<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von Soda aus Celluloseablauge auf Natriumbasis
Die Erfindung beschäftigt sich mit der Pyrolyse einer Celluloseablauge auf Natriumbasis zwecks Gewinnung von Wärme und Chemikalien. Sie ist anwendbar auf die Pyrolyse von Ablaugen aus dem Sulfatverfahren, besonders wertvoll aber für die Pyrolyse von Ablaugen aus dem Sulfitverfahren, bei dem es erwünscht ist, das Natrium als reine Soda zurückzugewinnen.
Es ist bekannt, die organischen Stoffe von natriumhaltigen Ablaugen aus der Celluloseherstellung durch Pyrolyse der verdampften Ablaugen in brennbares Gas und Kohlenstoff umzuwandeln. Die Natriumverbindungen werden in der Hauptsache in Natriumcarbonat übergeführt. Die für die Pyrolyse er- forderliche Wärme wird durch Zuführung eines heissen Gases erzeugt, das freien Sauerstoff enthält ; dieser freie Sauerstoff liefert einen Teil der Wärme durch Verbrennung eines Teiles des organischen Stoffes der Ablauge. Nach der Pyrolyse, die eine thermische Zersetzung und eine teilweise Verbrennung umfasst, wird das Pulver von dem Gas abgetrennt, und das Natriumcarbonat wird als Rohstoff für frische Aufschlusslauge verwendet, während Gas und gegebenenfalls Kohlenstoff unter einem Kessel verbrannt werden.
Dementsprechend werden Chemikalien und Wärme gewonnen.
In einem Pyrolyseofen oder Reaktionsgefäss zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens bildet sich zwangsläufig eine Schicht aus geschmolzenem oder gesintertem Natriumcarbonat in der Zone rings um die Heissgaseinlässe, zumindest wenn die Temperatur nahe dem Schmelzpunkt der Sode liegt.
Diese geschmolzene Soda fliesst an der Ofenwand abwärts und absorbiert dabei noch weiteres Pulver.
Auch das Ofengewölbe ist einer Überhitzung ausgesetzt, was zu einem Ausfall von geschmolzenem Sodapulver führt. Eine andere Unannehmlichkeit dieser Reaktorart besteht darin, dass eine grosse Zahl keramischer Düsen zur raschen Vermischung des heissen Gases und der Ablauge verwendet werden muss.
Diese Düsen unterliegen einer Verstopfung durch Umsetzungsprodukte der Soda und der keramischen Ofenauskleidung bzw. durch Verunreinigungen in der Ablauge.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Mängel zu verringern oder völlig zu beseitigen.
Versuche haben ergeben, dass sodahaltiges Pulver, das auf eine Wand von einer Temperatur oberhalb etwa 8500C auftrifft, sich zur Hauptsache an der Wand in einer stark viskosen geschmolzenen Form ablagert. Dies geschieht nicht, wenn die Wand eine Temperatur unterhalb etwa 8250C hat.
Das Verfahren nach der Erfindung betrifft also die Pyrolyse einer Celluloseablauge auf Natriumbasis zwecks Rückgewinnung von Natrium als Soda und besteht darin, dass man einen Strom eines sauerstoffhaltigen Gases mit einer Temperatur oberhalb 6000C erzeugt und zentral durch ein zylindrisches Reak-
<Desc/Clms Page number 2>
tionsgefäss bläst, dass man Ströme aus versprühter Ablauge aus mehreren Richtungen von den Wänden des
Reaktionsgefässes her in der Hauptsache rechtwinkelig gegen den Heizgasstrom richtet, den organischen
Stoff der Ablauge pyrolysiert und teilweise verbrennt und das so gebildete sodahaltige Pulver aus dem brennbaren Gas abtrennt.
Die Erfindung betrifft auch ein Gerät zur Pyrolyse einer sodahaltigen Celluloseablauge. Diese Vor- richtung besitzt ein zylindrisches Reaktionsgefäss, mindestens eine Öffnung zur Einführung eines Gasstro- mes, der auf mindestens 600 C erhitzt wurde und freien Sauerstoff enthält, und mehrere Düsen zur Fein- zerstäubung der Ablauge sowie zur Einführung der Ablauge in das Reaktionsgefäss, und diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung für den Heissgasstrom in der einen Stirnwand des Ofens zentrisch gelagert ist mit der Folge, dass der Heissgasstrom sich in einem Abstand von der Ofenseitenwand erstreckt, während die Düsen an der Gefässseitenwand liegen und gegen den Heissgasstrom vorzugsweise praktisch unter einem rechten Winkel hiezu gerichtet sind.
Die Ablaugeströme sollen vorzugsweise praktisch rechtwinkelig zum Heissgasstrom gerichtet sein.
Man kann sie aber auch um nicht mehr als 300 von dieser Richtung abweichen lassen.
Die Erfindung sei unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt als Beispiel einen Pyrolysierofen nach der Erfindung. Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Ofen nach Fig. 1. Fig. 3 erläutert das Verfahren nach der Erfindung einschliesslich der Abtrennung des Pulvers vom brennbaren Gas.
Der dargestellte Ofen besteht aus einer zylindrischen Kammer-l-mit einem gasdichten Metallblechgehäuse --2-- und einer sodafesten keramischen Auskleidung --3--. Die Kammer-l-hat eine lotrechte Achse und kreisförmigen Querschnitt. Die Decke der Kammer ist mit einer Auskleidung aus feuerfesten Ziegeln --21-- versehen. Sie besitzt einen zentrischen Heissgaseinlass --4--, durch den das heisse Gas lotrecht zugeführt wird. Die verdampfte Lauge wird dicht unterhalb der kuppelförmigen Decke durch zwölf Düsen --5-- eingeführt, die über den Umfang gleichmässig verteilt sind. Die Düsen - sind waagrecht gerichtet, d. h. rechtwinkelig zum lotrechten, in die Kammer-l-durch die Einlassöffnung-4-- eintretenden Gasstrom.
Sie können auch etwas nach oben oder unten, jedoch nicht um mehr als 300 gegenüber der Horizontalen geneigt sein. Gemäss Fig. 2 liegen die Düsen etwa tangential zu einem Kreis --22--. Diese tangentiale Ausrichtung erleichtert die Durchdringung des Heissgasstromes über die ganze Höhe des Ofens, so dass eine innige Vermischung der Gasmasse im Ofen hervorgerufen wird. Der Kreis --22--, der die tangentiale Richtung der Düsen bestimmt, soll vorzugsweise einen Durchmesser besitzen, der weniger als 1/5 des Ofendurchmessers beträgt. Der genaue Durchmesser des Kreises --22-- muss für jeden bestimmten Ofen ermittelt werden. Er hängt beispielsweise von den Mengen an Heissgas und Ablauge sowie von den Geschwindigkeiten des Heissgasstromes und der Sprühkegel ab.
Die Düsen --5-- sollen die Ablauge unter Bildung von Tropfen fein versprühen, die einen mittleren
EMI2.1
bis 1/40 dieser Fläche, beträgt Infolgedessen wird sich der Heissgasstrahl durch den Ofen in einem wesentlichen Abstand von dessen Wand bewegen, und es wird ein Gasumlauf in dem Ofen zwischen der Heissgasdüse und der Ofenwand, wie durch die Pfeile angedeutet, eingestellt. Dieser Gasumlauf gewährleistet die gewünschte völlige Durchmischung der Gasmasse im Ofen.
Das Heissgas wird in einer Verbrennungskammer --12-- oberhalb des Ofens erzeugt. Brennöl wird
EMI2.2
leitung vom Heissgaseinlass --4-- zu den Ziegeln --21--, welche die Decke der Ofenkammer bilden. Durch ein Rohr --19-- wird Kühlluft zugeleitet, und die das Kühlrohr --6-- verlassende Luft tritt in den Ofen über eine Leitung --20-- ein.
Gas und Pulver verlassen den Ofen durch eine Leitung --7-- imOfenboden. Es sind Einrichtungen zur Entfernung von Soda oder Pulver vorgesehen, wenn sich Soda oder Pulver im Ofen infolge zeitweiliger
EMI2.3
<Desc/Clms Page number 3>
zeitweilig über den Schmelzpunkt der Soda angehoben worden ist. Als zusätzliche Sicherheitseinrichtung ist eine Säuberungsöffnung --11-- vorhanden, durch die der Ofen untersucht und gegebenenfalls feste Stoffe von Hand entfernt werden können.
Der Ofen wird in folgender Weise betrieben. Die durch die Düsen --5-- zugeführte Lauge und das Heissgas wirken so zusammen, dass eine innige Durchmischung im Ofen hervorgerufen wird. Infolgedessen wird die Zusammensetzung des Gases im Hauptteil des Ofens dieselbe wie die des austretenden Gases sein, und die Temperatur wird nahezu dieselbe über die ganze Ofenwand sein. Deshalb vermischt sich in erster Linie die Ablauge aus den Düsen mit dem reduzierenden Pyrolysegas, das keinen molekularen Sauerstoff enthält. Die Tropfen trocknen und werden zu Soda und Kohlenstoff pyrolysiert. Das Pyrolysegas trifft auf den senkrechten sauerstoffhältigen Strom des Heissgases und reagiert unter Erzeugung einer intensiven Hitzeentwicklung. Diese tritt im zentrischen Teil des Ofens in einem sicheren Abstand von dessen Wand ein.
Die ganze Ofenwand ist kühler als das Ofeninnere, wodurch jegliche lokale Ablagerung von geschmolzener Soda verhindert wird. Die hohe Temperatur in der Zentralzone liefert eine vollständigere Pyrolyse, was zu einem niedrigeren Kohlenstoffgehalt in dem Pulver führt.
Die Einrichtungen zur Entfernung der Soda werden nur angewendet, wenn sich Soda im Ofen nach einer Betriebsstörung beispielsweise infolge einer unbefriedigenden Zerstäubung angesammelt hat.
Das Heissgas soll vorzugsweise mit einer Temperatur von 600 bis 16000C und im besonderen von 800 bis 1400 C, beispielsweise 1100 bis 1300 C, zugeleitet werden. Es soll vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von mindestens 20 m/sec, besonders zweckmässig mit 40 bis 50 m/sec, zugeführt werden.
EMI3.1
der für eine vollständige Verbrennung des Brennöles erforderlichen Menge darstellt. Dieser Luftüberschuss wird durch die Einlassöffnungen --18-- zugeführt.
Die Versprühungsdüsen sollen vorzugsweise durch Dampf oder ein anderes inertes Mittel betätigt werden, und das Gewichtsverhältnis von versprühter Flüssigkeit bzw. Gas zu Lauge soll vorzugsweise 0, 1 bis 0,4 und der Druck vorzugsweise mindestens 1 atü betragen. Die Ablauge soll zweckmässig mindestens zo vorzugsweise mindestens 500/0, feste Stoffe enthalten.
Der Spitzenwinkel der Sprühkegel kann durch das Versprühungsmittel bei einer gegebenen Drehbewegung variiert werden. Zweckmässig soll der Spitzenwinkel nicht mehr als ungefähr 750, vorzugsweise weniger als 450, betragen.
Die Höhendifferenz zwischen dem Heissgaseinlass und den Düsen soll zweckmässig nicht mehr als der halbe Durchmesser des Ofens betragen, um eine gute Durchmischung des Gaskörpers im Ofen zu erzielen. Der Abstand zwischen den Düsen soll zweckmässig nicht mehr als 400 mm betragen, und vorzugsweise sollen mindestens vier Düsen vorhanden sein.
Fig. 3 erläutert das ganze Verfahren und zeigt einen Pyrolyseofen --23-- mit Zufuhreinrichtungen - für Ablauge, eine Verbrennungskammer mit Zufuhreinrichtungen --26 und 27-- für Brennöl und Luft, einen Wärmeaustauscher --28-- für die Kühlung des Gases aus dem Ofen und einen Zyklonabscheider --29--, in welchem das Pulver von dem Gas abgetrennt wird. Der Wärmeaustauscher soll vorzugsweise den Gasstrom aus dem Ofen um 400 bis 6000C abkühlen. Wenn beispielsweise das Gas den Ofen mit einer Temperatur von 700 bis 8000C verlässt, soll es vorzugsweise auf 200 bis 3000C herabgekühlt werden.
Das Pulver verlässt den Abscheider durch Leitung --31-- und das Gas durch Leitung - -30--. Die löslichen Bestandteile des Pulvers werden gewünschtenfalls vom unlöslichen Kohlenstoff in einem an sich bekannten Auslaugverfahren abgetrennt.
Der beschriebene Ofen ist nur ein Beispiel für die Erfindung. Er kann einen andern Querschnitt als Kreisform haben, also beispielsweise einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt. Er kann geneigt oder waagrecht oder sogar mit der Oberseite nach unten verlegt werden, so dass das Heissgas am Boden eintritt und die Reaktionsprodukte am Kopf abgehen. Die dargestellte Kühlung der Ofenwand durch das Kühlrohr --6-- kann durch Einblasung von Kühlgas unter die Innenseite der Ofenwand ersetzt werden, wobei das Kühlgas keinen freien Sauerstoff enthält.
Bei s pie 1 : Ein Ofen der in Fig. 1 dargestellten Art hatte eine lichte Weite von 3,0 m und eine Zylinderhöhe von 3,6 m. Sulfitablauge, die auf einen Feststoffgehalt von 50 Gew.-lo eingedampft worden war, wurde in einem Verhältnis von 10 metrischen Tonnen in der Stunde eingeführt. Die Lauge wurde in 12 Düsen, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind, mittels Dampf in einer Menge von 2,8 metrischen Tonnen je Stunde versprüht. Brennöl wurde im Verhältnis von 450 kg/h und Luft mit einer Geschwindigkeit von 9700 m3/h, gemessen unter normalem Druck und bei normaler Temperatur, zugeleitet.
Die aus dem Ofen austretende Gasmenge betrug 23000 m3/h (gemessen bei normalem Druck und
<Desc/Clms Page number 4>
normaler Temperatur) und hatte eine Temperatur von 7500C. Das Gas wurde im Wärmeaustauscher auf 2500C abgekühlt. Das im Gas suspendierte Pulver wurde in einem Zykonabscheider abgetrennt.
Die Pulvermenge betrug 2, 1 metrische Tonnen je Stunde, und das Pulver hatte folgende Zusammensetzung :
EMI4.1
<tb>
<tb> Na2CO3 <SEP> 62 <SEP> Gew.-%
<tb> NaSO <SEP> 7 <SEP> Gew.-%
<tb> Kohlenstoff <SEP> 28 <SEP> Gew.-%
<tb> Schwefel <SEP> 1 <SEP> Gew. <SEP> -0/0 <SEP>
<tb> Asche <SEP> 2 <SEP> Gew. <SEP> -0/0 <SEP>
<tb>
EMI4.2
EMI4.3
<tb>
<tb> :
CO <SEP> 11, <SEP> 2 <SEP> VoL- <SEP>
<tb> CO <SEP> 1,5 <SEP> Vol.-%
<tb> H2 <SEP> 7, <SEP> 2VoL-%
<tb> HS <SEP> 1,8 <SEP> VoLHp <SEP> 44,6 <SEP> Vol.N <SEP> 33, <SEP> 7 <SEP> Vol <SEP> -0/0 <SEP>
<tb>
EMI4.4
kennzeichnet, dass man einen Strom eines sauerstoffhaltigen Gases von einer Temperatur oberhalb
6000C erzeugt und zentral durch ein zylindrisches Reaktionsgefäss bläst, dass man Ströme aus versprühter Ablauge aus mehreren Richtungen von den Wänden des Reaktionsgefässes her in der Hauptsache rechtwinkelig gegen den Heissgasstrom richtet, den organischen Stoff der Ablauge pyrolysiert und teilweise verbrennt und das so gebildete sodahaltige Pulver aus dem brennbaren Gas abtrennt.