Способ получения рециркулирующего потока озона при отбеливании пульпы (варианты), устройство для его реализации и пресс для обезвоживания пульпы - RU2082666C1

Чертежи

Показать все 8 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к получению рециркулирующего потока озона и может быть использовано в деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности при отбеливании древесной пульпы.

Из-за примесей в воздухе производство озона с использованием воздуха ограничивается концентрациями примерно 4 мас. Использование чистого кислорода позволяет увеличить концентрацию, однако чистый кислород может быть дорогостоящим сырьем. Поэтому желательно рециркулировать кислород, содержащий газ, выходящий после того, как использовался озон для каких-либо целей. Когда этот газ рециркулируют, из рециркулирующего потока должны быть удалены различные примеси, чтобы поддерживать максимальную эффективность в процессе получения озона.

Современное состояние техники указывало на то, что эффективность образования озона не связана специфическим образом с концентрациями диоксида углерода во всем рабочем диапазоне рабочих параметров. Как и другие примеси, диоксид углерода рассматривали, в первую очередь, как разбавитель с различными неблагоприятными воздействиями на образование озона, которое сопровождалось просто снижением количества содержащего кислорода.

Эффективность образования озона зависит от разнообразных факторов, например, размера генератора, удельной мощности, объемной скорости. Однако, несмотря на то, что увеличение размера генератора, снижение удельной мощности или снижение реальной объемной скорости поддерживают эффективность процесса, капитальные затраты увеличиваются или снижается его производительность. В результате никакого увеличения в эффективности затрат для установки по производству озона и системы рецикла в действительности не достигают.

Известен способ получения рециркулирующего потока озона (1), включающий подачу кислородсодержащего сырьевого газа в генератор озона, получение озона, отбеливание пульпы полученным озонсодержащим газом, удаление газообразных примесей из отработанного газа, направление полученного очищенного газа на смешивание со свежим кислородсодержащим газом.

Известно устройство для осуществления указанного способа (1), включающее генератор озона, установку отбеливания пульпы и систему рециркулирования отработанного газа.

Недостатками известных способа и устройства являются невозможность использования генератора озона с мощностью, близкой к максимальной.

Установлено, что реальное количество диоксида углерода, полученное в процессе отбеливания пульпы, больше, чем было ранее предсказано. Кроме того, диоксид углерода оказывает гораздо более существенное влияние на эффективность образования озона, чем считалось ранее. Поэтому в соответствии с настоящим изобретением предлагается способ удаления диоксида углерода и других примесей в количествах, достаточных для того, чтобы предотвратить их накопление в потоке рецикла озона из процесса отбеливания пульпы. Преимуществом этого является более высокая эффективность образования озона в генераторе меньшего размера, чем было возможно раньше, при этом снижается общая стоимость затрат на функционирование такой системы.

Цель изобретения увеличение эффективности использования генератора озона, уменьшение габаритов генератора озона и снижение затрат на функционирование устройства.

Цель достигается способом получения рециркулирующего потока озона, включающим подачу кислородсодержащего сырьевого газа в генератор озона, получение озона из указанного сырьевого газа, отбеливание пульпы полученным озонсодержащим газом, удаление газообразных примесей из отработанного газа и рециклирование полученного очищенного газа в генератор озона для использования в качестве кислородсодержащего сырьевого газа, в котором, согласно изобретению, содержание кислорода в указанном сырьевом газе поддерживают на уровне не менее 85 мас. и удаление газообразных примесей ведут так, чтобы количество удаленного диоксида углерода было достаточным для работы генератора озона с производительностью, близкой к максимальной, причем подачу сырьевого газа в генератор озона с постоянной скоростью при добавлении свежего кислородсодержащего газа к отработанному в количестве, равном количеству удаленного диоксида углерода.

По другому варианту изобретения удаление газообразных примесей ведут путем газоочистки отработанного газа щелочным раствором с последующей сдувкой 1,5-28 об. отработанного газа, а пульпу перед отбеливанием прессуют до ее сгущения и обрабатывают по крайней мере частью сдутого газа.

Это также достигается устройством для получения рециркулирующего потока озона при отбеливании пульпы, включающим генератор озона, установку отбеливания пульпы и систему рециркулирования отработанного газа, которое, согласно изобретению, снабжено дополнительно обезвоживающим двухвалковым прессом, расположенным перед установкой отбеливания пульпы, а также средствами для сдувки отработанного газа, сообщенными с указанным прессом.

Известен пресс для обезвоживания пульпы, включающий кожух, два валка и входное отверстие для подачи пульпы (2).

Недостатком известного пресса является то, что по мере разбухания пульпы после обезвоживания она насыщается азотом, который, поступая в установку отбеливания пульпы, способствует увеличению образования количества отработанного газа, снижая эффективность работы генератора озона.

Цель изобретения снижение содержания азота при разбухании пульпы.

Цель достигается тем, что пресс для обезвоживания пульпы, состоящий из кожуха, двух валков, входного отверстия для введения пульпы, согласно изобретению, дополнительно снабжен средством для вывода пульпы и противоточной подачи обогащенного кислородом газа и выпускным отверстием для удаления избытка газа с патрубком для сообщения с вентилятором.

Предлагаемый способ включает следующие стадии: сырьевой кислородсодержащий газ подают в генератор озона. Озон образуется из указанного газа, в результате чего образуется обогащенный озоном газообразный кислород, который в предпочтительном варианте содержит озон в концентрации примерно 6 мас. Пульпу отбеливают обогащенным озоном газом и в результате образуется отработанный газ, содержащий примеси, включающие относительно большие количества диоксида углерода. Примеси удаляют из отработанного газа, чтобы получить рециркулирующий газ. Рециркулирующий газ направляют в генератор озона в качестве части кислородсодержащего сырьевого газа, используемого для образования озона. Для того, чтобы обеспечить функционирование генератора озона с максимальной мощностью или по крайней мере приблизиться к ней, из отработанного газа удаляют количество диоксида углерода, достаточное для получения рециркулируемого газа. Удаляемое количество CO₂ в предпочтительном варианте поддерживает концентрацию его на уровне не более 6 мас.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения диоксид углерода удаляют при помощи по крайней мере одной сдувки части отработанного газа, составляющей 1,5-28 об. Несдутая часть становится рециркулирующим газом, который смешивают со свежим кислородсодержащим газом. Эта смесь образует сырьевой газ, направляемый в генератор озона.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения диоксид углерода удаляют при помощи пропускания отработанного газа через адсорбционную установку с пульсациями давления.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения диоксид углерода удаляют при помощи противоточного скруббера, в котором отработанный газ обрабатывают щелочным раствором. Щелочные растворы могут быть в общем случае получены из источников, связанных с процессами образования пульпы и отбеливания, например, из окисленного белого щелока.

Еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения использует по крайней мере часть сдутого отработанного газа при помощи направления его в кожух обезвоживающего пресса, расположенного в технологической схеме по обработке пульпы перед установкой отбеливания пульпы. Для того, чтобы увеличить консистенцию пульпы, используют обезвоживающий пресс, сдавливающий пульпу и отжимающий воду. Когда пульпа разбухает после сдавливания, она абсорбирует окружающий воздух, который состоит в основном из азота. Этот азот будет вводиться в отбеливающий реактор с пульпой и образовывать часть отработанного газа, поступающего из реактора. Однако при помощи направления по крайней мере части обогащенного кислородом отработанного газа в обезвоживающий пресс окружающий воздух вытесняется и азот не входит в больших количествах в пульпу.

На фиг. 1 показана предлагаемая технологическая схема; на фиг.2 график выхода озона (эффективность образования в кг/кВт.ч в зависимости от содержания диоксида углерода в сырьевом газе (в мас.); на фиг.3 блок-схема, иллюстрирующая два варианта осуществления предлагаемого изобретения; на фиг.4 то же, вариант; на фиг.5 то же, вариант, в соответствии с которым сдутый отработанный газ направляют в кожух обезвоживающего пресса; на фиг.6 - обезвоживающий пресс с частичными вырезами, снабженный модифицированным кожухом; на фиг.7 разрез А-А на фиг.6.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Чистый кислород, смесь кислород-воздух или очищенный воздух загружают в систему через вход 10 для кислорода-воздуха. Его смешивают с рециркулирующим потоком, чтобы получить сырьевой газ 12 для генератора озона 14. Обогащенный озоном газ 15 из генератора озона 14 смешивают с пульпой 16 с установкой отбеливания пульпы 18. Отбеленную пульпу 20 и отработанный газ 22 выводят из установки отбеливания 18, после чего отработанный газ 22 подают на удаление примесей 24. Примеси 26 удаляют при помощи нескольких различных приемов, предлагаемых в соответствии с настоящим изобретением. После удаления примесей 26 рециркулирующий газ 28 сушат в сушилке 30. Высушенный рециркулированный газ 32 затем направляют в сырьевой газ для генератора озона.

К различным примесям, удаляемым на стадии 24, относятся диоксид углерода, оксид углерода, углеводороды и остаточный озон. Если необходимо, могут быть удалены другие примеси. В частности, может быть удален озон, если он попал с пульпой или входным газом. В результате самого процесса отбеливания пульпы азот не образуется в качестве побочного продукта. Специальные стадии удаления примесей в соответствии с настоящим изобретением обсуждаются более подобного ниже.

В этой области техники примеси в общем случае рассматривают только как разбавители. Такое разбавление просто оказывает эффект вытеснения кислорода в сырьевом газе и, таким образом, снижет количество кислорода, подлежащего превращению в озон. Однако заявитель рассматривал диоксид углерода как особенно неблагоприятную примесь. А именно, было установлено, что диоксид углерода в сырьевом газе для генератора озона оказывает негативное влияние на образование озона.

Реальное воздействие диоксида углерода иллюстрируется графиком на фиг.2, где представлен выход энергии образования озона относительно содержания диоксида углерода в сырьевом газе для системы получения озона, которая описана ниже. Кривая X представляет воздействие диоксида углерода на выход энергии в системе, предсказываемое известным способами. Как можно видеть, предсказанный эффект является минимальным во всей области, представляющей интерес. Кроме того, на основании современного состояния техники в этой области нельзя было установить связь между объемной скоростью потока и содержанием диоксида углерода в том, что касается их воздействия на эффективность. Это вызвано тем, что известные способы рассматривали диоксид углерода только как разбавитель.

Кривые Y и Z представляют реальные потери выхода энергии озона, вызванные диоксидом углерода в сырьевом газе, определенные заявителем. Кривая Y представляет половину расчетной объемной скорости потока, а кривая Z полную расчетную объемную скорость потока. Поэтому неточность предсказаний известных способов очевидна. Можно предположить, что диоксид углерода имеет столь сильное воздействие на выход энергии по сравнению с воздействием простого разбавления ввиду того, что он неожиданно превращается в оксид углерода и в этой реакции используется энергия, которая в противном случае должна была бы использоваться для производства озона. Кроме того, можно предположить, что негативный эффект увеличивается ввиду того, что реакция диоксида углерода / оксид углерода является обратимой. Таким образом, дополнительная энергия теряется при превращении оксида углерода снова в диоксид углерода, а затем реакция повторяется, потребляя дополнительную энергию.

Точки с данными, приведенные на фиг.2, получены с использованием небольшого экспериментального генератора озона, имеющего полную расчетную удельную объемную скорость потока примерно 4,05 кг/ч.м² (кг в час на м²). Генератор функционировал при частоте примерно 600-800 Гц и напряжении примерно 10000 В. Соотношение, приведенное на фиг.2, не зависит от его размера и выполняется также для систем большого размера. Лабораторный генератор, который при этом использовали, был уменьшенной версией генератора, производимого промышленностью, ABB /OZONIA OF 2194. Однако удельная объемная скорость потока промышленного генератора составляет примерно 4,54 кг/ч.м². Различие между удельными скоростями потоков объясняется уменьшением его масштаба.

Параметры генератора могут быть изменены в соответствии с известными соотношениями, описание которых приведено в описании. В частности, размер генератора озона, удельную мощность и объемную скорость потока можно регулировать в зависимости от требований системы. Указанные значения параметров никоим образом не могут служить в качестве ограничений области притязаний настоящего изобретения.

При отбеливании озоном пульпы при указанных выше предпочтительных условиях продуцируется от 0,0454 до 0,227 кг, в общем случае от 0,000812 до 0,208 кг, а в самом общем случае 0,104 кг диоксида углерода на 1 кг озона, израсходованного в процессе отбеливания. Это приводит к образованию в общем случае примерно 1,498 кг диоксида углерода для каждой, высушенной воздухом, тонны (ADT) отбеливаемой пульпы. Для оптимального отбеливания концентрация озона в потоке газа, поступающем в реакторе отбеливания пульпы, должна быть не менее 6 мас. при расчетной объемной скорости потока.

Чтобы добиться этой концентрации озона, концентрация диоксида углерода в сырьевом газе не должна превышать 6 мас. Концентрация диоксида углерода может быть снижена до уровня не более 6 мас. без отрицательного воздействия на эффективность образования.

Количество диоксида углерода, продуцированное в результате отбеливания пульпы озоном, относительно велико. В общем случае, оно намного больше, чем количество диоксида углерода, продуцируемое в других известных приложениях озона. Например, в соответствии с точкой зрения производителей, предпочтительные генераторы озона должны обеспечивать продуцирование озона в концентрации 6 мас. при расчетной объемной скорости потока до тех пор, пока чистота кислорода сырьевого газа поддерживается на уровне 85 мас. (и более), независимо от состава оставшихся 15 мас. Однако, если эти генераторы включены в систему рецикла, как это показано на фиг.1, и функционируют в соответствии с известными способами с удалением примесей, осуществляемым при помощи сдувки части отработанного газа и добавления газа на основе кислорода, чтобы поддержать общую чистоту кислорода в сырьевом газе при концентрации 85 мас. уровень диоксида углерода в сырьевом газе должен увеличиваться до 9,3 мас. Эта концентрация, приведенная в примере 1, может рассматриваться как приемлемая в соответствии с известными способами. При таком уровне концентрации диоксида углерода генератор озона, описанный выше, был бы не способен продуцировать газ, обогащенный 6 мас. озона, без существенного снижения объемной скорости потока.

С использованием настоящего изобретения избыточная производительность, используемая для того, чтобы компенсировать влияние диоксида углерода, может быть исключена. При этом возникают две предпочтительные возможности:
/1/ размер генератора можно уменьшить, чтобы работать с полной производительностью, при этом снижаются капитальные затраты на систему, или
/2/ размер генератора может быть сохранен, что дает возможность в будущем увеличить производительность при помощи использования производительности генератора, которая в соответствии с известными способами была "бросовой". Второй вариант, в частности, используют для действующей установки, что может привести к увеличению производительности в соответствии с настоящим изобретением без установки новой системы по производству озона.

На фиг.3 приведен вариант осуществления предлагаемого изобретения, в соответствии с которым концентрацию диоксида углерода контролируют при помощи непрерывной сдувки части отработанного газа. Для облегчения ссылок такое осуществление именуется ниже как вариант осуществления "только со сдувкой". В системе, приведенной на фиг. 3, кислородсоджержащий газ 40 смешивают с высушенным рециркулирующим газом 86, чтобы получить сырьевой кислородсодержащий газ 42. Сырьевой газ 42 направляют в генератор озона 44, а затем этот газ, обогащенный озоном 46, пропускают через установку отбеливания пульпы 48, где он отбеливает пульпу 50. Отбеленную пульпу 52 удаляют из установки 48 и отработанный газ 54 направляют в противоточный сгруббер 56.

Противоточный скруббер 56 использует воду 58 в качестве очистительного материала, чтобы удалить захваченные волокна пульпы из отработанного газа в растворе 60. Работа противоточного скруббера в таком режиме хорошо известна каждому специалисту в этой области техники.

После скруббера 56 давление отработанного газа поддерживают при помощи компрессора 64 и направляют через термический деструктор 68 и каталитический деструктор 72 на предварительное удаление примесей. Каждая из этих компонент также производится промышленностью и ясна любому специалисту в этой области техники. Термический деструктор 68 удаляет оксид углерода, который образуется в процессе отбеливания, и остаточный или неиспользованный озон. Остаточный озон, покидающий реактор, рассматривается как примесь, потому что он не может быть направлен обратно в сушилку системы рецикла 84 или сброшен в атмосферу. Каталитический деструктор 72 удаляет углеводороды и оставшийся оксид углерода.

Концентрацию диоксида углерода в системе контролируют при помощи сдувки части отработанного газа в устройстве для сдувки 76. Сдутая часть образует сдутый газ 70. После сдувки в 76 общая масса рециркулирующего газа 78 снижается по сравнению с отработанным газом 74 на массу сдутого газа 70. Концентрация в массовых процентах диоксида углерода и других примесей остается постоянной между 74 и 78. Когда смесь газов 40 смешивают с уменьшенной массой рециркулирующего газа, концентрация диоксида углерода в сырьевом газе 42 поддерживается на необходимом заранее определенном уровне.

После сдувки 76 рециркулирующий газ 78 охлаждают в холодильнике 80. Охлажденный рециркулирующий газ 82 затем направляют в эксикатор 84, в котором используется силикагель и молекулярное сито, чтобы удалить влагу и получить высушенный рециркулирующий газ 86. Холодильник 80 и эксикатор 84 также производятся промышленностью, они функционируют известным образом, что очевидно любому специалисту в этой области техники.

Еще один предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения может быть описан с использованием по существу тех же компонент, что приведены на фиг. 3. Однако в этом варианте осуществления в противоточном скруббере 56 используется щелочной газоочистительный материал 58 (а не просто вода), чтобы удалить диоксид углерода, а также "унесенные" волокна пульпы. Предпочтительными газоочистительными материалами являются каустическая сода (NaOH), гидратированная известь (Ca(OH)₂) и окисленный белый щшелок (OWL, который содержит приблизительно 107,3 кг.NaOH/м³). Для этих целей могут быть также использованы другие щелочные смеси.

Для реактора отбеливания пульпы, который продуцирует 1,498 кг CO₂/ADT- пульпы, как это описано выше, количество щелочного материала, необходимое для удаления 95 об. диоксида углерода на тонну высушенной воздухом ADT/ пульпы, равно:
Каустическая сода 2,58 кг
Гидратированная известь 2,39 кг
OWL 3,35 галлонов^* 24,6 л
В этом варианте осуществления (именуемого ниже, как вариант осуществления "щелочной газоочистки") сдувку поддерживают для того, чтобы контролировать общую чистоту кислорода из-за наличия азота, вводимого с пульпой или смесью газов, и/или аргона, вводимого со смесью газов. Азот и аргон действуют в качестве разбавителей и их концентрации должны контролироваться, чтобы поддерживать чистоту кислорода. Необходимая степень сдувки объясняется более подробно ниже со ссылкой на примеры.

^*1 Галлон 3,785 л (пер.)
Щелочная газоочистка особенно эффективна при использовании в процессе отбеливания пульпы. Это вызвано тем, что в системах получения и отбеливания пульпы большое количество источников щелочи. Например, окисленный белый щелок может быть направлен со стадии переваривания отделения жидкости установки по производству пульпы. Источником каустической соды (NaOH) может быть стадия экстрагирования отбеливания пульпы (E). Небольшое количество легко может быть направлено в щелочной скруббер для удаления диоксида углерода.

На фиг. 4 представлен другой вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления сырьевой газ 100 направляют в генератор озона 44, который дает газ 102, обогащенный озоном, для отбеливания пульпы 50 в установке отбеливания пульпы 48. Отбеленную пульпу 52 удаляют из установки 48 и отработанный газ 108 направляют в водяной скруббер 56, где из раствора 60 удаляют "унесенные" волокна пульпы. Как на фиг. 3, отработанный газ снова пропускают через компрессор 64 и полученный в результате сжатый газ пропускают через термический деструктор 68. Однако после термического деструктора 68 отработанный газ направляют в устройство поглощения колебаний давления (PSA) 116, где удаляются диоксид углерода и другие примеси.

PSA заменяет устройство для каталитической деструкции на фиг.3. В зависимости от выбора концентрации примесей, удаляемых в устройстве PSA 116, различные количества сдутого газа 70 удаляют через сдувку 76, как и в других вариантах осуществления. Добавляют некоторое количество газовой смеси 40, чтобы заменить удаленные примеси, включая сдутый газ. В общем случае работа при PSA осуществлении аналогична осуществлению с щелочным скрубером, так как диоксид углерода удаляют из системы при помощи средства, отличного от сдувки 76.

Средства для поглощения и пульсации давления, предназначенные для PSA - устройства 116 производятся промышленностью. Абсорбент, который при этом выбирают, должен удалять диоксид углерода при концентрациях, которые были описаны выше. В зависимости от содержания других примесей адсорбенты могут быть выбраны любым специалистом в этой области техники, чтобы добиться необходимого уровня удаления всех примесей. Можно, например, использовать такие адсорбенты, как силикагель, активированный оксид алюминия и цеолит, или их смеси. Предпочтительно комбинацией адсорбентных материалов является молекулярное сито 5А для удаления диоксида углерода и азота, соединенное с силикагелем для удаления углеводородов.

Хотя содержание диоксида углерода было указано в качестве специальной проблемы, разбавляющий эффект других примесей, в частности, азота, нельзя игнорировать. Другой предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, представленный на фиг.5, направлен на решение этой проблемы. В этом варианте осуществления сдутый газ 70 со сдувки 76 направляют в кожух 130, окружающий обезвоживающий пресс 132 (DWP). Сдутый газ может быть также направлен в поток пульпы 49 в спускной желоб 143 (фиг.6). Пресс 132 повышает консистенцию пульпы 47 перед ее поступлением в установку 48, по существу при помощи сжатия пульпы между зажимами, образованными двумя валками, чтобы "выдавить" воду. Ввиду того, что волокна целлюлозной пульпы являются эластичными, они образуют "циновку", которая разбухает после того, как покидает пресс. Любой газ, окружающий пульпу в этом месте, "втягивается" в пустоты между волокнами пульпы, благодаря разбуханию пульпы, напоминающему поведение губки. В результате заполнения кожуха 130 сдутым газом 70, сдутый газ окружает пульпу вместо окружающего воздуха. Таким образом, когда частицы пульпы разбухают после того, как покидают валки процесса, пустоты внутри пульпы заполняются сдутым газом, который включает только примерно 15 об. разбавителей. Воздух, который в противном случае окружал бы пульпу, включает приблизительно 79 об. разбавителей, в первую очередь, азот. После выгрузки из кожуха 130 пульпу направляют в соответствующее средство для загрузки реактора такое, как шнековый питатель 134. Из средства для загрузки 134 пульпу затем направляют в реактор 48.

При помощи рециркуляции сдутого газа 70 в кожух 130 отработанный газ, покидающий установку 48, может содержать значительно больше кислорода, чем если не вводить сдутый газ в кожух DWP. Таким образом, в большинстве ситуаций, направляя сдутый газ в DWP, снижают требования к смеси на основе кислорода в сырьевом газе, поступающем в генератор озона, и при этом достигают существенной экономии затрат. Несмотря на то, что общая чистота кислорода в сырьевом газе может быть обеспечена таким путем, в то же самое время концентрацию диоксида углерода необходимо поддерживать на низких уровнях, как это уже было указано выше. В некоторых случаях может быть нежелательным использовать полностью сдутый газ в DWP (пример IV) из-за большого количества примесей, в частности, диоксида углерода, которые могут быть введены в систему с пульпой. Если такое случается, то может оказаться желательным направить только часть сдутого газа в DWP, а не весь. Выпускное отверстие 133 и регулирующие клапаны 135 и 137 позволяют осуществить тонкое регулирование количества сдутого газа 70, направленного в DWP, чтобы добиться желаемого баланса чистоты кислорода и содержания диоксида углерода.

Вместо сдутого газа можно использовать любой обогащенный кислородом газ (а именно, газ, имеющий содержание кислорода не менее 50 мас. в предпочтительном варианте 80 мас. и более). В предпочтительном варианте можно использовать любой кислородсодержащий газ с концентрацией кислорода, которая выше его концентрации в окружающем воздухе, если указанный газ не содержит существенных количеств диоксида углерода.

На фиг. 6 и 7 представлены варианты осуществления предлагаемого устройства, необходимого для окружения пульпы в обезвоживающем прессе оболочки из отработанного газа при сдувке в системе рецикла озона. Обезвоживающий пресс 132, используемый в соответствии с настоящим изобретением, как это изображено на фиг.6 и 7, хорошо известен в этой области техники и поэтому нет необходимости его использовать здесь подробно. Пульпа 50 поступает в бак 136 через по крайней мере одно входное отверстие для пульпы 138 и непрерывно заполняет бак 136. Пульпа а баке 136 обезвоживается при помощи пропускания между сдавливающими валками 140 с тем, чтобы довести ее относительно низкую консистенцию до высокой консистенции от примерно 25 до 50 мас. в предпочтительном варианте от примерно 40 до 50 мас. а в самом предпочтительном варианте примерно 42 мас. Валки пресса 140 вращаются синхронно в противоположных направлениях при помощи двигателя 142. Пульпа высокой консистенции 49 затем покидает кожух 130 через спускной желоб 143, после чего ее направляют в средство для загрузки установки отбеливания, описанное выше. Желоб 143 закрывают плотно так, чтобы предотвратить загрязнение пульпы из окружающей атмосферы.

Сдутый отработанный газ 70 поступает в желоб 143 через трубу 144 и его направляют по принципу противотока в поток пульпы 49. Таким образом, отработанный газ 70 заполняет пространство внутри кожуха 130, образуя оболочку вокруг пульпы, когда она проходит через валки 140. Как отмечалось выше, когда частицы пульпы 49 разбухают после прохождения валков 140, пустоты внутри пульпы заполняются обогащенным кислородом, образованным газом, и эту пульпу с относительно более высокими концентрациями кислорода и более низкими концентрациями разбавителей затем направляют в установку отбеливания 48. Выпускная трубка 146 позволяет предотвратить образование избыточного давления в кожухе 130 и позволяет исключить неблагоприятные пары. Отсасывающий вентилятор (не показан), связанный с выпускным отверстием 146, удаляет пары из кожуха 130 и направляет их в скруббер установки для отбеливания (не показан) для удаления запаха серы. Кожухи того типа, что описаны здесь, могут быть изготовлены, например, из усиленного стекловолокном пластика и производятся фирмой Sunds Defibrator, AB из Сундсвалла, Швеция и другими фирмами. По способу настоящего изобретения можно использовать более одного обезвоживающего пресса, если это необходимо, хотя с целью удобства на чертежах представлен только один такой пресс.

В каждом из примеров, приведенных ниже, газовая смесь, на которой основана модель, содержащая приблизительно: 99,5 мас. кислорода, 0,25 мас. азота и 0,25 мас. аргона. Количества поступающей газовой смеси приведены в м³/мин при температуре 298 К. В каждой из таблиц указаны концентрации газовых компонент в массовых процентах, за исключением метана /*/. Положение потока в таблицах относится к точкам, указанным соответствующими числами на фиг. 3 и 5. В частности, сырьевой газ в генераторе озона указан числом 42, отработанный газ числом 54, отработанный газ после первоначального удаления примесей числом 74, а газ рецикла (после сдувки) числом 78. Скорости сдувки, приведенные там, являются реальными скоростями сдувки, а именно, они указывают количество которое реально удаляется из системы при сдувке 76.

Пример 1 иллюстрирует концентрации примесей, которые могли бы присутствовать, если бы система рецикла, например, та, что приведена на фиг.3, функционировала бы в соответствии с известными способами. Как уже указывалось, известные способы рассматривали диоксид углерода только как фактор разбавления. Поэтому известные способы предсказывали, что генератор озона должен продуцировать газ, обогащенный озоном, содержащий 6 мас. озона, при этом содержание кислорода в сырьевом газе поддерживалась на уровне примерно 85 мас. Такой уровень чистоты кислорода может быть достигнут при помощи сдувки приблизительно 12 об. отработанного газа 74 на сдувке 76.

Концентрации кислорода и примесей в различных точках в системе, работающей при этих условиях, приведены в табл.1.

При этих условиях концентрация диоксида углерода в сырьевом газе, поступающем в генератор озона (в 42), достигла баланса 9,3 мас. Это ниже уровня в 10 мас. при котором известные способы предсказывали незначительные помехи образованию озона. Однако, как обсуждалось выше и показано на фиг.2, концентрация диоксида углерода такого уровня оказывает существенное влияние на эффективность образования. Даже когда чистота кислорода составляла 85 мас. генератор озона не мог функционировать с полной производительностью, не обеспечивая получение газа, обогащенного 6 мас. озона при этих условиях.

Пример 2 иллюстрирует осуществление варианта только сдувки в соответствии с фиг.3 настоящего изобретения. Для того, чтобы поддерживать концентрацию диоксида углерода в сырьевом газе на уровне примерно 6 мас. так, чтобы генератор озона мог работать с полной производительностью, степень сдувки необходимо поддерживать на уровне примерно 18,5 об.

Концентрации кислорода и примесей при этих условиях приведены в табл.2.

Важность эффекта диоксида углерода может быть полностью понята при помощи сравнения табл.1 и 2. В табл.1 чистоту кислорода поддерживали на уровне 85 мас. как этого требуют известные способы, но концентрацию диоксида углерода поднимали до 9,3 мас. и генератор озона был не в состоянии работать с полной производительностью. Напротив, при помощи регулирования процесса по настоящему способу, поддерживая концентрацию диоксида углерода на уровне примерно 6 мас. чистоту кислорода поддерживали на уровне примерно 90 мас. Эта чистота кислорода выше, чем необходимо, но она следует из того факта, что концентрацию диоксида углерода поддерживают на уровне ниже 6 мас. При этих условиях обеспечивали дополнительную экономию средств благодаря использованию менее дорогостоящей газовой смеси, которая содержит более низкие концентрации кислорода.

Пример 3 иллюстрирует преимущества, которые могут быть реализованы в условиях снижения требований к чистоте и количеству газовой смеси при помощи заполнения кожуха обезвоживающего пресса (DWP), как это показано на фиг.5. Однако в этом примере степень сдувки регулировали в соответствии с известными способами, а именно, только в том, что касается поддержания чистоты кислорода на уровне 85 мас. Такой уровень чистоты кислорода может быть достигнут при помощи сдувки только 8,3 об.

В табл. 3 указаны кислород и примеси в системе, работающей при этих условиях.

Необходимое количество газовой смеси существенно снижено: 4,94 м³/мин по сравнению с 7,116 м³/мин в примере 1, где также осуществляли регулирование в соответствии с известными способами, чтобы поддерживать чистоту кислорода в 85 мас. Для приложений, требующих получения озона в относительно небольших массовых процентах (а именно, примерно 1-3%), имеется экономия в количестве газовой смеси. Однако вышеупомянутый предпочтительный генератор озона не способен давать 6 мас. озона с расчетной объемной скоростью потока, так как, если обращать внимание только на чистоту кислорода, концентрация диоксида углерода в сырьевом газе увеличивается до примерно 14,4 мас.

Пример 4 иллюстрирует функционирование "только сдувки", регулируемой в соответствии с настоящим изобретением с использованием воздуха обезвоживающего пресса, заполненного сдутым газом, как это показано на фиг.5.

В табл.4 показаны концентрации кислорода и примесей в системе.

При осуществлении "только сдувки" концентрация диоксида углерода в обработанном газе достигла равновесия при концентрации примерно 7 мас. Такое относительно высокое содержание диоксида углерода также присутствовало в сдутом газе. Когда сдутый газ снова вводили в систему с пульпой при помощи заполнения ДWP, относительно большое количество диоксида углерода поступало в поток рецикла. Поэтому, хотя азот может быть почти полностью исключен из системы при помощи заполнения ДWP, требуется несколько более высокая степень сдувки в 19,2 об. (по сравнению с 18,5 об. в примере 2), чтобы компенсировать диоксид углерода, вводимый с пульпой. При помощи использования такой более высокой степени сдувки концентрацию диоксида углерода поддерживали на уровне 6 мас. в сырьевом газе так, чтобы генератор озона мог функционировать с полной производительностью.

Пример 5 иллюстрирует функционирование варианта осуществления щелочного скруббера, представленного на фиг.3 в соответствии с настоящим изобретением. В этом примере предполагается, что щелочной скруббер имеет 90% эффективность. То есть, при этом удаляется непрерывно 90 об. диоксида углерода, поступающего в скруббер. При этих условиях удалялось достаточное количество диоксида углерода так, чтобы его концентрация не являлась решающим фактором для определения степени сдувки. Вместо этого требовалась степень сдувки только в примерно 4,8 об. чтобы поддержать необходимую чистоту кислорода в сырьевом газе.

В табл.5 приведены концентрации кислорода и примесей.

В этом случае азот, вводимый с пульпой, являлся основной примесью, которую необходимо удалить из-за его действия в качестве разбавителя. Снижая степень сдувки, добивались необходимого удаления азота.

Пример 6 иллюстрирует функционирование варианта осуществления настоящего изобретения с щелочным скруббером с кожухом обезвоживающего пресса, заполненного, как это показано на фиг.5, в соответствии с настоящим изобретением. Как в примере 5, предполагали 90% эффективность скруббера. Благодаря вытеснению азота кислородом в кожухе обезвоживающего пресса общая концентрация азота в системе существенно снижалась. Чистота кислорода составляла 97,4 мас. причем ее достигали при реальной степени сдувки только в 1,5 об.

Концентрации кислорода и примесей приведены в табл.6.

Существенную экономию затрат можно реализовать благодаря более низкой степени сдувки, которая в свою очередь непосредственно связана с необходимостью добавлять меньшее количество газовой смеси. Требуется ввод только 1,5 м³/мин газовой смеси вместо 3,45 м³/мин в примере 5.

Пример 7 также иллюстрирует функционирование варианта осуществления щелочного скруббера без кожуха обезвоживающего пресса, заполняемого сдутым газом, в соответствии с настоящим изобретением. Снова предполагали, что эффективность скруббера составляла 90% Однако с целью сравнения с примером 6 степень сдувки выбирали так, чтобы обеспечить чистоту кислорода в 97,4 мас. в сырьевом газе. Для того, чтобы получить такую же чистоту кислорода, как в примере 6, без использования сдутого газа для заполнения кожуха обезвоживающего пресса, степень сдувки должна составлять примерно 27,8 об.

Для такой степени сдувки требуется подача газовой смеси на вход в 17,13 м³/мин, т. е. более, чем в десять паз больше, чем необходимо в примере 6. В табл.7 приведены концентрации кислорода и примесей в системе.

Преимущества заполнения кожуха обезвоживающего пресса очевидны из сравнения примеров 6 и 7.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления, содержащееся здесь, не может служить в качестве ограничения притязаний заявителя. На основе приведенных выше примеров описания изобретения любой специалист в этой области техники может выбрать соответствующую комбинацию параметров удаления примесей и добавления газовой смеси с тем, чтобы обеспечить как более высокую эффективность функционирования генератора озона, так и более значительное снижение затрат на работу специальной системы получения озона. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, описанные выше, не являются взаимно исключающими. Например, средство PSA в соответствии с настоящим изобретением можно использовать для того, чтобы удалить примеси из сдутого рециркулируемого газа при осуществлении варианта со сдувкой. Очищенный при помощи PSA сдутый газ затем может быть направлен в генератор озона или кожух обезвоживающего пресса. Как может заметить любой специалист в этой области техники, возможны различные другие модификации и усовершенствования структуры, описанной выше, не выходя за пределы области, охватываемой настоящим изобретением, которая определяется формулой изобретения.

Реферат

Использование: в целлюлозно-бумажной промышленности для отбеливания древесной пульпы. Сущность изобретения: в генератор озона с постоянной скоростью подают кислородсодержащий газ с содержанием O₂ не менее 85 мас.%. Количество CO₂ в нем поддерживают на уровне не более 6 мас.%. Озонсодержащий газ из генератора озона подают в установку отбеливания пульпы. Из отработанного газа удаляют газообразные примеси так, чтобы количество удаленного CO₂ было достаточным для работы генератора озона с производительностью, близкой к максимальной. CO₂ можно удалять путем газоочистки щелочным раствором, пропусканием через адсорбент - цеолит, силикагель, активированный Al₂O₃ или их смесь, а также сдувкой 1,5-28 об.% от отработанного газа, предварительно промыв его каустической содой, окисленным белым щелоком, гидратированной известью или их смесью. Пульпу перед отбеливанием можно прессовать в двухвалковом прессе до сгущения и обрабатывать частью сдутого газа. Пресс снабжен входным отверстием для пульпы, средством для вывода пульпы и противоточной подачи кислородсодержащего газа и выпускным отверстием для удаления избытка газа. Очищенный газ рециркулируют в генератор озона, добавляя к нему свежий кислородсодержащий газ в количестве, равном количеству удаленного CO₂. Расход сырьевого газа составляет 1,5-4,94 м³/мин, что более, чем в 10 раз меньше в известных способах. 4 с. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил., 7 табл.

Формула