DE60224835T2

DE60224835T2 - Vorrichtung und methode zur gezielten einstellung vor alkalinität und ph bei einem technischen verfahren

Info

Publication number: DE60224835T2
Application number: DE60224835T
Authority: DE
Inventors: Hannu Leino
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2022-12-13
Also published as: ES2299611T3; NO337068B1; US7175759B2; FI20012442A0; CA2469389C; AU2002350774B2; CA2469389A1; CN1617964A; CN1309906C; EP1461499A1; EP1461499B1; ATE384826T1; DE60224835D1; NO20042909L; US20040238455A1; WO2003050356A1; EP1953120A1; AU2002350774A1; FI111177B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regulierung der Alkalinität, des pH-Wertes und/oder der Härte eines industriellen Verfahrens.
Alkalinität ist ein Maß für die Pufferungsfähigkeit eines wässrigen Systems, d. h. die Fähigkeit, pH-Veränderungen zu verhindern. Diese kann auch als die Fähigkeit zur Aufnahme von H⁺- oder OH^–-Ionen angesehen werden. Die Pufferungsfähigkeit ermöglicht die Zugabe von sauren und basischen Substanzen zu einem wässrigen System ohne signifikante Veränderungen des pH-Wertes. Die Mengen von Basen und Säuren, die zugegeben werden können, ohne den pH-Wert zu beeinflussen, hängen von der Stärke und der Menge der Base und der Säure sowie von dem Grad der Alkalinität ab. Zahlreichen industriellen Verfahren fehlt es an einer ausreichenden Alkalinität, die für einen ordnungsgemäßen Betrieb erforderlich ist.
Eine hohe Alkalinität verhindert schädliche pH-Schwankungen, die durch die Zugabe von Rohmaterialien mit unterschiedlichen pH-Werten verursacht werden. pH-Veränderungen können z. B. unerwünschte Ausfällungen und Auflösungen in einem industriellen Verfahren bewirken.
Allgemein resultiert Alkalinität aus den Mengen an Hydroxid-, Carbonat- und Bicarbonationen in einer wässrigen Lösung entsprechend der Gleichung: [alk] = [OH^–] + 2[CO₃2^–] + [HCO^3–] – [H⁺]. Alkalinität kann auch aus Ammoniak und den konjugierten Basen von Phosphor-, Kiesel-, Borsäure und organischen Säuren resultieren.
Alkalinität kann als M-Alkalinität oder P-Alkalinität in Abhängigkeit von der für den Assay angewandten Bestimmung ausgedrückt werden. Die M-Alkalinität wird durch Titration mit Säure auf den Methylorange-Endpunkt (pH-Wert 4,5) bestimmt und die M-Alkalinität resultiert hauptsächlich aus der Konzentration von Bicarbonationen. Die P-Alkalinität wird durch Titration mit Säure auf den Phenolphthalein-Endpunkt (pH-Wert 8,3) bestimmt, und die P-Alkalinität resultiert aus den Konzentrationen von Hydroxid- und Carbonationen. Die Alkalinität wird häufig in Einheiten von mg/l von CaCO₃ oder mmol/l von CaCO₃ ausgedrückt.
Die Alkalinität ist nicht mit dem pH-Wert zu verwechseln, welcher ein Maß für die Konzentration von H⁺-Ionen ist (pH-Wert = –log[H⁺]).
Für den Fall, dass das wässrige System eines industriellen Verfahrens keine ausreichende Pufferfähigkeit besitzt, können die pH-Kontrolle und die Anpassung schwierig sein. Die Mengen an sauren und basischen Substanzen, die zugesetzt werden, müssen sehr sorgfältig abgemessen werden. Insbesondere wenn starke Säuren oder Basen verwendet werden, bewirkt jegliche Überdosierung leicht zu große pH-Veränderungen.
Eine angemessene Alkalinität ist besonders vorteilhaft z. B. in Verfahren zur Herstellung von Pulpe oder Papier sowie bei Wasserbehandlungsverfahren.
Bei der Herstellung von chemischer Pulpe wird eine Pulpensuspension für die Herstellung von Papier oder Pulpe allgemein in einer so genannten Faseranlage durch Koch-, Bleich-, Extraktions- und/oder Waschoperationen gebildet, wobei der pH-Wert zwischen den Operationen an den Einheiten wesentlich verändert wird und wobei eine hohe Alkalinität generell nicht erwünscht ist. Papierherstellungspulpe kann auch aus recyceltem Papier erzeugt werden. Wenn die Pulpe behandelt wurde und für die Verarbeitung zu Bahnen bzw. Blättern aus Pulpe oder Papier bereit ist, gelangt die Pulpe in die Papiermühle. Eine solche Pulpe wird hierin als Papierherstellungspulpe bezeichnet, um sie von der Pulpe in der Faseranlage zu unterscheiden. Bei der nachfolgenden Behandlung wird die Papierherstellungspulpe Verdünnungen mit Wasser und verschiedenen Feineinstellungen mit Chemikalien unterworfen. Papierherstellungspulpe kann auch aus Spänen durch Verfeinern oder Mahlen hergestellt werden. Eine derartige Papierherstellungspulpe wird als mechanische Pulpe bezeichnet.
Eine Papierherstellungs-Pulpensupension besitzt eine geringe inhärente Pufferfähigkeit. Eine höhere Alkalinität in der Pulpensuspension wäre von Vorteil, weil viele chemische Zugaben und Behandlungen, die den pH-Wert beeinflussen, während des Papierherstellungsverfahrens durchgeführt werden. Eine pH-Schwankung kann andererseits verschiedene Probleme in dem Verfahren, wie bei der Verfeinerung, verursachen.
Eine hohe Alkalinität ist bei der Papierherstellung z. B. von Vorteil, wenn die Papierherstellungspulpe sauer ist beim Eintritt in die Vorratsvorbereitung bzw. -aufbereitung und die kurze Zirkulation wird bei einem neutralen oder alkalischen pH-Wert oder leicht sauer durchgeführt. Der pH-Wert wird traditionell bei Bedarf erhöht und reguliert durch Zugabe von Natriumhydroxid, NaOH. NaOH ist aber eine sehr starke Base, was bedeutet, dass nur geringe Mengen für pH-Einstellungen benötigt werden, und das NaOH muss ebenfalls vor der Zugabe verdünnt werden. Der Papierhersteller könnte sich am Ende einer Situation mit schwankendem pH-Wert bei der eintretrenden Pulpe gegenübersehen, was eine negative Auswirkung auf die Papierqualität und die Papiermaschinenlauffähigkeit hat.
Eine Papierherstellungspulpe, bei der die Fasern behandelt worden sind und für die Verwendung zur Herstellung von Papier bereit sind, wird als Vorrat bezeichnet. Während der Vorratsvorbereitung und der langen und kurzen Zirkulation der Papieranlage wird eine Reihe von Papierchemikalien und Verdünnungswässern hinzugefügt, wovon ein Teil sauer ist und daher den pH-Wert der Pulpe absenkt. Der Papierhersteller könnte daher am Ende einen zu niedrigen pH-Wert bei der kurzen Zirkulation oder bei der Vorratsvorbereitung vorfinden, was zu einer Auflösung von als ein Füllstoff und/oder Pigment verwendetem Calciumcarbonat und zu Aufschäumungsproblemen aufgrund einer Zersetzung von sich auflösendem Calciumcarbonat führen kann. Man könnte erneut dazu gezwungen sein, den pH-Wert unter Verwendung von NaOH einzustellen. Der pH-Wert kann sich auch beim Verfeinern oder in Vorratstürmen infolge von mikrobiologischem Wachstum verändern.
Wenn Pulpe unter Verwendung von Dithionit gebleicht wird, kann Dithionit Probleme verursachen, wenn es oxidiert. Schwefelsäure bildet sich bei den Papiermaschinenzirkulationen, was dazu führt, dass der pH-Wert in Wasser und Pulpe abgesenkt wird.
Bei Wasserbehandlungsverfahren wäre eine beträchtliche Alkalinität bei der Prozessierung sowohl von Frischwasser als auch von Abwasser vorteilhaft. Bei der Behandlung von Trinkwasser würde eine ausreichende Alkalinität z. B. sicherstellen, dass der pH-Wert in dem Wasserverteilungssystem nicht zu stark schwankt. Zu starke Schwankungen des pH-Wertes können z. B. Korrosion in den Leitungen aufgrund der Schwankung im Reduktions-Oxidations-Zustand bewirken. Die inhärente Härte von natürlichem Wasser verursacht auch Probleme bei der Prozessierung.
Bei Abwasserbehandlungen sind die Alkalinität und der pH-Wert des Wassers für die biologische Aktivität von Bedeutung. Eine ausreichende Alkalinität würde sicherstellen, dass es keine zu starke Schwankung des pH-Wertes gibt. Der pH-Wert sollte nicht zu stark schwanken, und er sollte für die biologische Aktivität geeignet bleiben, damit der biologische Prozess korrekt weiterläuft.
Im Stand der Technik war ein Weg zur Vermeidung von zu großen pH-Schwankungen in industriellen Verfahren die Zugabe von gelöstem Natriumbicarbonat, NaHCO₃, zu dem Verfahren. Das NaHCO₃ dissoziiert in den wässrigen Medien unter Bildung von Bicarbonationen, HCO₃ ^–, die eine Pufferfähigkeit besitzen und daher jeder pH-Veränderung entgegenwirken. NaHCO₃ ist ein festes Pulver, das allgemein in so genannten 'Big-bags' ("Großgebinde-Säcken") geliefert wird, und die Mühle benötigt Raum zur Verarbeitung, Gerätschaft zum Auflösen und Tanks für die Lagerung. Das NaHCO₃ ist unschön und kompliziert in der Handhabung, wenn es mit Feuchtigkeit oder Wasser in Kontakt kommt.
Gemäß der WO 98/56988 wird der pH-Wert einer Pulpensuspension in der Vorratsvorbereitung einer Papiermaschine durch Erhöhen der Bicarbonat-Alkalinität der Suspension stabilisiert. Eine Kombination von Natriumhydroxid und Kohlendioxid sieht einen signifikanten Pufferungseffekt in der Pulpe vor. Es können jedoch einige Schwierigkeiten bei der Zugabe des Natriumhydroxids und Kohlendioxids gemäß der Erfindung auftreten. Ein lokaler hoher pH-Wert, der durch die Zugabe des Natriumhydroxids verursacht wird, kann die Ausfällung von Calciumcarbonat verursachen. Ein hoher pH-Wert kann Extraktstoffe auflösen, welche dann an anderer Stelle in dem Verfahren ausfallen können. Ein hoher pH-Wert kann auch eine Vergilbung der Pulpe verursachen. Es kann auch schwierig sein, ausreichend Kohlendioxid dem Verfahren hinzuzufügen.
Im Stand der Technik erfolgt die Zugabe der in dem industriellen Verfahren benötigten basischen und sauren Substanzen in der Regel separat an speziellen Dosierungspunkten. Die Verwendung von basischen und sauren Substanzen erfordert häufig eine Vorverarbeitung, z. B. ein Auflösen und Verdünnen, sowie spezielle Gerätschaft hierfür, bevor die Substanzen in das industrielle Verfahren eingespeist werden. Die Auswahl der Dosierungspunkte hängt von dem industriellen Verfahren und den besagten Chemikalien ab. Die Dosierungspunkte von z. B. gasförmigen Substanzen müssen sorgfältig gewählt werden, um eine(n) geeigneten Druck, Temperatur und Pulpekonsistenz zu ergeben. Es kann gegebenenfalls nicht einmal möglich sein, gasförmige Substanzen an den erforderlichen Punkten des industriellen Verfahrens einzuspeisen, oder dies kann eine komplexe Gerätschaft erfordern.
Die Mengen der benötigten basischen und sauren Substanzen müssen getrennt für jedes industrielle Verfahren abgemessen und bestimmt werden aufgrund unterschiedlicher Verfahrensbedingungen. Für den Fall, dass starke Säuren und Basen verwendet werden, müssen die hinzugefügten Mengen besonders sorgfältig abgemessen werden, um durch Überdosierungen verursachte, zu große pH-Veränderungen zu vermeiden. Verdünnte Substanzen sind leichter hinzuzufügen, doch erfordert eine Verdünnung selbst zusätzliche Arbeit.
Es könnte häufig wichtig sein, dass saure oder basische Chemikalien, die in dem industriellen Verfahren benötigt werden, zugegeben werden könnten, ohne den pH-Wert des Systems zu beeinflussen.
Mithin besteht ein Bedarf an einem einfachen und sicheren Weg, saure und basische Substanzen in industrielle Verfahren zur Regulierung der Alkalinität, des pH-Wertes und/oder der Härte einer Flüssigkeit in einem industriellen Verfahren hinzuzugeben.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung, welche leicht an ein industrielles Verfahren angeschlossen werden kann, um basische und saure Substanzen in das industrielle Verfahren zur Regulierung der Alkalinität und/oder des pH-Wertes und/oder der Härte an gewünschten Punkten hinzuzufügen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung, welche die automatische und präzise Einspeisung der sauren und basischen Substanzen in eine Flüssigkeit des industriellen Verfahrens ermöglicht.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Regulierung der Alkalinität und/oder des pH-Wertes eines industriellen Verfahrens.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Regulierung der Härte von Wasser in einem industriellen Verfahren.
Die Erfindung gemäß der vorliegenden Anmeldung wird in den anhängigen Ansprüchen definiert, deren Inhalt hierin durch den Bezug mit eingeschlossen ist.
Folglich betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regulierung der Alkalinität eines industriellen Verfahrens durch automatisches Einspeisen und Mischen von Wasser sowie von basischer und saurer Substanz in das Verfahren.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regulierung der Alkalinität, des pH-Wertes und/oder der Härte einer Flüssigkeit eines industriellen Verfahrens, in dem die Vorrichtung so ausgelegt ist, dass sie außerhalb eines Verfahrenshauptstroms eines industriellen Verfahrens lokalisiert ist und Einlasseinrichtungen, einen Reaktor und Auslasseinrichtungen einschließt. Die Vorrichtung schließt Einlasseinrichtungen für eine basische Substanz, eine saure Substanz und Wasser, einzeln regulierte Kontrolleinrichtungen für die Einlassreinrichtungen und einen Reaktor zum Umsetzen der basischen Substanz, der sauren Substanz und des Wassers zur Bereitstellung einer vordefinierten Alkalinität und/oder eines pH-Wertes in der resultierenden wässrigen Puffermischung ein. Die Vorrichtung schließt auch Auslasseinrichtungen zur Zuführung der wässrigen Puffermischung zu dem Verfahrenshauptstrom zur Regulierung des industriellen Verfahrens ein.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Regulierung der Alkalinität, des pH-Wertes und/oder der Härte eines industriellen Verfahrens. Das Verfahren umfasst die Schritte der Bereitstellung einer basischen und einer sauren Substanz, wobei die Substanzen in Kombination in der Lage sind, Pufferionen in einem wässrigen Medium zu bilden; das Einführen von einzeln regulierten, kontrollierten Einspeisungen der basischen und der sauren Substanzen sowie von Wasser in den Reaktor einer Vorrichtung, die außerhalb eines Verfahrenshauptstromees des industriellen Verfahrens lokalisiert ist; Erreichen, dass die basische Substanz und die saure Substanz in dem Wasser reagieren, um eine vordefinierte Alkalinität und/oder einen pH-Wert in der resultierenden wässrigen Puffermischung bereitzustellen; und Zuführen der wässrigen Puffermischung zu dem Verfahrenshauptstrom zur Regulierung des industriellen Verfahrens.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht eine sehr präzise Alkalinitätskontrolle. Sie ermöglicht ebenfalls eine präzise pH-Kontrolle bzw. Regulierung. Die Erfindung ermöglicht weiter die Regulierung der Härte von jeglichem wässrigen Vehikel des industriellen Verfahrens. Die Vorrichtung ist an jedem der erforderlichen Dosierungspunkte in einem industriellen Verfahren leicht zu installieren, da es keinen Bedarf für eine direkte Einspeisung von Säure und Base in das Verfahren gibt. Die Zugabe von sauren und basischen Substanzen erfolgt außerhalb des Hauptverfahrens in der erfindungsgemäßen Vorrichtung automatisch und sicher ohne eine unschöne und komplizierte Handhabung oder riskante Reaktion zwischen den Substanzen. Die Positionierung der Vorrichtung und der Dosierungspunkte der aufbereiteten Puffermischung kann frei bestimmt werden in Abhängigkeit von den besagten industriellen Verfahren.
Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf vielerlei Arten ausgelegt sein, um am besten dem besagten industriellen Verfahren zu genügen. Die Struktur kann in Abhängigkeit von dem industriellen Verfahren ausgelegt werden, in welchem sie eingesetzt wird, sowie unter Berücksichtigung der in der Vorrichtung zur Herstellung der Puffermischung verwendeten Substanzen.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Reaktor, welcher entweder ein kontinuierlicher Reaktor oder ein Ansatz-Reaktor sein kann. Ein kontinuierlicher Reaktor ermöglicht eine kontinuierliche Regulierung der Alkalinität in dem industriellen Verfahren. Für den Fall, dass es zu Veränderungen in der Alkalinität oder bei den Verfahrensbedingungen kommt, können Anpassungen automatisch und ohne Verzögerung erfolgen. Eine Reaktorvorrichtung vom Ansatz-Typ kann betrieben werden, wenn ein Bedarf zur Einstellung der Alkalinität z. B. infolge spezieller Verfahrensbedingungen oder Rohmaterialien besteht. Ein Reaktor vom Ansatz-Typ kann ebenfalls die Puffermischung in einen Tank einspeisen, wo die Puffermischung kontinuierlich und/oder mit Unterbrechungen in das industrielle Verfahren eingespeist wird.
Die Erfindung wird nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Die 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung offenbart.
Die 2 eine schematische Zeichnung eines Papierherstellungsverfahrens mit einer installierten Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung liefert.
In der bevorzugten Ausführungsform weist die in 1 gezeigte Vorrichtung einen Reaktor auf, der als ein Röhrenreaktor 1 mit einer Krümmung 11 ausgelegt ist. Die Vorrichtung umfasst Einlasseinrichtungen 2, 3, 4 für die basische und die saure Substanz bzw. das Wasser. Der Einlass für die saure Substanz umfasst eine kleinere perforierte Röhre 5, die sich innerhalb des Röhrenreaktors 1 befindet. Die perforierte Röhre 5 weist mehrere Einlassöffnungen 7 auf. Die Einlasseinrichtungen 2, 3, 4 weisen jeweils getrennte Kontrolleinrichtungen 6 auf. Die Kontrolleinrichtungen 6 werden einzeln durch eine Kontrolleinrichtung (nicht gezeigt) reguliert, welche vorzugsweise an einen Rechner angeschlossen ist, welcher das Hauptverfahren steuert. Die Vorrichtung umfasst auch Temperaturregulierungs- und Überwachungseinrichtungen 8, einen statischen Mischer 10 und Einrichtungen für die Aufnahme von Proben 12 sowie Auslasseinrichtungen 9.
Die Länge des Röhrenreaktors 1 wird in Abhängigkeit von dem industriellen Verfahren angepasst, in welchem dieser installiert ist. Es ist wichtig, dass der Röhrenreaktor 1 eine Länge hat, die ausreichend ist, um zu ermöglichen, dass die Reaktion zwischen den Substanzen unter kontrollierten Bedingungen stattfindet. Die Zahl der Krümmungen 11 sowie die Gestalt und Größe des Röhrenreaktors 1 werden in Abhängigkeit von der Länge des Reaktors 1 und dem (Hohl-)Raum an dem Ort, wo dieser installiert ist, angepasst.
Die Einlasseinrichtungen 2, 3, 4 der Vorrichtung umfassen herkömmliche Einrichtungen, die in industriellen Verfahren verwendet werden, wie Ventile. Die Einlasseinrichtungen für die basische und/oder die saure Substanz schließen auch vorzugsweise Einrichtungen (nicht gezeigt) zum Verdünnen und/oder Auflösen der Substanz in Wasser zur Bereitstellung einer kontrollierten wässrigen Lösung der Substanz ein. Dies bedeutet, dass selbst konzentrierte Säuren und Basen oder feste Substanzen vorzugsweise in der Vorrichtung ohne jegliche Vorverarbeitung außerhalb der Vorrichtung verwendet werden. Die Verdünnung einer konzentrierten Substanz auf eine geeignete Konzentration oder das Auflösen einer festen Substanz tritt vorzugsweise in der entsprechenden Einlasseinrichtung der Vorrichtung auf. In solchen Fällen werden keine eigenen Stufen zur Verdünnung und Auflösung benötigt.
Die Einlasseinrichtungen 2, 3 für die basische bzw. saure Substanz können auch einen Einlass für ein Gas umfassen, welches zur Bildung einer Base oder einer Säure in einem wässrigen Medium fähig ist. Ein solcher Einlass ist z. B. durch die perforierte Röhre 5 in der 1 innerhalb des Röhrenreaktors 1 vorgesehen. Die perforierte Röhre 5 speist die saure Substanz in den Reaktor 1 durch eine große Anzahl an Stufen hindurch kontinuierlich und nach und nach ein und stellt eine sichere Zugabe der sauren Substanz sicher.
Die Einlasseinrichtung 4 für Wasser ist ein Einlass für Wasser, das in der Vorrichtung verwendet werden soll. Die Einlasseinrichtung für Wasser muß nicht getrennt vorgesehen sein, sondern kann stattdessen mit den Einlasseinrichtungen für die basische und/oder saure Substanz kombiniert werden. In einem solchen Fall wird das Wasser in die Vorrichtung von dem gleichen Punkt wie die basische oder die saure Substanz eingespeist. Die Vorrichtung kann auch separate Behälter zum Vorkombinieren der basischen und/oder sauren Substanz mit Wasser umfassen. Die erhaltene verdünnte Mischung wird dann mit der anderen Substanz in dem Reaktor kombiniert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung mehrere, stärker bevorzugt zwei oder mehr Einlässe für die basische und/oder saure Substanz und/oder Wasser auf. Die Zugabe von einigen sauren Substanzen, wie Kohlendioxid, über 3 bis 10 Stufen hinweg ist bevorzugt. In einer Vorrichtung vom Röhrenreaktor-Typ sind die Einlässe vorzugsweise entlang des Röhrenreaktors voneinander getrennt angeordnet. Dies ermöglicht die Zugabe der Substanzen, sodass genug Zeit für die Reaktion zwischen den hinzugefügten Substanzen bleibt, bevor mehr Substanz in den Reaktor eingespeist wird.
In der bevorzugten Ausführungsform gemäß 1 sieht die perforierte Röhre 5, die sich innerhalb des Röhrenreaktors 1 befindet, mehrere Einlässe vor. Mehrere Öffnungen 7 der perforierten Röhre 5 stellen eine kontinuierliche und allmähliche Zugabe der sauren Substanz in den Reaktor 1 sicher. Die Länge der perforierten Röhre 5 im Verhältnis zum gesamten Röhrenreaktor 1 sowie die Zahl der Öffnungen 7 wird entsprechend der Menge und Strömungsrate der sauren Substanz eingestellt. Die perforierte Röhre 5 wird vorzugsweise als ein Einlass für eine gasförmige Substanz, wie Kohlendioxid, verwendet. Die Öffnungen 7 am entfernten Ende der Röhre 5 können größer sein als das Einlassende, um einen Druckabfall in der Röhre auszugleichen.
Die Einspeisungen von basischer und saurer Substanz und die Wassereinspeisung in die Vorrichtung werden durch die Kontrolleinrichtungen 6 für die Einlasseinrichtungen 2, 3, 4 reguliert. Die Kontrolleinrichtungen 6 sind durch Kästchen in 1 angegeben. Die Kontrolleinrichtungen 6 umfassen Einrichtungen zum Überwachen und Einstellen der Strömungsrate der in der Umsetzung benötigten basischen und sauren Substanzen. Die Strömung wird reguliert, um eine genaue Dosierung der Substanzen sicherzustellen. Durch Regulieren der Menge der in den Reaktor eingespeisten basischen und sauren Substanzen wird das chemische Gleichgewicht der Reaktion genau reguliert, und es werden eine/e vordefinierte/r Alkalinität und pH-Wert in der resultierenden wässrigen Puffermischung erhalten.
Ferner werden die Konzentrationen der in dem Verfahren benötigten Substanzen vorzugsweise kontrolliert und überwacht. Auf diese Weise ist es möglich, Fehler bzw. Störungen aufgrund von falschen Mengen und Konzentrationen in der Vorrichtung zu vermeiden.
Die durch ein Kästchen in dem Reaktor 1 angegebenen Reguliereinrichtungen 8 sind für das Regulieren der Reaktionsbedingungen und Konzentration von Substanzen in der Vorrichtung ausgelegt. Das Kontrollieren der Vorrichtung stellt ebenfalls einen stetigen und sicheren Betrieb der Vorrichtung sicher. Die Reguliereinrichtungen 8 können jede beliebige herkömmliche Einrichtung zum Messen und Analysieren der erforderlichen Parameter, wie der Temperatur, umfassen. Die Reguliereinrichtungen 8 können auch Alarmsysteme für ungewöhnliche Situationen einschließen.
Die Auslasseinrichtungen 9 der Vorrichtung umfassen herkömmliche Einrichtungen, die in industriellen Verfahren eingesetzt werden. Die Auslasseinrichtungen 9 ermöglichen die Zuführung der in der Vorrichtung hergestellten Puffermischung zu dem industriellen Verfahren.
Um ein richtiges Mischen der Substanzen in der Vorrichtung sicherzustellen, umfasst diese vorteilhafterweise Einrichtungen 10 zum Sprühen und/oder Rühren. Die Mischer sind vorzugsweise statische Mischer 10, wie die in 1 offenbarten. Das Mischen in der Vorrichtung erfolgt bevorzugt automatisch und konstant, obwohl es getrennt reguliert und überwacht werden kann.
Die Vorrichtung umfasst auch Einrichtungen zum Kühlen der Wände des Reaktors, um Substanzen wie Calciumcarbonat von einem Ausfallen an den Wänden abzuhalten. Die Reguliereinrichtungen der Vorrichtung können auch Einrichtungen zur Entfernung von ausgefälltem Material umfassen.
Eine Alkalinitätsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise mit einem Regulier- und Überwachungssystem des industriellen Verfahrens des Verfahrenshauptstroms verbunden. Damit wird das Funktionieren der Vorrichtung gleichzeitig mit dem Hauptverfahren reguliert und überwacht. Das Bedienpersonal für die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung muß die Vorrichtung nicht getrennt überwachen, da sie als ein Teil des Hauptverfahrens fungiert. In Fällen, in denen eine Verdünnung in der Vorrichtung vorgesehen ist, können basische und saure Substanzen in der Vorrichtung ohne jegliche Vorverarbeitung verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Vorrichtung computergesteuert, um den Betrieb der Vorrichtung in einer kontrollierten Weise sicherzustellen.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann in jedem industriellen Verfahren eingesetzt werden, in dem es einen Bedarf zur Regulierung der Alkalinität gibt. Die Vorrichtung kann entsprechend den Anforderungen jedes industriellen Verfahrens ausgelegt sein. Die Vorrichtung kann z. B. an verschiedenen Punkten in einem Verfahren zur Herstellung von Papier oder Pulpe eingesetzt werden, wie bei der Vorratsvorbereitung, bei Wasserzirkulationen, in einem Filter zwischen einer Pulpenmühle und einer Papiermühle oder in dem Ausschusslagertank. Es ist auch möglich, die Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem Wasserbehandlungsverfahren zu verwenden. Die Vorrichtung ist sowohl bei Abwasser- als auch Frischwasserbehandlungen nützlich.
Die 2 offenbart ein Papierherstellungsverfahren, in dem die Vorrichtung 26 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Verdünnungsschnecke 23 nach einem Filter 22 verbunden ist. Das Funktionieren der Vorrichtung in so einem Fall wird ausführlicher in Beispiel 1 erläutert.
Ein Fachmann auf dem Gebiet ist in der Lage, den Grad der benötigten Alkalinität in einem industriellen Verfahren zu berechnen, um eine ausreichende Pufferfähigkeit während des Verfahrens aufrechtzuerhalten. Der benötigte Grad der Alkalinität hängt z. B. von der Menge und dem Typ der in das industrielle Verfahren eingespeisten Chemikalien, den Rohmaterialströmen, dem Füllmaterial und der Pulpenmenge ab.
Der Ausdruck "Verfahrenshauptstrom", wie in der vorliegenden Patentbeschreibung und den Ansprüchen verwendet, bedeutet im Grunde den Strom von kombinierten Rohmaterialien ab Beginn bis zum Ende eines industriellen Verfahrens. Allerdings kann ein Hauptstrom auch einen Strom von anderen Rohmaterialien als diejenigen, welche die Alkalinität gemäß der Erfindung vorsehen, bezeichnen, oder er kann Schleifen und Rezirkulationen von Verfahrensfluiden, wie Zirkulationen von Prozesswasser, an verschiedenen Punkten des industriellen Verfahren bezeichnen. Das industrielle Verfahren kann in einem kontinuierlichen Betrieb oder einem Betrieb vom Ansatz-Typ durchgeführt werden, obwohl ein kontinuierlicher Betrieb bevorzugt ist.
Der Verfahrenshauptstrom gemäß der Erfindung ist vorzugsweise ein wässriger Strom in einem industriellen Verfahren, in dem Rohmaterial(ien) von Beginn bis zum Ende fließen. Der Verfahrenshauptstrom kann auch ein Strom sein, welcher zu dem Rohmaterialstrom führt oder von diesem getrennt ist. Dies kann z. B. eine wässrige Pulpensuspension in einer Faseranlage oder in einer Papiermaschine oder ein Wasserstrom sein, welcher zu der Suspension führt und/oder von dieser getrennt ist. Der Verfahrenshauptstrom kann auch eine Pulpensuspension nach einer Bleichstufe bei einer Vorratsvorbereitung, einer langen Zirkulation oder einer kurzen Zirkulation sein. Er kann Waschwasser-Rezirkulationen oder Frischwasseranlagen umfassen. Der Verfahrenshauptstrom kann auch ein Strom in einem Wasser- oder Abwasserbehandlungsverfahren sein.
Die Ausdrücke "Vorratsvorbereitung", "lange Zirkulation" und "kurze Zirkulation" in der vorliegenden Beschreibung haben die Bedeutungen, wie sie in Papermaking Science and Technology: Book 8, Papermaking Part 1, Stock Preparation and Wet End (Papierherstellungswissenschaft und Technologie: Buch 8, Papierherstellung Teil 1, Vorratsvorbereitung und Nasspartie), Hrsg. Hannu Paulapuro, Fapet Oy, 2000, S. 125, definiert werden.
Eine basische Substanz gemäß der Erfindung ist eine Substanz, welche als Base in der Umgebung des besagten Verfahrens fungiert. Die basische Substanz kann in einer festen, flüssigen oder gasförmigen Form zugegeben werden und kann in der Vorrichtung aufgelöst oder verdünnt werden. Eine bevorzugte basische Substanz ist ein Alkalimetallhydroxid, Alkalimetallcarbonat, Alkalimetallbicarbonat, Alkalimetallphosphat, Alkalimetallbiphosphat und/oder Alkalimetallphosphit. Eine bevorzugte basische Substanz ist flüssiges oder festes Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat, Natriumphosphat, Calciumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Grünlauge oder Weißlauge eines Holz-Aufschlussverfahrens.
Eine saure Substanz ist eine Substanz, die als eine Säure in der Umgebung des besagten Verfahrens fungiert. Die saure Substanz kann auch ein Gas sein, das eine Säure in einem wässrigen Medium bereitstellt. Dies bedeutet, dass es sich um eine gasförmige Substanz handelt, welche eine Säure in wässrigem Medium bildet, z. B. gasförmiges Kohlendioxid oder Schwefeldioxid. Kohlendioxid ist ein Gas, welches sich leicht unter alkalischen Bedingungen, z. B. in Wasser oder in einer Pulpensuspension, unter Bildung von Kohlensäure- und/oder Bicarbonationen auflöst, entsprechend der Reaktion: CO₂ + H₂O ⟺ H₂CO₃ ⟺ H⁺ + HCO₃ ^–. Bei einem hohen pH-Wert, insbesondere von größer als 10, lautet die vorherrschende Reaktion CO₂ + 2 OH^– ⟺ CO₃ ^2– + H₂O.
Eine wässrige Lösung einer sauren Substanz kann auch als eine wässrige Säure bezeichnet werden. Damit ist Kohlendioxid eine saure Substanz, die eine wässrige Säure bildet. Die saure Substanz kann auch eine organische oder anorganische Säure sein, vorzugsweise gewählt aus schwefliger Säure, Alaun, Phosphorsäure, Kohlensäure, Citronensäure und Chlorwasserstoffsäure.
Für den Fall, dass Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid verwendet wird, ist eine bevorzugte saure Substanz Kohlendioxid, Schwefeldioxid, schweflige Säure, Kohlensäure oder Phosphorsäure. Die am meisten bevorzugte Kombination ist Natriumhydroxid und Kohlendioxid. Bevorzugte Kombinationen der basischen und der sauren Substanz sind z. B. ein Salz von Carbonat oder ein Phosphat und eine starke Säure, wie Chlorwasserstoffsäure oder Alaun.
Eine regulierte wässrige Lösung einer basischen und/oder sauren Substanz bedeutet eine Lösung der entsprechenden Substanz, die eine spezifische Konzentration besitzt. Die Lösung kann im voraus getrennt aus einer konzentrierten oder festen Substanz hergestellt werden und danach in die Vorrichtung eingespeist werden. Allerdings ist ein Vorteil der Vorrichtung, dass die regulierte wässrige Lösung ebenfalls automatisch in der Vorrichtung gebildet werden kann. Zum Beispiel umfasst für den Fall, dass NaOH als basische Substanz verwendet wird, die Vorrichtung vorzugsweise Mittel zum Verdünnen von NaOH, das eine anfängliche Konzentration z. B. von etwa 30% hat, zur Bereitstellung einer NaOH-Lösung mit einer Konzentration von 1–9 Gew.-%, vorzugsweise etwa 6%.
Das in der Vorrichtung verwendete Wasser kann Rohwasser oder von dem Verfahrenshauptstrom des industriellen Verfahrens abgetrenntes Wasser umfassen. Das Wasser kann z. B. von einem Wasserstrom abgeleitet werden, welcher zu einer Pulpensuspension oder dem Papierherstellungs-Vorrat führt und/oder davon abgetrennt ist. Das Wasser kann auch von dem Hauptverfahren abgetrennte verdünnte Pulpensuspension umfassen. Das Wasser kann auch Trinkwasser sein, das in einem Wasserbehandlungsverfahren behandelt wird. Die Alkalinität von Trinkwasser wird vorzugsweise angehoben, unmittelbar bevor das Wasser dem Wasserverteilungssystem zugeführt wird. Die Alkalinität von Abwasser wird vorzugsweise während der Abwasserbehandlung reguliert.
Die vorliegende Erfindung stellt eine wässrige Puffermischung für die Verwendung in einem industriellen Verfahren bereit. Die in der Vorrichtung hergestellte Mischung führt zur Reaktion zwischen der basischen und der sauren Substanz, wobei die Substanzen in Kombination zur Bildung von Pufferionen in der Lage sind, was die Alkalinität eines wässrigen Mediums beeinflusst. Die resultierende wässrige Puffermischung besitzt eine vordefinierte Alkalinität, die von der in dem besagten industriellen Verfahren benötigten Alkalinität abhängt. Die wässrige Puffermischung ist zur Vorsehung einer erhöhten Alkalinität in dem industriellen Verfahren fähig, wenn sie diesem zugeführt wird.
Die Puffermischung der Erfindung wird aus der basischen Substanz der sauren Substanz und dem Wasser gebildet, die in einer kontrollierten Weise in die Vorrichtung eingeführt werden. Die basische Substanz und die saure Substanz reagieren in dem Wasser in der Vorrichtung unter Vorsehung einer vordefinierten Alkalinität in der resultierenden wässrigen Puffermischung. Die Reguliereinrichtungen der Vorrichtung stellen sicher, dass die Puffermischung eine(n) gewünschte(n) Alkalinität und pH-Wert besitzt. Die Konzentration der basischen Substanz wird vorzugsweise durch Messen z. B. der Dichte der basischen Substanz reguliert und überwacht. Die Menge der in den Reaktor eingespeisten sauren Substanz wird danach eingestellt für den Erhalt einer/eines gewünschten Alkalinität und pH-Wertes in der resultierenden Puffermischung. Die resultierende wässrige Puffermischung wird dem Verfahrenshauptstrom des industriellen Verfahrens zur Regulierung der Alkalinität und des pH-Wertes des industriellen Verfahrens zugeführt.
Der pH-Wert in dem Reaktor wird vorzugsweise ebenfalls reguliert und überwacht. Der pH-Wert der resultierenden wässrigen Puffermischung wird entsprechend den Bedürfnissen des industriellen Verfahrens reguliert. In einem Papier- oder Pulpenherstellungsverfahren kann ein bevorzugter pH-Wert z. B. etwa 6 bis 10 sein. Zudem können die Carbonationenkonzentration, Bicarbonationenkonzentration und/oder die Gesamtalkalinität oder M-Alkalinität in der Vorrichtung überwacht werden. Somit wird die Alkalinität der resultierenden wässrigen Puffermischung auf einen spezifischen vorbestimmten Wert in der Vorrichtung eingestellt. Die resultierende wässrige Puffermischung wird in das industrielle Verfahren zur Regulierung der Alkalinität des Verfahrenshauptstroms zugeführt.
Die Temperatur und der Druck in dem Reaktor werden vorzugsweise in der Vorrichtung reguliert und überwacht, um geeignete Bedingungen für die Reaktionen zwischen dem Wasser und der basischen und der sauren Substanz aufrechtzuerhalten. Die Temperatur wird vorzugsweise reguliert, weil die Reaktionen in hohem Maße exotherm sein können. Eine zu hohe Temperatur kann eine Zunahme des Drucks oder gar eine Explosion verursachen.
Das Mischen der Substanzen ist vorzugsweise vorgesehen, um eine richtige und sichere Umsetzung der Substanzen sicherzustellen. Bei einer mehrstufigen Umsetzung, bei der Säure oder Base schrittweise zugegeben wird, sollte die vorausgehende Reaktion beendet sein, bevor irgendeine neue Substanz hinzugefügt wird. Die Vorrichtung kann Einrichtungen zum schnellen Schließen der Einlässe umfassen, z. B. für den Fall, dass die Temperatur oder der Druck in dem Reaktor zu hoch werden.
In einigen Fällen enthält das in der Reaktion verwendete Wasser freie Calciumionen. Freie Calciumionen können Probleme in zahlreichen Verfahren verursachen, z. B. wenn sie mit anderen Verbindungen in dem Verfahren ausfallen. Calciumionen können z. B. zu einer unerwünschten Abblätterung an den Wänden führen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, Calciumcarbonat von einem Ausfallen an den Wänden des Reaktors abzuhalten durch Kühlen der Wände des Reaktors. Auf diese Weise verbleibt jegliches ausgefallene Calciumcarbonat in der Lösung und wird in Form fester Teilchen in das Hauptverfahren mit der Puffermischung eingespeist oder, alternativ, kann es aus der Mischung entfernt werden. Für den Fall, dass die Härte von Wasser hoch ist, kann das Wasser zur Verringerung der Härte und der Menge von Calciumionen behandelt werden. Das Wasser kann z. B. magnetisch oder durch Ausfällung behandelt werden. Solche Verfahren sind kommerziell verfügbar.
In einem Papierherstellungsverfahren könnte es vorteilhaft sein, dass jegliche Calciumionen in der Vorrichtung ausfallen. Besonders wenn die basische Substanz NaOH umfasst, das mit Calciumionen in dem Wasser in Kontakt kommt, fällt die nachfolgende Einspeisung von CO₂ als saure Substanz die Calciumionen als Calciumcarbonat aus. Das ausgefällte Calciumcarbonat wird in das Papierherstellungsverfahren eingespeist und haftet an die Fasern in der Pulpensuspension an und wird aus der zirkulierenden Wasser entfernt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Vorrichtung zur Regulierung der Alkalinität unter Verwendung von Natriumhydroxid als basischer Substanz und Kohlendioxid als saurer Substanz verwendet. Das in die Vorrichtung eingespeiste Natriumhydroxid kann auch konzentriert werden. Das Natriumhydroxid kann bei Bedarf in der Vorrichtung vor der Einführung in den Reaktor verdünnt werden. Eine bevorzugte Konzentration nach Verdünnung ist etwa 1 bis 9%, stärker bevorzugt wird NaOH auf eine Konzentration von etwa 6% verdünnt. Die Verdünnung des Natriumhydroxid kann im Einlassende des Reaktors an einem Punkt vor der Einführung des Kohlendioxids durchgeführt werden, oder das Natriumhydroxid kann separat vorverdünnt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird Kohlendioxid in mindestens zwei getrennten Schritten, vorzugsweise in 2 bis 10 getrennten Schritten eingeführt. Für den Fall, dass ein Röhrenreaktor zum Einsatz kommt, wird Kohlendioxid vorzugsweise in einem Röhrenreaktor schrittweise, z. B. durch eine innerhalb des Röhrenreaktors angeordnete perforierte Röhre, eingeführt.
Die Erfindung wird nunmehr in einigen wenigen Beispielen erläutert, welche die Erfindung nicht in irgendeiner Weise einschränken. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird in der Lage sein, die Vorrichtung auf viele verschiedene Arten zu verwenden.
Beispiel 1
Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde in einer Papiermühle mit den in der 2 gezeigten Verfahrenscharakteristika getestet. Die Vorrichtung 26 der vorliegenden Erfindung war ein Röhrenreaktor, der sich außerhalb des Hauptverfahrens 20 der Papiermühle wie in der 2 offenbart befindet. Die Vorrichtung 26 war mit dem Regulier- und Überwachungssystem der Papiermühle verbunden.
Die Vorrichtung 26 wurde für die Herstellung einer Natrium- und Bicarbonationen enthaltenden Puffermischung durch Absorbieren von gasförmigem Kohlendioxid 28 in eine verdünnte wässrige Lösung 29 von Natriumhydroxid (etwa 2%) verwendet. Der pH-Wert der Mischung war etwa 8,0. Die Alkalinität der Mischung war etwa 500 mmol CaCO₃/l.
Eine Pulpensuspension 20, welche eine Birkenanlage umfasste und einen pH-Wert von 5,0 hatte, wurde von einem Pulpenmühlen-Lagerturm 21 zu einem Filter 22 in der Papiermühle gepumpt. Die Konsistenz der Pulpensuspension nach dem Filter war etwa 30%. Die in der Vorrichtung 26 hergestellte Puffermischung wurde in die Pulpensuspension bei einer Verdünnungsschnecke 23 nach dem Filter 22 in einer Menge von 6 kg/1000 kg Masse (Trockengewichtbasis) zugeführt. Die Pulpensuspension wurde zur gleichen Zeit auf eine Konsistenz von etwa 10% unter Verwendung von Wasser 30 zusätzlich zu der Puffermischung verdünnt. Die resultierende Pulpensuspension wurde durch eine Fallleitung 24 zu einem Papiermühlenlagerturm 25 gepumpt. Der pH-Wert in dem Turm war etwa 7,2 und die Alkalinität war 7 bis 8 mmol CaCO₃/l.
Die Pulpe wurde aus dem Lagerturm 25 in das Papierherstellungsverfahren 27 mit einem CaCO₃-haltigen Weißwasser 31 von der nachfolgenden Papiermaschine, die bei einem pH-Wert von 8,0 betrieben wurde, aufgenommen. Da der pH-Wert der Pulpensuspension durch die Puffermischung auf 7,5 angehoben worden war und aufgrund der erhöhten Alkalinität der Pulpensuspension verblieb das CaCO₃ in dem Weißwasser in fester Form in der resultierenden verdünnten Suspension. Für den Fall, dass keine Puffermischung verwendet worden war, hätte sich das CaCO₃ als eine Folge der pH-Veränderung aufgelöst, die stattgefunden hätte, wenn die Pulpensuspension bei einem pH-Wert 5,0 auf das Weißwasser bei einem pH-Wert 8,0 getroffen wäre. Als eine Folge der Einspeisung der Puffermischung in das Verfahren bei der Schnecke 23 wurde die Gesamtheit des nachfolgenden Papierherstellungsverfahrens stabilisiert und die M-Alkalinität des Weißwassers wurde von 2,6 mmol CaCO₃/l auf 4,5 mmol CaCO₃/l angehoben. Die Härte des Weißwassers nahm um etwa 30% von 65 Ca mg/l auf 28 Ca mg/l ab.
Die oben genannte Verfahrensweise wurde auch auf eine Kieferanlage in der gleichen Papiermühle angewandt. Die Verfahrensweise war die gleiche, außer dass die Puffermischung dem Fallleitung-24-Verteilungsring zugeführt wurde. Ähnliche vorteilhafte Resultate wie bei einer Verwendung in der Birkenanlage wurden erzielt.
Beispiel 2
Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung wurde bei der Verhinderung von pH-Veränderungen in einem Ausschusslagerturm getestet, die durch die als eine Folge der mikrobiologischen Aktivität gebildeten organischen Säuren verursacht wurden.
Ausschuss von mehreren Stellen in einem Papierherstellungsverfahren wurde in einem Lagerturm gesammelt. Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung wurde mit einer in dem Lagerturm eingesetzten Recycling-Leitung verbunden, um die Homogenisierung des Ausschusses in dem Turm zu unterstützen. Eine Pufferlösung mit einem pH-Wert von 7,5 wurde mit Unterbrechungen in einer Menge von 5 kg NaHCO₃/1000 kg Masse (Trockengewichtsbasis) dem Recycling-Turm zugeführt. Der pH-Wert des Ausschusses blieb stabil, und es war keine Abnahme des pH-Wertes trotz einer mikrobiologischen Aktivität zu beobachten.
Beispiel 3
Wasser in einem Wasserversorgungssystem hatte eine niedrige Alkalinität (0,2 mmol CaCO₃/l). Die niedrige Alkalinität verursachte pH-Schwankungen in dem Versorgungssystem und dies wiederum führte zu Korrosionsproblemen in den Leitungen.
Die Alkalinität des Wassers wurde mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung unter Verwendung von NaOH und CO₂ auf einen Wert von 1,0 mmol CaCO₃/l angehoben.
Der pH-Wert des gepufferten Wassers blieb konstant bei 7,0 und es traten keine Korrosionsprobleme in den Leitungen auf.
Es ist einleuchtend, dass die Erfindung auf eine große Vielzahl von Wegen variiert werden kann, die für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sind, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen.

Claims

Vorrichtung zur Regulierung der Alkalinität, des pH-Wertes und/oder der Härte eines industriellen Verfahrens, umfassend eine Vorrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie außerhalb eines Verfahrenshauptstroms des industriellen Verfahrens lokalisiert ist, wobei die Vorrichtung Einlasseinrichtungen, einen Reaktor und Auslasseinrichtungen einschließt und dadurch gekennzeichnet ist, dass sie – Einlasseinrichtungen (2, 3, 4) für eine basische Substanz, eine saure Substanz und Wasser, – einzeln regulierte Kontrolleinrichtungen (6) für die Einlasseinrichtungen (2, 3, 4), – einen Reaktor (1) für die Umsetzung der basischen Substanz, der sauren Substanz und des Wassers zur Bereitstellung einer vordefinierten Alkalinität und/oder eines pH-Wertes in der resultierenden wässrigen Puffermischung und – Auslasseinrichtungen (9) zur Zuführung der wässrigen Puffermischung zu dem Verfahrenshauptstrom zur Regulierung des industriellen Verfahrens aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das industrielle Verfahren ein Verfahren zur Herstellung von Papier oder Pulpe oder ein Wasserbehandlungsverfahren für Frischwasser oder Abwasser ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung mit einem Regulier- und Überwachungssystem des industriellen Verfahrens oder des Verfahrenshauptstroms verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Einlasseinrichtungen (2) für eine basische Substanz einen Einlass für feste oder flüssige Base, vorzugsweise gewählt aus Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat, Natriumphosphat, Calciumhydroxid, Kaliumhydroxid und/oder Grünlauge oder Weißlauge, umfasst, und die Einlasseinrichtung (3) für eine saure Substanz einen Einlass für gasförmiges Kohlendioxid oder Schwefeldioxid oder für eine flüssige organische oder anorganische Säure, vorzugsweise gewählt aus Schwefelsäure, Alaun, Phosphorsäure, Kohlensäure, Chlorwasserstoffsäure, umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Einlasseinrichtung (2, 3) Mittel zum Verdünnen und/oder Auflösen der basischen und/oder sauren Substanz in Wasser einschließt, um eine regulierte wässrige Lösung der basischen und/oder sauren Substanz bereitzustellen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Einlasseinrichtungen (3) für eine saure Substanz einen Einlass (5) für flüssige Säure oder für ein Gas, welches zum Bilden einer Säure in einem wässrigen Medium in der Lage ist, umfassen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Einlasseinrichtungen (2) für eine basische Substanz einen Einlass für verdünntes Natriumhydroxid umfassen und die Einlasseinrichtungen (3) für eine saure Substanz einen Einlass (5, 7) für gasförmigen Kohlendioxid umfassen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Einlasseinrichtungen für Wasser (4) einen Einlass für Wasser oder eine verdünnte Pulpensuspension, getrennt von dem Verfahrenshauptstrom, umfassen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Einlass für Wasser mit dem Einlass (2, 3) für eine basische Substanz und/oder dem Einlass für eine saure Substanz kombiniert wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Einlassreguliereinrichtungen (6) Einrichtungen zum Überwachen und Einstellen des Stromes und/oder der Konzentration der basischen und sauren Substanzen und für den Strom des Wassers umfassen, um die vordefinierte Alkalinität bereitzustellen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung einen kontinuierlichen Reaktor oder einen Ansatz-Reaktor umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Reaktor einen Röhrenreaktor (1) mit einer Länge umfasst, welche ausreichend ist, um zu ermöglichen, dass die Reaktion zwischen den Substanzen in einer kontrollierten Weise abläuft.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei der Röhrenreaktor (1) mehrere Einlässe für die basische und/oder saure Substanz und/oder das Wasser umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei der Röhrenreaktor (1) zwei oder mehrere Einlässe (7) für die saure Substanz einschließt, wobei die Einlässe entlang des Röhrenreaktors voneinander getrennt sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Reaktor Reguliereinrichtungen (8) für das Regulieren eines Parameters, der aus der Temperatur, dem Druck, der Flussmenge und der Geschwindigkeit, dem Mischen und dem pH-Wert gewählt ist, umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei die Reaktorreguliereinrichtungen (8) Einrichtungen zum Kühlen der Wände des Reaktors umfassen, um Calciumcarbonat von einem Ausfällen an den Wänden abzuhalten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Reaktor Reguliereinrichtungen (8) für die Entfernung von ausgefälltem Material umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung so ausgewählt ist, dass sie außerhalb liegt und an eine Vorratsvorbereitung, eine Wasserzirkulationsanlage, eine kurze Zirkulation, einem Filter zwischen einer Pulpenmühle und einer Papiermühle, einem Ausschusslagertank und/oder einer Klarfiltratanlage bei einem Papierherstellungsverfahren gebunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung einen Tank für die Puffermischung umfasst.
Verfahren zum Regulieren der Alkalinität, des pH-Wertes und/oder der Härte eines industriellen Verfahrens, wobei das Verfahren folgendes umfasst – Bereitstellen einer basischen und einer sauren Substanz, wobei die Substanzen in Kombination in der Lage sind, Pufferionen zu bilden, welche die Alkalinität eines wässrigen Mediums beeinflussen; – Einführen von einzeln regulierten, kontrollierten Einspeisungen der basischen und der sauren Substanzen sowie von Wasser in den Reaktor einer Vorrichtung, die außerhalb eines Verfahrenshauptstromes des industriellen Verfahrens lokalisiert ist; – Erreichen, dass die basische Substanz und die saure Substanz in dem Wasser reagieren, um eine vordefinierte Alkalinität und/oder einen pH-Wert in der resultierenden wässrigen Puffermischung bereitzustellen; – Zuführen der wässrigen Puffermischung zu dem Verfahrenshauptstrom zur Regulierung des industriellen Verfahrens.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei das industrielle Verfahren ein Verfahren zur Herstellung von Papier oder Pulpe oder ein Wasser- oder Abwasser-Behandlungsverfahren ist.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei der Verfahrenshauptstrom eine wässrige Pulpensuspension in einem Papierherstellungsverfahren oder ein Wasserstrom, der zu der Suspension führt und/oder von der Suspension abgetrennt ist, umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei die basische Substanz ein Alkalimetallhydroxid, ein Alkalimetallcarbonat, ein Alkalimetallbicarbonat, ein Alkalimetallphosphat, ein Alkalimetallbiphosphat und/oder ein Alkalimetallphosphit und/oder grüne Lauge oder weiße Lauge umfasst, und die saure Substanz gasförmiges Kohlendioxid oder Schwefeldioxid oder eine flüssige organische oder anorganische Säure, vorzugsweise gewählt aus Schwefelsäure, Alaun, Phosphorsäure, Kohlensäure und Chlorwasserstoffsäure, umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei die basische Substanz Natriumhydroxid umfasst und die saure Substanz Kohlendioxid umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei das Kohlendioxid in einen Röhrenreaktor in mindestens zwei separaten Stufen, vorzugsweise in mehr als zwei Stufen, am meisten bevorzugt in 3 bis 10 Stufen oder mehr, eingeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei das Wasser Verfahrens- bzw. Prozesswasser, das von dem Verfahrenshauptstrom abgetrennt ist, und/oder Wasser, was zu dem Verfahrenshauptstrom führt, umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei das Wasser Calciumionen enthält und die Wände des Reaktors gekühlt werden, damit das Calciumcarbonat von einem Abscheiden auf den Wänden abgehalten wird, und wobei jegliches ausgefälltes Material gegebenenfalls von der Puffermischung entfernt wird, bevor sie dem Verfahrenshauptstrom zugeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei die Temperatur, der Druck, das Mischen und/oder der pH-Wert der Reaktion und/oder des Stromes der Substanzen überwacht werden.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei der pH-Wert der wässrigen Puffermischung auf etwa 6 bis 10 reguliert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei das Wasser behandelt wird, um die Härte des Wassers zu senken.
Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei das Wasser magnetisch oder durch Präzipitation behandelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei das industrielle Verfahren so reguliert wird, dass Calciumcarbonat in der festen Form bleibt.