FI77277B - Kemikalieaotervinning av massaavlutar. - Google Patents

Description

1 77277

Kemikaalien talteenotto massan jätelipeistä Käsiteltävänä oleva keksintö koskee tapaa lisätä kapasiteettia ja parantaa kemikaalien talteenottopro-5 sessia käytettäessä tavanomaista soodakattilaa.

Massateollisuudessa pyritään käyttämään kemikaalit mahdollisimman tarkoin uudelleen sekä kustannus-että ympäristösyistä. Käytetty talteenottoprosessi muodostuu periaatteessa kolmesta osaprosessista eli rikin-10 pelkistysprosessista, epäorgaanisten tuotteiden ero- tusprosessista sekä prosessista orgaanisen aineksen hapettamiseksi ja energian regeneroimiseksi. Nämä eri prosessit voidaan toteuttaa osaprosesseina tai yhdessä ainoassa prosessilaitteistossa. Nykyaikainen sooda-15 kattila eli ns. Tomlinson-kattila toimiikin mainittu- : . na laitteistona.

Kemikaalien talteenoton kokonaissyklissä soodakattila muodostaakin tavallisesti osan, joka rajoittaa laajentamista ja/tai kapasiteetin lisäämistä muissa pro-20 sessiosavaiheissa. Soodakattilan kapasiteetin rajoit tajana on kaasun tilavuus, joka voi virrata soodakattilan primaari-ilmavyöhykkeen läpi ilman kiinteiden ja nestemäisten lipeähiukkasten mukaantempautumista.

Soodakattilaprosessin lisähaittana on se, että 25 kemikaalisulaan jää sulfaattia, joka seuraa mukana pai nolastina koko syklin läpi. Lisäksi suhteellisen suuri osa natriummäärästä on karbonaatin muodossa, joka • - on käsiteltävä erillisessä kaustisointivaiheessa.

Intensiivisellä tutkimuksella on jo kauan pv-30 ritty tällä alalla löytämään uusia teknisiä ratkaisu ja, mutta soodakattila on toistaiseksi osoittautunut ylivoimaiseksi ja kemialliset ja termodynaamiset laskelmat ovat osoittaneet, että kemiallisista, termodynaamisista ja energiataloudellisista rajoituksista 35 johtuen on periaatteessa mahdotonta aikaansaada kemi- kaalitalteenoton ideaaliprosessi.

77277

Lisäksi kemikaalien talteenottoprosessi liittyy läheisesti energian talteenottoon massajätelie-mistä ja näin erityisesti siksi, että hövryntarve prosessin eri osavaiheissa on suuri.

^ Keksinnön päätehtävänä on tarjota tapa soo dakattilan kapasiteetin lisäämiseksi sekä laite keksinnönmukaisen tavan toteuttamiseksi, joka laite täydentää nykyään käytettävää soodakattilaa.

Yllä kuvattu on keksinnönmukaisesti ehdotetul-^ la tavalla saavutettavissa lähinnä siten, että sul faatti jäteliemi syötetään kokonaisuudessaan tai osaksi lipeänkaasuttimiin samalla syöttäen siihen ulkoa palamisesta riippumatonta energiaa, jolloin lämpötila ja happipotentiaali voidaan toisistaan riippumat-^ ta säädellä tarkoin mainitun energian säädellyn syö tön avulla, ja että saatu tuote syötetään sitten kokonaisuudessaan tai osaksi soodakattilaan, josta epäorgaaniset aineosat poistetaan pääasiassa sulan muodossa ja orgaaninen osa poistetaan kaasun muodossa.

20

Syöttämällä ulkoa energiaa lipeänkaasuttimeen tai lipeänkaasuttimiin saavutetaan korkea lämpötila pienellä happipotentiaalilla. Tällöin saadaan sula, joka pääasiassa muodostuu NaOH:sta ja Na2S:stä eli valkokemikaaleista ja Na0CO_:n muodostuminen estyy, 25 z 6 ja kaasua, jonka komponentteina ovat CO, H2, C02, H20, Na ja NaOH.

Keksinnön suositeltavan toteuttamismuodon mukaisesti ulkoinen energia syötetään plasmageneraat- torissa kuumennetun, runsasenergisen kaasun muodossa.

30

Keksinnön toisen toteuttamismuodon mukaisesti lipeänkaasuttimeen ruiskutetaan hiilipitoista ainesta ja/tai happikaasua, joilla prosessia voidaan säädellä lisää.

Keksinnön toisen toteuttamismuodon mukaisesti 35 lipeänkaasuttimessa ylläpidetään lämpötila 1000-1400°C, jolloin Na^O^ on dissosioituneena. Osa alkuperäisestä li 3 77277

Na2C0^-määrästä muodostuu uudelleen lämpötilan laskiessa soodakattilaan syöttymisen yhteydessä. Soodakattilasta poistuvassa sulassa Na2C03~pitoisuus on kuitenkin laskenut tuntuvasti.

5 Kulloisestakin laitoksesta riippuen, jossa kek sintöä sovelletaan, voidaan suurempi tai pienempi osa vahvalipeästä johtaa lipeänkaasuttimen läpi ennen tuloa soodakattilaan. Soodakattilan primaari-ilmavyöhykkeen kautta kulkevan kaasun tilavuus pienenee suorassa suh-lo teessä lipeänkaasuttimen kautta syötettyyn vahvalipeään ja tämä merkitsee kapasiteetin huomattavaa kasvua.

Keksinnön lisätoteuttamismuodon mukaisesti kemi-kaalisula lasketaan lipeänkaasuttimesta ennen tuloa soodakattilaan. Tämän toimenpiteen suurena etuna on, että 15 poistettu sula, joka pääasiassa sisältää Na2S:ää ja pie nen määrän NaOHsta, voidaan suoraan käyttää keittopro-sessissa.

Keksinnön lisätoteuttamismuodon mukaisesti lipeänkaasuttimesta tuleva sula johdetaan soodakattilaan, 20 jossa se sekoittuu kattilassa jo olevaan kemikaalisu- laan. Tällöin muodostuu korkealuokkainen sula verrattuna tavalliseen tapaan saatuun sulaan, koska sulfidi-pitoisuus on kasvanut sulfaattipatoisuuden kustannuksella ja karbonaattipitoisuus on samalla pienentynyt.

25 Polttamalla jonkun verran lipeää soodakatti lan primaari-ilmavyöhykkeessä saadaan pelkistävämpi kaasukehä ja tämäkin parantaa kemikaalien talteenottoa, koska saadaan enemmän sulfidia sulfaatin asemasta ja hydroksidia karbonaatin asemasta.

3q Laite keksinnönmukaisen prosessin toteuttamisek si käsittää tavanomaisen soodakattilan, joka on va-‘ · rustettu primaari-, sekundaari- ja tertiääri-ilman ·.: syöttöhormeilla ja yläpäässä höyryputkilla energian talteenottamiseksi, ja joka tunnetaan siitä, että se 35 on varustettu vähintään yhdellä lipeänkaasuttimella, jonka tehtävänä on korvata vähintään yksi primaari- -- - 1 __ 4 77277 ilman syöttöhormi, sekä elimillä lipeän ruiskuttama seksi ja elimillä palamisesta riippumattoman energian syöttämiseksi ulkoa ja yhdyskanavalla, joka johtaa mainittuun soodakattilaan.

5 Keksinnönmukaisen laitteen erään suositeltavan toteuttamismuodon mukaisesti ulkoa syötettävän, palamisesta riippumattoman energian lähteenä käytetään vähintään yhtä plasmageneraattoria.

Keksinnönmukaisen laitteen lisätoteuttamismuo-10 don mukaisesti lipeänkaasuttimessa voi olla hormeja hiilenkantajän ja/tai hapenkantajän ruiskuttamiseksi.

Keksinnönmukaisen laitteen lisätoteuttamismuo-don mukaisesti lipeänkaasuttimessa on poisto kemikaa-lisulaa varten.

15 Käsiteltävänä olevan keksinnön lisätunnusmerkit ja -edut ilmenevät seuraavasta yksityiskohtaisesta kuvauksesta ja siihen liittyvästä kahdesta keksintöä valaisevasta toteuttamisesimerkistä ja viitataan oheiseen piirustukseen, jossa kuva esittää kaavamaisesti 20 laitetta keksinnönmukaisen prosessin toteuttamiseksi.

Soodakattilaan, joka kuvassa on merkitty numerolla 1, ilma syötetään yleensä kolmella eri tasolla eli primaari-ilmaa 2, sekundaari-ilmaa 3 ja tertiaari-ilmaa 4. Vahvalipeän muodossa oleva jäte-25 lipeä syötetään hienojakoisena soodakattilaan kohdan 5 kautta. Sulan muodossa olevat epäorgaaniset aineosat poistetaan pohjassa olevan poiston 6 kautta ja kaasun muodossa oleva orgaaninen aines poistetaan polttamalla soodakattilan yläosassa, jonka jälkeen kaasut pois-30 tuvat poiston 7 kautta. Kaasun sisältämä energia saa daan talteen tulistetun höyryn muodossa.

Ilma syötetään soodakattilaan sen kehällä olevien hormien kautta ja keksinnönmukaisesti kaasuseos, joka tulee numerolla 8 merkitystä lipeänkaasuttimesta, 35 korvaa ilman joissakin primaari-ilmahormeissa kohdas sa 9.

77277

Sulfaattisellutehtaasta tuleva vahvalipeä johdetaan kemikaalien talteenottolaitokseen johdon 10 kautta ja syötetään osaksi suoraan soodakattilaan johdon 11 kautta ja osaksi lipeänkaasuttimeen 8 johdon 12 kautta. Lipeänkaasutin käsittää reaktiokammion, 5 johon päättyvät suuttimet, joita nuoli 13 osoittaa, ja suuttimet 14, 15 hienojakoisen hiilenkantajan ja/tai hapenkantajan syöttämiseksi reaktiokammioon.

Lisäksi on asennettu plasmageneraattorit 16, 17 energian syöttämiseksi ulkoa sähköllä kuumennetun 10 kaasun avulla. Syöttösuuttimet on olennaisesti asen nettu siten, että ne päättyvät välittömästi ko. plas-mageneraattorin suuaukon eteen.

Lipeänkaasuttimessa synnytetty kaasuseos syötetään lipeäkattilaan johdon 12 ja tuloaukon 9 kautta.

15 Lipeänkaasuttimessa muodostunut kemikaalisula voidaan poistaa poistoaukon 19 kautta tai vaihtoehtoisesti syöttää soodakattilaan. Näin sula, jonka pääkomponent-tina on Na2S, voidaan siis poistaa suoraan käytettäväksi uudelleen keittoprosessissa.

20 Kuten yllä mainittiin lipeänkaasuttimessa ylläpi detään olennaisesti lämpötila 1000-1400°C plasmagene-raattorissa tai -generaattoreissa kuumennetun runsas-energisen kaasun avulla. Tällä tavoin lämpötila ja myös happipotentiaali ovat hyvin tarkoin säädeltävissä. Täl-25 löin hapettimena käytetään lähinnä vahvalipeän sisältä mää vettä ja kuiva-aineeseen sitoutunutta happea. Kuten yllä mainittiin voidaan säätelyssä myös käyttää hiilen-kantajasyötettä ja/tai hapenkantajasyötettä.

Käyttämällä ulkoa tuodun energian synnyttämises-30 sä plasmageneraattoria voidaan jäteliemi saattaa koko naisuudessaan kaasutilaan. Määrätty osa dissosioitunees-ta natriumkarbonaatista muodostuu uudelleen joutuessaan soodakattilaan, mutta verrattuna tavanomaiseen prosessiin, jossa jätelieihi osaksi poltetaan, natriumkarbo-35 naatin määrä tulee huomattavasti pienemmäksi.

77277

Seuraavat esimerkit selventävät keksintöä, mutta on selvää, että keksintö ei rajoitu niihin.

Esimerkki 1

Tavanomaiseen lipeäkattilaan syötettiin vahva-5 lipeää, jonka kuiva-ainepitoisuus (ka) oli 67 %i Pri- maarivvöhykkeessä palamisaste on 65 %, mikä on lipeä-syötteen täydellisen reagoimisen edellytys.

Tällöin saadaan yhtä kuiva-ainetonnia kohti laskettuna: 10 Sula kmol kg

Na2C03 2,473 262,035

Na2S 1,329 103,715

Na2S04 0,231 27,500 15 NaOH 0,230 9,198

Kaasu 3 kmol normaali-m

Co2 + H20 53,604 1200,730 CO + H2 20,333 355,459 20 N2 134,723 3017,787

Saatiin siis yhteensä 4 673 976 normaali-m'* kaasua, mikä vastaa 18 370 608 m"* kaasua 800°C:ssa, joka on soodapannun normaalilämpötila.

Esimerkki 2 25 Jäteliemi, jonka kuiva-ainepitoisuus oli 67 % ja kuiva-aineen koostumus C 35 S, H 4 %, Na 19 %, S 5 % ja 0 37 %, ruiskutettiin lipeänkaasuttimeen.

Kaasuttimeen syötettiin energiamäärä 2 100 30 kWh/t ka ja lämpötila lipeänkaasuttimessa pidettiin 1300°C:ssa.

Tällöin saatiin per tonni ka: 7 77277

Sula kmol kg

Na2S 1,538 120

NaOH 0,250 10 5 Na2C03 0,189 20 Tämä sula voidaan laskea pois erikseen tai se voi vaihtoehtoisesti muodostaa osan soodakattilasta tulevasta kemikaalisulasta.

Kaasu 3 10 kmol normaali-m

NaOH 1,330 29,792

Na 3,231 72,374 CO 24,117 540,221 C02 5,045 113,008 15 H20 16,281 364,694 H2 31,082 696,237 H2S 0,022 0,493

Soodakattilan lämpötila laskettiin n. 800°C:seen, jolloin kaasumainen Na ja NaOH nesteytyivät ja muodos-20 tui hieman karbonaattia.

Olettaen, että n. 50 % natriummäärästä oli muuttunut karbonaatiksi, saatiin seuraava massatase:

Kaasusta muodostunut sula kmol kg 25 Na2C03 2,281 189,300

NaOH 2,281 91,217

Kaasu kaasuttimesta primaari-ilmavyöhykkeen jälkeen kmol normaali-m^ CO 19,790 443,296 30 C02 7,091 158,838 H20 8,722 195,373 H2 38,166 854,907 H2S 0,022 0,493

Kaasuttimesta saatiin primaari-ilmavyöhykkeen 3 35 jälkeen yhteensä 1 652 907 normaali-m kaasua, mikä vastaa 6 496 591 m3 800°C:ssa.

8 77277

Olettaen, että nykyään käytettävän soodakattilan ainoana rajoittavana tekijänä on kaasumäärä, jonka sallitaan virtaavan primaarivyöhykkeen läpi, saadaan siis kapasiteetin kasvuksi kokonaista 47,7 % eli lähes puolet lipeästä muuttuu kaasumuotoon keksin-nönmukaisessa lipeänkaasuttimessa ennen joutumista soodakattilaan ja lipeän loppuosa poltetaan tavalliseen tapaan.

Tässä prosessissa saatavan tuotteen koostumus on: 10 kg/t ka

Na^O^ 235,668

NaOH 55,208

Na2S 111,858

Na2S04 13,500 ^ Jos lipeänkaasuttimesta poistetaan kemikaali- sulaa, saadaan vieläkin parempi tuote.

Il

Claims (10)

1. Tapa lisätä kapasiteettia ja parantaa kemikaalien talteenottoprosessia käytettäessä tavanomais- 5 ta soodakattilaa kemikaalien ottamiseksi talteen sul faatti jäteliemistä, tunnettu siitä, että sulfaatti jäteliemi syötetään kokonaisuudessaan tai osaksi lipeänkaasuttimeen samalla syöttäen siihen ulkoa palamisesta riippumatonta energiaa, jolloin lämpöti- 10 la ja happipotentiaali voidaan toisistaan riippumatta säädellä tarkoin mainitun energian säädellyn syötön avulla, ja että saatu tuote syötetään sitten kokonaisuudessaan tai osaksi soodakattilaan, josta epäorgaaniset aineosat poistetaan pääasiassa sulan muodossa 15 ja orgaaninen aines poistetaan kaasun muodossa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että energia syötetään ulkoa plasmageneraattorilla kuumennetun, runsasenergisen kaasun muodossa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että lipeänkaasuttimeen ruiskutetaan hiilenkantajaa ja/tai hapenkantajaa.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että lipeänkaasuttimessa 25 ylläpidetään lämpötila 1000-140Q°C.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että lipeänkaasuttimessa muodostunut kemikaalisula poistetaan ennen lipeänkaasuttimessa muodostuneiden tuotteiden syöttämistä soo- 30 dakattilaan.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että lipeänkaasuttimessa muodostunut kemikaalisula syötetään soodakattilaan synnytetyn kaasuseoksen kera. 10 77277

7. Laite kemikaalien ottamiseksi patenttivaatimuksen 1 mukaisesti talteen sulfaattijäteliemistä, joka käsittää tavanomaisen soodakattilan, jossa on eri tasoilla olevia ilmansyöttöhormeja, tunnet- 5. u siitä, että se on varustettu vähintään yhdellä lipeänkaasuttimella (8), jonka tehtävänä on korvata vähintään yksi primaarisyöttöhormi (2) soodakattilassa (1), hormeilla (13) lipeän ruiskuttamiseksi, elimillä (16, 17) palamisesta riippumattoman energian 10 syöttämiseksi ulkoa lipeänkaasuttimeen (8) sekä yh- dvskanavasta (18, 9)mainittuun soodakattilaan (1).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että ulkoa syötettävän, palamisesta riippumattoman energian lähteenä käytetään 15 vähintään yhtä plasmageneraattoria (16, 17).

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, :: tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää hor meja (14, 15) hiilenkantajan ja/tai happipitoisen kaasun ruiskuttamiseksi.

9 77277

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että lipeänkaasuttimessa (8) on kemikaalisulan poistoaukko (19). Il 11 77277