FI126078B - Method for utilizing lignin in black liquor - Google Patents
Method for utilizing lignin in black liquor Download PDFInfo
- Publication number
- FI126078B FI126078B FI20145651A FI20145651A FI126078B FI 126078 B FI126078 B FI 126078B FI 20145651 A FI20145651 A FI 20145651A FI 20145651 A FI20145651 A FI 20145651A FI 126078 B FI126078 B FI 126078B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- lignin
- carbon
- process according
- black liquor
- carbonization
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07G—COMPOUNDS OF UNKNOWN CONSTITUTION
- C07G1/00—Lignin; Lignin derivatives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L97/00—Compositions of lignin-containing materials
- C08L97/005—Lignin
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C11/00—Regeneration of pulp liquors or effluent waste waters
- D21C11/0007—Recovery of by-products, i.e. compounds other than those necessary for pulping, for multiple uses or not otherwise provided for
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C11/00—Regeneration of pulp liquors or effluent waste waters
- D21C11/12—Combustion of pulp liquors
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C11/00—Regeneration of pulp liquors or effluent waste waters
- D21C11/12—Combustion of pulp liquors
- D21C11/14—Wet combustion ; Treatment of pulp liquors without previous evaporation, by oxidation of the liquors remaining at least partially in the liquid phase, e.g. by application or pressure
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Paper (AREA)
Description
Menetelmä mustalipeän sisältämän ligniinin hyödyntämiseksiA method for utilizing lignin contained in black liquor
Tekniikan alueTechnical field
Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää mustalipeän ligniinin hyödyntämiseksi.The present invention relates to a process for utilizing black liquor lignin according to the preamble of claim 1.
Tässä menetelmässä ainakin osa mustalipeän sisältämästä ligniinistä karbonoidaan mahdollisen erotuksen jälkeen hiileksi.In this process, at least some of the lignin contained in the black liquor is carbonized after possible separation to carbon.
Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 19 mukaista käyttöä.The invention also relates to the use according to claim 19.
Taustaabackground
Ennestään tunnetaan menetelmä ligniinin erottamiseksi mustalipeästä saostamalla ja näin saadun ligniini tuotteen käyttö polttoaineena. Tekniikan tasoa on tältä osin selostettu hakemusjulkaisuissa W02006/031175 ja W02006/038863.A method for separating lignin from black liquor by precipitation and the use of the lignin product thus obtained as a fuel is known in the art. In this regard, the state of the art is described in WO2006 / 031175 and WO2006 / 038863.
Tunnetussa ratkaisussa ligniinin saostus tapahtuu hapottamalla mustalipeää kaksivaiheisessa prosessissa, jolloin ensin syötetään hiilidioksidia ligniinin ainakin osittaiseksi saostamiseksi ja sen jälkeen käytetään rikkihappoa ligniinin pesuun.In the prior art, lignin precipitation occurs by acidifying black liquor in a two-step process, first feeding carbon dioxide to at least partially precipitate the lignin, and then using sulfuric acid to wash the lignin.
Rikkihapon käyttöön liittyy mm. se ongelma, että ligniinin pesuliuoksiin siirtyy rikkihapon mukana rikkiyhdisteitä ja mikäli näitä jäteliuoksia kierrätetään talteenottoon, niin rikki-yhdisteet joutuvat soodakattilan tuhkaan. Tämä vaikuttaa puolestaan sellutehtaan rikkitaseeseen, jolloin taseen korjaaminen edellyttää tuorekemikaalien syötön lisäämistä.The use of sulfuric acid involves e.g. the problem is that sulfur compounds are transported to the lignin washing solutions together with sulfuric acid, and if these waste solutions are recycled, the sulfur compounds will end up in the ash of the recovery boiler. This, in turn, affects the sulfur balance of the pulp mill, which requires an increase in the supply of fresh chemicals.
Ligniinin käyttöön polttoaineena liittyy puolestaan huono lämmönkestävyys sekä suhteellisen alhainen hiilipitoisuus.The use of lignin as a fuel, in turn, is associated with poor heat resistance and a relatively low carbon content.
Keksinnön yhteenvetoSummary of the Invention
Ratkaistava ongelmaProblem to be solved
Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa ainakin osa edellä esitetyistä ongelmista ja saada aikaan aivan uudenlainen ratkaisu mustalipeän sisältämän ligniinin hyödyntämiseksi.The object of the present invention is to eliminate at least some of the above problems and to provide a completely new solution for utilizing the lignin contained in black liquor.
Keksinnön ominaispiirteetCharacteristics of the Invention
Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että käytetyn keittolipeän ligniini saatetaan lämpökäsittelyyn ligniinin konvertoimiseksi oleellisesti orgaanisesta aineesta vapaaksi hiileksi. Lämpökäsittely suoritetaan sopivimmin karbonoimalla, esimerkiksi märkäpyrolyysillä (hydrothermal carbonization -prosessilla). Näin saatavasta tuotteesta, jota seuraavassa myös kutsutaan ”ligniinihiileksi”, erotetaan ainakin osa, joka saatetaan polttoon, jossa tämän energiakantajan sisältämä energia vapautetaan.The invention is based on the idea that the spent cooking liquor lignin is subjected to a heat treatment to convert the lignin into substantially organic material free carbon. The heat treatment is preferably carried out by carbonation, for example by wet pyrolysis (hydrothermal carbonization process). The product thus obtained, hereinafter also referred to as "lignin carbon", is separated at least from the part which is incinerated in which the energy contained in this energy carrier is released.
Ligniinihiiltä voidaan erityisen edullisesti käyttää meesauunin polttoaineena, jolloin se korvaa osittain tai kokonaan tavanomaisesti käytetyn polttoaineen.Lignin carbon can be particularly advantageously used as a fuel for a lime kiln, where it partially or completely replaces conventional fuel.
Käyttö jauhemuodossa on erityisen edullista.Use in powder form is particularly preferred.
Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.More specifically, the method according to the invention is essentially characterized by what is stated in the characterizing part of claim 1.
Keksinnön mukaiselle käytölle on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksessa 19.The use according to the invention, in turn, is characterized by what is claimed in claim 19.
Keksinnöllä saavutettavat edutAdvantages of the Invention
Keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja. Keksinnön mukaan toimittaessa karbonoimalla voidaan mustalipeästä tuottaa ligniinihiiltä joko 1) pelkästään meesauunin tai vastaavan polttokattilan tarpeisiin tai 2) sekä meesauunin tai vastaavan polttokattilan tarpeisiin ja täyteainekäyttöön, esimerkiksi kumimarkkinoille. Hiiltämöä voidaan ajaa koko ajan hyvällä peruskuormalla meesauunin tarpeisiin. Markkinahiiltä valmistetaan myynnin mukaan.The invention provides significant advantages. According to the invention, carbonization from black liquor can produce lignin carbon either 1) solely for the lime kiln or similar combustion boiler needs or 2) and for the lime kiln or similar incineration boiler and filler use, for example in the rubber market. The coal plant can be run all the time with a good basic load for the needs of the lime kiln. Market coal is produced according to sales.
Hiilen lämpöarvo on yleensä tasolla 30-33 GJ/t eli 8,3-9,2 MWh/t. Tämä on selkeästi korkeampi kuin seostetulla ligniinillä, jolla lämpöarvo on alueella 25-26 eli noin 7,1 MWh/t.The calorific value of coal is generally at the level of 30-33 GJ / t or 8.3-9.2 MWh / t. This is clearly higher than that of doped lignin, which has a calorific value in the range of 25-26, or about 7.1 MWh / t.
Esillä olevassa teknologiassa käytettävä ligniinihiili on edullisempi kuin edellä kuvattu, mustalipeästä erotettava ligniini, jota käytetään kuivatuksen jälkeen esimerkiksi polttoaineena. Jälkimmäinen vastaa kemiallisesti mustalipeässä olevaa ligniiniä, eli sillä on sama kemiallinen koostumus. Ligniinihiili on sen sijaan koostumukseltaan erilaista: siinä orgaaninen aines on hiiltynyt hiileksi. Tuotteen hiilipitoisuus on siksi korkeampi kuin mustalipeän ligniinin (tyypillisesti luokkaa 75 paino-% vs. ligniinillä n. 60 paino-%) ja lisäksi ligniinihiilen lämmönkestävyys on parempi kuin mustalipeä-ligniinin. Tästä syystä esillä oleva ligniinihiili kelpaajopa sellaisenaan sekä polttoaineeksi että täyteaineeksi tai pigmentiksi. Jälkimmäisiin käyttöihin ligniiniä ei voida käyttää, vaan sen mahdollisia applikaatioita ovat liimat.The lignin carbon used in the present technology is more advantageous than the black liquor lignin described above, which, after drying, is used, for example, as a fuel. The latter is chemically equivalent to the lignin in the black liquor, i.e. it has the same chemical composition. Lignin carbon, on the other hand, has a different composition: the organic matter is charred into carbon. The carbon content of the product is therefore higher than that of black liquor lignin (typically in the order of 75% by weight vs. about 60% by weight of lignin) and furthermore the lignin carbon has a higher heat resistance than black liquor lignin. Therefore, the present lignin carbon is suitable as such both as a fuel and as a filler or pigment. For the latter applications, lignin cannot be used, but its possible applications are adhesives.
Seuraavassa ryhdytään lähemmin tarkastelemaan edullisia sovellutusmuotoja oheiseen piirustukseen viitaten. Kuviossa 1 on esitetty uuden teknologian yhden sovelluksen yksinkertaistettu prosessikaavio.In the following, preferred embodiments will be further explored with reference to the accompanying drawing. Figure 1 is a simplified process diagram of one embodiment of a new technology.
SovellutusesimerkitApplication examples
Kuten edellisestä käy ilmi, esillä olevassa ratkaisussa mustalipeän tai vastaavan ligniinipitoisen liuoksen tai suspension sisältämän ligniinin hyödyntämiseksi ligniini karbonoidaan hiileksi.As stated above, in the present solution, to utilize the lignin contained in black liquor or a corresponding lignin-containing solution or suspension, the lignin is carbonized to carbon.
Tämän perusteella piirustuksen mukainen prosessi käsittää sellukeiton käytetyn keittoliemen käsittelyn siten, että keittoliemeen liuenneesta tai dispergoituneesta ligniinistä saadaan tuotetuksi ligniinihiiltä (kuvion viitenumero 10), josta ainakin osa voidaan käyttää energian, etenkin lämpöenergian, tuottamiseen 14, 15. Toinen osa voidaan käyttää esimerkiksi täyteaineena kumiteollisuudessa 16. Viitenumerolla 10 tarkoitetaan yleisesti niitä operaatioita, jotka liittyvät lähtöaineen käsittelyyn esim. ligniinin saostuksella, HTC-käsittelyllä sekä kuivattamalla.Accordingly, the drawing process comprises treating the spent cooking liquor in pulp cooking so that lignin dissolved or dispersed in the cooking liquor produces lignin carbon (reference numeral 10 in the figure), at least some of which can be used to produce energy, especially thermal energy 14, 15. Reference numeral 10 generally refers to operations related to the treatment of the starting material, e.g., by lignin precipitation, HTC treatment and drying.
Kuten piirustuksesta käy ilmi, prosessin syöttönä voidaan käyttää esimerkiksi sulfaatti-keiton käytettyä keittolientä, sulfaattimustalipeää. Mustalipeän kuiva-aine voi olla 25-45 %. Nämä ovat kuitenkin vain esimerkin omaisia kuiva-ainepitoisuuden rajoja.As can be seen from the drawing, for example, a spent cooking liquor of sulphate soup, sulphate black liquor, can be used as a feed for the process. The black liquor may have a dry solids content of 25-45%. However, these are only exemplary dry matter limits.
Sopivimmin mustalipeän ligniini saostetaan ensin mustalipeästä, minkä jälkeen näin saatava ligniini karbonoidaan hiileksi 10.Preferably, the black liquor lignin is first precipitated from the black liquor and then the resulting lignin is carbonized to carbon 10.
Yhdessä sovelluksessa 1-50 paino-%, tyypillisesti 5-30 paino-%, etenkin noin 10-20 paino-%, mustalipeän sisältämästä ligniinistä karbonoidaan mahdollisen saostuksen jälkeen.In one embodiment, 1 to 50% by weight, typically 5 to 30% by weight, especially about 10 to 20% by weight, of the lignin contained in the black liquor is carbonized after any precipitation.
Karbonointi suoritetaan yksikössä 10 edullisesti hydrothermal carbonization-prosessilla, jota alla selostetaan tarkemmin.The carbonation in unit 10 is preferably carried out by a hydrothermal carbonization process, which will be described in more detail below.
Ensimmäisessä sovelluksessa karbonointiprosessissa käytetään lähtöaineena mustalipeää tai vastaavaa ligniinipitoista dispersiota sellaisenaan.In the first embodiment, the carbonization process uses black liquor or the equivalent lignin-containing dispersion as such starting material.
Toisessa sovelluksessa karbonointiprosessissa käytetään lähtöaineena eristettyä ligniininiä, etenkin mustalipeästä tai vastaavasta ligniinipitoisesta dispersiosta erotettua, erityisen edullisesti mustalipeästä saostamalla eristettyä ligniiniä. Esimerkkinä tällaisesta ligniinistä mainittakoon happosaostuksella tuotettu ligniini. Tämän tyyppistä ligniiniä saadaan LignoBoost™-menetelmällä.In another embodiment, the lignin isolated from the black liquor or the corresponding lignin-containing dispersion, particularly preferably from the black liquor by precipitation, is used as starting material in the carbonation process. An example of such lignin is lignin produced by acid precipitation. This type of lignin is obtained by the LignoBoost ™ method.
Saostus voi olla yksi- tai usempivaiheinen.The precipitation may be one or more stages.
Karbonointiin 10 voidaan syöttää happosaostuksen ensimmäisen tai ainoan vaiheen jälkeistä materiaalia.Carbonation 10 may be fed with material after the first or only stage of acid precipitation.
Tyypillisesti ligniinin erotukseen mustalipeästä tai vastaavasta ligniinipitoisesta dispersiosta tähtäävä käsittely käsittää ainakin kaksi vaihetta. Ensin saostetaan ligniini kaasumaisella aineella, kuten hiilidioksidilla, saostuksen ensimmäisessä vaiheessa ja sitten mineraalihapolla, kuten rikkihapolla, saostuksen toisessa vaiheessa. Näiden prosessi-vaiheiden osalta viitattakoon siihen, mitä on esitetty yllä mainituissa hakemusjulkaisuissa W02006/031175 ja W02006/038863, joiden sisältö sisällytetään tähän viitteen omaisesti.Typically, the treatment for separating the lignin from the black liquor or the corresponding lignin-containing dispersion comprises at least two steps. First, the lignin is precipitated by a gaseous substance, such as carbon dioxide, in the first stage of the precipitation and then by a mineral acid, such as sulfuric acid, in the second stage of the precipitation. For these process steps, reference is made to what is disclosed in the aforementioned WO2006 / 031175 and WO2006 / 038863, the contents of which are incorporated herein by reference.
Esillä olevassa ratkaisussa, jossa ligniini karbonoidaan, voidaan kaksivaiheisessa happosaostuksessa käyttää huomattavasti vähemmän happoa saostuksen toisessa vaiheessa kuin tekniikan tasossa, jossa ligniini otetaan talteen ja käytetään sellaisenaan erotuksen jälkeen. Kokeellisesti on voitu todeta, että esillä olevassa ratkaisussa hapon määrä voi olla jopa puolet siitä, mitä tavallisesti tarvitaan saostuksella tapahtuvassa ligniininvalmistuksessa.In the present solution, where the lignin is carbonated, considerably less acid can be used in the two-stage acid precipitation in the second stage of the precipitation than in the prior art where the lignin is recovered and used as such after separation. Experimentally, it has been found that in the present solution, the amount of acid can be up to half the amount normally required for lignin production by precipitation.
On edullista syöttää karbonointiin 10 saostettua ligniiniä, jota on käsitelty mineraalihapolla kuten rikkihapolla. Tämä ratkaisu on erityisen edullinen, mikäli halutaan erottaa ligniinissä olevia metalleja, etenkin alkalimetalli-ioneja, kuten natriumia, jotka haittaavat ligniinihiilen käyttöä polttoaineena.It is preferable to feed the carbonization 10 precipitated lignin which has been treated with a mineral acid such as sulfuric acid. This solution is particularly advantageous if it is desired to separate metals in lignin, especially alkali metal ions such as sodium, which interfere with the use of lignin carbon as a fuel.
Kolmannessa sovelluksessa karbonointiin käytetään vuorottelevästi mustalipeää tai vastaavaa ligniinipitoista dispersiota ja eristettyä, esimerkiksi edellä kuvatuilla menetelmillä saostettua ligniiniä.In a third embodiment, black liquor or the equivalent lignin-containing dispersion and isolated lignin, for example precipitated by the methods described above, are alternately used for carbonation.
On tietenkin mahdollista käyttää raaka-ainetta, joka sisältää sekä mustalipeää (tai vastaavaa ligniinipitoista dispersiota) että erotettua ligniiniä. Etenkin käytetään tällöin mustalipeän ja hapoilla saostetun ligniinin seoksia. Näissä seoksissa mustalipeään sisältyvän ligniinin sekä hapoilla saostetun ligniinin suhteet ovat (painon perusteella) tavallisesti 1:100... 100:1, etenkin noin 1:50.. .50:1.It is, of course, possible to use a raw material containing both black liquor (or equivalent lignin-containing dispersion) and lignin isolated. In particular, mixtures of black liquor and acid precipitated lignin are used. In these mixtures, the ratios of lignin in black liquor to lignin precipitated by acids are usually in the range of 1: 100 to 100: 1, especially about 1:50 to .50: 1.
Erityisen mielenkiintoinen menetelmä ligniinihiilen karbonoimiseksi on nestepyrolyysi (hydrothermal carbonization, HTC). Prosessia kutsutaan myös märkäpyrolysoinniksi. Hydrothermal carbonization -prosessissa käsitellään pyrolysoitavaa ainesta happamassa ympäristössä, korotetussa lämpötilassa ja paineessa. HTC-prosessissa ligniini muuttuu kemiallisesti. Siitä poistuu jonkun verran vetyä ja happea ja sidoksia menee samalla rikki.A particularly interesting method for carbonizing lignin carbon is hydrothermal carbonization (HTC). This process is also called wet pyrolysis. The hydrothermal carbonization process processes the pyrolyzable material in an acidic environment at elevated temperature and pressure. In the HTC process, lignin undergoes chemical changes. It removes some hydrogen and oxygen and breaks the bonds at the same time.
Yhdessä sovelluksessa HTC-prosessi toteutetaan siten, että pyrolysoitavan nesteen tai dispersion pH-arvo alennetaan alle arvon 7, edullisesti pH-arvo lasketaan selvästi happamaksi (esimerkiksi pH-arvoon 1 - 6 tai jopa tämän alle). Toisessa sovelluksessa, joka voidaan yhdistää edelliseen, lämpötila nostetaan noin 150-300 °C:seen, etenkin noin 180— 250 °C:seen. Paine on edellisissä sovelluksissa normaali-ilmanpainetta korkeampi, tyypillisesti noin 1,5-50 bar(a), sopivimmin noin 2-30 bar(a), etenkin noin 3-25 bar(a), esimerkiksi noin 18-22 bar(a). Esitetyissä olosuhteissa orgaaninen aines hajoaa ja ainakin noin 50 paino-%, tyypillisesti ainakin noin 60 paino-%, etenkin ainakin noin 70 paino-%, sopivimmin jopa 80 paino-%, siitä konvertoituu hiileksi.In one embodiment, the HTC process is carried out by lowering the pH of the liquid or dispersion to be pyrolysed to less than 7, preferably lowering the pH to a clearly acidic level (e.g., pH 1-6 or even below). In another embodiment, which may be combined with the former, the temperature is raised to about 150-300 ° C, especially about 180-250 ° C. In the above applications, the pressure is higher than normal atmospheric pressure, typically about 1.5 to 50 bar (a), preferably about 2 to 30 bar (a), especially about 3 to 25 bar (a), for example about 18 to 22 bar (a). . Under the conditions described, the organic material is decomposed and at least about 50% by weight, typically at least about 60% by weight, particularly at least about 70% by weight, preferably up to 80% by weight, is converted to carbon.
Sen lisäksi että orgaanisesta, pyrolysoituvasta aineksesta konvertoituu hiileksi esitetty osuus muodostuu hydrothermal carbonization -prosessissa vähäisiä määriä kaasua (0,1-5 paino-% orgaanisesta aineksesta) sekä loput, tyypillisesti 5-20 paino-%, nestemäisiä komponentteja. Hydrothermal carbonizationin erityisiin etuihin kuuluu seikka, että sillä voidaan käsitellä kosteaa syöttöä ilman aikaa vievää ja energiaa tuhlaava kuivatusta.In addition to converting the organic pyrolysable material into carbon, the hydrothermal carbonization process comprises a small amount of gas (0.1-5% by weight of the organic material) and the rest, typically 5-20% by weight, of the liquid components. One of the special advantages of Hydrothermal carbonization is that it can handle moist feed without time-consuming and energy-wasting drying.
Mustalipeä voidaan saattaa karbonointiin sellaisenaan. Erotettu ligniini, mikäli se on käytettävissä kiinteänä aineena, tyypillisesti lietetään veteen tai happoon. Käsiteltävän dispersion tai liuoksen ligniinipitoisuus on sopivimmin noin 0,1-50 paino-%, etenkin noin 1-30 paino-%.Black liquor can be subjected to carbonation as such. The isolated lignin, if available as a solid, is typically slurried in water or acid. The lignin content of the dispersion or solution to be treated is preferably about 0.1 to 50% by weight, especially about 1 to 30% by weight.
Edellä esitetyn perusteella esillä olevan teknologian yhdessä sovellutusmuodossa: - ligniinihiiltä tuotetaan joko suoraan mustalipeästä (tai vastaavasta, liuennutta ligniiniä sisältävästä liuoksesta tai suspensiosta) tai siitä erotetusta ligniinistä, - mustalipeä (tai vastaava liuos tai suspensio) tai erotettu ligniini syötetään hydrothermal carbonization -prosessiin tai vastaavaan karbonointiprosessiin, jossa mahdollinen kiinteä aine tarvittaessa lietetään tai liuotetaan, - karbonointiprosessissa ligniiniä sisältävän nestevaiheen pH-arvo alennetaan tavittaessa lisäämällä happoa, ja lämpötilaa korotetaan, joko heti tai vähitellen, noin 180-250 °C:seen, - painetta nostetaan samanaikaisesti joko heti tai vähitellen noin 20 bariin (absoluuttinen paine), ja - lämpötilaa ja painetta ylläpidetään, kunnes haluttu osuus ligniinistä on saatu konvertoitua hiileksi, minkä jälkeen - saatava ligniinihiili otetaan talteen.Based on the foregoing, in one embodiment of the present technology: - lignin carbon is produced either directly from black liquor (or a solution or suspension containing dissolved lignin) or from lignin separated from it, - black liquor (or equivalent solution or suspension) or lignin is fed to a hydrothermal carbonization process. in the carbonation process, where appropriate, the solid is slurried or dissolved, if necessary, - the pH of the lignin-containing liquid stage is lowered, if necessary, by addition of acid, and the temperature is raised immediately or gradually to about 180-250 ° C, to about 20 bar (absolute pressure), and - temperature and pressure are maintained until the desired amount of lignin has been converted to carbon, after which - the resulting lignin carbon is recovered.
Prosessoinnin jälkeen ligniinihiili kuivatetaan etenkin niin, että sen kosteus on pienempi kuin 20 paino-%, etenkin pienempi kuin noin 10 paino-%.After processing, the lignin carbon is dried, in particular, to a moisture content of less than 20% by weight, in particular less than about 10% by weight.
Riippumatta siitä, minkälaista lähtöainetta syötetään karbonointiin, tuotteena saadaan tyypillisesti ligniinihiiltä, jonka hiilipitoisuus on suurempi kuin 50 paino-%, etenkin se on noin 60-95 paino-%, esimerkiksi noin 65-85 paino-%.Regardless of what kind of starting material is fed to the carbonation, the product typically produces lignin carbon having a carbon content greater than 50% by weight, in particular about 60-95% by weight, for example about 65-85% by weight.
Saatava ligniinihiili on hiilimustan kaltaista. Sopivimmin hiili on hienojakoista.The resulting lignin carbon is similar to carbon black. Preferably, the carbon is finely divided.
Tuotteen partikkelikoko on yhdessä sovellutusmuodossa pienempi tai yhtä suuri kuin 50 mesh.In one embodiment, the product has a particle size of less than or equal to 50 mesh.
Tuote voidaan granuloida tai käyttää sellaisenaan joko polttoaineena tai täyteaine- tai pigmenttisovelluksissa. Piirustuksessa on viitenumerolla 11 esitetty granuloimattoman hiilen varastoja viitenumerolla 12 hiilen granulointiyksikkö sekä viitenumerolla 13 granuloidun hiilen varasto.The product can be granulated or used as such, either as a fuel or in filler or pigment applications. In the drawing, reference numeral 11 shows the granular carbon stores of reference 12, the carbon granulation unit, and reference numeral 13 the carbon granular storage.
Yhdessä sovellutusmuodossa jauhemaisena polttoaineena käytettävä ligniinihiili sisältää paitsi edellä esitetyn mukaisesti partikkeleita, joiden koko on pienempi tai yhtä suuri kuin 50 mesh, myös partikkeleita, jotka ovat pienempiä kuin noin 80 mesh, esimerkiksi pienempi kuin noin 200 mesh, esim. pienempiä kuin 325 mesh, esim. 400 mesh.In one embodiment, the lignin carbon used as the powder fuel contains, in addition to the above, particles smaller than or equal to 50 mesh, but also particles smaller than about 80 mesh, e.g., less than about 200 mesh, e.g., less than 325 mesh, e.g. .400 mesh.
Edellä esitetyllä käsitteellä ”partikkelikoko” tarkoitetaan keskimääräistä partikkelikokoa, joka usein merkitään ”0”.The term "particle size" above refers to the average particle size, often denoted by "0".
Karbonoinnista saatavan tuotteen lämpöarvo on noin 28-35 GJ/t, etenkin noin 30-33 GJ/t, joten se soveltuu käytettäväksi polttoaineena. Partikkelikoon perusteella ligniinihiiltä voidaan myös käyttää, mahdollisen lisäprosessoinnin jälkeen, myös täyteaineena tai pigmenttinä.The carbonization product has a calorific value of about 28-35 GJ / t, especially about 30-33 GJ / t, making it suitable for use as a fuel. On the basis of particle size, lignin carbon can also be used, after any further processing, as a filler or pigment.
Ligniinihiilen (noen/hiilimustan) lämmönkestävyys on parempi kuin mustalipeä-ligniinin -tuote ei sula 200 °C:n tai tätä alemmissa lämpötiloissa.The lignin carbon (soot / carbon black) has better heat resistance than the black liquor lignin product does not melt at temperatures of 200 ° C or lower.
Ligniinihiiltä on helppo kuljettaa putkistossa korkeissakin lämpötiloissa. Ligniinihiili ei pääse agglomeroitumaan lähellä polttoa, eikä liioin itse poltossa, vaan pölypoltto on mahdollinen.Lignin carbon is easy to transport in the pipeline even at high temperatures. Lignite coal cannot be agglomerated near combustion, nor does it burn itself, but dust combustion is possible.
Viitenumerolla 14 tarkoitetaan ligniinihiilen polttoa. Paikallinen poltto voidaan suorittaa meesauunissa tai voimakattilassa.Reference numeral 14 refers to the combustion of lignin carbon. Local combustion can be performed in a lime kiln or in a power boiler.
Yhdessä sovelluksessa polttoaine, joka on jauhemainen, siirretään granuloimattoman hiilen varastosta 11 kuljettimilla 17, edullisesti pneumaattisesti, varastosta polttoon. Edullisen sovelluksen mukaan poltto 14 suoritetaan pölypolttona.In one embodiment, the fuel, which is in powder form, is transferred from the un Granulated carbon storage 11 by conveyors 17, preferably pneumatically, to the storage. According to a preferred embodiment, the combustion 14 is carried out as a dust incineration.
Viitenumerolla 15 tarkoitetaan polttoyksikköä, joka sijaitsee hiilen valmistuspaikasta erillään. Esimerkiksi granuloidun hiilen varastosta 13 tuote voidaan siirtää kyseiseen polttoon 15 bulkkikuljetuksena (irtona) tai säkkitavarana 20. Poltto 15 voidaan suorittaa meesauunissa tai voimakattilassa.Reference numeral 15 denotes a combustion unit located separately from the coal production site. For example, from a granular carbon storage 13, the product may be transferred to that combustion 15 in bulk (bulk) or sacking 20. The combustion 15 may be carried out in a lime kiln or power boiler.
Yhdessä sovelluksessa poltto suoritetaan pölypolttona. Toisessa sovelluksessa poltto suoritetaan kuplivassa petissä tai kiertopetissä.In one embodiment, the incineration is performed as a dust incineration. In another embodiment, the combustion is effected in a bubbling bed or twisting bed.
Tähän prosessointiin 15 voi myös tapauskohtaisesti sisältyä polttoaineen varastointi ennen polttoa sekä sen jauhatus.This processing 15 may also include, on a case-by-case basis, storage of fuel prior to combustion as well as refining thereof.
Kaikissa edellä esitetyissä tapauksissa karbonoinnista saatava hiili voidaan sekoittaa muuhun polttoaineeseen ennen polttokattilaan syöttämistä.In all of the above cases, the carbon from the carbonation can be blended with other fuel before being fed to the combustion boiler.
Sen lisäksi että ligniinihiili voidaan polttaa edellä esitetyllä tavalla, osa siitä voidaan myös käyttää täyteaineena tai pigmenttinä. Kuviossa 1 tämä käyttö on merkitty viitenumerolla 16.In addition to burning lignin carbon as described above, some of it can also be used as a filler or pigment. In Fig. 1, this use is designated by reference numeral 16.
Granuloimattoman hiilen varastosta 11 tai vastaavasti granuloidun hiilen varastosta 13 hiiltä voidaan johtaa muuhun käyttöön bulkkikuljetuksena 18, 19, esim. pneumaattisesti. Vaihtoehtoisesti granuloitu hiili voidaan myös siirtää säkkitavarana 20 granuloidun hiilen varastosta 13 muuhun käyttöön 16.From the storage of un Granulated carbon 11 or from the storage of granulated carbon 13, respectively, the carbon can be derived for other uses in bulk transport 18, 19, e.g. pneumatically. Alternatively, the granulated carbon can also be transferred in sacks 20 from the granular carbon stock 13 to other uses 16.
Ligniinihiilen helppo käsiteltävyys sekä sen poltto esim. pölypolttona edustaa tärkeitä etuja.The easy handling of lignin coal and its combustion, for example as a dust burner, represent important advantages.
Täyteaine- tai pigmenttikäyttössä ligniinihiiltä käytetään mm. teollisissa kumi- ja muissa elastomeerituotteissa, kuten kuljetinhihnoissa, tai ajoneuvoissa tai työkoneiden kumirenkaisissa, tai termoplastisissa muovituotteissa.In filler or pigment applications, lignin carbon is used e.g. industrial rubber and other elastomeric products, such as conveyor belts, or vehicles or rubber tires for machines, or thermoplastic plastic products.
Esimerkkitapauksessa piirustuksen mukaisella prosessilla toimitetaan hiiltä 1) vain meesa-uunin tarpeisiin tai 2) sekä meesauunille ja kumimarkkinoille, eli kumiteollisuuden tarpeisiin. Jälkimmäinen tapaus sopii tilanteisiin, jossa tavoitteena on pyrkiä kumimarkkinoille, mutta jossa markkinoille meno on hitaampaa kuin mitä tuotantolaitos pystyy tuottamaan. Tällöin saostus-ja käsittelylaitoksen oikea mitoitus antaa prosessiteknisen tuen markkinoille menon ajaksi. Hiiltämöä voidaan ajaa koko ajan hyvällä peruskuormalla meesauunin tarpeisiin ja valmistaa markkinahiiltä myynnin mukaan.In the exemplary case, the process according to the drawing supplies carbon 1) only for the lime kiln or 2) both for the lime kiln and the rubber market, ie for the rubber industry. The latter case is suitable for situations where the aim is to target the rubber market, but where market entry is slower than what the plant can produce. In this case, the correct dimensioning of the precipitation and treatment plant will provide process engineering support during the time it goes to market. The coal plant can be run all the time with a good base load for the needs of the lime kiln and can be produced according to sales.
Yhdessä sovelluksessa toimitaan siten, että ensimmäisenä ajanjaksona erotetaan ja karbonoidaan ligniiniä pelkästään polttokattilan polttoaineena käytettäväksi ja toisena ajanjaksona erotetaan ja karbonoidaan ligniiniä sekä polttokattilan polttoaineena käytettäväksi että lisäarvotuotteiden valmistukseen käytettäväksi.In one embodiment, lignin is isolated and carbonized during the first period for use solely as a boiler fuel, and in the second period lignin is isolated and carbonized both for use as a boiler fuel and for the production of value-added products.
Sellutehtaalla voidaan erottaa meesauunin tarve (esimerkiksi 200 GWh/a) ja saman verran kumimerkkinoille. Tällöin tulipesä on vielä tulistuksen suhteen täysin hallittavissa. Mahdollinen höyryvaje on helppo täyttää tuotannon nostolla, jos siihen on tarve.At the pulp mill, the need for a lime kiln (for example, 200 GWh / a) and an equal amount for the rubber market can be distinguished. In this case, the furnace is still fully controllable in terms of superheat. The potential vapor shortage is easily filled by raising production if needed.
Edellä esitetyn perusteella sellutehtaan mustalipeästä erotetaan edullisessa sovelluksessa saostamalla ainakin sen verran ligniiniä, että se karboinnin jälkeen täyttää meesauunin polttoaineen tarpeen - sellutehtaan j atkuvan toiminnan aikana tai - ennalta valitun aj anj akson aj an tai - steady-state toiminnan ajan.In view of the above, in a preferred embodiment, lignin is precipitated from the black liquor of the pulp mill by at least sufficient carbonation after carburization to meet the fuel requirements of the lime kiln during - the continuous operation of the pulp mill or - during a preselected run or
Yhdessä sovelluksessa ainakin 5 paino-% kaikesta tuotetusta hiilestä käytetään polttoaineena, etenkin ainakin 10 paino-%, esimerkiksi ainakin 15 paino-%. Tapauskohtaisesti jopa kaikki ligniinihiili käytetään polttoaineena, mutta tavallisesti korkeintaan 95 paino-% käytetään polttoaineena.In one embodiment, at least 5% by weight of all carbon produced is used as fuel, in particular at least 10% by weight, for example at least 15% by weight. On a case-by-case basis, even all lignin carbon is used as fuel, but typically up to 95% by weight is used as fuel.
Teollinen käyttökelpoisuusIndustrial Applicability
Keksintöä voidaan soveltaa kohteissa, joissa on käytettävissä liuoksia, jotka sisältävät liuennutta ligniiniä. Erityisen edullisesti keksintö sopii sellutehtaisiin ja vastaaviin tehtaisiin, joissa lignoselluloosapitoisesta raaka-aineesta, etenkin kuituraaka-aineesta, erotetaan ligniiniä liuottamalla sitä (keitto)nesteeseen. Keittoneste voi olla alkalinen, neutraali tai hapan. Erityisen edullisesti keksintöä sovelletaan sulfaattitehtaalla, jossa on käytettävissä käytettyä keittonestettä, mustalipeää, joka sisältää noin 10 - 100 g/1 liuennutta ligniiniä.The invention can be applied to objects where solutions containing dissolved lignin are available. The invention is particularly suitable for pulp mills and the like, in which lignin is leached from a lignocellulosic feedstock, in particular a fibrous feedstock, by dissolving it (cooking) in a liquid. The cooking liquid can be alkaline, neutral or acidic. Particularly preferably, the invention is applied to a sulphate mill which uses a spent cooking liquor, a black liquor containing about 10-100 g / l of dissolved lignin.
Karbonoimalla saatavasta ligniinihiilestä osa käytetään saman tai jonkin toisen tehtaan talteenottokattilan (meesauunin) tai toisen polttokattilan, kuten voimakattilan, esimerkiksi lämpökattilan, polttoaineena. Osa käytetään myös sellaisenaan eli kohteissa, joissa ligniinihiilen partikkeleita tai näistä valmistettuja granuleja hyödynnetään polttamatta edullisesti modifioimattomina esim. niiden absorptiokyvyn hyödyntämiseksi, esimerkiksi aktiivihiilenä, tai täyteaineena tai pigmentteinä, esimerkiksi polymeeri- tai kumituotteissa.Part of the lignin carbon from the carbonization is used as fuel for the recovery boiler (lime kiln) of the same or another mill or another combustion boiler, such as a power boiler, for example a boiler. The part is also used as such, i.e. in applications where particles of lignin carbon or granules made therefrom are utilized without burning, preferably unmodified, e.g. to utilize their absorption capacity, e.g. as activated carbon, or as filler or pigments, e.g., in polymer or rubber products.
Viitenumeroluettelo 10 Yksikkö jossa suoritetaan ligniinin saostus, HTC-käsittely sekä mahdolliset kuivaukset 11 Granuloimattoman hiilen varasto 12 Hiilen granulointi 13 Granuloidun hiilen varasto 14 Paikallinen poltto meesauunissa tai voimakattilassa.Reference Number List 10 Unit for lignin precipitation, HTC treatment and any drying 11 Granulated carbon storage 12 Carbon granulation 13 Granulated carbon storage 14 Local combustion furnace or power boiler.
15 Poltto muualla kuin hiilen valmistuspaikalla.15 Combustion at a site other than coal production.
16 Hiilen muu teollinen käyttö kuin poltto meesauunissa tai voimakattilassa 17 Hiilen siirto polttimelle erilaisilla kuljettimilla, esim. pneumaattisesti, tyypillisesti bulkkikulj etuksena 18 Hiilen siirto bulkkikulj etuksena 19 Hiilen siirto säkkitavarana tai bulkkikulj etuksena 20 Hiilen siirto bulkkikulj etuksena (irtona) tai säkkitavarana16 Industrial use of coal other than for combustion in a furnace or power boiler 17 Transfer of coal to a burner by various conveyors, eg pneumatically, typically in bulk 18 Transfer of coal in bulk 19 Transfer of carbon in sack or bulk 20 Transfer of carbon in bulk or in bulk
ViitejulkaisuluetteloReference List of Publications
Patenttikirjallisuus W02006/031175 W02006/038863.Patent Literature WO2006 / 031175 WO2006 / 038863.
Claims (20)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20145651A FI126078B (en) | 2014-07-04 | 2014-07-04 | Method for utilizing lignin in black liquor |
PCT/FI2015/050490 WO2016001490A1 (en) | 2014-07-04 | 2015-07-06 | Method of utilizing lignin contained in black liquor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20145651A FI126078B (en) | 2014-07-04 | 2014-07-04 | Method for utilizing lignin in black liquor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20145651A FI20145651A (en) | 2016-01-05 |
FI126078B true FI126078B (en) | 2016-06-15 |
Family
ID=53900837
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20145651A FI126078B (en) | 2014-07-04 | 2014-07-04 | Method for utilizing lignin in black liquor |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI126078B (en) |
WO (1) | WO2016001490A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020123894A1 (en) * | 2018-12-14 | 2020-06-18 | Chrisman Ray W | Carbon black from biomass |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016201801A1 (en) | 2015-11-21 | 2017-05-24 | Suncoal Industries Gmbh | Particulate carbon material producible from renewable raw materials and process for its preparation |
EP3243877B2 (en) | 2016-05-09 | 2024-10-02 | Nokian Renkaat Oyj | A tyre comprising hydrothermally carbonized lignin |
FI130236B (en) * | 2021-10-21 | 2023-05-04 | Upm Kymmene Corp | A burning-resistant thermoplastic composition |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB372336A (en) | 1929-11-08 | 1932-05-06 | Carbonfix Soc | Improved manufacture of carbon |
US2406867A (en) * | 1943-12-31 | 1946-09-03 | Smith Paper Mills Ltd Howard | Method of treating lignocellulosic material |
US3895996A (en) * | 1972-08-01 | 1975-07-22 | Betz Laboratories | Beneficiation of lignin solutions and pulp mill wastes |
SE468717B (en) * | 1988-12-12 | 1993-03-08 | Holmens Bruk Ab | SIMILAR PREPARATION AND PROCEDURE FOR ITS PREPARATION |
SE0402201D0 (en) | 2004-09-14 | 2004-09-14 | Stfi Packforsk Ab | Method for separating lignin from black liquor |
SE0402437D0 (en) | 2004-10-07 | 2004-10-07 | Stfi Packforsk Ab | Method for separating lignin from a lignin containing liquid / slurry |
BRPI0822336B1 (en) * | 2008-02-21 | 2020-12-01 | Lignoboost Ab | method for separating lignin from black liquor, lignin product, and use of a lignin product for the production of fuels or materials |
CN103131497A (en) | 2011-11-25 | 2013-06-05 | 仇峰 | Black liquid charcoal and manufacturing method thereof |
FI126849B (en) * | 2012-12-19 | 2017-06-15 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy | Procedure for hydrothermal treatment of high molecular weight biomaterials |
-
2014
- 2014-07-04 FI FI20145651A patent/FI126078B/en active IP Right Grant
-
2015
- 2015-07-06 WO PCT/FI2015/050490 patent/WO2016001490A1/en active Application Filing
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020123894A1 (en) * | 2018-12-14 | 2020-06-18 | Chrisman Ray W | Carbon black from biomass |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2016001490A1 (en) | 2016-01-07 |
FI20145651A (en) | 2016-01-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI126818B (en) | Process for the treatment of lignin-based material | |
FI126078B (en) | Method for utilizing lignin in black liquor | |
US10947122B2 (en) | Method for the production of low ash activated charcoal | |
Liu et al. | Improvement of fuel qualities of solid fuel biochars by washing treatment | |
JP5492556B2 (en) | Method of preparing solid fuel by roasting, solid fuel thus obtained and use of those fuels | |
KR20230133363A (en) | Biocarbon pellets with adjustable grindability index | |
KR20240005779A (en) | Biocarbon composition with optimized fixed carbon and process for producing the same | |
US9988588B2 (en) | Post torrefaction biomass pelletization | |
KR102028442B1 (en) | Improvement on Co-firing of Biomass with Coal Biomass Blending ratio, Manufacturing Method and System of Boiler-Torrefaction Fuel Production thereof | |
JP2017148798A (en) | System and device for generating high-carbon biogenic reagent | |
JPS6055084A (en) | Fluidized bed gasification for extracted coal | |
KR20240032977A (en) | Process for producing biocarbon pellets with high fixed-carbon content and optimized reactivity, and biocarbon pellets obtained therefrom | |
Yoshikawa et al. | Hydrothermal treatment of municipal solid waste for producing solid fuel | |
da Silva Alves et al. | Recycling spent mushroom substrate into fuel pellets for low-emission bioenergy producing systems | |
US20130263501A1 (en) | System and method for biomass fuel production and integrated biomass and biofuel production | |
Assis et al. | Physicochemical characteristics of different pulp and paper mill waste streams for hydrothermal conversion | |
Prawisudha et al. | Dechlorination behavior of mixed plastic waste by employing hydrothermal process and limestone additive | |
JP2014019854A (en) | Method and apparatus for producing solid fuel | |
US3414468A (en) | Process of regenerating pulping liquor from cellulose digestion waste liquor | |
Björk et al. | Successful start-up of lignin extraction at Stora Enso Sunila mill | |
FI122837B (en) | Method for recovering chemicals from a pulp mill | |
CN105925332B (en) | A kind of efficiency of sulfur retention composite adhesive for briquette | |
KR20220124577A (en) | A method for manufacturing ueco-friendly bio-solid fuel using dyed sludge | |
JP2015140434A (en) | Method for producing modified coal, and modified coal |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Ref document number: 126078 Country of ref document: FI Kind code of ref document: B |