用于蒸发在纤维素纸浆制造期间从煮解过程中获得的黑液的方法及设备

摘要

本发明涉及一种用于蒸发在纤维素纸浆制造期间从煮解过程中获得的热黑液的方法及设备，其中黑液被导引至具有至少五个蒸发级的多级蒸发管线。根据本发明，将要在该蒸发管线中进行蒸发的黑液(11，10)在热交换器(HE1)中与已在至少一个级(I)中进行蒸发的、已部分蒸发的黑液(20，21)所进行的至少一个热交换过程中被冷却。将要进行蒸发的黑液被冷却以及已部分蒸发的黑液被加热至少5－10℃。通过本发明，减小了在分离甲醇时形成泡沫的风险。大部分的蒸发工作是在低温及黑液的最低干物质含量水平下进行的，从而还抑制了在此级中的结垢。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于蒸发在纤维素纸浆制造期间从煮解过程中获得的黑液(black liquor)的方法，其中，根据权利要求1的前序部分所述，黑液被导引至具有至少五个蒸发级(stage)的多级蒸发管线。本发明还涉及一种如权利要求11所限定的设备，在该设备中能够应用根据本发明的该方法。

背景技术

上述蒸发的主要目的是将水分从黑液中蒸发掉，使得黑液能够用作碱炉(soda boiler)中的燃料。实现这一目的可使得每单位被蒸发的水量能消耗尽可能最低的新鲜蒸汽(fresh steam)量，从而使可重复利用的煮解化学药品及木质材料的损耗尽可能小，以及使被蒸发的水分能够在纸浆厂的处理过程中被再利用。

通常，来自煮解设备(digestion plant)的黑液中的干物质含量保持为约15％，而在燃烧之前所期望的干物质含量大于60％。这意味着，获得每吨干物质要去除大约5吨的水。

为了保持蒸汽的消耗尽可能少，使用具有至少五个蒸发级的处理，在该处理中，仅在黑液的干物质含量最高的最后一个蒸发级供给新鲜蒸汽。排出的蒸汽(液体蒸汽)随后被顺次地引导经过其他级。在具有五个蒸发级的蒸发管线中的蒸汽消耗的减少量约为仅使用一个蒸发级时蒸汽消耗量的75％。若使用六个蒸发级(的蒸发管线)，则该减少量将为80％。通过在各级中使用蒸汽，能最大程度地利用温差来有效地传热，直至在第一级中出现高负压，在该第一级中黑液进行了其干物质含量水平的第一次升高。通常，在开始的三个或四个蒸发级中保持着负压，使得处于低温以及低浓度的黑液能够实现较大量的蒸发。从而，在蒸发级中，在50-140℃的温度范围内进行黑液的汽化(boil off)。在蒸发级的末尾使用不同类型的超浓缩器使黑液被进一步蒸发，并且常常通过混入来自碱炉中的灰烬的在前的混合步骤，使干物质含量的水平刚好超过80％。

在黑液被导引至蒸发级之前，通常可以对黑液进行加热，以便提高热效率。例如，在书籍“Lutindunstning och biprodukter”(“液体蒸发及副产物”，Yrkesbok，Y-211，ISBN 91-7322-042-6，由瑞典森林工业联合会(SwedishForest Industries Federation)出版)中描述了如何借助从冷凝物回收器排出的蒸汽加热螺旋式预热器中的凯斯特纳(Kestner)蒸发器中的黑液。随后，将要在蒸发级1中进行蒸发的黑液被导引通过连接至蒸发级3的第一热交换器，其中来自蒸发级3的冷凝汽(condensate steam)加热黑液，并且黑液随后被导引通过连接至蒸发级2的第二热交换器，其中在第二加热级中来自蒸发级2的冷凝汽加热黑液。

从专利文献EP 485375(相当于US4963231)中得知一种处理过程，在该处理过程中，来自冷凝预汽蒸装置(condensing pre-steamer)的蒸发后的液体能够与来自随后的蒸发级的更热并被更大程度蒸发的液体在两个蒸发级中间进行热交换。该处理过程旨在内在地提高蒸发管线的效率，其中，该液体在被用于进行热交换之前已在蒸发级进行了蒸发。该过程的目的在于借助将要进行蒸发的黑液冷却在冷凝预汽蒸装置中的低值(low-value)的蒸汽，而不是冷却及冷凝在水冷却器中的低值的蒸汽。这里，液体之间的热交换作用是，借助在随后蒸发级中已形成的被加热的液体来加热在随后蒸发级中将要进行蒸发的黑液。

发明内容

本发明旨在提供一种改进的黑液蒸发方式，其具有以下优点：

对新鲜蒸汽的需求量较低，提高了热经济性；

通过在蒸发之前对黑液进行冷却，改善甲醇的分离，以在任何级避免富含甲醇的新鲜蒸汽与甲醇含量较低的蒸发汽(evaporation steam)混合；

通过冷却黑液来替代液体急骤蒸发(liquor flashing)减小了在蒸发过程中形成泡沫的风险；

第一蒸发级在低干物质含量水平和低粘度下进行，这确保了第一蒸发级期间的有利的传热条件，从而能够最优地利用已安装的加热表面；

在将要进行蒸发的黑液与已部分蒸发的黑液之间进行热能的再循环，从而随后能在蒸发管线中利用黑液的热量，而无温度等级的损失；

通过在低温和脂肪酸盐(皂化物，soap)的低溶解度下分离脂肪酸盐，可以改善来自针叶植物的液体的脂肪酸盐的分离。

附图说明

图1示出了在两个蒸发级之间实施的本发明的基本构思；

图2示出了在三个蒸发级之间实施的本发明；

图3示出了在混合的液体连接中实施的本发明，其中将要进行蒸发的黑液在蒸发级I、II中以同向流动(cocurrent flow)的方式被导引，而在蒸发级III、IV中以逆向流动(countercurrent flow)的方式被导引；

图4示出了在带有内循环的蒸发级中实施的本发明；及

图5示出了在蒸发级I中带有内循环的本发明的变型。

具体实施方式

图1示出了用以蒸发在纤维素纸浆制造期间从煮解过程中获得的热黑液的设备的一部分，其中，黑液被导引至具有至少五个蒸发级的多级蒸发管线。

每一蒸发级I、II分别具有用于供应保持第一干物质含量水平的、将要进行蒸发的黑液的供应管线10、21，且每一蒸发级分别具有用于输出在该蒸发级中已被至少部分地蒸发并保持较高的第二干物质含量水平的黑液的输出管线20、22。

每一蒸发级分别设有用于供应在该蒸发级中使用的、保持第一蒸汽温度的蒸汽的供应管线3、2，且每一蒸发级分别设有用于输出已在该蒸发级中使用过的、经过该蒸发级后保持较低的第二蒸汽温度的蒸汽的输出管线2、1。

该图中示出了两个蒸发级I、II，其中，所使用的蒸汽以相对于黑液流呈逆向流动的方式被导引流过管线3、2、1，其中黑液被导引流过管线10、20、21、22。被排出的及所产生的蒸汽以常规的方式在表面冷凝器SC中冷凝，从该表面冷凝器SC处获得热水。

该图中示出了第一热交换器单元HE1，其连接至第一蒸发级，该第一热交换器单元HE1具有通向热交换器单元的加热侧的第一入口和第一出口，该第一热交换器单元的第一入口连接至用于输出来自第一蒸发级I的黑液的输出管线20，该第一热交换器单元具有连接至管线11的第二入口、以及连接至管线10的第二出口，所述第二入口和第二出口通向该热交换器单元的冷却侧，该热交换器单元的第二入口11连接尚未在任何蒸发级中进行蒸发的热黑液。

在纤维素纸浆制造期间从煮解过程中获得的热黑液以这种方式进行蒸发：使得将要在蒸发管线中进行蒸发的热黑液通过与已经在蒸发管线中的一个蒸发级中被至少部分地蒸发的已部分蒸发的黑液进行热交换而被冷却。

以下将描述在图1中示出的普遍使用的黑液以及蒸汽的温度，但应明确的是，在其他应用中也可以使用其他的温度。将要进行蒸发的黑液在到达热交换器单元HE1之前被引入管线11内，并保持为70℃的温度。将要进行蒸发的黑液在该热交换器中与被导入管线20内并已在蒸发级I中进行蒸发的已部分蒸发的液体进行热交换而被冷却至少5℃、优选为至少10℃，从而达到60℃的温度。

温度保持为约55℃的已部分蒸发的液体在经由管线21导引至蒸发级II之前，被加热到相当于65℃的温度。管线3、2、1中的蒸汽流的温度分别保持为75℃、65℃及55℃。

这种联接使得黑液在第一蒸发级中进行蒸发之前，其温度能够被降低，而不会使其甲醇过早地释放，也没有液体通过形成泡沫而转化为冷凝物的风险。蒸发过程的主要部分在第一蒸发级中进行，在这一蒸发级中的温度最低，尽管如此，由于液体的干物质含量处于低水平，使得液体的粘度仍可保持在可接受的低水平，从而确保高的传热率。

图2示出了一种变型，在该变型中，在蒸发级II、III之间还连接有第二热交换器单元HE2，但除此之外，该变型与图1所示的设备相同。

第二热交换器单元HE2连接至第二蒸发级II，该第二热交换器单元具有连接至管线22的第一入口及连接至管线23的第一出口，所述第一入口和第一出口通向第二热交换器单元的加热侧，其中该第二热交换器单元的第一入口连接至用于输出来自第二蒸发级II的黑液的输出管线22(这与权利要求12并不完全一致)，并且第二热交换器单元HE2具有连接至黑液管线12的第二入口、以及连接至管线11的第二出口，所述第二入口和第二出口通向第二热交换器单元的冷却侧，其中通向第二热交换器单元的第二入口连接至尚未在任何蒸发级中进行蒸发的热黑液，并且其中尚未在任何蒸发级中进行蒸发的热黑液在经由输送管线11被导引至第一热交换器单元HE1的冷却侧之前，首先被导引至第二热交换器单元的冷却侧。

将要进行蒸发的热黑液与在蒸发管线的第一蒸发级和第二蒸发级中已被至少部分地蒸发的、已部分蒸发的黑液进行热交换而被冷却至少两次。

图2示出了黑液被直接导引至蒸发级I。实际上，一旦黑液的温度降至100℃以下时，黑液就能被导引至用于储存或分离脂肪酸盐(soap)的黑液槽中。优选地，这种储存设置在冷却至60℃(相对于脂肪酸盐的溶解度而言，该温度为优选温度)之后，即设置在液体冷却器HE1之后及蒸发级I之前。

该技术能够应用在多个其他的级中，但实际上，多个级的最大数目为3-6，其中，第三热交换器单元以与将第二热交换器单元添加到图2中的设备相同的方式连接至第三蒸发级。第三热交换器单元以同样的方式具有通向第三热交换器单元的加热侧的第一入口和第一出口，其中第三热交换器单元的第一入口连接至用于输出来自第三蒸发级的黑液的输出管线，并且第三热交换器单元具有通向第三热交换器单元的冷却侧的第二入口和第二出口，其中第三热交换器单元的第二入口连接至尚未在任何蒸发级中进行蒸发的热黑液，所述尚未在任何蒸发级中进行蒸发的热黑液在经由多个输送管线被导引至第二热交换器单元和第一热交换器单元的冷却侧之前，首先被导引至第三热交换器单元的冷却侧。

将要进行蒸发的热黑液与在第一蒸发级、第二蒸发级及第三蒸发级中已进行至少部分地蒸发的、已部分蒸发的黑液进行热交换而被冷却至少三次。

第一蒸发级、第二蒸发级以及(相关联的)第三蒸发级优选以串联方式连接在蒸发设备中，其中，将要在所述蒸发级中进行蒸发的黑液逐次地从第一蒸发级经由热交换器的加热侧被导引至第二蒸发级，并向前导引至第三蒸发级，并且还可向前导引至第四蒸发级。来自第一蒸发级、第二蒸发级、并且还可为第三蒸发级(甚至更多的蒸发级)的已部分蒸发的黑液以如下方式被用于与热黑液进行热交换：其中已部分蒸发的黑液的干物质含量水平从第一蒸发级至第二蒸发级被增加，并且从第二蒸发级至第三蒸发级被进一步增加。

图3示出了本发明的另一种变型，在该变型中，将要进行蒸发的黑液被导引为与连接至蒸发级III和蒸发级IV之间的热交换器HE2中的、已部分蒸发的黑液进行第一次热交换。在进行了第一次热交换之后，黑液被导引为与连接在蒸发级II和蒸发级III之间的热交换器单元HE1中的、已部分蒸发的黑液进行第二次热交换。蒸发级I、II利用同向流动连接(其中将要进行蒸发的黑液经过蒸发级的流动顺序与蒸汽相同)而联接。以上说明了这一事实：液体的冷却无需包含全部的蒸发过程。优选地，将各种用于分离脂肪酸盐的黑液槽设置于热交换器单元HE1之后。一旦液体温度降至100℃以下，所述黑液槽也可设置在液流中的更早的位置。

这里，黑液的第一次蒸发是在蒸发级II中以与图2所示的方式类似的方式，使用首先在热交换器单元HE1和HE2中冷却的黑液来进行的。被冷却的液体在蒸发级II中进行第一次蒸发过程，此后，已部分蒸发的黑液被导引至蒸发级I。已经过蒸发级II、I的、已部分蒸发的黑液随后经由预热器PH并经由热交换器单元HE1而被导引至蒸发级III。

在图1至图3中所示的正常选择中，通向热交换器的加热侧的入口连接至将已进行蒸发的黑液从之前的一个蒸发级传送至随后的蒸发级的输送管线。以此方式使用已经从两个蒸发级之间的传输流中排出的已部分蒸发的黑液与热黑液进行热交换。

如图4所示，在所述蒸发设备的可选实施例中，已部分蒸发的黑液的一部分以及被加热的黑液借助循环管线21b而在蒸发级之外再循环。

在选择性的设计中，图1所示的连接可结合有另外的黑液冷却器，用于加热黑液冷却器上液体流中的部分预蒸发的黑液。图5示出了已部分蒸发的黑液的并流是如何与流向该级的供应流一起或在其自身的供应流中被导引至液体冷却器HE1D和从该液体冷却器HE1D被导引回蒸发级I。来自液体冷却器HE1C的被冷却的黑液被导引至液体冷却器HE1D，以在黑液经由管线10被供给至蒸发级I之前对其进行进一步冷却。也可将液体冷却器HE1D与该级整合在一起。

该蒸发设备还可以以多种方式修改，其中黑液在与蒸发管线中的蒸发级中至少被部分蒸发的黑液之间进行热交换之前，可进行某种形式的预蒸发或处理。这可与煮解设备相关联地较早地进行，或在蒸发过程中于蒸发级中进行。这种预处理可通过减小压力或通过添加已部分蒸发的黑液以增大粘度来执行，后面的处理过程为已知的“脱硫(sweetening)”。因此，在从煮解过程中获得的热黑液被导引至第一热交换器(已部分蒸发的黑液在该第一热交换器中被热黑液加热)之前，能够被引导为通过至少一个冷却器(在该冷却器中利用冷水冷却热交换器中的黑液)、或通过压力释放槽、或者通过上述两者。以这种方式，从煮解过程中获得的热黑液在与已经在蒸发管线的蒸发级中至少被部分地蒸发的、已部分蒸发的黑液进行热交换之前，进行至少一个冷却级。

本发明能够以下列的方式有利地被应用：热黑液在与已部分蒸发的黑液所进行的每一次热交换操作中被冷却至少5-10℃的较大程度；以及，已部分蒸发的黑液与热黑液所进行的每一次热交换操作中被加热至少5-10℃。无疑地，黑液既能够通过在两级之间的传输液体而被冷却，也能够通过在一个蒸发级中的循环液体而被冷却。

该蒸发设备中的热交换器优选为管式热交换器或板式热交换器，其中，热黑液在热交换器的一侧被导引，而已经过至少一个蒸发级的、已部分蒸发的黑液在热交换器的另一侧被导引。在这种方式下，通过在热交换器中的间接热交换来进行热交换，而并不使这些液体混合，并且例如将要进行蒸发的黑液的甲醇含量保持不变。

本发明并不局限为使用这样一种蒸发设备：在该蒸发设备中，蒸发管线中具有总数为n的蒸发级，所述蒸发级设置为呈严格的逆向流动连接，用于蒸发的蒸汽从蒸发级n经由多个蒸汽输送管线导引至蒸发级n-1，等等，并向下至蒸发级1，并且将要进行蒸发的热黑液从蒸发级1经由多个用于输送已部分蒸发的黑液的输送管线，以相对于蒸汽流呈逆向流动的方式被导引至蒸发级2，等等，并且向上至蒸发级n。然而，使用严格的逆向流动是有利的，因为第一次蒸发是在最低的干物质含量水平和最低粘度的黑液条件下进行的，这样确保了高的传热率。

本发明能够在权利要求书的框架下以多种方式变化。

可在例如黑液被导引至与已部分蒸发的黑液进行第一次热交换之前降低黑液的压力。例如，由于这种压力的减小而获得的蒸汽可与被导引至蒸发管线中较高的蒸汽级之间的液体蒸汽混合：例如，蒸汽可与从蒸发级6向蒸发级5导引的液体蒸汽混合。若从煮解过程中获得的黑液保持为负压，并且保持例如110℃的温度，则其压力可被降低以提供100-105℃的温度，其中，由降压步骤所获得的蒸汽与保持相同温度的液体蒸汽混合。然而，在大多数有利的实施例中，黑液在例如110℃的温度下直接从煮解设备被导引经过一个或多个回收黑液的热量而不使其急骤蒸发的液体冷却器。这种操作是有利的，因为黑液的急骤蒸发会伴随着形成泡沫以及甲醇不良分离的风险。

每一热交换器单元(黑液在所述热交换器单元中通过已部分蒸发的黑液而被冷却)可由一个或多个以串联或并联方式联接的热交换器单元构成。

图1至图3中已指定的温度为用于实施本发明的设定的温度水平的典型实例。

术语“黑液”用于表示来自煮解过程中的黑液，这种黑液在蒸发管线的各蒸发级中并未进行任何蒸发级，并保持着小于30％的干物质含量水平。然而，黑液可预先经过冷却、调节(“脱硫”)或其他蒸发形式，例如通过机械蒸汽压缩，或利用除了借助新鲜蒸汽或顺次导引通过各蒸发级的液体蒸汽在蒸发管线中产生的蒸汽之外的其他蒸汽。

术语“已部分蒸发的黑液”用于表示已在蒸发管线中借助新鲜蒸汽或依次导引穿过蒸发级的液体蒸汽经过至少一个蒸发级的黑液。

本发明尤其有利于蒸发由硫酸盐煮解所获得的黑液，而若硫酸盐煮解是基于针叶木、主要为松木的话，则本发明更加有利。此类树木包含较高等级的可提取物(脂肪酸盐)，对于未除皂(desoap)的液体而言，所述可提取物易于导致起泡的问题。