FI119110B - Menetelmä lauhteiden käsittelemiseksi - Google Patents

Description

119110

MENETELMÄ LAUHTEIDEN KÄSITTELEMISEKSI

Tämä keksintö koskee menetelmää vettä helpommin haihtuvia yhdisteitä sisältävien haihdutuslauhteiden käsittelemiseksi. Menetelmässä lauhde saatetaan kontaktiin höyryn 5 kanssa, jolloin lauhteen sisältämiä haihtuvia epäpuhtauksia siirtyy höyryvirtaan. Menetelmää kutsutaan strippaukseksi. Keksinnön mukaisesti strippaushöyrynä käytetään haihdutuslauhteiden paisutuksessa syntyvää höyryä. Keksintö koskee haihduttamoita, joissa haihdutettava neste, kuten mustalipeä ja jätevesi, sisältää vettä helpommin haihtuvia yhdisteitä.

10

Sellun keitossa syntyvän mustalipeän epäorgaaniset komponentit otetaan siitä talteen ja orgaaninen osa käytetään polttoaineena. Talteenottoa varten mustalipeä haihdutetaan korkeaan kuiva-ainepitoisuuteen (70-80 %) monivaihehaihduttamossa. Tavallisimmin haih-duttamo toimii niin, että korkeimmassa paineessa olevassa haihduttimessa tuotettu höyry 15 käytetään lämmittämään seuraavaksi korkeimmassa paineessa olevaa haihdutusvaihetta lipeän virratessa vastavirtaan lämmityshöyryyn nähden. Tyypillisesti haihduttamossa on 5-7 vaihetta. Haihdutusvaihe käsittää yhden tai useamman haihdutinyksikön, jotka käyttävät samaa lämmityshöyrylähdettä.

*·1 • · • · • · · • · • φ : " 20 Sellun sulfaattikeitossa syntyy orgaanisia pahanhajuisia rikkiyhdisteitä, kuten metyylimer- kaptaania, dimetyylisulfidia ja dimetyylidisulfidia sulfidi- ja vetysulfidi-ionien reagoidessa

• 1 S

’· 1j ligniinin tai ligniinifragmenttien metoksyyliiyhmien kanssa. Keitossa syntyy runsaasti • ... myös metanolia. Rikkiyhdisteitä ja metanolia sisältäviä höyryjä vapautuu runsaasti esi- • · • · merkiksi mustalipeän haihdutuksessa, jossa em. yhdisteet tislautuvat ja lauhtuvat moniin 25 vaihehaihduttamon lauhteisiin. Metanoli on mustalipeälauhteiden haihtuvista komponen- • ·· .···. teista merkittävin, sillä se aiheuttaa suuren pitoisuutensa vuoksi pääosan lauhteiden • · • · · COD-arvosta (COD - chemical oxygen demand, kemiallinen hapen kulutus). Ympäristö- • φ φ φ · [... vaatimusten vuoksi ja lauhteiden uudelleenkäyttöarvon lisäämiseksi metanolia poistetaan • ^ φ ·’ lauhteista.

Φ • · · • φ · 30 m Φ 2 119110

Lauhteita pyritään käsittelemään siten, että em. haihtuvat komponentit saadaan rikastumaan mahdollisimman pieneen likaislauhdemäärään, joka puhdistetaan tavallisesti höyrystrippa-uksella. Lauhteet voidaan jakaa puhtaaseen ja puhdistettavaan lauhteeseen esimerkiksi haihduttimen lämmönsiirtoelementtien tietyllä rakenteella. US-patentissa 4,878,535 esite-5 tään eräs tällainen rakenne. Likaislauhteen määrä voi vaihdella vapaasti elementin muotoilun asettamissa tietyissä rajoissa riippuen käyttäjän vaatimuksista puhtaan lauhteen puhtaudesta. Normaalisti määrä on 10-20 % haihduttamon lauhteiden kokonaismäärästä.

Tehtaan lämpötalouden kannalta on tärkeää, että sekundäärilauhteen lämpö käytetään hy-10 väksi. Siksi tavallisesti kustakin haihdutusvaiheesta tuleva lauhde paisutetaan höyryn kulkusuunnassa seuraavaan vaiheeseen, jossa paisuntahöyryn lämpö käytetään hyväksi. Myös paisunnassa lauhteen haihtuvien epäpuhtauksien määrä vähenee.

Likaislauhde puhdistetaan yleisimmin höyrystrippauksella. Tavallisesti likaislauhdestrip-15 pauskolonni integroidaan haihduttamoon strippauksen lämmönkulutuksen minimoimiseksi. Strippaukseen käytetään joko haihdutuksessa syntyvää höyryä tai pohjankiehuttimes-sa stripatusta lauhteesta tuorehöyryllä tuotettua höyryä. Likaislauhdestripperin ollessa haihdutusvaiheiden 1 ja 2 välissä stripperistä poistuva, epäpuhtauksia sisältävä höyry johdetaan toisen vaiheen lämmityshöyryksi, mustalipeän esilämmittimeen tai molem- ··· 20 piin. Jäljelle jäävät stripperikaasut johdetaan jälkilauhduttimen kautta polttoon tai me- • · * · . ** tanolinnesteytykseen.

I··» * · • 1 * · · '· 1| Yleisenä tavoitteena tehtailla, kuten sellu- ja paperitehtailla, on pyrkiä yhä suljetumpiin ](>1 prosesseihin päästöjen vähentämiseksi ympäristöön. Suljettu vesilderto johtaa siihen, että • ♦ • · *** 25 epäpuhtaudet pyrkivät rikastumaan ja voivat aiheuttaa häiriöitä tehtaan prosesseissa. Tä- . män vuoksi esimerkiksi lauhteet on puhdistettava tarpeen mukaisesti ennen niiden uudel- • « t.··, leenkäyttöä esim. prosessivetenä. Puhdistusta vaativien lauhteiden määrän lisääntyminen t ··· • t vaatii suurempia strippauskolonneja ja suurempia höyrymääriä huonontaen näin mm. teh- * taan energiataloutta. Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on minimoida näitä ongelmia ja • ♦ , 30 tarjota menetelmä, joka yksinkertaisella ja taloudellisella tavalla vähentää haihdutinlai- • · • · · • ·· • · · 119110 3 ja tarjota menetelmä, joka yksinkertaisella ja taloudellisella tavalla vähentää haihdutin-laitoksella syntyvän likaisen lauhteen määrää ja siten vähentää lauhteiden puhdistustar-vetta. Keksinnön mukainen menetelmä tuottaa oleellisesti hajutonta, puhdasta lauhdetta, jota voidaan käyttää ilman lisäpuhdistusta tuotantolaitoksella raakaveden sijasta.

5

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää lauhteiden käsittelemiseksi haihduttamossa, jossa esim. sellu- tai paperitehtaan jätelientä haihdutetaan useassa vaiheessa ja jossa haihdutuksessa syntyneitä lauhteita paisutetaan ja puhdistetaan höyrystrippaus-kolonnissa. Tunnusomaista menetelmälle on, että lauhteet ainakin kahdesta vaiheesta 10 yhdistetään ja paisutetaan yhdessä ja että paisutuksesta saatu höyry tuodaan kosketukseen puhdistettavan lauhdevirran kanssa strippauskolonnissa, josta epäpuhtaudet sisältävä höyryjä puhdistettu lauhdevirta poistetaan. Keksinnön mukaista strippauskolonnia nimitetään jatkossa paisutushöyrystripperiksi.

15 Tavallisesti haihdutuslauhteita paisutetaan haihdutusvaiheiden välissä, ja syntynyt höyry käytetään haihdutukseen seuraavassa vaiheessa. Keksinnön mukaisessa kytkennässä lauhteita ei paisuteta jokaisen vaiheen välissä erikseen, vaan paisutus suoritetaan kootusti halutussa kohdassa, ja paisutushöyry johdetaan paisutushöyrystripperin alaosaan.

··· Tällä tavalla saadaan syntymään riittävä määrä strippaukseen tarvittavaa höyryä. Paisu- ·· • · ! ’* 20 tukseen johdettavien lauhteiden on oltava puhtaampia kuin puhdistettava lauhde, jotta • · * · · [ * saavutetaan haluttu puhdistusteho paisutushöyrystripperissä. Esimerkiksi kuusivaihei- • * " * | sessa haihduttamossa, jossa keksinnön mukainen stripperi on haihdutusvaiheiden 4 ja 5 • · ... välissä, on puhtaiden lauhteiden paisutuksessaa syntyvän höyryn määrä n. 15 % paisu- • · • · tushöyrystripperiin syötettävän puhdistettavan lauhteen määrästä.

:·. 25 • · .·*·, Paisunnassa lauhteesta poistuu haihtuvia epäpuhtauksia paisutushöyryyn. Näin paisutet- • * · · tu lauhde on useissa tapauksissa ilman lisäkäsittelyjä tarpeeksi puhdasta käytettäväksi • · · prosessivetenä. Näin ollen paisutettu lauhde ja paisutushöyrystripperissä stripattu lauhde • · • t voidaan yhdistää jatkokäyttöä varten. Jos halutaan yhdistää paisutettu ja stripattu lauhde, * · * 30 voidaan paisutus suorittaa paisutushöyrystripperin alaosassa, jolloin ei tarvita erillistä • · 4 119110 johdetaan paisutushöyrystripperin alaosaan, jossa paineenalennuksen johdosta syntyy höyryä käytettäväksi strippaushöyrynä.

Paisutushöyry kulkee strippauskolonnin pohjalta aineensiirtopohjien tai täytekappalei-5 den läpi kolonnin yläosaan, josta höyry johdetaan seuraavaan haihdutusvaiheeseen. On edullisinta sijoittaa paisutus ja paisutushöyrystripperi ennen haihdutusyksikköä, josta stripattava lauhde syötetään strippauskolonniin. Tällöin stripattava lauhde on strippauskolonnin painetta vastaavassa kylläisessä lämpötilassa, eikä strippaushöyryä siten kulu lauhteen lämmittämiseen. Jos strippaushöyryn määrä on 15 % puhdistettavan lauhteen 10 määrästä, saadaan n. 75 % puhdistettavan lauhteen metanolista erotettua 40 kPa paineessa. Lämpötaloudellisesti on edullista, että paisutushöyrystripperin huipulta saatava likainen höyry johdetaan stripperiä seuraavan haihdutusvaiheen lämmityshöyryksi. Haihdutinyksikkössä, johon stripperihöyry johdetaan, on oltava joko lauhteenjako puhtaaseen ja likaiseen lauhteeseen tai merkittävä kaasaus, jotta yksiköstä saatava lauhde ei 15 likaannu stripperihöyryn johdosta. Stripperihöyry voidaan johtaa myös erilliseen höyry- osaan haihdutinyksikössä tai erilliseen lauhduttimeen, jolloin stripperin huipulta saatava likainen höyry voidaan lauhduttaa omaksi jakeekseen ja puhdistaa esim. likaislauhdest-ripperissä.

• ·· 20 Keksintöä selostetaan seuraavassa viittaamalla oheisiin kuvioihin 1 ja 2, jotka esittävät • · [ ’** eräitä keksinnön edullisia suoritusmuotoja.

M·· • · • I • · · *· " Kuviossa 1 on esitetty monivaihehaihduttamon kaksi peräkkäistä vaihetta A ja C, jotka on varustettu lämmönsiirtoelementeillä B ja D. Lämmönsiirtoelementteinä voi olla * · · ·* • · *" 25 muitakin kuin kuviossa 1 esitetyt lamellit, kuten esimerkiksi putket.

* *

Vaiheeseen A tuodaan edellisestä haihdutusvaiheesta linjaa 1 pitkin sekundäärihöyryä, joka lauhtuu lämmönsiirtoelementeissä B. Muodostunut lauhde linjassa 5 yhdessä edel-* lisestä vaiheesta tai edellisistä vaiheista kootun, linjaa 2 pitkin virtaavan lauhteen kans- 30 sa johdetaan linjan 6 kautta strippauskolonniin E, joka on sijoitettu haihdutusvaiheiden • · • * * • ·· • · · 5 119110 johdetaan linjan 6 kautta strippauskolonniin E, joka on sijoitettu haihdutusvaiheiden A ja C väliin. Tässä suoritusmuodossa paisutettu lauhde ja stripattu lauhde halutaan yhdistää, ja siksi paisutus suoritetaan paisutushöyrystripperin E alaosassa. Edellisistä haihdu-tusvaiheista saatava haihdutuslauhde 6 johdetaan strippauskolonnin E alaosaan, jossa 5 paineenalennuksen johdosta syntyy höyryä.

Höyry kulkee aineensiirto-osan läpi kolonnin E huipulle, josta höyry linjan 8 kautta johdetaan seuraavan vaiheen C lämmönsiirto-osaan D. Haihdutusvaiheen C puhdistettava lauhde 11 johdetaan kolonnin E yläosaan, josta lauhde valuu aineensiirto-osan läpi ko-10 lonnin pohjalle. Paisutettu lauhde ja puhdistettu lauhde sekoittuvat kolonnin alaosassa, ja yhdistetty lauhde johdetaan kolonnin pohjalta ulos linjan 9 kautta.

Vaiheen C lämmönsiirtoelementti D on varustettu sisäosassaan väliseinällä, kuten on esitetty esim. US-patentissa 4,878,535. Vastaavalla tavalla jako puhtaaseen ja likaiseen 15 lauhteeseen voidaan suorittaa väliseinällä putkihaihduttimessa. Lämmönsiirtoelement-tiin D johdetaan linjaa 10 pitkin paisutushöyry 8 sekä vaiheessa A muodostunut sekundää-rihöyiy linjassa 4. Lamellilämmönsiirtoelementin sisäosa, johon sekundäärihöyryä syötetään lämmitysväliaineeksi, on jaettu vinolla väliseinällä ylä- ja alaosastoon. Höyry syöte- ·1· • · *...1 tään elementin alaosastoon, jossa lauhtuvat luonnollisesti helpommin lauhtuvat kom- • · • · : ** 20 ponentit, kuten vesihöyry. Tässä osastossa muodostunut lauhde on suhteellisen puhdasta [ [ vettä sisältäen kuitenkin jossain määrin metanolia, ja se johdetaan puhdistettavaksi paisun- * · t * ; tastripperiin E edellä kuvatulla tavalla. Alaosastosta höyry virtaa edelleen yläosastoon, * · ... missä siis virtaa prosentuaalisesti enemmän haihtuvia epäpuhtauksia sisältävä höyry, • · • · jolloin siellä muodostuu likaislauhdestripperiin johdettava puhdistusta vaativa likais- ··, 25 lauhde 13.

• ·· * • · · • · • · · · .. 1 Linjoissa 3, 7 ja 14 virtaa haihdutettava neste.

• 1·· • Il • · • ·

«M

• · · * · · ··· · 6 119110

Kuvan 2 mukaisessa suoritusmuodossa lauhteen paisutus tehdään erillisessä paisutusas-tiassa F paisutetun lauhteen ja stripatun lauhteen pitämiseksi erillään. Kuviossa 2 on käytetty soveltuvin osin samoja viitenumeroja kuin kuviossa 1.

5 Edellisistä haihdutusvaiheista saatava haihdutuslauhde linjassa 6 johdetaan erilliseen paisutusastiaan F, joka on kytketty paisutushöyrystripperiin E höyrylinjalla 15. Paisutettu höyry johdetaan linjaa 15 pitkin strippauskolonnin E alaosaan, josta höyry kulkee aineensiirto-osan läpi kolonnin huipulle ja edelleen seuraavan vaiheen C lämmönsiirto-osaan D. Haihdutusvaiheen C puhdistettava lauhde 11 johdetaan kolonnin E yläosaan, ίο josta lauhde valuu aineensiirto-osan läpi kolonnin pohjalle. Paisutettu lauhde 16 ja puhdistettu lauhde 9 johdetaan erillisinä linjoina ulos.

Koska sekundäärilauhde paisutetaan kootusti, on keksinnön mukaisessa kytkennässä höyrytalous eli kokonaishaihdutuksen ja käytetyn tuorehöyryn välinen suhde pienempi 15 kuin vastaavassa laitoksessa, jossa sekundäärilauhde paisutetaan jokaisen haihdutusvaiheen välissä. Höyrytalouden huononeminen on kuitenkin melko vähäinen. Kuusivaiheisessa haihduttamossa stripperin ollessa vaiheiden 4 ja 5 välissä on höyrytalous keksinnön mukaisessa kytkennässä n. 1,5 % pienempi kuin vastaavassa laitoksessa, jossa se- ·· kundäärilauhteet paisutetaan jokaisen haihdutusvaiheen välissä.

·· • · : *· 20 * * * Keksinnön mukaisella kytkennällä saadaan haihdutinlaitokselta saatavan likaislauhteen * · * *· *| määrää vähennettyä. Jos haihdutuslauhteet jaetaan kolmeen jakeeseen - puhdas, keski- • · ... puhdas ja likaislauhde - on keksinnön mukaisessa kytkennässä likaislauhteen määrä n.

• • · 25 % pienempi kuin kytkennässä, jossa puhdas sekundäärilauhde paisutetaan jokaisen ··. 25 vaiheen välissä erikseen, metanolinerotusasteen likaislauhteeseen ja puhtaan lauhteen • ·· * .···, metanolipitoisuuden ollessa sama molemmissa tapauksissa. Höyrynkulutus likaislauh- • · ·*· destripperissä laskee lähes samassa suhteessa kuin haihdutinlaitokselta saadun likais- • #·· [··. lauhteen määrä. Likaislauhteen määrän ja strippaukseen tarvittavan höyryn määrän las- • t *( kiessa likaislauhteen puhdistuksessa käytettävää strippauskolonnia voidaan pienentää • · · • · · ***. 30 merkittävästi. Keksinnön mukainen menetelmä on taloudellisesti kannattava, koska pie- • · 7 119110 Käytettäessä kuvan 1 mukaista kytkentää, jossa paisutettuja stripattu sekundäärilauhde yhdistetään, saadaan haihdutinsaijan alkupäästä saatavan puhtaan sekundäärilauhteen määrää lisättyä. Keksinnön mukaisessa kytkennässä puhtaan sekundäärilauhteen määrä on jopa 30 % suurempi kuin vastaavassa 6-vaiheisessa haihdutinlaitoksessa, jossa se-5 kundäärilauhde paisutetaan erikseen jokaisen haihdutusvaiheen välissä sekundäärilauhteen metanolipitoisuuden ollessa sama molemmissa tapauksissa.

Vaikka edellä on esitetty vain eräitä edullisia suoritusmuotoja keksinnön mukaisesta menetelmästä, kuuluvat keksintöön kaikki sellaiset erilaiset muunnelmat ja variaatiot, 10 jotka sisältyvät oheisissa patenttivaatimuksissa määriteltyyn suoja-alueeseen.

• · 1 • · * · · • · • 1 * · · • 1 · · • « • 1 • · 1 • 1 · * · • 1 • · · * 1 • · * 1 1 • · • · · « · • · 1 * • · * • · • · * · · • 1 • ·

Claims (9)

1. Menetelmä vettä helpommin haihtuvia yhdisteitä sisältävien lauhteiden käsittelemiseksi haihduttamossa, jossa nestettä, kuten sellu- tai paperitehtaan jätelientä, 5 haihdutetaan useassa vaiheessa ja jossa haihdutuksessa syntyneitä lauhteita paisutetaan ja puhdistetaan höyrystrippauskolonnissa, tunnettu siitä, että lauhteet ainakin kahdesta haihdutusvaiheesta yhdistetään ja paisutetaan yhdessä ja että paisutuksesta saatu höyry tuodaan kosketukseen puhdistettavan lauhdevirran kanssa strippauskolonnissa, josta epäpuhtaudet sisältävä höyryjä puhdistettu lauhdevirta poistetaan. 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että strippauskolonnissa puhdistettava lauhde on peräisin mainittuja ainakin kahta haihdutusvaihetta seuraa vasta vaiheesta, jolla on alhaisempi höyrynpaine kuin mainituilla ainakin kahdella vaiheella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että epäpuhtaudet sisältävä höyry strippauskolonnista lauhdutetaan haihdutusvaiheessa, josta puhdistettava lauhde on peräisin.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paisunta ja strippaus .'J 20 suoritetaan eri astioissa siten, että paisunta suoritetaan paisunta-astiassa ennen • · j 1.· strippauskolonnia,johonpaisuntahöyiyjohdetaan. ·1#·

• · • · *.**; 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paisutettu lauhdevirta * 1 poistetaan paisunta-astiastaja käytetään prosessivetenä. • · · • · *—1 25

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paisutus tehdään strippauskoloimin pohjaosassa, puhdistettava lauhde tuodaan strippauskolonnin • · '; 1 yläosaan, josta alaspäin virratessaan lauhde joutuu kosketukseen paisuntahöyryn kanssa ja * 1 että paisutettu lauhde ja stripattu lauhde poistetaan yhdessä strippauskolonnin pohjaosasta. ""** 30 * · • i · • ·· Φ · ♦ 119110

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että strippauskolonnista peräisin oleva höyry lauhdutetaan haihdutusvaiheessa, jossa kaasaus suoritetaan niin, ettei muodostuva lauhde oleellisesti likaannu stripperihöyryn epäpuhtauksista. 5

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että epäpuhtauksia sisältävä höyry strippauskolonnista lauhdutetaan erillisessä lauhduttimessa. ίο

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että epäpuhtauksia sisältävä höyry strippauskolonnista lauhdutetaan ensimmäiseen ja toiseen lauhdeosavirtaan, joista ensimmäinen, tilavuudeltaan suurempi virta puhdistetaan paisuntahöyryllä strippauskolonnissa, ja toinen, tilavuudeltaan pienempi virta sisältää pääosan epäpuhtauksista ja puhdistetaan 15 likaislauhdestrippauskolonnissa. • · · • · • · ··« ·· • · • ·♦ m • · • · • · · • ·· • · * ♦ ··· • · • · ··· • · « • e · ··· ·«· • · • ♦ *·♦ • · · • · · • · · ··· • « • ♦ ··· * • · • · • 1 2 3 · •9 • · 2 • ♦ 3 10 -- Λ .. 119110