连续浆生产工艺中的方法和布置与流程

1.本发明涉及一种在用于生产浆的连续蒸煮工艺中提取水解产物的方法。本发明还涉及用于生产浆的连续蒸煮系统中的预水解容器系统和水解产物提取布置。
2.背景
3.在一些浆生产中，例如在溶解浆生产中，木质纤维素原料在进行碱性蒸煮之前先进行水解。水解通常通过向木质纤维素原料中加入蒸汽或液体来进行。在水解过程中，半纤维素(主要是c5糖)被降解并从木材中释放出来。如果糖应被提取，那么需要在改变ph及进行碱性蒸煮之前从进行水解的容器中去除包含溶解糖的水解产物。在碱性蒸煮工艺中，水解后的溶解糖被破坏成无价值的成分。
4.水解产物的处理可能存在问题，因为它非常粘稠，并且易于在例如管道、筛网和罐表面形成结垢。水解产物可以通过连续蒸煮系统中装载预水解容器中的筛网来去除。然而，由于水解产物的粘稠性及其生成结垢的倾向，会产生筛网中出现结垢的问题。因此需要清洁筛网，并且生产效率可能降低。在最坏的情况下，甚至需要在清洁期间停止生产。生产工艺中的任何清洁需求和任何中断当然都是负面的。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是提高连续浆生产工艺中的生产效率。
6.本发明的另一个目的是提高连续浆生产系统中的水解产物提取效率。
7.这通过根据独立权利要求的在用于生产浆的连续蒸煮系统中提取水解产物的方法、通过用于生产浆的连续蒸煮系统中的预水解容器、以及通过用于生产浆的连续蒸煮系统中的水解产物提取布置来实现。
8.根据本发明的一个方面，提供了一种在用于生产浆的连续蒸煮工艺中提取水解产物的方法，所述方法包括以下步骤：
9.‑
对连续浆生产系统的预水解容器中的内容物进行冷却，以在内容物到达其从设置在预水解容器一端的入口到设置在预水解容器另一端的出口的途中的预水解容器的水解产物出口时，内容物已经被冷却；
10.‑
经由预水解容器的水解产物出口去除所述内容物的水解产物，
11.其中预水解容器中的所述内含物被冷却到使得所去除的水解产物具有70℃至130℃的温度的程度。
12.根据本发明的另一方面，提供了一种连续浆生产系统中的预水解容器系统，其中所述预水解容器系统包括：
13.(e)预水解容器，其包括：
14.‑
设置在预水解容器一端的入口，用于接收将要在预水解容器中处理的内容物；
15.‑
设置在预水解容器另一端的出口；和
16.‑
水解产物出口；以及
17.(f)与预水解容器连接的水解产物提取布置，所述水解产物提取布置包括：
18.‑
水解产物去除导管，包括连接至预水解容器的水解产物出口的预水解容器连接器；和
19.‑
至少一个冷却装置，其供于预水解容器而能够冷却预水解容器的内容物，以在内容物到达其从预水解容器的入口到预水解容器的出口的途中的预水解容器的水解产物出口时，内容物已经被冷却，
20.其中，所述冷却装置被配置为将预水解容器中的内容物冷却到使得经由水解产物出口所去除的水解产物具有70℃至130℃的温度的程度。
21.根据本发明的另一方面，提供了一种水解产物提取布置，其被配置为连接到连续浆生产系统中的预水解容器并从其中提取水解产物，所述水解产物提取布置包括：
22.‑
水解产物去除导管，包括预水解容器连接器，其被配置为连接至预水解容器的水解产物出口；和
23.‑
至少一个冷却装置，其被配置成可供于预水解容器而能够冷却预水解容器的内容物，以在内容物到达其从设置在预水解容器一端的入口到设置在预水解容器另一端的出口的途中的预水解容器的水解产物出口时，内容物已经被冷却，其中所述冷却装置被配置为将预水解容器中的内容物冷却到使得经由水解产物出口所去除的水解产物具有70℃至130℃的温度的程度。
24.因此，提供了一种在浆生产系统中提取水解产物的方法和系统，其比现有技术的系统更加高效和可靠。由于水解产物在经由预水解容器的水解产物出口被去除之前冷却，水解产物倾向例如在可为一个或多个筛网的水解产物出口中结垢的倾向大大降低。当冷却水解产物时，糠醛形成减少，木质素降解也减少。这将降低产生结垢的倾向。此外，由于降低了糖降解速率，糖溶液的稳定性得到了根本改善，并且可以提供从水解产物中更有效的糖提取。由于几乎没有结垢以及基本无需系统清洁，提供了更可靠的工艺，并且由于减少了糖降解，可以提供更好的糖产量。
25.在本发明的一个实施方式中，所述预水解容器包括进行所述冷却的冷却段，该冷却段是预水解容器的长度段，在该长度段中设置有水解产物出口，并且该长度段小于预水解容器总长度的1/3或1/5，并且其中所述冷却段更靠近预水解容器的出口而不是入口。
26.在本发明的一个实施方式中，预水解容器中的内容物的所述冷却包括将内容物冷却到使得所去除的水解产物具有70℃至120℃或90℃至110℃的温度的程度。在本发明的这个实施方式中，冷却装置被配置成将内容物冷却到使得所去除的水解产物具有70℃至120℃或90℃至110℃的温度的程度。
27.在本发明的一个实施方式中，所述冷却包括向预水解容器中的内容物添加温度为20℃至100℃、或温度为30℃至80℃、或温度为40℃至70℃的液体。在该实施方式中，冷却装置包括液体添加装置，该液体添加装置被配置为向预水解容器的内容物添加温度为20℃至100℃、或温度为30℃至80℃、或温度为40℃至70℃的液体。
28.在本发明的一个实施方式中，所述冷却包括使一部分所去除的水解产物循环通过热交换器(41)而冷却至20℃至100℃的温度、或30℃至80℃的温度、或40℃至70℃的温度，并将冷却后的水解产物添加到预水解容器的内容物中。在该实施方式中，冷却装置包括水解产物循环布置，该水解产物循环布置被配置为使得经由水解产物去除导管所去除的水解产物的一部分循环通过热交换器而冷却至20℃至100℃的温度、或30℃至80℃的温度、或40
℃至70℃的温度，并将冷却后的水解产物添加到预水解容器的内容物中。
29.在本发明的一个实施方式中，将所述冷却后的水解产物经由围绕预水解容器的围壁的周边设置的喷嘴添加到预水解容器中。
30.在本发明的一个实施方式中，至少一部分所述冷却后的水解产物经由伸入预水解容器的液体添加管的出口添加到预水解容器的内容物中，其中所述出口位于更靠近预水解容器的中心轴(a)而不是围壁的位置。
31.在本发明的一个实施方式中，去除水解产物的步骤包括经由设置在预水解容器的围壁中的至少一个筛网去除水解产物，其中所述至少一个筛网是水解产物出口。
32.在本发明的一个实施方式中，去除水解产物的步骤包括通过将液体从预水解容器的底部加入到预水解容器中而经由水解产物出口排出水解产物。
33.在本发明的一个实施方式中，该方法进一步包括从所去除的水解产物中提取糖的步骤。
34.在本发明的一个实施方式中，连续蒸煮工艺是用于生产溶解浆的工艺。
35.本发明的进一步实施方式在从属权利要求和详细说明中描述。
36.附图简要说明
37.图1a
‑
1d是预水解容器系统的不同实施方式的示意图，该预水解容器系统包括连接到根据本发明的连续蒸煮系统中的预水解容器的水解产物提取布置。
38.图2是根据本发明一个实施方式的提取水解产物的方法的流程图。
39.实施方式的详细说明
40.图1a
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1d是预水解容器系统1a,1b,1c,1d的不同实施方式的示意图，该预水解容器系统1a,1b,1c,1d包括连接到根据本发明的连续蒸煮系统中的预水解容器5a,5b,5c,5d的水解产物提取布置3a,3b,3c,3d。一些组件在所有实施方式中是相同的，并会被赋以相同或相应的附图标记。
41.所有实施方式的共同点是水解产物提取布置3a；3b；3c；3d包括水解产物去除导管7，其包括预水解容器连接器8，其被配置为连接至预水解容器5a；5b；5c；5d的水解产物出口9。水解产物出口9可以是例如设置在预水解容器的围壁21中的一个或多个筛网。从预水解容器中去除水解产物的一个原因可能是水解产物可以以某种方式使用，例如用于提取糖。去除水解产物的另一个原因是，因为水解产物是酸性的，因此如果至少一些水解产物被去除，则在浆生产工艺的下一步中将基本不需要碱。这种预水解容器是加压容器。
42.本发明的连续蒸煮工艺可以是用于生产溶解浆的工艺。
43.水解产物提取布置3a；3b；3c；3d还包括至少一个冷却装置11a,11b；11b’；11c,11c’,11c”；11d，其被配置成可供于预水解容器5a；5b；5c；5d而能够冷却预水解容器的内容物，以在内容物到达其从设置在预水解容器5a；5b；5c；5d一端的入口13到设置在预水解容器另一端的出口15的途中的预水解容器的水解产物出口9时，内容物已经被冷却。通常在预水解容器的底部设置刮板16。冷却装置11a,11b；11b’；11c,11c’,11c”；11d被配置为将预水解容器中的内容物冷却到使得经由水解产物出口9所去除的水解产物具有低于130℃的温度的程度。例如，70℃至130℃的温度。在本发明的一个实施方式中，冷却装置11a,11b；11b’；11c,11c’,11c”；11d被配置为将预水解容器中的内容物冷却到使得经由水解产物出口9所去除的水解产物具有低于120℃或70℃至120℃的温度的程度，并且在另一实施方式
中，冷却装置11a,11b；11b’；11c,11c’,11c”；11d被配置为用于将预水解容器中的内容物冷却到使得经由水解产物出口9所去除的水解产物具有低于110℃或90℃至110℃的温度的程度。
44.水解产物出口9可以在预水解容器的入口13和出口15之间的某处设置在预水解容器的围壁21中，并且可以如上所述适当地是设置在围壁中的一个或多个筛网。水解产物出口9可以设置在更靠近预水解容器的出口15而不是入口13。
45.预水解容器5a；5b；5c；5d中的内容物的通常温度(即在根据本发明的冷却之前)可以是例如大约160
‑
180℃。在该温度下，水解产物非常粘且难以处理。例如，在与水解产物接触的罐壁、管道和筛网等部件中很容易产生严重的结垢。因此经常存在与用于去除水解产物的设备中的结垢有关的问题。水解产物的粘稠性及其生成结垢的倾向可能是由于由溶解的糖类所产生的糠醛以及木质素所致。糠醛的产生是时间的函数，即糖在这种条件下的暴露时间越长，造成溶液中的糠醛浓度越高。木质素含量也在水解时间内增加。结垢主要由木质素和糠醛以及糖组成。令人惊讶地发现，通过将水解产物冷却至例如低于约130℃或低于120℃或低于110℃，粘稠性和生成结垢的倾向大大降低，并且可以大大改进从浆生产工艺中提取水解产物。由此也可以改进从水解产物中提取糖。冷却的积极效果、即水垢的减少即使在温度降低相对较小时也是惊人的高。通过在从本发明连续浆生产系统的预水解容器中去除水解产物之前冷却内容物，由于基本没有结垢问题，将实现对水解产物更有效的提取。因此，当结垢问题减少时，用于连续生产浆的系统也可以以更有效的方式运行。
46.此外，在用于生产浆的这些类型的蒸煮系统中，保持材料的高温以避免能量损失在传统上是非常重要的。因此，对于技术人员而言，在去除水解产物之前采用该溶液来冷却预水解容器中的内容物并不是显而易见的，因为水解之后的碱性木质素去除步骤需要升高温度。
47.图1a
‑
1d所示的所有实施方式的共同点还在于，所述至少一个冷却装置11a,11b；11b’；11c,11c’,11c”；11d被配置成能够在预水解容器设置有冷却装置时对所述预水解容器的冷却段23中预水解容器5a；5b；5c；5d中的内容物提供冷却效果。冷却段23是预水解容器的长度段，在该长度段中设置有水解产物出口9。所述长度部分在本发明的一个实施方式中小于预水解容器总长度的1/3，并且在一个实施方式中小于预水解容器总长度的1/5。所述冷却段23位于更靠近预水解容器的出口15而不是入口13的位置。预水解容器5a；5b；5c；5d中内容物的冷却适当地在水解产物出口9附近进行，即在水解产物出口9的上方、下方或与其齐平的位置进行。冷却段23可被限定为预水解容器的长度段，该长度段包括围壁21的一部分和在该长度段内的围壁21内部的空间。水解产物出口9位于该长度段内。冷却在该冷却段23内的某处进行并且由此冷却在水解产物出口9附近进行，即在水解产物出口9的上方、下方或与其齐平的位置进行。冷却可以以多种不同的方式进行，并且冷却装置可以以多种不同的方式实施，这将结合图1a
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1d进一步描述。这些不同的冷却方法也可以以不同的方式组合，这些方式都包含在本发明的范围内。
48.根据本发明的从预水解容器5a；5b；5c；5d中去除水解产物可以包括：通过将液体从预水解容器的底部25加入到预水解容器中而经由水解产物出口9排出水解产物。因此所述预水解容器5a；5b；5c；5d可以包括液体添加装置27，其被配置为用于将液体添加到预水解容器的底部25以经由水解产物出口9排出冷却后的水解产物。所添加的液体可以是例如
蒸煮液，如白液或黑液，并且如图1a
‑
1d所示，它可以从底部25中的围壁21中的喷嘴和/或从经由容器的底部26设置到容器中的中心管27'添加。这种液体添加装置27通常设置在这种类型的预水解容器中以允许材料经由预水解容器的出口15移出。根据本发明设置液体添加装置27的中心管27'以提供将冷却后的水解产物经由水解产物出口9排出的进一步效果。
49.水解产物提取布置3a；3b；3c；3d在一些实施方式中可以进一步包括糖提取布置31(仅在图1a中示出，但是它可以设置在本发明的所有实施方式中)。糖提取布置连接到水解产物去除导管7并且被配置为用于从水解产物中提取糖。与现有技术相比，糖提取将更有效，因为水解产物的温度较低。由于水解产物的温度较低，水解产物中的糖降解反应减少，从而可以提高总糖产率。
50.图1a显示了根据本发明的预水解容器系统1a的一个实施方式。在该实施方式中，与预水解容器5a连接的水解产物提取布置3a包括水解产物去除导管7和冷却装置11a。在该实施方式中，冷却装置11a是液体添加装置，该液体添加装置被配置为向预水解容器5a的内容物添加温度为20℃至100℃、或温度为30℃至80℃、或温度为40℃至70℃的液体。液体可以是例如水或洗涤液或其它液体并且应该提供给冷却段23内的预水解容器5a。液体可以适当地具有大约7的ph值或者可以是弱酸性或弱碱性。在该实施方式中，预水解容器5a设置有液体添加管33a。所述液体添加管33a伸入预水解容器5a中并具有出口34a，该出口34a位于冷却段23内并且适当地更靠近预水解容器的中心轴a而不是预水解容器的围壁21，即在水解产物出口9附近(即水解产物出口9的上方、下方或与其齐平的位置)的预水解容器5a内居中。水解产物提取布置3a的冷却装置11a因此可以连接到液体添加管33以将液体提供到预水解容器中来冷却预水解容器的内容物。因此，预水解容器5a内的内容物可以在水解产物出口9附近冷却(即，内容物在水解产物出口9的上方、下方或与其齐平的位置冷却)，并且与没有这种冷却的情况相比，经由水解产物出口9所去除的水解产物可以具有较低的温度。可以测量所去除的水解产物的温度，并且可以控制经由液体添加管33所添加的液体的温度，使得所去除的水解产物达到合适的温度，例如如上所述的低于130℃或低于120℃或低于110℃。
51.图1b显示了根据本发明的预水解容器系统1b的另一个实施方式。在该实施方式中，与预水解容器5b连接的水解产物提取布置3b包括水解产物去除导管7和冷却装置11b,11b’。在该实施方式中，冷却装置包括两部分。第一部分11b可以连接到设置在预水解容器5b中的液体添加管33b。所述液体添加管33b伸入预水解容器5b中并具有出口34b，该出口34b位于冷却段23内并且更靠近预水解容器的中心轴a而不是预水解容器的围壁21，即在水解产物出口9附近(即水解产物出口9的上方、下方或与其齐平的位置)的预水解容器5b内居中。在该实施方式中，冷却装置的第二部分11b’被配置为用于将冷却液经由围绕预水解容器5b的围壁21的周边设置的喷嘴37添加到预水解容器5b中。所述喷嘴37设置在预水解容器5b的冷却段23内，即在水解产物出口9的附近，例如水解产物出口9的上方、下方或与其齐平的位置。因此，冷却液既可以从围壁21添加到预水解容器5b中，也可以从水解产物出口9附近(即，水解产物出口9的上方、下方或与其齐平的位置)的预水解容器内的中心位置添加到预水解容器中的内容物中。由此可以有效地排出和冷却水解产物。可以设置所述喷嘴37以使它们将冷却液引导至预水解容器中。然而，喷嘴37’也可设置在外隔室38内，外隔室38设置在预水解容器外部以围绕设置在预水解容器的围壁21中的筛网9(预水解容器出口)。因
此，当水解产物已经由筛网9从预水解容器中去除时并且当水解产物提供到所述外隔室38中时，可以将冷却液加入到水解产物中。
52.在图1b所示的实施方式中，水解产物提取布置3b还包括水解产物循环布置39。水解产物循环布置39被配置为使得经由水解产物去除导管7所去除的水解产物的一部分循环通过热交换器41而冷却至20℃至100℃的温度、或30℃至80℃的温度、或40℃至70℃的温度，并且将冷却后的水解产物经由冷却装置的第一部分11b和/或第二部分11b’添加到预水解容器5b的内容物中。在另一个实施方式中，冷却装置可以仅包括第一部分11b和第二部分11b’中的一个。水解产物循环布置39在此将水解产物去除导管7经由热交换器41与冷却装置的第一部分11b和/或第二部分11b'连接，并在水解产物提取布置3b连接到预水解容器5b时将一部分从水解产物去除导管7所去除的水解产物经由热交换器41转移到冷却装置11b,11b’，用于将其添加到预水解容器5b的冷却段23。由热交换器41所提供的对循环水解产物的冷却可以根据所除去的水解产物的测量温度进行控制。如上所述，所去除的水解产物的温度应控制在低于130℃或低于120℃或低于110℃。
53.水解产物的再循环会是有利的，因为不需要将来自系统外部的额外液体添加到预水解容器中以提供冷却并且由此避免了水解产物的不必要稀释。然而，在一些工艺中，如图1a中的实施方式所示，添加一些额外的液体也合适。例如，可以通过添加一些额外的液体来提高水解产物提取率。具有一个可以组合或独立使用这两种替代选择的系统会是合适的。图1c显示了一个这样的系统。
54.图1c显示了根据本发明的预水解容器系统1c的另一个实施方式。在该实施方式中，与预水解容器5c连接的水解产物提取布置3c包括水解产物去除导管7和冷却装置11c,11c’,11c”。在该实施方式中，冷却装置包括三个部分，其中第一部分11c和第二部分11c’与上面关于图1b描述的第一部分11b和第二部分11b’相同，将不再详细描述。第一部分11c和第二部分11c’由此连接到如上所述的水解产物循环布置39、液体添加管33b和喷嘴37。第三部分11c”与关于图1a描述的冷却装置11a相同，将不再详细描述。冷却装置的第三部分11c”与液体添加管33a连接，可以向预水解容器5c的内容物添加冷却液。因此，在该实施方式中，可以组合这三种冷却预水解容器5c中的内容物的替代方式以获得最佳冷却效果。或者，系统的操作员可以选择冷却装置的单独部分11c,11c’,11c”中的一个或多个来冷却内容物。所添加的液体(循环后的水解产物或经由第三部分11c”所添加的其他液体)的温度可以被控制，使得所去除的水解产物具有合适的温度，从而将结垢减至最少。
55.图1d显示了根据本发明的预水解容器系统1d的另一个实施方式。在该实施方式中，与预水解容器5d连接的水解产物提取布置3d包括水解产物去除导管7和冷却装置11d。它还包括如上文关于图1b所述的水解产物循环布置39。水解产物循环装置39被配置为使得经由水解产物去除导管7所去除的水解产物的一部分循环通过热交换器41而冷却至20℃至100℃的温度、或30℃至80℃的温度、或40℃至70℃的温度，并且将冷却后的水解产物经由冷却装置11d添加到预水解容器5d的内容物中。冷却装置11d将冷却后的循环水解产物转移到多个喷嘴37。在该实施方式中，喷嘴37不仅围绕围壁21的周边分布，而且在冷却段23内沿预水解容器5b的长度分布。在该实施方式中，预水解容器5d包括以分段方式设置的多个筛网51，并且喷嘴37设置在所述筛网51之间。因此，冷却后的水解产物可以更有效地分布在筛网上并防止在筛网上结垢。当然，根据该实施方式的预水解容器系统1d还可以设置有如图
1a所述的添加另一种冷却液的另一个冷却装置11a。
56.图2是根据本发明的一个实施方式的用于生产浆的连续蒸煮工艺中提取水解产物的方法的流程图。以下按顺序描述这些步骤：
57.s1：对连续浆生产系统的预水解容器中的内容物进行冷却，以在内容物到达其从设置在预水解容器一端的入口到设置在预水解容器另一端的出口的途中的预水解容器的水解产物出口时，内容物已经被冷却。所述冷却适当地在所述预水解容器的冷却段中进行，该冷却段是预水解容器的长度段，在该长度段中设置有水解产物出口。所述长度段在本发明的一个实施方式中小于预水解容器总长度的1/3，并且在一个实施方式中小于预水解容器总长度的1/5。所述冷却段更靠近预水解容器的出口而不是入口。冷却可以通过向预水解容器中的内容物添加温度为20℃至100℃、或温度为30℃至80℃、或温度为40℃至70℃的液体来提供。液体可以是例如水或洗涤液或如上所述的循环后的水解产物。
58.s2：经由预水解容器的水解产物出口去除所述内容物的水解产物。
59.预水解容器中的所述内容物如上所述被冷却到使得所去除的水解产物的温度低于130℃或低于120℃或低于110℃的程度。这也可以描述为70℃至130℃或120℃或110℃的区间。
60.该方法还可以任选地包括进一步的步骤：
61.s3：从所去除的水解产物中提取糖。由于预水解容器中内容物的冷却，糖降解减少，糖提取率能够增加。