FI118899B - Menetelmä mustalipeää kaasuttamalla muodostetun kaasun pesemiseksi - Google Patents

Description

! 118899

Menetelmä mustalipeää kaasuttamalla muodostetun kaasun pesemiseksi - Förfarande för tvättning av gas alstrad genom förgasning av svartlut

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä, jolla voidaan ottaa talteen kemikaa-5 leja ja energiaa mustalipeästä, joka on saatu valmistettaessa paperimassaa keittämällä kemiallisesti kuituraaka-ainetta.

Kun paperimassaa valmistetaan sulfaattimenetelmällä, saadaan jätelientä, josta yleisesti käytetään nimitystä mustalipeä, joka sisältää orgaanista ainetta ja jäännöskemi-10 kaaleja, jotka on saatu kuituraaka-ainetta keitettäessä. Yleensä tämä mustalipeä haihdutetaan ja johdetaan erilliseen prosessiin, jossa orgaanisen aineen energiasisältö otetaan talteen ja keittokemikaalit otetaan talteen nk. soodalipeänä. Tässä energian ja kemikaalien talteenotossa on jo pitkään kaupallisesti vallitseva menetelmä ollut nk. Tomlinson'in prosessi. Tämän, jo nyt hyvin vanhan prosessin eräänä haittana on kui-15 tenkin se, että siinä tarvitaan hyvin suuria polttouuneja, jotka ovat monimutkaisia sekä teknisesti että käyttönsä kannalta.

Ruotsalaisessa patentissa SE 448,173 on kuvattu uudempi prosessi, jossa päästään huomattavasti paremaan sekä energian että kemikaalien talteenottoon ja jossa sen 20 lisäksi tarvittava prosessilaitteisto on huomattavan paljon yksinkertaisempi. Tämä pro-sessi perustuu pyrolyysireaktioon, jossa mustalipeä kaasutetaan reaktorissa. Tulokse- • e ; Y; na muodostuu runsasenergistä kaasua, joka pääasiallisesti sisältää hiilimonoksidia, • * hiilidioksidia, metaania, vetyä ja rikkivetyä, ja epäorgaanisia kemikaaleja pieninä sula- • · · : tepisaroina, jotka pääasiallisesti sisältävät natriumkarbonaattia, natriumhydroksidia ja • •e · : 25 natriumsulfidia. Syntynyt kaasun ja sulatepisaroiden seos jäähdytetään nopeasti en- ··· :T: simmäisessä vaiheessa saattamalla se suoraan kosketukseen vedestä ja soodalipeäs- tä, jota muodostuu, kun sulatekemikaalit ja rikkivety liukenevat jäähdytysnesteeseen, muodostuvan jäähdytysnesteen kanssa. Sen jälkeen kaasu pestään toisessa vaiheessa skrubberi-tyyppisessä kaasunpesulaitteessa. Sen jälkeen kaasu käytetään polttoainee- ··· : *·, 30 na höyryn ja/tai sähkövoiman keittämisessä. Kaasun fysikaalinen lämpöarvo voidaan • · * .···] käyttää hyödyksi myös jäähdyttämällä kaasu kaasutuslämpötilasta vesihöyryn kylläs- • · tyslämpötilaan valitussa paineessa. 200°C kyllästyslämpötilassa, joka vastaa 40 bar, • · · \ voidaan esimerkiksi tehdä 3 - 8 bar paineesta höyryä, kun soodalipeä jäähdytetään, ja # · · ** kun kaasu jäähdytetään ja sen vesisisältö lauhdutetaan kaasunpesutornin jälkeen.

118899 2

Vaikka tämä prosessi on huomattavasti yksinkertaisempi ja ongelmattomampi kuin Tomlinson'in prosessi, siinäkin on yhä parantamisenvaraa. Eräs haitta on esimerkiksi se, että soodalipeässä muodostuu ei-toivottua vetykarbonaattia, kun pyrolyysikaasun hiilidioksidi tulee kosketukseen soodalipeän kanssa, kun kaasu ja sulatepisarat jäähdy-5 tetään ensimmäisessä vaiheessa. Kaasunpesulaitteesta poistuvaan kaasuun jää lisäksi äärimmäisen pieniä, käytännöllisesti katsoen hydrofobisia partikkeleita, joita on kaasussa mukana ja joita SE-patentin 448,173 mukainen kaasunpesulaite ei kykene erottamaan tehokkaasti. Toinen haitta on se, että energian talteenottoa kaasun fysikaalisesta lämpöarvosta ei voida tehdä korkealaatuisen prosessihöyryn valmistamisen kan-10 naita täysin optimaalisella tavalla vaan prosessissa voidaan tehdä vain suhteellisen keskipaineista höyryä.

Esillä oleva keksintö kehittää edelleen SE-patentin 448,173 ajatusta, ja sillä voidaan tehokkaasti poistaa tähän tunnettuun tekniikkaan liittyvät haitat.

15

Kehitetyn menetelmän taustalla on ajatus mahdollisuudesta valmistaa soodalipeää ilman, että tässä lipeässä muodostuu ei-toivottua vetykarbonaattia, ja käyttää optimaalisesti hyödyksi lämpöenergiasisältö ja höyrynmuodostumislämpö kaasussa, samalla kun erotetaan tehokkaasti kaasun sisältämät pienet partikkelit, nk. savuhiukka-20 set tai mikrohiukkaset.

• · • · ♦ i · « • « : V: Periaatteena on, että reaktorista poistuva kaasun ja sulatteen seos jäähdytetään en- simmäisessä vaiheessa saattamalla se suoraan kosketukseen jäähdytysnesteen kans- : sa, joka pääasiallisesti muodostuu lauhteen muodossa olevasta vedestä. Kaasun ja : 25 soodalipeän, jota muodostuu sulatepisaroiden ja rikkivedyn liuetessa jäähdytysnestee- seen, välistä kaikkea voimakasta kosketusta vältetään mahdollisimman paljon. Kaasun sisältämä hiilidioksidi estetään tällä tavoin reagoimasta soodalipeän natriumkarbonaa- tin kanssa ja muodostamasta natriumvetykarbonaattia ja hiilidioksidi estetään rea- goimasta natriumhydroksidin kanssa ja muodostamasta natriumkarbonaattia. Lisäksi : I*. 30 hiilidioksidi estetään reagoimasta natriumvetysulfidin kanssa ja muodostamasta natri- ··* * .···. umvetykarbonaattia ja vältetään myös rikkivedyn desorptio natriumvetykarbonaatin ja • · natriumvetysulfidin välisestä reaktiosta. On hyvä, jos muodostunut natriumhydroksidi • * * \ \ ei muunnu natriumkarbonaatiksi, koska natriumhydroksidi on haluttu lopputuote soo- • · · • ·· • · 3 118899 daiipeän kaustisoinnin jälkeen. Natriumkarbonaatti muunnetaan natriumhydroksidiksi kaustisoinnin aikana saattamalla se reagoimaan sammutetun kalkin kanssa.

Sen sijaan kaasunpesu toisessa vaiheessa on muodostettu sellaiseksi, että kaasun, ja 5 pesunesteen, joka pääasiallisesti muodostuu lauhteen muodossa olevasta vedestä, välinen kosketus on mahdollisimman perinpohjainen. Eräässä hyvänä pidetyssä suoritusmuodossa tähän tavoitteeseen päästään sammuttamalla kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä sammutusvaiheessa kaasun ei anneta kuplia astian pohjalle kerääntyneen nestekerroksen läpi. Toisessa sammutusvaiheessa kaasu pestään antamalla sen 10 kuplia toisen nestekerroksen läpi, joka pääasiallisesti muodostuu lauhteen muodossa olevasta vedestä. Kuuma kaasu voidaan tällä tavoin tehokkaasti puhdistaa ja kyllästää kosteudella. Kondensaatiolämmön ja lämpöenergian muodossa oleva energia otetaan sen jälkeen talteen mieluummin kuumasta, kosteudella kyllästetystä kaasusta käyttämällä epäsuoraa vastavirtalauhdutinta. Esimerkiksi vastavirtakalvolauhduttimen avulla 15 on mahdollista kehittää tehokkaasti korkealaatuista höyryä, esikuumentaa syöttövesi ja tuottaa lämmintä vettä yhdessä ainoassa yksikössä. Kaasuun jääneet pienet partikkelit eli mikrohiukkaset, jotka pääasiallisesti muodostuvat natriumkarbonaatista, toimivat lauhduttimessa tiivistymisytiminä ja erottuvat sen vuoksi tehokkaasti kaasusta, minkä jälkeen otetaan talteen ja liuotetaan lauhteeseen.

20 : V: Totta on, että reaktiotuotteiden jäähdyttäminen ja erottaminen kaasutusreaktiosta • i kahdessa peräkkäisessä sammutusvaiheessa on sinänsä jo tunnettua US-patentista • · 4.328.008 (Texaco). Tämä patentti eroaa kuitenkin esillä olevasta keksinnöstä toisaal- : ta siinä suhteessa, että sen kohteena on toinen sovellutusala. Kiinteän polttoaineen ·1· · : 25 polttaminen, ilman mahdollisuutta soodalipeän tuottamiseen, joka on esillä olevan tn keksinnön päätavoite, ja toisaalta siinä suhteessa, että se ei myöskään sisällä sitä hyvänä pidettyä ajatusta, että energiaa otetaan talteen kuumasta, kosteuden kylläs-tämästä kaasusta optimaalisella tavalla käyttämällä vastavirtalauhdutinta. US-patentin 4.328.008 kaksi sammutusvaihetta eivät myöskään ole koottu niin, että ensimmäisissä : !·. 30 vaiheissa päästäisiin mahdollisimman pieneen kaasun ja nestefaasissa olevan tuotteen ··1 · .··, välillä ja toisessa vaiheessa maksimaaliseen kosketukseen, vastoin kuin mitä on ku- • · • 1 · vattu esillä olevassa keksinnössä.

t i « • · • « • · 1 • ♦ · • · 4 118899

Keksintöä on jäljempänä kuvattu yksityiskohtaisemmin erään hyvänä pidetyn suoritusmuodon pohjalta ja viitaten mukaan liitettyihin piirustuksiin.

Piirustuksissa: 5

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen konseptin erästä hyvänä pidettyä suoritusmuotoa.

Kuvio 2 esittää erästä hyvänä pidettyä suoritusmuotoa energian talteenottamiseksi 10 palamiskaasusta epäsuoran vastavirtajäähdytyksen avulla.

Kuvio 3 on eräs keksinnön suoritusmuoto, jossa samassa astiassa on kaksi sam-mutusvaihetta.

15 Kuviossa 1 viitenumerolla 1 on merkitty paineastia, joka sisältää keraamisesti vuoratun kaasutusreaktorin 2. Reaktori on varustettu mustalipeän sisääntulolla 3 ja hapen tai happipitoisen kaasun sisääntulolla 4 sekä polttimella (ei esitetty). Reaktiokammion pohjalla sijaitseva aukko on muodoltaan laskusola 5, joka avautuu suoraan alapuolella sijaitsevan soodalipeätilan 6 sisältämän nesteen pinnan yläpuolelle. Laskusolaan avau-20 tuu joukko nesteen jäähdyttämiseen tarkoitettuja suuttimia 7. Muodostunut soodali- • Y· peä kuljetetaan tilasta 6 putken 8 kautta pumpun 9 ja lämmönsiirtimen 10 läpi myö-» · hempiin prosessivaiheisiin, joissa valkolipeä muodostetaan, tai muuhun prosessivai- • · heeseen, jossa soodalipeää käytetään. Palamiskaasu ensimmäisestä astiasta johde- ··« • :'· taan putken 11 läpi toiseen paineastiaan 12 kaasun käsittelyä ja energian talteenottoa ··· · : :*· 25 varten. Tämä putki 11 aukeaa paineastiassa 12 astian pohjalla sijaitsevan pesunesteti- ··· :*♦*: lan 13 sisältämän nesteen pinnan alapuolelle. Tilan 13 yläpuolella on vastavirtakalvo- lauhdutintyyppinen epäsuora lauhdutin 16. Jäähdytetyn palamiskaasun ulostulo 17 sijaitsee toisen paineastian 12 yläosassa.

• · • · • · · • [·, 30 Toisen astian pesunestetilan neste voidaan siirtää putken 14 läpi pumpun 15 kautta • · "··[ ensimmäiseen astiaan, jossa se toimii suihkutussuuttimien 7 kautta tuotuna laimen- nusnesteenä tai jäähdytysnesteenä. Höyryn keittämiseen tarkoitettu syöttövesi tuo- • ® * !t ·* daan lauhduttimeen 16 putken 18 kautta ja muodostunut höyry poistuu putken 19 • · t *· *! kautta. (Energian talteenotto on esitetty yksityiskohtaisemmin kuviossa 2). Kylmää 118899 5 vettä syötetään lauhduttimen ylempään osaan putken 20 kautta ja muodostunut lämmin vesi poistuu putken 21 kautta. Nestebalanssin ylläpitämiseen lisätty vesi tuodaan järjestelmään putken 22 kautta.

5 Vaihe 1 - Kaasutus ja jäähdytys

Koska itse kaasutusmenetelmä on selvästi esitetty SE-patentissa 44,8,173, sitä ei tässä yhteydessä kuvata yksityiskohtaisesti. Tuote, joka on saatu alle stökiömetrisen happimäärän läsnä ollessa tehdystä flash-pyrolyysistä, muodostuu kuitenkin hyvänä 10 pidetyssä esimerkissä pääasiallisesti kaasumaisen vedyn, hiilimonoksidin, hiilidioksidin, vesihöyryn ja rikkivedyn ja myös natriumkarbonaatti-, natriumhydroksidi- ja natrium-sulfidi-sulatepisaroiden seoksesta noin 950°C lämpötilassa ja 26 bar absoluuttisessa paineessa. Kaasun nopeus on suuri, mikä helpottaa sulatepisaroiden, joista osa muodostaa kalvon reaktorin seinämille, kuljettamista soodalipeätilaan 6, joka on sijoitettu 15 kaasutusreaktion 2 alapuolelle. Ulostulo reaktorista muodostuu laskusolasta 5, johon jäähdytysneste suihkutetaan suuttimien 7 läpi, jotta päästäisiin mahdollisimman hyvään kosketukseen sulatteen ja kaasun seoksen kanssa. Jäähdytysneste muodostuu pääasiallisesti vedestä. Osa tästä vedestä höyrystyy, kun se tulee kosketukseen kuuman kaasun ja reaktorin lämpötilassa olevan sulatteen kanssa. Sulatepisarat ja reak-20 torin seinämillä oleva sulatekalvo liukenevat jäähdytysnesteen loppuosaan ja muodos-tavat näin soodalipeää, joka putoaa nestetilaan 6. Sulatepisarat putoavat vaihtoehto!- • · sesti suoraan nestetilaan 6 ja liukenevat vasta tämän jälkeen soodalipeään, jota jo on • · tässä paikassa läsnä. Veden haihtuminen soodalipeäkerroksessa jäähdyttää sen jäi- • ·· ! .*· keen sulatepisarat.

··· · . 25 • · · ··· ;*j*; Laskusola 5 avautuu suoraan nestetilassa 6 olevan nesteen pinnan yläpuolelle. Tämä * on erittäin tärkeää, jotta vältettäisiin voimakas kosketus kaasun ja muodostuneen ·*·.. soodalipeän välillä. Jos laskusola aukeaisi nestepinnan alapuolelle, kaasun olisi pakko ·**: kulkea kuplina soodalipeän läpi. Tämän seurauksena muodostuisi vetykarbonaattia *** . 30 kaasussa olevan hiilidioksidin ja soodalipeässä olevien natriumhydroksidin ja natrium- • · · karbonaatin välisen reaktion kautta. Jäähdytyksen jälkeistä lämpötilaa säädetään väli- • · T tulla käyttöpaineella, joka riippuu kyllästetyn höyryn lämpötilasta tässä paineessa. 26 J ·’ bar käyttöpaineessa soodalipeän ja kaasun tasapainolämpötilan voidaan siten olettaa *· *J olevan 200°C jäähdytysvaiheessa, jos höyryn osapaine on 60 %.

6 118899

Soodalipeä poistuu ensimmäisestä paineastiasta 1 putken 8 kautta ja se pumpataan pumpun 9 avulla lämmönsiirtimen 10 läpi, jossa lämpöenergiaa otetaan talteen soo-dalipeästä sitä jäähdyttämällä. Pieni osa soodalipeästä käytetään laskusolan 5 sisäpuolen kostuttamiseen palauttamalla se laskusolaan ja antamalla sen muodostaa ohu-5 en kalvon laskusolan sisäpinnalle.

Vaihe 2 - Kaasun pesu Jäähdytetty kaasu, joka on osittain kosteuden kyllästämä, poistuu ensimmäisestä as-10 tiasta 1 putken 11 kautta, joka avautuu toiseen astiaan 12. Putki 11 avautuu nes-tesulkuna, joka muodostuu laskusolasta ja nousevasta putkesta, aivan astian pohjalla sijaitsevan pesunestetilan 13 nestepinnan alapuolelle. Sen ansiosta, että putki avautuu tällä tavoin nesteen pinnan alapuolelle, kaasun on pakko kuplia nestesulun kautta pääasiallisesti vedestä muodostuvan nesteen läpi voidakseen nousta ylöspäin. Tämän 15 seurauksena kaasu kyllästyy täysin kosteudella samaan aikaan, kun siitä pestään siinä yhä olevat kemikaalit. Siitä tehokkaasta kosketuksesta johtuen, joka on tehty mahdolliseksi kaasun ja pesunesteen kesken, peseytyy pois suuressa määrin osa niistä pienistä hiukkasista, nk. mikrohiukkasista tai savuhiukkasista, joita kaasussa on mukana ja jotka ovat erittäin vaikeasti erotettavissa. Pesunestekerroksen 13 ja kerroksesta 20 poistuvan kaasun lämpötila on enimmäkseen sama kuin lämpötila ensimmäisen astian : v. 1 soodalipeätilassa 6. Nestetilan 13 pesuneste palautetaan ensimmäiseen astiaan 1 • · putken 14 kautta niin, että se toimii nestetilan 6 soodalipeän laimennusnesteenä tai • * 2***. jäähdytysnesteenä, joka suihkutetaan laskusolaan 5 suuttimien 7 kautta. Sen jälkeen, ··· j 2*; kun energia on otettu talteen lauhduttimessa 16, kaasu poistuu järjestelmästä virras- • 2*· 25 sa 17. Mahdolliset jäljelle jääneet rikkipitoiset yhdisteet pestään sen jälkeen pois kaa-

«M

2*2*2 susta käyttämällä alkalista pesunestettä, esimerkiksi natriumkarbonaattia.

* ·*·„ Vaihe 3 - Energian talteenotto ··« • · • · «·· 2 30 Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukainen energian talteenottotapa, jossa eräässä • · hyvänä pidetyssä suoritusmuodossa järjestelmän paine on 26 bar. Se perustuu vasta- * · ’1 virtakalvolauhduttimen 16 käyttämiseen, joka on asennettu toiseen paineastiaan pe- • i · • · · ’ ·* sunestekerroksen 13 yläpuolelle. Kosteuden kyllästämä, 200°C kaasu, joka poistuu

• i S

*· *! pesunestekerroksesta 13, lauhdutetaan tuomalla epäsuoraa lämpöä esikuumennet- 7 118899 tuun syöttöveteen 23 noin 180°C lämpötilassa. Tämä saa syöttöveden haihtumaan ja muodostunut höyry, joka on noin 10 bar ylipaineessa ja noin 184°C:ssa, voi poistua järjestelmästä höyrykuvun 24 kautta virtauksena 25, jolloin sitä voidaan käyttää muualla tehtaalla. Kaasusta poistuva lauhde putoaa pesunestetilaan 13 ja tulee näin muo-5 dostamaan osan tulevan kaasun 11 pesunesteestä. Tämä kaasu tullaan tällä tavoin pesemään "omalla" kuumalla lauhteellaan. Koska pesunestetilassa 13 sijaitseva neste muodostuu pääasiallisesti vedestä, tässä nesteessä on luonnollisesti myös poispestyjä kemikaaleja, joita oli mukana kaasufaasissa ja jotka olivat lauhteeseen liuenneita.

10 Kaasun lämpötila osittaisen lauhduttamisen jälkeen on noin 190°C ja sitä voidaan nyt käyttää mainitun syöttöveden esikuumentamiseen. Tämä syöttövesi, jonka lämpötila on noin 70°C, tulee lauhduttimeen putken 18 kautta. Sen jälkeen, kun lämpöä on epäsuoraan siirretty kaasusta, syöttöveden lämpötila nousee noin 180°C:een ja sen kuljettua höyrykuvun 24 kautta se voidaan käyttää höyryn kehittämiseen edellä kuva-15 tulla tavalla.

Syöttöveden esikuumentamisen jälkeen kaasun lämpötila on noin 80°C, ja loput lämpöarvosta noin 30°C:een asti voidaan käyttää hyödyksi samassa lauhdutinyksikössä lämpimän veden tekoon. Lauhduttimeen tulee tällöin kylmää vettä putken 20 läpi noin 20 15°C lämpötilassa ja se poistuu lauhduttimesta noin 70°C:ssa putken 21 kautta. Nes- tetappio järjestelmästä, mm. poistettuna soodalipeänä 8, korvataan lisäämällä vettä • · noin 2,1 m3 massatonnia kohti lauhduttimen ylempään osaan virtauksena 22. Tämä ♦ · .·*·. vesi kuumennetaan 2°C:een vastavirtamenetelmällä, ennen kuin se yhtyy lauhteeseen ··· : .·. pesunestetilassa 13.

··· · . 25 • · · ··· .•s*. Kaasu poistuu lauhduttimesta noin 30°C:ssa virtauksena 17. Sen kemiallinen energia käytetään hyödyksi polttamalla yhdessä tuotetun höyryn ja/tai sähkön kanssa, esi-j*. merkiksi patenttijulkaisun SE 448,173 mukaisesti.

• M

: :

• M

. \ 30 Sen ansiosta, että energian talteenotossa käytetään vastavirtamenettelyä, höyrysty- · · mislämpö ensimmäisen astian jäähdytysvaiheesta käytetään kokonaan hyödyksi lauh- • t '!* dutuslämpönä toisessa astiassa. Vastavirtalauhdutin antaa korkeamman lauhdelämpö- ϊ .· tilan, suuremman virtauksen ja siten suuremman höyrytuoton kuin myötävirtalauhdu- • · 1 *: tin. Korkea lämpötaso, joka tekee mahdolliseksi kehittää korkealaatuista höyryä, pe- 118899 8 rustuu siihen periaatteeseen, että kaasu pestään toisessa vaiheessa "omalla" kuumalla lauhteellaan. Tämän lauhteen palauttaminen jäähdytysvaiheeseen sallii myös sen, että 90 - 100 % reaktorista tulevan sulatteen/kaasun jäähdytystarpeesta muodostuu höyrystymisläm möstä.

5

Toinen etu sille, että lauhde palautetaan toisesta nestekerroksesta 13 putken 14 kautta ensimmäiseen astiaan toimiakseen laimennus- tai jäähdytysnesteenä suihkutus-suuttimessa 7, on se, että erittäin korkea lämpötila laskusolassa 5, jossa suihkutus-suuttimet sijaitsevat, saa aikaan kaasusta tiivistyneiden ja siten lauhteeseen kerään-10 tyneiden tervamaisten yhdisteiden, esimerkiksi terpeenien, krakkautumisen. Tällä tavoin voidaan hajottaa myös muita yhdisteitä, kuten rikkipitoisia yhdisteitä. Tätä positiivista vaikutusta voidaan luonnollisesti käyttää hyväksi muiden lauhteiden, suodosten tai poistovirtojen ei-toivottujen yhdisteiden kokkaamiseen, jos näitä suihkutetaan laskusolaan 5.

15

Kosteuden kyllästämä palamiskaasu sisältää noin neljä kertaa enemmän vesihöyryä kuin kaasu, kun vertailun pohjana on ominaistilavuus. Tämä tarkoittaa vastavirtame- nettelyn tuloksena sitä, että vaikka höyryn ja kaasun seoksen nopeus on noin 10 m/s, esimerkiksi tullessaan lauhduttimeen, kaasun nopeus pienenee kosteuden lauhtuessa, 20 jolloin sen nopeus lauhtimesta poistuessaan on noin 4 - 5 m/s. Kaasun mukanaan .V. kuljettamat pisarat voivat tällöin erottautua helpommin.

* • · • · » • · · • · .·*·. Kooltaan 0,01 -1,0 pm suuruiset pienet partikkelit, nk. mikrohiukkaset tai savuhiuk- ··· : kaset, jotka yhä pysyvät kaasun sisällä ja jotka on muutoin äärimmäisen vaikea erot- ··· · . 25 taa pois, käytetään hyödyksi lauhdutusytiminä, mikä tekee näiden partikkeleiden erot- • fl tamisen mahdolliseksi. Kaasun alhainen nopeus, jota vastavirtaperiaatteen mukaisesti edellytetään, antaa näille käytännöllisesti katsoen hydrofobisille partikkeleille kostumi-·*." seen pidemmän viipymäajan kuin mikä tavallisesti on asianlaita, kun jäähdytys teh- .***. dään myötävirtaperiaatteella.

30 • · · • · ·

Vastavirtamenetelmän etuna on lisäksi se, että lauhduttimen arkojen alempien jääh-*" dytyspintojen, jotka helposti likaantuvat, päälle ei muodostu mitään kerroksia, koska : koko lauhdevirta huuhtelee niitä korkeassa lämpötilassa.

9 9 9 9 9 9 99 9 9 118899 9

Pienikokoinen, monitoiminen kaasunkäsittelytorni, jossa lauhde kerätään yhdessä ainoassa kohdassa, merkitsee tavanomaiseen konseptiin verrattuna huomattavaa yksinkertaistumista laitteen rakenteen ja prosessin ohjauksen ja säädön kannalta.

5 Vetykarbonaatin muodostuminen soodalipeässä vältetään sammuttamalla erikseen sulate ensimmäisessä vaiheessa ja kaasu toisessa vaiheessa.

Kokemukset osoittavat, että ensimmäisen astian sammutusvaiheen nesteellä on taipumus vaahdota, kun paine putoaa järjestelmässä väliaikaisesti. Käsillä oleva mene-10 telmä tekee mahdolliseksi sen, että pesuneste toisessa sammutusvaiheessa voi absorboida tämän ensimmäisestä vaiheesta tulevan vaahdon.

Edellä kuvattu suoritusmuoto on eräs hyvänä pidetty suoritusmuoto. Keksintö ei kuitenkaan rajoitu tähän kuvaukseen vaan sitä voidaan muuttaa patenttivaatimusten 15 sisällä. Eri osavaiheiden määrä vastavirtalauhdutbmessa, kun kuuman, kosteuden kyllästämän kaasun kondensaatiolämpö ja lämpöenergia otetaan talteen, voi luonnollisesti olla pienempi tai suurempi, ja esimerkiksi syöttöveden ja kaasun annetut lämpötilat eri osavaiheissa voivat luonnollisesti olla arvoltaan erilaisia.

20 Mikrohiukkasten erottumisen kannalta voi olla edullista asentaa vastavirtalauhdutti-men eri osavaiheiden väliin rakennekerroksia. Tällä on myös positiivinen vaikutus siinä ti1 • · suhteessa, että se estää kanavoitumista.

• « · • · ··· * · • ·

IM

: .·. Vaikka kaasutuslämpötila reaktorissa voi olla 500 - 1600 °C, mieluummin 700 - 1300 ··· t . .·. 25 °C ja vieläkin mieluummin 800 - 1000 °C, ja järjestelmän paine voi olla 150 bar abso- • ti luuttiseen paineeseen asti, mieluummin 21 - 50 bar, myös ilmakehän paine on mah-dollinen, vaikkakin tällöin ei ole mahdollista kehittää korkealaatuista höyryä. Vaikka ί\<# lauhteen ja soodalipeän lämpötilan tulisi olla mahdollisimman korkea, kunkin tietyn .2·. painejärjestelmän kyllästyslämpötila rajoittaa tätä lämpötilaa. Lämpötila voi olla esi-

III

, \ 30 merkiksi noin 170 - 260 °C, jos jäijestelmän paine on 21 - 50 bar ja höyryn osapaine i i i *".1 ensimmäisen astian jäähdytysvaiheessa on noin 35 - 90 %. Esimerkiksi, kun höyryn * » *" osapaine on 83 % ja absoluuttinen paine 26 bar, lämpötila on 216 °C.

·· 1 • · · 9 9 9 9 · • · · 2 • It • · 10 1 1 8899

Sen lisäksi, että nestebalanssin säilyttämiseen lisätty vesi syötetään lauhduttimen ylempään osaan, se voidaan myös syöttää suoraan lauhteeseen, esimerkiksi putkeen 14.

5 Lisäksi on mahdollista ajatella käytettäväksi lauhdutinta 16 yhdessä järjestelmän muiden liuosten kanssa, joilla on samankaltaiset vaatimukset.

Lauhduttimen 16 ei tarvitse olla samassa astiassa kuin pesunestekerros 13, vaikkakin tämä on edullista. Sen sijaan kosteuden kyllästämän kaasun jäähdyttäminen ja lauh-10 duttaminen voidaan suorittaa erillisessä lauhduttimessa, jolloin tästä lauhduttimesta tuleva lauhde palautetaan pesunestekerroksen 13 sisältävään astiaan. Tämä erillinen lauhdutin voi mahdollisesti muodostua tavanomaisesta lauhduttimesta, joka ei ole vastavirtakalvolauhdutin. Tällöin luonnollisesti ei saavuteta niitä etuja, jotka johtuvat vastavirtakalvolauhduttimen käyttämisestä.

15

Kahden sammutuskerroksen/pikajäähdytyskerroksen rakenne, joissa käytetään las-kusolaa ja nestekerrosta, voidaan suunnitella eri tavoin laitteiston rakenteen osalta. Ensimmäisessä astiassa 1 voidaan esimerkiksi toteuttaa kuivamateriaalin erottaminen antamalla sulatepisaroiden pudota jäähdytyskerrokseen 6 jäähdyttämättä sulatepisa-20 raviltaan suihkutettua nestettä. Sen jälkeen kaasu johdetaan pois sulatepisaravirrasta ja sen sijaan tähän kaasuvirtaan suihkutetaan suoraan jäähdytysnestettä, jolloin mah-dolliset mukana kulkeutuneet sulatepisarat liukenevat ja putoavat jäähdytyshautee- * .·1·, seen. Toisessa astiassa 12 voidaan sammutus suunnitella niin, että saadaan aikaan • ; .·. rajoittamaton mammuttipumppuvaikutus, so. niin, että kaasun on mahdollista nostaa « « i »M · , ,·, 25 nestettä ja näin päästään hyvään kierrätykseen ja pesuun. Toisessa tai molemmissa • · · «·· sammutusvaiheissa voidaan vaihtoehtoisesti käyttää nk. ventuuri-sammutusta, jolloin • · · mahdollisesti käytetään ohjausvaippaa.

·· • « • ·· .···. Kaasuputkeen 11 voidaan lisäksi asentaa ylimääräinen kaasunkäsittelyvaihe. Tämä ··· . 1. 30 ylimääräinen vaihe voisi muodostua esimerkiksi ventuuri-pesurista, johon pesuneste • 1 1 *".· syötetään toisesta nestekerroksesta 13. Tällaisen ventuuri-pesurin käyttäminen paran- • ♦ "2 taa kaasuvirran mikrohiukkasten tai savuhiukkasten erottumista.

·· 1 • » · • · • ♦ · • · « 2 • ·1 Π 118899

Molemmat nestekerrokset 6 ja 13 voivat myös olla yhdessä ja samassa astiassa niin, että ne ovat esimerkiksi väliseinän erottamia. Eräs mahdollisuus on käyttää molempiin nestekerroksiin 6 ja 13 horisontaalista paineastiaa, joka on varustettu väliseinällä. Reaktorin 2 sisältävän pystyn paineastian 1 toinen pää olisi tällöin yhdistetty horison-5 taaliseen astiaan ja toinen pää lauhduttimen 16 sisältävään pystyyn paineastiaan 12.

Toinen mahdollisuus pitää molemmat nestekerrokset 6 ja 13 yhdessä ja samassa astiassa on esitetty kuviossa 3. Soodalipeäkerros 6 sijaitsee reaktorin 1 sisältävän pystyn astian pystyakselin ympärillä. Kaasu pakotetaan kulkemaan pesunestekerroksen 13 10 nesteen läpi, joka sijaitsee astian kehän ympärillä. Väliseinä erottaa nämä kaksi nes-tekerrosta kokonaan toisistaan ja joukko ylimääräisiä, samankeskisesti sijoitettuja seinämiä 26, jotka ulottuvat alas pesunestekerrokseen 13, toimivat yhdessä ohjaus-vaipan 27 kanssa monivaiheisena mammuttipumppuna, joka pakottaa kaasun nesteen läpi.

15

Vaikkakin keksinnön mukaisesti on suositeltavaa, että pesunestekerros muodostuu pääasiallisesti lauhteen muodossa olevasta vedestä, voidaan ajatella, että nestekerros 13 voisi muodostua muun tyyppisestä soodaiipeästä kuin ensimmäisen nestekerroksen 6 soodaiipeästä. Koska tämä erityyppinen soodalipeä on tehokkaassa kosketuksessa 20 kaasun kanssa, se voisi tässä tapauksessa sisältää suurempia määriä natriumvetykar- »Y; bonaattia ja natriumvetysulfidia, mikä tarkoittaa sitä, että sitä voitaisiin esimerkiksi • · käyttää myöhempään rikkivedyn ja hiilidioksidin poistamiseen.

• · ··♦ • · · ··· : Keksinnön mukaista konseptia voidaan luonnollisesti soveltaa myös kemikaalien tai- ··» · : 25 teenottamiseen prosesseissa, joissa jäteliemet ja talteenotetut kemikaalit ovat täysin ··· erityyppisiä, esimerkiksi valkaisulaitoksen jäteliemet, puolikemiallisen massan, esimerkiksi CTMP:n jäteliemet tai jäteliemet massaprosessista, joka perustuu kaliumin käyt-tämiseen emäksenä natriumin asemesta.

·1· * 1 ··· : X 30 Keksinnön mukaista konseptia voidaan soveltaa myös silloin, kun käytetään hyväksi • · · "’·[ suurempaa rikkivedyn osapainetta reaktorissa, jolloin seurauksena on tasapainon siir- • · ,1·1 tyminen (ks. SE 468 600) ja Na2S:n muodostuminen.

♦ · · • · • · « • · · • ·♦ • ·

Claims (14)

12 1 1 8899

1. Menetelmä kemikaalien ja energian talteenottamiseksi mustalipeästä, jota saadaan valmistettaessa paperimassaa pilkkomalla kemiallisesti kuituraaka-ainetta, joka musta-5 lipeä kaasutetaan, jolloin pääasiallisesti muodostuu CO, C02, CH4, H2 ja H2S kaasumaisessa muodossa ja Na2C03, NaOH ja Na2S sulatepisaroina; saatu kaasun ja sulatteen seos jäähdytetään ensimmäisessä vaiheessa saattamalla suoraan kosketukseen pääasiallisesti vedestä muodostuvan jäähdytysnesteen kanssa, minkä jälkeen osa jäähdytysnesteestä haihdutetaan ja sulatepisarat erotetaan ja liuotetaan jäljelle jääneeseen 10 osaan jäähdytysnestettä niin, että muodostuu nestemäinen soodalipeäkerros (6); toisessa vaiheessa tämä kaasu pestään ja kyllästetään kosteudella saattamalla suoraan kosketukseen pesunestekerroksen (13) kanssa, joka pääasiallisesti muodostuu vedestä; sen jälkeen kun kaasu on pesty toisessa vaiheessa, lämpöenergian ja kondensaa-tiolämmön muodossa oleva energia otetaan talteen kuumasta kosteuden kyllästämäs-15 tä kaasusta epäsuorassa lauhduttimessa (16); menetelmä on tunnettu siitä, että kaasun ja soodalipeästä muodostuvan nestekerroksen (6) välinen kosketus ensimmäisessä vaiheessa on oleellisesti pienempi kuin kaasun ja oleellisesti vedestä muodostuvan pesunestekerroksen (13) välinen kosketus toisessa vaiheessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuuman, kos teuden kyllästämän kaasun energiasisältö otetaan talteen epäsuoran lauhduttimen • · \ v (16) avulla, jolloin syntynyt kuuma lauhde lauhduttimesta (16) otetaan talteen käytet- • · ·’.·*.·' tavaksi toisen vaiheen pesunestekerroksen (13) osana, mieluummin pääasiallisena osana. j/: 25 ··* · :j*:

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että epäsuora :T: jäähdytys toteutetaan vastavirtaprosessilla; kaasun kondensaatiolämpöä ja kaasun lämpöenergian sitä osaa, joka on laadultaan korkein, käytetään näin korkealaatuisen höyryn kehittämiseen; lämpöenergian loppuosaa käytetään höyrynkehityksen syöttö- ♦ :***. 30 veden esikuumentamiseen ja lämpimän veden tuottamiseen. ··· • * • · ♦

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nestebalanssi • · **:*' säilytetään nestekerroksissa (6,13) lisäämällä lauhduttimen (16) ylempään osaan ·· · : V mieluummin vedestä muodostuvaa nestettä (22). :M 35 13 1 1 8899

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuuma neste palautetaan pesunestekerroksesta (13) virtana (14) ensimmäiseen vaiheeseen niin, että saadaan jäähdytysnestettä ja liuotusnestettä tämän vaiheen soodalipeäkerrok-seen. 5

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen vaiheen kaasun ei anneta kuplia soodalipeästä muodostuvan nestekerroksen (6) läpi.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisen vaiheen 10 kaasu pakotetaan kuplimaan pesunestekerroksen (13) läpi.

8. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että epäsuora lauhdutin (16) muodostuu vastavirtakalvolauhduttimesta.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paine järjestel mässä on 150 bar asti, mieluummin 21 - 50 bar.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila pe-sunestekerroksessa (13) on oleellisesti sama kuin pesunestekerrokseen tulevan kaa-20 sun lämpötila ja soodalipeäkerroksen (6) lämpötila. * · \v

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen * · \ V vaiheen ja toisen vaiheen väliin on asennettu vielä yksi, kaasupesurista muodostuva ··* :: kaasunkäsittelyvaihe, jolloin pesu- ja jäähdytysneste syötetään pesunestekerroksesta 25 (13). • · · • · · ·« :T:

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että molemmat nestekerrokset (6) ja (13) sijaitsevat yhdessä ja samassa astiassa, jossa ne on erotet-tu esimerkiksi väliseinän avulla. .·***: 30 ··· .

*. 13. Patenttivaatimuksen 7 tai 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisen • · · *.*;. vaiheen kaasu pakotetaan vuorotellen kuplimaan alas ja ylös, ainakin yhden kerran • · ’*.*·* kumpaankin suuntaan, pesunestekerroksen (13) läpi, jotka kukitusvaiheet on saatu • · · : V aikaan jakovaipan (27) ja samankeskisesti sijoitettujen sylinterimäisten seinien (26), \*·; 35 jotka ulottuvat alas pesunestekerrokseen (13), avulla.

14 1 1 8899