FI73756C - Metod och anordning foer regenerering av pappersindustrins avlut. - Google Patents

Description

73756

MENETELMÄ JA LAITTEISTO PAPERITEOLLISUUDEN JÄTELIPEÄN

REGENE ROIMISEKSI

Keksinnön tausta Tämä keksintö kohdistuu integroituun järjestelmään, prosessiin ja laitteistoon, jolla otetaan talteen paperiteollisuudessa syntyvien selluloosan valmistuksen jäte-liuosten kemikaalisisältö.

Prosesseista, joihin kuuluu lignoselluloosapitoIson aineksen . - kuten puuhakkeen - kemiallinen kuidutus, tavallisimpia ovat sulfaatti- Ja sulfiittiprosessi. On olemassa prosesseja, jotka käyttävät kemikaaleja mekaanisten vaiheiden kanssa, ja näitä prosesseja joskus sanotaan puolikemialiisiksi tai keminekaanisiksi massanvalmistusprosesseiksi. Nämä prosessit käyttävät Joitakin samoja kemikaaleja kuin sulfaatti-ja sulfiittiprosessit. Lisäksi on olemassa niin sanottu soodaprosessi.

Suosituin kemiallinen massanvalmistusmenetelmä on niin sanottu sulfaattimenetelmä. Sulfaatti prosessiin kuuluu puuhakkeen keittäminen natrlumhydroksldin, natriumkarbonaatin ja natriumsulfidin alkalisessa vesiliuoksessa. Tämä suoritetaan tavallisesti keittimeksi kutsutussa paineastiassa, jonka sisältö kuumennetaan noin l6o - 130 °C:n lämpötilaan noin 1-3 tunnin ajan. Kelttovaiheen lopussa kelttoliuos pestään sellusta ja otetaan talteen sen kemikaali- ja energiasisällön regeneroimlseksi. Tätä ainesta sanotaan sulfaatti-mustalipeä.ksi tumman värinsä vuoksi.

Niin sanotussa sulfiittiprosessissa puuhaketta keitetään rikkidioksidin Ja kalsium-, magnesium-, natrium- tai ammoniumioneja tuottavien kemikaalien happamassa vesi-liuoksessa. Tämän vesiliuoksen olennaisimmat komponentit ovat rikkihapoke ja sulflltti- ja bisulfiitti-ionit. Tässä menetelmässä kelttovaihe kestää noin 6-8 tuntia, Jonka aikana lämpötila kohoaa noin 1^0 °ö:een. Sulflittiprosessin ---- -p 2 73756 muunnelmassa keittoliuos sen sijaan, että se olisi napan, neutraloidaan tai tehdään lievästi alkaliseksi. Konventionaalisten suliiittimenetelmien jätelluosta on otettu talteen usealla eri tavalla. Yleensä sulfilttiprosessin jäte-liuosten kemikaalisisällön talteenotto on ollut vaiKeampaa kuin sulfaattiprosessin mustallpelden. Tämä on osaltaan aiheuttanut sulfaattimenetelrnän hallitsevan käytön sulfiitti-menetelmään verrattuna lignoselluloosapltoisen aineksen keitossa.

Tähän mennessä traditionaalinen prosessi sulfaattimusta-lipeän talteenottamiseksi on ollut niin sanottu Tomlinson-soodakattilan käyttö. Tomlinson-soodakattilassa konsentroitua mustalipeää käytetään polttoaineena tuottamaan lämpöä yleiseen prosessikäyttöön. Poltettu jäteliuos tuottaa mukana olevan orgaanisen aineksen poltosta saatavan lämmön lisäksi myös sulan, joka koostuu epäorgaanisista kemikaaleista. Sula liuotetaan veteen, jolloin saadaan niin sanottaa viherlipeää, toisin sanoen natriumkarbonaatin ja natriumsulfidin vesiliuosta. Tästä viherllpeästä saadaan valkolipeää sen jälkeen, kun sitä on käsitelty kalkilla (kalsiumhydroksldi), jolloin osa natriumkarbonaatista muuttuu natriumhydroksidiksl, Ja kun sivutuotteena syntynyt kalsiumkarbonaatti on erotettu suodattamalla. Valkolipeä on kelttoliuos, Jota voidaan käyttää uusissa sulfaattikeltolssa sen jälkeen, kun sen kuluneet komponentit on korvattu.

Tomlinson-soodakattilan käyttöön liittyy joukko ongelmia. Ensinnäkin sen käyttöön liittyy mahdollisuus vakaviin räjähdyksiin, jos vettä pääsee epähuomiossa kosketuksiin sulan epäorgaanisen suolan kanssa. Toinen haitta on, että sulfaattimustalipeän energiasisällön talteenottoaste on huomattavasti toivottua alhaisempi. Lisähaitta on, että Tomlinson-prosessissa tapahtuvia fysikaalisia Ja kemiallisia 3 73756 tapahtumia ei voida riippumattomasti kontrolloida. Prosessilla on taipumusta myös aiheuttaa ilmakehän saastumista pelkistyneillä rikkiyhdisteillä.

Siksi ei ole yllättävää, että paperiteollisuus on etsinyt muita tyydyttävämpää keinoja jäteliuosten talteen-ottamlseksi. Eräs tällainen yritys on kuvattu Eloodin US-patentissa 3 322 492. Tässä prosessissa käytettiin vähintään kahta ie1Jukerrosyksikköä peräkkäin. Ensimmäisessä leijukerroskammiossa raustalipeä kuivataan kuumalla ilmalla kiinteiksi rakeiksi. Toisessa leijukerroskammiossa kuumennetaan ensimmäisessä kammiossa syntyneitä kuivattuja kiinteitä rakeita edelleen olosuhteissa, jotka aiheuttavat orgaanisten aineosien hajoamisen Ja orgaanisen aineksen Hajotessa syntyvän hiilimonoksidin ansiosta jonkin verran nat •'iumsuif aati.n pelkistymistä. Tässä syntyy natrlum-sulfidia ja hiilidioksidia. Prosessista poistuviin kaasuihin kuuluvat rikkivety sekä hiilidioksidi, hiilimonoksidi, vety ja typpi.

Shanin US-patentin 3 574 091 prosessissa sulfaattinustalipeä konsentroidaan johtamalla siihen kuuma ilmavirta olosuhteissa, jotka eivät aiheuta mustallpeän aineosien hajoamista. Syntyvä konsentroitu mustalipeä poltetaan sen jälkeen- ilmalla leijukerrosreaktorissa ilmaylimäärän läsnäollessa, jolloin saadaan aikaan mustallpeän sekä orgaanisten että epäorgaanisten komponenttien täydellinen hapettuminen. Näissä olosuhteissa kaikki rikkiyhdisteet muuttuvat pääasiallisesti natriumsulfaatiksi. Syntyneet epäorgaaniset kiinteät suolat poistetaan leljukerrosreaktorista, Jossa pääkomponentit ovat natriumsulfaatti ja natriumkarbonaatti. Nämä kiinteät suolat johdetaan sen Jälkeen kemialliseen reaktoriin ja pelkistetään kaasuvirralla, jonka pelkistävä komponentti on hiilimonoksidi. Tämä aiheuttaa sen, että kiinteässä suolassa oleva natriumsulfaatti pelkistyy natrium-sulfidiksl. Natriumsulfidi ja natriumkarbonaatti liuotetaan <· 73756 veteen, jolloin syntyy vinerlipeää, Jota voidaan sen jälkeen käyttää tavalliseen tapaan valkolipeän valmistuksessa.

Österman et ai:n US-patentti 3 523 864 kuvaa prosessia sulfaattlmustalipeän talteenottamiseksi, johon kuuluu kuivatun nustalipeän käsittely kolmivyöhykkelsessä leijukerros-reaktorissa, jossa mustalipeä kuivataan Ja hapetetaan keski-vyöhykkeessä, epäorgaaniset natrium- Ja rikkiyhdisteet pelkistetään pöhjav.yohykkeessä Ja kalsiumkarbonaattl kalsi-• noidaan kalsiumoksidiksi näiden kolmen vyöhykkeen yläosassa.

Priestleyn Uo-patentti 3 578 396 kuvaa prosessia sulflitti-jäteliuosten kemikaalien talteenottamiseksi käsittelemällä jäteliuosta termisessä hapettavassa leijukerrosrea^torissa, Jolloin noin 650 - 760 °0:n (1200 - 1400 F) lämpötilassa syntyy rakeinen materiaali sen vielä ollessa leijukerros-reaktorissa. Sitä jäädytetään hiukan ja käsitellään rikkidioksidilla noin 540 - 650 °C:n (1000 - 1200 F) lämpötilassa. Tämän sanotaan muuttavan osan karbonaatista natriumbisulfaatiksi.

Shickin ϋ'3-patentti 3 676 064 on toinen patentti, joka kuvaa prosessia sulfIittijäteliuosten kemikaalislsällon talteenottamiseksi. Tässä prosessissa sulfIittijäteliuosta käsitellään leijukerrosreaktorlssa, Jolloin epäorgaaniset hiukkaset muutetaan pääasiassa natriumsulfaatiksi ja natrium-karbonaatiksi ja epäorgaaninen aines pyrolysoidaan. Rikkidioksidia absorboidaan leijukerrosreaktorissa tuotetun natriumkarbonaatin liuokseeen.

Copelandin US-patentti 3 864 192 kuvaa prosessia sulfiitti-jäteliuosten talteenottamiseksi, jossa jäteliuokseen sekoitetaan magnesiumoksidia, seos konsentroidaan haihduttamalla korotetussa lämpötilassa, ja konsentroitu jätelluos syötetään leijukerrosreaktoriln ja poltetaan siellä.

5 73756

Copelandin U5-patentti 3 862 909 kuvaa prosessia sulfaatti-mustalipean tai sulfIittijäteliuosten kemikaalisisällön talteenottamiseksi joko hallitulla autogeenlsella poltolla tai konsentroitujen jäteliuosten pyrolyys il 1.1 lei jukerros-reaktorissa, jossa hiilipitoinen aines muutetaan aktiivi-hiileksi. Epäorgaaniset suolat liuotetaan veteen, minkä jälkeen ne regeneroidaan.

Copeland et ai:n US-patenttl 3 309 262 kuvaa prosessia sellu- loosan valmistuksen jäteliuosten, mukaanlukien sulfaatti-mustalipeän, talteenottamiseksi. Jäteliuos konsentroidaan ja viedään suihkuna leiJukerrosreaktoriin. Syntyvä Jäte-liuos suihku kohtaa aiemmin palaneesta jäteliuoksesta syntyneet epäorgaaniset jäännöskemikaalit. Tällaisia kemikaaleja ovat esimerkiksi natrlumsulfaatti, natrium-karbonaatti, natriumhydroksidl ja niiden seokset. Lisäksi leijukerrosreaktorissa voi olla tehottomia inerttejä materiaaleja kuten kvartslrakeita seoksena epäorgaanisten kemikaalien kanssa. Orgaaninen aines poltetaan leijukerros-reaktorissa. Syntynyttä kuivaa rakeista epäorgaanista ainesta kierrätetään jonkin verran tai se jätetään leijukerros-reaktoriin jatkokäsittelyä varten, ja osa epäorgaanisesta aineksesta regeneroidaan sen jälkeen.

Konventionaalisten leijukerrosuunien käyttöä, kuten edellisen patentin tapauksessa, on vaivannut niiden kyvyttömyys ottaa talteen palamislämpöä lämpötiloissa suuruusluokaltaan 700 °C (1300 F), joka on normaaleissa palamisreaktioissa esiintyvä lämpötila. Tämä johtuu huonosta sekoittumisesta, laitteiston korroosiosta ja Jäähdytysputkien tukkeutumisesta.

Sikäli kuin tiedetään ei mitään näistä edellä mainituista prosesseista ole käytetty kaupallisessa mitassa.

6 73756

Sen vuoksi tämän keksinnön päämääränä on luoda järjestelmä, prosessi ja laitteisto selluloosan valmistuksen jäteliuosten energia- ja kemikaalisisällön talteenottamiseksl.

Lisäksi tämän keksinnön päämääränä on luoda järjestelmä, prosessi ja laitteisto eri massanvalmistusprosessien Jäte-liuosten keraiKaalisisällön talteenottamiseksl, joilla ei ole aikaisempien talteenottotapojen haittapuolia.

. Lisäksi tämän keksinnön päämääränä on luoda Järjestelmä, prosessi ja laitteisto sulfaattitehtaan regenerointi-järjestelmän kolmen päätoiminnon, nimittäin polton, höyryn tuotannon Ja sulfaatin pelkistyksen, erilliseksi kontrolloimiseksi .

Tämän keksinnön rauut päämäärät selviävät ammattimiehelle jäljessä olevasta kuvauksesta ja oheen liitetystä piirroksesta, joka on tämän keksinnön Järjestelmää, prosessia ja laitteistoa kuvaava virtauskaavio.

Keksinnön yleiskuvaus Tämän keksinnön järjestelmä, prosessi Ja laitteisto erityyppisten selluloosan valmistuksen jäteliuosten kemlkaali-ja energiasisällön talteenottamiseksl tarjoaa korkean termisen tehokkuuden omaavan tavan, jossa yli 50 % selluloosan valmistuksen jäteliuoksen lämpöarvosta saadaan talteen, toisin sanoen huomattavasti enemmän kuin Tomlinson-prosesslssa. Keksinnön laitteisto vaatii suhteellisen alhaiset pääomasijoitukset erittäin tehokkaan luonteensa vuoksi. Tämä keksintö on täysin integroitu prosessi, joka alkaa paperiteollisuuteen liittyvästä jätelluoksesta, kuten sulfaatti-mustalipeästä, sulfIittijätelluoksesta tai soodaprosessin jätelluoksesta ja ottaa talteen jäteliuoksen orgaanisen aineksen palamisesta saatavan lämpöenergian erittäin tehokkaalla tavalla ja johtaa lopulta uudelleen käytettävissä 7 73756 olevan keittolluoksen talteen saamiseen kuten sulfaatti-prosessissa käytetyn niin kutsutun valkollpeän.

Keksinnön prosessin pääosiin kuuluu konsentroidun jäte-liuoksen poltto leijukerrosreaktorissa käyttäen useita inerttejä kiinteitä hiukkaskomponentteja, Joista yhden voidaan sanoa koostuvan hienojakoisemmista, kevyemmistä hiukkasista ja toisen karkeammista, painavammista hiukkasista. Prosessissa jäteiiuos viedään ensimmäisen leiju-. kerrosreaktorin ponjalle, Joka sisältää myös inertit kiinteät hiukkaskomponentlt ja Johon johdetaan riittävästi ilmaa pitämään yllä voimakasta palamlsreaktiota, jossa suurin osa, muttei kaikkea, Konsentroidun jäteliuoksen orgaanisesta aineksesta palaa. Tavoitteena on, että vain noin 80 - 90 % orgaanisen aineksen hiilisisällöstä poltetaan ensimmäisessä leijukerrosuunissa. Pääosa inerteistä kiinteistä hiukkaskomponenteista sekä ensimmäisen lei^ukerros-reaktori.n paiamiskaasut ja palamaton aines poistetaan leiju-kerrosreaktorin yläpäästä, minkä jälkeen suurin osa inerteistä hiukkasista erotetaan kaasujen ja poltettujen jäte-liuosrakeiden seoksesta.

Sen jälkeen erotetut inertit hiukkaset voidaan vaihtoehtoisesti syöttää yksikköön, jota voidaan kutsua kaasutin-yksiköksi, joka on toinen leiJukerrosreaktori, jonka inert-teinä hiukkasina ovat ainoastaan ensimmäisen leijukerros-reaktorin hienojakoisemmat inertit hiukkaset. Kaasutln-yksikkoön johdetaan lisää jäteliuosta, jolla on orgaanista ainesisältöä, kuten lisää mustalipeää. Läsnä olevissa termisissä olosuhteissa ja hapenpuutteen vallitessa orgaaninen aines hajoaa, Jolloin syntyy pelkistäviä kaasuja myöhempään prosessikäyttöön.

Kaasutlnyksikkö voidaan vaihtoehtoisesti jättää pois, jolloin ensimmäisessä leijukerrosreaktorissa suoritetaan epätäydellinen poltto, kuten edellä on mainittu. Tällöin TT— s 73756 tuotetaan palamatonta hiilipitoista ainesta, Joka myöhäisemmässä prosessivaiheessa suorittaa jäteliuoksen palaessa muodostuneen sulfaatin pelkistämisen sulfidiyhdlstelksl.

Erotetut inertit hiukkaset, jotka voivat vaihtoehtoisesti kulkea kaasutinyksikön läpi, kuljetetaan sen jälkeen edelleen yhteen tai useampaan leijukerrosuunlin, jotka toimivat ulkoisina höyrystiminä. Tämä yksikkö voi mieluimmin sisältää upotettuja putkia ja korkeapainehöyryä voidaan synnyttää . Hiukkasten vapauttamalla lämmöllä. Tämä ulkoinen höyrystin poistaa suurimman osan ensimmäisen leijukerrosreaktorin palamisreaktiossa hienompiin inerttelhln hiukkasiin sisältyneestä lämpöarvosta. Nämä hienojakoisemmat inertit hiukkaset, joiden, lämpöarvosta on otettu valtaosa talteen, palautetaan ensimmäiseen leijukerrosreaktorlin, jossa ne saatetaan kosketuksiin ilman ja konsentroidun jäteliuoksen kanssa ja leijutetaan uudelleen.

Leijukerrosreaktorlen käyttö useassa vaiheessa, joiden ensimmäinen vaihe käyttää kahta hlukkaskomponenttien lähdettä, suorittaa palamislämmön absorboimisen ja toisin kuin konventionaalisissa leijukerrosreaktoreissa .Hiukkaset sekä kaasumaiset komponentit poistetaan reaktorin yläosasta eikä pohjalta. Tällä tavalla poltto suoritetaan tehokkaasti suurella kaasun nopeudella ilman sisäisten lämmönvaihtopintojen tarvetta ensimmäisessä leijukerrosreaktorissa. Konventio-naali set leijukerrosreaktorit ottavat lämmön reaktoriin upotettujen putkien kautta ja saattavat käyttöolosuhteista riippuen estää leijutusprosessin. Ensimmäisessä lelju-kerrosreaktorissa käytetyt monet hiukkaskomponentlt toimivat pääasiassa jäteliuoksen palamislämmön absorboljina sekä ilman ja konsentroidun mustalipeän erinomaisena sekoittajana.

Tässä keksinnössä käytettäväksi sopiva monlrae-leijukerros-reaktori on esitetty Nack et. ai:n US-patentissa 4 084 545· 9 73756

Kuten kyseessä olevassa patentissa on esitetty, ensimmäisessä leijukerrosreaktorissa tai -uunissa käytetään kahta kiinteää partikkelikomponenttla, Joista vähintään toinen oleellisesti koostuu materiaalista, Jolla on pitkäaikainen fysikaalinen ja kemiallinen kestävyys polttosysteemlssä. Eräs tällainen sovelias erikoismateriaali käytettäväksi toisena komponenttina tai molempina komponentteina on hematlittlmalmi, joka sisältää noin 93 % rautaoksidia Ee203 Ja jota toimitetaan "C.E. Minerals Inc. of rClng of Prussia, Pennsylvania": n tavaramerkillä "Speculite". Ensimmäinen komponentti voi koostua tämän malmin hienoJaKoisista partikkeleista kooltaan -16+140 U.S. meshin rajoissa, toisin sanoen hiukkaset läpäisevät 16 meshin seulan, mutta eivät 140 meshin seulaa. Sopiva vaihtoehtoinen ensimmäinen komponentti voi koostua kalkklkivipartikkelelsta kooltaan noin -20+40 U.S. mesh. Molemmissa tapauksissa sopiva toinen komponentti käytettäväksi on karkeat Speculite-partikkelit kooltaan noin -12+16 U.S. mesh. Toinen erinomainen vaihtoehto karkeaksi tai toiseksi komponentiksi on tavallinen hiekka. Leljukerros-systeemi, joka sisältää nämä hienojakoiset ja karkeat partikkelit leijutetaan kaasulla noin 9 m/s (30 ft/s) pinta-nopeudessa.

Tässä nopeudessa hienojakoiset hematiitti- tai kalkkikivi-hiukkaset kulkeutuvat ilmavirran mukana muodostaen reaktorista poistuvan leijukerroksen, Joka on suuresti laajentunut, jotta se käytännössä täyttäisi ensimmäisen leiju-kerrosreaktorin kammion Ja sen ulosmenoputken käsittävän koko avaruustilan. Karkeat hematiitti- tai hiekkahlukkaset ovat lilan raskaita poistuakseen. Sen sijaan ne muodostavat tiiviin leijukerroksen, Joka Jää rajoitetumpaan avaruus-tilaan lähelle ensimmäisen leijukerrosreaktorikammion pohjaa. Hienojakoiset partikkelit kulkeutuvat ulos yksiköstä erottlmeen, kuten syklonierottiineen, Jossa hienojakoiset lnertit partikkelit erotetaan poistuvasta kaasuvirrasta ja syötetään palautuskiertoon. Palautuskierrossa hienojakoiset 10 73756 inertit partikkelit kulkeutuvat lopulta ensimmäisen leiju-kerrosreaktorln tiiviiseen leijukerrokseen. Tästä johtuen sekoitetun, karkeämmistä partikkeleista koostuvan leijutetun aineksen läpi kulkee jatkuva kiertävien hienojakoisten partikkelien muodostama virta.

Konsentroitu selluloosan valmistuksen jäteliuos, joka on väkevöity vähintään noin 50 %:n kuiva-ainepitoisuuteen, kuten 50 - 100 %:n, mieluimmin 60 - 85 Ä:n, laskettuna ' kuiva-aineen painosta, millä tahansa sopivalla tavalla kuten monivalhehaihduttimessa, syötetään ensimmäisen leijukerros-reaktorin tiiviiseen leijukerrokseen, joka sisältää sekoittuneet karkeat ja hienojakoiset partikkelit ja poltetaan reaktorin pohjalta joudetulla limalla lämmön tuottamiseksi. Tavoitteena on palamisen ylläpitäminen noin 700 °C:n (1300 F) lämpötilassa.

Monirae-leijukerrosreaktorin lukuisat edut, kun sitä käytetään tämän keksinnön mukaisesti, voidaan selittää tutkimalla sen ominaispiirteitä. Kierrätetyt hienojakoiset leijukerros-komponentin hiukkaset, Jotka tunkeutuvat tiiviiseen lelju-kerrokseen, ilmeisesti saavat aikaan erittäin tasaisen leiju-tuksen ja minimoivat "hidastumisen". Yhtyneiden hiukkasten sekoitusliike saa aikaan perinpohjäisen sekoittumisen ja tiiviiseen leijukerrokseen johdettujen kaasumaisten ja kiinteiden reagoivien aineiden välisen läheisen kontaktin. Vaikka pintanopeus on ennenkuulumattoman suuri, yhtyneet leiju-partikkelit hidastavat huomattavasti hiukkasten liikettä ilmavirran pääsuunnassa. Tästä johtuen kiinteät partikkelit jäävät tiiviiseen leijukerrokseen riittävän pitkäksi ajaksi, Jotta valtaosa Jäteliuoksen orgaanisista yhdisteistä palaa ennen kuin ne poistuvat tiiviin leijukerroksen alueelta.

Palamisessa syntyneiden rakeiden ja hienojakoisemman komponentin hiukkasten lisääntynyt viipymäaika uunin tiiviissä n 73756 leijukerroksessa käytettynä tämän keksinnön mukaisesti korkeilla plntanopeuksilla Johtuu todennäköisesti siltä, että karkean leijukerroskomponentin hiukkaset rajoittavat heinojakoisen leijukerroskomponentin hiukkasten keskimääräistä vapaata matkaa ja nämä molempien leijukerros-komponenttien hiukkaset rajoittavat palamisessa syntyneiden epäorgaanisten rakeiden ja tiiviin leijukerroksen hienojakoisten partlkkeleiden vapaata matkaa.

Tämän keksinnön mukaisesti leijukerroskattilan korkea tuotanto tilavuusyksikköä kohti ja korkea lämmonluovutustaso saavutetaan osittain korkealla lämmönsiirtokertoimella kaasufaasista inerttelhin hiukkasiin läpi ensimmäisen lelju-kerrosuunin koko tilavuuden, mukaanlukien sen tilan, joka on normaalisti vapaa tila tiiviin leijukerroksen yläpuolella.

Keksinnön mukaisesti käytetyllä ensimmäisellä leljukerros-reaktorilla voidaan kuitenkin päästä korkeisiin tuotantosuhteisiin, ja se on siksi säädettävissä sopimaan suuresti vainteleviin kuormitusvaatimuksiin.

Täten, olennaisesti, tämän keksinnön ensimmäisen leiju-kerrosreaktorin olennaiseen ja pääasialliseen tarkoitukseen kuuluu muodostaa pois johdettava leijukerros ensimmäiseen tila-alueeseen, Joka sisältää ensimmäisen komponentin leiju-kerrospartlkkeleita; muodostaa tiivis leijukerros ensimmäisen tila-alueen rajoitetumpaan osaan, Joka sisältää toisen komponentin leijukerrospartlkkelelta. Nämä koostuvat materiaalista, jolla on pitkäaikainen fysikaalinen Ja kemiallinen pysyvyys leljukerrossysteemissä niin, että komponentit ovat olennaisesti kokoonpuristumattomia eivätkä alttiita huomattavalle hankaantumiselle systeemissä. Päätarkoitukseen kuuluu edelleen muodostaa palautuskierto ensimmäisen tila-alueen ensimmäiselle hlukkaskomponentille läpi rajoitetumman tila-alueen tiiviin leijukerroksen ja käyttää leijukerros-systeemiä sellaisella nopeudella, että toisen komponentin 1ΓΤΤ ΐ2 73756 hiukkasmateriaali jää tehokkaasti rajoitetun tila-alueen tiiviiseen leijukerrokseen, kun taas ensimmäisen komponentin hiukkaset kiertävät ja tunkeutuvat sen läpi yhtyen toisen komponentin hiukkasiin.

Täten keksintö on erityisen hyödyllinen selluloosan valmistuksen Jäteliuoksen orgaanisten yhdisteiden suurtehopolton edistämisessä niiden energiasisältöä talteen otettaessa.

Ilmaa ja konsentroitua Jäteliuosta Johdetaan ensimmäiseen . leijukerrosreaktoriin siten, että saadaan aikaan reagoivien aineiden tehokas sekoittuminen tiiviissä le 1jukerroksessa yhdistyneiden hiukkasten liikkeen tuloksena. Konsentroitu jäteliuos syötetään systeemiin ennalta määrätyllä nopeudella leijuttaen systeemiä sellaisella pintanopeudella, että syötettävän Uraan syöttönopeus on riittävä saarnaan aikaan syötettävän jäteliuoksen orgaanisen aineksen toivotun epätäydellisen polton. Leijukerrosreaktorin hiukkaskomponentlt valitaan siten, että ensimmäisen komponentin hiukkaset kulkeutuvat pois pintanopeudella, kun taas toisen komponentin hiukkaset jäävät tehokkaasti tiiviiseen leijukerrokseen rajoitetummassa tilassa lähellä reaktorin pohjaa.

Tyypillisesti menetelmä käsittää lämpöenergian poistamisen siinä määrin, että leljukerrossysteemin lämpötila pidetään * oleellisesti jäteliuoksen poltossa syntyneiden epäorgaanisten rakeiden sulamispisteen alapuolella, jolloin oleellisesti kaikki nämä rakeet kulkeutuvat ulos ensimmäisen tai hienojakoisemman leijukerroskomponentln hiukkasten kanssa. Epäorgaaniset rakeet erotetaan ensimmäisen lelju-kerroskomponentin hiukkasista palautuskierrossa rajoitetumman tila-alueen ulkopuolella.

Tyypillisesti ensimmäinen ja toinen leljukerroskoraponenttl voivat koostua samasta materiaalista, Jolloin ensimmäinen komponentti koostuu hienojakoisemmista hiukkasista ja toinen karkeammista.

13 73756

Tyypillisesti vähintään toisella leiJukerroskomponentilla on korkea lämpötilapysyvyys, se on huomattavan lnertti leiju-kerrossysteemin käyttooloissa Ja se valitaan siten, että saavutetaan hyvät leijutusominalsuudet ja edistetään teno-kasta sekoittumista Ja lämmönsiirtoa leiJukerrossysteemissä. Xun leijukerrossysteemissä vallitsevat hapettavat olosuhteet, leijukerroshlukkaset voivat oleellisesti koostua metalleista tai metallloksldeista kuten rautaoksidi tyypillisesti siinä muodossa, kun se esiintyy hematiltissa. Korapo-• nentit voivat vaihtoehtoisesti koostua alumiinioksidista, nikkelistä tai nikkelioksidista. Hienojakoisemmat rauta-oksidihiukkaset voivat olla kooltaan noin —16+1HO U.S. mesh ja karkeammat hiukkaset kooltaan noin -12+16 'J.3. mesh. Tyypillisesti tiivistä leiju^errosta pidetään säiliössä, jolla on selvästi lieriömäinen tai prismamalnen osa, ja karkeampien hiukkasten määrä on riittävä täyttämään lieriömäisen tai prisrnamaisen osan ainakin 23 cm: n (10 tuumaa) syvyydeltä, kun reaktoria ei leijuteta. Kaasun pintanopeus leijukerroksessa voi vaindella rajoissa 6-12 m/s (noin 20 - 40 ft/s). Toisessa tyypillisessä sovellutuksessa ensimmäinen leiJukerroshiukkasten komponentti voi oleellisesti koostua kalsium- tai magnesiumkaroonaatista tai molemmista, kuten ne esiintyvät kalkkikivessä tai dolomiitissa. Tässä tapauksessa leijukerroshiukkasten toinen komponentti voi oleellisesti koostua metallista tai metalli-oksidista kuten rautaoksidista, Jota on hematiltissa.

Vaihtoehtoisesti leijukerroshiukkasten toinen komponentti oleellisesti koostuu tavallisesta hiekasta, alumiini-oksidista tai nikkelistä tai nikkelioksidista.

Toisen leijukerroskomponentin hiukkaset voivat koostua hiekasta tai hematiitista partikkelikooltaan noin -12+16 U.3. mesh, ensimmäisen leijukerroskomponentin hiukkaset voivat koostua hematiitista tai Speculitestä partikkeli-kooltaan noin -20+140 U.S. mesh ja leijukerrossysteemin ______ ΤΓ~ 14 73756 pintanopeus voi olla rajoissa 5-12 m/s (noin 20 - 40 ft/s)·

Ilmaa johdetaan tiiviiseen leijukerrokseen sellaisella nopeudella, joka on riittävä leijuttamaan toisen leijukerros-komponentin hiukkaset siinä ja ylläpitämään ensimmäisen komponentin hiukkasten kiertoa sen läpi. Samalla poistuvalle leijukerrokselle toimitetaan riittävä Ilmamäärä, Jotta poistuvaa kerrosta käytetään hapen suhteen oloissa, joka riittää tuottamaan jäteliuoksen orgaanisen aineksen polton noin 80 -90 -prosenttisesti.

Sen jälkeen, kun palaraistuo11eet on poistettu ensimmäisestä monirae-ieijukerrosreaktorista, kaasumaiset ja kiinteät tuotteet poistetaan reaktorin huipulta. Tässä vaiheessa ovat poistetut ainekset sulfaattimustalipeää regeneroitaessa olennaisesti epäorgaanista kiinteää sulfaattia ja karbonaattia sekä hienojakoisemman partikkelikoon inerttejä hiukkasia (kuten Speculite) ja kaasut ovat hiilidioksidia, typpeä ja kosteutta. Jäljellä on myös hiukan palamatonta orgaanista ainesta. Nämä materiaalit johdetaan sen jälkeen hlukkas-erottimen kuten syklonin läpi. Tämä erottaa suurimman osan lnerteistä hiukkasista kaasujen ja jäteliuoksen hapettuneiden hiukkasten seoksesta.

Erotetut inertit hiukkaset voidaan sen jälkeen vaihtoehtoisesti kuljettaa edellä kuvattuun kaasutinyksikköön, jonne viedään myös hieman lisää konsentroitua jäteliuosta. Tämä kaasutinyksikkö on oleellisesti toinen leljukerros-reaktori, jossa lisäjätelluos kuten sulfaattlmustalipeä synnyttää pelkistävää kaasua, joka soveltuu epäorgaanisten suolojen edelleen pelkistämiseen.

Kaasutinyksikkö voidaan haluttaessa jättää pois, sillä sen tehtävät prosessissa voidaan suorittaa ensimmäisestä leiju-kerrosreaktcrIsta saatavan palamattoman orgaanisen aineksen 15 73756 avulla. Kuten edellä on kuvattu, noin 10 — 20 Jt laskettuna jäteliuoksen hlillslsällöstä jää palajatta ensimmäisessä leijukerrosreaktorlssa. Niinpä tämä kiinteä palamaton hiili-pltoinen aines erotetaan ja viedään keksinnön systeemin pelkistinykslkköön, jossa sillä on kaksi tehtävää. Ensinnäkin se toimii pelkistlraenä pelkistäen jäteliuoksen palaessa syntyneen sulfaatin sulfiuiksi. Sulfidl on tärkeä yhdiste sulfaattiprosessissa käytetyissä keittoliuokslssa. Toiseksi jonkin verran hlllipitolsta ainesta poltetaan ilman . avulla pelkistinyksikössä, jotta saadaan lämpöenergiaa ylläpitämään selvästi endotermistä reaktiota, jossa sulfaatti pelkistyy sulfidiksi.

Kuljettuaan kaasutinyksikon läpi inertit hiukkaset johdetaan ulkoiseen höyrystimeen tai lämmönvaihtimeen, jotta saadaan aikaan ensimmäinen monirae-leijukerrosreaktorin käytössä syntyneiden ja sen jälkeen erotettujen inerttien leijukerros-hiukkasten jäähtyminen. Tämä ulkoinen höyrystin on oleellisesti ulkoinen lämmönvaihdin, jossa on upotettuja putkia, joissa tuotetaan korkeapalnehöyryä kuumentuneiden hiukkasten avulla. Tämä yksikkä toimii oleellisesti noin 450 - 590 °C:n (850 - 1100 ?) lämpötilassa. Luovutettuaan suurimman osan lämmöstään höyryn tuottamiseen inertit hiukkaset palautetaan ensimmäiseen leljukerrosreaktoriin, jolloin ne voidaan käyttää uudelleen konsentroidun jäteliuoksen kanssa.

Kaasumainen aines, jota syntyy vielä kaasutinyksikössä ja joka on pääasiassa vetyä Ja hiilimonoksidia, viedään ilman kanssa pelkistinykslkköön. Tämä pelkistlnykslkkö on oleellisesti sulasuolareaktorl, joka toimii noin 870 - 980 °C:n (l600 - 1800 P) lämpötilassa. Jäteliuosten palaessa syntyneet hapettuneet epäorgaaniset suolat, palamaton hiili-pitolnen aines Ja kaikki palamattomat orgaaniset yhdisteet, jotka muodostavat osan savukaasuvirrasta sekä kaasutin-yksiköstä saatava pelkistävä kaasu syötetään tähän pelkistin-yksikköön. Sulassa käytetty suola syntyy jäteliuoksen TT" --- 16 73756 palaessa. Pelkistyminen tapahtuu sulassa tilassa reaktorin pohjalla. liinaa injektoidaan pelklstinyksikköön, jotta vety ja hiilen pelkistyneet muodot kuten hiilimonoksidi saadaan poltetuiksi, ennen kuin ne poistuvat pelkistinyksiköstä samoin kuin Jäteliuoksen orgaanisen aineksen epätäydellisestä poltosta johtuva hillipltoinen aines. Erään sovellutuksen mukaisesti pelkistinyksikkö on olennaisesti uuni tai reaktori, joka on varustettu laitteella, Jolla sen sisältöä sekoitetaan. Eksotermiset reaktiot, jotka tapahtuvat pel-• kistävien kaasujen palaessa tässä yksikössä, tuottavat lämmön, jota tarvitaan ylläpitämään pelkistinykslkön lämpötilaa korotetulla tasolla, koska pelkistysreaktiot ovat oleellisesti endotermisiä. Kuten liitteenä olevasta piirroksesta ilmenee, pelkistinyksikkö tietenkin erottaa epäorgaaniset reaktiotuotteet kaasumaisista komponenteista. Suolat, jotka tulevat pelkistinyksiköstä, ovat sulfaatti- ja sulfilttijäte-liuosten tapauksessa oleellisesti natriumsuifidi ja -karbonaatti, minkä lisäksi esiintyy pieniä määriä natrium-sulfaattia. Valinnaisesti, jäähdytyksen ja kiinteytyksen jälkeen ne sekoitetaan veteen, Jolloin syntyy viherlipeää reakt ioas tiässä.

Lisäämällä kalkkia viherlipeään lä3nä oleva natrium-karbonaatti muutetaan suurimmaksi osaksi natrium-hydroksidiksi, ja kun muodostunut liukenematon kalsium-karbonaatti on poistettu suodattamalla, lopputuote on konventionaalinen valkolipeä, Joka soveltuu uudelleen käytettäväksi sulfaattikelttyöprosessissa sen jälkeen, kun keksinnön talteenottoprosessissa poistuneet keittokemikaalit on määrällisesti korvattu.

Prosessin savukaasut viedään läpi ekonomaiserln tai standardilämmönvaihtimen, Joka poistaa jäännöslämmön kaasuista ennen kuin ne lasketaan ilmakehään.

17 73756

Olennaisilta osiltaan keksinnönmukalseen laitteistoon kuuluu: ensimmäinen leijukerrosreaktoreista, jossa on laitteet konsentroidun jätelluoksen ja korkeanopeuksisen ilman slsäänottamlseksi läheltä pohjaa Ja palamls-tuotteiden, sekä kaasumaisten että kiinteiden, poistamiseksi yläosasta, ·- laitteet inerttlen hiukkasten erottamiseksi muista hiukkasista ja kaasumaisista reaktiotuotteista, vaihtoehtoisesti myös laitteet poistettujen hiukkasten käsittelemiseksi reaktloyksikössä, joka on oleellisesti leijukerrosreaktori, joka on ynteydessä ulkoiseen lämmönvaihtimeen, joka vuorostaan on yhteydessä ensimmäiseen leijukerrosreaktoriin, ; - pelklstlnykslkkö, jolla muutetaan hapettuneet epä orgaaniset suolat epäorgaanisiksi sulfideiksi ja lopuksi lämmönvaihdln savukaasujen sisältämän lämpö-sisällön talteenottamiseksi.

Keksinnön erityissovellutuksia

Keksinnön toimintaa kuvataan seuraavassa viittaamalla liitteenä olevaan piirrokseen niin kuin sitä sovelletaan . . sulfaattimustalipeän regeneroimiseen. On kuitenkin huomatta va, että keksintöä voidaan soveltaa myös muiden selluloosan valmistuksen Jäteliuosten regenerointlin, kuten sulfiitti-jäteliuosten tai soodaprosessin Jätelluoksen.

Esimerkki 1

Sulfaattimustallpeällä on, sellaisena kuin se poistetaan ib 73756 puun keittämisen jälkeisenä Jäteliuoksena paperitehtaassa, normaalisti suhteellisen alhainen kuiva-ainepitoisuus, noin 14 painoprosenttia kuiva-ainetta. Keksinnön prosessia käytettäessä tämä liuos konsentroidaan mieluummin vähintään 50 ;»:n, mieluummin 50 - 100 #:n, mieluimmin noin 60 - 85 painoprosentin kuiva-ainepitoisuuteen. Tämä voidaan tehokkaasti suorittaa käsittelemällä mustalipeää, kun se poistuu keitosta, inonivaihehalhduttimissa 1, jolloin poistetaan suurin osa vedestä ja nostetaan kokonalskuiva-aine-. pitoisuutta.

Monivaihehaihduttimista tulevalla jäteliuoksella on noin 65 painoprosentin kokonaiskuiva-ainepitoisuus, ja sen lämpötila on kohonnut noin 65 - 95 °C:een (150 - 200 K), mieluummin noin 30 °C:een (180 F), jolloin se kuljetetaan putkea 2 myöten ensimmäiseen leijukerrosreaktoriin 3 läheltä reaktorin alapäätä. Keksinnön erään sovellutuksen mukaisesti leijukerrosreaktori on monirae-leijukerrosreaktori tyypiltään, kuten on esitetty Nack et ai:n US-patentissa 4 084 545 (myönnetty 13. huhtikuuta 1978). Katso kyseisen patentin kuvaa n:o 2 ja asiaan kuuluvia selityksiä.

Monirae-leijukerrosreaktorlssa 3 käytetään useanlaisia hiukkasia. Hienojakoisempana ja reaktorista poistuvana jakeena on Speculite partikkelikooltaan -16+140 U.S. mesh Ja karkeampina reaktorissa pysyvinä hiukkasina on painoltaan yhtä suuri määrä hiekkaa tai Specullteä partikkelikooltaan noin -12+16 U.S. mesh.

Leijukerrosreaktoriln 3 Johdetaan myös ilmaa ympäröivässä tai korotetussa lämpötilassa läpi reaktorin pohjan, kuten viitenumerolla 4 on esitetty, sekä konsentroitua musta-lipeää, Joka tulee reaktoriin myös läheltä pohjaa, kuten viitenumerolla 2 on esitetty. Leijukerrosreaktoriln 3 tulevan ilman ja konsentroidun mustalipeän määrät säädetään 19 7375 6 siten, että saadaan aikaan mustalipeän palaminen 80 - 90 -prosenttisesti laskettuna sen hillisisällöstä. Orgaaniset yhdisteet, Jotka poltetaan, tuottavat hiilidioksidia, typpeä ja vettä ja mustalipeän epäorgaaninen tai mineraalisisältö muutetaan sulfaatiksi ja karbonaatiksi. Hiilipitoista materiaalia, mukaanlukien itse hiili, syntyy mustalipeän orgaanisen sisällön epätäydellisen palamisen vuoksi. Tavoitteena on, että tapahtuu riittävä palaminen tuottamaan leijukerros-reaktoriin 3 noin 590 - 760 °C:n (11)0 - UOC ?), mieluimmin • noin 700 °C:n (1300 F) lämpötila.

Sisään johdettavan Iliaan plntanopeus säädetään noin 9 m: iin/ stssa (30 ft/s), jotta suurin osa reaktorissa tapahtuvassa palamisessa syntyneistä rakeista poistuisi, kuten poistuvat hienojakoiset hiukkaset Speculiteä. Nämä hiukkaset poistuvat leijukerrosreaktorin 3 huipusta 5* Yhdistyneet reaktorista poistuvat hiukkaset viedään putkea 6 pitkin sykloni-erottimeen 7, Joka erottaa suurimman osan inertistä hiukkas-sisällöstä (Speculite) Jäteliuoksen hiukkasten ja kaasujen seoksesta. Kaasumaiset aineet, pääasiassa hiilidioksidi, typpi ja kosteus, poistetaan syklonierottlmen 7 huipulta putken 8 kautta samoin kuin pääosa palamistuotteen epäorgaanisista hiukkasista, toisin sanoen sulfaatit ja karbonaatit ja palamaton hiilipitoinen aines. Pääosa inerteistä hiukkasista, Jotka koostuvat hienojakoisista Specullte-partikkelelsta ja pienistä määristä epäorgaanista sulfaattia, karbonaatteja Ja palamatonta hiilipitoista ainesta, poistetaan syklonierottlmesta 7 pohjaputken 9 kautta. Hiukkaset, jotka on poistettu syklonierottlmesta 7 putken 9 kautta, ovat mieluummin noin 590 - 760 °C:n (1100 - 1400 P), mieluimmin noin 700 °C:n (1300 P), lämpötilassa. Ne kuljetetaan kaasutinyksikköön 10, Johon johdetaan myös hiukan lisää konsentroitua mustalipeää, viitenumero 11.

Xaasutinyksikköä, Joka on vaihtoehtoinen, käytetään lisäämättä lainkaan happea, jolloin mustallpeä tuottaa ________ - ΊΓ7 20 73756 pelkistävän kaasuseoksen suhteellisen korkeassa lämpötilassa hapettomissa oloissa ja hiukkasten läsnäollessa. Tämä pelkistävä kaasuseos poistetaan reittiä 12 pitkin, jossa kaasuilla on nyt noin 570 - 730 °C:n (1050 - 1350 F), mieluimmin noin 680 °C:n (1250 F), lämpötila. Reitin 12 sisältönä on pelkistäviä kaasuja, jotka koostuvat pääosin hiilimonoksidista ja vedystä, minkä lisäksi mukana on rikkivetyä, metaania sekä jäännöksiä hiilidioksidista, typestä ja vedestä.

Inertti hiukkaskomoonentti (Speculite) viedään kaasutin-yksiköstä 10 reittiä 13 pitkin lämmönvaihtiineen 14, jossa osa jäljellä olevien hiukkasten lämmöstä siirretään lämpö-kierukkaan, joka sisältää vettä, josta syntyy höyryä. Lämmönvaihdir; 14 on konventionaalinen yksikkö, jota käytetään yhdessä konventionaalisen leijukerrosreaktorin kanssa, jolloin lämpökierukka 15 toimii lämpöä talteenottavana osana. Nämä hiukkaset poistetaan lämmönvaihtirnesta 14 sen jälkeen, kun ne ovat luovuttaneet suuren osan lämmöstään, putken 16 kautta monirae-leijukerrosreaktorln 3 pohjalle uudelleen kierrätettäväksi.

Kaasumainen komponentti, joka on poistettu syklonl-erottimesta 7 putken 8 kautta ja joka sisältää palamiskaasut reaktorista 3 ja jonkin verran jäljelle jääneitä sulfaattl-ja karbonaattihiukkasla ja palamatonta hiilipltoista ainesta, viedään toisen syklonlerottimen 17 läpi, Jossa saadaan aikaan mukana pidättyneiden hiukkasten, nimittäin palamattomien orgaanisten aineiden ja sulfaatti- ja karbonaatti-ionien epäorgaanisten suolojen kuten natrium- Ja kalsium-sulfaatin ja -karbonaatin llsäerottuminen. Närää poistetaan syklonlerottimen 17 pohjan kautta putkea 18 pitkin pelkistln-ykslkköön 19. Kaasumaiset komponentit poistetaan sykloni-erottimesta 17 putkea 20 pitkin. Prosessin normaalikäytössä kaasumainen jäte, joka kulkee putkessa 20, el sisällä käytännössä pelkistäviä kaasu Ja ja koostuu pääosin hiilidioksidista, typestä, kosteudesta ja rikkidioksldijäämlstä.

21 73756 Nämä kaasut johdetaan sen jälkeen, kun ne on lähes täydellisesti erotettu kiinteistä hiukkasista ja kuljetettu putken 20 läpi. lämmönvaihtimeen 21, Joka on standardilämnön-vaihdln, joka kykenee poistamaan lämpöä kaasuista ennen kuin ne lasketaan ilmakehään putkea 22 pitkin. Tähän mennessä on savukaasujen lämpötila alentunut huomattavasti, ympäristön kannalta soveliaaseen lämpötilaan kuten 200 Green (400 F). Tässä vaiheessa ilmaan lasketut kaasut eivät sisällä saastuttavia yhdisteitä paitsi kenties pelkkiä jäämiä rikki-• dioksidia, jotka voidaan poistaa konventionaalisin keinoin.

Kiinteät hiukkaset mukaanlukien palamaton hiilipitoinen aines viedään putkea 18 pitkin pelkistinyksikkoön 19 ja sekoitetaan liman kanssa, joka tuodaan tuloaukon 23 kautta. Pelkistinyksikko 19 on stancardiuuni tai -reaktori. Pelkistinyksikkoön syötettävän ilman tarkoituksena on polttaa palamaton hiilipitoinen aines ja reagoimattomat pelkistävät kaasut kuten hiilimonoksidi ja vety ja muut kaasut, metaani ja rikkivety, ennen kuin ne lasketaan putken 24 kautta yhtymään muihin savukaasuihin putkessa 20. Pelkistin-yksikköä 19 käytetään mieluummin noin 900 °C:n (1650 F) lämpötilassa. Pelkistinyksikko sisältää sulassa tilassa olevan seoksen, Jossa on noin 2-3 paino-osaa natrium-: · karbonaattia ja noin 1 paino-osa natriumsulfaattia, Jossa huomattava osa kemiallisesta pelkistyksestä tapahtuu ja on varustettu s ekoitinlaittee11a.

Pelkistinyksikön 19 tarkoitus on pelkistää suuri osa epäorgaanisista sulfaattihiukkaslsta sulfideiksl, jotka ovat sulfaattikeittolluoksille välttämättömiä yhdisteitä.

Palamattomalla hiilipitoisella aineksella on kaksi tehtävää pelkistinyksikössä. Se toimii tehokkaana kemiallisena pel-kistimenä pelkistäen sulfaatin ja mahdollisen tiosulfaatin sulfideiksl ja tuottaa oalamlslämpöä tuloaukon 23 kautta syötettävän ilman aiheuttaessa hlillpltoisen aineksen ____ τπ^ 22 7 3 7 5 6 palamisen. Sulfaatin pelkistyminen 3ulfidiksi on endo-terminen reaktio ja tämän reaktion ylläpitämiseksi tarvittava lämpö saadaan vaivattomasti hillipitoisen aineksen ja läsnäolevan hiilimonoksidin palaessa.

Kiinteät hiukkaset poistetaan pelkistlnyksiköstä putkea 27 myöten, jossa vaiheessa hiukkaset ovat epäorgaanisina sul-fideina, karbonaatteina sekä lisäksi vähäisessä määrin pel-kistymättöminä natrium- ja kalsiumsulfaatteina, josta ne sen • jälkeen johdetaan säiliöön 28 ja jäähdytetään putken 29 kautta lisättävällä vedellä, Jolloin syntyy viherlipeää. Yineriipeä poistetaan putkea 3C myöten muutettavaksi valko-lipeäksi konventionaalisin keinoin, ja tämä valkolipeä palautetaan keittoprosessiin.

Osa savukaasuista poistetaan putkesta 20 putken 31 kautta, puristetaan kompressorissa 32, ja palautetaan lämmönvaihtimen 14 pohjalle putken 33 kautta. Tästä savukaasusta suurin osa on hiilidioksidia Ja typpeä, Jotka ovat suhteellisen inerttejä hiukkasiin nähden. Tämän kierrätyksen tarkoituksena on palauttaa osa käyttämättömästä lämmöstä takaisin Systeemiin ja tuottaa lämrnönvaihtimessa noin 480 °C: n (900 ?) lämpötila sekä tuottaa leijutuskaasua ulkoiseen höyrystimeen 14 ja kaasutlnyksikköön 10. Osa kaasualneksesta vie-dään_ edelleen putken 34 välityksellä kaasutlnyksikköön 10 tuottamaan kaasuvirtausta leijutustarkoituksiln.

Täten prosessia käyttämällä suuri osa mustalipeän orgaanisesta aineksesta on poltettu leijukerrosreaktorissa 3, Jotta suurin osa läsnäolevista orgaanisista yhdisteistä saadaan poltetuksi ja sen jälkeen perättäisissä vaiheissa lämpö-sisällöt otetaan talteen ja palautetaan sellutehtaalle. Epäorgaaniset komponentit regeneroidaan konventionaalisen viher-lipeän tuottamiseksi, jota käytetään kelttoprosessissa, ja toksiset ja vahingolliset kaasut regeneroidaan käyttökelpoisessa muodossa. Ainoa ilmaan menevä aines on 23 73756 inertit kaasut, jotka ovat sopusoinnussa ilmakehän kanssa eivätkä aiheuta merkittävää saastumista.

Keskeistä tälle prosessille on monirae-leljukerrosreaktorln 3 käyttö, jossa käytetään useita leijutettavia hiukkas-materiaaleja, jotka suorittavat tärkeän tehtävän absorboides-saan palamislämpöä. Osa näistä hiukkasista poistetaan reaktorin huipusta, ja niiden vapaa lämpö otetaan talteen myöhemmässä vaiheessa lämmonvalhtlaessa 14. Tämä poistaa tarpeen . minkäänlaisiin lämmönvaihtopIntoihin reaktorissa 3, vaikka poltto suoritetaan hyvin tehokkaasti suurilla kaasun nopeuksilla. Leijuvien hiukkasten läsnäolo reaktorissa 3 estää jäteliuoksen palaessa syntyneiden suolojen mahdollisen sulamisen.

Prosessiin sisältyy tehokas tapa hiukkasten erottamiseen ja talteenottamlseen. Reaktorin 3 yläpäästä poistuu savukaasua, osa inertelstä leiJukerroshiukkasista ja hapettuneita suoloja, Jotka regeneroidaan Ja käytetään uudelleen keittoprosessissa, sekä hieman vielä palamatonta orgaanista ainesta. Inertit leijukerroshiukkaset kuten Speculite, jotka poistuvat reaktorista 3 otetaan talteen ja kierrätetään takaisin reaktoriin. Savukaasu, suolat ja palamattomat orgaaniset yhdisteet erotetaan tehokkaasti sykloneilla prosessin hiukkasten virratessa pelklstinyksikköön 19·

Ulkoinen höyrystin suorittaa tärkeän tehtävän ottamalla talteen palamislämmön, joka on varastoitunut erotettujen lelju-kerroshlukkasten vapaaseen lämpöön. Lämmönvaihtimessa 14 tuotettu höyry antaa lämpöä tehtaan höyrykattiloille Ja poistaa suuren osan leijukerroshlukkasten lämmöstä ennen kuin ne palautetaan reaktoriin 3-

Kaasutlnyksikkö 10 toimii pelkistävien kaasujen lähteenä, jotka pelkistävät kemiallisesti osan palamisessa syntyneistä epäorgaanisista suoloista. Tärkeä vaihe kemiallisessa 24 73756 pelkistyksessä on natriumsulfaatin muuttuminen natrlum-sulfidiksi, joka on tärkeä ainesosa sulfaattikeitto-prosessissa. Tänä pelkistyminen tapahtuu pelklstinyksikössä 19 jo kuvatulla tavalla. Pelkistyminen tapahtuu pelkistin-ykslkön 19 alaosan sulassa suolatilassa. Ilmaa johdetaan pelkistinyksikköön 19, Jotta jäljellä oleva vety Ja hiilen pelkistyneet muodot, kuten hiilimonoksidi palaisivat ennen kuin ne poistuvat pelkistinykslköstä. Ilma suorittaa myös tietenkin tärkeän tehtävän polttaessaan palamattoman hiili-pitoisen aineksen lämmön tuottamiseksi. Nämä reaktiot ovat eksotermisia ja tuottavat korkean lämpötilan, Joka on välttämätön pelkistinyksikön toiminnalle, Ja ylläpitävät pelkistysreaktioita, jotka ovat endotermisiä.

Tämän keksinnön ominaisuus, jonka uskotaan antavan sille huomattavia etuja, on konsentroidun Jäteliuoksen käsittely peräkkäin monlrae-leijukerrosreaktorissa Ja vähintään yhdessä sen jälkeisessä leijukerrosyksikössä ja erityisesti loppuvaiheen pelkistinyksikkö, Jota käytetään prosessissa uudelleen käytettävien jäteliuosten regeneroinnissa ja joka mieluummin käyttää suolasulatekniikkaa. Nämä vaiheet toimivat yhdessä tuottaen tämän keksinnön toivotut tulokset.

Esimerkki 2

Edellinen esimerkki toistettiin siten, että sulfaattimusta-llpeää syötettiin ensimmäiseen leijukerrosreaktoriin 3 läheltä sen alapäätä 2 syöttönopeudella 50 - 60 kg/h (110 -130 naulaa/h) sen jälkeen, kun se ensin oli konsentroitu monivaihehaihduttimessa 1 noin 67,5 porsentln kokonaiskuiva-ainepitoisuuteen. Leijukerrosreaktorl3sa 3 oli hleno-jakoisimplna reaktorista poistuvina hiukkasina Speculiteä kooltaan -16 U.S. mesh Ja reaktorissa pysyvinä hiukkasina jauhettua rautamalmia kooltaan noin -12 16 U.S. mesh. Lelju-kerrosreaktorin paiamislämpötila pidettiin välillä 690 - 740 °C (1230 - 1360 ?), ja ilmaa syötettiin reaktorin pohjalle 25 7375 6 noin 2.32 Nm3/inin (82 scfm) pintanopeudella. Ajossa, jota jatkettiin noin 10 tunnin ajan, noin 320 kg (715 naulaa) sulfaattimustalipeää oli syötetty reaktoriin 3· Hiilen käyttöasteen havaittiin ajossa vaihtelevan 69:stä 90 prosenttiin. Ajo suoritettiin muuten samoin kuin esimerkissä 1 on kuvattu.

Esimerkki 3 . Esimerkki 1 toistettiin siten, että sulfaattimustalipeää syötettiin ensimmäiseen leijukerrosreaktoriin 3 läheltä sen alapäätä 2 keskimääräisellä syöttönopeudella 48 kg/h (105 naulaa/h) sen Jälkeen, kun se ensin oli konsentroitu moni-vaihehaihduttimessa 1 noin 67,5 prosentin kokonaiskulva-aine-pitoisuuteen. Leijukerrosreaktorissa 3 oli hieno-jakoisimpina reaktorista poistuvina hiukkasina Speculiteä kooltaan -16 U.3. mesh ja reaktorissa pysyvinä hiukkasina jauhettua rautamalmia kooltaan noin -12 16 U.S. mesh. Lelju-kerrosreaktorin palamislämpötilaa pidettiin välillä 690 -705 °C (1270 - 1300 F), ja ilmaa syötettiin reaktorin pohjalle noin 2.35 Nm3/min (83 scfm) pintanopeudella.

Ajossa, jota jatkettiin noin yhden tunnin 25 minuutin ajan, noin 64 kg (140 naulaa) sulfaattimustalipeää oli syötetty reaktoriin 3« Hiilen käyttöasteen havaittiin ajossa vaihtelevan noin 70:stä 90 prosenttiin. Ajo suoritettiin muuten samoin kuin esimerkissä 1 on kuvattu.

Kuten asiaa tuntevat voivat arvioida edellä esitetyn selostuksen perusteella, jos käytetään multa jäteliuoksia kuin sulfaattimustalipeää, saattavat edellisten esimerkkien yksityiskohdat muuttua hieman huomioonottaen eri jäte-liuosten kemlkaalisisällön. Täten, Jos tämän keksinnön prosessia käytetään soodaprosessin Jäteliuoksen talteen-ottamiseen, putkesta 9 tuleva aines johdetaan suoraan ulkoiseen lämmönvaihtimeen 14 Jättäen pois kaasutinyksikön ja pelkistinykslkön 19· Osa sykloonista 17 tulevista savu- _______ ΊΓ 26 73756 kaasuista palautetaan ulkoiseen lämmönvaihtimeen 14, Jossa se toimii leijutuskaasuna. Soodaprosessin jäteliuoksen käsittelyssä olisi toivottavaa käyttää leijukerrosreaktoria 3 olosuhteissa, joissa Jäteliuoksen orgaaninen aines palaa täydellisesti.

Käytettyjä ternejä ja ilmaisuja on käytetty vain kuvaavassa eikä rajoittavassa tarkoituksessa, eikä näiden termien ja ilmaisujen käytön tarkoituksena ole sulkea pois mitään esi-• tettyjä ja kuvattuja ominaisuuksia vastaavia ominaisuuksia, vaan todetaan, että useat muunnelmat ovat mahdollisia tämän keksinnön puitteissa.

Claims (18)

1. 27 PATENTTIVAATIMUKSET 7 37 5 6
2. 1. Integroitu menetelmä energian ja kemikaalien talteenotta-miseksi sellunkeitosta saatavista jäteliuoksista, tunnettu siitä, että se käsittää konsentroitujen jäteliuos-ten johtamisen leijukerrosreaktiokammioon, mainitun konsentroidun jäteliuoksen polttamisen ilman kanssa leijukerros-reaktiokammiossa, joka sisältää useita inerttejä kiinteitä hiukkasmaisia aineita, joista ainakin yksi on hiukkaskooltaan hienojakoisempi kuin jokin toinen, hienojakoisemman hiukkas-maisen aineen erottamisen kaasumaisista ja kiinteistä pala-mistuotteista mainitun leijukerrosreaktiokamraion ulkopuolella, sekä kiinteiden palaraistuotteiden riittävän talteenoton, erotetun hienojakoisemman hiukkasmaisen aineen käsittelemisen ulkopuolisessa leijukerrosyksikössä lämmön poistamiseksi erotetusta hienojakoisemmasta hiukkasmaisesta aineesta, ja leijukerrosreaktiokammion lämpötilan säätämiseksi, erotetun hienojakoisemman hiukkasmaisen aineen syöttämisen takaisin mainittuun leijukerrosreaktiokammioon erillään konsentroidusta selluloosajäteliuoksesta mainitun hienojakoisemman hiukkasmaisen aineen esisekoittumisen välttämiseksi mainitun liuoksen kanssa ennen sen syöttämistä reaktiokaramioon.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä,että jäteliuoksen massan valmistuskemikaalit regeneroidaan käyttämällä talteenotettuja kiinteitä palamistuotteita.
4. 3· Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ilma ja väkevöity jäteliuos johdetaan leijukerrosreaktiokammion alaosaan ja että palamistuotteet ja hienojakoinen materiaali poistetaan mainitun alustavan leiju-kerrosreaktiokammion yläosasta. 4* Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osa mainittua hienojakoista ainetta käsitellään sen jälkeen kun se on eroitettu kaasumaisista ja kiinteistä palamistuotteista lämmönvaihdon avulla mainitussa ulkopuolisessa leijukerrosyksikössä ennen palauttamista leijukerrosreaktiokammioon. ____ .. TT” 28 7 375 6
5. 5· Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin osa kaasumaisista reaktiotuotteista erotettuja kiinteitä palamistuotteita käsitellään kemiallisen pelkistämisen avulla.
6. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistäminen käsittää kiinteiden palamistuot-teiden käsittelemisen keraikaalikaasulla tai pelkistysaineella kiinteän hiilipitoisen aineen muodossa reaktiokammiossa, joka sisältää sulaa epäorgaanisen suolan reaktiomassaa.
7. 7· Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osittain pelkistettyjä epäorgaanisia kiinteitä palamistuotteita käsitellään vedellä ja että niitä käytetään uudelleen massan valmistuskäsittelyissä.
8. 8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun laimean jäteliuok-sen orgaaninen osa poltetaan epätäydellisesti alustavassa leij ukerrosreaktiokammiossa.
9. 9· Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että noin 80-90 % laimean jäte-liuoksen hiilipitoisuudesta laskettuna poltetaan leijukerros-reaktiokammiossa.
10. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitussa alustavassa leijukerroskammiossa valmistettua peittämätöntä hiilipitoista materiaalia käytetään tämän jälkeen hapetettujen epäorgaanisten suolojen kemialliseksi pelkistämiseksi polttamalla tätä laimeata jäteliuosta leijukerrosreaktiokammiossa.
11. 11. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laimea jäteliuos on voimamassan valmistuksesta saatu musta lipeä. 2S 73756
12. 12. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ilmaa johdetaan mainittuun alustavaan leijukerrosreaktiokammioon riittävällä nopeudella p&lamistuotteiden poistumisen aikaansaamiseksi ja inerttisen hienojakoisemman kiinteän materiaalin poistamiseksi alustavan leijukerroskammion yläosasta.
13. 15· Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kemiallisesti pelkistetyt epäorgaaniset kiinteät aineet jäähdytetään ensin ja jähmetetään ennen niiden käsittelyä vedellä.
14. 14. Jonkin patenttivaatimuksen 5-13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiinteät palaraistuotteet aikaansaavat kemiallisen pelkistyskäsittelyn avulla sellaista kaasua, joka mainitun kaasumaisen reaktiotuotteen kanssa muodostaa poistokaasun, joka johdetaan lisä-lämmönvaihtokäsittelyn kautta ennen sen johtamista ulkoilmaan.
15. 15· Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osa tätä poistokaasua kierrätetään uudelleen mainittuun ulkopuoliseen leiiukerrosyksikköön lämmön talteen-ottamiseksi tästä poistokaasusta.
16. 16. Laitteisto energian ja kemikaalien talteencttamiseksi jäteliuoksista, tunnettu siitä, että siinä on alustava leijukerrosreaktiokaramio (5), jossa on laitteet tämän laimean jäteliuoksen polttamiseksi ilman avulla ja useita kiinteitä hienojakoisia materiaaleja, joista ainakin yksi on osaskooltaan pienempää kuin jokin toinen, laitteet (7) tämän hienojakoisemman materiaalin erottamiseksi kaasumaisista ja 14 kiinteistä palamistuotteista tämän alustavan leijukerros- reaktiokammion ulkopuolella, laitteet (H, 16) eroitetun hienojakoisen materiaalin palauttamiseksi mainittuun alustavaan leijukerrosreaktiokammioonja kemikaalien pelkistyslait-teet (19) mainitusta alustavasta leijukerrosreaktiokaammiosta __ - TT 3° 73756 saatujen kiinteiden palamistuotteiden ainakin osan pelkistämisen mainittujen kiinteiden palamistuotteiden sulassa epäorgaanisten suolojen massassa, Joka käsittää alustavan leiju-kerrosreaktiokammion kiinteät palamistuotteet.
17. 17· Patenttivaatimuksen 16 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että erillinen leiJukerroslaitteisto toimii oleellisesti ilman happea Ja on yhteydessä alustavan leiju-kerrosreaktiokammion kanssa lämraönvaihtolaitteiden välityksellä.
18. 18. Patenttivaatimuksen 16 tai 17 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainittu erillinen leijukerros-laitteisto on varustettu kaasujen valmistuslaitteella. PATENTKRAV 7 3 7 5 6