FI120508B - Menetelmä kiinteän ja kaasumaisen materiaalin jäähdyttämiseksi jäteliemen kaasuuntamisen aikana. - Google Patents

Description

!

•O

'Λ

1 I

Menetelmä kiinteän ja kaasumaisen materiaalin jäähdyttämiseksi jäteliemen kaasuuntamisen aikana. - Förfarande för avkylning av fast eller gasformat material under förgasning av avlut. ! 5 TEKNIIKAN ALA j

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä kemikaalien ja energian tal-teenottamiseksi kemiallisessa sellunvalmistusprosessissa muodostuneesta j jäteliemestä, jossa jäteliemi kaasuunnutetaan sub-stökiömetrisissä olosuhteis-10 sa osaksi yhden kiinteää ja/tai sulanutta materiaalia olevan faasin ja osaksi yhden helposti syttyvää kaasumaista materiaalia olevan faasin muodostamiseksi, jonka jälkeen mainitut faasit jäähdytetään suoralla kosketuksella jäähdy-tysvällaineeseen ja kiinteä ja/tai sulanut materiaali erotetaan mainitusta herkäs-

E

ti syttyvästä kaasumaisesta faasista liuotettavaksi ja kerättäväksi nestemäisenä [ 15 tuotteena nestemäisen tuotteen vastaanottosäiliöön. j r

TEKNIIKAN TASO

i t Jo hyvin kauan aikaa tavanomaisesti käytetty kaupallisesti hallitseva menetel- * + * * t 20 mä energian ja kemikaalien talteenottamiseksi nk. mustalipeästä, jota saadaan j valmistettaessa paperimassaa sulfaattimenetelmällä, on ollut nk. Tomlinson- \ * · ·:·· prosessi, jossa käytetään nk. soodakattilaa.

•

Eräs nykyaikaisempi menetelmä on kuvattu ruotsalaisessa patentissa ΐ 25 SE-C-448 173, joka menetelmä perustuu reaktorissa tapahtuvaan mustalipeän *:*·: sub-stökiömetriseen kaasuuntamiseen/pyrolyysiin (eli happivapaus). Muodos- tuvia tuotteita ovat yhtäältä faasi, jonka muodostaa kiinteä ja/tai sulanut mate- riaali, joka pääasiallisesti sisältää natriumkarbonaattia, natriumhydroksidia ja natriumsulfidia sekä suuren lämpöarvon omaava herkästi syttyvä kaasumainen , |.t 30 faasi, joka pääasiallisesti sisältää hiilimonoksidia, hiilidioksidia, metaania, • * « .·]'· vetykaasua ja vetysulfidia. Kiinteän/sulaneen faasin ja kaasumaisen faasin seos jäähdytetään ja erotetaan suoralla kosketuksella raakalipeään reaktoriin liitetyssä erotusyksikössä, jolloin kiinteä/sulanut faasi liukenee raakalipeään.

2

Raaka- tai viherlipeä johdetaan sitten tavanomaiseen kaustisointikäsittelyyn valkolipeän muodostamiseksi. Kaasumaista faasia käytetään polttoaineena j höyryn ja/tai sähkövoiman tuottamiseksi.

5 Julkaisuissa WO95/35410 ja W096/14468 on esitetty esimerkkejä julkaisussa SE-C-448 173 kuvatun menetelmän kehittämisestä edelleen. Näissä kahdessa | patenttihakemuksessa on muun muassa käsitelty ongelmaa, joka koskee kykyä minimoida bikarbonaatin ja karbonaatin pitoisuus muodostuneessa liuoksessa ja tällöin ratkaisuihin kuuluu kaasumaisen faasin ja kaasuuntamisessa muodos-10 tuneen liemen välisen kontaktin minimointi samoin kuin vetysulfidin kierrätys takaisin reaktoriin siinä olevan reaktiotasapainon muuttamiseksi täilä tavoin.

Tällä hetkellä on ilmeistä, että tietyissä tapauksissa voidaan tarvita lisätoimenpiteitä bikarbonaattipitoisuuden välttämiseksi ja polttokaasusta muodostunee-15 seen liemeen tapahtuneen hiilidioksidin absorption seurauksena syntyneen raakalipeän karbonaattipitoisuuden minimoimiseksi. Julkaisussa WO95/35410 on esimerkiksi esitetty, että pieni määrä raakalipeää käytetään reaktorin ja nestemäisen tuotteen vastaanottoastian välisen erotusosan sisäpuolen kastele- . miseksi. Tämän pienen raakalipeämäärän on osoitettu johtavan hiilidioksidin ei- • · · · 20 toivottuun absorptioon raakalipeään, jonka seurauksena muodostuu bikar- • · bonaattia ja karbonaattipitoisuus lisääntyy.

« φ * * · ·:**: Samoin on selvää, että sisäänsuihkutettu vesi liuottaa sulaneen materiaalin kondensoituneet pisarat muodostaen veden ja sulan materiaalin liuoksen, 25 jolloin kuuma liuos tulee pikaisesti polttokaasun sisältämän hiilidioksidin kar-*.***: bonoimaksi. Tämän perusteella tulisi väittää vettä kuumissa siirtovyöhykkeissä, joissa polttokaasun hiilidioksidipitoisuus voi aiheuttaa karbonaatin muodostu-mistä.

• « 4 * · · • m • · k · ·

*. 30 KEKSINNÖN KUVAUS

* · I

* I » «li ♦ * * * · • Il

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on minimoida tai eliminoida yllä mainitut ongelmat aikaansaamalla menetelmä jäteliemen sub-stökiömetriseksi kaasuun- ' * 3 tamiseksi, jolloin seurauksena on vähentynyt karbonaatin muodostuminen ja muodostuneen liemen bikarbonaattipitoisuuden eliminoituminen ja samanaikaisesti polttokaasun lämpöarvon lisääntyminen.

5 Keksinnön mukainen menetelmä on määritelty patenttivaatimuksessa 1.

Keksinnön mukaisesti on siis saatu aikaan jäähdytysväliaine, jota käytetään I

reaktorin tuottamien kaasujen poistovirtauksessa ja sulaneessa tai kiinteässä l i materiaalituotteessa ja joka on olennaisesti vedetön jäähdytysväliaine ja joka 10 jäähdytysväliaine on ainakin osittain höyrystetty tai krakattu. : Höyrystetty/krakattu jäähdytysväliaine vedetään sen jälkeen pois yhdessä herkästi syttyvän kaasumaisen materiaalifaasin kanssa ja tämä jäähdytysväliaine on valittu siten, että edullisesti höyrystyksen/krakkauksen jälkeen se lisää 15 herkästi syttyvän kaasumaisen materiaalin lämpöarvoa.

Keksinnön erään näkökohdan mukaisesti muodostettu jäähdytysväliaine on joku nesteytetty kaasu, joka on edullisesti valittu ryhmästä, johon kuuluu typpi, • metaani, propaani tai muita hiilivetyjä, jotka ovat kaasumaisessa tilassa • a · · 20 NTP:ssä. NTP:n arvoksi on määritelty 0°C ja 1,013 bar. Kaasun nesteyttämi- m · seksi keksinnön mukaisen menetelmän yhteydessä käytettäväksi on kyseinen « * kaasu jäähdytetty ja/tai puristettu kokoon.

• · *«· • * '3 i'“: Keksinnön erään toisen näkökohdan mukaisesti jäähdytysväliaine muodostuu * * « 25 ainakin yhdestä olennaisesti orgaanisesta nesteestä, joka on edullisesti valittu *:·*: ryhmästä, johon kuuluu tärpätti, mäntyöljy, metanoli ja muita alkoholeja, jotka ovat nestemäisessä tilassa NTP:ssä.

« * * * > * * » · • * * .**; Keksinnön vielä erään näkökohdan mukaisesti jäähdytysväliaine otetaan tai-* · · t *. 30 teen mainitun kemiallisen massanvalmistusprosessin aikaansaamiseksi liitty- • s · V'. vässä prosessissa tai prosessissa kemikaalien ja energian talteenottamiseksi jäteliemestä. Tällöin jäähdytysväliainetta valmistetaan edullisesti tehtaan sisä- 4 puolella alkaen perinteisistä raaka-aineista ja tuotteista massatehtaassa. Tärpätti, mäntyöljyjä metanoli ovat kaikki massanvalmistusprosessin sivutuotteita.

Käytettäessä keksinnön mukaista prosessia tai menetelmää saadaan vältetyksi 5 sulien materiaalipisaroiden joutuminen liuokseen. Siten hiilidioksidin absorptio saadaan estetyksi/minimoiduksi ja samanaikaisesti höyrystetty/krakattu jäähdy-tysväliaine lisää polttokaasun lämpöarvoa.

Jäähdytysväliaineet tulisi valita ottamalla huomioon niiden kyky alentaa lämpö-10 tilaa erotusosassa edullisesti tasolle, jossa jonkin verran ylikuumenemista säilyy. Lopullinen jäähdytys kyllästyslämpötilaan polttokaasujen kohdalla tapahtuu kondensaattikylvyssä ja sulaneen materiaalifraktion kohdalla nestemäisen tuotteen vastaanottoastiassa.

15 Reaktorin keraamisella aineella vuorattu yläosa on liitetty nestekalvolla jäähdytettyyn sulaneen materiaalin/polttokaasun erotusosaan. Tässä erotusosassa tapahtuu myös suuri osa reaktioista siten, että reaktiotila muodostuu osittain reaktorin yläosasta sekä sitä seuraavasta erotusosasta.

* * * ♦ * !v. 20 KUVION SELITYS * * · • * * * • · * » · · • «

Keksintöä selvitetään seuraavaksi erään suoritusmuodon avulla ja viittaamalla ·:♦·: kuviooni • ·♦ 4 * * ♦ • · » 25 Kuviossa 1 on esitetty paineastia 1. Paineastian 1 ulkopuolella on eristys 6 ja *:*·: paineastian 1 sisäpuolelle on järjestetty ylempi reaktoriosa 2, joka on tehty *..*.*: metal li levy vaipasta 4 ja varustettu keraamisella vuorauksella 3.

m * « « • · · * · · 4

Mustalipeän poltin 5 on järjestetty reaktoriosan 2 yläpäähän mustalipeän ja ·♦ * „ 30 hapen ja/tai jonkun muun happipitoisen kaasun, kuten ilman esittämättä jätetty- • 4 jen tuloaukkojen yhteyteen. Reaktoriosan pohjassa on aukko 7, jonka aukon * ·» kautta erotusosa 8 liittyy reaktoriosaan. Erotusosan 8 ympärille on järjestetty jäähdytysnestekylpy 10, josta tästä eteenpäin käytetään nimitystä kondensaat- 5 tikylpy. Esitetyssä suoritusmuodossa kondensaattikylpy 10 sijaitsee samassa astiassa 1 kuin reaktoriosa 2, erotusosa 8 ja nestemäisen tuotteen vastaanot-tosäiliö 11, josta tästä eteenpäin käytetään nimitystä raakalipeän keräysastia. Raakalipeän keräysastia 11 on tässä sijoitettu kondensaattikylvyn 10 alapuolel-5 le, josta sen erottaa vaakasuuntainen jakaja 12.

Tässä suoritusmuodossa olennaisesti vedetöntä jäähdytysainetta suihkutetaan 9 käsiruiskujen tai sumutussuuttimien kautta erotusosaan 8 kiinteän ja/tai sulan faasin virran ja reaktorista poisvirtaavien palokaasujen jäähdyttämiseksi. Ku-10 viossa 1 on esitetty vain yksi käsiruisku 9, mutta on selvää, että useita tällaisia ruiskuja voidaan järjestää erotusosan 8 kehän ympärille. Höyrystynyt/krakkau-tunut jäähdytysaine poistuu erotusosasta yhdessä palokaasun kanssa poisto-aukosta 20 syötettäväksi sen jälkeen polttimiin ja/tai kaasukäyttöisiin turbiinei-hin sähkön tuottamiseksi nk. yhdistetyllä lämpö-ja sähkökonseptilla.

15 Tässä suoritusmuodossa erotusosan 8 yläosa jäähdytetään/kastellaan konden-saattikylvystä 10 tulevalla kondensaatilla, jota käytetään nestekalvon muodostamiseksi erotusosan 8 seinämän 18 sisäpuolelle. Alaosan 25 sisäpuoli jäähdy- ( tetään/kastellaan vastaavalla tavalla raakalipeän keräysastiasta 11 saadulla ♦ **· ;y;20 raakalipeäkalvolla.

• * • · « * ♦ « · · • ·

Myös muut suoritusmuodot ovat mahdollisia ilman, että käytetään käsiruiskuja ;*·· tai sumutussuuttimia, vaan olennaisesti vedettömän jäähdytysaineen muodos-taa jäähdytys/kastelunestekalvo erotusosan ylä-ja/tai alaosissa. Vielä eräs • · * 25 vaihtoehto on sellainen, että käyttämällä tai käyttämättä täydentäviä käsiruisku- *:··: ja tai suuttimia olennaisesti vedettömän jäähdytysaineen yhteydessä muodos- **“: tetaan olennaisesti vedetön jäähdytysaine siten, että se on erotusosan yläosas- * sa olevaa jäähdytys/kastelunestettä samalla kun erotusosan alaosassa oleva ···. jäähdytys/kasteluneste muodostuu raakalipeästä. Luonnollisesti olennaisesti t ‘-t 30 vedetöntä jäähdytysainetta voidaan käyttää jäähdytys/kastelunesteenä sekä • * · .·!*: erotusosan yläosassa että alaosassa samoin kuin sumutusruiskuissa. Niissä * · · suoritusmuodoissa, joissa erotusosa on vain yksi osa, on mahdollista järjestää vastaavalla tavalla olennaisesti vedettömän nesteen syöttö sumutusruisku- 6 jen/suuttimien kautta ja/tai jäähdytys/kastelunesteenä erotusosan sisäpuolelle tai siten, että erotusosan sisäpinta jäähdytetään/kastellaan vesipitoisella nesteellä, esim. kondensaatilia. Alan ammatti-ihmiset voivat helposti ymmärtää, miten erilaiset nesteet voidaan jakaa ja niitä voidaan käyttää laitteiston eri 5 muunnosmuotojen yhteydessä.

Keksintö ei rajoitu yllä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sisältää variaatioita seuraavien patenttivaatimusten puitteissa. Järjestelyä voidaan käyttää myös j muidenkin jätelienten kuin tavanomaisen mustalipeän sub-stökiömetrisen kaa- ! 10 suuntamisen yhteydessä, jolloin kyseeseen tulevat esim. sulfiittilipeä, val-kaisulipeä tai mustalipeä kaliumpohjaisesta prosessista. Lisäksi raakalipeän keräysastia voidaan vaihtaa valkolipeän keräysastiaan järjestettäessä prosessi siten, että sillä vältetään kaustisoitumista ja sen sijaan muodostetaan suoraan runsassulfidista valkolipeää esim. julkaisun W091/08337 tai EP 617 747 mu-15 kaisesti.

« «t *

• · I

• m • · • * · » t i * » • « * * * * · · • · » * *

• I

• · * « * « · • · · · • * • * > • · · • · « • · ··· * · • · • » · Λ * · f • « · • « · • « • · f * * « t «

Claims (10)

1. Menetelmä kemikaalien ja energian talteenottamiseksi kemiallisessa mas- j sanvalmistusprosessissa muodostuneesta jäteliemestä, jossa jäteliemi kaa-5 suunnutetaan sub-stökiömetrisissä olosuhteissa osaltaan ainakin yhden kiinteän ja/tai sulaneen materiaalin faasin ja osaltaan ainakin yhden herkästi syttyvän kaasumaisen materiaalin faasin muodostamiseksi, jonka jälkeen mainitut faasit jäähdytetään suoralla kosketuksella jäähdytysaineeseen (9) ja tämän jälkeen kiinteän ja/tai sulaneen materiaalin faasi erotetaan mainituista herkästi 10 syttyvän kaasumaisen materiaalin faaseista sen liuottamiseksi ja kokoamiseksi nestemäisenä tuotteena nestemäisen tuotteen keräysastiaan (11), tunnettu siitä, että mainitun jäähdytysaineen (9) muodostaa olennaisesti vedetön jääh-dytysaine, joka jäähdytysaine ainakin osittain höyrystetään tai krakataan, jolloin höyrystynyt/krakkautunut jäähdytysaine poistuu (20) yhdessä herkästi syttyvän 15 kaasumaisen materiaalin mainitun faasin kanssa, ja että höyrystymisen/krak- kautumisen jälkeen jäähdytysaine (9) lisää herkästi syttyvän kaasumaisen I materiaalin lämpöarvoa verrattuna herkästi syttyvän kaasumaisen materiaalin lämpöarvoon ilman olennaisesti vedettömän jäähdytysaineen lisäystä. • ? * * · * * • · »·

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun • * : V: jäähdytysaineen (9) muodostaa nesteytetty kaasu, joka valitaan edullisesti ·:·*: ryhmästä, johon kuuluu typpi, metaani, propaani ja muita hiilivetyjä, jotka ovat jj * \ kaasumaisia NTPissä. \ • * · • * * * li * · ·

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun j jäähdytysaineen (9) muodostaa orgaaninen neste, joka edullisesti valitaan * · · ryhmästä, johon kuuluu tärpätti, mäntyöljy, metanoli ja muita alkoholeja, jotka « ovat nestemäisiä NTP:ssä. * • · * * * * * • * * . 30

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu * * * siitä, että mainittu jäähdytysaine (9) otetaan talteen mainitussa kemiallisessa * » massanvalmistusprosessissa tai prosessissa kemikaalien ja energian talteenot-tamiseksi jäteliemestä. * s .. \ *

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä vältetään mainitun herkästi syttyvän kaasumaisen materiaalin ja mainitun nestemäisen tuotteen välinen kosketus.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu | siitä, että mainittu jäähdytysaine (9) suihkutetaan kiinteän ja/tai sulaneen mate- j haalin ja kaasuuntamisella muodostetun herkästi syttyvän kaasumaisen materi-aalin seokseen edullisesti näiden kahden faasin (8,25) toisistaan erottamisen j i yhteydessä. ; io |

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytys mainitulla olennaisesti vedettömällä jäähdytysaineella (9) suoritetaan ensimmäisenä vaiheena kaasuuntamisella muodostettujen mate-riaalifaasien toisistaan tapahtuvan erottumisen yhteydessä, jonka jälkeen toi- 15 sessa vaiheessa suoritetaan jatkojäähdytys toisella jäähdytysaineella (10), jonka toisen jäähdytysaineen muodostaa olennaisesti vesi.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu * i • * * * ·';·;* siitä, että erottuminen erotusosassa muodostaa osan koko reaktioastiaa, jossa • # » 20 reaktioastiassa säilytetään olennaisesti tasainen lämpötila, joka lämpötila vas- I * · * ’·*·) taa kaasuuntamislämpötilaa. * · · · · • k ·**·<

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että välittömästi * I * « nestemäisen tuotteen keräysastian pinnan yläpuolella lisätään inerttiä kaasua 25 suojavaipan muodostamiseksi nestemäisen tuotteen keräysastian yläpuolelle, • · .··*. millä tavoin estetään kiehuvan ja roiskuvan raakalipeän karbonoituminen nes-* temäisen tuotteen keräysastiasta. * * k • · * • •k k t

*”' 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jatkojääh- 30 dytys suoritetaan mainitun nestemäisen tuotteen (11) avulla, joka on edullisesti *· : seinällä olevan nestekalvon muodossa ja joka on muodostettu välittömästi ennen kuin kiinteä/sulanut materiaali saavuttaa nestemäisen tuotteen keräysastian.