(57)【要約】      （修正有）【課題】連続蒸解装置のチップ浸透層の加熱方法を提供する。【解決手段】セルロース材を受容する上部入口を含む槽容器、槽容器の排出部からセルロース材を排出する下部排出ポート、槽のセルロース材の流れを通過させる槽内部の先細り区域２２、槽の内壁と前記先細り区域との間に位置し、槽中のセルロース材に対する下部開口部と槽中のセルロース材の流れからは遮断されている上部とを有する空洞部３４、および槽中に位置して空洞部に開口しており、槽中のセルロース材に添加される高温液の給源に接続可能となっている入口ポートを備える浸透槽１０。【選択図】図１
2009024322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロース材を受容する上部入口を含む槽容器、
槽容器の排出部からセルロース材を排出する下部排出ポート、
槽のセルロース材の流れを通過させる槽内部の先細り区域、
槽の内壁と前記先細り区域の間に位置し、槽中のセルロース材に対する下部開口部と槽中のセルロース材の流れからは遮断されている上部とを有する空洞部、および
槽中に位置して空洞部に開口しており、槽中のセルロース材に添加される高温液の給源に接続可能となっている入口ポートを備えることを特徴とする浸透槽。
【請求項２】
請求項１に記載の浸透槽において、前記先細り区域が、槽内で単一の方向に先細りとなることを特徴とする浸透槽。
【請求項３】
請求項１に記載の浸透槽において、前記先細り区域が、槽内で直交方向に先細りとなることを特徴とする浸透槽。
【請求項４】
請求項１に記載の浸透槽において、前記先細り区域が、槽内壁に接合された上部域と同内壁から半径方向内側に配置された下部域とを有するテーパー状の壁を備え、前記空洞部が、槽内壁と先細り区域のテーパー状の壁との間に位置することを特徴とする浸透槽。
【請求項５】
請求項１に記載の浸透槽において、前記先細り区域と空洞部とが、槽の液レベルの下に位置することを特徴とする浸透槽。
【請求項６】
請求項１に記載の浸透槽において、高温液の前記給源が高温液を浸透槽から排出されるセルロース材の排出温度より高い温度で供給することを特徴とする浸透槽。
【請求項７】
請求項１に記載の浸透槽において、高温液の前記給源が高温液を少なくとも摂氏１２０°の温度で供給することを特徴とする浸透槽。
【請求項８】
セルロース材を受容する上部入口を含む槽容器、
槽容器の排出部からセルロース材を排出する下部排出ポート、
槽のセルロース材の流れを通過させる槽内部の一次元先細り区域、
槽の内壁と先細り区域との間にあり、槽中のセルロース材に対する下部開口部と槽中のセルロース材の流れからは遮断されている上部とを有する空洞部、および
槽中に位置して空洞部に開口しており、槽中のセルロース材に添加される高温液の給源に接続可能となっており、高温液が槽中のセルロース材の平均温度より高い温度で前記空洞部に添加される入口ポートを備えることを特徴とする浸透槽。
【請求項９】
請求項８に記載の浸透槽において、前記一次元先細り区域が、槽内壁に接合された上部域と同内壁から半径方向内側に配置された下部域とを有するテーパー状の壁を備え、前記空洞部が、槽内壁と先細り区域のテーパー状の壁との間に位置することを特徴とする浸透槽。
【請求項１０】
請求項８に記載の浸透槽において、前記先細り区域と空洞部とが、槽の液レベルの下に位置することを特徴とする浸透槽。
【請求項１１】
請求項８に記載の浸透槽において、高温液の前記給源が高温液を槽から排出されるセルロース材の排出温度より高い温度で供給することを特徴とする浸透槽。
【請求項１２】
請求項８に記載の浸透槽において、高温液の前記給源が高温液を少なくとも摂氏１２０°の温度で供給することを特徴とする浸透槽。
【請求項１３】
内部先細り区域を備える浸透槽でセルロース材を加熱する方法において、
浸透槽の上部入口ポートにセルロース材を導入するステップ、
加熱された液を槽に添加し、槽の上部に液レベルを形成するステップ、
セルロース材が槽中を流下するとき前記加熱された液でセルロース材を加熱するステップ、
液レベルの下で内部先細り区域を通過する槽中のセルロース材の流れを検出するステップ、
槽中であって先細り区域の背後の空洞部に高温液を導入し、前記高温液が加熱される液の温度より高い温度で空洞部に導入されるステップ、
内部先細り区域下流のセルロース材の流れに空洞からの高温液を添加するステップ、
内部先細り区域下流のセルロース材の流れを前記高温液で加熱するステップ、および
空洞部と内部先細り区域との下の槽下部に位置する排出ポートからセルロース材を排出するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、前記セルロース材が連続的に槽に導入され、連続的に槽から排出されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法において、前記先細り区域が槽内で単一方向に先細りとなることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法において、前記先細り区域が、槽内壁に接合された上部域と同内壁から半径方向内側に配置された下部域と有するテーパー状の壁を備え、前記空洞部が、槽の内壁と先細り区域のテーパー状の壁との間に位置し、空洞部に添加される高温液が、テーパー状壁で遮断されることを特徴とする浸透槽。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法において、前記先細り区域が直交方向に先細りとなり、流れが先細り区域から円形排出口の方に漏斗形状に狭まることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の方法において、前記高温液が、槽から排出されるセルロース材の排出温度より高い温度で空洞部に添加されることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の方法において、前記高温液が、空洞部に添加されるとき、少なくとも摂氏１２０°の温度にあることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１３に記載の方法において、前記排出されたセルロース材を蒸解槽に移送するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、前記高温液が、蒸解槽から抽出された高温の黒液を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法において、前記高温液が、蒸解槽の下部域から抽出された高温の黒液を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１３に記載の方法において、前記導入されるセルロース材をチップビンから供給するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルロース材（例えば、木材チップおよび一年草やバガスなどの非木材原料）を連続蒸解（これに限定されるものではないが、例えば、クラフトまたはソーダ蒸解プロセス）して、パルプを製造するために使用される浸透槽に関する。特に、本発明は、浸透槽中のセルロース材に熱を供給するために、高温液、例えば、薬液またはスチームを供給する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
浸透槽は、セルロース材が、例えば、蒸解槽に供給される前にセルロース材を前処理するためのものである。浸透槽では、セルロース材は、薬液および／またはスチームに浸漬され、セルロース材は加熱される。浸透槽に好適な従来の槽の例は、米国特許第４，７４６，４００号明細書に開示されており、この明細書は、底部スクレーパーを備えるとともにセルロース材を槽から排出するためにスクレーパーの下の高温の液体注入部を有する槽を開示している。また米国特許第５，５００，０８３号と第５，６２８，８７３号の各明細書は、サイドレリーフ型装置に一次元と二次元の先細り区域を備える底部を有する槽が開示され、これらの槽は、現在、米ニューヨーク州グレンフォールズ（Glenn Falls）のアンドリッツ社（Andritz,Inc.）からダイヤモンドバック（Diamondback）（登録商標）チップビン（Chip Bin）として販売されている。
【０００３】
セルロース材は、浸透槽から蒸解槽に流れる。蒸解槽は、一般に、浸透槽よりも高い温度で操作される。熱は、蒸解槽でセルロース材に供給される。セルロース材の加熱は浸透槽でもある程度は行われるが、浸透槽のセルロース材は、後で蒸解槽において加熱されるのが従来的である。
【０００４】
浸透槽でセルロース材の温度を上昇させれば、蒸解槽でセルロース材に供給するに必要な熱量を減少可能である。高温の薬液を浸透槽の下流部分に添加すると、添加された高温の薬液は、浸透槽を上向きに流れる高温の液体の流れを形成する可能性がある。そのような流れは、浸透槽を下向きに流れるセルロース材の所望の均一処理を乱す恐れがある。従って、高温液を浸透槽に添加することは、従来技術ではない。
【発明の開示】
【０００５】
本発明により提供される浸透槽は、
セルロース材を受容する上部入口を含む槽容器、
槽容器の排出部からセルロース材を排出する下部排出ポート、
槽のセルロース材の流れを通過させる槽内部の先細り区域、
槽の内壁と前記先細り区域との間にあり、槽中のセルロース材に対する下部開口部と槽中のセルロース材の流れからは遮断されている上部とを有する空洞部、および
槽中に位置して空洞部に開口しており、槽中のセルロース材に添加される高温液の給源に接続可能となっている入口ポートを備える。
【０００６】
先細り区域は、浸透槽内で単一方向のみに先細りとなし得る。また、この先細り区域は、槽の内壁に接合された上部区域と内壁から半径方向内側に配置された下部区域とを備えるテーパー状の壁を備え得る。空洞部は、槽の内壁と先細り区域のテーパー状の壁との間に位置する。空洞部は、槽の液レベルの下に位置し、槽を三等分した中央の部分の高さに配置し得る。高温液の給源は、例えば、少なくとも摂氏１２０°の温度であって、浸透槽から排出されるセルロース材の排出温度より高い温度で液を供給し得る。
【０００７】
本発明により提供される他の浸透槽は、
セルロース材を受容するための上部入口を含む槽容器、
槽容器の排出部からセルロース材を排出する下部排出ポート、
槽のセルロース材の流れを通過させる槽内部の一次元先細り区域、
槽の内壁と先細り区域との間にあり、槽中のセルロース材に対する下部開口部と槽中のセルロース材からは遮断されている上部とを有する空洞部、および
槽中に位置して空洞部に開口しており、槽中のセルロース材に添加される高温液の給源に接続可能となっており、前記高温液が槽中のセルロース材の平均温度より高い温度で空洞部に供給される入口ポートを備える。
【０００８】
本発明によれば、内部先細り区域を備える浸透槽でセルロース材を加熱する方法が提供される。この方法は、
浸透槽の上部入口ポートにセルロース材を導入するステップ、
高温液を槽に添加し、槽の上部に液レベルを形成するステップ、
セルロース材が槽中を流下するとき前記加熱された液でセルロース材を加熱するステップ、
槽の液レベルの下で内部先細り区域を通じてセルロース材の流れを漏斗形状に狭めて流下させるステップ、
高温液を、槽の先細り区域背後の空洞部に、加熱される液の温度より高い温度で導入するステップ、
空洞部からの高温液を内部先細区域の下流のセルロース材に添加するステップ、
内部先細り区域の下流のセルロース材の流れを高温液で加熱し、空洞部と内部先細り区域の下の槽の下部の排出ポートからセルロース材を排出するステップ
から構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本明細書でチップと称されるセルロース材の前処理のための浸透槽１０の概略図である。槽は、１００フィート（３０メートル）以上の高さと、７０インチ（２メートル）以上の直径を有する金属製円筒から成り、日量７００メートルトン（７００ｍｔｐｄ）のパルプを処理し得る。チップは、浸透槽に連続的かつ同時的に流入・通過・流出し得る。浸透槽１０から排出の前処理されたチップは、連続蒸解槽４６の上部入口に流入し得る。
【００１０】
チップは、チップ給源１２から浸透槽１０に供給されるが、チップ源１２は、チップビンでも予備的スチーム処理槽でもあるいは単にチップの保持箇所（例えば、チップビンが全く使用されない場合）でもよい。浸透槽１０は、上部チップ入口１４を備え、チップ入口１４は、チップを受容し、場合により液を含むスラリーの形でチップを受容する。浸透槽内では、チップレベル１６と液レベル１８が形成され、チップレベルは、液レベルの上にあるのが普通である。槽中の液レベル１８は、加熱液体及び／又は上記の給源１９からのチップ加熱用フラッシュ用液体（白液又は黒液）及び／又はスチームを添加することにより形成される。槽の液レベル１８の上に位置するガス空間部２０は、温度は摂氏約１００度（℃）で、圧力は大気圧に維持するのが好ましい。加熱された液体及び／又はスチームは、浸透槽１０のガス空間部分２０に直接流入する。
【００１１】
一次元先細り区域２２は、槽の液レベル１８の下の液領域２４に形成される。好ましくは、先細り区域２２は、チップを底部排出口２７の方向に移動させるために、槽の下半分部で、かつ底部回転スクレーパー２５又は他の装置の上に位置する。例えば、先細り区域２２は、槽を三等分した中央の部分の高さに位置し、好ましくは、槽の中央の高さより下で、かつ槽を三等分した下の部分の高さより上に位置する。
【００１２】
一次元先細り区域２２は、実質的に円形断面のオープン頂部２８と実質的に長方形断面のオープン底部３０とを有する中空の遷移域２６として具現化し得る。先細り区域２２は、遷移域２６を備えるが、この遷移域２６は、非垂直の次第にテーパー状に先細りとなる二枚の相対する側壁２９を備え、側壁２９は、垂直に対してある角度、一般に約２０°〜３５°、好ましくは２５°〜３０°の角度を成し得る。側壁２９は、槽を横断して真っ直ぐに延び得る。側壁は、槽１０の軸に直角な方向では真っ直ぐで、軸と平行な方向で、かつ遷移域２６に沿った方向ではテーパー状（連続的または区分的に）とし得る。
【００１３】
側壁２９の相対する側端部は、槽内壁３２に接合し得る。遷移域２６のオープン頂部２８は、槽内壁３２に対応するように曲面状とし、槽内壁３２に溶接し、槽と先細り区域２２との間では流体が完全に漏れないようにし得る。チップ槽に用いられる一次元先細り区域構造は、米国特許第５，５００，０８３号と第５，６２８，８７３号の明細書に開示されている。サポート板またはリブ３１は、槽壁３２から遷移域のテーパー状壁２７に延び、槽内の先細り区域をサポートし得る。
【００１４】
図２は、浸透槽１０の頂部から下を見た断面図で、先細り区域２２の形状を示す図である。先細り区域の相対する二枚の側壁２９は、テーパー状となっており、上部テーパー状側壁部５０、真っ直ぐな垂直側壁部５２および下部テーパー状側壁部５４を備え得る。図２は、先細り区域の一次元特性を示すもので、遷移域の底部は、一つの方向では頂部２８より狭く、これに直角な方向では頂部２８と同程度に広くなっている。
【００１５】
遷移域の一次元先細り区域２２は、チップが槽を通過し、さらに遷移域を通過する下方の流れを促進する。先細り区域があると、槽内のチップの流量調節が行われ、槽１０におけるチップの保持時間が適正に維持される。さらに、一次元の先細り区域２２は、二次元で先細りとなる円錐形先細り区域に比較して遷移域でチップが閉塞したりブリッジ現象を起こしたりする程度が少ない。
【００１６】
空洞部３４が、槽内壁３４と遷移域２６の側壁（複数を含む）２９との間に形成される。空洞部３４は、遷移域２６の側壁２９の背後にあって槽に存在する遮断された領域である。空洞部３４は、槽内のチップの下方流れからは側壁で遮断されている。空洞部はテーパー状遷移域側壁２９の下に位置するので、この側壁は、熱の流れが空洞部から上方に、さらに遷移域２６の上方に移動するのを防止する。槽には２個の空洞部が、槽の相対する側に存在し、１個の空洞部が先細り区域２２の二枚の側壁２９各々の背後に存在する。
【００１７】
空洞部３４は、追加の高温液、例えば、黒液や白液を、槽１０の上部領域での液のフラッシュを起すことなく、添加し得る領域を提供する。高温液は、空洞部３４に入り、遷移域の出口３０の下から空洞部に上向きに流入するチップと混合する。高温液によって形成された熱の流れが槽を上方に移動することはできない。空洞部は、遷移域のテーパー状側壁２９で蓋をかけられているからである。
【００１８】
高温液４２（図１）の給源からパイプ４０経由で高温液が空洞部３４に送られる。この液４２の給源となり得るのは、蒸解槽４６の過剰の高温液であるが、特に蒸解槽４６の下部から取り出される高温の洗浄液である。十分な過剰黒液が得られない場合は、低圧スチーム４８を使用して、パイプ４０経由で空洞部３４にポンプ輸送される液４２を加熱し得る。さらに、十分な熱量を有する他の液も、空洞部３４に導入し得る。
【００１９】
空洞部３４に供給される液の温度は、槽の気相空間域２０の温度より高く、例えば、摂氏１２０°の温度に維持し得る。従って、気相空間域２０に流入させるようなことがあれば、この加熱された液および／またはスチームは、フラッシュする可能性がある。高温液を空洞部に導入することにより、側壁２９が液の上向き流れを防止することができる。
【００２０】
液源からの高温液４２、好ましくは、黒液または白液は、空洞部３４に、好ましくは遷移域２６の出口３０より上の高さの位置に導入される。液を空洞部に導入しても、槽中を流下するチップの流れが乱されることはない。何故ならば、チップは、先細り区域２２から漏斗形状に狭まって、空洞部３４からは離れて流下するからである。空洞部３４があると、高温液４２が比較的静かな、例えば、殆ど停滞したような流れで槽の中に流入される。この空洞部から、高温液は、遷移域の排出口３０から排出されるチップの流れに静かに拡散する。
【００２１】
空洞部３４に添加される液４２は、槽１０のチップの平均温度および排出口３８を出るチップの温度よりも高い温度を有しているのが好ましい。添加された液４２は、浸透槽１０中のチップを加熱する。この加熱は、チップが浸透槽よりも高温で通常操作される蒸解槽４６に輸送される上で好ましい。
【００２２】
空洞部３４に高温液４２を導入しても、従来の排出装置２５、例えば、スクレーパーや他の機械装置の邪魔になることはない。スクレーパーや他の機械装置は、弁システムを含み、槽の排出口３８からチップを移動させるのに役立つものである。
【００２３】
空洞部３４は、液４２がチャネリングを起こすことなく、槽１０に流入し、熱の流れが生起して槽内のチップ中を上昇することを可能にする。高温液４２を空洞部３４に添加することで得られる別の利点は、このことで、パルプ工場で入手可能な過剰の高温液が効率的に利用されることである。これらの液としては、摂氏１００°以上の温度の液を利用し得る。
【００２４】
側壁を備える先細り区域２２を使用しないで浸透槽１０に高温の過剰液を添加すると、熱の流れとともにチャネリング（チップの均質性と均一性が損なわれている領域）が生じ得る。高温液を、槽の入口から浸透槽を流れるチップの流れに直接添加すると、チップの流れ中に熱の流れが生起し、それが原因でチップカラムに熱の上昇流が生じ、その結果チップの加熱が非効率になる恐れがある。
【００２５】
空洞部３４に液を添加すると、高温液が、空洞部内の他の液と混合し、出口３０から遷移域に排出するチップの流れに対して広範域に拡散することが可能となる。さらに、槽の側壁に入り、槽内のチップの流れに直接入る高温液は、浸透槽を通過するチップの均一な動きと処理を妨害する恐れが生じる。ところが、高温液を空洞部３４に導入すれば、チップの流れに高温液の流れが生じることが回避され、槽中を流れるチップの均一な動きと処理が乱されるリスクが最小限に抑えられる。
【００２６】
図３は、直交方向先細り区域５２を備える浸透槽５０の部分の概略側面図である。図４は、直交方向先細り区域５２を備える浸透槽５０の頂部から下を見た断面図である。この直交方向先細り区域は、槽内の流路を２つの直交方向に狭める遷移域５４を備える。流路は、遷移域５４の頂部における槽全体断面積から先細り区域の出口５６における円形の小断面積までに狭まる。遷移域５４は、ダイヤモンド形状のサイドパネル５８と、これらを連結する曲面状サイドパネル６０とを備えるのが好ましい。高温液、例えば、高温の薬液および／またはスチーム６４を導入し得る高温液入口６２は、槽５０の内壁６８と先細り区域５２のサイドパネル５８、６０の外表面との間の円環状空洞部６６に配置される。この空洞部により、槽を通って下方に流れるチップと液の直接的流路の外に存在する浸透領域が提供される。チップと液とは、先細り区域５２の出口５４から流出するにつれて、空洞部から流下する高温液の流れと混合する。この高温液により、チップが槽５０内をさらに流下し、排出装置、例えば、スクレーパーに至り、最後に槽の出口７２に達するときに、チップが加熱される。
【００２７】
以上、本発明は、現在最も実用的で、好ましい態様であると考えられるものに関して記載されたけれども、本発明は、開示された態様に限定されることなく、むしろ反対に、特許請求の範囲に含まれる多岐にわたる修正ないし均等技術も包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一方向の先細り区域を備える浸透槽の概略側面図である。
【図２】一方向の先細り区域を備える浸透槽の頂部から下を見たときの断面図である。
【図３】直交方向の先細り区域を備える浸透槽の概略側面図である。
【図４】直交方向の先細り区域を備える浸透槽の頂部から下を見たときの断面図である。
【図１】
2009024322.tif 000003
【図２】
2009024322.tif 000004
【図３】
2009024322.tif 000005
【図４】
2009024322.tif 000006
【外国語明細書】
【Title of Invention】
IMPREGNATION VESSEL WITH CONVERGENCE SIDE RELIEF AND METHOD FOR HEAT INJECTION AT CONVERGENCE
【Technical Field】
This invention relates to an impregnation vessel used with continuous cooking (such as but not limited to Kraft or soda cooking processes) of cellulosic material (such as wood chips and non-wood materials such as annuals, bagasse, etc.) to produce pulp. In particular, the invention relates the addition of a hot liquid, e.g., liquor or steam, to add heat to the cellulosic material in an impregnation vessel.
【Background Art】
Impregnation vessels pretreat cellulosic material before the material is fed to, for example, a digester vessel.  While in the impregnation vessel, the cellulosic material is immersed in liquor and/or steam to heat the material.  Examples of conventional vessels suitable for impregnation vessels are shown in U.S. Patent No. 4,746,400, which discloses a vessel having a bottom scraper and hot liquid injection below the scraper to flush cellulosic material out from the vessel, and  U.S. Patent No. 5,500,083 and 5,628,873, which disclose vessels having a bottom section having a one-dimensional and two-dimensional convergences with a side relief device, currently marketed as the Diamondback(R)  Chip Bin by Andritz, Inc. of Glenn Falls, New York, USA.
Cellulosic material flows from an impregnation vessel to a digester vessel that generally operates at a higher temperature than does the impregnation vessel. Heat is added to the cellulosic material in the digester. While some heating of cellulosic material occurs in the impregnation vessel, the material in the impregnation vessel is conventionally heated in the digester vessel. 
Increasing the temperature of the cellulosic material in an impregnation vessel could reduce the heat needed to be added to the material in the digester vessel.  If hot liquid is added to a downstream portion of an impregnation vessel, the added hot liquor may form currents of hot liquid flowing up through the impregnation vessel.  Such currents could disrupt the desired uniform treatment of the cellulosic material flowing down through the vessel.  Accordingly, adding a heated liquid to the impregnation vessel is not conventional.
【Disclosure of Invention】
An impregnation vessel has been developed that includes: a vessel container including an upper inlet to receive cellulosic material; a lower discharge port to discharge the cellulosic material from a discharge section of the vessel container; a convergence section internal to the vessel through which passes a flow of the cellulosic material in the vessel; a cavity between an internal wall of the vessel and the convergence section, wherein the cavity has a lower opening to the cellulosic material in the vessel and an upper section shielded from the flow of cellulosic material in the vessel, and an input port in the vessel and opening to the cavity, wherein the input port is connectable to a source of hot liquid to be added to the cellulosic material in the vessel.
The convergence section may converge in only a single direction within the impregnation vessel and include a tapered wall having an upper section sealed to the internal wall of the vessel and a lower section positioned radially inward of the internal wall, wherein the cavity is between the internal wall of the vessel and the tapered wall of the convergence section. The cavity may be  below a liquid level in the vessel and arranged in the middle third elevation of the vessel.  The source of hot liquid may supply hot liquid at a temperature, e.g., at least 120 degrees Celsius, above a discharge temperature of the cellulosic material from the impregnation vessel.
An impregnation vessel has been developed comprising: a vessel container including an upper inlet to receive cellulosic material; a lower discharge port to discharge the cellulosic material from a discharge section of the vessel container; a one-dimensional convergence section internal to the vessel through which passes a flow of the cellulosic material in the vessel; a cavity between an internal wall of the vessel and the convergence section, wherein the cavity has a lower opening to the cellulosic material in the vessel and an upper section shielded from the flow of cellulosic material in the vessel, and an input port in the vessel and opening to the cavity, wherein the input port is connectable to a source of hot liquid to be added to the cellulosic material in the vessel and the hot liquid is added to the cavity at a temperature above an average temperature of the cellulosic material in the vessel.
A method has been developed for heating cellulosic material in an impregnation vessel having an internal convergence, the method comprising: introducing cellulosic material to an upper inlet port in the impregnation vessel; adding a heated liquid to the vessel and forming a liquid level in a upper section of the vessel; heating the cellulosic material with the heated liquid as the cellulosic material flows downward through the vessel; funneling the flow of the cellulosic material below the liquid level and in the vessel through the internal convergence; introducing a hot liquid to a cavity in the vessel and behind the convergence, wherein the hot liquid is introduced to the cavity at a temperature above a temperature of the heated liquid; adding the hot liquid from the cavity to the flow of cellulosic material downstream of the internal convergence; heating the flow of cellulosic material downstream of the internal convergence with the hot liquid, and discharging the cellulosic material from a discharge port in a lower section of the vessel below the cavity and internal convergence.
【Best Modes for Invention】
FIGURE 1 is a schematic diagram of an impregnation vessel 10 for pretreatment of cellulosic material, referred to herein as chips.  The vessel may be a metallic cylinder having a height of 100 feet (30 meters) or more, a diameter of 70 inches (2 meters) or more, and may process 700 metric tons per day (700 mtpd) of pulp. The chips may flow continuously and simultaneously into, through and out of the impregnation vessel.  The pretreated chips from the impregnation vessel 10 may flow to an upper inlet of a continuous digester vessel 46.
Chips may be supplied to the impregnation vessel 10 from a chip source 12 which may be a chip bin or a presteaming vessel or merely a holding location for the chips (such as if no chip bin is used). The impregnation vessel has an upper chip inlet 14 that receives the chips and optionally may receive the chips in a slurry that includes liquor. Within the impregnation vessel, a chip level 16 and a liquid level 18 are formed, where the chip level is likely to be above the liquid level. The liquid level 18 in the vessel may be formed by the addition of flashing liquor (such as white or black liquor) and/or steam with the purpose of heating the chips from a source 19 of heated liquid and/or steam.  The gaseous volume 20 of the vessel above the liquid level 18 is preferably maintained at a temperature of about 100 degrees Celsius (oC) and at atmospheric pressure.  The heated liquid and/or steam may flow directly into the gaseous volume 20 of the impregnation vessel 10.
A one dimensional convergence 22 is formed in the vessel in a liquid section 24 of the vessel below the liquid level 18.  Preferably, the convergence 22 is in the bottom half of the vessel and above the bottom rotating scraper 25 or other device to move chips into the bottom discharge outlet 27. For example, the convergence 22 may be in the middle third elevation of the vessel and, preferably is below mid-elevation of the vessel and above the lower third elevation of the vessel.
The one dimensional convergence 22 may be embodied as a hollow transition section 26 having a substantially circular cross-section open top 28 and a substantially rectangular cross-section open bottom 30. The convergence 22 includes a transition section 26 having opposite non-vertical gradually tapering sidewalls 29 that may form an angle with respect to the vertical, typically of about 20 to 35 degrees, and preferably 25 to 30 degrees. The sidewalls 29 may extend straight across the vessel.  The walls may be straight in a direction perpendicular to an axis of the vessel 10 and tapered (continuously or in segments) in a direction parallel to the axis and along the transition section 26. 
Opposite side edges of the sidewalls 29 may attach to the interior walls vessel 32. The open top 28 of the transition section 26 may be curved to conform to the vessel wall 32 and welded to the vessel wall to provide a continuous fluid-tight seal between the vessel and the convergence 22. One dimensional convergence structures for chip vessels are disclosed in U.S. Patent 5,500,083 and 5,628,873. Support braces or ribs 31 may extend from the vessel wall 32 and to the tapered walls 27 of the transition section to support the convergence within the vessel.
FIGURE 2 is a top down, cross-sectional diagram of the impregnation vessel 10 to show the convergence 22.  The opposing sidewalls 29 of the convergence are tapered and may include an upper tapered sidewall section 50, a straight vertical sidewall section 52, and a lower tapered sidewall section 54. Figure 2 shows the one dimensional nature of the convergence in that the bottom of the transition section is narrower than the top 28 in one direction and is as wide as the top 28 in a perpendicular direction.
The one dimensional convergence 22 of the transition section promotes flow of chips down through the vessel and through the transition section 26.  The convergence may provide flow rate regulation of the chips in the vessel and promote adequate retention time of the chips in the vessel 10.  Further, the one dimensional convergence 22 is less susceptible to chips clogging or bridging in the transition section than are conical convergence sections which converge in two-dimensions.
A cavity 34 is formed between the inside vessel wall 34 and the sidewall(s) 29 of the transition section 26.  The cavity 34 is a shielded region in the vessel behind the sidewall 29 of the transition section 26.  The cavity 34 is shielded by the sidewall from the downward flow of chips in the vessel.  Because the cavity is below the tapered transition sidewall 29, the wall prevents heat currents flowing upward from the cavity and above the transition section 26.  There may be two cavities 34 in the vessel on opposite sides of vessel, wherein one cavity is behind each of two sidewalls 29 of the convergence 22.
The cavity 34 provides a region into which additional hot liquid, such as black liquor or white liquor, can be added without the liquid flashing in the upper regions of the vessel 10.  The hot liquid enters the cavity 34 and mixes with the liquids and chips that flow up into the cavity from below the outlet 30 of the transition section.  Heat currents formed by the hot liquid cannot flow upward through the vessel because the cavity is capped by the tapered sidewall 29 of the transition section.
A source of hot liquor 42 (Fig. 1) feeds a pipe 40 that conveys the hot liquor to the cavity 34. The liquor source 42 may be excess hot liquor from the digester vessel 46, and specifically hot wash liquor extracted from a lower section of a digester vessel 46.  If sufficient excess black liquor is not available, low pressure steam 48 may be used to heat the liquor 42 pumped through pipe 40 to the cavity 34. Additionally, other liquids having sufficient heat can be introduced into the cavity 34.
The temperature of the liquor fed to the cavity 34 may be maintained at a temperature, such as 120 degrees Celsius, which may be higher than the temperature in the vapor area 20 of the vessel.  If allowed to flow into the vapor area 20, the heated liquid and/or steam may flash.  Introducing the hot liquid in the cavity allows the sidewalls 29 to block any upward flow of the liquid.
The hot liquid from the liquid source 42, which is preferably black or white liquor, is introduced into the cavity 34 and preferably at an elevation above the outlet 30 of the transition section 26. Introduction of liquor into the cavity does not disrupt the flow of chips down through the vessel, because the chips are funneled through the convergence 22 and away from the cavity 34.  The cavity 34 allows the liquid 42 to enter the vessel in the relatively quite, e.g., stagnant, flow of the cavity. From the cavity, the hot liquid diffuses into the chip flow being discharged 30 from the transition section.
The liquor 42 added to the cavity 34 preferably has a temperature above the average temperature of the chips in the vessel 10, and the temperature of the chips passing through the discharge outlet 38.  The added liquor 42 heats the chips in the impregnation vessel 10. The heating is desirable for chips to be conveyed to a digester vessel 46 that typically operates at a higher temperature than the impregnation vessel.
The introduction of hot liquid 42 in the cavity 34 does not interfere with a conventional discharge devices 25, such as a scraper or other mechanical devices which may include a sluice system, to assist in the movement of the chips through the discharge 38 of the vessel.
The cavity 34 allows liquid 42 to flow into the vessel 10 without causing channeling or heat currents to form and rise through the chips in the vessel. Another advantage of adding hot liquid 42 to the cavity 34 is that it makes efficient use of excess hot liquid available in a pulp plant, which may include liquids at temperatures above 100 degrees Celsius.
If the hot excess liquid were added to the impregnation vessel 10 without the use of a convergence 22 with a sidewall, channeling (areas where there is a disruption in the homogeneity and uniformity of the chips) could occur as would heat currents.  To add hot liquids from an inlet of the vessel directly to the chip flow through the impregnation vessel may cause heat currents in the chip flow that, in turn, may produce heat risers through the chip column and result is less efficient heating of the chips. 
The addition of the liquid into the cavity 34 allows the hot liquid to mix with other liquids in the cavity and diffuse over a wide area to the chip flow exiting the outlet 30 to the transition section. Further, a stream of hot liquid entering a sidewall of the vessel and directly entering the chip stream in the vessel could disrupt the uniform movement and treatment of the chips through the impregnation vessel. Introducing hot liquid in the cavity 34 avoids creating a hot liquid stream in the chip flow and minimizes the risk of disrupting the uniform movement and treatment of chips through the vessel.
FIGURE 3 is a schematic side view diagram of a portion of an impregnation vessel 50 with orthogonal direction convergence 52.  FIGURE 4 is a top down, cross-sectional diagram of the impregnation vessel 50 having a orthogonal direction convergence 52. The orthogonal direction convergence has a transition section 54 that reduces the flow path through the vessel in two orthogonal directions.  The flow path reduces from the cross-sectional area of the entire vessel at the top of the transition section 54 to a smaller circular cross-sectional area of the output 56 of the convergence. Preferably, the transition section 54 includes diamond shaped side-panels 58 that are joined by curved side panels 60. A hot liquid inlet 62 to allow hot liquid, e.g., hot liquor and/or steam 64, is arranged in the annular cavity 66 between the inner sidewalls 68 of the vessel 50 and the outer surfaces of the side-panels 58, 60 of the convergence 52. The cavity provides a region of the impregnation that is out of the direct flow path of the chip and liquid flowing downward through the vessel.  As they flow from the outlet 54 of the convergence 52, the  chips and liquid mix with the hot liquid flowing down from the cavity. The hot liquid heats the chips as the chips flow further down in the vessel 50 to a discharge device 70, such as a scraper, and to the outlet 72 of the vessel.
While the invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not to be limited to the disclosed embodiment, but on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.
【Brief description of the drawing】
FIGURE 1 is a schematic side view diagram of an impregnation vessel with a single direction convergence.
FIGURE 2 is a top down, cross-sectional diagram of the impregnation vessel having a single direction convergence.
FIGURE 3 is a schematic side view diagram of an impregnation vessel with orthogonal direction convergence.
FIGURE 4 is a top down, cross-sectional diagram of the impregnation vessel having a orthogonal direction convergence.
1.    An impregnation vessel comprising:
a vessel container including an upper inlet to receive cellulosic material;
a lower discharge port to discharge the cellulosic material from a discharge section of the vessel container;
a convergence section internal to the vessel through which passes a flow of the cellulosic material in the vessel;
a cavity between an internal wall of the vessel and the convergence section, wherein the cavity has a lower opening to the cellulosic material in the vessel and an upper section shielded from the flow of cellulosic material in the vessel, and
an input port in the vessel and opening to the cavity, wherein the input port is connectable to a source of hot liquid to be added to the cellulosic material in the vessel.
2.    The impregnation vessel as in claim 1 wherein the convergence section converges in a single direction within the vessel.
3.    The impregnation vessel as in claim 1 wherein the convergence section converges in orthogonal directions within the vessel.
4.    The impregnation vessel as in claim 1 wherein the convergence section includes a tapered wall having an upper section sealed to the internal wall of the vessel and a lower section positioned radially inward of the internal wall, wherein the cavity is between the internal wall of the vessel and the tapered wall of the convergence section.
5.    The impregnation vessel as in claim 1 wherein the convergence section and cavity are below a liquid level in the vessel.
6.    The impregnation vessel as in claim 1 wherein the source of hot liquid supplies the hot liquid at a temperature above a discharge temperature of the cellulosic material from the vessel.
7.    The impregnation vessel as in claim 1 wherein the source of hot liquid supplies the hot liquid at a temperature of at least 120 degrees Celsius.
8.    An impregnation vessel comprising:
a vessel container including an upper inlet to receive cellulosic material;
a lower discharge port to discharge the cellulosic material from a discharge section of the vessel container;
a one-dimensional convergence section internal to the vessel through which passes a flow of the cellulosic material in the vessel;
a cavity between an internal wall of the vessel and the convergence section, wherein the cavity has a lower opening to the cellulosic material in the vessel and an upper section shielded from the flow of cellulosic material in the vessel, and
an input port in the vessel and opening to the cavity, wherein the input port is connectable to a source of hot liquid to be added to the cellulosic material in the vessel and the hot liquid is added to the cavity at a temperature above an average temperature of the cellulosic material in the vessel.
9.    The impregnation vessel as in claim 8 wherein the one-dimensional convergence section includes a tapered wall having an upper section sealed to the internal wall of the vessel and a lower section positioned radially inward of the internal wall, wherein the cavity is between the internal wall of the vessel and the tapered wall of the convergence section.
10.   The impregnation vessel as in claim 8 wherein the convergence section and cavity are below a liquid level in the vessel.
11.   The impregnation vessel as in claim 8 wherein the source of hot liquid supplies the hot liquid at a temperature above a discharge temperature of the cellulosic material from the vessel.
12.   The impregnation vessel as in claim 8 wherein the source of hot liquid supplies the hot liquid at a temperature of at least 120 degrees Celsius.
13.   A method for heating cellulosic material in an impregnation vessel having an internal convergence, the method comprising:
introducing cellulosic material to an upper inlet port in the impregnation vessel;
adding a heated liquid to the vessel and forming a liquid level in a upper section of the vessel;
heating the cellulosic material with the heated liquid as the cellulosic material flows downward through the vessel;
detecting the flow of the cellulosic material below the liquid level and in the vessel through the internal convergence;
introducing a hot liquid to a cavity in the vessel and behind the convergence, wherein the hot liquid is introduced to the cavity at a temperature above a temperature of the heated liquid;
adding the hot liquid from the cavity to the flow of cellulosic material downstream of the internal convergence;
heating the flow of cellulosic material downstream of the internal convergence with the hot liquid, and
discharging the cellulosic material from a discharge port in a lower section of the vessel below the cavity and internal convergence.
14.   The method in claim 13 wherein the cellulosic material is continuously introduced to and discharged from the vessel.
15.   The method in claim 13 wherein the convergence section convergences in a single direction within the vessel.
16.   The method in claim 13 wherein the convergence section includes a tapered wall having an upper section sealed to the internal wall of the vessel and a lower section positioned radially inward of the internal wall, and the cavity is between the internal wall of the vessel and the tapered wall of the convergence section, and the hot liquid added to the cavity is shielded by the tapered wall.
17.   The method in claim 13 wherein the convergence section converges in orthogonal directions and the flow is funneled to a circular discharge from the convergence.
18.   The method as in claim 13 wherein the hot liquid is added to the cavity at a temperature above a discharge temperature of the cellulosic material from the vessel.
19.   The method as in claim 13 wherein  the hot liquid is at a temperature of at least 120 degrees Celsius when added to the cavity.
20.   The method as in claim 13 further comprising conveying the discharged cellulosic material to a digester vessel.
21.   The method as in claim 20 wherein the hot liquid includes hot black liquor extracted from the digester vessel.
22.   The method as in claim 20 wherein the hot liquid includes hot black liquor extracted from a lower section of the digester vessel.
23.   The method as in claim 13 further comprising supplying the introduced cellulosic material from a chip bin.
1. Abstract
An impregnation vessel including: a vessel container including an upper inlet to receive cellulosic material; a lower discharge port to discharge the cellulosic material from a discharge section of the vessel container; a convergence section internal to the vessel through which passes a flow of the cellulosic material in the vessel; a cavity between an internal wall of the vessel and the convergence section, wherein the cavity has a lower opening to the cellulosic material in the vessel and an upper section shielded from the flow of cellulosic material in the vessel, and an input port in the vessel and opening to the cavity, wherein the input port is connectable to a source of hot liquid to be added to the cellulosic material in the vessel.
2. Selected Drawing
Fig. 1
【Fig. 1】
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【Fig. 2】
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【Fig. 3】
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【Fig. 4】
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