FI117480B

FI117480B - Menetelmä lauhteiden puhdistamiseksi

Info

Publication number: FI117480B
Application number: FI954167A
Authority: FI
Inventors: Haakan Mattsson
Original assignee: Andritz Oy
Priority date: 1994-09-06
Filing date: 1995-09-06
Publication date: 2006-10-31
Also published as: US5830314A; CA2157563A1; CA2157563C; SE9402971L; FI954167A; SE9402971D0; FI954167A0; SE503351C2

Description

o > 117480 t 1 :

MENETELMÄ LAUHTEIDEN PUHDISTAMISEKSI

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä helposti haihtuvien yhdisteiden, kuten metanolin, erottamisen 5 tehostamiseksi selluprosessien jätelipeän monivaihehaih-dutuksessa muodostuneista sekundäärilauhteista.

Sellun sulfaattikeitossa syntyy orgaanisia pahanhajuisia rikkiyhdisteitä, kuten metyylimerkaptaania, dimetyylisul-10 fidia ja dimetyylidisulfidia sulfidi- ja vetysulfidi-io-nien reagoidessa ligniinin tai ligniinifragmenttien me-toksyyliryhmien kanssa. Keitossa syntyy runsaasti myös metanolia. Rikkiyhdisteitä ja metanolia sisältäviä höyryjä vapautuu runsaasti esimerkiksi mustalipeän haihdutuk- - i 15 sessa, jossa em. yhdisteet tislautuvat ja lauhtuvat moni-vaihehaihduttamon lauhteisiin. Metanolilla on korkea COD (Chemical oxygen demand - kemiallinen hapen kulutus)-arvo, ja siksi metanolia poistetaan lauhteen COD-arvon alentamiseksi.

20 : : : Lauhteita pyritään käsittelemään siten, että em. haihdut- $ • · · . v ···· tavat komponentit saadaan rikastumaan mahdollisimman pie- .·. neen likaislauhdemäärään, joka puhdistetaan tavallisesti • ·· · ? höyrystrippauksella. Lauhteet voidaan jakaa puhtaaseen ja »«* · ,···, 25 puhdistettavaan lauhteeseen esimerkiksi haihduttimen • · · lämmönsiirtoelementtien tietyllä rakenteella. US-paten-, . tissa 4,878,535 esitetään tällainen rakenne. Levylämmön- * « t * siirtoelementin sisäosa, johon sekundäärihöyryä syötetään • · » '·' * lämmitysväliaineeksi, on jaettu vinolla väliseinällä ylä- - ;T: 30 ja alaosastoon. Höyry syötetään elementin alaosastoon, ;***: jossa lauhtuvat luonnollisesti helpommin lauhtuvat kom- • · · ..* ponentit, kuten vesihöyry. Tässä osastossa muodostunut • *>># lauhde on suhteellisen puhdasta vettä sisältäen kuitenkin • * *···' jossain määrin metanolia. Tätä lauhdetta voidaan käyttää 35 esimerkiksi massan pesussa tai happidelignifioinnissa sellaisissa tapauksissa, jossa tätä lauhdetta pidetään tarpeeksi puhtaana. Alaosastosta höyry virtaa edelleen ' ' 2 117480 yläosastoon, missä siis virtaa prosentuaalisesti enemmän %.

haihtuvia epäpuhtauksia sisältävä höyry, jolloin siellä muodostuu puhdistusta vaativa likaislauhde. Likaislauh-teen määrä voi vaihdella vapaasti elementin muotoilun 5 asettamissa tietyissä rajoissa riippuen käyttäjän vaatimuksista koskien puhtaan lauhteen puhtautta. Normaalisti määrä on 10-20% haihduttamon kondensaatin kokonaismäärästä. Likaislauhde puhdistetaan tavallisesti höyrystrip-pauksella.

10

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä sekundäärilauhteen tuottamiseksi, jolla on erittäin alhainen COD-arvo verrattuna tavanomaisilla systeemeillä saataviin arvoihin. Tarkoituksena on myös 15 laskea sekundäärilauhteen metanolisisältöä alle 25 ppm, s edullisesti alle 10 ppm. Toisena tarkoituksena on saada aikaan sellainen kondensaatti, että tavanomaisen moni-vaihehaihduttamon höyrytalous jää nykyiselle tasolle, ts. ettei olennaisesti tarvita aiempaan verrattuna ylimää-20 räistä lämpöä puhtaamman lauhteen aikaansaamiseksi.

• f t • ψ φ * ♦ · ...{ Näiden tarkoitusperien saavuttamiseksi esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä: • #·. (a) lauhtuva sekundäärihöyry kondensoidaan ensimmäiseen » · « "I!,* 25 ja toiseen lauhdeosavirtaan, joista ensimmäinen, tilavuu- • · · 4 i · * deltaan pieni virta, sisältää pääosan haihdutusvaiheessa lauhtuneista yhdisteistä, ja olennaista, keksinnölle on • * · !·ϊ ! se, että V * (b) jätelipeän virtaussuunnassa yhden tai useamman haih- .t ·„*:*· 30 dutu s vaiheen ja/ tai haihduttamon lauhduttimien ensimmäi- ;*·*. set lauhdevirrat johdetaan puhdistettaviksi ensimmäiseen 4 · » . höyrystrippauskolonnisysteemiin ja ainakin osa toisista

• I

; virroista johdetaan toiseen höyrystrippauskolonniin otet- * · » ...* tavaksi talteen erittäin puhtaana lauhteena, joka on 35 puhtaampaa kuin lauhdevirta ensimmäisestä strippauskolon- nista, jolloin toisesta kolonnisysteemistä poistetaan höyryä mustalipeähaihdutuksessa; ja I ' 3 117480 (c) jätelipeän virtaussuunnassa viimeisten haihdutusvai-heiden ensimmäiset ja toiset lauhdevirrat käsitellään toisistaan erillään siten, että ainakin osa lauhdevir-roista otetaan talteen erittäin puhtaana lauhteena.

5

Esillä oleva keksintö soveltuu erityisesti käytettäväksi sulfaattimustalipeän haihdutuksen yhteydessä erittäin alhaisen COD-arvon omaavan lauhteen tuottamiseksi. Sitä voidaan hyödyntää myös muiden selluprosessien, kuten 10 sulfiittimenetelmän, jätelipeisiin, jotka sisältävät myös korkean COD-arvon omaavia yhdisteitä.

Esillä olevaa keksintöä voidaan soveltaa kaikenlaisten haihduttimien yhteydessä, kuten esim. lamellihaihduttimi-15 en, putkihaihduttimien, joissa on ulkoinen, erillinen lämmönvaihdin, ja muiden tavanomaisten haihduttimien yhteydessä, joissa aikaansaadaan selektiivinen lauhdutus.

4 117480 Jätelipeän virtaussuunnassa viimeisten haihdutusvaiheiden puhdas lauhde ja likaislauhde, joka sisältää pääosan epäpuhtauksista, käsitellään erillään siten, että niistä " saadaan haluttaessa erittäin puhdasta lauhdetta. Puhtaan 5 lauhteen sisältämien likaiskomponenttien määrä saadaan erittäin alhaiseksi, kun nämä lauhteet paisuntahöyryste-tään ja voidaan sen jälkeen yhdistää lisästrippauskolon-nista saatuun erittäin puhtaan lauhteen virtaan. Viimeisten vaiheiden likaislauhde paisuntahöyrystetään myös, 10 mutta käsitellään sen jälkeen vielä lisästrippauskolon-nissa.

Lisästrippauskolonnisysteemi käsittää edullisimmin kolonnin lisäksi toistokeittimen, jossa kolonnista saatu puh-15 distettu lauhde höyrystetään uudelleen yhdestä haihdutus-vaiheesta saatavan höyryn avulla, ja näin saadaan puhdis-tushöyry strippauskolonnia varten. Toistokeittimen konst- | .

ruktio on samanlainen kuin haihduttimien, jolloin siis lauhtuva höyry jaetaan erilaisiin fraktioihin.

20

Lisästrippauskolonnisysteemi kytketään haihduttamossa I ** virtaussuunnassa haihduttamon loppuosassa kahden peräksi.· käisen haihdu tus vaiheen väliin tiettyjen haihdutinvaihei- » den tai viimeisen haihdutusvaiheen ja lauhduttimen vä- 25 liin. Se tulee edullisimmin kytkeä sellaiseen kohtaan, : missä haluttu tuote lämpötila automaattisesti saavutetaan.

* · · · Tämä tarkoittaa, etteivät lauhdelämmönsiirtimet ole tar- peellisia, minkä johdosta höyryn kulutus ei kasva verrat- : .·. tuna ilman lisästrippauskolonnia olevaan systeemiin.

• · · ·*· * ... 30 • · * • · · *. Lisästrippauskolonnissa käsiteltävän lauhteen määrä voi- • « · V · ' , daan vapaasti valita. Systeemi voidaan suunnitella siten, • · · että kaikki lauhteet käsitellään siinä, myös varsinaises- :·. ta strippauskolonnista saatavat lauhteet. Toisaalta voi- • ·· 35 daan käsitellä hyvin pieni määrä. Valinta riippuu luon- • * nollisesti tehtaan erittäin puhtaan lauhteen tarvitsemas-i' ta määrästä ja halutusta puhtausasteesta. Mitä pienempi ,,*< 5 117480 erittäin puhtaan lauhteen määrä on, sitä puhtaampaa se tulee olemaan. Käytettävissä olevan puhdistushöyryn saatavuus rajoittaa maksimitehokkuutta. Korkeampaan puhdis-tustehokkuuteen päästäisiin suurentamalla lämpöpintoja, 5 mikä lisäisi investointikustannuksia, tai karsimalla yksi haihdutusvaihe, mikä nostaisi lämmönkulutuskustannuksia.

Esillä olevaa keksintöä selitetään yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa 10 kuvio 1 esittää erästä lämmönsiirtoeleraenttirakennetta, jota voidaan käyttää esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän toteutuksen yhteydessä erilaisten lauhteiden saamiseksi haihduttimesta; ja kuvio 2 esittää kaaviomaisesti erästä keksinnön mukaisen 15 menetelmän mukaista edullista suoritusmuotoa.

Kuvion 1 mukaisen, kahdesta yhteenliitetystä levystä muodostetun elementin 10 sisäosa on jaettu vinolla väliseinällä 11 kahteen osastoon, 12 ja 13. Lämmönvaih-20 toelementti on tunnettu US-patentista 4,878,535 (FI 91901). Lämmityshöyry syötetään yhteen 15 kautta elemen-ϊ " tin alempaan sisäosastoon 13, jossa muodostuu suhteelli- sen puhdasta lauhdetta, joka poistetaan yhteen 18 kautta.

'** Lauhtumattomat kaasut virtaavat aukon 14 kautta edelleen ^:* 25 ylempään osastoon 12, jossa muodostuu likaislauhdetta, : :*: joka poistetaan yhteen 17 kautta. Lauhtumaton höyry pois- »·· » i':’: tuu elementistä yhteen 16 kautta.

; .·. Kuvio 2 esittää 7-vaiheista mustalipeähaihduttamoa, jossa - * » · *11/ 30 on tavanomainen lipeävirtaus: syöttö - paisutus vaihee- • * * '. seen EVI - paisutus vaiheeseen EVII - haihdutus vaiheessa ’*.· · EVII - EVI - EV -EIV - Elli - Eli - EI - tuotelipeä.

• · · Lämmityshöyry virtaa päinvastaiseen suuntaan, ts. vai-:·. heesta EI vaiheeseen Eli, jne. Vaiheeseen EVII on kytket- *·.·, 35 ty pinta lauhdut in 20.

• ♦ • · · 6 117480

Suurin osa mustalipeän helposti haihtuvista yhdisteistä haihtuu paisunnoissa ja vaiheissa EVII, EVI ja EV. Näin ollen likaiset lauhteet saadaan vaiheissa EVI ja EVII sekä pintalauhduttimessa. Höyryvirrat 44, 45, 46 sekä 5 haihdutusvaiheiden poistokaasut linjassa 51 lauhtuvat näissä, kuvion 1 mukaisesti kahteen osavirtaan jakautuneena lämmönsiirtoelementtien avulla. Tilavuudeltaan pienemmät virrat 21, 22, 23, jotka sisältävät kuitenkin pääosan epäpuhtauksista, johdetaan tavanomaiseen höyry-10 strippaussysteemiin 66. Sitä vastoin tilavuudeltaan suuremmat, mutta vähemmän epäpuhtauksia sisältävät virrat 24, 25, 26 johdetaan toiseen höyrystrippaussysteemiin 27 erittäin puhtaan lauhteen tuottamiseksi.

15 Sekundäärihöyryvirrat linjoissa 47-50 mustalipeän kul kusuunnassa viimeisistä vaiheista EIV, Elli, Eli ja EI lauhtuvat myös samalla tavalla likaislauhteisiin 31, 30, 29, 28 ja puhtaisiin lauhteisiin 35, 34, 33, 32. Molemmat lauhdevirrat, ensimmäinen ja toinen, paisuntahöyrystetään 20 vaiheiden läpi tavanomaisella tavalla paisuntasäiliöissä 67, 68, jolloin haihtuvien epäpuhtauksien määrä vähenee, • mutta sillä erolla, että ne kulkevat eri virtoina 36 ja 37. Puhtaista lauhteista saatu erittäin puhdas lauhde 37 talteenotetaan tuotteena, kun taas likaislauhteista pai- 25 suntahöyrystyksestä saatu virta 36 syötetään yhdessä vaiheista EVI, EVII ja pintalauhduttimesta 20 saatujen puhtaampien lauhteiden 24, 25 ja 26 kanssa lisähöyryst- « ripperisysteemiin 27.

• · • · * • * * t·;·, 30 Höyrystripperisysteemi 27 käsittää höyrystrippauskolonnin • » · 38 ja toistokeittimen 39 ja on kytketty vaiheiden EV ja * · ’*.· * EVI välille. Kolonnin puhdistushöyry 40 koostuu uudelleen • · · höyrystetystä lauhteesta 41 kolonnista 38. Käyttöhöyry ;·. toistokeitintä 39 varten saadaan haihdutusvaiheesta EV.

• «· ,···. 35 Se kuinka paljon tämän vaiheen höyrystä viedään strip- • · pauskolonniin riippuu siitä, mikä on kolonnissa käsiteltävä lauhdemäärä ja/tai sen haluttu puhtausaste.

7 117480

Toistokeittimen lämmönsiirtoelementti on rakenteeltaan 4; samanlainen kuin haihduttimissa, ja siten myös siitä ^ saadaan likaislauhdetta 42, joka viedään tavanomaiseen höyrystrippaussysteemiin, ja puhtaampaa lauhdetta 43, 5 joka syötetään höyrystrippauskolonniin 38.

Vaiheen EVI höyrypuoli on jaettu kahteen osaan 52 ja 53.

Toinen osasto 53 on liitetty tavanomaisella tavalla edelliseen haihdutusvaiheeseen EV lauhduttamaan sen sekundää-10 rihöyryä 44. Toinen osasto 52 toimii "lauhduttimena" strippauskolonnin 38 yläpäästä virtaavalle metanolia ja muita epäpuhtauksia sisältävälle höyrylle linjassa 59. 1 "Lauhdutin” 52 on myös rakenteeltaan sellainen, että höyry lauhtuu siellä likaislauhteeseen 56, joka johdetaan 15 muiden likaislauhteiden kanssa puhdistettavaksi linjassa i 54. Puhtaampi lauhdevirta pumpataan takaisin palautusvir-tauksena 55 strippauskolonnin 38 yläpäähän. Lauhtumatto-mat kaasut lauhdutinosastosta 52 syötetään myös pinta-lauhduttimeen 20 linjan 51 kautta, mistä ei aiheudu mi-20 tään ongelmia, koska COD-yhdisteiden määrä täällä on . hyvin alhainen verrattuna esimerkiksi lauhtumattomiin * *' kaasuihin konventionaalisesta höyrystrippauskolonnista, s jossa käsitellään likaislauhteita linjassa 54.

* · · * 25 Erittäin puhdas tuotelauhde (metanolia alle 25 ppm, edul- • · * lisesti 10 ppm) saadaan toistokeittimestä linjan 57 kaut- ΓΓ: ta ja johdetaan käytettäväksi tehtaalla linjan 58 kautta yhdessä muiden erittäin puhtaiden lauhteiden 37 kanssa.

• ti' • · » • · * • * · * 30 Lisähöyrystrippauskolonnisysteemi on tässä tapauksessa • Il liitetty vaiheiden EV ja EVI väliin. Vastaavalla tavalla • * *

*·* * se voidaan liittää myös vaiheiden EVI ja EVII tai EVIII

’..,* ja pintalauhduttimen 20 väliin riippuen erittäin puhtaas- :·. sa lauhteessa ylläpidettävästä lämpötilasta.

1-. 35 • »

Mustalipeävirta on merkitty pisteviivoilla kuvioon 2. "

Heikkomustalipeä (tai muu sellujätelipeä) linjassa 60 . 8 117480 syötetään vaiheeseen EV, missä lipeä paisuu. Sitten lipeä johdetaan linjan 61 kautta vaiheeseen EVI, missä se edelleen paisuu. Vaiheesta EVI lipeä ohjataan linjan 62 kautta vaiheeseen EVII haihdutusta varten. Lipeää haihdute-5 taan edelleen vaiheissa EVI, EV, EIV, Elli, Eli ja EI, kuten on osoitettu linjalla 63. Tuotelipeä poistetaan linjan 65 kautta vaiheesta EI, jota kuumennetaan tuore-höyryllä linjassa 64.

10 Edellä kuvattu suoritusmuoto koskee 7-vaiheista haihdut-tamoa. Keksintöä voidaan luonnollisesti vastaavalla tavalla soveltaa myös muunlaisiin haihduttamoihin, joissa on esimerkiksi 4, 5 tai 6 haihdutusvaihetta. ’ 15 Esimerkki: 7-vaiheinen mustalipeähaihduttamo, jossa on tavanomainen hÖyrystrippauskolonni (66) ja keksinnön mukainen lisä-strippauskolonnisysteemi (27): 1 Haihdutettu vesimäärä: 500 t/h 20 Puhtaan lauhteen määrä (virrat 24-26, 32-35): 456,7 t/h ! ’* Likaislauhde (21-23. 28-31) tavanomaiseen stripperiin (66) : 43.3 t/h

Metanolimäärä syöttöjätelipeässä: 300 kg/h ·:* 25 Tulos: * · · « t Metanolimäärä lauhteissa: ····.;' I*·*; * Tavanomaisen menetelmän mukaan puhtaassa lauh- teessä: : 60 kg/h (131 ppm), 80% poistoteho • · · **··' 30 * Esillä olevan keksinnön mukaan: • · ♦ • » » *. 4 kg/h (8.8 ppm), 98.7% poistoteho (hyvin puh- V ' dasta lauhdetta) • · * ί

Keksinnön mukaisessa systeemissä 43.5% vaiheen EV höyrys- :\ tä syötetään toistokeittimeen 39 (linjan 69 kautta), ja • «* t*..p 35 loppu suoraan vaiheeseen EVI (linjan 44) .

• · *··

Claims

9 117480

1. Menetelmä haihtuvien yhdisteiden, kuten metanolin, erottamisen tehostamiseksi selluprosessien jätelipeän 5 monivaihehaihdutuksessa muodostuneista sekundääri lauh- '--4 teista, missä menetelmässä (a) lauhtuva sekundäärihöyry kondensoidaan ensimmäiseen (21-23, 28-31) ja toiseen lauhdeosavirtaan , joista ensimmäinen, tilavuudeltaan pienempi virta, sisältää pää- 10 osan haihtuvista yhdisteistä, tunnettu siitä, että (b) jätelipeän virtaussuunnassa yhden tai useamman ensimmäisen haihdutusvaiheen (EVII-EVI) ja/tai haihduttamon lauhduttimien (20) ensimmäiset lauhdevirrat (21-23) johdetaan puhdistettaviksi ensimmäiseen höyrystrippauskolon- 15 nisysteemiin (66) ja ainakin osa toisista virroista (24-26) johdetaan toiseen höyrystrippauskolonniin (27) otettavaksi talteen erittäin puhtaana lauhteena (57), joka on puhtaampaa kuin lauhdevirta ensimmäisestä strippauskolon-nista, jolloin toista kolonnisysteemiä (27) käytetään f 20 jätelipeähaihdutuksesta saatavalla höyryllä (69); ja I « : ** (c) jätelipeän virtaussuunnassa viimeisten haihdutusvai- **,:/ heiden (EII-EV) ensimmäiset (28-31) ja toiset (32-35) lauhdevirrat käsitellään toisistaan erillään siten, että *!* ainakin osa lauhdevirroista otetaan talteen erittäin \ • · t » • «*· 25 puhtaana lauhteena (37, 57). t · · • * * r · * & · * *

2. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa (c) lauhteet paisuntahöyrystetään (67, 68), ja • *· *... toiset lauhteet (32-35) otetaan paisuntahöyrystyksestä • * · 30 (68) talteen erittäin puhtaana lauhteena (37), ja ensim- *rll mäiset lauhteet (28-31) johdetaan paisuntahöyrystyksen (67) jälkeen mainittuun toiseen höyrystrippauskolonniin « * · (27) otettavaksi talteen myös erittäin puhtaana lauhteena (57). ·*··· ' * 35

3. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen höyrystrippauskolonnisysteemi (27) on kytketty 117480 10 kahden, höyryn virtaussuunnassa haihduttamon loppuosassa olevan, peräkkäisen haihdutusvaiheen (EV ja EVI tai EVI ja EVII) väliin tai haihduttamon viimeisen haihdutusvai-heen (EVII) ja lauhduttimen (20) väliin. 5

4. Vaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen kolonnisysteemi (27) käsittää strippauskolonnin (38) lisäksi höyrytoistokeittimen (39), johon syötetään höyryä (69) korkeammassa lämpötilassa toimivasta haihdu- 10 tusvaiheesta (EV), kolonnin alaosasta saatavan lauhteen (41) höyrystämiseksi toistokeittimessä, jolloin muodostuva höyry (40) käytetään puhdistushöyrynä kolonnissa (38). j

5. Vaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 toisen strippauskolonnin (38) yläpäästä saatava höyry lauhdutetaan osalla matalammassa lämpötilassa toimivan haihdutusvaiheen (EVI) lauhtumispintaa ja muodostunut lauhde (55) palautetaan kolonniin (38).

6. Vaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että . toistokeittimessä muodostetaan ensimmäinen lauhdevirta e • (42), joka käsitellään ensimmäisessä höyrystrippauskolon- • t · *·♦·[ nissa (66), ja toinen lauhdevirta (43), joka käsitellään * toisessa höyrystrippauskolonnissa (27) , e1 2 3· "P ·»·· 25 • · t · 1 • · · * · 1 * ·· I · « * ♦ · ♦ • · ett • e e ···1 • « · • · · * · · ··· e · · te1. i : • · 1 • 1 ·1 • t - • t» "s • · · • · 2 ♦ · ... 3 11 117480 PATENTKRAV 1