Una disposición para el pretratamiento continuo con vapor de astillas durante la producción de pasta de celulosa,

en la que astillas sin tratar que están a una temperatura que corresponde a la temperatura ambiente se alimentan a un recipiente de pretratamiento con vapor (1) en el que las astillas se han de pretratar con vapor (ST) con el objetivo de precalentar las astillas y expulsar el aire que está contenido en las astillas, en la que el recipiente de pretratamiento con vapor tiene una entrada de astillas en la parte de arriba y una salida en el fondo, y en la que se añade vapor al lecho de astillas que se ha establecido en el recipiente de pretratamiento con vapor a través de un medio de generación de vapor de modo que se establece un gradiente de temperatura en el lecho de astillas desde una temperatura alta establecida abajo en el lecho de astillas hasta una temperatura baja establecida en la superficie superior del lecho de astillas, caracterizada porque - una unidad de control (31) está dispuesta de tal modo que detecta por un medio de detección (32) al menos un parámetro operacional que es indicativo del soplado de vapor por el lecho de astillas cuando la baja temperatura en la superficie superior del lecho de astillas excede de un valor umbral, - un medio (10) para la inyección de fluido refrigerante desde una fuente (CS) de fluido refrigerante está dispuesto en la parte de arriba del recipiente de pretratamiento con vapor, - al menos una válvula reguladora (11) está dispuesta en la tubería de conexión entre la fuente (CS) de fluido refrigerante y el medio de inyección (10), y - la unidad de control (31) está dispuesta para abrir la válvula reguladora (11) por medios de activación cuando el parámetro operativo que ha sido detectado indica que está teniendo lugar un soplado

Disposición y método para el pretratamiento continuo con vapor de astillas durante la producción de pasta de celulosa.

Área técnica

La presente invención se refiere a una disposición y un método para pretratamiento continuo con vapor de astillas durante la producción de pasta de celulosa según las introducciones de la reivindicación 1 y la reivindicación 5, respectivamente.

La técnica anterior

En relación con la producción de pasta de celulosa a partir de astillas generalmente se desea pretratar en primer lugar las astillas con vapor de modo que se pueda expulsar el aire. Si esto se lleva a cabo de manera satisfactoria, se facilita la impregnación homogénea de las astillas, y esto da una calidad de la pasta mejor y más uniforme y una menor cantidad de rechazo. También es posible conseguir un mejor tránsito de la columna de astillas a través del digestor continuo si se ha expulsado todo el aire. En ciertos sistemas convencionales más antiguos, se han usado silos de astillas a presión atmosférica, en los que se precalientan las astillas con vapor a fin de expulsar el aire. Con estos sistemas se obtienen volúmenes muy grandes de aire expulsado, y este aire está contaminado con turpentina, metanol y otros gases explosivos. Si se usa el vapor que se ha obtenido de la despresurización de lejías negras, este vapor contiene también grandes cantidades de sulfuros conocidos como "gases TRS" (donde "TRS" es una abreviatura de "azufre reducido total"). Estos sulfuros son muy malolientes. Estos gases TRS contienen, entre otros compuestos, sulfuro de hidrógeno (H₂S), metil mercaptano (CH₃SH), sulfuro de dimetilo (CH₃SCH₃), disulfuro de dimetilo (CH₃SSCH₃), y otros gases que son fuertemente malolientes o explosivos. El sulfuro de hidrógeno y el metil mercaptano se desprenden en una medida importante de la vaporización de lejías negras, y sus puntos de ebullición son -60ºC y + 6ºC, respectivamente. Esto quiere decir que es difícil separarlos de los gases mediante condensación.

Los gases que no se prestan a una eliminación fácil mediante condensación son conocidos como "NCG" (donde "NCG" es una abreviatura de "gas no condensable"). A menudo se usa vapor puro para calentar el silo de astillas a fin de minimizar la liberación de gases TRS, y el vapor de lejías negras se usa en primer lugar en un recipiente de pretratamiento con vapor presurizado que se sitúa después del silo de astillas. Incluso si se usa el vapor de lejías negras únicamente en un recipiente de pretratamiento con vapor presurizado posterior, esos gases TRS pueden escapar hacia atrás al silo de astillas, por ejemplo, durante interrupciones en la operación. Sin embargo, el uso de vapor puro para el pretratamiento con vapor es costoso puesto que se reduce en este caso la cantidad de vapor disponible para producción de electricidad en el molino de pasta.

El vapor se conduce a través del lecho completo de astillas en ciertos sistemas de pretratamiento con vapor, y esto quiere decir que se obtienen grandes volúmenes de gases débiles diluidos que se tienen que manejar en lo que se conoce como "sistemas de gases débiles". Estos sistemas de pretratamiento con vapor se conocen a menudo como sistemas de "soplado", en los que la temperatura en la superficie superior del lecho de astillas, o en la fase gaseosa por encima de las astillas, o en ambas posiciones, es considerablemente más alta que la temperatura ambiente, normalmente alrededor de 60-100ºC. Un inconveniente importante de estos sistemas es que una fracción importante de la energía del vapor que se suministra se expulsa con los gases expulsados. Estos gases se condensan en sistemas de gases débiles con el resultado de que se obtienen grandes cantidades de agua caliente de baja calidad, que a menudo se pasa al sistema de purga, lo que conduce a grandes pérdidas de energía.

La tecnología de la práctica anterior ha identificado que el problema es el de desear que se minimice el escape de gases tóxicos o peligrosos que se desprenden durante el pretratamiento con vapor que usa vapor caliente. Normalmente hay transferencia de gases débiles desde el silo de astillas a un sistema de destrucción, y una transferencia adicional de liberación de gases desde el recipiente de pretratamiento con vapor, siendo considerados a menudo estos últimos gases como gases fuertes. Normalmente, se intenta mantener la concentración de los gases débiles en un valor claramente por debajo de 4% en volumen, y el de los gases fuertes claramente por encima de 40% en volumen.

En silos de astillas conocidos en los que se sopla vapor al lecho de astillas, se generan grandes cantidades de gases, y se requieren sistemas tanto de vapor puro como especiales que puedan tratar con estos gases. Los gases expulsados pueden adquirir fácilmente una composición muy explosiva. No hay riesgo de explosión siempre y cuando la concentración de los gases esté por debajo de aproximadamente 4% en volumen o claramente por encima de 40% en volumen. Por esta razón, se usan tanto sistemas de gases débiles que mantienen una concentración por debajo de 4% en volumen, típicamente 1-2% en volumen, como sistemas de gases fuertes que mantienen una concentración claramente por encima de 40% en volumen. Así, se garantiza en sistemas de gases débiles que la concentración se mantiene claramente por debajo de 4% en volumen, y esto conlleva el transporte de grandes cantidades de aire. Tan pronto como se va a aumentar la cantidad de gases, se tiene que realizar el correspondiente aumento en la cantidad de aire a fin de mantener la concentración por debajo del nivel crítico.

Por ejemplo, si se crea 1 kg/min de NCG mediante pretratamiento con vapor en un silo de astillas, la cantidad de aire tiene que estar alrededor de 50 kg/min a fin de mantener una concentración de aproximadamente 2% en volumen. Si la cantidad de NCG aumentara a 2 ó 3 kg/min, como puede ocurrir en caso de ciertas perturbaciones en el proceso, la cantidad de aire se tiene que aumentar temporalmente a 100 ó 150 kg/min, respectivamente. Esto da como resultado que los sistemas están dimensionados de modo que puedan tratar con el caudal normal, mientras que los gases en exceso que se desprenden durante las interrupciones en la operación se expulsan directamente a la atmósfera a través de conductos de escape.

Una solución adicional para minimizar los volúmenes de gases débiles es controlar el flujo de astillas a través del silo de astillas de modo que se establezca un flujo de émbolo estable a través del silo de astillas, y en la que la adición de vapor al silo de astillas tiene lugar de manera controlada de modo que solamente se calientan a 100ºC las astillas en la parte inferior del silo, mientras que la temperatura en la fase gaseosa por encima del nivel de las astillas que se establece en el silo de pretratamiento con vapor corresponde esencialmente a la temperatura ambiente.

Esta técnica es conocida como control de "techo frío" y se usa en silos de astillas que se comercializan por Metso Paper con el nombre de silos DUALSTEAM®, y que se usan en recipientes de impregnación que se comercializan con el nombre de IMPBIN®. La ventaja principal de estos sistemas es que proporcionan calentamiento de manera eficiente, porque todo el calor suministrado se absorbe en el proceso. Esto está en contraposición con el calentamiento en el que se deja que el vapor salga por la superficie superior del lecho de astillas y en el que hay que condensar el vapor de escape, dando grandes pérdidas de energía. Una ventaja adicional del control de "techo frío" es que no se establece una posición adicional en el proceso en la que tiene lugar la pérdida de turpentinas de las astillas, y por esta razón esencialmente toda la turpentina acompaña a la lejía negra que se saca del proceso de digestión. La presión de esta lejía negra se puede liberar a continuación de manera convencional en un depósito de expansión o en el proceso de evaporación.

Se han desarrollado varias soluciones muy costosas a fin de reducir la explosividad y la toxicidad de los gases. Por ejemplo, los documentos WO 96/32531 y US 6.176.971 describen diferentes sistemas en los que la lejía de digestor que se saca del digestor genera vapor puro desde agua normal. El contenido en TRS de los gases débiles se reduce usando vapor completamente puro para el pretratamiento con vapor de las astillas, puesto que el vapor que se usa está totalmente exento de cualquier contenido en TRS.

Sin embargo, estos sistemas inevitablemente dan origen a pérdida...

1. Una disposición para el pretratamiento continuo con vapor de astillas durante la producción de pasta de celulosa, en la que astillas sin tratar que están a una temperatura que corresponde a la temperatura ambiente se alimentan a un recipiente de pretratamiento con vapor (1) en el que las astillas se han de pretratar con vapor (ST) con el objetivo de precalentar las astillas y expulsar el aire que está contenido en las astillas, en la que el recipiente de pretratamiento con vapor tiene una entrada de astillas en la parte de arriba y una salida en el fondo, y en la que se añade vapor al lecho de astillas que se ha establecido en el recipiente de pretratamiento con vapor a través de un medio de generación de vapor de modo que se establece un gradiente de temperatura en el lecho de astillas desde una temperatura alta establecida abajo en el lecho de astillas hasta una temperatura baja establecida en la superficie superior del lecho de astillas, caracterizada porque

- una unidad de control (31) está dispuesta de tal modo que detecta por un medio de detección (32) al menos un parámetro operacional que es indicativo del soplado de vapor por el lecho de astillas cuando la baja temperatura en la superficie superior del lecho de astillas excede de un valor umbral,

- un medio (10) para la inyección de fluido refrigerante desde una fuente (CS) de fluido refrigerante está dispuesto en la parte de arriba del recipiente de pretratamiento con vapor,

- al menos una válvula reguladora (11) está dispuesta en la tubería de conexión entre la fuente (CS) de fluido refrigerante y el medio de inyección (10), y

- la unidad de control (31) está dispuesta para abrir la válvula reguladora (11) por medios de activación cuando el parámetro operativo que ha sido detectado indica que está teniendo lugar un soplado.

2. La disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque al menos una boquilla distribuidora (10) está dispuesta en una salida del medio de inyección.

3. La disposición según la reivindicación 2, caracterizada porque la boquilla distribuidora (10) es una boquilla distribuidora de alta presión que distribuye una niebla finamente dividida de fluido de refrigeración en la parte de arriba del recipiente de pretratamiento con vapor.

4. La disposición según la reivindicación 3, caracterizada porque un cierto número de boquillas distribuidoras están dispuestas en la parte de arriba del recipiente de pretratamiento con vapor, y porque están situadas de tal modo que cubren la sección trasversal completa del flujo del recipiente de pretratamiento con vapor durante la inyección de fluido refrigerante.

5. Un método para el pretratamiento continuo con vapor de astillas durante la producción de pasta de celulosa, en el que astillas sin tratar que están a una temperatura que corresponde a la temperatura ambiente se alimentan a un recipiente de pretratamiento con vapor (1) en el que las astillas se han de pretratar con vapor con el objetivo de precalentar las astillas y expulsar el aire que está contenido en las astillas, en el que el recipiente de pretratamiento con vapor tiene una entrada de astillas en la parte de arriba y una salida en el fondo, y en el que se añade vapor (ST) al lecho de astillas que se ha establecido en el recipiente de pretratamiento con vapor a través de un medio de generación de vapor de tal modo que se establece un gradiente de temperatura en el lecho de astillas desde una temperatura alta establecida abajo en el lecho de astillas hasta una temperatura baja establecida en la superficie superior del lecho de astillas, caracterizado porque, cuando la condición operacional indica un riesgo de iniciación de soplado de vapor por el lecho de astillas, se inyecta un liquido refrigerante en la parte de arriba del recipiente de pretratamiento con vapor.

6. El método según la reivindicación 5, caracterizado porque el proceso de inyección se activa cuando la temperatura en la superficie superior del lecho de astillas excede de un valor umbral.

7. El método según la reivindicación 5, caracterizado porque el proceso de inyección se activa cuando el flujo de astillas de entrada o de salida del recipiente de pretratamiento con vapor cae por debajo de un valor umbral.

8. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 5-7, caracterizado porque, como fluido refrigerante, se usa agua o fluidos de proceso fríos del proceso de producción para la pasta de celulosa.

9. El método según la reivindicación 8, caracterizado porque la cantidad de fluido refrigerante que se inyecta se controla para que sea proporcional al riesgo de soplado.

10. El método según la reivindicación 9, caracterizado porque la cantidad de fluido refrigerante que se inyecta se controla activando un número diferente de boquillas de inyección o por modulación de la amplitud de pulso, o por ambos métodos.