FI121232B - Process and apparatus for speeding up continuous production of precipitated calcium carbonate - Google Patents
Process and apparatus for speeding up continuous production of precipitated calcium carbonate Download PDFInfo
- Publication number
- FI121232B FI121232B FI20070983A FI20070983A FI121232B FI 121232 B FI121232 B FI 121232B FI 20070983 A FI20070983 A FI 20070983A FI 20070983 A FI20070983 A FI 20070983A FI 121232 B FI121232 B FI 121232B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- calcium
- reaction chamber
- reactor
- magnesium hydroxide
- reaction
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
- C01F11/18—Carbonates
- C01F11/181—Preparation of calcium carbonate by carbonation of aqueous solutions and characterised by control of the carbonation conditions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J19/245—Stationary reactors without moving elements inside placed in series
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
- B01J8/20—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium
- B01J8/22—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium gas being introduced into the liquid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/50—Carbon dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/60—Preparation of carbonates or bicarbonates in general
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
- C01F11/18—Carbonates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F5/00—Compounds of magnesium
- C01F5/24—Magnesium carbonates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
- B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
- B01F2215/0413—Numerical information
- B01F2215/0436—Operational information
- B01F2215/0468—Numerical pressure values
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
- B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
- B01F2215/0413—Numerical information
- B01F2215/0436—Operational information
- B01F2215/0472—Numerical temperature values
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
- B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
- B01F2215/0413—Numerical information
- B01F2215/0436—Operational information
- B01F2215/0481—Numerical speed values
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
- B01F27/27—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
- B01F27/271—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator
- B01F27/2711—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator provided with intermeshing elements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
Description
Menetelmä ja laitteisto jatkuvatoimisen saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamisen nopeuttamiseksi Tässä kuvattu keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 mukaista menetelmää 5 saostetun kalsiumkarbonaatin (PCC) valmistamiseksi.The present invention relates to a process for the preparation of precipitated calcium carbonate (PCC) according to claim 1.
Tässä menetelmässä karbonointi tapahtuu sekoittamalla kalsiumhydroksidia, hiilidioksidikaasua ja vettä keskenään, jolloin ensin mainitut molemmat liukenevat vesifaasiin, jossa kalsiumkarbonaattikiteet muodostuvat.In this process, carbonation is effected by mixing calcium hydroxide, carbon dioxide gas and water, whereby the former are dissolved in the aqueous phase in which the calcium carbonate crystals are formed.
1010
Keksintö kuvaa myös laitteiston ja sen periaatteen, jolla karbonointi suoritetaan.The invention also describes an apparatus and the principle by which carbonation is carried out.
Seostettua kalsiumkarbonaattia on käytetty mm. paperiteollisuudessa vuosikymmeniä, mutta sen osuus kaikista paperimineraaleista lähti selvään 15 kasvuun vasta 1990-luvulla. Tänään PCC:n käyttö paperiteollisuudessa maailmanlaajuisesti on noin 6 miljoonaa tonnia vuodessa.Alloyed calcium carbonate has been used e.g. paper industry for decades, but its share of all paper minerals only started to grow clearly in the 1990s. Today, PCC use in the paper industry worldwide is approximately 6 million tonnes per year.
Maailmanlaajuisesti paperiteollisuus käyttää mineraaleja, täyteaineina ja päällystyspigmentteinä, noin 30 miljoonaa tonnia vuodessa. Mineraalien käytöllä 20 parannetaan paperin rakennetta esimerkiksi painettavuuden ja optiikan suhteen.Globally, the paper industry uses around 30 million tonnes of minerals, fillers and coating pigments per year. The use of minerals 20 improves the structure of the paper, for example in terms of printability and optics.
Tunnetusti täyteaineet siroavat valoa paremmin kuin kuituja siten lisäävät paperin läpinäkymättömyyttä, opasiteettia, joka on tärkeä ominaisuus mm. paino- ja kopiopapereille. Päällystyspigmentit taas tasaavat paperin topografiaa, parantavat sileyttä ja niiden avulla voidaan säätää musteen asettumisnopeutta paperilla. On 25 myös lukuisia muita ominaisuuksia, joita paperimineraaleilla voidaan parantaa, joista vähäisin ei suinkaan ole tuotantokustannusten alentaminen, paperimineraalien/kuidun hintasuhde on noin 1/6.It is known that fillers scatter light better than fibers, thus increasing the opacity of the paper, an opacity which is an important property among others. for printing and copying papers. The coating pigments, on the other hand, smooth out the topography of the paper, improve its smoothness and adjust the ink settling speed on the paper. There are also a number of other properties that can be improved with paper minerals, not the least of which is a reduction in production costs, the price ratio of paper minerals / fiber is about 1/6.
Perinteiset paperiteollisuuden mineraalit valmistetaan joko jauhamalla ja/tai 30 lajittelemalla, jolloin partikkelien muotoon, kokoon ja kokojakaumaan voidaan vaikuttaa vain rajoitetusti. Esimerkiksi kaoliini tyypillisimmillään kaivetaan maasta, lietetään veteen ja erilaisilla lajittelutekniikoilla puhdistetaan sivukivistä ja muista epäpuhtauksista ja lopulta lajitellaan hienopää päällystyspigmenteiksi ja karkeapää täyteaineiksi. Joissakin tapauksissa karkeat kaoliinifraktiot voidaan 35 vielä hienontaa ns. delaminointijauhatuksella, jolloin sen lisäksi, että partikkelien keskikoko pienenee, niin myös ns. muototekijä kasvaa (= pisimmän dimension suhde lyhimpään dimensioon), eli laattamaisuus kasvaa, kaoliinille tyypillisen laattapakan laattoja irrotetaan toisistaan.Conventional paper industry minerals are produced either by milling and / or sorting, whereby the shape, size, and size distribution of the particles can only be limited. For example, kaolin, at its most typical, is excavated from the earth, slurried in water, and cleaned of sidestones and other impurities by various sorting techniques, and finally sorted into fine pigment coatings and coarse end fillers. In some cases, the coarse kaolin fractions can be further comminuted in a so-called. delamination grinding, so that in addition to decreasing the average particle size, the form factor increases (= ratio of the longest dimension to the shortest dimension), i.e. the tiles increase, the tiles of the kaolin-like tile deck are separated.
40 Jauhettu kalsiumkarbonaatti (GCC) on nimensä mukaisesti jauhettua kalkkikiveä.40 Ground Calcium Carbonate (GCC) is, according to its name, ground limestone.
Partikkelien muotoon ei tässä prosessissa voida vaikuttaa, mutta kokoon voidaan vaikuttaa jauhatusta lisäämällä. Toisaalta jauhatusenergian tarve kasvaa exponentiaalisesti partikkelikoon funktiona, ts. mitä pienempää partikkelikokoa tavoitellaan, sitä enemmän jauhatusenergiaa kuluu. Kokojakaumaan voidaan 2 jonkin verran vaikuttaa ylitettä kierrättämällä, eli ylisuuret partikkelit palautetaan jauhatukseen ja alite kerätään tuotteeksi. Käytännössä luokitukseen menevää lietettä täytyy laimentaa ja luokituksen jälkeen se joudutaan taas sakeuttamaan, joka väistämättä nostaa tuotantokustannuksia.The shape of the particles cannot be influenced in this process, but the size can be influenced by adding grinding. On the other hand, the need for refining energy increases exponentially as a function of particle size, i.e., the smaller the particle size desired, the more refining energy is consumed. The size distribution can be influenced to some extent by recycling the excess, that is, the oversized particles are returned for refining and the underwear is collected in the product. In practice, the sludge going into the classification has to be diluted and after classification it has to be thickened again, which inevitably increases the production costs.
55
On johdonmukaista ajatella, että partikkelien muotoa, kokoaja kokojakaumaa tarkoituksellisesti säätämällä saadaan kuhunkin paperi- tai kartonkilajiin optimaaliset ominaisuudet. Kuten todettu, perinteisillä mineraaleilla säätömahdollisuudet ovat rajalliset, mutta saostusprosessissa valmistetuilla 10 pigmenteillä säätelyä voi harrastaa lähes rajattomasti. Saostetun kalsiumkarbonaatin valmistusfilosofia on perusteellisesti erilainen perinteisiin paperimineraaleihin nähden, joiden valmistus perustuu ’’ylhäältä alas”-ajatteluun, PCC:n valmistus ’’alhaalta ylös”-ajatteluun, eli kiteytys lähtee kidealkioista, jauhatus perustuu jo olemassa olevien kappaleiden hienontamiseen.It is logical to think that by deliberately adjusting the particle shape, the size distribution, the optimum properties for each type of paper or board are obtained. As noted, conventional minerals have limited control possibilities, but with the pigments produced during the precipitation process, control can be practically infinite. The manufacturing philosophy of precipitated calcium carbonate is fundamentally different from traditional paper minerals based on top-down, PCC-based bottom-up crystallization based on crystallization of pre-existing pieces.
15 PCC:n kilpailuhaitta GCC:hen (jauhettu kalsiumkarbonaatti) nähden on sen väistämättä kalliimmat tuotantokustannukset. PCC:n keskeinen kustannustekijä on kalkin poltto, jossa kalsiumkarbonaatti hajotetaan kalsiumoksidiksi ja hiilidioksidiksi noin 1000 C:n lämpötilassa: 2015 PCC's competitive disadvantage vis-à-vis GCC (ground calcium carbonate) is inevitably more expensive in terms of production costs. A key cost factor for PCC is the burning of lime, where calcium carbonate is decomposed into calcium oxide and carbon dioxide at a temperature of about 1000 ° C: 20
CaC03 + energia -> CaO + CO2CaC03 + energy -> CaO + CO2
Ennen kabonointia kalsiumoksidi ’’sammutetaan” kalsiumhydroksidiksi: 25 CaO + H20 -> Ca(OH)2 + energiaBefore the canonization, the calcium oxide is "quenched" into calcium hydroxide: 25 CaO + H 2 O -> Ca (OH) 2 + energy
Reaktio on voimakkaasti eksoterminen, eli energiaa vapauttavaThe reaction is strongly exothermic, i.e. liberating energy
Kalsiumkarbonaatin uudelleenkiteytys, karbonointi tapahtuu seuraavan 30 reaktioyhtälön mukaisesti:Recrystallization of calcium carbonate, carbonation is carried out according to the following 30 reaction equations:
Ca(OH)2 + C02 -> CaC03 + H20Ca (OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O
Myös tämä reaktio on heikosti eksoterminen, joka on otettava huomioon 35 kiteytysolosuhteita suunniteltaessa.This reaction, too, is slightly exothermic and must be taken into account when designing the crystallization conditions.
Tunnetuissa karbonointimenetelmissä tarvittava hiilidioksidi otetaan esimerkiksi voimalaitoksen tai meesauunin savukaasuista, joten hiilidioksidipitoisuus voi vaihdella helposti välillä < 10 - 25 %. Reaktori-ja putkisto-/pumppukoot 40 määräytyvät käytetyn savukaasun hiilidioksidipitoisuuden perusteella, ts. mitä alempi pitoisuus, sitä suuremmat dimensiot. Luonnollisesti suuret laite- ja säiliökoot merkitsevät korkeita investointi- ja käyttökustannuksia. Lisäksi tyypillisesti kaupallisessa prosessissa karbonointi tapahtuu panoksittain, joka edelleen kasvattaa investointi- ja käyttökustannuksia lukuisten väli- ja 45 varastosäiliöiden takia.In the known carbonation processes, the carbon dioxide required is taken, for example, from the flue gases of a power plant or lime kiln, so that the carbon dioxide content can easily vary from <10 to 25%. The reactor and piping / pump sizes 40 are determined by the carbon content of the flue gas used, i.e. the lower the concentration, the larger the dimensions. Naturally, large equipment and tank sizes mean high investment and operating costs. In addition, typically in a commercial process, carbonation occurs in batches, which further increases investment and operating costs due to the large number of intermediate and 45 storage tanks.
33
Hiilidioksidin liukenemisnopeudella vesifaasiin on vaikutusta karbonointinopeuteen. Tiedetään, että hiilidioksidi liukenee vesifaasiin nopeammin, jos painetta voidaan korottaa ja/tai lämpötilaa laskea sekä jos hiilidioksidikaasu voidaan tehokkaasti pilkkoa pieniksi kaasukupliksi, eli neste* 5 kaasu rajapinta saadaan mahdollisimman suureksi. Suurissa panosreaktoreissa paineen korottaminen ei ole taloudellisesti mahdollista, ja niissä hiilidioksidikaasun tehokas sekoittaminen edellyttää tehokkaita sekoittimia ja siten suurta tehonsyöttöä, joka tarkoittaa korkeita käyttökustannuksia. Huomattakoon lisäksi, että jo hydrostaattisen vastapaineen voittaminen kaasun injektoinnissa 10 perinteisiin panosreaktoreihin vaatii noin 0,1 MPa:n paineen, eli vaatii tehokkaan kompressorin tai puhaltimen.The rate of carbon dioxide dissolution in the aqueous phase has an effect on the rate of carbonation. It is known that carbon dioxide dissolves more rapidly in the aqueous phase if the pressure can be increased and / or lowered, and if the carbon dioxide can be effectively split into small gas bubbles, i.e. the liquid * 5 gas interface is maximized. In large batch reactors, increasing the pressure is not economically feasible and requires efficient mixing of the carbon dioxide gas, and thus high power supply, which means high operating costs. It should also be noted that overcoming hydrostatic back pressure by injecting gas into conventional batch reactors requires a pressure of about 0.1 MPa, i.e., requires an efficient compressor or fan.
Yhteenvetona voidaan siis sanoa, että perinteinen PCC:n karbonointi edellyttää suuria investointeja ja tarkoittaa korkeita käyttökustannuksia.In conclusion, traditional PCC carbonization requires high investment and high operating costs.
15 jatkuvatoimisesti erittäin pienessä reaktiokammiossa ja erittäin nopeasti,« 5 sekuntia, normaalisti 1-10 tuntia. Pieni reaktori on helppo paineistaa haluttuun paineeseen joka yhdessä korkean leikkausnopeuden ja ultraäänen vaikutuksesta 20 nopeuttaa hiilidioksidin aineensiirtoa vesifaasiin. Samat tekijät nopeuttavat myös kalsiumhydroksidin aineensiirtoa kiinteästä faasista vesifaasiin. Suhteellisesti pieni reaktorikoko luonnollisesti pienentää laite-, putki-ja pumppukokoja, joka puolestaan pienentää merkittävästi investointi-ja käyttökustannuksia.15 continuously in a very small reaction chamber and very fast, <5 seconds, normally 1-10 hours. The small reactor is easily pressurized to the desired pressure which, combined with the high shear rate and ultrasound, accelerates the carbon dioxide mass transfer to the aqueous phase. The same factors also accelerate the transfer of calcium hydroxide from the solid phase to the aqueous phase. The relatively small reactor size naturally reduces equipment, pipe and pump sizes, which in turn significantly reduces investment and operating costs.
25 Keksintö perustuu siihen, että hiilidioksidikaasu hajotetaan suurilla leikkausnopeuksilla ja ultraäänellä erittäin pieniksi kupliksi, jolloin aineensiirto kaasufaasista (C02) nestefaasiin nopeutuu. Hiilidioksidin liukenemista nopeuttaa myös korotettu paine reaktiokammiossa, tyypillisesti 0,3 - 2,0 MPa. Tässä nimenomaisessa laitteessa roottorin kehänopeus ylittää 50 m/s, joka riittää siihen, 30 että suuri kehänopeus yhdessä roottorin/staattorin kehien aukkojen ja/tai rakojen (siitit) kanssa synnyttävät reaktiokammioon ultraääniaaltoja, jotka tehokkaasti dispergoivat kaasukuplia ja siten edesauttavat hiilidioksidin liukenemista vesifaasiin.The invention is based on the decomposition of carbon dioxide gas at very high shear rates and ultrasound into very small bubbles, thereby accelerating the transfer of material from the gas phase (CO 2) to the liquid phase. Dissolution of carbon dioxide is also accelerated by elevated pressure in the reaction chamber, typically 0.3 to 2.0 MPa. In this particular device, the rotor circumferential velocity exceeds 50 m / s, which is sufficient for the high circumferential velocity, together with the rotor / stator circumferential apertures and / or slits, to produce ultrasonic waves in the reaction chamber which effectively disperse gas bubbles and thereby promote carbon dioxide solubility.
35 Kalsiumhydroksidin liukenemista vesifaasiin edesauttavat suuret leikkausnopeudet ja ultraääni.35 The dissolution of calcium hydroxide in the aqueous phase is facilitated by high shear rates and ultrasound.
Varisnainen kiteytyminen saostetuksi kalsiumkarbonaatiksi (PCC) tapahtuu siis nestefaasissa.The crude crystallization to precipitated calcium carbonate (PCC) thus occurs in the liquid phase.
4040
Periaatekuva karbonoinnista näkyy kuvasta 1. Sammutettu kalkki, kalsiumhydroksidi (1) syötetään Mohno-pumpulla (2) tai vastaavalla ’’Cavitron”, eli korkeiden leikkausvoimien- reaktiokammioon (3), karbonointipaine säädetään reaktiokammion poistopuolella olevalla venttiilillä (4) halutuksi, tyypillisesti 0,3 -45 2,0 MPa. Paineistettu hiilidioksidikaasu (5) johdetaan reaktiokammion syöttöpuolen kalsiumhydroksidivirtaan. Hilidioksidikaasun syöttöpaineen täytyy ylittää reaktiokammion paineen. Reaktiokammioon voidaan annostella myös 4 kemikaaleja (6) kalsiumkarbonaattikiteiden muodon ja partikkelikoon säätämiseksi.The principle of carbonation is shown in Figure 1. The slaked lime, calcium hydroxide (1) is supplied by a Mohno pump (2) or a similar '' Cavitron '', i.e. high shear reaction chamber (3), the carbonation pressure is adjusted by the valve (4) 3 -45 2.0 MPa. Pressurized carbon dioxide gas (5) into the reaction chamber on the feed side Calcium hydroxide. The supply pressure of the silica gas must exceed the pressure of the reaction chamber. Also, 4 chemicals (6) can be added to the reaction chamber to adjust the shape and particle size of the calcium carbonate crystals.
Kalsiumhydroksidivirta (1) säädetään Mohno-pumpulla tai vastaavalla sellaiseksi, 5 että saavutetaan 100 %:n konversio yhdellä läpiajolla. Käytännössä kannattaa järjestää yksi tai useampia reaktoreita (’’Cavitron”) Saijaan tai jäljestää ns. jälkikarbonointi varastosäiliöön (7) siten, että varmistetaan 100 %:n konversio.The calcium hydroxide stream (1) is adjusted by the Mohno pump or the like to achieve 100% conversion in one pass. In practice, it is advisable to arrange one or more reactors ('' Cavitron '') in Saija or to follow the so-called. post-carbonation to the storage tank (7) to ensure 100% conversion.
Hiilidioksidikaasua voidaan laimentaa ilmalla, typellä tai muulla vastaavalla 10 inertillä kaasulla (8), jolloin luonnollisesti reaktionopeus hidastuu ja lisäksi on otettava huomioon, että sanotun inertin kaasun paineen täytyy myös ylittää reaktiokammion paineen, eli joudutaan käyttämään kompressoria vastapaineen voittamiseksi, nesteytetyn hiilidioksidin paine riittää sellaisenaan. Hiilidioksidikaasun laimennus kuvastaa tapausta, jossa hiilidioksidilähteenä 15 halutaan käyttää esimerkiksi savukaasua.The carbon dioxide gas may be diluted with air, nitrogen or other similar inert gas (8), of course slowing down the reaction rate, and furthermore, it should be noted that the pressure of said inert gas must also exceed that of the reaction chamber, i.e., a compressor to counterpressure, liquefied carbon dioxide. Dilution of carbon dioxide gas reflects the case where it is desired to use, for example, flue gas as the carbon dioxide source 15.
Parhaiten menetelmä toimii silloin, kun käytettävissä on nesteytettyä hiilidioksidia. Onkin oletettavaa, että kun hiilidioksidia joudutaan ottamaan talteen esimerkiksi voimalaitoksissa hiilidioksidipäästökaupan takia, sen hinta merkittävästi laskee, 20 jolloin sitä voidaan edullisesti käyttää tässä menetelmässä sen ’’loppusijoituspaikkana”. Nesteytetty hiilidioksidi täytyy tässä menetelmässä saattaa ensin höyrystimellä kaasumaiseen muotoon ennen reaktiokammioon johtamista.The method works best when liquefied carbon dioxide is available. Therefore, it is expected that when carbon dioxide is to be captured, for example, in power plants due to the carbon dioxide emission trading, its price will be significantly reduced, thus being advantageously used as a "final repository" for this process. In this process, the liquefied carbon dioxide must first be converted to a gaseous form by a vaporizer before being introduced into the reaction chamber.
25 Kuvassa 2 on reakatiokammion roottorin ja staattorin havainnekuva. Toiminnassa roottorin pyörimisnopeus on 12 000 1/min, jolla päästään kehänopeuteen noin 50 m/s. Staattorin ja roottorin kehät, 9, ovat limittäin ja kehillä on joko ”slittejä” tai aukkoja, 10, joiden läpi suspensio virtaa. Virtaus on pulssista, koska kehillä olevat virtauskanavat ovat auki vain hetkittäin, kun kehien aukot osuvat kohdakkain.Figure 2 is an illustration of the reaction chamber rotor and stator. In operation, the rotor rotation speed is 12,000 rpm, which achieves a peripheral speed of about 50 m / s. The stator and rotor rings, 9, are overlapping and have either "slits" or openings, 10 through which the suspension flows. Flow is pulsed because the flow channels in the periphery are only open momentarily when the peripheral openings are aligned.
30 Tästä ja suuresta kehänopeudesta syntyy ultraäänivaikutus. Reaktiokammion tilavuus on vain noin 50 ml. Sen tilavuutta kasvattamalla voidaan tuottoa kasvattaa. Reaktiokammion tilavuuden kasvattaminen tapahtuu käytännössä sen halkaisijaa kasvattamalla, eli samalla pyörimisnopeutta voidaan laskea, koska halkaisijan kasvattaminen lisää kehänopeutta.30 This and the high peripheral speed produce an ultrasonic effect. The volume of the reaction chamber is only about 50 ml. By increasing its volume, the yield can be increased. In practice, the volume of the reaction chamber is increased by increasing its diameter, i.e., at the same time, the speed of rotation can be reduced, since increasing the diameter increases the peripheral speed.
3535
Kuvassa 3 on esitetty laboratoriokoejärjestelyt. Tälläkin pienellä laitteella päästään jo noin 300 kg:n PCC:n päivätuotantoon. Noin 50 litran reaktiokammiolla päästään jo noin 100 000 tonnin vuosituotantoon. Tavanomaisessa tuotannossa tarvitaan 3-5 noin 60 m3:n panosreaktoria vastaavan tuotannon aikaansaamiseksi.Figure 3 shows the laboratory test arrangements. Even this small device already reaches a daily production of about 300 kg of PCC. With a reaction chamber of about 50 liters, annual production of about 100,000 tonnes is already achieved. Conventional production requires 3-5 batch reactors of about 60 m 3 to provide similar production.
40 Tämän keksinnön tarkoituksena on alentaa PCC-tuotannon investointi- ja käyttökustannuksia.The object of the present invention is to reduce the investment and operating costs of PCC production.
Tämä tarkoitus saavutetaan käyttämällä perinteinen panosreaktorin saasta 45 jatkuvatoimista reaktoria ja nopeuttamalla karbonointia merkittävästi altistamalla kalsiumhydroksidi (kiinteä faasi), hiilidioksidi (kaasufaasi) ja vesi (nestefaasi) voimakkaan leikkausnopeuden, tyypillisesti > 20 000 1/s, paineen ja ultraäänen 5 vaikutusten alaiseksi. Tämä nopeuttaa aineensiirtoa kiinteästä faasista (Ca(OH)2) ja kaasufaasista (CO2) nestefaasiin, jossa PCC:n kiteytyminen tapahtuu. Jatkuvatoimisuus ja suuri reaktionopeus pienentävät varastosäiliöiden, putkien, pumppujen ja reaktoreiden kokoa sekä nestemäisen/paineistetun hiiKdtoksidin 5 käyttö eliminoi kompressoreiden tarpeen. Nämä kaikki yhdessä alentavat tehdasinvestointeja ja käyttökustannuksia.This object is achieved by employing a conventional batch reactor slurry of 45 continuous reactors and significantly accelerating carbonation by exposing calcium hydroxide (solid phase), carbon dioxide (gas phase) and water (liquid phase) at high shear rates, typically> 20,000 1 / s, under pressure and ultrasound. This accelerates the transfer of material from the solid phase (Ca (OH) 2) and the gas phase (CO2) to the liquid phase where the PCC crystallizes. Continuous operation and high reaction rates reduce the size of storage tanks, pipes, pumps and reactors, and the use of liquid / pressurized carbon dioxide 5 eliminates the need for compressors. All these together reduce factory investment and operating costs.
Täsmällisemmin sanottuna tälle keksinnölle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksissa.More particularly, the present invention is characterized by what is claimed.
1010
Patenttikiijallisuuden mukaan lähinnä tätä keksintöä on Pentti Virtasen 19.03.1997 hakema patentti FI105179 B. Tämä patentti on kuitenkin nyt esiteltyyn keksintöön nähden oleellisesti erilainen. Ensinnäkin ko. patentin reaktiot väitetään tapahtuvan kaasufaasissa. Tässä esitellyn keksinnön kiteytymisreaktiot taas 15 tapahtuvat takuuvarmasti vesifaasissa. Toisaalta tässä keksinnössä reaktionopeuteen oleellisesti vaikuttavat korotettu paine, ultraääniaallot ja suuret leikkausvoimat Patentin FI 105179 B mukaisilla jäijestelyillä ei ole näyttöä, että konversion on täydellinen käsittelyn jälkeen, sillä reaktio jatkuu varastosäiliössä 20 Patentin FI 105179 B mukaisella jäijestelyillä ei niin ikään ole näyttöä että siinä mainituilla tunnetuilla kemikaalilisäyksillä olisi haluttu vaikutus tuotettujen partikkelin mofologiaan ja partikkelikokoon sekä partikkelikokojakaumaan, joka aiemmin esitetysti on oleellista paperiteollisuuden mineraaleille optimaalisen tuloksen saavuttamiseksi.According to patent litigation, the main application of this invention is patent FI105179B, filed March 19, 1997 by Pentti Virtanen. However, this patent is substantially different from the present invention. First of all. patent reactions are claimed to occur in the gas phase. The crystallization reactions of the present invention, again, are guaranteed to take place in the aqueous phase. On the other hand, elevated pressure, ultrasonic waves and high shear forces substantially affecting the reaction rate in the present invention do not demonstrate that the conversion is complete after treatment, since the reaction continues in the storage tank. chemical additions would have the desired effect on the mofology and particle size of the particles produced, as well as the particle size distribution previously described as essential for paper industry minerals to achieve optimum results.
2525
Seuraavat esimerkit havainnollistavat keksintöä keksinnön suojapiiriä rajoittamatta. Esimerkit suoritettiin kuvan 3 mukaisella laboratoriolaitteella.The following examples illustrate the invention without limiting the scope thereof. The examples were performed with the laboratory apparatus of Figure 3.
Esimerkki 1.Example 1.
30 Edellä kuvatulla menetelmällä suoritettiin karbonointi seuraavissa olosuhteissa:The carbonization process described above was carried out under the following conditions:
- Syöttölämpötila 40 C- Inlet temperature 40 C
- Reaktiokammion paine 0,7 MPa - Leikkausnopeus reaktiokammiossa n. 50 000 1/s - C02- virtaus 25 1/min (NTP) 35 - Konversio 77 %- Reaction chamber pressure 0.7 MPa - Shear rate in reaction chamber approx. 50,000 l / s - C02 flow 25 l / min (NTP) 35 - Conversion 77%
Kuvassa 4 on tällä koejäijestelyllä valmistettuja PCC-kiteitä. Kiteet ovat suurehkoja romboedrisiä yksittäisiä tai aglomeroituja partikkeleita. Tällaisenaan ne eivät ehkä ole optimaalisia paperin täyteaine- tai päällystyspigmenttejä mutta 40 partikkelimuotoa ja kokoa voidaan merkittävästi säätää reaktio-olosuhteilla, kuten myöhemmistä esimerkeistä ilmenee.Figure 4 shows the PCC crystals produced by this experimental design. The crystals are larger rhombohedral single or agglomerated particles. As such, they may not be optimal paper filler or coating pigments, but 40 particle shape and size can be significantly controlled under reaction conditions, as will be apparent from the subsequent examples.
45 645 6
Esimerkki 2.Example 2.
Seuraava karbonointi suoritettiin seuraavissa olosuhteissa:The following carbonation was carried out under the following conditions:
- Syöttölämpötila 15 C- Inlet temperature 15 C
- Reaktiokammion paine 0,7 MPa 5 - Leikkausnopeus reaktiokammiossa n. 50 0001/s - C02- virtaus 111/min- Reaction chamber pressure 0.7 MPa 5 - Shear rate in reaction chamber approx 50,0001 / s - C02 flow 111 / min
- Tunnettujen kemikaalien lisäys AjaB- Addition of known chemicals AjaB
- Konversio 83 % 10 Kuvassa 5 on tämän karbonoinnin PCC-kiteitä. Kuten esimerkissä 1, tässäkin konversio on epätäydellinen ja tarvitaan toinen laite sarjaan reaktion loppuunsaattamiseksi tai vaihtoehtoisesti reaktio saatetaan loppuun varastosäiliössä.- Conversion 83% 10 Figure 5 shows the PCC crystals for this carbonation. As in Example 1, here the conversion is incomplete and a second device in series is required to complete the reaction or alternatively the reaction is completed in a storage tank.
15 Esimerkki 3.15 Example 3.
PCC-kiteiden muotoon voidaan muiden karbonointiolosuhteiden lisäksi vaikuttaa esimerkiksi ’’siemenkiteitä” käyttämällä, joilla annetaan kiteytymiselle alkusysäys = ’’siidaamalla”, kiteytykselle annetaan ikään kuin malli.The shape of the PCC crystals can be influenced, among other conditions of carbonation, by, for example, using "seed crystals" which give crystallization an initial impulse = "" silking ", giving the crystallization as a pattern.
- Syöttölämpötila 27 C- Inlet temperature 27 C
20 - Reaktiokammion paine 0,7 MPa - Leikkausnopeus reaktiokammiossa n. 50 000 1/s - C02-virtaus 11,51/mm20 - Reaction chamber pressure 0.7 MPa - Shear rate in reaction chamber about 50,000 l / s - CO 2 flow 11.51 / mm
- ’’Sliding” C- '' Sliding 'C
- Konversio 100 % 25- Conversion 100% 25
Kuvassa 6 on esimerkin 3. karbonoinnin PCC-kiteitä. Kuten kuvasta nähdään, voidaan PCC-kiteiden morfologiaa säätää tällä menetelmällä, joka on tärkeää varsinkin paperiteollisuuden sovellutuksissa. Täysi konversio saavutetaan tässä tapauksessa, eli karbonoinnin suhteen ei jälkikäsittelyjä tarvita.Figure 6 shows the PCC crystals of the carbonation of Example 3. As can be seen from the figure, the morphology of PCC crystals can be adjusted by this method, which is important especially in paper industry applications. Full conversion is achieved in this case, i.e. no post-treatment is required for carbonation.
3030
Kiteytysolosuhteita, tunnettuja kemikaaleja lisäämällä ja ’’siementä, siidausta” muuntelemalla voidaan karbonointituotteen ominaisuuksia muunnella loputtomasti.By adding crystallization conditions, known chemicals and varying "seed, silking", the properties of the carbonation product can be varied endlessly.
35 40 4535 40 45
Claims (8)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20070983A FI121232B (en) | 2007-12-14 | 2007-12-14 | Process and apparatus for speeding up continuous production of precipitated calcium carbonate |
PCT/FI2008/000142 WO2009083633A1 (en) | 2007-12-14 | 2008-12-12 | A method and apparatus to produce precipitated calcium carbonate |
EP08867273A EP2238077A4 (en) | 2007-12-14 | 2008-12-12 | A method and apparatus to produce precipitated calcium carbonate |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20070983A FI121232B (en) | 2007-12-14 | 2007-12-14 | Process and apparatus for speeding up continuous production of precipitated calcium carbonate |
FI20070983 | 2007-12-14 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20070983A0 FI20070983A0 (en) | 2007-12-14 |
FI20070983A FI20070983A (en) | 2009-06-15 |
FI121232B true FI121232B (en) | 2010-08-31 |
Family
ID=38951514
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20070983A FI121232B (en) | 2007-12-14 | 2007-12-14 | Process and apparatus for speeding up continuous production of precipitated calcium carbonate |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2238077A4 (en) |
FI (1) | FI121232B (en) |
WO (1) | WO2009083633A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FI124831B (en) * | 2010-03-10 | 2015-02-13 | Upm Kymmene Oyj | Process and reactor for in-line production of calcium carbonate in a pulp flow |
FI124634B (en) * | 2010-06-11 | 2014-11-14 | Upm Kymmene Oyj | Method and apparatus for in-line production of lime milk in a PCC in-line manufacturing process arranged in connection with a fiber web machine |
FI125836B (en) * | 2013-04-26 | 2016-03-15 | Wetend Tech Oy | A method of providing paper or board making furnish with filler and paper or board |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FI106114B (en) * | 1998-01-19 | 2000-11-30 | Fp Pigments Oy | A process for the preparation and modification of synthetic calcium carbonate |
US6413365B1 (en) * | 2001-07-11 | 2002-07-02 | Voith Paper Patent Gmbh | Method of loading a fiber suspension with calcium carbonate |
CN1164495C (en) * | 2002-07-29 | 2004-09-01 | 上海天福机电化工技术研究所 | Process for producing nano calcium carbonate by ultrasonic cavitation technology |
CN1238254C (en) * | 2003-05-20 | 2006-01-25 | 上海威宇机电制造有限公司 | Nano level light calcium carbonate producing process and apparatus |
CN2663396Y (en) * | 2003-10-20 | 2004-12-15 | 河北科技大学 | Synthesis reactor of manometer calcium carbonate |
FI120032B (en) * | 2004-07-13 | 2009-06-15 | Fp Pigments Oy | Method and apparatus for making a calcium carbonate product, the product and its use |
EP1790615A1 (en) * | 2005-11-29 | 2007-05-30 | Trading engineering technologies LLC | Device for the preparation of precipitated calcium carbonate |
-
2007
- 2007-12-14 FI FI20070983A patent/FI121232B/en not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-12-12 EP EP08867273A patent/EP2238077A4/en not_active Withdrawn
- 2008-12-12 WO PCT/FI2008/000142 patent/WO2009083633A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2238077A1 (en) | 2010-10-13 |
EP2238077A4 (en) | 2011-09-28 |
WO2009083633A1 (en) | 2009-07-09 |
FI20070983A (en) | 2009-06-15 |
FI20070983A0 (en) | 2007-12-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI122343B (en) | Method and apparatus for preparing solid suspensions | |
JP5603935B2 (en) | Method for producing calcium carbonate | |
CN1159225C (en) | Process and apparatus for preparing preoiptated calcium carbonate | |
CN100396610C (en) | Novel method and device for silicon dioxide from rice husk ash | |
JP5426982B2 (en) | Method for producing calcium carbonate | |
CN106517285A (en) | Method for preparing bar-shaped nanometer calcium carbonate | |
KR20100007871A (en) | Process for production of pcc | |
CN106048709B (en) | A kind of preparation method of the calcium carbonate crystal whisker extracted from lime stone | |
CA2302768C (en) | Process for preparing calcium carbonate particles | |
WO2007130344A3 (en) | Carbonator and method for making calcium carbonate | |
FI121232B (en) | Process and apparatus for speeding up continuous production of precipitated calcium carbonate | |
CN101914312B (en) | Preparation method of nano activated calcium carbonate for coating | |
CN109824076B (en) | Process for preparing calcium carbonate by bubble membrane method and application thereof | |
US20230271845A1 (en) | Method for producing calcium carbonate and calcium carbonate | |
WO2006004503A1 (en) | Method and system for manufacturing precipitated calcium carbonate | |
CN108793217A (en) | The preparation method of one bulb tufted shape precipitated calcium carbonate | |
JP5320242B2 (en) | Method for producing calcium carbonate | |
CN101913640B (en) | Method for preparing superfine activated calcium carbonate | |
US20070148078A1 (en) | Method and system for growing larger precipitated calcium carbonate crystals | |
JP2023069225A (en) | Manufacturing method of calcium carbonate | |
Nessi et al. | Experimental testing for calcium carbonate nanoparticles production in a rotating packed bed | |
TWI678336B (en) | Synthesizing system for in-situ producing calcium carbonate whisker with adhering particles and method of producing the same | |
De Beer | The production of precipitated calcium carbonate from industrial gypsum wastes | |
KR101618566B1 (en) | Orifice-Loop-type Reactor for the synthesis of Nano PCC | |
JP2005170733A (en) | Production method for scallop-shell-derived light precipitated calcium carbonate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Ref document number: 121232 Country of ref document: FI |
|
MM | Patent lapsed |