DE1692838C3

DE1692838C3 - Verfahren und Anordnung zur Wiedergewinnung von Chemikalien aus einem Zellstoffkochprozeß auf Bisulfit-Basis

Info

Publication number: DE1692838C3
Application number: DE1692838A
Authority: DE
Inventors: Norman D. Lancaster Ohio Phillips (V.St.A.)
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1966-05-16
Filing date: 1967-04-04
Publication date: 1975-05-22
Also published as: DE1692838B2; US3462343A; DE1692838A1; SE322685B; NO122572B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und

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eine Anordnung zur Wiedergewinnung von Chemikalien aus einem Zellstoffkochprozeß, bei dem die zellitoffhaltigen Ausgangsmaterialien in einer wässerigen Magnesiumbisulfit-Kochlauge aufgeschlossen, die heiße Ablauge von dem Zellstoffbrei getrennt, konzentriert, unter Wiedergewinnung von Magnesiumoxid und Schwefeldioxid enthaltenden Abgasen unter Wärmeabgabe verbrannt wird, aus dem gebildeten Magnesiumoxid ein Magnesiumhydroxid enthaltender wässeriger Brei hergestellt wird und die Abgase ihren Schwefeldioxidgehalt an den Magnesiumhydroxidbrei unter Bildung von Magnesiumbisulfit abgeben.

Die Verwendung von Kochlaugen auf der Basis von Magnesiumsuifit beim Kochprozeß von Cellulosederivatmaterialien hat in den letzten Jahren eine rapide Steigerung erfahren. Die Verfahrensweise auf dieser Basis bietet mehrere Vorteile, wie erhöhte Ausbeute aus den Ausgangsmaterialien, verbesserte Qualität der Fertigprodukte und die Möglichkeit, eine große Auswahl an Rohstoffmaterialien bei der Herstellung von spezifischen Produkten zu verwenden. Ein wesentlicher Vorteil des Kochverfahrens auf der Basis Magnesiumsuifit besteht in der Möglichkeit, beim Kochen benutzte Chemikalien unter nur geringen Verlusten der Chemikalien durch das Rückgewinnungsverfahren zurückzugewinnen.

Die Erfindung ist besonders bei solchen Kochprozessen auf de·· Basis von Magnesiumlaugen anwendbar, bei denen die Restlaugen lose gebundene Mengen an SO2 enthalten, welches gestattet, aus diesen SO2 vor einer weiteren Behandlung der Restlaugen für die Chemikalienrückgewinnung auszutreiben. Ein Beispiel für die Kochflüssigkeit, für die die vorliegende Erfindung anwendbar ist, ist die des in der USA.-Patentschrift 3 092 535 beschriebenen Kochprozesses, besonders wenn ein solches Zellstoffverfahren in einem Zweistufen-Kocher benutzt wird. Ein ähnliches Verfahren ist als zweistufiges saures Bisulfit-Koch verfahren bekannt; auf dieses bezieht sich das Rückgewinnungsverfahren der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung bei jedem chemischen oder halbcheir.ischen Kochverfahren verwendet werden.

Bei diesem bekannten Verfahren werden die zellstoffhaltigen Ausgangsmaterialien im Zellstoffkocher aufgeschlossen, dem als Kochflüssigkeit eine wässerige Magnesiumbisulfit-Kochlauge zugeführt wird. Der erhaltene Zellstoffbrei wird dem Wäscher zugeleitet, in dem die heiße Ablauge von dem Zellstoffbrei getrennt wird.

Nun wird bei der üblichen Verfahrensweise die 82° C heiße Ablauge dem Mehrstufenverdampfer zugeführt und konzentriert und von dort einem Verbrennungsofen zugeleitet. Bei der Verbrennung — unter Wärmegewinnung — werden Magnesiumoxid und in den Verbrennungsgasen Schwefeldioxid wiedergewonnen. Aus dem Magnesiumoxid wird in einer Absorptionsanlage ein Magnesiumhydroxid enthaltender wässeriger Brei hergestellt, während die Abgase ihren Schwefeldioxidgehalt an den Magnesiumhydroxidbrei abgeben, wobei Magnesiumbisulfit gebildet wird. Unter Zugabe von elementarem Schwefel wird in der Kochlaugen-Herstellungsanlage die Kochlauge erzeugt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, das Schwefeldioxid sofort aus der Restlauge nach dem Verlassen des Wäschers zu entfernen und es bei der Regenerierung der Magnesiumbisulfit-Kochlauge zu verwenden, anstatt es über den Mehrstufenverdampfer, den Verbrennungsofen und die weiteren nachgeschal-

ADparaturen zu leiten. Dadurch wird der Vorteil ^tete>ht daß diese Aggregate ganz wesentlich kleiner λ Hie' Leitungsquerschnitte geringer bemessen wer- ν- ner weil ein viel kleineres Volumen umzuwäl^den T wobei sich auch eine erhebliche Betnebsko- 5 ^Zen soarnis ergibt. Ferner ergibt sich auch eine besse-^St A nutzung des Schwefeldioxicanteils und damit ein höherer Wirkungsgrad der Gesamtanlage.

nie Erfindung besteht nun dann, daß em inertes Gas . h _die nach dem Kochen abgetrennte Lauge hin- _1Q 7 LHtet wird, die hierbei entstehende schwefel-Gasmischung zu dem magnes.um-Bei in an sich bekannter Weise so

irirthalüße Gasmg de g

Sroxidhaltigen Brei in an sich bekannter Weise so eführt wird daß das Schwefeldioxid von dem Brei ab-

⁵⁰S weiteren Erfindungsmerkmalen ist es vorteilhaft, als Austreibmittel Wasserdampf bzw. überhitzten Wasserdampf zu verwenden.

nie Erfindung bezieht sich ferner auf eine Anord- «ine zur Durchführung der erfindungsgemäßen Ver- 2c fchrensweise, bestehend aus einem Zellstoffkocher. Errichtungen zur Abtrennung der Restlauge von dem .beschlossenen Zeilstoff, zur Konzentrierung der Kuge und deren Verbrennung, zur Abscheidung Jf Maenesiumoxids aus den Verbrennungsabgasen so-JfeVeiner Umsetzung mit einem wässerigen Magne-Imhydroxidbrei und zur Umsetzung des Schwefel-SSehaltes der Verbrennungsabgase mit dem Sagnesiurnhydroxidbrei (24) und zur Herstellung schwefliger Säure aus elementarem Schwefel

Frfindungsgemäß ist bei einer solchen Anordnung eine Austreibvorrichtung mit einer Austreibgaszule,-tune und mit einem Flüssigkeitsumlauf vorgeseher, die Sehen dem Zellstoff wäscher zur Abtrennung der Restlauge und dem Mehrstufenverdampter angeordnet

Nach der weiteren Erfindung ist die Austreibvorrichtung als venturiförmige Röhre mit einer Einschnürung ausgebildet, in derem oberen Bereich die schwache Restlauge entgegen dem von unten auf die Einschnürung gerichteten Strom des aus einer Düse zugeführten Austreibgases versprüht wird. Dabei kann nach einem weiteren Erfindungsmerkmal die Einschnürung der Austreibvorrichtung derart bemessen sein, daß eine Maximalströmung von 3,05 m/sec nicht überschritten

wird.

Nach einem weiteren Anordnungsmerkmal der Erfindung kann ferner ein Kühler im Verlauf der Ableitung der Gase aus der Austreibvorrichtung vorgesehen sein.

Das Verfahren und die Anordnung nach Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von zwei Auiführungsbeispielen schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die schematische Darstellung eines Zellstoff-Kochverfahrens auf der Basis von Magnesiumsulfit, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wiedergewinnung von Chemikalien weitergebildet ist,

F i g. 2 die schematische Darstellung eines gegenüber der F i g. 1 abgewandelten Verfahrens in Verbindung mit dem Wiedergewinnungsverfahren nach der Erfindung.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Verfahrens-Schema ist der Zellstoffkocher mit 10 bezeichnet. Dem Kocher 10 wird die Kochflüssigkeit aus der Leitung 30 bei 11 zugeführt; er ist ferner mit einer Ausgangsleitung 12 für die Gase und einer Entnahmeleitung 13 für den hergestellten Zellstoffbrei versehen. Nachdem der Kochprozeß beendet ist, wird der Zellstoff zu dem Zellstoffwascher 14 transportiert, wo die Restflüssigkeit vom Zellstoff abgetrennt wird; der Zellstoff wird durch einen Kanal 15 zur weiteren Behandlung abgeführt, und die schwache Lauge mit einer Konzentration von 10 bis 15°/o an Feststoffen läuft durch ein Rohr 16 zum Wiedergewinnungsapparat, um die Kochflüssigkeit zu

Tgänzen. ,

Die schwache Lauge, die von dem Zellstoffwascner 14 erhalten worden ist, wird durch die Leitung 16 zu der Austreibvorrichtung 17 geführt, wo sie in direkten Gegenstromkontakt mit einem Austreibemedium, wie einem inerten Gas oder Wasserdampf, gebracht wird. In der Aushebvorrichtung 17 werden die lose gebundenen Schwefelverbindungen aus der Flüssigkeit entfeint und als gasförmiges Schwefeldioxid an die weiteren Behandlungsapparaturen abgegeben.

Nachdem aus der Restlauge die lose gebundenen Schwefelverbindungen ausgetrieben sind, wird die flüssigkeit durch eine Leitung 18 einem Mehrstufenverdampfer 21 zugeführt, wo die Flüssigke.t durch \erdampfung bis zu einem Feststoffgehalt von 50 bis 70<Vo eingedampft wird, bis diese zur Veraschung im Verbrennungsofen 20 geeignet ist Beim Verbrennen der Flüssigkeit werden die chemischen Bestandteile m Form fester Magnesiumoxidteilchen undI \ erb. ennungsgasen mit Gehalten an Schwefeldioxid und Kohlendioxid abgetrennt. Die Verbrennung der Flüsigkeit ist mit der Abgabe von Wärme verbunden w el ehe vorteilhaft zur Dampferzeugung, beispielsweise fur Krafterzeugungszwecke, verwendbar ist. Die Magnesiumoxidteilchen werden mit den Verbrennungsgasen mitgerissen und von den Gasen in einem Staubabscheider^ getrennt. Die abgetrennten Festanteile^ werden zu Ablösch- und Filterapparaturen (nicht dargestellt) geleitet, wobei das Magnesiumoxid in einen brei verwandelt wird, der Magnesiumhydroxid enthalt

Die Verbrennungsgase verlassen den Staubabschei der 22 durch einen Kanal 23 und werden danach durch ine chemische Absorptionsanlage 24 geleitetwo d e Gase mit einer versprühten Flüssigkeit, die· eingestehe Mengen von Magnesiumhydroxid^«, enthalt, m Beruh rung gebracht werden, um das Schwefeldioxid aus den Gas^een zu absorbieren. Die bei 25 aus der Abj>jTgonv anlage 24 austretenden Gase sind substan el 1 rei von Schwefeldioxid, während eine wäßrige Losung du: durch die Leitung 26 ^gegeben wird Magnes'um bisulfit enthält und zu e.ner Kochsaure-Herste lungs-Anlage 27 geleitet wird, wo f^di^tem* der wäßrigen Lösung vereinigt wird, um die bevorzug e Kochflüssigkeit zu bilden. Das zusätzliche SO2 wird in einem Schwefelverbrenner 28 aus elementarem1 Schwe fei gewonnen und mittels der Leitung 37 der Saureher Stellungsanlage 27 zugeführt. ,wa^teHt ist

In der Anordnung, die in der F 1 g-1 dargesteilt^ ist, besteht das Austreibmittel, welches in der Austreibvorrichtung verwendet wird, aus überhitztem Dampf, der durch das Rohr 32 eingeführt wird und du«* eine Ga düse 32Λ gegen den eingeschnürten Hals 33 der Aus Reibvorrichtung I₇ aufwärtsgespritzt w,rd_R Der Dampf

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fließt. Das SCVGas v/ird durch die Leitung 34A ::u dem Kanal 37 gebracht, der den Schwefelverbrenner 28 und die Anlage 27 verbindet.

Die Aushebvorrichtung 17 kann die Form einer venturiartigen Röhre besitzen, in der die schwache Restlauge aus der Leitung 16 abwärts aus einer Stellung oberhalb oder in der Nachbarschaft der Einschnürung versprüht wird. Der Dampfstrom, der aufwärts aus der Düse 32Λ tritt strömt aufwärts im direkten Gegenstromkontakt mit der Restlauge, um so die Abgabe der SO2-Gase aus der Flüssigkeit zu bewirken. Da die Kontaktzeii mit dem Austreibmitte! in derartigen Austreib-Apparaten äußerst beschränkt ist, ist es vorteilhaft, die Restlauge aus dem unteren Teil oder Sumpf 40 zurückzuführen, was durch die Pumpe 41 bewirkt wird, die die Flüssigkeit durch die Leitung 42 zurückführt und durch eine Düse 43 versprüht.

Bei der beschriebenen Verfahrensweise beträgt die Temperatur der Restlauge etwa 82⁰C. Wenn Dampf als Austreibmittel benutzt wird, muß die Menge des überhitzten Dampfes genügend groß sein, um jede merkliche Kondensation von Feuchtigkeit innerhalb der Austreibvorrichtung 17 zu vermeiden. Dabei sollte auch die Verdünnung der Flüssigkeit in der Austreibvorrichtung 17 durch Dampfkondensation vermieden werden, denn die verdünnte Flüssigkeit, die von dem Sumpf 40 durch die Leitung 44 zu dem Verdampfer 21 strömt, würde den Wärmebedarf in dem Verdampfer 21 erhöhen, um die erforderliche Konzentration für die Veraschung der Flüssigkeit in dem Ofen 20 zu erhalten.

Auf Grund der gewählten Menge des Austreibmittels, um den spezifischen Temperaturanforderungen zu entsprechen, und des ausgewählten Zuflusses an schwacher Restlauge durch die Leitung 16, sind die Dimensionen der Einschnürung 33 so bemessen, um das Obergehen der Flüssigkeit mit dem Gasfluß durch die Leitung 34 so gering wie möglich zu halten. Es wurde festgestellt, daß eine Maximalströmung von 3,05 m/sec durch die Einschnürung diese Bedingung erfüllt

Der Überschuß an SCh enthaltenden Gasen strömt von dem Schwefelverbrenner 28 zu der Säureherstellungs-Anlage 27; soweit diese nicht in wäßriger Lösung in der Anlage 27 absorbiert werden, können sie durch die Leitung 38 abströmen, um sich mit den Gasen zu mischen, die durch die Leitung 23 in die Absorptionsapparatur 24 strömen. Die Gase, die periodisch aus dem Kocher 10 durch die Leitung 12 austreten, laufen in die Leitung 38 und gehen ebenfalls durch die Leitung 23 zu der Absorptions-Apparatur 24.

Bei dem abgewandelten Verfahrens-Schema nach F i g. 2 wird die Erfindung auf eine Zellstoffbreikochbehandlung angewendet, die als saures Zweistufen-Zellstoffkochverfahren bekannt, ist Bei diesem Verfahren wird der Zellstoffkocher 50 mit Schnitzeln in der üblichen Weise beschickt und während der Anfangsstufen zellstoffkochbehandlung, die sich im Kontakt mit saurer Magnesiumbisulfitkochlauge abspielt, wird diese durch die Leitung 51 von der Säureherstellungsvorrichtung 52 geliefert Nach einer vorbestimmten Zeitspanne wird etwas Flüssigkeit aus dem Kocher 50 durch die Leitung 53 entfernt, und schweflige Säure wird dem Kocher 50 durch die Leitung 54 für die zweite Stufe des Kochprozesses zugeleitet Die schweflige Säure wird in einem Sammelbehälter 55 angesammelt, der den Dampf und die Flüssigkeit durch die Leitung 53 von dem Kocher 50 erhält.

In der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist der Zellstoff, der in dem Kocher 50 hergestellt worden ist, von der Flüssigkeit in einem Zellstoffwäscher 14 von der schwachen Rücklauge getrennt, die durch die Leitung 16 zur Austreibvorrichtung 17 geleitet wird, wobei das lose gebundene SO2 aus der Flüssig keit durch Kontakt mit einem inerten Gas entfernt wird. Dabei werden Verbrennungsgas»; zum Austreiben des SO2 benutzt, die durch einen Kühler 35 geleitet werden, um jeden kondensierbaren Dampf daraus zu entfernen, der mit den SCb-Gasen in den SO2- und Wasser-Sammelbehälter 55 geleitet wird. Die SO2-Gase, die durch den Sammelbehälter laufen, werden durch etwas Überschuß von freiem SO2 in der Lösung stark absorbiert das von dem oberen Teil des Sammelbehälters 55 durch die Leitung 57 zu dem SO2- und Wasserkontaktturm 56 geleitet wird.

Wie \n Verbindung mit F i g. 1 beschrieben wurde, wird die Magnesiumbisulfit enthaltende Lösung von der Absorptionsvorrichtung 24 abgegeben, läuft dann durch die Leitung 26 zu einer Säureherstellungsvorrich-

jo tung 52, wo zusätzlich SCh-Gase der Lösung zugefügt werden. Die SCh-Gase werden durch Verbrennen von Schwefel in dem Schwefelverbrenner 28, wo etwas überschüssiges, nicht durch die Magnesiumbisulfit-Lösung absorbiertes SO2 zu der Absorptionsanlage durch den Kanal 38 zurückgebracht wird.

In den F i g. 1 und 2, die die Anwendung der Erfindung verdeutlichen, ist die Austreibvorrichtung 17 gezeigt die als venturiförmiges Rohr ausgebildet ist. Die Restlauge, die vom Zellstoffwäscher 14 erhalten wird.

weist gewöhnlich 10 bis 15% Reststoff und eine Temperatur von annähernd 82° C auf. Die Flüssigkeit wird in das obere Endstück des Venturirohres durch die Zuleitung 16 gesprüht, während das Austreibgas Dampf, wie in F i g. 1 gezeigt und Verbrennungsgase, wie in F i g. 2 gezeigt, in einer Aufwärtsrichtung in direkten Kontakt mit der abwärts sich bewegenden versprühten Restlauge eingespritzt werden.

Das Gas oder der Dampf wird der Austreibvorrichtung 17 mit einer genügenden Temperatur zugeleitet, um den Druck und die Temperatur der Mischung aus inertem Gas und SCh-Gas über der Sättigungstemperatur der Mischung zu halten. Auf diese Weise werden die Verbrennungsgase zu dem Kühler 35 geleitet der auf einer Temperatur gehalten wird, die ausreichend ist, den Wassergehalt darin über der Sättigungstemperatur zu halten. Der Rückführungsanteil der zurückgeführter Flüssigkeit muß genügend sein, um das maximale Aus treiben des SO2 von der Restflüssigkeit sicherzustellen so daß das Magnesium zum SCh-Molverhältnis in clei Größenordnung von 1 :1 oder 1,1 :1 ist.

Außer auf Magnesiumsulfitkochverfahren ist die Er fipdung auch bei jeder Anwendung brauchbar, wo e: erforderlich oder wünschenswert ist, die Restflüssigkei in Mehrstufenverdampfern zu konzentrieren. Das Aus treiben des überschüssigen SO2 aus der Restflüssigkei setzt die Azidität und den korrosiven Effekt der Rest flüssigkeit herab. Nachdem die schwache Restlaug austreibend behandelt ist, ist es nicht länger erfordet lieh, ein Neutralisationsmittel wie Magnesiumhydroxi zu der Flüssigkeit zuzufügen, die den Mehrstufenvei dampfern 21 zugeführt wird.

Das SCh-Austreibverfahren der vorliegenden Erfir dung setzt auch in vorteilhafter Weise die Materia mengen herab, die durch die Rückgewinnungsvorrid tungen einer vollständigen Rückgewinnungsanlage g< führt werden müssen. Als ein Ergebnis der Erfindur können die physikalischen Dimensionen der SO2-AI sorptionseinrichlung 24 verkleinert werden im Ve

gleich mit vergleichbaren Anlagen, bei denen neutralisierende Mittel zu der Restzellstoffbreiflüssigkeit zugeführt werden müssen, die durch die Melirstufenverdampfer geführt werden und dann dem Chemikalienwiedergewinnungsofen 20 zugeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wiedergewinnung von Chemikalien aus einem Zellstoffkochprozeß, bei dem die «ellstoffhaltigen Ausgangsmaterialicn in einer wässerigen Magnesium-bisulfit-Kochlauge aufgeschlossen, die heiße Ablauge von dem Zellstoffbrei getrennt, konzentriert, unter Wiedergewinnung von Magnesiumoxid und Schwefeldioxid enthaltenden Abgasen unter Wärmeabgabe verbrannt wird, aus «iem gebildeten Magnesiumoxid ein Magnesiumhydroxid enthaltender wässeriger Brei hergestellt wird und die Abgase ihren Schwefeldioxidgehalt an dem Magnesiumhydroxidbrei unter Bildung von Magnesiumbisulfit abgeben, dadurch gekennt eich η et, daß ein inertes Gas durch die nach dem Kochen abgetrennte Lauge hinrfurchgeleitet wird, die hierbei entstehende schwefeldioxidhaltige Oasmischung zu dem magnesiumhydroxidhaltigen Brei in an sich bekannter Weise so geführt wird, daß das Schwefeldioxid von dem Brei absorbiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgas Wasserdampf verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß überhitzter Wasserdampf verwendet wird

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden Ansprüchen, mit einem Zellstoffkocher (10, 50), Einrichtungen zur Abtrennung der Restlauge (14) von dem aufgeschlossenen Zellstoff, zur Konzentrierung der Restlauge (21) und deren Verbrennung (20), zur Abscheidung des Magnesiumoxids aus den Verbrennungsabgasen (22) sowie seiner Umsetzung mit einem wässerigen Magnesiumhydroxidbrei, zur Umsetzung des Schwefeldioxidgehaltes der Verbrennungsabgase mit dem Magnesiumhydroxidbrei (24) und zur Herstellung schwefliger Säure (27, 28, 37) aus elementarem Schwefel, gekennzeichnet durch eine Austreibevorrichtung (17) mit einer Austreibgaszuleitung (32) und mit einem Flüssigkeitsumlauf (40, 42, 41, 43)t die zwischen dem Zellstoffwäscher Kur Abtrennung der Restlauge (14) und dem Mehr- «tufenverdampfer (21) angeordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austreibvorrichtung (17) als venturiförmige Röhre mit einer Einschnürung (33) ausgebildet ist, in deren obei em Bereich die schwache Restlauge mittels einer Leitung (16) entgegen dem von unten auf die Einschnürung (33) gerichteten Strom des aus einer Düse (32Λ) zugeführten Austreibgases versprüht wird.

6. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Bemessung der Einschnürung (33) der Austreibvorrichtung (17) derart, daß eine Maximal- »trömung von 3,05 m/sec nicht überschritten wird.

7. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Kühler (35), der im Verlauf der Ableitung (34) der Gase aus der Austreibvorrichtung (17) angeordnet ist.