將石灰乳串聯式生產到與纖維網機關聯設置的pcc串聯式生產過程中的方法和設備的製作方法

2023-05-28 10:04:31 1

專利名稱：將石灰乳串聯式生產到與纖維網機關聯設置的pcc串聯式生產過程中的方法和設備的製作方法
將石灰乳串聯式生產到與纖維網機關聯設置的PCC串聯式生產過程中的方法和設備本發明涉及獨立的權利要求1和17的前序部分所述的用於將石灰乳生產到與纖維網機關聯設置的PCC串聯式(in-line)生產過程中的方法和設備。特別有利地，根據本發明的優選實施方案的方法和設備涉及通過熟化生石灰來生產石灰乳。生石灰熟化表示由氧化鈣(煅石灰)來生產氫氧化鈣(熟石灰，石灰乳)。在造紙工業中，生石灰的熟化通常是與用作紙張的填料或者塗料的碳酸鈣的生產關聯進行的。傳統上生石灰是通過用一定比例的充當初始材料的粉末化的煅石灰(CaO)製造含水漿體來熟化的，並且通過加熱碳酸鈣/石灰石來生產。傳統上，這是通過將氧化鈣和水計量加料到大的熟化槽(或罐)中，並且將該混合物依靠大的混合器混合來進行的。在該方法中，隨著氧化鈣與水的反應，它被轉化成氫氧化鈣(Ca(OH)2)。同時釋放出熱。將粗的、未反應的部分與產生的氫氧化鈣漿體藉助例如沉降/澄清來分離，將該部分經由清洗機螺旋輸送機輸送到輸送容器中，並且進一步用於土壤改良中，例如用於農業中。然後將篩過的氫氧化鈣，也稱作石灰乳，泵送到存儲容器中並由其輸送用於進一步的應用，例如用於生產沉澱碳酸鈣(PCC)。芬蘭專利FI103964(

圖1)描述了一種不同類型的熟化生石灰的方法，在其中用組合的衝擊磨粉碎機和熟化/分離槽替代了上述生產方法中所提及的混合熟化槽。在該專利所述的方法中，將氧化鈣和過量的水導入到該衝擊磨粉碎機中。將從該衝擊磨粉碎機排出的材料，即含有氫氧化鈣的含水懸浮液，在容器中保持幾十分鐘，目的是使生石灰完全熟化和允許雜質從該懸浮液中沉降出來。該沉降部分包含來自過度燃燒的氧化鈣的超大顆粒以及其他雜質，在其中特別可以提到的是沙子和矽酸鹽。將全部的這些超大顆粒返回到衝擊粉碎機，在其中將它們的尺寸再次降低，直到全部的材料是均勻地足夠細小的。將來自該沉降過程的或多或少澄清的氫氧化鈣，該氫氧化鈣還含有已經強力粉碎的細雜質，帶入存儲容器中待用，例如用於生產碳酸鈣。該專利所述的方案具有例如下面的問題。當過量的水導入到該衝擊粉碎機中時，碳酸鈣的粉碎被削弱，這歸 因於水的潮溼和潤滑作用。同時生石灰熟化中產生的很大部分熱被用於加熱過量的水，該意味著不能將該熱以最佳的可能的方式用於加速生石灰的熟化過程。此外，待用的石灰乳的存儲導致了氫氧化鈣聚集體的生長，其自然降低了該石灰乳的品質。FI專利120733(圖2)描述了由前述專利進一步開發的方法，其用於依靠衝擊粉碎機來生產細粉碎的氫氧化鈣，其中將氧化鈣在衝擊粉碎機中粉碎，向其中導入少量水來增溼所形成的顆粒和結合灰塵。將在衝擊粉碎機中形成和增溼的氧化鈣粉末導入到與衝擊粉碎機關聯設置並且充當了預熟化機的螺旋輸送機中，向其中加入水並且在這裡所述的材料經受摩擦作用。經螺旋輸送所述的材料，現在將氧化鈣和氫氧化鈣的混合物帶到充當後熟化機的槽中，向其中加入熟化所需的總水體積的其餘部分。加入到衝擊粉碎機和預熟化機中的水量是必需的熟化水總量的大約20-50%，優選是熟化水總量的大約1/3，並且加入到後熟化機中的水量是熟化水總量的80-50%，優選是熟化水總量的大約2/3。在熟化後，通過沉降將粗雜質例如腐殖質、鐵、沙子、矽酸鹽和未粉碎的氧化鈣顆粒從該石灰乳中除去，這會花費幾十分鐘到甚至幾小時，將雜質最終從所述的方法中除去。最後可以將所形成的石灰乳帶到存儲槽或者直接帶到碳酸鈣的生產中。在上面所提及的兩個公開文獻中，生石灰最終的熟化是在具有混合併要求相對大尺寸的槽中進行的。此外，兩個文獻都建議通過沉降來進行石灰乳的澄清，這預期需要大的槽。熟化槽和沉降槽在一些情況中可以是一個並且相同的槽。當石灰乳在熟化槽中澄清時，生石灰可以從該熟化槽漂流到使用過程，這絕不是期望的。上述類型的石灰乳的熟化和澄清對於本發明的串聯式PCC生產工藝是不合適的，例如因為它們的空間要求。公開文獻W02005/033403和W02005/061386公開了熟石灰如何可以在例如篩子、細篩子、離心分離機或者旋流分離器中淨化。但是，所述的公開文獻沒有對實際中生石灰如何進行熟化給予任何關注。當通過上述的任何方法或者任何其他常規方法所生產的氫氧化鈣是生產沉澱碳酸鈣，即PCC，的起點時，需要二氧化碳作為該過程的第二化學品。這可以作為純二氧化碳來獲得或者它可以回收自接近於PCC生產點的產生煙道氣的設備。例如可以從鄰近的電廠或者工廠的煙囪將二氧化碳含量為大約5-15%的煙道氣帶入到二氧化碳生產過程中。在將獲自煙道氣的二氧化碳帶到PCC生產反應器中之前，該煙道氣必須在煙道氣洗滌器中清潔和冷卻。在清洗過程中，將該氣體中存在的固體顆粒清洗到水中。經清潔和冷卻的煙道氣隨後可以現有技術的方式導入到填充有氫氧化鈣的PCC沉澱反應器中，在其中包含在其中的二氧化碳在強力的混合下引起氫氧化鈣沉澱成碳酸鈣(Ca(0H)2+C02>CaC03+H20)。將過量的煙道氣經由排出管排出到大氣中。將所製備的碳酸鈣漿體存儲在槽中，從其中將它進一步泵送或者用油罐車傳遞到消費者。現有技術(例如W0-A2-2005/044728)也描述了一種將PCC直接生產到纖維網機(fibrous web machine)的流送系統內的纖維眾中的方法。在另一現有技術公開文獻中，PCC的沉澱，即碳酸鈣在纖維中的結晶，據說花費了甚至幾分鐘或者至少幾十秒。根據現有技術，看起來很顯然PCC的結晶 花費了很長時間，因為它在與造紙機分開的沉澱反應器中的常規生產類似地花費了至少幾分鐘。在大部分情況中，PCC的常規生產是在間歇型反應器中進行的。造成結晶持續時間長的原因被認為是弱的混合，因為如果該石灰乳和二氧化碳沒有適當地和均勻地彼此接觸，則很顯然結晶反應會花費很長時間。在公開文獻W0-A2-2009103854中，其想法是通過如下來明確改進PCC的初始材料的混合通過使用注射混合器來混合石灰乳和/或二氧化碳，依靠它可以將化學品在幾分之一秒的時間內混入到纖維懸浮液中。該公開文獻的方案的目標是能夠在大約I秒或者甚至明顯短於此的時間內，儘可能快地完成PCC的結晶反應。當研究所述的公開文獻中教導的快速和有效混合之後的PCC結晶時，得出兩個觀察結果。第一，在PCC晶體的尺寸分布中仍然存在著相當大的尺寸偏差。在這個階段中，已經認識到PCC晶體的尺寸分布必須很大程度地取決於結晶反應速度，以及此外還取決於石灰乳的粒度。同時還觀察到該結晶反應仍然需要相當長的反應時間，這意味著纖維網機的流送系統中相對長的反應區，儘管事實上化學品(石灰乳和二氧化碳)的實際混合非常快地並且在非常短的距離內實現。換句話說，期望的PCC結晶反應越快(在實踐中這意味著具有恆定尺寸的PCC以及短的反應區)，對石灰乳粒度的控制必須越好。在實際中，當使用上述的專利申請的方法時，碳酸鈣的結晶進行得非常快，但是當全部的細粒石灰乳已經消耗時，與快速的初始結晶反應相比，其餘的更大氫氧化鈣顆粒的溶解花費了不成比例的時間量。因此，本發明要解決的問題是決定怎樣對石灰乳中由於一些原因而存在的較大顆粒進行處理，或者如何避免它們在石灰乳中形成。這裡存在著兩種方案。第一，該目標可以是生產具有如此小粒度的石灰乳，使得它快速溶解和結晶成碳酸鈣，即在如此短的時間內溶解和結晶使得易於為纖維網機的流送系統提供合適長度的反應區。另一方法是澄清該石灰乳，使得僅將期望尺寸，即足夠小尺寸，的顆粒帶入PCC的生產過程中。在我們已經進行的測試中，我們明白了在石灰乳生產過程中以及石灰乳的後續加工過程中都可以影響石灰乳的粒度。前述公開文獻F1-120733論述了一種生產細顆粒氫氧化鈣的方法。該專利所公開的實現細顆粒氫氧化鈣的方法是在熟化之前粉碎生石灰和縮短熟化時間。但是，有疑義的是當石灰的最終熟化是根據該專利在後熟化機中進行時，其中該石灰乳在混合槽中保持超過3分鐘，能夠實現多小的粒度。該公開文獻沒有論述如我們的測試中所觀察到的通過溫度提供的降低石灰乳粒度的可能性。在我們的測試中，我們注意到除了依靠石灰的熟化時間和溫度來影響所生產的石灰乳的粒度之外，在石灰乳的生產和處理過程的不同階段中出現的延遲對於石灰乳的粒度也有相當大的影響，因此所述的延遲導致了石灰乳和PCC 二者生產中的問題。一旦石灰乳在進一步使用前必須放置一會，則在石灰乳中的氫氧化鈣顆粒就會有形成聚集體，即氫氧化鈣的固體顆粒，的趨向。當這些顆粒進入PCC生產中時，它們減慢了材料轉移，因為在PCC生產反應過程中，氫氧化鈣自然地從顆粒表面開始溶解。這些顆粒越大，即在使用前該石灰乳存儲的時間越長或者僅僅保持在沉降過程中的時間越長，該顆粒的溶解時間越長和包含與二氧化碳反應的氫氧化鈣的反應器越長。這進而意味著所生產的PCC的晶體尺寸偏差的增大，因為在PCC的生產中，只要存在著這兩種初始化學品，就會同時發生新晶體的形成和現有晶體的尺寸增大。當石灰乳中存在不同尺寸的顆粒時，上述情形始終存在，因此也存在於使用前述的W0-A2-2009103 854的方法的過程中。但是，如果PCC是在分開的設備中生產的，則在將它與纖維漿混合之前，可以依靠例如旋流分離器來加工該PCC，由此可以將期望尺寸的PCC晶體引入到該纖維中。但是，當PCC是在例如W0-A2-2009103854所述的纖維網機的流送系統中直接生產時(所謂的串聯式方法)，這樣的方法是不可能的。換句話說，為了使得PCC結晶成均勻尺寸的顆粒以優化操作，必須將石灰乳的生產和加工發展到與PCC的生產有關的其他方法和設備的水平。在這個階段，可以說現有技術的石灰熟化方案通常幾乎普遍地包括通過沉降或者通過機械篩分來從石灰乳中分離雜質。例如W0-A2-2005/044728論述了篩分該石灰乳。但是，該沉降或者篩分的目的僅僅是除去廢石或者其他這樣的雜質，因為該篩分或者沉降是在熟化之後立即進行的和因為在篩分和沉降之後將該石灰乳帶到中間槽或者存儲槽中。換句話說，現有技術的公開文獻沒有認識到石灰乳的聚集傾向。因此，上述現有技術方法的一個具體問題是石灰乳粒度的偏差太大。造成此的原因可以在石灰的熟化或者在熟化後的石灰乳加工中找到。生石灰可容易地熟化，從而使得在石灰乳中形成的氫氧化鈣顆粒的尺寸偏差相對較大，但是這樣甚至最大的氫氧化鈣顆粒在熟化後的分選(sort)中仍然沒有分離。另一方面，在PCC生產之前的石灰乳的進一步加工中，存在著不必要的延遲，其降低了實際產品的品質或者收率或者降低了中間或者最終產品的品質。延遲可能的原因包括下面的等等
通過沉降從石灰乳中分離雜質，其需要相當長的沉降時間(通常數小時)來有效運
行，
在石灰乳使用之前存儲該石灰乳，和
將該石灰乳輸送/轉移到使用過程，其中全部具有形成固體氫氧化鈣顆粒的結果。此外，在與石灰乳或者PCC生產有關的一些現有技術方法中還會注意到下面的問題，這些問題部分是由於上述延遲引起的
在石灰熟化方法中強力研磨廢石或者其他不適用的產品，由此，例如當廢石進入最終產品中時，降低了產品的白度，
使用具有固體顆粒的石灰乳來生產PCC降低了 PCC的品質和因此降低了終端產品的品質，
在PCC生產前分選具有固體顆粒的石灰乳導致將該固體顆粒從所述過程中排除和除去，其在實踐中導致較小的石灰收率。·有時候在槽中常規熟化之前或者在它之後也對生石灰進行篩分，由此將其中的石灰石顆粒排除和從所述過程中除去。上述與石灰乳粒度以及它的顆粒形成二者有關的問題在PCC的現代串聯式生產中是突出的，在該生產中碳酸鈣是直接結晶到纖維網機的流送系統中的。換句話說，現在的目標是將碳酸鈣直接沉澱到纖維儲料中，優選直接沉澱到纖維表面上，因此首要的是形成具有正確尺寸的PCC顆粒。 因為在這樣的系統中，目標是在非常短的時間內完成PCC的沉澱，主要為了生產恆定尺寸的晶體，與以前相比用作原材料的石灰乳的粒度對於最終產品的品質至關重要得多。因此，本發明的目標是通過提出用於將石灰乳串聯式生產到與纖維網機關聯設置的PCC串聯式生產過程中的方法和設備，來提升現有工業水平，該方法和設備使得現有技術的問題和缺點最小化。本發明的一個目標是提供用於將石灰乳串聯式生產到與纖維網機關聯設置的PCC生產過程中的方法和設備，該方法和設備有效和可靠地運行，並且其儘可能有效地利用可得的原材料、水和能量。本發明的另一目標是控制氫氧化鈣的聚集，使得它根本不發生或者使得它對於該過程的缺點儘可能小。本發明的第三目標是提供用於將石灰乳串聯式生產到與纖維網機關聯設置的PCC串聯式生產過程中的方法，當在以有效和簡單的方式生產石灰乳之後將沉澱的碳酸鈣生產到纖維網機的流眾箱(headbox)的流送管道(approach pipeline)中時使用該方法。本發明上述的和其他的目標主要是按照獨立的權利要求1和17所公開來實現的。本發明其他另外的特徵將由附加的從屬權利要求和對附圖所示的本發明實施方案的以下說明而變得顯而易見。本發明的主要優點列於下面
石灰乳的有效生產方法，該方法節約能量、新鮮水和原材料，
在PCC生產之前石灰乳有效的後加工，和 PCC有效的生產，對於最終產品進行優化。在下面參考隨附的示意圖來描述本發明以及它的操作，在其中
圖1是一種現有技術的生產石灰乳和進一步生產PCC的方法的示意圖，
圖2是另外一種現有技術的一種生產石灰乳和進一步生產PCC的方法的示意圖，
圖3是第三種現有技術的生產石灰乳和進一步生產PCC的方法的示意圖，
圖4是第四種現有技術的生產石灰乳和進一步生產PCC的方法的示意圖，
圖5是圖4示意性顯示的與造紙機的短循環相連的用於生產石灰乳和PCC的方法的更詳細圖示，
圖6是用於串聯式生產石灰乳和PCC 二者的本發明有利的實施方案的設備的示意圖，圖7是用於在PCC串聯式生產之前澄清石灰乳的本發明有利的實施方案的方法的示意圖，和
圖8是用於串聯式生產和澄清石灰乳的本發明另一有利的實施方案的設備的示意圖。上面已經詳細地和參考示意圖1和2論述的現有技術公開文獻F1-B1-103964和F1-B1-120733主要提出了不同的生產細顆粒石灰乳的方法。兩個公開文獻都教導通過沉降從石灰乳中分離粗雜質。這些公開文獻僅僅聲稱將石灰乳用於生產沉澱碳酸鈣，即PCC。這些公開文獻實際上都沒有論述實際上如何生產PCC。此外，該公開文獻中所述的石灰乳的生產方法包括了某些缺點，其是本發明嘗試去糾正的。

圖3是常規的PCC生產方法的非常示意性的圖示。該生產發生於專用的PCC設備中，在其中石灰乳是通過如下生產的首先在例如混合熟化槽中熟化生石灰，其後通過例如沉降除去大顆粒來分選該熟化的氫氧化鈣懸浮液、石灰乳。分選後，主要經由中間/存儲槽將該石灰乳(MoL)引入到PCC反應器中，向其中還引入了 PCC的其他成分，二氧化碳，從此在可能的中間存儲之後將所生產的PCC經由管道泵送來輸送到造紙機，或者用罐車輸送到位於遠處的纖維網機。圖4是在W0-A2-2009103854中所公開的更現代的PCC生產方法的非常示意性的圖示。在這裡將PCC的成分，通過生石灰熟化所生產的石灰乳和二氧化碳，引入到纖維網機的流送系統中，在其中優選但非必需地，PCC的實際結晶反應是在紙漿纖維或者紙漿的其他固體的存在下進行的。如前所述，旨在生產PCC的所述石灰乳生產或者加工方案均未考慮石灰乳形成聚集體的傾向。因此，沒有論述用於防止形成聚集體的方式，也沒有論述它們的去除。但是，在用於分選石灰乳的方法的情況中該聚集體被暫時除去，例如篩子的孔尺寸也適於這種目的。但是在大部分情況中，該現有技術方法在分選之後包括一些種類的存儲或者至少相對長時間的運輸階段，在此期間聚集體會再次形成。圖5是再另外一種現有技術的石灰乳生產方案的示意圖，其組合有圖4中非常示意性和簡化顯示的相對常規的流漿箱流送系統中的PCC生產。該纖維網機的流送系統包括造紙網(wire)水槽/混合槽10，向其中引入來自纖維網機的造紙網部分和各纖維組分的濾液以及可能還有在纖維網產物生產中所用的填料和添加劑。依靠泵12從混合槽10將纖維懸浮液通常大部分地泵送到旋流淨化設備14，在其中從該纖維懸浮液中除去重雜質，該雜質對於最終產品的生產是有害的。然後將該纖維懸浮液帶到氣體分離槽16中，在其中氣體，主要是空氣，依靠真空泵18與懸浮液分離，該氣體對於最終產品的生產是有害的，應當在造紙網部分中消除。纖維懸浮液從該氣體分離槽16流向流漿箱供料泵20，其將該纖維懸浮液經由流漿箱篩22泵送到纖維網機的流漿箱24。應當記住在這個階段上述旋流淨化設備、氣體分離器和流漿箱篩中的一個或多個可能在一些纖維網機中已經從流送系統中省略了。流漿箱24將紙漿鋪展到纖維網機的造紙網部分26中，該造紙網在這個圖中顯示為長網造紙機的造紙網。長網造紙機造紙網部分26下面的箭頭表示來自該造紙網部分的濾液通常導入到造紙網水槽中，其在這裡設置為與混合槽10關聯。上述纖維網機流漿箱的完全現有技術的流送系統是作為具有連接在其上的生石灰熟化設備的一個例子，該設備由含有煅石灰的料鬥30、傳送機/供料螺旋輸送機32和熟化槽34組成，在其中生石灰以現有技術原則上已知的方式進行熟化。將氫氧化鈣，即在熟化槽34中所生產的石灰乳，取決於熟化槽34中所用的水量以稀釋的或者未稀釋的形式引入到淨化過程36中(這裡表示為一個或多個旋流分離器)，在其中將不期望的雜質例如腐殖質、鐵、沙子、矽酸鹽和未粉碎的氧化鈣顆粒從石灰乳中分離，並且將它們作為旋流分離器(或多旋流分離器)的拋棄物從所述的過程中除去。旋流分離器(或多旋流分離器)的接受物，即清潔石灰乳，在圖5所示的實施方案中無需中間存儲直接輸送到造紙機的流送系統的管道中，優選輸送到泵12和旋流淨化設備14之間的點38處，用於將沉澱碳酸鈣(PCC)直接產生到纖維網機的短循環中。淨化設備36或者淨化段可以考慮直接位於PCC生產的反應區44之前，因為從淨化36到PCC生產的距離，更明確地到石灰乳引入點38的距離，應當使得沒有足夠的時間用於形成不利量的氫氧化鈣的固體顆粒/聚集體。這意味著石灰乳的粒度處於1. 2Mm以下，該粒度用基於沉降技術的SediGraph-方法測得，優選在1. OMm以下和/或從淨化到PCC生產的混合段的流動時間優選小於30秒，最優選小於10秒。但是，在這個階段，應當考慮的是由於加工技術的原因，在所述的系統中通常必須有緩衝槽，在熟化過程中出現任何幹擾的情況中，將石灰乳存儲在該槽中。換句話說，將一小部分經淨化的石灰乳作為連續流導入到緩衝槽中，從這裡相應的存儲過一段時間的石灰乳流也排出到PCC生產過程中。換句話說，當談到將石灰乳從淨化直接導入PCC生產中時，它表示將大部分經淨化的石灰乳直接帶到PCC的生產過程中。類似地，在該石灰乳供料點38緊上遊的流送系統的相同管道中，將來自源42的二氧化碳在點40處引入，該源可以是例如含有二氧化碳的壓力罐或者煙道氣淨化設備，在該淨化設備中工廠的煙道氣經淨化以適於PCC的生產。不同於圖5所示，在需要時該二氧化碳可以在石灰乳供料點下遊引入到導向流漿箱的管中。除了管道的上述某些點38和40之外，石灰乳和/或二氧化碳可以引入到纖維網機流送系統的其他點，到位於管道中的設備之間和/或到實際的設備中，即混合器、泵、混合槽、造紙網凹陷等等，以提出幾種可能性。除了以上更詳細描述的化學品供料點之外，石灰乳的串聯式生產可以提供為與液體流PCC串聯式生產到其中的紙張、紙板或者紙漿製造廠的終端產品或者中間產品生產線的任何合適的液體流相結合。在這種情況中，可能性主要是不同的紙漿組分、填料組分、來自紙張、紙板或者紙漿製造廠的加工的或者未加工的濾液(包括化學紙漿、機械和再生紙漿)，這裡僅僅提及了幾個例子。上圖5所示的石灰熟化設備根據本發明的第一優選實施方案可以用圖6所示的快得多的設備來代替，該設備包含旋轉混合或者粉碎設備50， 其形成了熟化設備的第一部分，並且產生了大的剪切力，其位於生石灰料鬥30之後，並且代替了圖5的熟化槽。這種實施方案的粉碎設備50的特徵是該設備包含彼此相對快速旋轉的兩個零件，該零件在所加工的材料中產生了大的剪切力。該零件可以是旋轉的轉子和不旋轉的定子，但是當然也可以使用兩個反向旋轉的轉子。FI專利120733中所述的衝擊粉碎機可以提及作為該粉碎設備的一個例子，儘管還存在著許多其他可選設備。用粉碎設備50來粉碎生石灰原則上可以三種方式來進行，或者是全乾地通過計量加入一些熟化水到待粉碎的生石灰中，或者通過將熟化所需的整個體積的水計量加入到待粉碎的生石灰中。然後將用粉碎設備50在熟化液體存在下粉碎的(任選的熟化液體供料用箭頭Wl表示)或者幹法粉碎的生石灰從設備50排出到熟化設備，其在這種實施方案中有利的是螺旋輸送機(screw) 52。本發明的最優選的實施方案的特徵在於供給到粉碎設備50中的水量最快地升高了生石灰熟化反應的溫度。在實際中，這意味著這樣的水量，該水量具有時間來在粉碎設備中啟動熟化過程，並且基本上完全消耗於該熟化反應中。粉碎設備50將生石灰粉碎成具有大表面積的非常細的粉末。然後水Wl通過粉碎設備50混合到所述的粉末中，使得熟化反應非常快地開始，這使溫度非常快地升高。這種升高的溫度進一步加速了所述的熟化反應。作為一個實際的事實，供給到粉碎設備50中的水的消耗速率取決於生石灰的品質，主要取決於它的反應性，因此供給來使得溫度升高速率最大化的水Wl的體積必須根據生石灰的反應性來計量給料。換句話說，不值得將比在熟化反應中消耗的更多的水供給到粉碎設備50 中，因為加熱過量的水消耗了能量和減慢了溫度的升高。可行的經驗法則是將所需熟化水的三分之一的水供給到粉碎設備50，和將其餘的水供給到形成熟化設備的第二部分的螺旋輸送機52中，向其中將熟化液體W2在一個或者幾個階段中引入來熟化生石灰,和因此將氧化鈣轉化成氫氧化鈣。熟化水向螺旋輸送機的供給優選設計為使得待用該螺旋輸送機轉移的氧化鈣和氫氧化鈣的漿體的粘度保持在適於所述目的範圍內，換句話說，該漿體易於用螺旋輸送機移動。對螺旋輸送機52的長度和用於熟化的液體的溫度進行調整，使得生石灰在螺旋輸送機52中基本上完全熟化。換句話說，生石灰的熟化是根據本發明在受控的條件下，通過在粉碎設備中啟動熟化並且使它在螺旋輸送機或者一些其他的適於該目的的轉移裝置中完成來進行的。在輸送/熟化螺旋輸送機52之後，在用於熟化的液體還沒有將石灰乳稀釋到足夠低的幹固體含量的情況中，將該石灰乳用液體DW稀釋，並且依靠泵或者不依靠泵將該石灰乳以分選稠度引入到上述的可用的分選/分選器54中，依靠它將大雜質從該石灰乳中除去。這些雜質也被從所述過程中除去，因為它們幾乎僅包含對終端產品不利的材料。有時候可以將清洗設備設置到分選54的廢棄物管線上(可選擇的例子更詳細地結合圖7的實施方案顯示)，依靠它將有用的材料即氫氧化鈣從廢棄物中回收。優選將這個分選段54接入到所述過程的這樣的點上，在此氫氧化鈣還根本沒有時間形成顆粒，因此實際上從所述過程中除去了具有至少不適於引入到造紙中的粒度的全部材料。存在著三種可選方式，用於進一步加工來自分選54的接受物，該接受物在實際中是僅含有細粉碎的氫氧化鈣的石灰乳。它可以在分選54之後立即導入到PCC的生產中(或者是單獨的PCC反應器或者是纖維網機的流送系統)，它可以進一步泵送到PCC的生產過程，該生產過程因而可以在單獨的PCC反應器中或者在纖維網機的流送系統中發生，或者它可以導入到緩衝槽等，其主要目的是平衡生產偏差從而確保到PCC生產的穩定的石灰乳流。該緩衝槽自然還可以合適的方式用在纖維網機和石灰熟化二者的生產停頓期間或者在它們之後。最佳地，緩衝槽僅在石灰乳從熟化到PCC生產的輸送中導致幾秒鐘的延遲。因此，在優化的條件中，可以用例如分選器54之後的分流管(drop leg)來代替緩衝槽。但是，在後兩種情況中，在將石灰乳用於生產PCC之前，將石灰乳泵送到淨化設備58，優選泵送到旋流淨化，依靠它將任何的氫氧化鈣顆粒從引入到PCC生產中的石灰乳中分離，該氫氧化鈣顆粒已具有形成顆粒的時間並且對於PCC的生產而言是過大的，該石灰乳被引入反應器或者纖維網機的流送系統或者管道中。超大顆粒是完全可用的材料，因此將它們返回到粉碎設備50的供料中再次粉碎。上述淨化步驟58可以優選包含單個旋流淨化設備，多個並聯的旋流淨化設備或者串聯的旋流淨化設備。圖7顯示了根據本發明的另外一種優選實施方案的分選設置。在該設置中，將從螺旋輸送機52排出的石灰乳導入到兩步旋流淨化中，在其中將來自第一步驟60的接受物立即帶到PCC的生產中，並且將含有對於PCC生產來說過粗的材料的廢棄物引入到第二旋流淨化步驟62中。將來自第二旋流淨化步驟62的接受物，它實際上僅含有氫氧化鈣聚集體，返回到粉碎設備50的供料中，和將廢棄物，它幾乎僅含廢石和不適於所述過程的其他材料，導入到清洗螺旋輸送機64。同樣將逆流清洗所需的液體W3供給到清洗螺旋輸送機64，它將廢棄物中可能存在的廢棄氫氧化鈣顆粒衝洗出來，並且該顆粒隨清洗水W3帶到生石灰的熟化中，例如帶到螺旋輸送機52。當然，也可以用液體W3來充當粉碎設備50中的生石灰熟化水。將廢石和不適於生產所述終端產品的其他材料從清洗螺旋輸送機64的排出端作為所述過程的廢棄物除去。從上面的描述中應當注意，旋流淨化步驟60，62 二者均可以包含一個或多個旋流淨化設備。另外還可以提供比上述兩步更多的淨化步驟。類似地，最後的(在這個實施方案中的第二)淨化步驟的廢棄物的洗滌處理並非本發明必需的。除了這樣的事實，即使用本發明的第一實施方案所述的粉碎設備50通過在熟化之前將生石灰顆粒粉碎成細粉而使得熟化更快之外，還存在這樣的事實，即與更硬的石材(例如石英)或者煅燒的氧化鈣顆粒相比，它典型地更容易將相對軟的石灰石顆粒粉碎成可用的尺寸，由此可以在分選54中將仍然更粗的雜質從所述過程中除去。該石灰石顆粒也就是在石灰的燃燒中形成，在其中碳酸鈣被加熱到900-1200度的溫度，目的是將碳酸鈣分解成氧化鈣和二氧化碳。在燃燒中，一部分的碳酸鈣總是保持為碳酸鹽形式而沒有轉化成氧化鈣。但是，這種碳酸鈣完全能夠用作紙張的填料，只要將它粉碎到能用的粒度就行。本發明所用的粉碎設備50能夠作這個事情，因此將已經粉碎的石灰石，即碳酸鈣，通過(圖6的過程中)分選54和淨化58，並且作為 填料攜帶在最終的產品中。因此本發明的方法和設備提高了石灰燃燒所形成的材料的利用率，而沒有放棄任何可用的材料。此外，在不同的實施方案中使用篩子類型的設備代替上面所示的旋流淨化步驟36和58來除去石灰乳(即氫氧化鈣懸浮液)中的雜質，這可以作為本發明另外的實施方案而提及。這樣的篩子類型的設備可以是振動篩、曲線篩、分選器或者壓力分選器，僅舉幾例。相應的設備自然也適於用作結合上圖6所示的本發明實施方案的分選器54。作為用於進行圖5-7的實施方案中的石灰熟化或者用於進行圖7的實施方案中最後的石灰乳淨化步驟的廢棄物的清洗的工藝液體，可以在本發明中使用常規的工廠用水(mill water)，工廠用水在這裡表示用各種方法淨化的原水或者淨化的工廠濾液。但是，作為本發明方法的一種形式的特徵來說，在本發明中一些未淨化的水也可以用於熟化所述石灰，因此避免了不必要的水淨化或者甚至使用原水。換句話說，該工藝液體可以是超澄清的、澄清的或者霧濁的濾液、白水、來自工藝廢水的濾液、來自漂白的清洗濾液、來自壓機的濾液或者流漿箱儲料或者未稀釋的纖維懸浮液。此外，為了儘可能快地進行熟化，對於本發明的全部實施方案來說，有利的是在熟化中使用這樣的液體，其處於適於熟化的高溫和/或高的幹固體濃度。在上述本發明的實施方案中，優選該液體的溫度應該是30-60°C和/或幹固體濃度應當高於30%，來實現高於80度，優選高於90度，更優選接近100°C或者甚至高於此的熟化溫度，由此使得生石灰的熟化最有效地進行。例如，如果該煅石灰是非常純的，則35度的熟化水能夠將幹固體含量為17%的生石灰的熟化溫度升高到大約100度。在實際中，生石灰的有效和因此快速的熟化可以體現為最終的結果是高品質的石灰乳，其顆粒形狀和尺寸對於例如PCC的生產是最優的。因此，對於總體的經濟性而言，熟化水的最佳備選是直接從所述過程中接收的處於工藝溫度的熱液體。液體，無論它是工廠用水或者是如此取自所述過程的液體，也可以依靠適於該目的的加熱設備，使用例如來自所述過程的次級熱來進一步加熱。各種工藝濾液可以提及作為可用的液體備選超澄清的、澄清的或者霧濁的濾液、白水、來自所述過程的流出水的濾液、來自漂白的清洗濾液、壓機濾液等以及流漿箱儲液和稠度高到5%的未稀釋的紙漿。當根據圖6的流程圖工作時，PCC生產的進行可以由石灰從圖6的料鬥30排出到粉碎設備50中開始，直到在流漿箱流送系統管路中在點46處完成到PCC的基本完全轉化為止，優選在小於2分鐘，更優選小於I分鐘，最佳地是在大約30秒內。加工速率自然基於生石灰向小顆粒的快速粉碎，這些小顆粒在螺旋輸送機中快速(優選在小於10秒內，更優選在小於5秒內)熟化，特別是當用於熟化的水儘可能熱時更是如此，並且它們形成了如此形狀和尺寸的氫氧化鈣顆粒使得它們在PCC生產中快速地反應。在我們進行的測試中，本發明所生產的石灰乳的平均粒度，用基於沉降技術的SediGraph方法測得，為1. OMm或者更低，粘度(在固含量為大約15%時)是大約500mPas或者更高且篩渣(直徑超過IOOMffl的顆粒)小於O. 1%。根據本發明有利的第二 實施方案，圖8所示，形成了熟化設備的第二部分並且位於圖6的粉碎設備50之後的輸送/熟化螺旋輸送機52，更寬泛地視為活塞泵，可以用動力泵(dynamic pump) 70和它後面的壓力管72來代替。在這種情況中，主要的備選是各種離心泵，但是也不排除其他的動力泵。作為適於此目的的泵有利的例子，可以提及的是Discflo-類型的泵，在其中泵送是通過高速旋轉的盤式轉子來進行的，和常規的離心泵。Discflo-類型的盤式轉子泵70能夠將粉碎的石灰進一步從粉碎設備50進行泵送，該石灰已經在所述設備中部分熟化，處於高幹固體濃度。盤式轉子泵70也形成了壓力，因此在該泵的壓力管路之後的壓力管72中的溫度可以高於100度，甚至高於150度，這產生了這樣的優點，即該石灰非常快地熟化並且所形成的石灰乳的粒度非常小。如使用圖6的螺旋輸送機時，使用Discflo泵70時，將熟化所需的液體W2在至少一個，優選多個下面的點處引入到粉碎的石灰中在泵前、泵內和泵後，除了溫度之外，對於前述實施方案的熟化液體的特徵同樣適用於這種實施方案的液體W2。當使用輸送/熟化螺旋輸送機時，對於石灰的熟化有利的是如果與泵送結合引入的液體是足夠熱的(在這種實施方案中，該溫度可以甚至是80-95度，這歸因於泵的壓縮效應)，使得當泵70的壓力管72中熟化期的溫度升高到超過100度時，該石灰的熟化速度最大。將石灰乳稀釋到分選濃度是在實際的熟化反應之後適時進行或者在它的最終階段中進行的。
常規的離心泵也可以用於進一步輸送來自粉碎設備的粉碎的和部分熟化的石灰。但是，由於離心泵的操作原理，即泵送材料必需低稠度，來自粉碎設備的粉碎的石灰流必須與熟化液體混合，使得懸浮液的幹固體含量是幾個百分比(優選約2-6%)。當目的是快速熟化該石灰和生產細顆粒石灰乳時，用於稀釋的液體的溫度應該儘可能高(優選80-95°C )。因為離心泵例如Discflo泵增高了壓力，因此優選的是在該泵的壓力管道之後的壓力管中，使溫度升高到高於100度，甚至高於150度。將來自粉碎裝置的粉碎石灰稀釋到離心泵的泵送稠度可以通過如下方式來進行在具有混合器的合適的槽中進行該稀釋，所述的混合器用於在泵之前將來自粉碎裝置的任何可能的石灰顆粒分散到稀釋/熟化水中。另外一種稀釋該粉碎的石灰的方式是將離心泵的供料開口設置為接近於粉碎設備的排出開口，使得當(優選熱的)稀釋/熟化液體引入到所述過程的這個點時，該離心泵進行了必需的分散，並且實際的熟化是在離心泵的壓力管道之後的流道中在升高的壓力和較高溫度進行的。依靠離心泵熟化的這類石灰乳可以直接導入到分選中，或者在需要時它可以稀釋到較低的幹固體含量，然而由此必需的稀釋液體的量低於使用Discflo-類型的盤式轉子泵時。上面的論述涉及到由煅石灰來生產石灰乳。但是，也可以由水合物來生產石灰乳，該水合物是幹的氫氧化鈣。換句話說，它是熟石灰，用於熟化的水全部或者幾乎全部用於熟化反應中。由水合物來生產石灰乳是通過如下進行的將水合物在水中溶解到期望的幹固體含量和將因此形成的石灰乳引入到本發明的旋流淨化中，更通常的是經由分選立即引入到在纖維網機的流送管道中的PCC生產中。在上面沒有詳細論述將PCC形成到纖維網機的流送管道中的方法。優選但非必需地，它是如公開文獻W0-A2-2009103854中詳細描述地進行的。簡而言之，最優選PCC的生產是通過如下進行的使用注射混合器(其可以視為以附圖標記38和40指示)將二氧化碳和石灰乳二者引入到纖維網機的流送系統中，更具體地引入到其管道、設備或者槽中，依靠該注射混合器兩種化學品可以實際上均勻混合到纖維儲料中，從而形成用於相互反應的最佳條件。因此該反應在圖5和6 的附圖標記44所示的反應區長度中非常快地進行。圖5和6還顯示了附圖標記為46的計量裝置，依靠它能夠檢查反應的進展，在實踐中是檢查反應的終止。該計量裝置可以基於例如PH測量，或者傳導率或者斷層分析，僅舉幾例。除了在圖中所示的上遊側上設置旋流淨化之外，在流送系統的管道中該注射混合器也可以設置來在混合槽之前、在旋流淨化和氣體分離之間、在氣體分離和流漿箱篩之間或者在流漿箱篩和流漿箱之間引入纖維漿部分。此外，所述的化學品(任一種或者兩者)在某些情況中也可以引入到流送系統的槽、泵和/或混合器中。應當注意的是上面僅僅公開了幾個最優選的實施方案。因此，很顯然本發明不限於上述的實施方案，相反它可以在所附權利要求限定的範圍內以多種方式應用。與各種實施方案結合公開的特徵也可以與本發明範圍內的其他實施方案結合使用和/或不同的組件可以與所公開的特徵相組合，它應當是期望的和它應當是技術上可行的。
權利要求
1.用於將石灰乳串聯式生產到與纖維網機關聯設置的PCC串聯式生產過程中的方法，根據該方法，將生石灰在粉碎設備中粉碎，該粉碎設備形成了熟化設備的第一部分並且向其中供入熟化所需的一部分水，將該粉碎的生石灰和水的漿體帶到熟化設備的第二部分中，向其中加入熟化所需的其餘的水，並且在其中使生石灰在至少80度的溫度熟化成石灰乳，其後通過從所產生的石灰乳中分離超大顆粒和聚集體對其進行淨化，特徵在於 生石灰是在形成所述熟化設備的第二部分的泵(34;52;70)中或者在它的壓力管(72)中熟化的，使得該生石灰在該泵(34 ;52 ;70，72)或者它的壓力管(72)中的停留時間基本上對應於該生石灰熟化所需的時間， 將所產生的石灰乳從該泵(34，52，70)或者它的壓力管(72)供給到淨化(58，60)， 在該石灰乳即將引入到PCC串聯式生產過程之前，除去過大的氫氧化鈣顆粒，和 將該石灰乳引入到位於纖維網機的最終產物或者中間產物的生產線中的PCC串聯式生產過程中。
2.根據權利要求1的方法，特徵在於該石灰乳的熟化是在加壓容積(72)中進行的。
3.根據權利要求1或者2的方法，特徵在於在從該石灰乳中除去氫氧化鈣聚集體之前，在篩分(36，54)中從該石灰乳中除去雜質例如廢石等。
4.根據權利要求1或者2的方法，特徵在於在分選(36，54)中，將雜質與氫氧化鈣聚集體一起從該石灰乳中除去。
5.根據前述任一權利要求的方法，特徵在於將石灰乳熟化使得熟化設備的第二部分至少包含熟化螺旋輸送機(52),其中 將粉碎的生石灰和水的漿體從粉碎設備(50)排出到熟化螺旋輸送機(52)， 將熟化所用的液體引入到該熟化螺旋輸送機(52)，和 將熟化的石灰從該熟化螺旋輸送機(52)排出。
6.根據前述權利要求1-5任一項的方法,特徵在於 將粉碎的生石灰和水的漿體從粉碎設備(50)排出到動力泵(70)， 與泵(70)相關聯地供給用於熟化生石灰的液體W2， 將所形成的懸浮液用泵(70)增壓，和 將該懸浮液從泵(70)引入到壓力管(72)中，由此生石灰的熟化在泵(70)之後的容積中在升高的壓力和高溫下進行。
7.根據權利要求6的方法,特徵在於 將粉碎的生石灰和水的漿體從粉碎設備(50)排出到離心泵(70)， 將熟化/稀釋液體W2在泵(70)的入口側上加入到粉碎的生石灰和水的漿體中。
8.根據前述任一權利要求的方法，特徵在於在將其引入到熟化之前對用於熟化的液體W1、W2、W3進行加熱。
9.根據權利要求1的方法，特徵在於 將該石灰乳從熟化設備(52)排出到分選中，以從該石灰乳中分離雜質， 將該石灰乳帶入到緩衝槽中， 將該石灰乳引入到淨化設備(58)中，以從該石灰乳中除去氫氧化鈣顆粒，和 將該石灰乳引入到纖維網機的流送系統中。
10.根據權利要求9的方法，特徵在於將氫氧化鈣顆粒再循環到粉碎設備的供料中。
11.根據前述任一權利要求的方法，特徵在於將具有至少兩個步驟的旋流淨化設備用於進行淨化，在它的第一步驟中，將適於生產PCC的石灰乳與廢石和氫氧化鈣聚集體分離，將該廢石和氫氧化鈣聚集體引入到第二步驟中，從這裡將該聚集體返回到粉碎設備(50)的供料中，和將廢石10等從該過程中除去。
12.根據前述任一權利要求的方法，特徵在於還將二氧化碳引入到PCC串聯式生產過程中，並且使得該二氧化碳和石灰乳反應來產生沉澱碳酸鈣(PCC)。
13.根據權利要求21的方法，特徵在於將二氧化碳和石灰乳彼此接近地引入到PCC串聯式生產過程中。
14.根據權利要求22的方法，特徵在於使用一個或多個注射混合器(38，40)來引入二氧化碳和/或石灰乳。
15.根據前述任一權利要求的方法，特徵在於將二氧化碳和/或石灰乳引入到纖維網機的流送系統的一部分管道中或者引入到它的泵、混合器、槽等之一中。
16.根據權利要求1的方法，特徵在於生石灰優選是在高於80度的溫度，更優選高於100度的溫度熟化的。
17.用於將石灰乳串聯式生產到與纖維網機關聯設置的PCC串聯式生產過程中的設備，該設備包含作為熟化設備第一部分的粉碎設備，其用於粉碎煅石灰並使它與一部分的熟化水混合，該熟化設備的第二部分，其用於使其餘的熟化水與該生石灰混合併使該生石灰熟化來形成石灰乳，和用於淨化石灰乳的設備，特徵在於該設備包含至少一個泵(52，70)作為該熟化設備第二部分的部件，以及與它成連續流連接設置的、用於從該石灰乳中除去雜質的裝置(36，54，58，60，62)，和用於將石灰乳引入到PCC串聯式生產過程的裝置(38)。
18.根據權利要求17的設備，特徵在於該熟化設備的第二部分包括活塞泵，優選熟化螺旋輸送機(52)，或者動力泵(70)和它的壓力管(72)。
19.根據權利要求18的設備，特徵在於該動力泵(70)是常規的離心泵或者盤式轉子慄。
20.根據權利要求17的設備，特徵在於該熟化設備另外包括用於從石灰乳中除去氫氧化鈣聚集體和/或者廢石的裝置(36，58，60)，該裝置(36，58，60)位於到PCC串聯式生產過程的連接點(38)的緊前方。
21.根據前述權利要求17-20任一項的設備，特徵在於用於將石灰乳供給到PCC的串聯式生產過程中的裝置包括至少一個注射混合器(38)。
22.根據前述權利要求17-20任一項的設備，特徵在於該設備包括用於加熱在熟化中所用的液體W1、W2、W3中至少一種的裝置。
23.根據權利要求17的設備，特徵在於它主要包括生石灰料鬥(30)、粉碎設備(50)、熟化螺旋輸送機(52)、分選設備(54)、一個或多個旋流淨化器(58)和多個注射混合器(38),依靠分選設備(54)將無用的材料從石灰乳中除去，依靠淨化器(58)基本上將氫氧化鈣顆粒從石灰乳中除去，依靠混合器(38)將石灰乳引入到PCC串聯式生產過程中。
24.根據權利要求17的設備，特徵在於它主要包括生石灰料鬥(30)、粉碎設備(50)、盤式轉子泵及其壓力管、分選設備(54)、一個或多個旋流淨化器(58)和多個注射混合器(38)，依靠分選設備(54)將無用的材料從石灰乳中除去，依靠淨化器(58)基本上將氫氧化鈣顆粒從石灰乳中除去，依靠混合器(38)將石灰乳引入到PCC串聯式生產過程中。
25.根據權利要求17的設備，特徵在於它主要包括生石灰料鬥(30)、粉碎設備(50)、離心泵及其壓力管、分選設備(54)、一個或多個旋流淨化器(58)和多個注射混合器(38)，依靠分選設備(54)將無用的材料從石灰乳中除去，依靠淨化器(58)基本上將氫氧化鈣顆粒從石灰乳中除去，依靠混合器(38)將石灰乳引入到PCC串聯式生產過程中。
全文摘要
本發明涉及一種方法和設備，其用於將石灰乳串聯式生產到與纖維網機關聯設置的PCC串聯式生產過程中。在本發明的方案中，石灰在至少為80度，優選高於85度，更優選高於100度的溫度下在熟化設備(52)中熟化，在即將把該石灰乳引入(38)到PCC生產過程中之前，通過從其中分離過大的氫氧化鈣顆粒來淨化(58)所產生的石灰乳，並且將該石灰乳引入到位於纖維網機(28)的最終產物或者中間產物的生產線中的PCC串聯式生產過程中。
文檔編號D21H17/70GK103068736SQ201180028825
公開日2013年4月24日 申請日期2011年6月9日 優先權日2010年6月11日
發明者O.英波拉, E.庫卡馬基, J.馬圖拉, P.索利斯馬 申請人:韋坦德科技公司, 芬歐匯川集團