DE2506970C3 - Verfahren zur Überführung hochviskoser Zellstoffablaugen in einen pumpfähigen Zustand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überführung hochviskoser Zellstoffablaugen, insbesondere Ablaugen aus dem alkalischen Aufschli-ß von Bagasse in einen pumpfähigen Zustand durch Verminderung der Viskosität durch Temperaturerhöhung.

Es ist üblich, zur Rückgewinnung der Chemikalien aus den Zellstoffablaugen, die Zellstoffablaugen in speziellen Kesseln zu verbrennen. Einerseits um Energie zu sparen und andererseits um eine eventuelle Explosionsgefahr zu vermeiden, werden die Zellstoffablaugen vor Aufgabe auf den Kessel auf über 55% Feststoffgehalt konzentriert.

Während die Voreindampfung meist in mehrstufigen Vakuum-Eindampfanlagen durchgeführt wird, wird die Endkonzentrierung mittels Kaskasen- oder Zykloneindampfer oder im Venturi-Wäscher vorgenommen, wobei die Kesselrauchgase, nachdem ihnen der größte Teil ihrer Wärme zur Erzeugung von Dampf entzogen worden ist, als Wärmequelle verwendet werden. Bei" Zeltstoffablaugen mit mäßiger Viskosität wie z. B. Ablaugen aus dem Aufschluß von Nadelhölzern, arbeiten alle Verfahren einwandfrei. Seit einiger Zeit werden aber auch Einjahres-Pflanzen, wie z. B. Bagasse als Rohstoff verwendet. Die daraus gewonnenen Ablaugen sind im konzentrierten Zustand sehr zähe. Bisher ist es nicht gelungen, mit einem der bekannten Endkonzentrierverfahren zu befriedigenden Ergebnissen zu kommen.

Beim Kaskadeneindampfer bilden sich infolge der hohen Viskosität zu dicke Flüssigkeitsschichten. Beim Zykloneindampfer und Venturi-Wäscher ist es erforderlich, die zu konzentrierenden Ablaugen mehrmals im

Kreislauf zu führen, um zu vertretbaren Abmessungen zu kommen, infolge der leicht auftretenden Betriebsstörungen an den Umwälzpumpen ist ein ordnungsgemäßer Betrieb nicht möglich.

Die Viskosität läßt sich durch die Temperatur und die Konzentration beeinflussen. Wegen der Explosionsgefahr kann man mit der Konzentration im Teilstrom zum Kessel nicht unter 55% gehen. Es ließe sich zwar die Umwälzflüssigkeit nach Abzug des Teilstromes zum Kessel wieder vor Eintritt in die Umwälzpumpe so weit verdünnen, daß sie pumpfähig wird. Dadurch würde aber die Eindampfleistung im Wärmeaustauscher um ein Vielfaches erhöht Dafür würde nicht nur die Abwärme nicht ausreichen, sondern Apparategröße und die Umwälzmengen müßten ebenfalls erhöht werden, so daß durch eine solche Maßnahme das Problem wirtschaftlich nicht gelöst werden kann. Auch eine Verringerung der Umwälzmenge in erheblichem Umfang ist nicht möglich, weil sonst die Apparate außerordentlich groß werden müßten.

Das Problem könnte gelöst werden, wenn es gelingt, auf wirtschaftliche Weise die Umwälzflüssigkeit so weit zu erhitzen, daß die Viskosität auf das erforderliche Maß zurückgeht.

Es ist bekannt, daß man z. B. Wasser durch Einleiten von Dampf erhitzen kann. In Flüssigkeiten mit geringer Zähigkeit kann infolge des Injektionsdruckes der Dampf gut verteilt werden. Die kleinen Blasen kondensieren relativ rasch infolge des guten Wärme-

^sn Überganges. Bei mäßigen Flüssigkeitsgeschwindigkeiten steigen die größeren Blasen unabhängig von der Strömungsrichtung der Flüssigkeit stets nach oben, so daß nicht kondensierte Gasreste leicht aus der Flüssigkeit entfernt werden können. Würde man nun in analoger Weise in die Verbindungsleitung zwischen Wärmeaustauscher und Pumpe ohne besondere Maßnahmen Dampf in die Zellstoffablauge einleiten, so bilden sich relativ große Blasen, die infolge des viel schlechteren Wärmeüberganges nicht restlos konden-

sieren. Besonders nachteilig ist aber, daß in zähen Flüssigkeiten selbst relativ große Blasen auch bei sehr geringen Geschwindigkeiten stets von der Flüssigkeit mitgeschleppt werden und nicht nach oben entweichen können. Die in die Pumpen somit eingeschleppten

Dampf- und Gasblasen würden die Betriebsstörungen aber noch erhöhen.

Es ist auch bekannt. Flüssigkeiten indirekt mit Dampf oder anderen Wärmeträgern zu beheizen. Diese Methode ist aber nur bei wertvollen Stoffen wirts^haftäich. Wegen der großen Umwälzungen und dem schlechten Wärmeübergang würden sich unwirtschaftlich große Heizflächen ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und Zeilstoffabiaugen, insbe-

sondere Bagasseablaugen aus einem alkalischen Aufschluß, die in einem direkten Wärmeaustauscher mit Umwälzkreislauf durch direkten Kontakt mit Kesselabgasen erhitzt und konzentriert werden, mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand nach einem einfachen Verfahren in den pumpfähigen Zustand zu überführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Zellstoffablauge im Kreislauf eines Eindampfungssystems führt und vor Eintritt in die Umwälzpumpen im direkten Wärmeaustausch erhitzt.

Erfindungsgemäß wird zur Erhitzung der Zellstoffablauge Wasserdampf verwendet, wobei man dafür sorgt, daß während des direkten Wärmeaustausches (Kondensation der Dampfblasen) oder während einer

gewissen Zeit während des Wärmeaustauschvorganges der Wasserdampf sich nach oben bewegt

Bei der Durchführung des Verfahrens mit Wasserdampf leitet man vorzugsweise den Wasserdampf im Gleichstrom in die nach oben strömende Flüssigkeit.

Zweckmäßigerweise führt man ien Dampf mittels Düsen zu, und zwar mit Düsen mit internem Kreislauf.

Unter einer Düse mit internem Kreislauf wird hier eine solche Düse verstanden, die die zu erwärmende Flüssigkeit wiederholt ansaugt und zusammen mit dem Dampf ivjeder abgibt

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung entgast man die Zellstoffablauge vor dem Eintritt in die Umwälzpumpen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es gelingt, Zellstoffablaugen, die bei der Konzentrierung zu zäh anfallen, wieder pumpfähig zu machen. Man kann die Erwärmung mit festen Stoffen als Wärmeträger beim direkten Wärmeaustausch vornehmen, wobei dem Wärmeträger die Energie beispielsweise a!s elektrische Energie zugeführi werden kann. Mit Rücksicht auf die Schonung der Ablauge darf jedoch die 1 emperatur des Wärmeträgers nicht zu hoch sein.

Wirtschaftlicher ist es, als Wärmeträger Dampf zu verwenden. In diesem Falle muß jedoch sichergestellt sein, daß nicht durch in die Pumpe einströmende Dampf- oder Gasblasen neue Betriebsstörungen an den Umwälzpumpen herbeigeführt werden. Dies geschieht im Rahmen der Erfindung dadurch, daß man die Flüssigkeit, ehe sie zur Pumpe gelangt, entgast.

Dies ist nur möglich, wenn der kondensierende Dampf wenigstens vor Beendigung der Kondensation während des Kondensierens Gelegenheit hat. nach oben zu strömen. Dabei ist es gleichgültig, ob er dabei auch noch eine waagerechte Strömungskomponente hat oder nicht Bei zähen Zellstoffablaugen wird dies aber erst erreicht, wenn man erfindungsgemäß verfährt.

Ist der Dampf erst einmal in die Zellstoffablauge eingeleitet, so bewegen sich die Dampfblasen — mit Ausnahme der sehr großen — in zähen Zellstoffablaugen im wesentlichen in der gleichen Richtung wie die Zellstoffablauge, das gleiche gilt auch für Gasblasen.

Um Reslgase von der erwärmten Flüssigkeit zu trennen, wird erfindungsgemäß die Flüssigkeit samt den Dampf- und Gasblasen nach oben geleitet. Ist der Kondensationsvorgang genügend weitgehend abgeschlossen, wird die Strömungsrichtung d^r Flüssigkeit umgekehrt Während die Flüssigkeit nach unten abfließt, können die Gase und der Restdampf nach oben entweichen.

Eine gleichmäßige, relativ gute Verteilung wird erzielt, wenn man als Zuführorgan, wie die Erfindung vorschlägt. Düsen verwendet. Dabei .vählt man zweckmäßigerweise eine solche Bauart, die die zu erwärmende Zellstoffablauge ansaugt, so daß die Vermischung mit dem Dampf schon in der Düse geschieht; eine besonders gute Vermischung wird erreicht, wenn die bereits teilerwärmte Zellstoffablauge wiederholt angesaugt wird, so daß sich eine Umwälzung der Zellstoffablauge du.· f- y.<. Düse hindurch ergibt. Im Rahmen der Erfindung hat sich besonders eine Düse nrt internem Kreislauf als geeignet erwiesen.

Damit nicht am Überlauf Dampfblasen mitgerissen werden, sollte der Dampf möglichst nicht in der Nähe des Überlaufs eingeleitet werden, sondern vorzugsweise auf der dem Überlauf gegenüberliegenden Seite.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch dargestellt und wrrd im folgenden näher beschrieben

Die Figur zeigt ein Fließschema des Wärmeaustauschersystems mit Zykloneindampfer, in dem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird. Es bedeuten:

1 Zykloneindampfer, 2 Aufwärmer, 3 Umwälzpumpe, 4 Leitung für Dünnlauge, 5 Leitung für Kesselabgas, 6 Leitung für konzentrierte Ablauge <:um Aufwärmer, 7

ίο Leitung für Dampf, 8 Entgasungsleitung, 9 Leitung für erwärmte Ablauge, 10 Leitung für Teilstrom zum Kessel, 11 Umwälzleitung, 12 Abgas aus dem Zykloneindampfer, 13 Dampfeintrittsöffnung, 14 Ringleitung und 15 Überlaufwehr.

Das Verfahren arbeitet beispielsweise wie folgt:

Die Kesselabgase werden über Leitung 5 dem Zykloneindampfer 1 zugeführt und die Dünnlauge, welche über Leitung 4 zuströmt in die Kesselabgase eingespritzt Im Zykloneindampfer 1 verdampft ein Teil des Wassers und die Zellstoffablauge wird aufkonzentriert Jm Zykloneindampfer 1 werden die Tropfen abgeschieden, während das gekühlte Abgas den Zykloneindampfer über Leitung 12 verläßt, wird die Flüssigkeit über Leitung 6 dem Aufwärmer 2 zugeführt.

Über Leitung 7 und Ringleitung 14 wird über die Düse 13 Dampf in die Zellstoffablauge eingeleitet. Die Düsen sind so konstruiert, daß sie einen Teil der Ablauge ansaugen, so daß die Vermischung von Dampf und Flüssigkeit bereits in der Düse staltfindet. Es bildet sich durch die Düse eine interne Kreislaufströmung im Aufwärmer aus. Beim Kondensieren gibt der Dampf seine Wärme an die Zellstoffablauge ab, dabei strömen die Dampfbläschen mit der Ablauge nach oben, bis der durch das Überlauf^ ehr 15 gebildete Flüssigkeitsspiegel erreicht ist. Der nicht kondensierte Restdampf verläßt zusammen mit anderen Gasen die Flüssigkeit und v/ird über Leitung 8 dem Zykloneindampfer 1 zugeführt. Die erwärmte Ablauge läuft am Wehr 15 über. Die Pumpe 3 wird so geregelt, daß sich hinter dem Wehr ein Spiegel

einstellt, der niedriger ist als der vor dem Überlauf. Die erwärmte Ablauge läuft über Leitung 9 der Umwälzpumpe 3 zu, die die Ablauge über die Kreislaufleitung 11 wieder dem Zykloneindampfer 1 zuführt. Ein Teilstrom 10 geht zum Kessel.

Ausführungsbeispiel

12 400 kg Bagasse-Ablauge mit etwa 42% Feststoffgehalt sind auf etwa 57% Feststoffgehalt einzudicken. Für die Konzentrierung steht Rauchgas mit 350°C zur Verfügung. Die Konzentrierung erfolgt in einem Venturi-Wäscher, dabei werden 100 mVh Ablauge umgepumpt. Dieser werden erfindungsgemäß 2000 kg/h Dampf zugegeben, wovon etwa 80% kondensiert, der Rest geht über die Entgasungsleitung zum Zyklonabscheider. Die Ablauge verläßt den Zyklonabscheider mit etwa 83°C und wird durch die Dampfzugabe auf 92,5°C aufgewärmt. Das Umpumpen ist unproblematisch. Für die Konzentrierung werden etwa 21 500 NmVh Kesselabgas benötigt.

Vergleichsbeispiel

Die gleiche Ablauge erreichte ohne Dampfzugabe nur eine Temperatur von 79°C. Der Taupunkt war hierbei um etwa 4°C niedriger, was darauf zurückzuführen ist, daß das Abgas aus dem Zyklonabscheider weniger Dampf enthielt. Der Betrieb der Anlage war infolge der Störungen an den Umwälzpumpen n'ir zeitweilig möglich.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Überführung hochviskoser Zellstoffablauge^ insbesondere Ablaugen aus dem alkalischen Aufschluß von Bagasse, in einen pumpfähigen Zustand durch Verminderung der Viskosität durch Temperaturerhöhung, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zellstoffablauge im Kreislauf eines Eindampfungssystems führt und vor Eintritt in die Umwälzpumpen im direkten Wärmeaustausch erhitzt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zellstoffablauge mit Wasserdampf erhitzt und daß man während des gesamten direkten Wärmeaustausches oder während einer gewissen Zeit den kondensierenden Wasserdampf nach oben führt

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Dampf im Gleichstrom zur strömenden Flüssigkeit einleitet

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Dampf mittels Düsen zuführt

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Düsen mit internem Kreislauf einsetzt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zellstoffablauge vor dem Eintritt in die Umwälzpumpen entgast.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Dampf auf die deim Überlauf gegenüberliegende Seite einleitet.