Устройство и способ для обработки сырьевого продолговатого материала, пригодного для производства бумаги, устройство и способ для переработки волокнистого целлюлозного материала в бумажную волокнистую массу, устройство и способ для обработки черного щелока, образующегося при производстве бумаги

Предназначено для использования в целлюлозно-бумажной промышленности. Изобретение содержит обрабатывающее устройство для обработки волокнистого целлюлозного сырьевого материала, содержащее очистное средство для выделения посторонних включений из сырьевого материала, размалывающее средство для раздавливания сырьевого материала для ликвидации в нем узлов и расщепляющее средство для расщепления в продольном направлении раздавленного сырьевого материала. Используют конвейер с парой вращаемых в одном направлении шнеков для переработки раздавленного материала в бумажную волокнистую массу, причем конвейер разделен на множество зон, средство для подачи обрабатываемых материалов по меньшей мере в одну зону и средство для регулирования температуры и/или давления по меньшей мере в одной из зон. Черный щелок, образующийся в процессе выработки бумажной волокнистой массы, перерабатывают в устройстве, содержащем испаритель для концентрирования черного щелока до содержания твердого вещества 30-70%, аппарат для обработки концентрированного черного щелока при температуре 300-650°С и капсулированный конвейер для транспортирования концентрированного черного щелока из испарителя в аппарат при температуре выше 90°С. Изобретение также включает способ, заключающийся в использовании описанного выше устройства. 6 н. и 33 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

 

Настоящее изобретение относится к применяемым при производстве бумаги устройству и способу для обработки сырьевого продолговатого материала, устройству и способу для переработки волокнистого целлюлозного материала в бумажную волокнистую массу и устройству и способу для обработки щелока.

Остаточные продукты сельскохозяйственного производства, например солома пшеницы и риса, содержат целлюлозу и могут представлять собой хорошие сырьевые материалы для производства из них бумаги. Однако так как эти сырьевые материалы объемны, то с учетом затрат на их транспортировку, целесообразнее перерабатывать их в бумажную волокнистую массу на месте и, следовательно, на относительно маломасштабном производстве с производительностью по бумажной волокнистой массе около 10-100 т/сутки.

На предприятиях по приготовлению бумажной волокнистой массы образуется черный щелок, который в случае его сброса в природные источники воды вызывает сильные загрязнения. Технология, которую используют в настоящее время, для обработки черного щелока в зависимости от местных экономических условий эффективна только в том случае, если объем производства бумажной волокнистой массы составляет не меньше 60000 т в год. По современным масштабам предприятия типичным предприятием по выработке бумажной волокнистой массы является такое, объем производства которого составляет более 360000 т бумажной волокнистой массы в год.

Экономическая неэффективность технологии при переработке черного щелока, при его объеме меньше 60000 т в год, означала, что множество существующих небольших предприятий по производству бумажной волокнистой массы вынуждены были закрыть, чтобы прекратить загрязнение природных источников воды. Этот недостаток существующей технологии также препятствовал созданию новых малых предприятий по производству бумажной волокнистой массы, в частности новых предприятий, на которых можно было бы перерабатывать остаточные продукты сельского хозяйства.

Как следствие, из-за недостаточной потребности в малых предприятиях для выработки бумажной волокнистой массы проводили мало исследований и разработок технологий для малых предприятий по приготовлению бумажной волокнистой массы. Как следствие, в течение последней части 20-го столетия не продвигалось совершенствование технологии по приготовлению бумажной волокнистой массы и по переработке в бумажную волокнистую массу, в частности, соломы для малых предприятий, а также совершенствование технологии по приготовлению бумажной волокнистой массы из древесины на крупномасштабных предприятиях. Существующая технология для малых предприятий по приготовлению бумажной волокнистой массы является поэтому относительно неэффективной в части экономии ресурсов. Кроме того, существуют особые свойства соломы как источника сырья, которые могут создавать проблемы и при переработке и в части, касающейся качества готовой бумажной волокнистой массы, которые не решены в существующей в настоящее время технологии. К их числу относятся проблемы, связанные с частично разволокненными узлами соломы, наличие которых приводит к появлению дефектов в готовой бумаге, а также проблемы, связанные с дренажем сточных вод на бумагоделательной машине, вызванные чрезмерным дроблением волокон соломы. Помимо этого, при выполнении способов переработки соломы в бумажную волокнистую массу, используемых в настоящее время, кремнезем, имеющийся в соломе, остается в черном щелоке и затем образует стекловидные вкрапления, когда черный щелок концентрируют для обработки, что в результате приводит к низкой эффективности и простоям, связанным с чисткой.

Известно устройство для обработки сырьевого продолговатого материала в виде льносоломы, пригодной для использования при производстве бумаги, содержащее очистное средство для выделения посторонних включений из сырьевого материала, размалывающее средство для раздавливания сырьевого материала для ликвидации узлов в нем и расщепляющее средство для расщепления в продольном направлении раздавленного сырьевого материала (см., например, Европейский патент 0122769 от 24.10.1984).

Известен также способ обработки указанного сырьевого продолговатого материала, включающий выделение посторонних включений из сырьевого материала, раздавливание сырьевого материала, из которого уже удалены посторонние включения, для ликвидации узлов в нем, расщепление в продольном направлении раздавленного сырьевого материала (см., например, Европейский патент 0122769 от 24.10.1984).

Известно устройство и способ для обработки крафт-целлюлозного черного щелока, при использовании которых осуществляют подачу черного щелока в технологический сосуд и обработку черного щелока, при этом извлекают химические вещества из крафт-целлюлозного черного щелока, и тепло, образующееся при контролируемом окислении щелока, используют для понижения вязкости и низшей теплотворной способности щелока, чем обеспечивается возможность сжигания более концентрированного щелока в котле-утилизаторе. При данном расходе черного щелока обеспечивается повышенная результирующая производительность по пару или сжигание щелока с повышенной концентрацией твердых частиц с увеличением пропускной способности котла-утилизатора (см., патент России 2086282 от 10.08.1997).

Вышеуказанные известные устройства и способы не устраняют вышеупомянутых проблем.

Настоящее изобретение направлено на частичное или полное устранение вышеуказанных проблем.

Согласно первому аспекту изобретения создано устройство для обработки сырьевого продолговатого материала, пригодного для использования на предприятии для производства бумаги, содержащее очистное средство для выделения посторонних включений из сырьевого материала, размалывающее средство для раздавливания сырьевого материала для ликвидации узлов в нем, расщепляющее средство для расщепления в продольном направлении раздавленного сырьевого материала, конвейер с парой вращаемых в одном направлении шнеков для размещения раздавленного сырьевого материала и для производства бумажной массы и черного щелока, при этом конвейер разделен на множество зон, средство для подачи обрабатывающего материала в по меньшей мере одну из указанных зон, средство для регулирования температуры и/или давления в по меньшей мере одной из зон и средство для извлечения обработанного материала и энергии из черного щелока, включающее технологический сосуд в виде реактора с псевдоожиженным слоем для обработки черного щелока.

Очистное средство может содержать конвейерную ленту, оснащенную средством для удаления посторонних включений.

Размалывающее средство может содержать пару вращаемых в противоположных направлениях рифленых валиков, между которыми пропускают сырьевой материал.

Расщепляющее средство может содержать пару вращаемых в противоположных направлениях колковых валиков, между которыми пропускают раздавленный материал.

Между размалывающим средством и расщепляющим средством может быть расположено средство для дополнительного удаления посторонних включений, находящихся в раздавленном материале.

Конвейер может содержать по меньшей мере три зоны, включающих зону подачи, зону обработки, в которую вводят обрабатывающий материал, и зону давления, в которой поддерживают давление выше атмосферного.

Зона подачи может быть выполнена увеличенного размера в сравнении с другими зонами для обеспечения свободной подачи сырьевого материала в эту зону, для увеличения производительности конвейера.

Пространство внутри конвейера может быть постепенно уменьшено в направлении перемещения обрабатывающего материала для постепенного повышения давления в нем.

Конвейер может содержать пять зон, включающих зону подачи, зону обработки, в которую вводят обрабатывающий материал, первую зону давления, в которой поддерживают давление выше атмосферного и в которую вводят обрабатывающий материал, вторую зону давления, в которой поддерживают давление выше давления в первой зоне давления, и третью зону давления, в которой поддерживают давление ниже давления во второй зоне давления.

Устройство может дополнительно содержать средство для подачи пара в зону обработки и средство для введения химических реагентов в первую зону давления.

Устройство может дополнительно содержать испаритель для концентрирования черного щелока, поступающего с конвейера, и закрытый конвейер для перемещения концентрированного черного щелока из испарителя к технологическому сосуду при температуре, превышающий 90°С.

Псевдоожиженный слой может содержать оксид щелочноземельного металла при его отношении к твердому сухому веществу черного щелока, составляющем от 0,2:1 до 1,3:1, при стехиометрических или достехиометрических условиях.

Закрытый конвейер может являться конвейером с двумя шнеками, и имеется средство для подачи щелочноземельного металла к закрытому конвейеру при соотношении щелочноземельного металла к черному щелоку, составляющем от 0,2:1 до 1,3:1, таким образом, что он становится гранулированным рыхлым материалом.

Устройство может дополнительно содержать средство для химического превращения материала в реакторе с псевдоожиженным слоем в гидроксид натрия и/или карбонат натрия, газ и жидкость, содержащие горючий компонент, который можно использовать для выработки энергии.

Устройство может дополнительно содержать резервуар для растворения продукта, полученного в реакторе, средство для фильтрации нерастворимых твердых веществ для отделения их от растворенных продуктов реакции, сушилку для сушки нерастворимого продукта реакции и котел для получения энергии из горючих газов.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения создан способ обработки сырьевого продолговатого материала, пригодного для использования на предприятии для производства бумаги, включающий следующие этапы:

выделение посторонних включений из сырьевого материала;

раздавливание сырьевого материала, из которого уже удалены посторонние включения, для ликвидации узлов в нем;

расщепление в продольном направлении раздавленного сырьевого материала;

подача раздавленного материала на конвейер с парой вращаемых в одном направлении шнеков, разделенный на множество зон, и обработка материла на конвейере для получения бумажной волокнистой массы и черного щелока;

подача обрабатывающего материла в по меньшей мере одну зону;

контроль температуры и/или давления в по меньшей мере одной зоне;

распыление концентрированного щелока в технологический сосуд, выполненный в виде реактора с псевдоожиженным слоем, для обработки черного щелока.

Выделение посторонних включений можно производить на конвейерной ленте, оснащенной средством для удаления посторонних включений.

Раздавливание сырьевого материала можно производить между парой вращаемых в противоположных направлениях рифленых валиков, между которыми пропускают сырьевой материал.

Расщепление раздавленного материала можно производить между парой вращаемых в противоположных направлениях колковых валиков, между которыми пропускают раздавленный материал.

Между этапами раздавливания сырьевого материала и расщепления раздавленного материала можно выполнять этап дополнительного удаления посторонних включений, находящихся в раздавленном материале.

Способ может содержать этап подвода тепла, пара или любых других обрабатывающих веществ в любом месте вдоль конвейера с парой вращаемых в одном направлении шнеков и/или этап отбора любых жидкостей или испарений в любом месте вдоль указанного конвейера.

Способ может содержать этап повышения или понижения давления в любом месте внутри конвейера с парой вращаемых в одном направлении шнеков.

Раздавленный сырьевой материал можно пропускать по меньшей мере через три зоны, включающие зону подачи, зону обработки, в которую вводят обрабатывающий материал, и зону давления, в которой поддерживают давление выше атмосферного.

Раздавленный сырьевой материал можно пропускать по меньшей мере через шнековый конвейер, имеющий пять зон, включающих зону подачи, зону обработки, в которую вводят обрабатывающий материал, первую зону давления, в которой поддерживают давление выше атмосферного и в которую вводят обрабатывающий материал, вторую зону давления, в которой поддерживают давление выше давления в первой зоне давления, и третью зону давления, в которой поддерживают давление ниже давления во второй зоне давления.

Способ может дополнительно содержать этапы регулирования давления и температуры в первой и третьей зонах давления таким образом, чтобы они были одинаковыми.

Способ может дополнительно содержать этапы подвода пара в зону обработки и введения в первую зону давления химических реагентов для переработки материала в бумажную волокнистую массу.

Способ может дополнительно содержать этап поддержания в зоне подачи и зоне обработки атмосферного давления.

В первую зону давления можно вводить гидроксид кальция.

Способ может включать подачу черного щелока при концентрации твердого вещества 10-70% в технологический сосуд и обработку концентрированного черного щелока в нем при температуре 300-650°С.

Способ может дополнительно содержать этап концентрации черного щелока до содержания твердого вещества 30-70% перед подачей его в технологический сосуд.

Способ может включать прием черного щелока при содержании в нем твердого вещества около 30%, поступающего с конвейера с парой вращаемых в одном направлении шнеков, подачу концентрированного щелока в технологический сосуд и обработку концентрированного щелока в нем при температуре 300-650°С.

Способ может включать этап распыления концентрированного черного щелока в камере тороидального псевдоожиженного слоя, содержащего оксид щелочноземельного металла в отношении к сухому твердому веществу черного щелока от 0,2:1 до 1,3:1 при работе в стехиометрических или достехиометрических условиях.

Концентрированный черный щелок можно подавать в конвейер с парой шнеков, в котором имеется оксид щелочноземельного металла, причем соотношение оксида щелочноземельного металла к твердому сухому веществу черного щелока составляет от 0,2:1 до 1,3:1 так, что он превращается в гранулированный рыхлый материал.

Способ может дополнительно содержать этап химического преобразования материала в псевдоожиженном слое в гидроксид натрия и/или карбонат натрия, газ и жидкости, содержащие горючий компонент, который можно использовать для выработки энергии.

Продолговатым материалом может быть солома.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения создано устройство для переработки целлюлозного сырьевого материала в волокнистую массу, содержащее конвейер с парой вращаемых в одном направлении шнеков, разделенный на множество зон, средство для подачи обрабатывающих материалов в по меньшей мере одну зону и средство для регулирования температуры и/или давления в по меньшей мере одной зоне.

Согласно шестому аспекту настоящего изобретения создан способ для переработки предварительно обработанного сырьевого материала в бумажную волокнистую массу, содержащий этапы пропускания сырьевого материала через множество зон конвейера с парой вращаемых в одном направлении шнеков, подачу обрабатывающего материала в по меньшей мере одну зону и контроль температуры и/или давления в по меньшей мере одной зоне.

Согласно седьмому аспекту настоящего изобретения создано устройство для обработки черного щелока, образующегося при производстве бумаги, содержащее технологический сосуд для обработки черного щелока с концентрацией в нем твердого вещества 10-70% при температуре 300-650°С и закрытый конвейер для транспортирования концентрированного черного щелока при температуре выше 90°С от испарителя в технологический сосуд.

Согласно восьмому аспекту настоящего изобретения создан способ переработки черного щелока, образующегося при производстве бумаги, включающий подачу черного щелока при концентрации твердого вещества 10-70% в технологический сосуд и обработку концентрированного черного щелока в нем при температуре 300-650°С.

Изобретение далее описано более подробно на примере со ссылками на чертежи, на которых изображено следующее:

Фиг.1 изображает блок-схему способа в целом;

Фиг.2 - схематический вид валкового устройства, предназначенного для использования в способе предварительной обработки сырьевого материала;

Фиг.3 - схематический вид конструкции самоочищающегося колкового валика, который может быть использован в валковом устройстве, изображенном на Фиг.2;

Фиг.4 - схематический вид возможного варианта исполнения конвейера с парой вращаемых в одном направлении шнеков;

Фиг.5 - блок-схема предпочтительного варианта исполнения устройства для переработки черного щелока.

Пшеничную солому обычно рубят перед переработкой в бумажную волокнистую массу. Пшеничная солома содержит узлы на стеблях, которые обычно остаются неразработанными в процессе рубки соломы до преобразования ее в бумажную волокнистую массу. Это является серьезным недостатком в производстве бумажной волокнистой массы для изготовления качественной бумаги, в результате чего получают бумагу низкого качества.

Согласно изобретению используют новый способ, при котором разрушают узлы, разволокняют стебли соломы в продольном направлении в щадящем режиме и принудительно, дозированно и непрерывно подают сырьевой материал в устройство для приготовления бумажной волокнистой массы.

Способ в целом описан в общем ниже со ссылками на Фиг.1.

Прежде всего материал, который надлежит переработать, подают на конвейерную ленту 9, оснащенную средством для выделения посторонних включений из сырьевого материала. С помощью конвейера полученный таким образом сырьевой материал подают к группе пар валиков 10. Посредством первой пары валиков раздавливают сырьевой материал для ликвидации узлов, посредством второй пары валиков расщепляют сырьевой материал в продольном направлении. Посредством третьей пары валиков, расположенной между первой и второй парами валиков, удаляют все посторонние включения, высвобождаемые в ходе операции раздавливания.

Далее предварительно обработанный сырьевой материал подают в конвейер 12 с парой вращаемых в одном направлении шнеков, разделенный на пять зон, включающих зону подачи, зону обработки, в которую дополнительно вводят обрабатывающий материал, первую зону давления, в которой поддерживают давление выше атмосферного и в которую дополнительно вводят обрабатывающий материал, вторую зону давления, в которой поддерживают давление выше давления в первой зоне давления, третью зону давления, в которой поддерживают давление ниже давления во второй зоне давления.

Продукт, преобразованный в бумажную волокнистую массу, с выхода этого конвейера может быть далее подвергнут соответствующей обработке в зависимости от качества бумаги, которую надлежит производить из этой бумажной волокнистой массы.

Черный щелок, образующийся на предприятии по производству бумаги, перерабатывают в устройстве 14, включающем испаритель, предназначенный для доведения концентрации черного щелока до содержания в нем твердого вещества на уровне 30-70%, или используют черный щелок, отводимый непосредственно из конвейера с парой вращаемых в одном направлении шнеков, если его концентрация уже находится на этом уровне, и направляют его с помощью закрытого конвейера при температуре выше 90°С в аппарат, где его обрабатывают при температуре 300-650°С.

Аппарат представляет собой реактор, в котором создают тороидальный псевдоожиженный слой и в котором распыляют концентрированный черный щелок, причем псевдоожиженный слой содержит оксид щелочноземельного металла в отношении от 0,2:1 до 1,3:1 к сухому твердому веществу черного щелока. В этом процессе преобразуют вещества в гидроксид натрия и/или карбонат натрия, газ и жидкости, содержащие горючий компонент, который может быть использован для выработки энергии. Энергосодержащий компонент может быть переработан с использованием стандартного котла.

Ниже описаны отдельные части способа.

После рыхления кип соломы солому подают на конвейерную ленту 101 (фиг.2), где удаляют тяжелые включения, например камни, и другие посторонние включения, например, веревки из синтетических материалов. Затем солому направляют в питающий бункер 103, из которого ее подают в устройство, состоящее из рифленых валиков 105 и 107, которые раздавливают узлы в стеблях соломы с колками, которыми разволокняют в щадящем режиме стебли соломы в продольном направлении. Таким образом, солому подают между первым 105 и вторым 107 рифлеными валиками, вращаемыми в противоположных направлениях, для раздавливания узлов соломы. Раздавленный материал затем пропускают через два вращаемых в противоположных направлениях промежуточных валика 109 и 111, посредством которых предотвращают возможность повреждения валиков, расположенных ниже, благодаря удалению посторонних включений.

Солому затем пропускают еще через пару валиков 113, 115, вращаемых в одном направлении. Эти последние валики оснащены колками, с помощью которых разволокняют и разрывают солому в продольном направлении. Эти валики работают совместно с питающим столиком.

В результате переработки соломы на этом устройстве получают материал в виде укороченного, разрыхленного, расщепленного волокна без узлов. Это позволяет улучшить и ускорить проникновение химических веществ и пара в материал и благодаря этому быстрее и равномернее преобразовывать его в бумажную волокнистую массу, в то же время перерабатывая волокно в щадящем режиме так, чтобы сохранить его длину. Это позволяет вырабатывать бумажную волокнистую массу улучшенного качества, включая значительное снижение количества видимых «блесток» в бумажном полотне благодаря диспергированию клеток паренхимы, улучшенный дренаж, высокую прочность при растяжении и надрыве, высокий выход бумажной волокнистой массы и пониженную потребность в химикатах в процессе образования бумажной волокнистой массы.

Обработанную солому затем сбрасывают с колковых валиков 113, 115 в питающий бункер 117, из которого ее подают либо в конвейер, либо в пневмосистему (не показана), посредством которой обработанную солому направляют в нижний резервный бункер для резервного хранения подготовленного материала до переработки в бумажную волокнистую массу.

Описанное выше устройство, содержащее колковые и рифленые валики для разволокнения и подачи, специально создано для переработки соломы, но при минимальной модификации оно может быть использовано для переработки любого другого подходящего сырьевого материала, включая лен, пеньку, жмых (сахарной свеклы) и древесину.

Колковые валики могут быть также выполнены самоочищающимися, когда их используют для переработки целлюлозного сырьевого материала, содержащего более длинные волокна, например пеньку и лен. Это необходимо для предотвращения наматывания материала на валики и выведения из строя устройства. Схема рабочей части колкового валика показана на Фиг.3.

Колковый валик 20 имеет наружную поверхность с большим количеством радиально направленных колков 22. Этот валик используют совместно с транспортерной лентой 24, содержащей совмещаемые отверстия или изготовленной из ткани, на которой транспортируют материал 26, который надлежит перерабатывать. Колками 22 захватывают материал 26, и когда транспортерная лента 24 сходит с колков, с ее помощью снимают материал, освобождая колковый валик 20 от спутанных волокон.

Были проведены испытания и усовершенствование описанного выше способа на соломе, льне и пеньке на пилотной лабораторной линии.

Сырьевой материал из резервного бункера затем перерабатывают в бумажную волокнистую массу. С этой целью сырьевой материал (солому, лен, пеньку, жмых (сахарной свеклы), древесную щепу или любой другой целлюлозный сырьевой материал) подают в специально разработанный экструдер 31 (Фиг.4) с парой вращаемых в одном направлении шнеков. Для этого устройства были специально разработаны профили шнеков. Две концевые секции 33, 34 имеют первое направление, в то время как в средней секции 35 винтовые стенки шнеков имеют противоположное направление. Винтовые стенки шнеков изготовлены из закаленной стали, они глубоко прорезаны и специально выполнены так, чтобы они как можно меньше повреждали волокно. Использование этой конкретной конструкции привело в результате к пониженному потреблению энергии, благодаря чему можно использовать ведущий валик меньшего диаметра и редуктор меньшего габарита, что также ведет к снижению величины капитальных вложений. Применение профиля шнека специальной конструкции и уменьшенного диаметра ведущего валика также позволяют повысить производительность устройства по сырьевому материалу на ожидаемые 400% в сравнении с обычными конвейерами с парой вращаемых в одном направлении шнеков.

В одном варианте исполнения конвейер содержит первую зону 37 (Фиг.4), в которую подают сырьевой материал из питающего бункера 39, вторую зону 41, в которую можно дополнительно вводить варочный щелок по каналу 43, пар можно вводить в корпус конвейера по каналу 45. Третья зона 47 представлена участком 35 с обратным направлением винтовых стенок шнеков, причем из этой зоны можно отводить некоторое количество раствора сквозь перфорированную стенку 49. Четвертая зона 51 представлена остальной частью конвейера, а именно, частью 34, из которой бумажную волокнистую массу выталкивают через отверстие 53. Следует иметь ввиду, что, хотя изображенный шнековый конвейер оборудован четырьмя зонами, можно использовать любое количество зон (от трех зон и больше соответственно) в соответствии с требуемым процессом обработки.

Устройство может иметь модульную конструкцию, что облегчает выполнение изменений конфигурации как шнека, так и корпуса. Это может быть очень экономически эффективный путь применения одного стандартного конвейера с парой шнеков для переработки множества различных типов целлюлозных сырьевых материалов и/или для выработки различных сортов бумажной волокнистой массы просто путем замены конфигурации шнеков и корпуса. Устройство может работать со скоростью 50-500 об/мин, практически работает на скорости 50-250 об/мин. При использовании различного сырьевого материала и при выработке бумажной волокнистой массы требуемого качества требуется регулирование скорости.

Конвейер с парой шнеков может быть выполнен так, чтобы химические вещества и жидкости можно было вводить и жидкости или пар можно было выпускать или отводить в каждой зоне. Это является стандартной особенностью экструдеров с парой шнеков.

Было установлено также, что не обязательно использовать слишком сложный редуктор и привод такого типа, который обычно применяют в экструдерах с двумя шнеками, чтобы соответствующим образом вырабатывать бумажную волокнистую массу. Можно использовать простые редуктор и привод, снижая капитальные затраты и потребление энергии. Ожидается, что система для выработки бумажной волокнистой массы будет потреблять меньше половины энергии, потребляемой обычным конвейером с парой шнеков, используемым для этой цели.

Один способ выработки бумажной волокнистой массы из целлюлозного сырьевого материала, например соломы, в котором используют новую систему, заключается в следующем. При использовании конвейер с парой вращаемых в одном направлении шнеков с размером корпуса 100 мм, экструдер с парой вращаемых в одном направлении сопряженных шнеков был оборудован пятью зонами, согласно приведенному ниже описанию.

Зона	1	2	3	4	5
Назначение зоны	Зона подачи	Зона пропаривания	Зона давления	Зона давления	Зона давления
		Введение пара	Введение NaOH и других реагентов для образования бумажной волокнистой массы
Температура, °С	65	100	130	150	130
Давление, бар	0	0	2-3	4-5	2-3

Целлюлозный сырьевой материал, например солому, принудительно подавали в зону 1, используя шнек.

Зона 1 выполнена так, чтобы она была по возможности больше открыта, чтобы свободно подавать материал в устройство. Температура в зоне 1 составляла 65°С.

В зоне 2 вводят насыщенный пар для приготовления бумажной волокнистой массы. Температуру повышают до 100°С.

В зоне 3 температуру повышают до 130°С и давление до 2-3 бар. Гидроокись натрия дополнительно вводят с расходом 12-14% от массы сырьевого материала в сухом состоянии, используя 15%-ный раствор. Можно дополнительно вводить и другие материалы, как будет сказано ниже.

В зоне 4 температуру повышают до 150°С, а давление до 4-5 бар.

В зоне 5 температуру понижают до 130°С, а давление до 2-3 бар для приготовления материала, выпускаемого из конвейера с парой шнеков. Материал пропускают через конвейер с парой шнеков в течение 2-3 мин. Скорость вращения шнеков составляет 200 об/мин.

В другом варианте исполнения конвейера (не показан) зону подачи увеличили в сравнении с другими зонами для обеспечения возможности свободного пропуска сырьевого материала для повышения производительности конвейера. По мере прохождения сырьевого материала вперед в зону обработки, первую и вторую зоны давления пространство в конвейере с парой вращаемых в одном направлении шнеков можно постепенно уменьшать, в результате чего можно постепенно повышать давление в зонах.

Бумажная волокнистая масса, выводимая из конвейера с парой шнеков, содержит приблизительно 50% влаги, и ожидается, что она будет иметь число Каппа, составляющее 50 единиц. Это полуцеллюлозная бумажная волокнистая масса, пригодная, например, для изготовления гофрированной тары. Этот результат является функцией скорости и конструкции винтовой стенки шнека или времени, в течение которого материал находился в экструдере с парой шнеков, а также давления, температуры и количества использованных химических реагентов для приготовления бумажной волокнистой массы.

Для продолжения экспериментов и выработки полноценной целлюлозной волокнистой массы необходимо дополнительно вываривать бумажную волокнистую массу в одношнековом экструдере, используя пар под давлением 1-2 бар (120°С), в течение еще 20-40 мин. Числа Каппа 14-20 достигают после этой дополнительной обработки. После этого получают бумажную волокнистую массу, готовую к отбеливанию с использованием обычных способов.

Изобретением создан также способ осаждения кремнезема, присутствующего в соломе, на целлюлозных волокнах при переработке соломы в бумажную волокнистую массу для изготовления бумаги, для предотвращения поступления его в черный щелок, и образования накипи в испарителе или системе для восстановления химических реагентов.

В зону 3 экструдера с парой шнеков можно дополнительно вводить гидроксид кальция с расходом 4% от массы сырьевого материала (соломы) в сухом состоянии и 8%-ный гидроксид натрия при переработке соломы в бумажную волокнистую массу при выполнении процесса, описанного выше. Этот способ можно использовать в любой системе выработки бумажной волокнистой массы на щелочной основе. Этот способ позволяет осаждать силикат натрия на целлюлозных волокнах, как и силикат кальция. Это предотвращает возможность попадания кремнезема в черный щелок и образование накипи в испарителе или системе восстановления химических реагентов.

В описанном выше способе, а также во всех традиционных способах выработки бумажной волокнистой массы образуется черный щелок, который необходимо перерабатывать для исключения возможности опасного загрязнения окружающей среды и нанесения вреда здоровью людей. Обычно черный щелок выпаривают и передают на отдельный участок переработки для восстановления химических реагентов, использованных при варке целлюлозы, и извлечения энергосодержащих компонентов. Наиболее широко используемый процесс переработки черного щелока заключается в сжигании при высокой температуре в аппарате, известном как «котел-утилизатор Томсона». К числу недостатков процесса Томсона относятся необходимость использования больших и сложных печей, что делает способ экономически нецелесообразным при малых объемах переработки (менее 60000 т в год), коррозионно-активная природа восстановленного выплавленного продукта и риск взрывов при соприкосновении выплавленного продукта с водой. В настоящее время не существует экономически эффективного маломасштабного способа переработки сточной воды, содержащей черный щелок.

Настоящим изобретением создан способ переработки для восстановления органических и неорганических химических веществ и генерирования энергии из черного щелока, образующегося в процессе переработки целлюлозного сырьевого материала в бумажную волокнистую массу при изготовлении бумаги. Способ специально предназначен для использования с описанным выше процессом приготовления бумажной волокнистой массы, но его можно использовать отдельно для переработки черного щелока, образующегося в других процессах приготовления бумажной волокнистой массы. Способ разработан так, чтобы он был экономически эффективен при малых объемах производства.

Предпочтительный вариант исполнения способа переработки сточной воды описан ниже (Фиг.5).

Черный щелок, образующийся в процессе приготовления бумажной волокнистой массы, собирают в резервуар 301 для хранения варочной жидкости и концентрируют до содержания твердого вещества, составляющего 30-70%, используя стандартный испаритель 302, предназначенный для концентрирования. Если черный щелок поступает из конвейера с парой вращаемых в одном направлении шнеков при концентрации твердых веществ 30% и выше, то его можно перерабатывать непосредственно в аппарате, исключая этап выпаривания. Концентрированный черный щелок направляют в реактор 304 при температуре выше 90°С, используя закрытую транспортирующую систему 303 с парой шнеков. Закрытую транспортирующую систему используют для минимизации потерь органических компонентов при выпаривании. Для уменьшения вязкости черного щелока с целью его транспортировки без сопротивления требуется поддерживать его температуру выше 90°С. Черный щелок обрабатывают в реакторе 304 одним из двух способов.

В первом способе черный щелок вводят в реактор 304, в котором поддерживают тороидальный псевдоожиженный слой, путем распыления концентрированного черного щелока в камере реактора, в котором поддерживают слой из псевдоожиженного материала. В качестве материала может быть использован оксид щелочноземельного металла, например известь, при отношении количества извести к количеству сухого остатка черного щелока 0,31:1. Средняя величина частиц оксида щелочноземельного металла может быть в пределах 1-4 мм. Реактор может действовать в стехиометрических или достехиометрических условиях.

Во втором способе черный щелок предварительно смешивают в конвейере 303 с парой шнеков с оксидом щелочноземельного металла, например известью (СаО), при соотношении количества извести и количества твердого вещества черного щелока 0,31:1 для получения гранулированного рыхлого вещества. Гранулированное рыхлое вещество затем подают шнековым конвейером в реактор 304, в котором создают тороидальный псевдоожиженный слой. Реактор может действовать в стехиометрических или достехиометрических условиях.

В варианте исполнения согласно обоим способам соотношение межу оксидом щелочноземельного металла, например известью, и твердым веществом черного щелока может быть в пределах от 0,2:1 до 1,3:1. Оксид щелочноземельного металла можно подавать с помощью стандартной обжиговой печи 308.

В обоих случаях в камере реактора 304, в которой создают тороидальный псевдоожиженный слой, поддерживают температуру в пределах 300-650°С, где необходимая химическая реакция происходит в течение нескольких секунд.

В другом возможном варианте исполнения процесса часть твердых частиц можно повторно использовать в реакторе 304, в котором создают тороидальный псевдоожиженный слой, путем их подачи шнековым питателем 303 обратно в реактор 304.

Материал посредством химической реакции превращается в следующие компоненты.

1. Гидроксид натрия, карбонат натрия и известь в реакторе 304, в котором создают тороидальный псевдоожиженный слой. Слой перетекает через центральную разгрузочную точку и затем растворяется в резервуаре 305 для растворения, для восстановления гидроксида натрия в виде зеленого щелока обычном способом, известным как «восстановление щелочности». Зеленый щелок затем фильтруют, используя стандартный фильтр 306, для выделения карбоната кальция в виде осадка и белого щелока (содержащего гидроксид натрия) для повторного использования в процессе приготовления бумажной волокнистой массы.

Однако в варианте исполнения способа, если температуру тщательно контролируют, восстановление щелочности может происходить в реакторе. В этом случае карбонат натрия не образуется, а гидроксид натрия может быть восстановлен без использования резервуара 306 для растворения.

2. Газ и жидкости, содержащие горючий компонент, который может быть использован для получения энергии. Газ собирают для подогрева котла 309, посредством которого вырабатывают энергию, и пар для использования их в технологической линии для производства бумаги. В еще одном возможном варианте исполнения процесса газ, содержащий горючие компоненты, может быть повторно использован в реакторе, в котором создают псевдоожиженный слой, для сообщения тепла для поддержания восстановительной химической реакции.

Карбонат кальция, получаемый в виде осадка, может быть высушен для удаления некоторого количества воды и направлен во вторую обжиговую печь 308, которая может представлять собой реактор с тороидальным псевдоожиженным слоем. Этот реактор может действовать при температуре около 1100°С, где карбонат кальция (СаСО₃) превращают обратно в оксид кальция (СаО) для повторного использования в процессе химического восстановления черного щелока.

Приблизительно 10% веществ, образующихся в псевдоожиженном слое, может быть необходимо постоянно отбирать из процесса для предотвращения появления наростов тяжелых металлов и других веществ, участвующих в процессе.

Можно также перерабатывать, если это требуется, черный щелок, в котором твердое вещество составляет меньше 30%, используя этот способ (были проведены испытания). Однако при этом возрастает потребление энергии, и поэтому способ не является предпочтительным.

Следует иметь ввиду, что отдельные элементы описанного выше способа могут быть заменены соответствующими эквивалентными вариантами без отступления от объема изобретения. Кроме того, любые отдельные процессы и устройства могут быть использованы отдельно в других процессах, где они могут быть подходящими, и они не обязательно должны относится к производству бумаги.

1. Устройство для обработки сырьевого продолговатого материала, пригодного для использования на предприятии для производства бумаги, содержащее очистное средство для выделения посторонних включений из сырьевого материала, размалывающее средство для раздавливания сырьевого материала для ликвидации узлов в нем, расщепляющие средства для расщепления в продольном направлении раздавленного сырьевого материала, конвейер с парой вращаемых в одном направлении шнеков для размещения раздавленного сырьевого материала и для производства бумажной массы и черного щелока, при этом конвейер разделен на множество зон, средство для подачи обрабатывающего материала в по меньшей мере одну из указанных зон, средство для регулирования температуры и/или давления в по меньшей мере одной зоне и средство для извлечения обработанного материала и энергии из черного щелока, включающее технологический сосуд в виде реактора с псевдоожиженным слоем для обработки черного щелока.

2. Устройство по п.1, в котором очистное средство содержит конвейерную ленту, оснащенную средством для удаления посторонних включений.

3. Устройство по п.1, в котором размалывающее средство содержит пару вращаемых в противоположных направлениях рифленых валиков, между которыми пропускают сырьевой материал.

4. Устройство по п.1, в котором расщепляющее средство содержит пару вращаемых в противоположных направлениях колковых валиков, между которыми пропускают раздавленный материал.

5. Устройство по п.1, в котором между размалывающим средством и расщепляющим средством расположено средство для дополнительного удаления посторонних включений, находящихся в раздавленном материале.

6. Устройство по п.1, в котором конвейер содержит по меньшей мере три зоны, включающих зону подачи, зону обработки, в которую вводят обрабатывающий материал, и зону давления, в которой поддерживают давление выше атмосферного.

7. Устройство по п.6, в котором зона подачи выполнена увеличенного размера в сравнении с другими зонами для обеспечения свободной подачи сырьевого материала в эту зону, для увеличения производительности конвейера.

8. Устройство по п.6, в котором пространство внутри конвейера постепенно уменьшено в направлении перемещения обрабатывающего материала для постепенного повышения давления в нем.

9. Устройство по п.6, в котором конвейер содержит пять зон, включающих зону подачи, зону обработки, в которую вводят обрабатывающий материал, первую зону давления, в которой поддерживают давление, выше атмосферного, и в которую вводят обрабатывающий материал, вторую зону давления, в которой поддерживают давление выше давления в первой зоне давления и третью зону давления, в которой поддерживают давление, ниже давления во второй зоне давления.

10. Устройство по п.9, которое дополнительно содержит средство для подачи пара в зону обработки и средство для введения химических реагентов в первую зону давления.

11. Устройство по п.1, которое дополнительно содержит испаритель для концентрирования черного щелока, поступающего с конвейера, и закрытый конвейер для перемещения концентрированного черного щелока из испарителя к технологическому сосуду при температуре, превышающей 90°С.

12. Устройство по п.1, в котором псевдоожиженный слой содержит оксид щелочноземельного металла при его соотношении к твердому сухому веществу черного щелока, составляющим от 0,2:1 до 1,3:1, при стехиометрических или достехиометрических условиях.

13. Устройство по п.12, в котором закрытый конвейер является конвейером с двумя шнеками, и имеется средство для подачи щелочноземельного металла к закрытому конвейеру при соотношении щелочноземельного металла к черному щелоку, составляющим от 0,2:1 до 1,3:1 таким образом, что он становится гранулированным рыхлым материалом.

14. Устройство по п.1, которое содержит средство для химического превращения материала в реакторе с псевдоожиженным слоем в гидроксид натрия и/или карбонат натрия, газ и жидкость, содержащие горючий компонент, который можно использовать для выработки энергии.

15. Устройство по п.14, которое дополнительно содержит резервуар для растворения продукта, полученного в реакторе, средство для фильтрации нерастворимых твердых веществ для отделения их от растворенных продуктов реакции, сушилку для сушки нерастворимого продукта реакции и котел для получения энергии из горючих газов.

16. Способ обработки сырьевого продолговатого материала, пригодного для использования на предприятии для производства бумаги, включающий следующие этапы:

выделение посторонних включений из сырьевого материала;

раздавливание сырьевого материала, из которого уже удалены посторонние включения, для ликвидации узлов в нем;

расщепление в продольном направлении раздавленного сырьевого материала;

подача раздавленного материала на конвейер с парой вращаемых в одном направлении шнеков, разделенный на множество зон и обработка материала на конвейере для получения бумажной волокнистой массы и черного щелока;

подача обрабатывающего материала в по меньшей мере одну зону; контроль температуры и/или давления в по меньшей мере одной зоне; распыление концентрированного щелока в технологический сосуд, выполненный в виде реактора с псевдоожиженным слоем, для обработки черного щелока.

17. Способ по п.16, в котором выделение посторонних включений производят на конвейерной ленте, оснащенной средством для удаления посторонних включений.

18. Способ по п.16, в котором раздавливание сырьевого материала производят между парой вращаемых в противоположных направлениях рифленых валиков, между которыми пропускают сырьевой материал.

19. Способ по п.16, в котором расщепление раздавленного материала производят между парой вращаемых в противоположных направлениях колковых валиков, между которыми пропускают раздавленный материал.

20. Способ по п.16, в котором между этапами раздавливания сырьевого материала и расщепления раздавленного материала выполняют этап дополнительного удаления посторонних включений, находящихся в раздавленном материале.

21. Способ по п.16, содержащий этап подвода тепла, пара или любых других обрабатывающих веществ в любом месте вдоль конвейера с парой вращаемых в одном направлении шнеков и/или этап отбора любых жидкостей или испарений в любом месте вдоль указанного конвейера.

22. Способ по п.16, содержащий этап повышения или понижения давления в любом месте внутри конвейера с парой вращаемых в одном направлении шнеков.

23. Способ по п.16, в котором раздавленный сырьевой материал пропускают по меньшей мере через три зоны, включающие зону подачи, зону обработки, в которую вводят обрабатывающий материал, и зону давления, в которой поддерживают давление, выше атмосферного.

24. Способ по п.16, в котором раздавленный сырьевой материал пропускают по меньшей мере через шнековый конвейер, имеющий пять зон, включающих зону подачи, зону обработки, в которую вводят обрабатывающий материал, первую зону давления, в которой поддерживают давление, выше атмосферного, и в которую вводят обрабатывающий материал, вторую зону давления, в которой поддерживают давление, выше давления в первой зоне давления и третью зону давления, в которой поддерживают давление, ниже давления во второй зоне давления.

25. Способ по п.24, дополнительно содержащий этапы регулирования давления и температуры в первой и третьей зонах давления таким образом, чтобы они были одинаковыми.

26. Способ по п.24, дополнительно содержащий этапы подвода пара в зону обработки и введения в первую зону давления химических реагентов для переработки материала в бумажную волокнистую массу.

27. Способ по п.24, дополнительно содержащий этап поддержания в зоне подачи и зоне обработки атмосферного давления.

28. Способ по п.24, в котором в первую зону давления вводят гидроксид кальция.

29. Способ по п.16, включающий подачу черного щелока при концентрации твердого вещества 10-70% в технологический сосуд и обработку концентрированного черного щелока в нем при температуре 300-650°С.

30. Способ по п.29, дополнительно содержащий этап концентрации черного щелока до содержания твердого вещества 30-70% перед подачей его в технологический сосуд.

31. Способ по п.16, включающий прием черного щелока при содержании в нем твердого вещества около 30%, поступающего с конвейера с парой вращаемых в одном направлении шнеков, подачу концентрированного щелока в технологический сосуд и обработку концентрированного щелока в нем при температуре 300-650°С.

32. Способ по п.16, включающий этап распыления концентрированного черного щелока в камере тороидального псевдоожиженного слоя, содержащий оксид щелочноземельного металла в отношении к сухому твердому веществу черного щелока от 0,2:1 до 1,3:1, при работе в стехиометрических или достехиометрических условиях.

33. Способ по п.32, в котором концентрированный черный щелок подают в конвейер с парой шнеков, в котором имеется оксид щелочноземельного металла, причем соотношение оксида щелочноземельного металла к твердому сухому веществу черного щелока составляет от 0,2:1 до 1,3:1 так, что он превращается в гранулированный рыхлый материал.

34. Способ по п.16, дополнительно содержащий этап химического преобразования материала в псевдоожиженном слое в гидроксид натрия и/или карбонат натрия, газ и жидкости, содержащие горючий компонент, который можно использовать для выработки энергии.

35. Способ по п.16, в котором продолговатым материалом является солома.

36. Устройство для переработки волокнистого целлюлозного сырьевого материала в бумажную волокнистую массу, содержащее конвейер с парой вращаемых в одном направлении шнеков, разделенный на множество зон, средство для подачи обрабатывающих материалов в по меньшей мере одну зону и средство для регулирования температуры и/или давления в по меньшей мере одной зоне.

37. Способ для переработки предварительно обработанного сырьевого материала в бумажную волокнистую массу, содержащий этапы пропускания сырьевого материала через множество зон конвейера с парой вращаемых в одном направлении шнеков, подачу обрабатывающего материала в по меньшей мере одну зону и контроль температуры и/или давления в по меньшей мере одной зоне.

38. Устройство для обработки черного щелока, образующегося при производстве бумаги, содержащее технологический сосуд для обработки черного щелока с концентрацией в нем твердого вещества 10-70% при температуре 300-650°С и закрытый конвейер для транспортирования концентрированного черного щелока при температуре выше 90°С от испарителя в технологический сосуд.

39. Способ переработки черного щелока, образующегося на предприятии для производства бумаги, содержащий подачу черного щелока при концентрации твердого вещества 10-70% в технологический сосуд и обработку концентрированного черного щелока в нем при температуре 300-650°С.