AT401071B - Verfahren zur eindickung von ablaugen und rückgewinnung von kochchemikalien bei der zellstoffherstellung - Google Patents

Description

AT 401 071 B

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Eindampfung von Ablauge und Rückgewinnung von leichtflüchtigen Stoffen aus Ablauge bei der Zellstoffherstellung. Speziell ist dabei ein integriertes System zur Eindampfung von Ablaugen und zur Rückgewinnung von Alkoholen bei der Zellstoffherstellung mit auf Alkohol basierenden oder entsprechenden Kochflüssigkeiten in Betracht gezogen.

Die WO-A-90/13342 betrifft ein mehrstufiges Verfahren zum Eindampfen von Flüssigkeiten, z.B. industrielle Abwässer, mittels der in den Flüssigkeiten enthaltenen Energie, wobei der sich in den einzelnen Destillationsstufen bildende Dampf im Wärmetauscher der jeweils nächsten Destillationsstufe kondensiert wird, welche nächste Destillationsstufe bei einer niedrigeren Temperatur arbeitet.

Gemäß der US 4 953 607 A ist ein thermisches System mit einer Mehrzahl von seriellen Wärmetauschern und der gleichen Anzahl von seriellen Flash-Tanks vorgesehen, welches System zwischen zwei Stufen eines mehrstufigen Eindampfsystems angeordnet ist. Die einzudampfende Flüssigkeit wird dabei in den Wärmetauschern indirekt durch Dampf aus der schrittweisen Expansion derselben Flüssigkeit in den Flash-Tanks und zusätzlich mittels Dampf aus einer externen Quelle beheizt.

Bei der Zellstoffherstellung wird das Kochverfahren an die gewünschten Eigenschaften und Qualitäten des Endprodukts angepasst, bei dem es sich um eine Masse handelt, die hauptsächlich aus Zellstoff besteht. Eines der unkonventionellen Kochverfahren ist der Organosolv-Prozeß, der auf Kochflüssigkeiten beruht, die als wirksame Bestandteile Alkohole, z.B. Methanol, oder andere Flüssigkeiten enthalten, deren Siedepunkt niedriger ist, als der von Wasser.

Bei der Zellstoffherstellung mit dem Methanolverfahren werden die Hackschnitzel zunächst dampfbeheizt und anschliessend der Vorhydrolyse-Stufe zugeführt. Das Kochen selbst erfolgt in zwei Stufen. In der ersten Stufe werden die Hackschnitzel mit einer Chemikalienlösung gekocht, die ungefähr zur Hälfte aus Methanol und zur Hälfte aus Wasser besteht. Das Kochen erfolgt bei einer Temperatur von 190 *C und dauert 20 bis 50 Minuten. In der zweiten Stufe wird Natriumhydroxid mit einer Konzentration von 18 bis 22 % beigemischt. Dabei wird die Temperatur ca. 60 Minuten lang zwischen 165 und 175 ’C gehalten.

Nach dem Kochen oder teilweise schon während dem Kochen beginnt das Waschen des Zellstoffs. Die beim Kochen in der Masse aufgelösten Stoffe, wie z.B. das Lignin,sollen ausgewaschen und gleichzeitig die Rückgewinnung von Aufschlußchemikalien eingeleitet werden. Die Waschflüssigkeit, die in diesem Fall als Ablauge bezeichnet wird, enthält 17 bis 20 Gewichtsprozent Methanol, das teilweise aus der aufbereiteten Kochlösung stammt, teilweise während des Kochens neugebildet wird. Ferner enthält die Ablauge ca. 10 bis 15 % Trockensubstanz. Die Ablauge wird auf einen Trockengehalt von ca. 55 bis 65 % derart eingedickt, daß diese, auch als Dicklauge bezeichnete Lauge im Kessel verfeuert und die Chemikalien bei gleichzeitiger Wärmerückgewinnung aus den gelösten organischen Stoffen zurückgewonnen werden können.

Die Ablauge hat, wenn sie zur Eindampfung gelangt, eine hohe Temperatur und steht unter hohem Druck, dabei enthält sie eine solche Menge an leichtflüchtigen Stoffen, daß sie als feuergefährlich und explosiv eingestuft wird. All das macht die Zwischenlagerung vor und während der Eindampfung teuer und aufwendig. Die Ablauge sollte entweder in druckbeaufschlagten Behältern gelagert oder vor der Lagerung auf unter 50 ' C abgekühlt werden. Mit der vorliegenden Erfindung können die Rückgewinnung von Chemikalien und die Eindampfung ohne Puffer- oder Zwischenlager durchgeführt werden.

Beim Eintreffen der Ablauge im Eindampfungssystem, das in der Regel mehrstufig ausgeführt ist, beginnt man, durch mehrere stufenweise Expansionen Wasser aus der Lauge auszuscheiden und den Gehalt an leichtflüchtigen Stoffen herabzusetzen. Dies ermöglicht dann die Eindampfung dieser Lauge in Eindampfungsvorrichtungen.

Hohe Gehalte an leichtflüchtigen Stoffen senken die Kondesationstemperatur des Dampfes und verschlechtern darüber die Wärmeübertragung, was das konventionelle Kaskadenverfahren zur Eindampfung weniger ökonomisch macht. Bei der vorliegenden Erfindung wurde dieses Problem gelöst. Die Wärmeübertragung kann verbessert werden, wenn bei der Eindampfung abgeteilte Heizflächen benutzt werden, die reichliche Belüftung und frühe Abscheidung von leichtflüchtigen Stoffen ermöglichen. Daher braucht man auch keine Zwischenlagerung der Lauge. Dabei findet erwärmende Kondensation in jedem einzelnen Apparat, zumindest vor dem Endeindicker, auf mehreren voneinander getrennten Heizflächen statt. Die Heizfläche der Eindampfungsvorrichtungen kann aus Rohren oder Lamellen bestehen.

Ein Teil der Heizfläche kann Laugendampf aus der vorherigen Vorrichtung kondensieren, und ein abgetrennter Teil der Heizfläche in derselben Vorrichtung kondensiert Expansionslaugendampf. Der Laugendampf ist an leichtflüchtigen Bestandteilen ärmer als der Expansionslaugendampf. Weil diese Dämpfe erfindungsgemäß nicht vor der Anwendung als Wärmeträger in der folgenden Stufe vermischt werden, ist es möglich, beim Laugendampf eine höhere Kondensationstemperatur auf eine wirksame Weise einzusetzen. Dabei ist es selbstverständlich auch möglich, verschiedene Mengen an leichtflüchtigen Stoffen 2

AT 401 071 B enthaltene Kondensate voneinander getrennt zu behandeln.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird reines Wasser, Kondensat oder Dampf auf die wärmere Seite von Eindampfungsvorrichtungen eingespritzt, um die Kondesationstem-peratur des Dampfes zu erhöhen, was seinerseits die zur Verfügung stehende effektive Temperaturdifferenz verbessert. Der Zusatz von Wasser zum Laugendampf bewirkt eine neue Gleichgewichtssituation zwischen Dampf und Flüssigkeit, wobei die Konzentration des Dampfes an leichtflüchtigen Stoffen, wie Methanol, zurückgeht und die Kondensationstemperatur des Dampfes ansteigt. Wasser wird bevorzugt methanolreichen Dämpfen, wie Expansionslaugendämpfen beigemischt, die in Expansionsgefäßen vor den Eindampfungseinheiten entstehen.

Auf der Laugenseite von Eindampfungsvorrichtungen wird die Lauge einer oder mehreren Verteilervorrichtungen zugeführt, die entweder ungeteilt oder unterteilt für die abgeteilten Heizflächen sind und durch welche die Lauge in einen ungeteilten Dampfraum eingedampft wird.

Die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung gehen aus den nachfolgenden Patentansprüchen hervor.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von schematischen Ausführungsbeispielen mit Verweis auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dünnlauge 10 aus der Kocherei wird in einer Eindampfungsanlage eingedampft, die aus drei Expansionsgefäßen und drei Eindampfungseinheiten 103, 102 und 101 (Endeindicker) besteht, die in Reihe angeordnet sind. Die Eindampfungseinheiten sind mit Wärmeaustauschflächen zur Aufheizung und Verdampfung der Lauge mit einem Wärmeträger versehen. Mindestens die Dampfseiten dieser Eindampfungseinheiten sind derart unterteilt, daß zwei oder mehrere abgetrennte Kondensationsräume gebildet werden. Somit ist es möglich, verschiedene Methanolmengen enthaltende Dämpfe getrennt voneinander zu kondensieren.

Die auf der Zeichnung dargestellte Eindampfanlage arbeitet nach dem Gegenstromprinzip. Die Dünnlauge 10 aus der Kocherei expandiert in den ersten Expansionsgefäßen 109, 111 auf einen niedrigeren Druck und eine niedrigere Temperatur, so daß die Temperatur der Lauge bis nah an diejenige Laugentemperatur absinkt, die in der letzten Stufe herrscht.

Die erste Einheit, der Endeindicker, 101 wird mit Frischdampf 30 betrieben, und verdunsteter Laugendampf 40 aus dieser Vorrichtung treibt einen Teil der zweiten Einheit 102 an. Der restliche Teil der Heizfläche wird mit dem Expansionsdampf 20. 21 aus den ersten Laugenexpansion sgefäßen 109, 111 angetrieben.

Die Lauge 50, 51 aus den ersten Expansionsgefäßen 109, 111 wird dem nächsten Expansionsgefäß 113 zugeführt, und dieser Expansionslaugendampf 22 wird in der dritten Stufe bzw. Einheit 103 im abgetrennten Teil der Heizfläche kondensiert. Ein Teil der Heizfläche in dieser Einheit kondensiert den Dampf 41 aus der zweiten Stufe bzw. Einheit 102. Ein getrennter Teil der Heizfläche in diesem Apparat kann auch zur Abkühlung von Frischdampfkondensat benutzt werden.

Aus dem zweiten Expansionsgefäß 113 wird die Lauge 52 einem dritten 116 Expansionsgefäß zugeführt, und der dritte Expansionsdampf 23 wird in einem Teil der Heizfläche in einem Wiederbedampfer 104 kondensiert, der eine Kolonne 105 antreibt. In einem getrennten Teil der Heizfläche im Wiederbedampfer werden der Laugendampf 42 und die Kondensatexpansionsdämpfe aus den vorhergehenden Stufen bzw. Einheiten kondensiert. Die Kondensate 70, 71, 72, 73 aus der zweiten und dritten Stufe bzw. Einheit expandieren in Expansionsgefäßen 112, 114, 115. 117 und 118.

Nach den Expansionen wird die Lauge 53 aus dem Expansionsgefäß 116 zur dritten Stufe bzw. Einheit 103 geleitet und aufwärts einer Verteilervorrichtung zugeführt, die entweder ungeteilt oder für die verschiedenen Heizflächen unterteilt ist. Der von der Lauge verdunstete Dampf 42 wird durch den Dampfaustritt in der Einheit 103 abgezogen. Aus der dritten Stufe bzw. Einheit 103 wird die Lauge 54 der zweiten Stufe 102. und aus der zweiten Stufe bzw. Einheit 102 die Lauge 55 dem Vorwärmer 107 und von diesem die Lauge 56 dem konventionellen Endeindicker 101 zugeführt.

Der Vorwärmer 107 kondensiert Expansionsdampf 32 aus Frischdampfkondensat, das in den Expansionsgefäßen 108 und 110 expandiert ist. Dieser Vorwärmer kann auch Laugenexpansionsdampf 20 (nicht dargestellt) kondensieren und verbessert damit die Wärmewirtschaft des Systems sowie begünstigt die Wärmeübertragung in der ersten Stufe, indem er die Laugentemperatur vor der Endstufe erhöht, die mit der dicksten und viskosesten Lauge arbeitet.

Die fertig eingedampfte Dicklauge 57 wird aus dem Endeindicker 101 abgezogen.

In die Dämpfe 20, 21. 22. 23. 42 wird Wasser 11 oder Dampfkondensat zur Erhöhung der Kondensationstemperatur eingespritzt.

In die Anlage wird eine Destillationskolonne 105 integriert, wo der Methanolgehalt des Kondensats durch Stripping zurückgewonnen wird. Die Kondensate 74 und 75 aus dem Wiederbedampfer werden zur Kolonne geleitet, der der Dampf 43 aus dem Wiederbedampfer fürs Stripping von Methanol und anderen 3

Claims (10)

1. ΑΤ 401 071 Β leichtflüchtigen Stoffen aus den Kondensaten zugeführt wird. Kolonne 105 und Wiederbedampfer 104 werden zwischen der letzten Eindampfungsstufe und dem Oberflächenkondensator 106 angeordnet. Dank dieser Anordnung können große und reine Dampfmengen durch die Kolonne durchgesetzt werden, wobei Methanol zurückgewonnen wird. Gereinigtes Kondensat wird vom Boden der Destillationskolonne abgezogen und kann bei der Stoffwäsche und im Wiederbedampfer 104 verwendet werden, wo es verdampf und der Kolonne 105 zugeführt wird. Der Dampf 44 aus der Kolonne und die nicht kondensierten Dämpfe 90, 91, 92, 93, 94, 95 aus den Eindampfungseinheiten 102 und 103 und dem Wiederbedampfer 104, die alle Methanol enthalten, werden zur Rückgewinnung von Methanol 12 im Oberflächenkondensator kondensiert. Ein Teil der Heizfläche in der Kolonne kühlt aus der Anlage ausströmende Gase 96. Mit der vorliegenden Erfingung können ökonomisch Endprodukte hoher Qualität zurückgewonnen werden, die alle in derselben Fabrik wie folgt direkt Verwendung finden: Methanol in der Kocherei, Laugendampfkondensat beim Waschen, Gase und Dicklauge als Brennstoff in Kesseln. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann im Rahmen des durch die Patentansprüche festgelegten Erfindungsgedanken modifiziert werden. Patentansprüche 1. Verfahren zur Eindampfung von Ablauge und Rückgewinnung von leichtflüchtigen Stoffen aus Ablauge bei der Zellstoffherstellung, dadurch gekennzeichnet, daß Ablauge stufenweise in mehreren in Reihe angeordneten und mit Wärmeaustauschflächen ausgestatteten Eindampfungsstufen (101, 102, 103) konzentriert wird, von welchen Heizflächen mindestens ein Teil unterteilt ist, wobei die in ein und demselben Apparat als Wärmeträger benutzten Dämpfe auf mehreren voneinander getrennten Heizflächen auf der Dampfseite des Apparats kondensiert werden, und Kondensat aus jeder Vorrichtung zur Abscheidung und Rückgewinnung von leichtflüchtigen Stoffen geleitet werden.
2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß reines Wasser und/oder Dampfkonden-sat der Dampfseite zugeführt wird.
3. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat einem Wiederbedampfer (104) und einer Destillationskolonne (105) zur Abscheidung von leichtflüchtigen Stoffen zugeführt wird.
4. 4. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolonne durch den Dampf (43) betrieben wird, der mit dem Wiederbedampfer (104) erzeugt wird.
5. 5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauge (53. 54) auf der Laugenseite von Eindampfungsvorrichtungen von oben einer oder mehreren Verteileranordnungen zugeführt wird, die entweder ungeteilt oder für die abgeteilten Heizflächen unterteilt sind, und daß die Lauge (53, 54) in den Dampfraum verdunstet wird, der nicht geteilt ist.
6. 6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablauge (10) vor der Eindampfung in mehreren Stufen (109, 111, 113. 116) auf einen niedrigeren Druck und eine niedrigere Temperatur expandiert wird, und Expansionsdämpfe als Wärmeträger bei der Eindampfung benutzt werden.
7. 7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauge zur Endkonzentrierung in einem Vorwärmer (107) mittels Expansionsdampf oder Wärme des Frischdampfes (32) über die Siedetemperatur erwärmt wird.
8. 8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß die leichtflüchtigen Stoffe Alkohole oder dergleichen sind, deren Lösung die hauptsächliche Ligninentfernung beim Kochen bewirkt.
9. 9. Anordnung zur Eindampfung von Ablauge und Rückgewinnung von leichtflüchtigen Stoffen aus Ablauge, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere in Reihe angeordnete und mit Wärmeaustauschflächen versehene Eindampfungseinheiten (101, 102, 103). wobei mindestens die Heizflächen eines Teils (102. 103) so unterteilt sind, daß in ein und demselben Apparat zwei oder mehrere getrennte Räume zumindest auf der Dampfseite gebildet werden, und Organe (104. 105, 106) zur Abscheidung und 4 AT 401 071 B Rückgewinnung von leichtflüchtigen Stoffen aus dem Kondensat umfaßt, das bei der Eindampfung gebildet wird.
10. 10. Anordnung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie Organe zur Einspeisung von Wasser (11), Dampfkondensat oder Dampf auf der Dampfseite umfaßt. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5