DE964653C - Verfahren zur Verbrennung von Ablaugen der Zellstoffabrikation von Destillationsmelassen und aehnlichen fluessigen Stoffen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 23. MAI 1957

p 25942 IVa/55b D

(Frankreich)

Zur Gewinnung von Zellstoff aus holzigen pflanzlichen Stoffen bedient man sich chemischer Behandlungsverfahren, die auf der Löslichkeit des Lignins in Alkalien und Bisulfiten beruhen. Nach dem Kochen des Ausgangsmaterials, nieiiStens von Holz in kleinen Stücken, im Autoklav wird aus letzterem außer dem Zellulosebrei eine Flüssigkeit abgezogen, die von den Begleitstoffen der Zellulosefasern braun gefärbt ist und die man gewöhnlich Schwarzlauge oder Ablauge nennt.

Die Schwarzlauge enthält im Durchschnitt etwa 52% Holzbestandteile, wobei der Rest dieser Bestandteile, die im wesentlichen aus Zellulose bestehen, in dem Brei bleibt; diese 52% enthalten etwa 40% Holz in Form von Lignin und 12% in Form von Zuckern und Harzen. Die Schwarzlauge selbst besteht in überwiegender Menge aus Wasser und aus Trockensubstanzen, die zu etwa einem Drittel anorganischer Art sind (z. B. Ätznatron, Natriumkarbonat, Natriumsulfat, Schwefelnatrium usw., wenn das Sulfat/verfahren angewandt wird, d. h. eine Behandlung mit einer wäßrigen Lösung von Soda und Natriumsulfid) und zu etwa zwei Dritteln organischer Art (hauptsächlich Lignin).

Man kann versuchen, aus der Schwarzlauge mehrere wertvolle Bestandteile zu gewinnen, aber im allgemeinen beschränkt man sich auf die Wiedergewinnung der anorganischen Stoffe zur

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Regenerierung einer für die Behandlung eines neuen Holzansatzes geeigneten Lauge, wobei die Verbrennung organischer Stoffe nebenbei zur gleichzeitigen Erzeugung von Dampf dienen kann. Die Entfernung des in der Ablauge enthaltenen Wassers stellt ein Problem dar, dessen Lösung in technischem Maßstab, d. h. insbesondere mit geringen Kosten, schwierig ist.

Zu diesem Zweck nimmt man gewöhnlich eine ίο Konzentrierung in Mehrfachverdampfern vor; dann kalziniert man die konzentrierte Lauge, indem man sie gegen die Wand eines Ofens spritzt, oder auf dessen Wände rieseln läßt, wo sie haften bleibt; am diesen Wänden wird dann die Wasserentziehung der Lauge beendet. Der Laugenrückstand haftet nicht mehr an den Wanden und fällt auf die Feuerplatte des Ofens. Dort verbrennt der Kohlenstoff des Lignins, und die anorganischem Stoffe schmelzen und fließen durch ein Abflußlodh ab. Dieses Verfahren hat mehrere Nachteile: in erster Linie hängt die Erzeugungskapazität des Ofens von der Temperatur ab, die darin herrschen muß (etwa 900 bis xooo°), und gleichzeitig von der Verdampfungsoberfläche, wodurch diesem Verfahren jegliche Anpassungsfähigkeit genommen wird. Infolge der hohen Temperatur, die die Verwendung einer kostspieligen feuerfesten, ^sich aber rasch verbrauchenden· Auskleidung des Of eos verlangt, stellt man außerdem fest, daß anorganische Stoffe durch Sublimation mitgerissen werden; dann muß man Staubenitferner vorsehen und in den nach den Öfen eingeschalteten Ruakgewinnungskesseln häufige Säuberungen durchführen.

In einem bekannten Verfahren hat man bereits vorgeschlagen, die Schwarzlaugen nicht längs der Ofenwand herabrieseln zu lassen, sondern sie in geringem Abstand von der Wand in Form eines Vorhanges herabfallen zu lassen, so daß sie einen Schutzschirm für diese Wand bildet. Auf diese Weise wird ein Nachteil vermieden, nämlich die Beanspruchung der Ofenwand, während die übrigenj Nachteile bestehenbleiben, denn auch hier fällt die trockene Masse auf die Herdplatte, wird der Kohlenstoff des Lignins auf der Platte verbrannt, wird die Temperatur am unteren Teil des Ofens genügend hoch gehalten, damit die Mineralstoffe schmelzen und durch das Abflußloch abfließen können. In dem bekannten Verfahren wird zwar die am unteren Teil des Ofens zugeführte Luftmenge derart geregelt, daß der Kohlenstoff nur in CO umgewandelt wird. Gleichwohl muß die Temperatur auf mindestens 875 ° gehalten werden, um das Schmelzen der Mineralstoffe zu ermöglichen. Es ist auch bekannt, zur Ausnutzung des Heizwertes der organischen Bestandteile von Natronzellstoffablaugen Nebel der Lauge oberhalb einer im Ofenraum angeordneten geneigten Fläche schräg gegen die Ofenwand einzusprühen und, so in dem Ofen zu verbrennen, daß sich die das Natron enthaltende Asche in einem Kanal sammelt, der nach unten aus der Verbrennungszone hinausführt. Eine begrenzte Luftzufuhr, die nur eine partielle Verbrennung der brennbaren Bestandteile der Lauge bewirkt, war jedoch bei diesem Verfahren nicht vorgesehen. Daher lassen sich hier im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfabren am Ofenausgang auch keine mit brennbaren Bestandteilen angereicherten Gase gewinnen, die an anderer Stelle als Heizgase Verwendung finden können.

In neuerer Zeit ist es ferner bekanntgeworden, die Ablauge in zwei Stufen zu verdampfen, wobei man in der ersten wie üblich in Mehrfachverdampfern arbeitet und in der zweiten die konzentrierte Lauge in Filmform in einen Strom heißer Gase einführt, wodurch man in weniger als 2 Minuten ein praktisch trocknes, etwa 10 % Feuchtigkeit enthaltendes Produkt erhält. Zu diesem Zweck verwendet man Scheiben, die sich langsam drehen und in ein Ablaugebad eintauchen, worin sie sich mit einem Film überziehen, der im Laufe der Drehung in den Gasstrom eingeführt wird und auf der Scheibe einen trocknen Niederschlag hinterläßt, den Abstreichmesser loslösen. Man kalziniert alsdann diesen ligninreiohen Rückstand, um die anorganischen Substanzen wiederzugewinnen. Wohl bedeutet dieses Verfahren einen Fortschritt, aber es erfordert doch noch drei Arbeitsgänge vor der Wiedergewinnung der anorganischen Substanzen in praktisch reinem Zustand.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behanidlung von Schwarz- oder Ablaugen, Destillationsmelassen oder ähnlichen flüssigen brennbaren Stoffen. Das neue Verfahren stellt eine Kombination von einzelnen Maßnahmen dar, die mit Ausnahme der Temperaturspanne von über 280⁰ bis etwa 500° als solche bereits bekannt sind, deren Kombination jedoch neu ist und es ermöglicht, die Nachteile der bisher bekannten Verfahren zu beseitigen.

Dieses Verfahren hat folgende Vorteile: Es gestattet eine leichtere Verdampfung des in den Ablaugen enthaltenen Wassers. Dank seiner Anpassungsfähigkeit und der Beherrschungsmöglichkeit der erzeugten Temperaturen läßt es einen größeren Spielraum zur Lenkung der Arbeitsvorgänge bei niederer Temperatur, wodurch die Sub- I limationsverluste verringert werden. Die Staubauffangvorrichtungen werden überflüssig, und die Säuberung der Wiedergewinnungsapparate wird erleichtert. Die Verwendung spezieller feuerfester 110 Auskleidungen wird vermieden. Es ist nicht mehr notwendig, die anorganischen Materialien zum Schmelzen zu bringen. Schließlich wird auch die Anzahl der Arbeitsvorgänge -vermindert.

Nach dem Verfahren der Erfindung bildet man, vorzugsweise durch Druckgaszerstäubung, eine sehr feine Suspension der Ablauge im Räume einer von Hindernissen völlig freien Zone, in der eine Temperatur herrscht, die über 280⁰ liegt, aber 500⁰ nicht wesentlich überschreitet, und in diese Zone führt man in unmittelbarer Nähe des Ortes der Suspensionsbildung Luft in einer Menge ein, die zur Erzielung einer vollständigen Verbrennung der Bestandteile der Lauge nicht ausreicht. Dadurch wird das folgende Ergebnis erhalten: Auf die fast augenblickliche Verdampfung des Wassers der

äußerst kleinen Suspensionsteilchen in der Gegend des Luftzutritts folgt eine teilweise Verbrennung, die zur Aufrechterhaltung der angegebenen Temperatur geeignet ist, sowie eine Vergasung der unverbrannten organischen Bestandteile; schließlich werden die anorganischen Bestandteile der Ablauge ausgeschieden und sammeln sich unter der Behandlungszone, ohne daß sie vorher geschmolzen waren. Alle diese Vorgänge spielen, sich ohne jegliche Berührung mit den Wänden oder einer anderen festen Fläche der Behandlungszone ab.

Die die Behandlungszone verlassenden gasförmigen Produkte können mittels einer zusätzlichen Menge Luft in einer besonderen Zone zur Wärmeerzeugung verbrannt werden.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird vor der Zerstäubung die Ablauge mit brennbaren Stoffen angereichert. Zu diesem Zweck kann man sie mit bekannten Mitteln konzentrieren. Nach einer weiteren Ausführungsform oder als ergänzende Maßnahme fügt man solche Stoffe zu, insbesondere einen flüssigen Brennstoff der Klasse der Kohlenwasserstoffe. Zweckmäßigerweise wählt man zu diesem Zweck einen Brennstoff, dessen Dichte von der der Ablauge nur wenig verschieden ist, wodurch die Erzielung eines innigen Gemisches erleichtert wird. Von den verschiedenen Erdölprodukten hat sich, das Heizöl als besonders geeignet erwiesen, insbesondere wegen der erzielten Reaktionsgeschwindigkeit. So hat man im Laboratorium eine Verdampfungsdauer von 21 Minuten 40 Sekunden bei mit Heizöl nicht vermischter Ablauge festgestellt, während sie bei mit Heizöl versetzter Ablauge 1 Minute 20 Sekunrden betrug.

Eine solche Zugabe eines Hilfsbrennstoffes kann man besonders zur Ingangsetzung des Vorganges verwenden; wenn alsdann in der Verbrennungskammer eine günstige Temperatur herrscht, kann man die Zerstäubung mit Ablauge fortsetzen, der kein Hilfsbrennstoff zugesetzt wurde. Jedoch kann man. auch vorher durch irgendwelche andere Mittel die Verbrennungskammer auf eine über 280⁰ liegende Temperatur, vorzugsweise 400 bis 45 o°, bringen.

Beispielsweise kann man, wenigstens zu Anfang, eine Ablauge verwenden, die etwa 5° bis 55°/o Trockenbestandteile enthält (wie man sie z. B. leicht in einem Zerstäuber mit Mehrfacheffekt erhält) und mit 15 bis 20 Gewichtsprozent Heizöl versetzt ist.

Zur Bildung der Suspension ist es vorteilhaft, die Ablauge in die Behandlungszone durch eine verhältnismäßig große Öffnung eintreten zu lassen, und zwar mit Rücksicht darauf, daß sie feste Bestandteile enthält, die kleine öffnungen verstopfen könnten, und auf den Flüssigkeitsstrahl eine Reihe tangentialer Strahlen einwirken zu lassen, die ihn in seiner ganzen Dicke durchdringen, wobei diese tangentiailen. Strahlen aus peripher angeordneten öffnungen in Kegelform mit großem Scheitelwinkel austreten, damit der Flüssigkeitsstrahl in einen Nebel kleiner Teilchen aufgespalten wird; schließlich ist es zweckmäßig, die zur Verbrennung des festen- Kohlenstoffes in Kohlenoxyd bestimmte Luft, vorzugsweise unter Druck, einzuleiten, um die Durcheinanderbewegung des Nebels zu verstärken. Um eine Wirbelbewegung in der Gegend zu unterhalten, wo die Fluiden aufeinanderprallen, lassen sich bekannte Mittel anwenden,. Man kann zum Beispiel dem Luftstrom eine Drehung und Verlagerungskomponente erteilen, wodurch dem Gemisch eine spiralförmige Abwärtsbewegung gegeben wird; dadurch wird die Zeit seines freien Falles in der Suspension in der Behandlungszone erhöht, währenddessen sich nacheinrander folgende Vorgänge abspielen: die völlige Entwässerung des Brennstoffes, seine Vergasung und die Abscheidung der wiederzugewinnenden anorganischen Stoffe.

Zur Zerstäubung der Flüssigkeit kann man grundsätzlich jedes beliebige Fluidum unter Druck verwenden, das den Reaktionsverlauf nicht zu stören vermag; aber in der Praxis wird man sich auf Gase oder Dämpfe beschränken, die leicht zu beschaffen sind. Man kann so zum Beispiel Wasserdampf oder ein beliebiges brennbares Gas verwenden, wenn man ein solches' zur Verfügung hat. Gewöhnlich nimmt man Druckluft, wobei aber die Gesamtmenge dieser Zerstäubungsluft und der zusätzlichen Luft unter der Menge bleiben muß, die für eine vollständige Verbrennung benötigt wird, um so in der Behandlungszone den oben angegebenen Temperaturbereich aufrechtzuerhalten und nicht das Gas anzugreifen, das z. B. zur Beheizung der Wiedergewinnungskessel erzeugt wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich in einem Vertikalofen bekannter Bauart ausführen, der in seinem inneren Teil keine Luftzuführung hat und oben die Vorrichtung zur Zerstäubung des Brennstoffes und zur Zuführung der Primärluft sowie eine Ableitung für die Produkte der Verdampfung und der teilweisen Verbrennung mit Vergasung besitzt, wobei die Ausführungsbedingungen der Zerstäubung und die Inneneinrichtung des Ofens derart sind, daß die oben beschriebenen Vorgänge sich in dem Ofenraum ohne Berührung der zerstäubten Flüssigkeiten mit den Wänden abspielen.

In dem Verfahren gemäß der Erfindung erfolgen die Entwässerung der Ablauge und die unvollständige Verbrennung des Lignins bei niederer Temperatur im Verlauf einer einzigen Phase und ohne Berührung mit einer gegenständlichen Unterlage; die anorganischen Bestandteile werden im unteren Teil der Behandlungszone in Form von Pulver oder kleinen Teilchen gewonnen, die leicht herauszunehmen sind, ohne deswegen zum Schmelzpunkt erhitzt werden zu müssen. Es ist daher ohne weiteres verständlich, daß die oben angekündigten Vorteile tatsächlich erzielt werden.

Infolge ihrer Reinheit lassen, sich die erhaltenen Aschenbestandteile sofort in einer wäßrigen Flüssigkeit auflösen und können unmittelbar in einer Kaustifizierungsanlage verwendet werden. Wenn jedoch die anorganischen Bestandteile den

Schmelzzustand durchlaufen sollen, kann man in einem Tiegel arbeiten. Wenn das Holz z. B. nach dem Sulfatverfahren behandelt wird und infolgedessen, das Sulfat zu Sulfid reduziert werden muß, so· gestattet das Schmelzen in einem Tiegel die Einhaltung der optimalen Bedingungen, unabhängig von denjenigen, die die Verbrennung im Ofen, erfordert, und macht lediglich für diesen Tiegel die Verwendung teurer Auskleidungsmaterialien erforderlich.

Die einzelnen Elemente des Verfahrens, für das Schutz nachgesucht wird, sind bis auf die Anwendung von Temperaturen zwischen 280 und 500⁰ im Reaktionsraum bekannt. Der Anspruch richtet sich nur auf das Verfahren in seiner Gesamtheit.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Verbrennung von Ablaugen der Zellstoffabrikation von Destillationsmelassen und ähnlichen flüssigen Stoffen bei niedrigen, eine nicht geschmolzene Asche ergebenden Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise mittels Druckgaszerstäubung, eine sehr feine Suspension der flüssigen brennbaren Stoffe im Räume einer von Hindernissen freien Zone erzeugt wird, in der eine über 280⁰ liegende, aber 500⁰ nicht wesentlich überschreitende Temperatur herrscht, und daß in diese Zone in unmittelbarer Nähe des Ortes der Suspensionsbildung Luft in einer Menge eingeleitet wird, die zur vollständigen Verbrennung der organischen Bestandteile der brennbaren Stoffe nicht ausreicht.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Suspension die Ablauge in die Behandlungszone durch eine verhältnismäßig große Öffnung eingeleitet wird, wobei der Flüssigkeitsstrahl aus peripheren Öffnungen in Form eines Kegels mit großem Scheitelwinkel in eine Reihe tangentialer Strahlen zerlegt wird, und daß dann, vorzugsweise unter Druck, die zur Verbrennung des festen Kohlenstoffes zu Kohlendioxyd bestimmte Luft eingeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst mit brennbaren Stoffen, insbesondere Heizöl, angereicherte Ablauge zerstäubt und mit eingedickter Ablauge allein weitergearbeitet wird, wenn in der Verbrennungszone eine Temperatur über 280⁰, vorzugsweise
   reicht ist.

   zwischen 400 und 500⁰, er-

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 375 036, 496 120,

   519694, 663443, 688158;

   britische Patentschrift Nr. 485 525;
   französische Patentschrift Nr. 832412;
   schweizerische Patentschrift Nr. 222551; Zellstoff und Papier, Jahrgang 1939, Heft 6,

   S. 356 bis 364.

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