FI105703B - Menetelmä NOx-päästöjen vähentämiseksi soodakattilan savukaasuissa - Google Patents

Description

, 105703

Menetelmä NOx-päästöjen vähentämiseksi soodakattilan savukaasuissa

Keksinnön kohteena on menetelmä NOx-päästöjen vähentämiseksi soodakattilan savukaasuissa syöttämällä soodakattilan tulipesään selluteh-5 taan prosessista erottuneita väkeviä rikkipitoisia hajukaasuja.

Poltettaessa lipeää soodakattilassa muodostuu aina erilaisia typpiyhdisteitä, mitkä ympäristöön levitessään ovat haitallisia. Typen oksidien muodostumista on pyritty vähentämään erilaisilla polttotavoilla kuten polttoil-man vaiheistuksella tai syöttämällä erilaisia reagensseja ja katalyyttisesti vai-10 kutiavia aineita soodakattilan tulipesään tai savukaasuihin. Tällaisia on tunnettu muun muassa patenteista SE 504 056 ja EP 705 363. Useiden menetelmien käytössä on haittana^ että reagenssit ovat kalliita eikä pelkkä rea-genssin ja katalyytin käyttäminen riitä, vaan tarvitaan lisäksi savukaasujen lisäpuhdistusta ja käsittelyä.

15 Tunnetuissa meneteLmissä peruslähtökohtana on ollut yleensä joko muodostuneiden typen oksidien hajottaminen niin, että tuloksena saadaan molekylaarista typpeä tai typen oksidien muodostumisen estäminen. Tämä tehdään syöttämällä reagenssi yhdessä kohdassa soodakattilan tulipesään joko polttoilman yhteydessä tai erillisellä suuttimella.

20 Tunnetuilla menetelmillä ei ole kuitenkaan päästy haluttuun päästö- i i i : jen vähentämiseen, vaan vielä tehokkaammat ja paremmat menetelmät ja : laitteistot ovat tarpeen. Lisäksi investointi- ja käyttökustannukset ovat korkeita.

v.: Samoin on todettu, että haluttuun päästötasoon pääseminen edellyttää usei- * den tunnettujen menetelmien samanaikaista soveltamista.

:Y: 25 Tällä keksinnöllä on tarkoitus saada aikaan aikaisempaa tehoksi': kaampi ja taloudellisempi menetelmä. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on ominaista, että runsaasti ammoniakkia sisältäviä väkeviä hajukaasuja syöte-tään soodakattilan alaosaan lipeänsyöttökohdan alapuolelle ja vastaavasti vä-hän ammoniakkia sisältäviä väkeviä hajukaasuja syötetään soodakattilan ylä- • ""j 30 osaan lipeänsyöttökohdan yläpuolelle.

• t * ______;___

Keksinnön olennainen ajatus on, että ammoniakkipitoisuudeltaan · erilaisia hajukaasuja syötetään soodakattilan tulipesään niin, että runsaasti ammoniakkia sisältävät hajukaasut syötetään soodakattilan tulipesän ala-osaan ja poltetaan lähes stöRiometrisellä ilmakertoimella ja vastaavasti vä-35 hän ammoniakkia, mutta kuitenkin paljon hiilivetyjohdannaisia sisältäviä ha- 2 105703 jukaasuja syötetään joko suoraan soodakattilaan sen yläosaan tai erilliselle polttimelle niin, että ne palavat selvästi alistökiometrisella ilmakertoimella.

Keksinnön etuna on, että tarvitsematta mitään monimutkaisia laitteistoja voidaan pelkästään valitsemalla hajukaasujen lähde syöttää sopivasti 5 ammoniakkia ja muita hiilivetyjohdannaisia sisältävät hajukaasut kahteen tai jopa useampaan eri paikkaan niin, että typen oksidien muodostumisen kannalta ne syötetään mahdollisimman sopivaan paikkaan tulipesässä. Samalla päästään eroon myös ammoniakki- ja rikkipäästöistä, koska reaktioiden seurauksena ammoniakki hajoaa ja rikki sitoutuu pölymäisenä talteenotettavaan 10 muotoon.

Keksintöä selostetaan lähemmin oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 esittää kaavamaisesti sellutehtaan prosessikaaviota ja kuvio 2 esittää kaavamaisesti hajukaasujen syöttöä soodakattilaan keksinnön mukaisella tavalla.

15 Kuviossa 1 on esitetty kaavamaisesti sellutehtaan prosessi mikä si nänsä on alan ammattilaiselle yleisesti tunnettu.

Puu tuodaan keittämölle 1, mistä sellu johdetaan pesuun 2 ja poistetaan sen jälkeen prosessista. Pesusta 2 heikko mustalipeä johdetaan haihduttamolle 3 ja siitä edelleen lisäväkevöintiin 4. Haihduttamolla 3 on 20 useita haihdutusvaiheita, joita voi olla sekä peräkkäin että rinnakkain. Musta- • · · v : lipeä virtaa eri haihdutusvaiheiden läpi, jolloin siitä poistuu vesihöyryä ja ha- •« « v : jukaasuja. Haihduttamoon 3 liittyy myös ns. strippaus, jolloin likaisesta lauh- • · v.: teestä erotetaan epäpuhtaudet ns. stripperissä 3a. Näistä saaduista strippe- rikaasuista erotetaan edelleen erikseen metanoli metanolin nesteyttimessä :Y: 25 3b, jolloin siinä nesteyttämättä jääneet kaasut johdetaan eteenpäin väkevinä hajukaasuina. Metanolin nesteytyksestä 3b saatava metanoli on tavallisesti varsin ammoniakkirikasta, jolloin metanoli soveltuu varsin hyvin käytettäväksi soodakattilan alaosan polttimessa tuki- tai lisäpolttoaineena. Kuviossa on kaavamaisesti esitetty, kuinka runsaasti ammoniakkia sisältäviä hajukaasuja 30 johdetaan kanavien 8 välityksellä keruusäiliöön 9 ja siitä edelleen kanavaa • · · ';[/ 10 pitkin soodakattilalle 5 kuviossa 2 esitetyllä tavalla syötettäväksi sen tuli- pesään. Lisäväkevöinnistä syntyneet vähän ammoniakkia sisältävät väkevät hajukaasut johdetaan kanavaa 11 pitkin soodakattilaan 5 sen yläosaan syö-tettäväksi kuvion 2 mukaisella tavalla. Erilaisten haihduttimien sekä stripperin 35 ja nesteyttimen toiminta ja rakenne ovat alan ammattimiehelle yleisesti tun- • i 105703 3 nettuja ja itsestäänselviä eikä niitä sen vuoksi tässä tarkemmin selvitetä.

Mahdollisessa lisäväkevöinnissä 4 mustalipeästä edelleen haihdutetaan vettä, jolloin siitä myös poistuu hajukaasuja. Tämän jälkeen mustali-peä johdetaan soodakattilaan 5, missä se poltetaan kemikaalien talteen ot-5 tamiseksi. Soodakattilassa syntynyt suolasula liuotetaan liuotussäiliössä 6 veteen ja näin muodostunut viherlipeä johdetaan kaustisointiin 7, missä siitä muodostetaan valkolipeää ja valkolipeä johdetaan keittämöön 1 keittoliuok-seksi. Selluloosaprosessin eri vaiheissa syntyy ammoniakki- ja rikkipitoisuudeltaan erilaisia hajukaasuja, jolloin ns. väkevistä eli runsaasti rikkiyhdisteitä 10 sisältävistä hajukaasuista osa sisältää runsaasti ammoniakkia ja vastaavasti osa vähän ammoniakkia. Keksinnön mukaisella tavalla nämä eri vaiheissa syntyvät hajukaasut johdetaan NOx-päästöjen vähentämiseksi soodakattilan tulipesään niin, että ammoniakkirikkaat kaasut, jotka ovat peräisin esimerkiksi keittämöltä tai haihduttamolta johdetaan soodakattilan 5 alaosaan lipeä-15 syöttökohdan alapuolelle, jolloin tulipesässä on alistökiometriset palamisolo-suhteet. Tyypillisesti hajukaasut johdetaan tulipesään erillisen polttimen kautta, mikä ratkaisu on esitetty kuviossa 2. Tällöin polttimelle johdetaan erikseen palamisilmaa siten, että ilmakerroin on lähes stökiometrinen, käytännössä vähintään 0,7. Vastaavasti ammoniakkiköyhät hajukaasut syöte-20 tään soodakattilan yläosaan lipeänsyöttökohdan yläpuolelle joko sellaise-

III

v : naan tai erillisen polttimen kautta niin, että polttimen palamisvyöhykkeessä

III

v : ilmasuhde on korkeintaan 0.5. Näin saadaan typen oksidien muodostuminen

I

v,: vähenemään tai estetyksi sekä muodostuneet typen oksidit palautetuksi ta- •••"i kaisin molekylaariseen typen muotoon. Samalla vältetään ammoniakkipi- sY: 25 toisten hajukaasujen ylimääräinen käsittely, mikä olisi muuten tarpeen am- moniakkipäästöjen estämiseksi. Hajukaasujen syöttökohdan valinta riippuu • ----------------- pelkästään siitä, sisältävätkö ne paljon vai vähän ammoniakkia. Tyypillisesti normaalissa sellutehtaan prosessissa lisäväkevöinnistä erottuvien hajukaa-• sujen ammoniakkipitoisuus on tyypillisesti 1000 ppm, mikä tarkoittaa ammo-30 niakkiköyhää hajukaasua ja esimerkiksi keittämöltä, haihduttamolta jne.

• i · ';* * erottuneet väkevät hajukaasut sisältävät tyypillisesti noin 10000 ppm ammo- :···' niakkia, mikä tarkoittaa ammoniakkirikkaita hajukaasuja. Eräänä rajana am- moniakkirikkaiden ja ammoniakkiköyhien hajukaasujen välillä voidaan pitää :'\i 5000 ppm ammoniakkia, _ _____ 35 Runsaasti ammoniakkia sisältävien hajukaasujen poltossa, kun il- 4 105703 makerroin on suuri, ammoniakki palaa niin, että reaktiotuloksena on pääasiassa typpimonoksidia NO. Vastaavasti soodakattilan redusoivassa alaosassa mustalipeässä olevat typpiyhdisteet vapautuvat pääasiassa ammoniakkina NH3, jolloin ammoniakki ja NO voivat puolestaan reagoida keskenään seuraa-5 van reaktion mukaisesti: 6NO + 4NH3 -> 5N2 + 6H20.

Reaktion tuloksena on siten vettä ja molekylaarityppeä, mitkä kum-10 pikin ovat ympäristöä ja ilmakehää ajatellen haitattomia.

Syötettäessä puolestaan vähän ammoniakkia sisältäviä hajukaasuja soodakattilan yläosaan, on tilanne kattilan normaalin tulipesän palamisprosessin perusteella sellainen, että mustalipeästä vapautunut ammoniakki on muuntunut pääasiassa typpimonoksidiksi NO ja molekylaaritypeksi N2. Tässä 15 yhteydessä syötettävät vähän ammoniakkia sisältävät väkevät hajukaasut toimivat ns. reburning-periaatteen mukaisesti jätepolttoaineena, jolloin tuloksena on typpioksidin muuntuminen molekylaaritypeksi.

Kuviossa 2 on kaavamaisesti esitetty soodakattila, missä on kuvattu neljä eri ilmansyöttötasoa ^ - l4 esimerkinomaisesti. Tässä toteutus-20 muodossa lipeänsyöttö L tapahtuu selvästi toisen ilmansyöttötason l2 ylä-: puolelta. Väkevät hajukaasut 10 keittämöltä ja haihduttamolta johdetaan täs- • · v sä tapauksessa soodakattilaan erillisen polttimen 12 kautta, jolloin niiden v\: lisäksi polttimeen syötetään polttoilmaa Pl ja mahdollisesti tukipolttoainetta P. Tukipolttoaineena käytetään tyypillisesti kevyttä polttoöljyä tai tehtaalla 01.: 25 tuotettua metanolia palamisen ylläpitämiseksi. Tässä toteutusmuodossa on polttimen 12 kokonaisilmakerroin vähintään 0,7. Tässä tilanteessa polttimes-sa palaneiden rikki- ja ammoniakkipitoisten hajukaasujen palamistulokset reagoivat soodakattilan tulipesässä niin, että typen oksidien muodostuminen estyy ja tuloksena on pääasiassa molekylaarista typpeä. Vähän ammoniak-30 kia sisältävät väkevät hajukaasut lisäväkevöinnistä 11 syötetään soodakatti- • · « laan puolestaan suoraan kolmannen ilmansyöttötason l3 yläpuolella. Mikäli « « *·;·' vähän ammoniakkia sisältävät hajukaasut syötetään erillisen polttimen kaut- ta, käytetään polttimessa ilmakerrointa, joka on korkeintaan 0,5 niin, että suuri osa palamisesta tapahtuu polttimen polttovyöhykkeen ulkopuolella. 35 Lopullinen ilmanlisäys tapahtuu viimeiseltä ilmansyöttötasolta l4, jolloin pa- 105703 5 laminen on mahdollisimman täydellistä.

Keksintö on edellä selityksessä ja patenttivaatimuksissa esitetty vain esimerkin omaisesti eikä sitä ole millään tavalla rajoitettu siihen. Olennaista on, että väkevät hajukaasut johdetaan ammoniakkipitoisuuden mukaan soo-5 dakattilassa eri paikkoihin niin, että runsaasti ammoniakkia sisältävät hajukaasut syötetään tulipesän alaosaan erillisen polttimen kautta niin, että hajukaa-supolttimen ilmakerroin on lähellä stökiometristä ja vähän ammoniakkia sisältävät hajukaasut syötetään joko suoraan lipeäruiskujen yläpuolelle tai erillisen hajukaasupolttimen kautta siten, että polttimen ilmakerroin on niin alhainen, 10 että olennainen osa ammoniakista ei pala polttovyöhykkeessä. Se, mistä prosessivaiheesta ammoniakkipitoiset väkevät hajukaasut mihinkin kohtaan johdetaan riippuu siitä, minkä verran ammoniakkia kyseisissä hajukaasuissa kyseisen laitoksen prosessissa on.

I I · • « · t I « __ I · • · « ......

a a a · . . ....

a a a a • a a ------------ • · · • · a »a • a a • · · · 9 ................ . .

• · · • ta ......

• • a · • aa · --------------- a a a ....

a a ------------- · a a a a a a a a a a • · a .

« a a a a a • ai 1 a • aa « aa a ...

Claims (5)

105703

1. Menetelmä NOx-päästöjen vähentämiseksi soodakattilan (5) savukaasuissa syöttämällä soodakattilan (5) tulipesään sellutehtaan prosessista 5 erottuneita väkeviä rikkipitoisia hajukaasuja, t u n n e 11 u siitä, että runsaasti ammoniakkia sisältäviä väkeviä hajukaasuja syötetään soodakattilan (5) alaosaan lipeänsyöttökohdan (L) alapuolelle ja vastaavasti vähän ammoniakkia sisältäviä väkeviä hajukaasuja syötetään soodakattilan (5) yläosaan lipeänsyöttökohdan (L) yläpuolelle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että soodakattilan alaosaan syötettävät runsaasti ammoniakkia sisältävät väkevät hajukaasut poltetaan erillisellä polttimella (12) niin, että polttimen (12) polttovyöhykkeessä ilmakerroin on vähintään 0,7.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 15 siitä, että vähän ammoniakkia sisältävät väkevät hajukaasut syötetään suoraan soodakattilan (5) tulipesään.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vähän ammoniakkia sisältävät väkevät hajukaasut syötetään soodakattilan (5) tulipesään erillisen hajukaasupolttimen kautta niin, että polttimen 20 polttovyöhykkeessä ilmakerroin on korkeintaan 0,5.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, I I « v : tunnettu siitä, että runsaasti ammoniakkia sisältävien väkevien hajukaa- t « ::: sujen ammoniakkipitoisuus on vähintään 5 000 ppm. • · • · • · · • · · • ♦ • ·· • · · • · · 9 99 • · · • · · 9 999 • · · · · 9 • · · 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 • 9 105703