CN102046877A - 处理纸浆厂黑液的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种处理纸浆厂黑液以回收其中含有的化学药品和能量的方法和设备。在本发明中,在热解反应器(4)中热解该黑液,生成的气体组分被送去利用并将固体与水混合,由此将生成的固体返回到石灰煅烧窑(1)内并将含氢氧化钠的液体返回到煮浆工艺中。
Description
发明背景
本发明涉及一种处理纸浆厂黑液以回收其中含有的化学药品和能量的方法。此外,本发明涉及一种处理纸浆厂黑液以回收其中含有的化学药品和能量的设备。
在制浆过程中,通过将木材原料例如木屑在包含碱液和其它物质的化学溶液中蒸煮来对其进行处理。在蒸煮之后,将从木材材料中分离的纤维纸浆从蒸煮液体中分离出来,其中仍残留在所述蒸煮期间溶解的各种木材材料组分,例如木质素。然后在蒸发装置中对蒸煮之后分离的化学混合物即黑液进行蒸发,从而得到含有尽可能少的水的可燃材料。从所述蒸发装置的最后阶段获得且通常被引入碱回收锅炉内以进行燃烧的材料的干固体含量可高达85%。
传统上,在碱回收锅炉中燃烧黑液,这导致获得热量,由此水被加热并蒸发以产生能量,盐熔化且由其再生蒸煮化学药品。例如,在芬兰专利82494和91290中公开了这种方案。已经尝试例如通过黑液气化来替换碱回收锅炉,但实际上尚未实现商业上有竞争力的方案。
WO公布2004/005610公开了一种方案,其中将黑液进行热解并且气化由热分解产生的焦炭。然而,在实践中这个方法是困难的并且要求单独且昂贵的气化设备。
发明概述
本发明的目的是提供一种处理黑液的方法和设备,由此在整个过程中可省略碱回收锅炉,且所述方法和设备简单且易于主要利用现有的纸浆厂设施而实现。
本发明方法的特征在于:
-将黑液引入热解反应器中,所述热解反应器具有基本上无氧的条件;
-向所述热解反应器中引入源自石灰煅烧窑的氧化钙;
-将所述热解反应器中产生的气体组分和固体物质相互分离;
-传送所分离的气体组分以用于进一步利用;和
-将水添加至所分离的固体物质中,由此形成氢氧化钠水溶液,将该氢氧化钠水溶液重新引入所述制浆过程中并将残留的固体物质返回至所述石灰煅烧窑。
本发明设备的特征在于其包含:
-热解反应器,向其中引入黑液且其中在无氧的条件下对所述黑液进行充分热解,形成气体组分和固体物质;
-用于将源自石灰煅烧窑的氧化钙引入到所述热解反应器内的装置;
-用于将所述热解反应器中产生的气体组分和固体物质相互分离的装置;
-混合反应器,在其中将所分离的固体物质与水混合以得到固体物质和被重新引入所述制浆过程中的氢氧化钠水溶液,和
-用于将所述固体物质返回至所述石灰煅烧窑的装置。
本发明的基本思想在于通过将黑液和氧化钙供应至同一个热解反应器内而使黑液被热解,其中在基本上无氧的条件下将黑液加热至合适的温度,以使得黑液中含有的可蒸发物质转变成气态。此外,本发明的基本思想在于将所述气体组分与所述固体物质分离并将其传送至例如电力生产的应用中,并将固体物质与水混合,由此产生溶液形式的氢氧化钠和固体形式的碳和碳酸钙,将它们再循环。本发明的其他基本思想在于通过纸浆厂处标准的石灰煅烧窑如石灰渣再锻烧窑、炉排炉或另一种合适的炉子来制造用于热解的氧化钙,因此,可将碳和碳酸钙返回至同一炉子中。根据本发明的实施方案,将惰性的气体或气体混合物导入热解反应器中。根据本发明还另一个实施方案,对在热解反应器中生成的气体组分进行传送以进行进一步加工如提纯和/或浓缩。根据本发明的还另一个实施方案,将氧化钙供应至足够热的热解反应器中,以使得它将黑液加热至热解所需要的温度。
本发明的方法具有的优势在于,一个化学药品的循环即可允许能量和化学药品的回收,且可以将通过冷凝而从所述气体组分中分离出的热解油用作化石燃料的替代品,或者,如果希望,可以将所述热解油进一步加工以用作车用燃料。另一个优点是因为热解迅速,所以气体的生成得以最大化。此外,由于热解温度低,因此避免了常规碱回收锅炉中出现的腐蚀和结垢问题。
附图简述
参考附图,将更加详细地对本发明进行说明,其中:
图1是应用本发明方法的设施的示意图,和
图2是应用本发明方法的另一种设施的示意图。
发明详述
图1图解显示了适用于实施本发明方法的设备。其包含石灰煅烧窑1,其一般可为石灰渣再煅烧窑或另一种合适的炉子,其中将石灰烧成氧化钙。向石灰煅烧窑中引入碳酸钙,使其在石灰煅烧窑中变成氧化钙。另外,有可能向石灰煅烧窑中供应碳,所述碳发生燃烧而成为二氧化碳。石灰煅烧所需要的热主要得自碳的燃烧,但是还可以将其他一些已知的固体、液体或气体辅助燃料2例如油或燃气等供应至石灰煅烧窑内。以本身已知的方式从石灰煅烧窑中将在其中生成的烟道气3进行传送以进行提纯和任选地热回收。
将在石灰煅烧窑中产生的并典型地具有200℃~1000℃的温度的氧化钙从石灰煅烧窑传送至热解反应器4中,还向所述热解反应器4中引入黑液5和流化介质6。所述热解反应器4可以是任何合适的反应器例如流化床炉等。
所述流化气体6是惰性的气体或气体混合物。出于这个目的,有可能使用纯惰性气体,但是显著更经济的是使用例如下述的未凝结气体或含有反应后的气体或气体混合物的气体,所述反应后的气体或气体混合物例如一氧化碳、二氧化碳、氮气、氮氧化物或蒸汽。此外,甚至有可能使用从中除去了固体物质的烟道气,例如源自石灰煅烧窑的烟道气,作为流化气体。
所述热解反应器4中的温度是大约200℃~1000℃,优选400℃~600℃。当向其中引入温度为200℃~1000℃的热氧化钙时,该热氧化钙对黑液进行加热。另外,例如,氧化钙跟与黑液一起进入热解反应器的水发生反应而产生更多的热。在这种情况中,所述反应器从黑液中含有的物质中产生气体组分,将所述气体组分与固体物质一起传送至分离器7,所述分离器7可以为例如常规的旋风分离器。在所述分离器7中,将固体与气体组分7a分离,传送所述气体组分7a以做进一步处理或以这种气体形式原样用于车用燃料的制备或用作石灰煅烧窑的辅助燃料。或者,可将所述气体传送至冷凝器8中。在所述冷凝器中,气体冷凝形成油9,所述油被送去用作例如电能生产的燃料,或可将所述油进一步加工而用作例如车用燃料。这种油还可用作石灰煅烧窑中的辅助燃料。未凝结的气体10则被引导至电力生产或用于以其他方式进行应用,并且可以将至少部分该气体再循环回石灰煅烧窑中以用作辅助燃料或流化气体6。
将分离的固体传送至混合反应器11中,还向所述混合反应器11中引入水12。所述水和所述固体相互反应,由此发生下列反应:
C+Na2CO3+CaO+H2O→C+2NaOH+CaCO3 (1)
从此,将液体形式的NaOH和液体形式的其他物质与固体分离并传送回纸浆蒸煮工艺。相应地,将碳酸钙CaCO3和碳C传送回石灰煅烧窑,在那里碳酸钙煅烧而成为氧化钙且碳燃烧而成为二氧化碳且有一些成为一氧化碳。
图2图解显示了适合于实施本发明方法的第二设备。对于与图1中的那些相对应的组件,相同的附图标记是指相同的部分,对它们不再单独进行说明,除非为了理解需要。图2的方案与图1的方案的区别在于使用的石灰煅烧窑为炉排炉,在该实例中为具有旋转炉排的炉子,且热解反应器是从外部加热的旋转炉。
所述石灰煅烧窑是所谓的旋转炉排炉,将碳酸钙和碳供应至所述炉子的中心,所述碳酸钙来自混合反应器11。这种炉子极其适用于煅烧潮湿的物质,例如与水分离的碳酸钙且碳是实用的。如果需要,还可在单独的干燥器14中对这种物质进行单独干燥,所述干燥器14放置于混合反应器11与石灰煅烧窑1之间。
在这种情况下,所述热解反应器4是主要位于水平方向上的且还可绕其纵轴旋转的管式炉4a。优选将黑液和氧化钙引入稍微倾斜的管式炉的顶端即进口端,相应地从所述管式炉的下端即出口端将固体物质排放至混合反应器11。在该炉内部,还可以具有以合适速率移动固体物质穿过所述炉的纵向混合器或进料螺杆。从所述管式炉4a的顶端侧移出在热解反应器4中生成的气体组分并对其进行传送以用于其他用途或图1中所示的处理。这个实施方案不需要适当的分离器将固体和气体彼此分离,而是充当热解反应器4的炉子同时充当分离它们的装置。
将来自石灰煅烧窑1的烟道气通过单独的通道15进行传送以加热热解反应器4。在该管式炉的周围,最优选建造绝热的通道系统或空间,所述来自石灰煅烧窑1的烟道气流过所述通道系统或空间,使得烟道气在管式炉4a的排放端进入热解反应器4,然后向前流向炉子4a的进口端,并且从那里移出烟道气4以便以期望的方式进行处理。因此,在所述热解反应器中发生逆流加热,由此当黑液穿过该炉子向出料端推进时该待热解的黑液连续地受热。在所述烟道气通道15中,优选在热解反应器或另一种合适的位置处提供至少一个出口通道15a,以例如移出并传送与烟道气分离的氧化钙和其他固体物质至热解反应器。
代替或除了通过石灰煅烧窑的烟道气来进行加热之外,还可以通过使用液体或气体燃料的燃烧器、通过将它们的热燃烧气体传送来加热热解反应器,来对所述热解反应器进行加热。
当对所述热解反应器使用单独的外部加热时,引入其中的氧化钙的温度可以较低,因为所述氧化钙不需要能够将黑液加热至热解的温度,而是可以用其他的加热来完成。因此,引入的氧化钙的温度可以仅仅是200℃以上。
鉴于热解反应器4的操作,在所述温度易于上升过度或排出的烟道气过热的情况中,在将它们送去加热该热解反应器4之前可以通过使用本身已知的冷却器方案例如传热面16来冷却该烟道气,其中回收烟道气的热量并用于所述方法的其他地方中。
代替烟道气加热,还有可能使用一些其它加热方法,用这些方法使热解反应器4的温度适合于热解,优选约400℃~600℃。
当使用卧式炉作为热解反应器4时,不需要单独的流化气体。
因此,本发明的方法不需要常规的碱回收锅炉,而是主要靠热解反应器来实施黑液中化学药品的回收,所述热解反应器的尺寸和投资成本是碱回收锅炉成本的几分之一。同样地,与碱回收锅炉相比,所述热解反应器的操作成本相对低。另外,当在热解反应器中生成的气体还可被利用或进一步处理以用作燃气透平机或柴油发电机的燃料时,有可能以比使用常规的碱回收锅炉方案更显著有效的方法产生工艺所需的电和蒸汽。此外,当应用本发明的方法时,还可以避免昂贵的气化器方案,至少迄今为止气化器方案被证实是相当难以应用的。
所使用的石灰煅烧窑可以是本身已知的任何炉子,通过它可将石灰从碳酸钙烧成氧化钙。然而有利的是,可使用现有的石灰渣再煅烧窑或本身已知的炉排炉。所述热解反应器可以是适用于本用途的任何反应器,但是使用卧式的旋转圆筒炉是有利的,因为它们的操作和行为是熟知的并且可良好地进行控制。所述混合反应器进而也可以是任何合适的混合反应器,可以向其中引入来自分离器的固体物质,且可以引入水,并可从那里以合适的方式移出溶液和固体物质。在混合反应器之后,还可使用单独的分离器,从而将水与固体物质分离开。如有必要,可以在该固体物质被引入石灰煅烧窑之前对所述固体物质进行干燥。
以上在说明书和附图中仅仅举例说明了本发明,但是无论如何不能将本发明限制于此,而是根据所附的权利要求限定保护范围。因此,还可以以期望的方式将各种示例性实施方案的个体特征应用于其他实施方案中。
Claims (34)
1.一种用于对纸浆厂黑液进行处理以回收其中含有的化学药品和能量的方法,所述方法特征在于
-将黑液引入热解反应器中,所述热解反应器具有基本上无氧的条件;
-向所述热解反应器中引入源自石灰煅烧窑的氧化钙;
-将所述热解反应器中产生的气体组分和固体物质相互分离;
-传送所分离的气体组分以用于进一步利用;和
-将水添加至所分离的固体物质中,由此形成氢氧化钠水溶液,将该氢氧化钠水溶液重新引入所述制浆过程中并将残留的固体物质返回至所述石灰煅烧窑。
2.权利要求1的方法,其特征在于,将在所述热解反应器内生成的气体组分和固体传送至分离器内以将它们彼此分离。
3.权利要求1或2的方法,其特征在于,将惰性的气体或气体混合物传送至所述热解反应器内,在所述热解反应器内将其与所述黑液混合。
4.权利要求3的方法,其特征在于,传送至所述热解反应器内的所述气体或气体混合物至少部分是由从所述热解反应器中获得的气体的冷凝过程中未凝结的残余气体组成的。
5.权利要求3或4的方法,其特征在于,传送至所述热解反应器的所述气体或气体混合物至少部分是由二氧化碳或一氧化碳组成的。
6.权利要求3~5中任一项的方法,其特征在于,传送至所述热解反应器的所述气体或气体混合物至少部分是由氮气或氮氧化物组成的。
7.权利要求3~6中任一项的方法,其特征在于,传送至所述热解反应器的所述气体或气体混合物至少部分是由烟道气组成的。
8.前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,所述热解反应器中的温度是200℃~1000℃,优选400℃~600℃。
9.前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,在200℃~1000℃、优选400℃~600℃的温度下将氧化钙引入所述热解反应器内。
10.前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,利用单独的热源对所述热解反应器进行加热。
11.权利要求10的方法,其特征在于,通过从外部提供热量来加热所述热解反应器。
12.权利要求11的方法,其特征在于,通过用来自石灰煅烧窑的烟道气从外部提供热量来加热所述热解反应器。
13.前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,使用基本上卧式的圆筒炉作为所述热解反应器。
14.权利要求13的方法,其特征在于,在热解期间旋转所述圆筒炉。
15.前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,使用旋风分离器作为所述分离器。
16.权利要求13或14的方法,其特征在于,使用充当所述热解反应器的所述卧式圆筒炉作为所述分离器。
17.前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,将石灰渣再锻烧窑用作所述石灰煅烧窑。
18.权利要求1~17中任一项的方法,其特征在于,将炉排炉用作所述石灰煅烧窑。
19.前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,在冷凝器中冷凝从所述分离器中分离的气体组分,产物是油,并且将在所述冷凝器中未凝结的气体进行传送以便在需要燃料的所述石灰煅烧窑或其他工艺中再利用。
20.一种用于对纸浆厂黑液进行处理以回收其中含有的化学药品和能量的设备,其特征在于包含:
-热解反应器,向其中引入黑液且其中在无氧的条件下对所述黑液进行充分热解,形成气体组分和固体物质;
-用于将源自石灰煅烧窑的氧化钙引入到所述热解反应器内的装置;
-用于将所述热解反应器中产生的气体组分和固体物质相互分离的装置;
-混合反应器,在其中将所分离的固体物质与水混合以得到固体物质和被重新引入所述制浆过程中的氢氧化钠水溶液,和
-用于将所述固体物质返回至所述石灰煅烧窑的装置。
21.权利要求20的设备,其特征在于,其包含将惰性的气体或气体混合物供应至所述热解反应器的装置。
22.权利要求20或21的设备,其特征在于,其包含用于加热所述热解反应器的单独的热源。
23.权利要求22的设备,其特征在于,其包含安装成从外部加热所述热解反应器的单独的热源。
24.权利要求23的设备,其特征在于,使用来自所述石灰煅烧窑的烟道气作为所述单独的热源。
25.权利要求20~24中任一项的设备,其特征在于,使用基本上卧式的圆筒炉作为所述热解反应器。
26.权利要求25的设备,其特征在于,以绕其纵轴旋转的方式安装所述圆筒炉。
27.权利要求20~26中任一项的设备,其特征在于,充当所述热解反应器的所述炉构成使在所述热解反应器中生成的气体组分和固体彼此分离的装置。
28.权利要求20~27中任一项的设备,其特征在于,用于将在所述热解反应器中生成的气体组分和固体彼此分离的装置为分离器。
29.权利要求28的设备,其特征在于,所述分离器是旋风分离器。
30.权利要求20~29中任一项的设备,其特征在于,所述石灰煅烧窑为石灰渣再锻烧窑。
31.权利要求20~30中任一项的设备,其特征在于,所述石灰煅烧窑为炉排炉。
32.权利要求20~31中任一项的设备,其特征在于,其包括:冷凝器,在所述冷凝器中对在所述分离器中分离的气体组分进行冷凝,产物是油和未凝结的气体;和将它们传送去在需要燃料的石灰煅烧窑和其他工艺中再利用的装置。
33.权利要求20~32中任一项的设备,其特征在于,所述热解反应器中的温度是200℃~1000℃,优选400℃~600℃。
34.权利要求20~33中任一项的设备,其特征在于,其包括在200℃~1000℃、优选400℃~600℃的温度下将氧化钙供应至所述热解反应器中的装置。
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