AT408672B - Verfahren zur regenerierung einer lösung - Google Patents

Description

AT 408 672 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anhebung des freien S02-Gehaltes von regenerierter Magnesiumbisulfitlösung aus der Kochlauge eines sauren Magnesiumbisulfit-aufschlußverfahrens. Als Kochlauge versteht man im Zusammenhang des Zellstoffaufschlussverfahrens die verbrauchte Aufschlußlösung.

Es ist bekannt, die gebrauchte Kochlauge eines sauren Magnesiumbisulfit-aufschlußverfahrens zur Herstellung von Holzzellstoff zu regenerieren und erneut zum Aufschluß einzusetzen.

Zunächst wird dabei in vielen Fällen die im Kocher befindliche Kochlauge mit Waschlauge aus dem Kocher verdrängt und die verdrängte Kochlauge anschließend entspannt. Der Kocher, welcher den Zellstoff und Waschlauge enthält, wird entleert.

In anderen Fällen wird der Kocher ohne vorherige Verdrängung der Kochlauge entleert.

In beiden Fällen wird der Zellstoff von der überstehenden Lauge (Koch- oder Waschlauge) z.B. durch eine Filtration abgetrennt. Die Kochlauge wird eingedampft und die eingedampfte Kochlauge verbrannt. Aus den Abgasen der Verbrennung der Kochlauge wird regenerierte Magnesiumbisulfitlösung gewonnen, welche vor dem erneuten Einsatz für eine Kochung unter Druck gelagert wird.

Diese bekannten Verfahren lassen sich somit wie folgt in Schritte unterteilen: (a) Gegebenenfalls Verdrängen der Kochlauge aus dem Kocher durch Waschlauge und Entspannen der verdrängten Kochlauge (b) Entleeren des Kochers nach dem Kochprozeß, (c) Abtrennen des Zellstoffes von der Kochlauge oder der Waschlauge (d) Eindampfen der Kochlauge, (e) Verbrennen der eingedampften Kochlauge, (f) Gewinnung von regenerierter Magnesiumbisulfitlösung aus dem Abgas des Schrittes (e) (g) Lagerung der regenerierten Magnesiumbisulfitlösung unter Druck.

Es ist weiters bekannt, daß bei der sauren Magnesiumbisulfit-Holzkochung zur Erzielung bestimmter Zellstoffqualitäten in der Aufschlußlösung neben der Holzaufschlusschemikalie Magnesi-umbisulfit (Mg(HS03)2) auch freies S02 erforderlich ist. Dieses freie S02 wird hauptsächlich als Make-Up entweder in Form von flüssigem S02 direkt in den Kocher zugeführt oder als z.B. ca. 20 Vol.%-iges S02-Gas aus einem Schwefelverbrennungsofen nach Regenerierung der Magnesiumbisulfitlösung in dieser absorbiert. Zur Absorption von freiem S02-Gas muß jedoch die Magnesiumbisulfitlösung gekühlt werden, da oberhalb einer Temperatur von ca. 70°C nur geringe Mengen des S02 absorbiert werden.

Es besteht ein Bedarf, den Gehalt an freiem S02 in der regenerierten Aufschlußlösung weiter zu erhöhen. Mit einem höheren Gehalt an freiem S02 sind insbesondere kürzere Kochzeiten und eine bessere Zellstoffqualität erzielbar.

Dazu sind aus dem Stand der Technik einige Vorschläge bekannt, um aus während der Kochung und bei der Regenerierung der gebrauchten Kochlauge entstehenden S02-hältigen Abgasen freies S02 zu gewinnen und der regenerierten Aufschlußlösung zuzuführen.

So kann ein Teil an freiem S02 durch Kocherausgasungen während des Aufschlusses gewonnen werden. Dieser Teil an freiem S02 kann in die Druckbehälter zur Lagerung der regenerierten Magnesiumbisulfitlösung (Schritt (g)) übergeführt werden. Weiters wurde versucht, unter Überdruck stehende Kocherabgase zu kühlen und zu verflüssigen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil einer geringer Ausbeute bei gleichzeitig hohem Energieaufwand.

Es wurde auch vorgeschlagen, S02 aus hochkonzentrierten S02-hältigen Abgasen vorerst in Wasser zu absorbieren und anschließend mit Hochdruckdampf zu desorbieren und unter Druck zu verflüssigen. Dieses System ist jedoch mit hohen Investitions- und Betriebskosten und großem Platzbedarf verbunden.

Aus der AT-B 347 236 ist ein Verfahren bekannt, in welchem aus den Abgasen des Schrittes (e) der Regenerierung der gebrauchten Magnesiumbisulfitlösung in einer zweistufigen Absorption zunächst mehr Magnesiummonosulfitlösung erzeugt wird als zur Herstellung der Magnesiumbisulfitlösung benötigt wird, und die mehr erzeugte Menge an Magnesiummonosulfit thermisch in Magnesiumoxid und S02 gespalten wird. Das dabei erzeugte freie S02 kann zur Aufstärkung der regenerierten Magnesiumbisulfitlösung verwendet werden, soferne die Lösung zuvor abgekühlt wird. Es ist jedoch auch möglich, dieses S02 zu verflüssigen und direkt dem Kochprozeß als freies S02 zuzuführen.

Aus der AT-B 383 163 ist eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der AT-B 347 236 2

AT 408 672 B bekannt, wobei das bei der Spaltung des Magnesiummonosulfit entstandene S02, MgO und H20 enthaltende heiße Prozeßgas zur Abtrennung des MgO-Staubes einer Filtration unter Verwendung eines Wirrfaservlieses unterworfen wird.

Es ist auch bekannt, S02-hältige Gase z.B. aus den oben beschriebenen Schritten (a) oder (d) bei annähernd atmosphärischem Druck der regenerierten Magnesiumbisulfitiösung zuzuführen. Aufgrund der erhöhten Temperatur der Lösung kann dabei jedoch nur chemisch gebundenes S02 in der Form des Magnesiumbisulfits, nicht jedoch freies S02 in der Magnesiumbisulfitiösung gewonnen werden.

Wie schon erwähnt, besteht eine Problematik bei der Absorption von S02-hältigen Gasen in der regenerierten Magnesiumbisulfitiösung darin, daß dies bei atmosphärischem Druck nur möglich ist, wenn die Lösung unter eine bestimmte Temperatur abgekühlt wird. Eine Abkühlung der Lösung ist jedoch aufwendig, wenn man bedenkt, daß die Lösung zur Zellstoffkochung wieder aufgewärmt werden muß.

Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, den Gehalt an freiem S02 in der regenerierten Magnesiumbisulfitiösung unter Vermeidung der oben erwähnten Nachteile der bekannten Verfahren zu erhöhen.

Die Aufgabe dieser Erfindung wird durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest ein Teil der S02-hältigen Gase aus einem oder mehreren der Schritte (a), (b) oder (d) der Regenerierung der Magnesiumbisulfitiösung verdichtet und zumindest ein Teil der verdichteten Gase der regenerierten Magnesiumbisulfitiösung im Schritt (g) zugeführt wird.

Die Gase werden dabei in Abhängigkeit von den bestehenden Anlagegegebenheiten auf einen Überdruck von 3 bar bis 12 bar, beispielsweise 4 bar bis 5 bar verdichtet.

Falls die Kochlauge gemäß Schritt (a) aus dem Kocher verdrängt wird, fallen Gase aus diesem Schritt in der Regel diskontinuierlich mit atmosphärischem Druck und einer Temperatur von ca. 60°C bis 100°C an.

Beim S02-häitigen Gas aus dem Schritt (b) handelt es sich um das beim Entleeren des Kochers nach Reinigungsvorrichtungen wie Schwadenkaskaden oder Diffusoren etc. erhaltene Restgas. Dieses Gas fällt in der Regel diskontinuierlich mit atmosphärischem Druck und einer Temperatur von beispielsweise 30°C bis 100°C an. Der S02-Gehalt dieses Gases ist naturgemäß davon abhängig, ob die Kochlauge zuvor aus dem Kocher verdrängt wurde. Wenn die Kochlauge aus dem Kocher verdrängt wurde, befindet sich die Hauptmenge an S02 in der verdrängten Kochlauge und fällt somit im Schritt (a) an.

Gase aus dem Schritt (d) fallen kontinuierlich mit atmosphärischem Druck und einer Temperatur von ca. 15°C bis 35°C an.

Es hat sich gezeigt, daß lediglich durch Verdichtung zumindest eines Teiles der Gase aus einem oder mehreren der Schritte (a), (b) oder (d) und Zuführung der verdichteten Gase zur regenerierten Magnesiumbisulfitiösung eine effiziente Anhebung des Gehaltes an freiem S02 in der regenerierten Magnesiumbisulfitiösung möglich ist. Die vorliegende Erfindung kommt somit einerseits ohne aufwendige Absorptions- und Desorptionsmaßnahmen und andererseits ohne eine sonst notwendige Kühlung der regenerierten Magnesiumbisulfitiösung aus. Gleichzeitig ist eine hohe Ausbeute bei relativ geringem Energieverbrauch gewährleistet.

Mit dem erfmdungsgemäßen Verfahren ergibt sich eine Verschiebung zu weniger gebundenem und mehr freiem rückgewonnenen S02 in der Aufschlußlösung. Damit können auf ökonomische Weise die Vorteile eines höheren Gehaltes an freiem S02 im Kochungsprozess nutzbar gemacht werden.

Vor der Verdichtung können die S02-hältigen Gase gekühlt werden, wodurch die Größe der Verdichtungsvorrichtung reduziert werden kann.

Bevorzugt werden die S02-hältigen Gase in einem Kompressor, der vorteilhafterweise als Flüssigkeitsringkompressor ausgebildet ist, verdichtet.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsflüssigkeit für die Verdichtung im Flüssigkeitsringkompressor ein Teilstrom der regenerierten Magnesiumbisulfitiösung herangezogen wird. In diesem Fall spielt es nämlich keine Rolle, wenn ein Teil des S02-Gases bei der Verdichtung in der Betriebsflüssigkeit absorbiert wird.

Bevorzugt wird nach der Verdichtung das verdichtete Gas gemeinsam mit dem als Betriebs- 3

AT 408 672 B flüssigkeit verwendeten Teilstrom der Magnesiumbisulfitlösung dem Rest der regenerierten Magne-siumbisulfitlösung im Schritt (g) zugeführt.

Wie bereits weiter oben erwähnt, fallen die Gasströme aus den Schritten (a) und (b) diskontinuierlich an. Falls zum Beispiel der kontinuierliche Gasstrom aus dem Schritt (d) gering ist, ist es möglich, daß bereits während der Verdichtung im Flüssigkeitsringkompressor das gesamte Gas in der Betriebsflüssigkeit absorbiert wird. In diesem Fall wird somit das S02 als in der nunmehr verdichteten Betriebsflüssigkeit befindliches freies S02 der unter Druck stehenden Magnesiumbisulfitlösung im Schritt (g) zugeführt. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung umfaßt daher der Begriff der Zuführung von verdichteten S02-Gasen in den Schritt (g) auch die Zuführung von in der verdichteten Betriebsflüssigkeit eines Kompressors absorbierten S02-Gasen.

Es ist auch möglich, daß je nach Bedarf nur ein Teil der S02-hältigen Gase aus den Schritten (a), (b) oder (d) verdichtet wird, während der andere Teil gegebenenfalls dem Schritt (f) zugeführt wird.

Wie bereits erwähnt, wird die regenerierte Magnesiumbisulfitlösung vor ihrem Einsatz für eine weitere Kochung unter Druck gelagert. Dies wird z.B., wie an sich bekannt, mit einem System von Hoch- und Niedrigdrucktanks bewerkstelligt. Dadurch ist es möglich, S02-hältige Gase, die während der Kochung abgelassen werden, als freies S02 in der Lösung aufzunehmen. Die unter Druck stehende Lösung nimmt im erfindungsgemäßen Verfahren nunmehr auch die verdichteten S02-hältigen Gase aus den Schritten (a), (b) und/oder (d) auf. In diesem Zusammenhang ist darauf zu achten, daß die physikalischen Bedingungen, insbesondere Druck und Temperatur zur Aufnahme des verdichteten S02 in diesem System sichergestellt werden. Maßnahmen dazu sind dem Fachmann bekannt.

Da auch die unter Druck stehende regenerierte Magnesiumbisulfitlösung des Schrittes (g) nur eine begrenzte Aufnahmefähigkeit für freies S02 besitzt, ist es vorteilhaft, bei einem erhöhten Anfall von verdichteten Gasen einen Teil dieser Gase abzuzweigen. Dieser Teil der verdichteten Gase kann verflüssigt werden und als Make-Up S02 direkt dem Kochprozess zugeführt werden.

Es ist in diesem Zusammenhang bei Verwendung eines Flüssigkeitsringkompressors und eines Teilstromes der regenerierten Magnesiumbisulfitlösung als Betriebsflüssigkeit möglich, nur die verdichtete Betriebsflüssigkeit, welche einen Teil der S02-Gase absorbiert hat, dem Schritt (g) zuzuführen. In diesem Fall wird das verbleibende gasförmige verdichtete S02 verflüssigt und direkt dem Kocher zugeführt. Rücksäure aus der Kochung kann entweder in das System der Drucktanks oder aber auch in einen von den Drucktanks getrennten Tank übergeführt werden.

Weiters vorteilhaft ist die Anwendung eines bevorzugt elektronischen Prozeßsteuersystems zur Sicherstellung eines kontinuierlichen Verdichterbetriebes, da im erfindungsgemäßen Verfahren gegebenenfalls kontinuierlich und diskontinuierlich bei verschiedenen Drücken und Temperaturen anfallende Gasmengen gemischt werden müssen.

Die Erfindung wird im folgenden durch Figuren näher erläutert.

Figur 1 ist dabei eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens zur Regenerierung der Magnesiumbisulfitlösung.

Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Dabei bedeuten die Buchstaben „K“ einen Kocher zur Durchführung eines Kochprozesses „B“ einen Blastank zur Aufnahme von gekochtem Zellstoff und Waschlauge oder gegebenenfalls Kochlauge „F“ eine Filtrationsvorrichtung zur Abtrennung von Zellstoff von der Wasch- oder Kochlauge „LE“ Einen Entspanner für verdrängte Kochlauge bzw. Waschlauge „EDA“ Eine Eindampfanlage zur Eindickung der Lauge „LK“ Einen Verbrennungskessel zur Verbrennung der Lauge „R“ Eine Anlage zur Rückgewinnung von Magnesiumbisulfitlösung aus den Abgasen der Verbrennung der Lauge „DS“ Ein Drucksäuresystem zur Aufbewahrung der regenerierten Magnesiumbisulfitlösung unter Druck 4

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Durchgezogene Linien bedeuten Stoffströme von Flüssigkeiten bzw. Feststoffen. Strichlierte Linien bedeuten Stoffströme von Gasen.

Stand der Technik - Figur 1

Gemäß dem Verfahren des Standes der Technik (Figur 1) wird im Kocher K ein Kochprozess zur Gewinnung von Zellstoff aus Holz durchgeführt. Der Kochung wird mit regenerierter Magnesi-umbisulfitlösung 11 aus dem Drucksäuresystem DS durchgeführt. Der Aufschlußlösung wird gegebenenfalls verflüssigtes S0212 als Make-Up-S02 beigemischt. Während der Kochung finden periodisch Rückgasungen von S0213 in das Drucksäuresystem DS statt. Rücksäure 14 aus der Kochung wird ebenfalls in das Drucksäuresystem DS geführt.

Bei Beendigung der Kochung wird die Kochlauge durch Waschlauge aus dem Kocher verdrängt. Die verdrängte Kochlauge 1 wird dem Laugenentspanner LE zugeführt und dort entspannt.

Der durch die Kochung erhaltene Zellstoff wird gemeinsam mit der Waschlauge aus dem Kocher entfernt und einem Blastank B zugeführt. In einem nachfolgenden Filtrationsschritt F wird der Zellstoff 4 von der Lauge abgetrennt. Die Lauge 3 wird dem Laugeentspanner LE zugeführt. Ein Teil der Lauge wird in einem Sub-Kreislauf wieder als Waschlauge für die Verdrängung der Kochlauge aus dem Kocher K verwendet.

Alternativ dazu kann ohne eine Verdrängung der Kochlauge aus dem Kocher der Zellstoff zusammen mit der Kochlauge aus dem Kocher entfernt werden. In diesem Fall durchläuft die Kochlauge die Schritte B und F.

Die im Laugeentspanner LE entspannte Lauge 5 wird der Eindampfanlage EDA zugeführt und dort verdickt. Die verdickte Lauge 6 wird dem Laugekessel LK zugeführt und verbrannt. Die Abgase 7 dieser Verbrennung enthalten MgO und S02, woraus in der Rückgewinnungsanlage R Magnesiumbisulfitlösung 10 zurückgewonnen wird, welche wieder dem Drucksäuresystem DS zugeführt wird und dort unter Druck gelagert wird.

Sowohl beim Entleeren des Kochers (beim Blastank B), bei der Laugeentspannung (LE) und in der Eindampfanlage (EDA) fallen unter annähernd atmosphärischem Druck S02-hältige Gasströme 2, 16 bzw. 17 an. Diese Gasströme werden im Verfahren gemäß dem Stand der Technik (Figur 1) mit S02-Gasen 15 aus dem Drucksäuresystem DS der Rückgewinnung R zugeführt. Soweit die rückgewonnene Magnesiumbisulfitlösung nicht gekühlt wird, kann dabei jedoch keine Anhebung des freien S02-Gehaites bewirkt werden. Die S02-Gase werden vielmehr chemisch zu Magnesium-bisulfit umgesetzt.

Eine typische Stoffbilanz für S02 in einem Verfahren des Standes der Technik stellt sich damit wie folgt dar:

Gebundenes S02 als Magnesiumbisulfit (Stoffstrom 10): 69 %

Freies S02 in Rückgasung bzw. Rücksäure (Ströme 13,14): 12 %

Make-Up S02 (Strom 12): 19 %

Damit stehen in der Aufschlußlösung 31% freies S02 zur Verfügung.

Erfindunqsaemäßes Verfahren (Figur 21:

In der Figur 2, welche eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens skizziert, sind bei sonst im Vergleich zur Figur 1 gleichbleibender Anordnung des Verfahrens zusätzlich ein Verdichter V zur Verdichtung S02-häitiger Gase sowie ein Verflüssiger VF zur gegebenenfalls stattfindenden Verflüssigung eines Teiles der verdichteten S02-Gase angedeutet.

Wie aus der Figur 2 ersichtlich, werden die beim Entleeren des Kochers, bei der Laugenentspannung und in der Laugeneindampfung entstehenden S02-Gase (Stoffströme 2, 16, 17) im Unterschied zum Stand der Technik zu einem Verdichter V geführt und dort verdichtet. Es ist aber auch möglich, nur einen Teil dieser Stoffströme zum Verdichter V zu führen. So könnten z.B. nur die Stoffströme 16 und 17 zum Verdichter V geführt werden und der Stoffstrom 2 zur Gänze zur Rückgewinnungsanlage R geführt werden. Es können auch jeweils Teile der Ströme 2, 16, 17 abgezweigt und zur Rückgewinnungsaniage R geführt werden.

Der Verdichter V ist vorzugsweise als Flüssigkeitsringverdichter mit Magnesiumbisulfitlösung als Betriebsflüssigkeit (angedeutet durch die Abzweigung aus dem Stoffstrom 10) ausgestaltet. 5

Claims (7)

1. AT 408 672 B Das verdichtete S02-Gas 18 nach dem Verdichter V wird zusammen mit der Betriebsflüssigkeit in das Drucksäuresystem DS geführt. Wahlweise und in Abhängigkeit von der Aufnahmefähigkeit des Drucksäuresystems DS kann ein Teil der verdichteten S02-Gase nach dem Verdichter V abgezweigt und zur Verflüssigung VF geführt werden. Wie oben beschrieben, ist es auch möglich, nur die Betriebsflüssigkeit mit darin absorbiertem S02 aus dem Verdichter V in das Drucksäuresystem DS zu führen. Das verflüssigte S02 aus der Verflüssigung VF wird dann dem Make-Up-S02 12 vor dem Kocher K zugeführt. wie folgt dar: Gebundenes S02 als Magnesiumbisulfit (Stoffstrom 10): 60 % Freies S02 in Rückgasung bzw. Rücksäure (Ströme 13, 14): 13 % Freies S02 aus Verdichter: 8 % Make-Up S02 (Strom 12): 19 % Eine typische Stoffbilanz für S02 in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellt sich Damit stehen ohne erheblichen Mehraufwand in der Aufschlußlösung 40% freies S02, also um 9% mehr als im Verfahren des Standes der Technik, zur Verfügung. Dieses zusätzliche freie S02 kann entweder zur Gänze der regenerierten Magnesiumbisulfitlösung zugeführt werden oder aber auch teilweise verflüssigt und als Make-Up S02 direkt dem Kochprozess zugeführt werden. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Anhebung des freien S02-Gehaltes von regenerierter Magnesiumbisulfitlösung aus der gebrauchten Kochlauge eines Magnesiumbisulfit-aufschlußverfahrens, wobei die Regenerierung der gebrauchten Kochlauge die folgenden Schritte umfaßt: (a) Gegebenenfalls Verdrängen der Kochlauge (1) aus dem Kocher (K) durch Waschlauge und Entspannen der verdrängten Kochlauge (LE) (b) Entleeren des Kochers (K) nach dem Kochprozeß, (c) Abtrennen (F) des Zellstoffes (4) von der Kochlauge oder der Waschlauge (3) (d) Eindampfen (EDA) der Kochlauge (5), (e) Verbrennen (LK) der eingedampften Kochlauge (6), (f) Gewinnung (R) von regenerierter Magnesiumbisulfitlösung aus dem Abgas (7) des Schrittes (e), (g) Lagerung der regenerierten Magnesiumbisulfitlösung (10) unter Druck (DS), dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der S02-häitigen Gase (2, 16, 17) aus einem oder mehreren der Schritte (a), (b) oder (d) verdichtet (V) und zumindest ein Teil der verdichteten Gase der regenerierten Magnesiumbisulfitlösung im Schritt (g) (DS) zugeführt wird.
2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die S02-hältigen Gase (2, 16, 17) mit einem Kompressor (V) verdichtet werden.
3. 3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung in einem Flüssigkeitsringkompressor (V) durchgeführt wird.
4. 4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsflüssigkeit für die Verdichtung ein Teilstrom der regenerierten Magnesiumbisulfitlösung (10) herangezogen wird.
5. 5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verdichtete Gas (18) Magnesiumbisulfitlösung im Schritt (g) (DS) zugeführt wird.
6. 6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der verdichteten Gase (18) der regenerierten Magnesiumibisulfitlösung im Schritt (g) (DS) zugeführt wird, während der andere Teil verflüssigt wird und direkt dem Kochprozeß (K) zugeführt wird.
7. 7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der S02-hältigen Gase (2, 16, 17) aus den Schritten (a), (b) oder (d) verdichtet wird, während der andere Teil gegebenenfalls dem Schritt (f) (R) zugeführt wird. 6 AT 408 672 B HIEZU 2 BLATT ZEICHNUNGEN 7