片传输 至连续蒸煮器320，其通常被构建成高圆柱形容器。高压给料器374 将混合物供给至连续蒸煮器320的顶端处的入口328，例如，其可以 装配有分离器381，所述分离器381可以为倒置型顶端分离器或其他 类型的分离器。当将木片混合物供给至连续蒸煮器320时，可以将白 液或其他蒸煮液(根据具体过程)加入片屑附近以形成浆料。如果连续 蒸煮器320为液压型，例如，所述片屑和液体的浆料可以被引入到顶 端分离器，所述顶端分离器通常包括涡旋形螺杆(spiralscrew)型运输 器，当浆料被向下传送朝向连续蒸煮器320的相邻室时，该涡旋形螺 杆型运输器从浆料分离过量的液体。如果连续蒸煮器320为蒸汽相型， 所述分离器381可以为包括气压空间的倒置型顶端分离器，其中片屑 和液体的浆料被引入所述气压空间。当所述倒置型顶端分离器使混合 物向上输送通过螺旋形螺杆(helicalscrew)型运输器并排放浆料时，其 可以从浆料中除去过量的液体，从而使浆料下降至连续蒸煮器320的 下一个室中。

通过分离器381分离的过量液体通常返回至用于将片屑传输至蒸 煮器的高压给料器374。通过泵377使过量液体再循环至高压给料器 374，并用于形成初始木片混合物，该混合物通过高压给料器374传输 至连续蒸煮器320的顶端入口328。

片屑和液体的浆料从连续蒸煮器320的顶部以受控速率向下移动 向底部。所述连续蒸煮器320分成一系列的室，在本实例中，包括室 382、383、384、385、386，浆料最终通过这些室，从而完成蒸煮过程 的循环。在各对室之间通常存在筛(例如筛393、394、395和396)以及 泵、加热器和返回管道(在图3中未明确示出)。当液体被提取、改变(通 过增加或除去液)、加压、加热并返回至筛附近的连续蒸煮器320时， 筛393、394、395和396通常保留浆料材料。为了缓解在各筛附近的 片屑柱的压缩或压实(compaction)，通常将连续蒸煮器320的直径在筛 周围或正下方的区域中适度延伸，由此导致一系列的室382、383、384、 385和386的径向尺寸从连续蒸煮器320的顶部至底部逐渐增加，如 图3所示。

在连续蒸煮器320中的对应于连续蒸煮器320的不同室382、383、 384、385和386的一系列级中浸渍、蒸煮(在上蒸煮区域和下蒸煮区域 中)并洗涤浆料混合物。部分地根据用于加热蒸煮液的所选温度以及通 过调整浆料提取速率或液体混合物再循环的对向下流动的控制，可以 控制蒸煮浆料的时间和温度。虽然个别工厂通常具有对总体蒸煮方法 的自有修改和调整，但本领域公知用于蒸煮浆料的时间和温度的范围 以实现适于纸等级纸浆的粗浆。

在蒸煮和洗涤浆料之后，通过喷放管322或设置在连续蒸煮器320 的底部的其他装置提取所得到的纸浆粗浆。然后将所述粗浆向下游输 送以用于在之前图1所述描述的进一步处理。

尽管许多纸浆工厂致力于制备纸等级纸浆，但在诸多应用中，例 如制备合成材料或纤维素衍生物(例如，醋酸纤维素)中，还期望获得 半纤维素量显著降低且纤维素相对百分比更高的相对高纯度或品质的 纸浆，被称作溶解纸浆。纸浆品质可以通过多个参数来评价。例如， 如在工业领域所了解的，α纤维素含量百分比(其表示经处理的纸浆的 相对纯度)在纸浆溶解性方面得到反映，可以由S10或S18因子表达。 分别通过卡伯值("KN")和纸浆粘度反映去木质素和纤维素降解的程 度。更高的纸浆粘度表明更长的纤维素链长度和更少的降解。纸浆和 造纸工业技术协会(TechnicalAssociationofPulpandPaperIndustry) (TAPPI)的标准236om-99列出了用于测定指示纸浆的木质素含量或漂 率的纸浆卡伯值的标准方法。

在图1和图3示出的常规系统中，难以制造溶解等级纸浆。使用 单容器连续蒸煮器(例如在图1和图3所示)制备溶解纸浆可能导致重 大的问题。为了制备溶解等级纸浆，常用的硫酸盐蒸煮法通常包括在 蒸煮之前的预水解。使用单容器连续蒸煮器，在所述蒸煮器的上部室 之一中必须进行预水解。由于所述室不能完全彼此分离，所以来自预 水解级的水解产物和来自后续级的蒸煮液相互混合，并引起反应，这 最终在连续蒸煮器内部或在支撑管道或贮液器中产生结垢或油腻物。 当这种情况发生时，由于不可避免地不时发生，所以必须关闭并清洁 系统，因此必须产生大量的费用并导致操作的暂时停工。与使用单容 器连续蒸煮器相关的另一问题在于可能更难以和不可能分别回收作为 副产物的水解产物。

在克服这些问题的尝试中，已经开发了双容器连续蒸煮器。这些 系统有时被宣称为具有在来自预水解级的酸性液体与来自硫酸盐蒸煮 级的碱性液体之间保持更彻底的分离的能力。如前所指出，连续蒸煮 器的两个容器串联工作以提供连续处理，其中将预蒸煮的木片或类似 物沉积入第一容器的顶部中，当它们在第一容器中向下通过直至它们 被最终地从该容器的底部排出时暴露于预水解，输送至第二容器的顶 部，然后当它们向下通过第二容器直至最终从该容器的底部排出时暴 露于蒸煮过程。然而，双容器连续蒸煮器的设计仍可能经受水解产物 和硫酸盐蒸煮液的无意混合，其进而可以导致不期望的污垢或物质在 连续蒸煮器的内部中的积聚。双容器连续蒸煮器还可以显著地比单容 器蒸煮器更贵，尽管其允许制备纸浆的更大产能，而单容器尺寸不允 许适当的过程控制。另一方面，目前使用单容器蒸煮器的大部分更老 旧和更小产能(例如，小于2000ADt/d)的纸浆工厂未受益于更复杂的 双容器蒸煮器设计的双容器结构。由于制备纸等级纸浆的大部分工厂 不存在对预水解的需求，所以它们通常使用较便宜的单容器连续蒸煮 器，其的设计更适于制备纸等级纸浆。

根据本文所公开的一个或多个的实施方案，用于改进或翻新改进 已有的纸等级纸浆工厂以允许制备溶解纸浆或用于选择性地制备不同 等级或品质的纸浆的方法和系统包括使用以下配置：其中以间歇模式 操作的垂直压力容器被设置在连续蒸煮器的上游，如在图2的实例中 所示。在图2中，用于制备纸浆的系统200包括选择性地供给粉碎的 纤维素纤维205，例如木片或其他含有机纤维的原料，并将合适的液 体或碱溶液选择性地供给至(i)垂直压力容器系统210，其可以包括一 个以上的性质与间歇蒸煮器相似的容器，以开始用于制备溶解纸浆的 过程，或(ii)连续蒸煮器220以开始用于制备纸等级纸浆的过程。

当制备溶解等级纸浆时，使粉碎的纤维素纤维205从其标准进入 口207转向纸浆硫酸盐连续蒸煮过程(无论是片屑仓、片屑料仓、缓冲 管或其他装置)，并输送至组合系统200的垂直压力容器系统210。当 在整个间歇系统中制备溶解纸浆时，如通常所进行的，垂直压力容器 系统210以间歇模式操作，从而使木片或其他材料206经历预水解和 中和。在完成预水解和中和过程之后，可以将木片从垂直压力容器系 统210移向存储罐215，接着提供至连续蒸煮器220，其中根据制备用 于溶解纸浆的粗浆所必需的温度、时间设定和其他参数进行硫酸盐蒸 煮。优选地，垂直压力容器系统210的总产能以及由此的压力容器数 量将与工厂已有的产能匹配，尤其是其回收锅炉，因为纸等级纸浆与 溶解纸浆之间的每吨纸浆的固体量是不同的。例如，使用桉树时，对 于纸等级纸浆，回收锅炉中的固体量可以通常为1.45-1.5tDS/ADt(每 风干吨的干燥固体吨数)，并且对于溶解纸浆，其可以通常为2.34-2.4t DS/ADt。因此，制备1000ADt的纸等级纸浆/天的硫酸盐纸浆工厂将 特征在于具有约1500tDS/d产能的回收锅炉，并匹配所述回收锅炉的 产能，优选选择垂直压力容器210产能，以至于假定使用2.4tDS/ADt 的因子，则所述工厂将制备约625ADt/d的溶解纸浆。

尽管图2示出其中经预水解的片屑或其他含纤维的材料暂时地存 储在存储罐215中的情形，但是在其他实施方案中，例如使用一个以 上的阀来在垂直压力系统210中的不同压力容器之间切换，可以直接 从垂直压力容器210供给连续蒸煮器220，由此确保了向连续蒸煮器 220的连续供给。在这样的实施方案中，将期望垂直压力容器系统210 的容器具有足够的产能以供给连续蒸煮器220而不中断。

或者，在使用存储罐215的实施方案中，使用一个以上的阀来控 制向连续蒸煮器220的输入，可以选择性地从存储罐215或直接从垂 直压力容器系统210的一个以上的容器供给连续蒸煮器220。在这种 情况下，可以需要更小的存储罐215。

当制备纸等级纸浆时，供给至连续蒸煮器220的木片或其他材料 207可以经历如前所述的以及制备纸等级纸浆所常规实施的蒸烘和其 他预处理。一旦供给至连续蒸煮器220，可以根据制备用于纸等级纸 浆的粗浆所必须的温度、时间设定和其他参数进行蒸煮。

所述连续蒸煮器220可以为任何类型的结构，并以示例方式而非 限制地可以为由Andritz-AhlstromInc.(GlensFalls,NewYork)制造或 销售的连续蒸煮器，或AndritzAG(Austria)制造或销售的 连续蒸煮器，或由MetsoCorporation(Karlstad,Sweden)制 造或销售的类型的连续蒸煮器，或任何其他类型的连续蒸煮器。在其 他的可能性中，连续蒸煮器220可以为单容器或多容器(例如，双容器)， 并且可以本质上为液压的或气相的。如前所述，连续蒸煮器220通常 具有当木片或其他有机材料从连续蒸煮器220的顶端(其中它们被引入) 向下传递至连续蒸煮器220的底部(其中它们以粗浆(即，褐色固体纤 维素纸浆)形式被排出)时用于对该木片或其他有机材料进行不同处理 的多干区域以最终制造纸等级纸浆或溶解纸浆，这视情况而定。

不管制备纸等级纸浆或溶解纸浆，在蒸煮之后，从连续蒸煮器220 排出所得到的粗浆222，并暂时地存储在存储罐225中。从此处可以 在洗涤和氧脱木质素步骤230中筛分、洗涤并进一步处理所述粗浆， 如前所述。筛分有助于从浆块(木纤维束)、结头(未蒸煮的片屑)、污物 和其他碎片中分离纸浆。此外，通过任何装置可以进行洗涤，例如， 使用水平带式洗涤机、滚筒式洗涤机、真空过滤器、洗涤压榨机、压 缩挡板过滤器(compactionbafflefilters)、大气扩散器(atmospheric  diffuser)或压力扩散器。在洗涤后，然后可以将经清洁的粗浆与白液混 合，并供给入反应容器中。然后，在第二洗涤和分离单元中通常数次 洗涤来反应容器中的经纯化的纸浆，其中若需要，其可以被存储于下 游存储罐235中。

所得到的经纯化的粗浆232可以连续达到用于进一步脱木质素和 增白的下游漂白单元240以除去产生的发色物质。在漂白之后，经处 理的浆料242可以暂时地存储在另一下游存储罐245中，随后其可以 被提取并提供至纸浆干燥台250。在干燥之后，所得到的纸等级纸浆 260或溶解纸浆265可以形成为捆包或其他类似的纸浆产品。

尽管纸等级纸浆和溶解纸浆都将暴露于类似的筛分、洗涤、脱木 质素、漂白和干燥的步骤，但这些步骤可以被优化或调整以顾及到纸 等级纸浆(或粗浆)或溶解纸浆(或粗浆)的不同特性。例如，通常以如下 方式蒸煮溶解纸浆，即使其实现比纸等级纸浆更低的卡伯值，因此， 用于溶解纸浆的漂白条件会更温和，具有每ADt(风干吨)的更少的化 学品消耗。

用于实施图2所示的系统200的一个可能的实施方案的前端的其 他细节示于图4中，其示出木片的供给直至其在连续蒸煮器中的处理。 如在图4所示，给料器和预处理系统405此外还可以包括一个以上的 传送带470、409，水平风闸给料器(例如，螺旋传送机)475、片屑仓 或片屑料仓476，片屑装锅计量器、低压给料器和高压给料器474或 一系列泵。将木片或其他类似的含有机纤维的物质从片屑堆471供给 至第一传送机或运输系统470，并沉积在可逆可控的中间传送器或运 输系统409上。当所述系统制备溶解等级纸浆时，中间传送机或运输 系统409可以以一个方向操作，以将木片或其他含有机纤维的材料(例 如，通过斜槽)沉积在垂直压力容器系统410中，而当所述系统制备纸 等级纸浆时，可以以相反的方向操作，以将木片或其他含有机纤维的 材料沉积在水平风闸给料器475上。如之前所述，垂直压力容器系统 410可以包括一个以上的通常与间歇蒸煮器或其他加压反应容器类似 的间歇式反应容器。

当所述系统制备纸等级纸浆时，所述操作类似于图1和3所描述 的操作。特别地，在将木片或其他类似的材料从中间传送机或运输系 统409沉积到水平风闸给料器475中之后，如前所述，在蒸煮之前， 它们经历加压的蒸烘。然后，将木片传输至片屑仓或片屑料仓476， 其中它们可以经历蒸烘以用于加热和空气去除。所述片屑仓或片屑料 仓476通过片屑装锅计量器和低压和低压给料器连接至高压给料器 474，这可以进一步使经预处理的木片暴露于一种以上的液体。此外， 当制备纸等级纸浆时，供给系统405总体可以用于脱气、加热和加压 木片，并且蒸煮阶段的准备过程中还使它们暴露于起始的蒸煮液。

然后，根据需要将经预处理的木片传送至连续蒸煮器420，并且 高压给料器474将片屑材料和液体的混合物供给至连续蒸煮器420的 顶端处的入口428，如图3之前所述。如前所述，连续蒸煮器420可 以装配有例如分离器481，其可以为倒置型顶端分离器或其他类型的 分离器，并且从顶端至顶部可以具有一系列的室或区域，通过它们依 次进行不同循环的蒸煮步骤。然后根据用于制备纸等级纸浆用粗浆的 任何相关技术在连续蒸煮器420中蒸煮经预处理的木片。

当所述系统制备溶解等级纸浆时，木片或类似的材料沉积在垂直 压力容器系统410(例如一个以上的加压容器)中，从而以间歇模式进 行预水解和中和。在优选的实施方案中，使所述木片或类似的材料充 填在垂直压力容器系统410中使用低压(LP-)蒸汽的容器中，然后同时 使用LP-和中压(MP-)蒸汽加热至合适的温度(例如165℃)并保持该选 择的温度。其他装置也可以用于充填并加热所述木片或类似材料，并 且根据过程性质和纸浆材料可以选择其他温度。

在预水解之后，垂直容器系统410的容器内容物可以为相对低的 pH，例如大约2。在预水解之后，通过加入多种碱性流体或液体，例 如白液(其优选在工厂的再苛化车间中产生，因此可以无需外源)和黑 液(其优选在纸浆的洗涤过程中产生，因此也可以无需外源)，开始中 和步骤。这两种液体有助于中和容器内容物，并使它们的pH更高， 例如8.5至9.0。同时，白液和黑液(或其他流体)置换含碳水化合物材 料的水解产物，其被采集至回收锅炉(未示出)以进行燃烧，或采集至 其中发生糖或其他有机材料的回收的系统。在使白液和黑液产生例如 约95℃(白液)和85℃(黑液)的温度下，所述白液和黑液可以进入垂直 压力容器系统410的容器中，并且所述容器的内容物到达约85℃的温 度，因此允许在大气压下排放水解产物和经预水解的木屑或其他含纤 维的有机物。

优选地，所有的或几乎所有的用于中和步骤的白液在同一工厂中 本地生产，例如，该工厂的再苛化设备，因此避免了对通常苛性碱性 介质的外源的需求。同样，优选地，所有的或几乎所有的用于中和步 骤的黑液在同一工厂中本地生产，例如，作为洗涤下游纸浆的过程的 一部分，因此避免了对通常苛性碱性介质的外源的需求。因此，可以 非常经济地采用图4的系统，减少或消除对购买外部生产的化学品(例 如硫酸和苛性钠或其他流体)的需求。操作预水解和中和级所需的所有 化学品和蒸汽可以在工厂内提供，由此允许显著的成本节省以及具有 相关优点，例如稳定的供给和更好的品质控制。

预水解和中和过程的实例示于图5-8的某些方面中，尽管可以代 替地使用多种用于预水解或中和的其他技术和/或参数。如图5所示， 表示垂直压力系统的容器之一(例如图4中的410)的空的垂直压力容器 510被木片507或其他含有机纤维的材料填充。垂直压力容器510可 以装配有内筛(其的实例为图5所示的513)，并且其他特征为常规可得 的。如图6所示，低压(LP-)蒸汽525可以被引入以有利于木片515或 其他材料的填充。还如图6所示，通过同时使用LP-蒸汽525和中压 (MP-)蒸汽527加热来在垂直压力容器510中以间歇模式进行预加热和 预水解，从而使内容物达到合适的温度，例如，165℃，并使它们保持 在所选的温度下。如之前所略微提及的，在其他技术中，根据设备详 情以及木片或其他被加热的有机材料的性质，可以使用不同的温度和 加热时间。

在预水解之后，如在图7A-7C所示，通过加入多种碱性流体或液 体进行中和过程。在该具体实例中，如图7A所示，可以将白液535(其 优选在工厂内生产，例如，在工厂的再苛化车间中)引入垂直压力容器 510中，接着如图7B所示，引入黑液545(其也优选在工厂内生产， 例如，在纸浆洗涤过程中)。如所指出的，这些液体有助于中和容器内 容物，并使它们的pH更高。同时，如图7C所示，在完成中和时，从 垂直压力容器510排出水解产物，其的体积等于蒸汽冷凝物556加白 液557加过量的黑液558的混合物。如图8所示，当完成中和时，向 垂直压力容器510加入额外的黑液565以有利于在大气压下向下游存 储罐570或其他目标排放经预水解的木片515或其他含纤维素的有机 物。

在已经使用垂直压力容器系统410进行预水解和中和之后，然后 可以通过例如松开阀而沿管道412从垂直压力容器410的底部提取经 预水解的木片或其他材料，并通过泵413输送至存储罐415以暂时存 储。这允许连续供给用于蒸煮的经水解的木片或其他材料。当经水解 的木片或其他材料的温度优选为约85℃时，所述存储罐415无需配置 为压力容器。

然后，根据需要使用另一泵416将经预水解的木片或其他材料供 给至连续蒸煮器420，并且在该实例中，当制备纸等级纸浆时，相同 的高压给料器474用于将经预处理的木片或其他材料从存储罐476传 送至连续蒸煮器420。高压给料器474将木片或其他含纤维的物质从 存储罐415供给至连续蒸煮器420的顶端处的入口428，例如，其可 以装配有分离器381，所述分离器381可以为倒置型顶端分离器或其 他类型的分离器。

如之前关于图2所述的，尽管配置图4所示的系统以使经预水解 的木片或其他含纤维的材料暂时地存储在存储罐415中，但是在其他 实施方案中，例如，使用一个以上的阀以在垂直压力系统410中的不 同压力容器之间切换，可以直接从垂直压力容器410供给连续蒸煮器 420，由此确保了向连续蒸煮器420的连续供给。或者，使用一个以上 的阀以控制向连续蒸煮器420的输入，可以选择性地从存储罐415或 直接从垂直压力容器系统410的一个以上的容器供给连续蒸煮器420。

当将经预水解的片屑混合物供给至连续蒸煮器420时，可以将白 液或其他蒸煮液加入到片屑附近以形成浆料。可以提取过量的液体， 并通过出口429和泵477再循环回高压给料器474。

然后，根据制备用于溶解纸浆的粗浆的任何相关技术，在连续蒸 煮器420中蒸煮在一部分经预水解的木片混合物中形成的浆料，并且 更具体地，可以使用制备溶解纸浆用粗浆所必须的温度、时间设定和 其他参数，根据硫酸盐蒸煮方法进行蒸煮。浆料逐渐地从连续蒸煮器 420的顶端下降至底部，经过不同的蒸煮区域或室，其各自对应于蒸 煮过程的特定级。为了制备溶解纸浆，操作者选择用于连续蒸煮器420 的适当的温度、时间设定和其他参数，这可以在至少一些方面不同于 用于制备纸等级纸浆的特定参数，或可以优化以用于特定等级的纸浆。 例如，连续蒸煮器420可以使用逆流蒸煮(counter-cooking)或改进的逆 流蒸煮技术，或任何其他蒸煮技术。在完成一次以上的溶解纸浆的运 转之后，操作者可以将参数返回至用于制备纸等级纸浆的那些合适的 参数，然后，系统可以被立即再配置为使用水平蒸烘容器475、储料 罐476和用于该过程的其他装置来制备纸等级纸浆。

纸等级纸浆通常被蒸煮至约18的卡伯值，但是对于溶解纸浆而 言，约6.5的低得多的卡伯值是期望的。通常，在纸等级纸浆和溶解 纸浆之间的切换将不需要蒸煮条件或参数的重大变化，最明显的区别 可能在于适当地降低白液的硫化度，例如从对于纸等级纸浆的约32% 至对于溶解纸浆的约28%。

在已经完成使用连续蒸煮器420的蒸煮之后，使所得到的粗浆422 向下传递至下一处理级，其示于图2中，可以为洗涤或氧脱木质素过 程230，但是在一些情况下，可以为漂白过程240。

图9和10为用于纸浆制造和相关过程的过程流程图，示出各种操 作和级，其中可以制备多种液体，此外该液体被汲取以用于当制备溶 解纸浆时在之前描述的实施方案中进行的中和过程。图9示出的木片 或其他含纤维的材料905被供给至处理/蒸煮级910，对于例如图2或 4所示的系统，处理/蒸煮级910可以同时包括以间歇模式操作的垂直 压力容器系统(用于预水解和中和)和用于连续硫酸盐蒸煮的连续蒸煮 器。如之前所述，处理/蒸煮级910之后是洗涤级915(其可以包括水 平带式洗涤机，滚筒式洗涤机、真空过滤器、洗浆压榨机、压缩挡板 过滤器、大气扩散器或压力扩散器)、筛分级918和氧脱木质素过程 920。所述经脱木质素的纸浆可以继续达到下游漂白单元922以进一步 脱木质素和增白，然后达到纸浆干燥站925，并最终形成为捆包或其 他类似的纸浆产品930。

与这些过程平行，在洗涤级期间提取弱黑液955，并可以供给至 用于将弱黑液浓缩成强黑液955的蒸发单元960。在图2或4的系统 中，当制备溶解纸浆时，这样的弱黑液955或强黑液965可以用于中 和过程。强黑液965通常供给至回收锅炉970，其产生绿液975，该绿 液975被输送至再苛化车间980中以用于苛化。此外，再苛化车间980 可以产生白液985，当制备溶解纸浆时，白液985也可以用于蒸煮过 程和中和过程。

图10以简化方式示出上述过程的所选择部分以及一些额外的方 面。如图10所示，将木片1005或其他含纤维的材料供给至处理/蒸煮 级1020，此外，在蒸煮后，然后将粗浆1008向下游传送至洗涤级1030 (以及筛分和氧脱木质素)。经洗涤和脱木质素的纸浆1012被输送至漂 白级以制备漂白纸浆1015。在洗涤级中，弱黑液作为副产物产生，并 被供给至一个以上的蒸发器1040以将弱黑液浓缩为强黑液，将其被提 供至回收锅炉1050。将从回收锅炉1050输出的绿液供给至再苛化车 间1070，其可以包括石灰窑和本领域内已知的其他设备。如所述的， 再苛化车间1070产生可以用于蒸煮的白液，以及在图2和4的系统中， 用于在垂直压力容器中的中和。

在多个实施方案中，如图2和4所示，在工厂的洗涤设备、蒸发 器和/或再苛化车间或其他设施中产生的弱或强黑液和白液可以用于 在系统中为制备溶解纸浆而进行的中和。当根据在本文所述的技术制 备溶解纸浆时，这种已有的液体和流体的使用可以产生显著的经济性。

在一个方面，提供了用于以经济高效方式制备不同等级或品质的 纸浆的灵活的系统。根据设备的需求，所述系统可以使用同一连续蒸 煮器以选择性地进行纸等级纸浆或溶解纸浆的硫酸盐蒸煮。当所述系 统制备溶解纸浆，可以以间歇模式使用用于预水解和中和的垂直压力 容器系统(例如一个以上的加压反应容器)，而在其他方面，该系统不 通常用于制备纸等级纸浆。当制备溶解纸浆时，可以采用给料器和预 处理系统以选择性地向垂直压力容器系统提供含有机纤维的材料，当 制备纸等级纸浆时，向连续蒸煮器中提供含有机纤维的材料。

在另一方面，提供了用于使用连续蒸煮器来选择性制备不同等级 的纸浆的方法，其包括如下步骤：当制备溶解纸浆时选择性地将含有 机纤维的材料供给至垂直压力容器系统(例如一个以上的加压反应容 器)，而当制备纸等级纸浆时供给至连续蒸煮器；对于制备溶解纸浆， 当将含有机纤维的材料供给至垂直压力容器系统时以间歇模式进行预 水解和中和；当制备溶解纸浆时将来自垂直压力容器系统的经处理的 片屑供给至连续蒸煮器；以及通过经处理的纸浆的连续蒸煮器选择性 地进行硫酸盐蒸煮以制备溶解纸浆的粗浆，或通过经处理的含有机纤 维的材料的连续蒸煮器选择性地进行硫酸盐蒸煮以制备用于纸等级纸 浆的粗浆。

前述系统和方法也可以完全适于以最小的额外成本来改进或翻新 改进已有的纸等级纸浆工厂，从而它们根据需要还可以制备溶解纸浆。 对于可以与本系统一起使用的连续蒸煮器没有固有限制，或者当制备 溶解纸浆时对可以用于预水解或中和级的垂直压力容器或间歇式反应 容器的类型也没有固有限制。此外，由于使在垂直压力容器中的预水 解和中和过程中产生的水解产物保持分离，并与连续蒸煮器的内容物 分开，所以该系统可以避免与现有技术过程相关的结垢或油腻物，避 免了对进行昂贵且频繁的系统关闭以进行清洁的需要。

根据本文所公开的具体实施方案可以实现的额外益处为当制备溶 解纸浆时的高效率程度，因为用于中和过程的白液和黑液可以为，并 且优选为，直接由同一工厂提供的，这与需要外源截然相反。与例如 尝试仅使用连续蒸煮器系统制备溶解纸浆相比，这可以导致显著的成 本节省。

本发明的实施方案完全适于翻新改进纸浆工厂以提供制备溶解纸 浆的额外能力。一旦翻新改进，纸浆工厂可以用于专门制备溶解纸浆 (如果这样的操作是期望的)。

尽管已经本文描述了本发明的优选实施方案，但是保留在本发明 的理念和范围内的许多变形是可能的。在查阅说明书和附图之后，这 样的变形将对于本领域的技术人员而言是明显的。因此，本发明并不 受严格限制，除非在任何所附的权利要求的主旨和范围内。