FI81142C - Gasningsfoerfarande foer svartlut. - Google Patents

Description

1 81142

Mustalipeän kaasutusmenetelmä Tämä keksintö koskee mustalipeän kaasutusta. Eräässä tarkemmassa kohdassaan tämä keksintö koskee menetelmää, jossa vesipitoinen mustalipeä kaasutetaan sulan suolan avulla.

Selluloosan ja paperin valmistuksessa käytettäessä natriumpoh-jaisia sulfaatti- ja sulfiittiprosesseja, puun keitto alkali-silla vesiliuoksilla johtaa sivutuotteen muodostukseen, joka tunnetaan käytettynä tai mustalipeänä, josta jäljempänä käytetään nimitystä mustalipeä. Tätä sivutuotetta pidetään jäte-materiaalina ja se on muutettava hyödyllisiksi tuotteiksi koko-naiskeittoprosessin taloudellisuuden toteuttamiseksi. Erityisesti on toivottavaa regeneroida natriumsulfidi, jota voidaan käyttää aktiivisten liuosten uudelleenmuodostukseen prosessin massankeittovaihetta varten. Lisäksi on toivottavaa käyttää mustalipeää hyväksi energialähteenä.

Mustalipeän käsittelyn yleisimmin harjoitetussa menetelmässä käytetään hyväksi Tomlinson'in talteenottouunia. Tässä prosessissa väkevöityä mustalipeää poltetaan uunissa, jossa on erikois-muotoiltu kattila, jolloin muodostuu höyryä; sula suolatuote, jota kutsutaan "sulatteeksi", ja joka sisältää natriumkarbonaattia ja natriumsulfidia; ja palamatonta polttokaasua, joka sopivan puhdistuksen jälkeen lasketaan ilmakehään. Tämä prosessi on palvellut selluloosa- ja paperiteollisuutta noin 50 vuotta, mutta siinä on kuitenkin vakavia puutteita. Suuri polttokaasun tilavuus on vaikea puhdistaa ja se voi muodostaa ympäristöongelman; kaikki talteen saatu energia on höyryn muodossa, jolla on rajoitettu käyttökelpoisuus; räjähdyksiä voi tapahtua, jos kattilan putket vuotavat ja aiheuttavat veden pääsyn kosketukseen sulatteen kanssa; ja rikkiyhdisteiden pelkistyminen sulfi-diksi on epätäydellistä.

Erilaisia muita prosesseja ja parannuksia Tomlinson'in uuniin on käytetty tai ehdotettu, kuten on esitetty esimerkiksi 2 81142 seuraavissa US-patenteissa 1 808 773; 2 056 266; 2 182 428 ja 3 916 617.

Millään aikaisemmin käytettävissä olevista prosesseista ei kyetä ottamaan vaivattomasti talteen oleellisesti koko musta-lipeän energia- ja kemikaalisisältöä erittäin arvokkaina tuotteina.

Olisi toivottavaa saada aikaan prosessi, joka on käytettävissä helposti saatavilla väkevöidyillä mustalipeävirroilla ja joilla saadaan talteen helppokäyttöisen polttoaineen muodossa mustali-peän lämpösisältö maksimilaajuudessaan ja joka johtaa mustali-peässä olevien rikkiä sisältävien yhdisteiden erittäin suureen prosentuaaliseen pelkistymiseen sulfidiksi.

Yleisesti tämä keksintö kohdistuu menetelmään vesipitoisen mus-talipeän kaasuttamiseksi, jossa menetelmässä tuotetaan poltettavaa kaasua ja mustalipeän rikkisisältö konvertoidaan oleellisesti sulfidiksi. Menetelmässä syötetään happea sisältävää kaasua sulan suolalammikon pinnan alle, joka koostuu alkalimetalli-karbonaatista ja alkalimetallisulfidistä, jotka sisältyvät suljettuun kaasutusastiaan, riittävällä nopeudella suuren pyör-teisyysasteen tuottamiseksi sulaan suolalammikkoon; syötetään vesipitoinen mustalipeä karkean suihkun muodossa kohoaviin kuumiin kaasuihin lammikon yläpuolella, jolloin vesi haihtuu vesipitoisesta mustalipeästä kuumiin kaasuihin tuottaen lämpötilaltaan alentuneen tuotekaasun ja kuivattuja mustalipeän kiintoaineita, jotka putovat lammikon pinnalle ja dispergoituvat siihen; konvertoidaan kuivatut mustalipeän kiintoaineet lammikossa kuumaksi poltettavaksi kaasuksi, joka kohoaa pois lammikosta, ja alkalimetallisuoloiksi, jotka sulautuvat lammikossa oleviin suoloihin; ja poistetaan kaasutusastiasta tuotekaasun virta, jonka lämmitysarvo kuivaksi laskettuna on vähintään n.

3,55 kJ/1, ja sula suolatuote, jonka rikkisisällöstä vähintään n. 90 % oh alkalimetallisulfidin muodossa. Prosessi suoritetaan sulassa suolalammikossa sopivassa suljetussa reaktorissa, jota pidetään edullisesti paineen alaisena. Prosessissa tuotettua

II

3 81142 poltettavaa kaasua voidaan sopivan puhdistuksen jälkeen käyttää kaasuturbiinissa mustalipeäsyötön energia-arvojen käyttämiseksi hyväksi maksimilaajuudessa. Sulassa suolalammikossa tuotettu sulfidi voidaan ottaa talteen vesiliuoksena ja kierrättää takaisin paperinvalmistusprosessiin viherlipeänä.

Kuva 1 on kaavamainen juoksukaavio, joka esittää tämän keksinnön prosessin edullista toteutusmuotoa.

Kuva 2 on kaaviomainen kuvanto osittain poikkileikkauksena reaktorin eräästä toteutusmuodosta ja siihen liittyvästä sammutus-säiliöstä, jota voidaan käyttää tämän keksinnön prosessin toteutuksessa.

Sulassa suolalammikossa tapahtuvan mustalipeän orgaanisten komponenttien kaasutuksen kuluessa muodostuu poltettava kaasu, jota käytetään sen vesipitoisen mustalipeän kuivaamiseen ja reaktioon sen kanssa, jota ruiskutetaan suljettuun tilaan sulan suolan yläpuolella. Kuivatut mustalipeän kiintoaineet, jotka ovat muodostuneet seurauksena vesipitoisen mustalipeän saattamisesta kosketukseen sulan suolalammikon pinnalta kohoavien kaasujen kanssa, putoavat lammikkoon. Sulaan suolalammikkoon muodostetaan pyörteisyyttä syöttämällä happea sisältävää kaasua sen pinnan alle. Kuivattujen mustalipeän kiintoaineiden hiukkaset dispergoituvat pyörteisyyden seurauksena, mikä helpottaa reaktiota sulaan suolalammikkoon syötetyn hapen kanssa ja johtaa mustalipeän orgaanisen sisällön kaasuuntumiseen ja mustalipeässä olevien hapettuneiden rikkiyhdisteiden pelkistymiseen sulfidiksi. Natriumsulfidia sisältävää sulatetta poistetaan sulasta suola-lammikosta ja se sammutetaan natriumsulfidin ja natriumkarbonaatin liuoksen aikaansaamiseksi, jota voidaan käyttää viherlipeänä paperinvalmistusprosessissa. Haluttaessa vesipitoista sulfidi-liuosta voidaan käsitellä edelleen epäpuhtauksien poistamiseksi tai arvokkaiden komponenttien ottamiseksi talteen siitä. Kaasua, joka on tuotettu mustalipeän kaasutuksessa tämän keksinnön ρΓθ3θ33Ϊ3β3 ja jonka energiasisältö on pieni tai keskinkertainen, voidaan käyttää lukuisiin tarkoituksiin. Erityisen edullinen käyttö on kaasuturbiiniin yhdistetty kiertoprosessi.

4 81142

Sopivasti puhdistettua kaasua poltetaan kuumien palamiskaasu-jen saamiseksi, jotka syötetään kaasuturbiiniin, joka puolestaan pyörittää generaattoria. Kaasuturbiinista tulevat poistokaasut syötetään jätelämpökattilaan höyryn aikaansaamiseksi höyryturbiinia varten, joka aikaansaa prosessihöyryä ja pyörittää puolestaan generaattoria.

Mustalipeä voidaan kaasuttaa ja arvokkaat sulfidiosat ottaa talteen tämän keksinnön menetelmän mukaisesti. Paperinvalmistus-prosessista tulevan mustalipeän tulee edullisesti olla väkevöi-ty n. 45-75 %:n kiintoainepitoisuuteen. Tavanomaisten tyhjö-haihduttimien käyttö saa yleensä aikaan halutun väkevöinnin.

Toisinaan on toivottavaa käyttää hyväksi lisäpolttoainetta väkevän mustalipeäsyötön lisäksi poltettavan kaasun muuttumattoman tuotannon aikaansaamiseksi jaksojen aikana, joina mustalipeän syöttö saattaa olla riittämätön tai mustalipeästä tuotetun kaasun lämpöarvon nostamiseksi. Mitä tahansa hiilipitoista materiaalia voidaan käyttää tähän tarkoitukseen. Esimerkiksi kivihiili, maaöljykoksi, maaöljyjäännökset, puu, ligniitti tai turve ovat tyydyttäviä lisäpolttoaineita. Puujäte on erityisen edullinen, koska sitä on helposti saatavissa paperinvalmistusprosessista yhdessä mustalipeäsyötön kanssa. Hiilipitoinen lisämateriaali syötetään sulan suolalammikon pinnan alle. Syöttöä helpotetaan käyttäen sellaista kaasua kuin paineilmaa, jota voidaan käyttää johtamaan hiilipitoinen materiaali sulaan suolalammikkoon. Tällaisen lisäpolttoaineen syöttönopeuden määrää poltettavan kaasun haluttu tuotantonopeus.

Kun systeemi ensimmäisen kerran käynnistetään, pelkkää natrium-karbonaattia tai natriumkarbonaattia ja natriumsulfaattia voidaan sopivasti käyttää ensimmäisen sulan suolalammikon muodostamiseen. Kuitenkin kun muuttumattoman tilan toiminta on saavutettu, lammikon koostumuksen määrää syöttömateriaalien luonne. Natriumsulfaatti, jota on läsnä alkuperäisessä musta-lipeässä tai jota lisätään rikin täydennyslähteenä, konvertoituu li 5 81142 sulassa suolassa natriumsulfidiksi. Muutkin rikkiyhdisteet konvertoituvat natriumsulfidiksi. Loput syöttömateriaaleissa olevista natriumyhdisteistä konvertoituvat pääasiassa natrium-karbonaatiksi. Tyypillisillä sulfaatti- ja natriumsulfiitti-prosessin musta- ja käytetyillä lipeillä muuttumattoman tilan sula suolalammikko sisältää n. 15-85 % natriumsulfidia lopun ollessa pääasiassa natriumkarbonaattia.

Happea sisältävää kaasua syötetään sulan suolalammikon pinnan alle, edullisesti lähelle pohjaa sopivien reaktio-olosuhteiden aikaansaamiseksi sulaan suolalammikkoon mustalipeän orgaanisen sisällön konvertoimiseksi poltettavaksi kaasuksi. Vähemmän kuin stökiometristä määrää happea, joka vaaditaan hapettamaan orgaaninen aine täydellisesti, on käytettävä, jotta varmistettaisiin, että muodostuu poltettavaa kaasua ja että pelkistävät olosuhteet säilyvät lammikossa, mikä johtaa hapettuneiden rikki-yhdisteiden muuttumiseen sulfidiksi. Pyörteisyys, jonka happea sisältävän kaasun syöttäminen sulan suolalammikon pinnan alle saa aikaan, takaa, että pinnalle putoava hiilipitoinen materiaali dispergoituu perusteellisesti ja saavutetaan hyvä kosketus happea sisältävän kaasun kuplien kanssa. Happea sisältävä kaasu voi olla ilma, happi tai happirikasteinen ilma. Ilma on edullinen johtuen sen helposta saatavuudesta ja halvasta hinnasta verrattuna happeen, joka käytännön toimintaa varten vaatii lähellä olevan happitehtaan läsnäoloa. Happea sisältävä kaasu syötetään paineen alaisena halutun kaasuvirtauksen aikaansaamiseksi sulan suolalammikon yläpuolelle. Yleensä sulan suolalammikon yläpuolelle kohoavien poltettavien kaasujen virtausnopeus ei saisi ylittää n. 3 m/s.

Paineen sulan suolalammikon yläpuolella olevassa tilassa tulee olla välillä n. 1-50 baaria ja edullisesti 5-20 baaria. Ilmakehän painetta korkeammat paineet ovat toivottavia useista syistä. Prosessin turvallisuus paranee, koska kasvanut paine estää räjähdykset, joita saattaa tapahtua sulan suolan ja veden sekoittuessa sammutussäiliössä. Tuotekaasun tilavuus ja siitä johtuen 6 81142 laitteiston koko, joka vaaditaan prosessin suorittamiseen, pienenee jopa kertoimella n. 20:1. Lisäksi suolan haihtuminen vähenee, mikä poistaa tuotettujen kaasujen laajan puhdistuksen tarpeen kaasutusprosessissa. Kohonnut kaasun paine helpottaa höyryfaasiepäpuhtauksien, kuten rikkivedyn poistoa tuotekaa-susta absorptio- tai adsorptioprosesseilla. Lisäetu prosessin käyttämisestä paineen alaisena on prosessin parantunut terminen hyötysuhde johtuen sulatteen lämpöenergian osittaisesta talteenotosta, minkä tekee mahdolliseksi sammutussäiliön liuoksen kiehumispisteen nousu painetta nostettaessa. Muuna etuna on, että tuotekaasu on käytettävissä kaasuturbiinin syötön vaatimassa paineessa. Tämä tekee prosessin käytön erityisen edulliseksi kaasuturbiinin käytön yhteydessä, jota voidaan myös käyttää paineilman aikaansaamiseen käytettäväksi sulassa suolalammikossa.

Lämpötilat sulassa suolalammikossa vaihtelevat yleensä välillä n. 700-1400°C ja ovat edullisesti välillä n. 900-1200°C. Tuote-kaasut jäähdytetään n. 400-700°C:n lämpötilaan kuivausprosessin aikana sulan suolalammikon yläpuolella olevassa tilassa. Jäähdy tysvaikutus edustaa tämän keksinnön lisäetua, koska se saa sulatteen pisarat, joita saattaa kulkeutua kohoavan kaasuvirran mukana, jähmettymään ennen kuin ne poistuvat kaasuttimesta. Tuloksena olevat kiinteät hiukkaset eivät tartu lämmönsiirtopin-noille tai syövytä niitä ja muuta laitteistoa tuotekaasun prosessointi systeemissä .

Vesipitoinen mustalipeä syötetään suljettuun vyöhykkeeseen sulan suolalammikon pinnan yläpuolelle karkean suihkun muodossa. Vesipitoisella mustalipeällä, jota ruiskutetaan suljettuun vyöhykkeeseen sopivan reaktorin sisällä, on suuri kiintoainepitoisuus, yleensä välillä n. 45-75 paino-% kiintoainetta. Mustalipeä ruiskutetaan reaktoriin sillä tavoin, että sulan suolalammikon pinnalta kohoavat kaasut kuivaavat mustalipeän pisarat, veden haihtuessa mustalipeästä ennen kuin mustalipeä saavuttaa sulan suolalammikon pinnan. Näin ollen olennaisesti kuivia musta-lipeän kiintoainehiukkasia putoaa sulan suolalammikon pinnalle.

II

7 81142

Suihkuhiukkaset voivat myös iskeytyä astian sisäseinämille sulan suolalammikon yläpuolelle, johon ne tarttuvat ja kuivuvat muodostaen hiilipitoisen materiaalin ja suolojen kerrostumia, jotka sen jälkeen putoavat lammikkoon ja joille tapahtuvat halutut kaasuuntumis- ja pelkistymisreaktiot. Ei ole kuitenkaan toivottavaa syöttää mustalipeää niin hienojakoisena suihkuna, että kuivuneet, hienojakoiset mustalipeän kiintoaineet kulkeutuvat pois niiden kuumien kaasujen mukana, jotka kohoavat sulan suolalammikon pinnalta. Suihkun korkeus säädetään siten, että tapahtuu riittävää kuivumista mukanakulkeutumisen ollessa mahdollisimman vähäistä.

Kaasulla, joka on muodostunut sulassa suolalammikossa musta -lipeän kiintoaineiden kaasuuntumisen seurauksena, on lämpöarvo yli n. 3,35 kJ/1 (kuivaksi laskettuna), joka johtuu pääasiassa CO:n, H2:n ja CH^:n läsnäolosta. Kun kaasu kohoaa mustalipeän kuivausvyöhykkeen läpi, sen vesihöyrysisältö kasvaa ja sen lämpötila laskee haihtumisen seurauksena, jota tapahtuu musta-lipeän pisaroista. Lisäksi vesihöyryn lisääntyminen saa tapahtumaan vesikaasun muutosreaktion seuraavasti: CO + h2o -► co2 + h2 Tämä johtaa kaasukoostumuksen muutokseen niin, että kaasuttimen yläosasta poistuva kaasu sisältää vähemmän CO:a ja enemmän H20:a kuin sulasta suolalammikosta poistuva kaasu. Reaktio ei kuitenkaan muuta oleellisesti lämpöarvoa.

Kaasutuotteen puhdistus voidaan helposti suorittaa monilla eri tavoilla. Esimerkiksi käsittelyä absorptiokolonnissa, jossa kaasu pestään absorptioaineella, kuten alkalisella vesiliuoksella H2S:n ja osittain C02:n poistamiseksi tai suodattamista suur-tehosuodattimessa, kuten kangassuodattimessa hiukkasmaisten aineiden poistamiseksi tai skrubbaamiseksi savuskrubberissa, jossa kaasu saatetaan kosketukseen vesisuihkun kanssa, tai näiden tai vastaavien kaasunpuhdistusvälineiden yhdistelmää voidaan käyttää halutun puhdistuksen saavuttamiseen.

8 81142

Pelkistetyt rikkiosat säilyvät sulassa suolalammikossa sulfidina vähintään n. 90 %:n ja edullisesti vähintään n. 95 %:n sulan suolalammikon rikkisisällöstä ollessa sulfidin muodossa. Nat-riumsuolat voidaan ottaa talteen vetämällä pois sulan suolan virta ja sammuttamalla se veteen tai vesiliuokseen soodalipeä-virran muodostamiseksi, jota voidaan prosessoida tavanomaiseen tapaan, mikä tekee mahdolliseksi käyttää natriumsuolat uudelleen paperinvalmistusprosessissa. On erityisen toivottavaa sammuttaa sula suola astiassa, jota pidetään paineen alaisena sulate-vesiräjähdysten välttämiseksi, kuten yllä korostettiin. On myös toivottavaa poistaa sulan suolan virta kaasuttimesta ylivirtaus-aukon avulla, joka sijaitsee happea sisältävän kaasun ruiskutus-pisteen yläpuolella, jotta varmistetaan, että sulan suolan lammikko säilyy joka hetki ja että syöttökaasu pakotetaan kuplimaan sen läpi.

Tyypillistä systeemiä, jossa käytetään hyväksi tätä keksintöä kuvataan nyt viitaten piirrokseen.

Viitaten piirroksen kuvaan 1 siinä esitetään sulan suolan kaasu-tusreaktori, jota käytetään kaasuturbiiniin liitetyn kiertosys-teemin kanssa, mikä edustaa tämän keksinnön edullista toteutus-muotoa. Paperin valmistusprosessista saatu puujäte syötetään putken 2 ja venttiilin 4 kautta sulkusuppiloon 6, josta puujäte kulkee venttiilin 5 kautta toiseen sulkusuppiloon 10. Sulku-suppiloita ohjataan paineistuskaasulla tavanomaiseen tapaan, jota käytetään kiintoaineiden syöttämiseen paineistettuun astiaan. Sulkusuppilosta 10 puujäte kulkee putken 12 ja syöttöventtiilin 14 kautta putkeen 16, jonka läpi virtaa paineilmaa. Puujätettä kuljetetaan paineilman avulla ja se ruiskutetaan yhdessä ilman kanssa reaktorissa 20 olevan sulan suolalammikon 18 pinnan alapuolelle. Reaktoria kuvataan yksityiskohtaisemmin kuvan 2 yhteydessä. Paperinvalmistusprosessista tulevaa mustalipeää, jonka kuiva-ainepitoisuus on n. 45-75 %, ruiskutetaan reaktoriin 20 sulan suolalammikon 18 pinnan yläpuolelle putken 22 ja suut-timen 24 kautta. Reaktorista 20 tuleva kaasumainen tuote poistuu putkessa 26 lämmön talteenottosysteemiin 28 ja sen jälkeen putken 30 läpi absorptiotorniin 32. Absorptioainetta syötetään li 9 81142 absorptiotorniin 32 putken 34 kautta. Absorptioaine voi olla heikkoa mustalipeää tai tavanomaista absorptioainetta, kuten etanoliamiiniliuosta, voidaan käyttää H^Stn ja muiden epämieluisten komponenttien poistamiseen kaasusta. Käytetty absorptio-aine poistuu absorptiotornista 32 putken 36 kautta. Absorptio-tornista 32 tulevat osittain puhdistetut kaasut johdetaan putken 38 kautta savuskrubberiin 40 jatkopuhdistusta varten. Vettä syötetään savuskrubberiin 40 putken 42 kautta ja se poistuu putken 44 kautta. Skrubatut kaasut poistuvat putken 46 kautta kaasuturbiinipolttimeen 48. Ilmaa syötetään polttimeen 48 putken 50, kompressorin 52 ja putken 53 kautta. Kompressorista 52 tuleva ilma syötetään myös putken 54 kautta lisäkompressoriin 55 ja siitä paineilmaputkeen 56, joka syöttää putkia 58 ja 16 ilman johtamiseksi sulaan suolalammikkoon 18. Kuumat, puhtaat palamiskaasut poistuvat polttimesta 48 putken 59 kautta ja ne syötetään kaasuturbiiniin 60, joka pyörittää generaattoria 62 ja kompressoria 52. Kaasuturbiinista 60 tulevat laajentuneet kaasut johdetaan putken 64 kautta jätelämpökattilaan 66, johon vettä syötetään muutettavaksi höyryksi putken 68 kautta. Jäte-lämpökattilassa 66 tuotettu höyry poistuu putken 70 kautta höyryturbiiniin 72, joka pyörittää generaattoria 74. Prosessi-höyry ohjataan höyryturbiinista 72 putken 75 kautta. Poisto-kaasut jätelämpökattilasta 66 poistuvat putken 76 kautta savu-: piippuun 77 laskettavaksi ilmakehään. Ylivirtaava sulate reaktorista 20 virtaa putken 7j3 kautta sammutus säiliöön 82.

Vettä syötetään sammutussäiliöön 82 putken 80 kautta. Sulatteen sammutuksesta saatava vesiliuos poistetaan sammutussäiliöstä 82 putken 84, pumpun 86 ja putken 88 kautta. Osa liuoksesta kierrätetään sammutussäiliöön 82 putken 90 kautta ja se toimii murtaen sulatteen alasputoavan virran sen poistuessa putkesta 78. Toinen osa liuoksesta syötetään putkesta 88 putken 92 kautta viherlipeän varastosäiliöön 94. Putki 96 johtaa viher-lipeän varastosäiliöstä 94 asianmukaiseen paperinvalmistusprosessin kohtaan, esimerkiksi sulfaattiprosessitehtaan kaustisointi-vaiheeseer).

10 81142

Kuva 2 esittää reaktoria ja sammutussäiliötä ja niiden toimintaa yksityiskohtaisemmin. Reaktorin lOO esitetään koostuvan metallisäiliöstä 102, joka on vuorattu tulenkestoisella eristeellä 104. Mustalipeän syöttö 106 johdetaan pariin syöttöputkia 108, jotka päättyvät pariin suihkusuuttimia 110. Reaktori 100 on myös varustettu parilla ilmansyöttösuuttimia 112 paineilman 114 johtamiseksi, ja tuotekaasun poistosuuttimella 116, jonka läpi tuotekaasu 118 poistuu reaktorissa 100 olevasta kaasutilasta 119. Tietyllä etäisyydellä ilman syöttösuuttimien 112 yläpuolella on sulan suolan ylivirtausaukko 120, joka on yhdistetty sammutussäiliöön 122. Sammutussäiliö 122 on varustettu nesteen syöttöputkella 124 ja poistosuuttimella 125, jonka läpi vettä tai sopivaa suolaliuosta 126, kuten kierrätettyä soodalipeää ruiskutetaan sammutussääliön 122 sisääntulon viereen alasputoa-van sulatevirran murtamiseksi. Sammutussäiliö 122 on myös varustettu kaasun poistoaukolla 128 sen yläosan lähellä, jonka läpi poistokaasu 130 voi poistua. Sammutussäiliön 122 pohjalla on purkaussuutin 132, jonka läpi viherlipeää 136 voidaan purkaa venttiilin 134 asetuksen mukaan. Reaktori 100 sisältää sulan suolan pyörteisen lammikon 138, jossa ilmakuplien 140 virta, joka on muodostunut seurauksena paineilman 114 syötöstä sulan suolan lammikkoon ilman syöttösuuttimien 112 avulla, saa aikaan suuren pyörteisyysasteen. Osa sulasta suolasta 144 virtaa yli sammutussäiliöön 122, jossa se sammutetaan sammutusnesteeseen, kuten suolan vesiliuokseen 14.6.

Käytössä suolan pyörteinen lammikko muodostetaan paineistetussa reaktorissa ja vesipitoista mustalipeää ruiskutetaan karkeana suihkuna kaasufaasiin sulan suolan pyörteisen lammikon yläpuolelle. Mustalipeän suihku muutetaan höyryksi ja kuivattujen mustalipeän kiintoaineiden hiukkasiksi pyörteisestä sulasta suolalammikosta ja siitä kohoavista kaasuista saadun lämmön avulla. Tuloksena olevat kiinteät hiukkaset putoavat sulan suolalammikon pinnalle, jolloin sen pyörteisyydestä johtuen hiukkaset uppoavat sulaan suolalammikkoon ja niitä sekoitetaan ja kierrätetään perusteellisesti lammikossa, mikä helpottaa

II

n 81142 kaasuttamista ja pelkistystä. Tuloksena oleva poltettava kaasu kohoaa sulan suolalammikon yläpuolelle reaktorin kaasutilaan. Mustalipeän rikkisisällön pelkistyksestä tuloksena oleva nat-riumsulfidi jää sulaan suolaan. Tuotekaasut poistetaan reaktorista ja niitä käytetään energialähteenä sellaisissa systeemeissä kuin kaasuturbiiniin yhdistetyssä kierrossa. Natriumsuolat otetaan talteen sammutussäiliöön ylävirtaavan sulan suolavirran jaksottaisella tai jatkuvalla poistolla, jossa sammutussäiliössä sula suola pirstotaan hienoiksi hiukkasiksi veden tai suolaliuoksen suihkun avulla, joka syötetään pirskotussuuttimen läpi ja jotka hiukkaset putoavat vesipitoiseen sammutusliuokseen. Tuloksena oleva liuos tai liete voidaan poistaa viherlipeä-tuotteena. Kaasut voidaan laskea ulos sammutussäiliöstä myytäväksi tai haluttaessa käyttää niitä edelleen.

Tätä keksintöä on helpompi ymmärtää viittaamalla seuraaviin esimerkkeihin, joiden on tarkoitettu kuvaavan tämän keksinnön prosessia eikä millään tavoin rajoittavan sitä.

Esimerkki 1

Mustalipeää, jolla oli taulukossa 1 esitetty koostumus, kaasutettiin tämän keksinnön periaatteiden mukaisesti halkaisijaltaan 150 cm:n alumiinioksidiupokaskaasuttimessa, jonka korkeus oli 137 cm ja joka oli asetettu sähköuuniin. Valmistettiin sulat- ____ teen alkuperäinen panos, joka^koostui natriumkarbonaatista ja natriumsulfidistä suhteessa, joka oli odotettavissa valitusta mustalipeästä saadulle sulatteelle (ts. n. 70 % Na2C02 ja 30 % Na2S). Ajon aikana mustalipeää ruiskutettiin alaspäin karkeana suihkuna suuttimesta, joka sijaitsi n. 112 cm sulan suolan lammikon pinnan yläpuolella ja ilmaa ruiskutettiin lähelle lammikon pohjaa keraamisen putken avulla. Ilman suhde : mustalipeään asetettiin ylläpitämään lämpötilaa vakiona halu tulla tasolla (950-1000°C) ja uunia käytettiin lämpöhäviön minimoimiseksi kaasuttimesta tai lämpösaannon minimoimiseksi kaasuttimeen. Lammikon taso kohosi 152 mm:stä n. 241 mm:iin ajon aikana johtuen lisäsulatteen muodostumisesta mustalipeä-syötöstä. Rikin pelkistymisasteen sulatteessa annettiin 12 81142 saavuttaa muuttumaton tila, ennen kuin näytteet otettiin.

Tämän kokeen tulokset esitetään taulukossa 2.

Taulukko 1

Mustalipeän kemiallinen analyysi Komponentti Paino-%

Kiintoaineet 64,74

Orgaaninen hiili 22,34

Vetyä orgaanisissa yhdisteissä 2,70

Epäorgaaninen hiili Na^CO^ina 3,48

Na 12,28 S 2,92

Na2S 4,58

Na2S203 1,78

Na SO 0,03

Na2S0^ 1,53

Na-polysulfidit 0,01

NaOH 1,25

Kloridi NaCl:na 0,26

Sulfaattituhka 47,52 pH 12,1

Taulukko 2

Sulatteen lämpötila 978°C

Mustalipeän kiintoaineet 64,7 %

Tuotekaasu

Koostumus Tilavuus-% kuivaksi laskettuna C02 14,2 CO 12,6 H2 18,6 CH4 2,1 C2H4 0,3 N2 (ja Ar) 52,1 H2S 0,2 Lämpöarvo 4,69 kJ/1 li 13 81142

Taulukko 2 (jatkuu)

Sula suola

Koostumus Paino-%

Na2S 29,9

Na2C03 66,4

Kokonaisrikki (S:nä) 12,8

Pelkistyshyötysuhde 98,6 % Tämä esimerkki osoittaa, että tuotekaasu, jonka lämpöarvo (HHV) on 4,69 kJ/1, ja sula suolatuote, joka sisältää rikkiä, joka on 98,6 %:sesti sulfidimuodossa, voidaan saada tämän keksinnön menetelmän avulla.

Seuraava esimerkki kuvaa samanlaisen prosessin käyttöä, jossa mustalipeä syötetään vesiliuoksena sulan suolalammikon pinnan alle.

Esimerkki 2

Noudatettiin esimerkin 1 menettelyä paitsi, että mustalipeä ruiskutettiin ilman kanssa sulatteen pinnan alle. Koska musta-lipeän kuivausta sulatteen yläpuolella ei suoritettu, käytettiin jonkin verran lyhyempää, 91,5 cm:n upokasta. Tämän kokeen tulokset esitetään taulukossa 3.

14 81142

Taulukko 3

Sulatteen lämpötila 997°C

Mustalipeän kiintoaineet 64,7 %

Tuotekaasu

Koostumus Tilavuus-% kuivaksi laskettuna C02 16,6 CO 7,4 H2 10,4 CH4 1,4 C2H4 °'Χ N2 (ja Ar) 62,9 H2S 0,3 Lämpöarvo 2,61 kJ/1

Sula suola

Koostumus Paino-%

Na2S 17,2

Na2C03 63,9

Kokonaisrikki (S:nä) 10,9

Pelkistyshyötysuhde 65 % Tämä esimerkki osoittaa, että tuotekaasu, jonka lämpöarvo on vain 2,63 kJ/1, ja sula suolatuote, joka sisältää rikkiä, joka on vain 65 %:sesti sulfidimuodossa, voidaan saada ruiskuttamalla vesipitoinen mustalipeä sulatteen pinnan alle. Nämä tulokset ovat paljon epätyydyttävämpiä kuin lämpöarvo 4,69 kJ/1 ja 98,6 %:n pelkistyshyötysuhde, jotka toteutettiin esimerkissä 1 käyttäen tämän keksinnön menetelmää.

Seuraava esimerkki kuvaa samanlaisen prosessin käyttöä, jossa esikuivattuja mustalipeän kiintoaineita syötetään sulan suola-lammikon pinnan alle.

Esimerkki 3

Noudatettiin esimerkin 1 menettelyä paitsi, että mustalipeän kiintoaineet ruiskutettiin ilman kanssa sulatteen pinnan alle. Kuten esimerkissä 2, käytettiin 71,5 cm korkeaa upokasta.

Tämän kokeen tulokset esitetään taulukossa 4.

Il is 81142

Taulukko 4

Sulatteen lämpötila 925°C

Mustalipeän kiintoaineet 99 %

Tuotekaasu

Koostumus Tilavuus-% kuivaksi laskettuna C02 8,6 CO 21,0 H2 11,3 CH4 1,3 C2H4 °'1 N2 (ja Ar) 57,6 h2s 0,1 Lämpöarvo 4,43 kJ/1

Sula suola

Koostumus Paino-%

Na2S 20,4

Kokonaisrikki (S:nä) 8,4

Pelkistyshyötysuhde 99,9 % Tämä esimerkki osoittaa, että tuotekaasu, jonka lämpöarvo on 4,43 kJ/1, ja tuotesulate, joka sisältää rikkiä, joka on 99,9 %:sesti sulfidimuodossa, voidaan saada ruiskuttamalla musta-lipeän kiintoaineet sulatteen pinnan alle.

Tämä esimerkki osoittaa, että tyydyttävä tuotekaasu ja erinomainen rikin pelkistys voidaan saavuttaa, jos mustalipeä kuivataan kiinteään muotoon ennen kuin ne syötetään sulan suolan kaasuttimeen. Tämä vaatii kuitenkin vaikean ja kalliin esi-kuivausoperaation. On myös huomattava, että esikuivatuilla mustalipeän kiintoaineilla tuotettu kaasu (esimerkki 3) sisältää enemmän C0:a ja vähemmän H2:a kuin tämän keksinnön menetelmällä (esimerkki 1) tuotettu. Suurempi H2/C0-suhde, jonka tulisi edullisesti olla yli n. 1, on keksinnön lisäetu, koska se parantaa poltto-ominaisuuksia ja vähentää mahdollista tuotekaasun hiililaskeutumaa.

ie 81142

On luonnollisesti ymmärrettävää, että tämän keksinnön prosessin suunnitteluun ja käyttöön voidaan tehdä erilaisia muunnoksia poikkeamatta sen hengestä. Tuotekaasua voidaan esimerkiksi käyttää lämmityskaasuna, tai sitä voidaan käyttää hyväksi höyryn-kehittimessä. Lisäksi sulatetta voidaan prosessoida vaihtoehtoisin tavoin riippuen siitä, mihin tarkoitukseen sulfidi-tuotetta on määrä käyttää. Niinpä vaikka on selostettu keksinnön periaatteellista edullista käyttömuotoa ja tapaa ja sitä, minkä tällä hetkellä katsotaan edustavan parasta toteutusmuotoa, on ymmärrettävä, että liitteenä olevien patenttivaatimusten puitteissa tätä keksintöä voidaan soveltaa käytäntöön muulla tavoin kuin on nimenomaan kuvattu ja esitetty.

il

Claims (9)

1. Menetelmä mustalipeän kaasuttamiseksi käsittäen happea sisältävän kaasun syöttämisen sulaan suolalammikkoon, joka koostuu kaasutusastiassa olevista alkalimetallikarbonaatis-ta ja alkalimetallisulfidistä, syötettävän happea sisältävän kaasun kokonaismäärän ollessa vähemmän kuin mustalipeän täydelliseen polttamiseen tarvittava stökiömetrinen määrä; mustalipeän syöttämisen mainittuun lammikkoon; mustalipeän muuttamisen kuumaksi kaasujen virraksi, joka kohoaa pois mainitusta lammikosta, ja alkalimetallisuoloiksi, jotka sulautuvat mainitussa lammikossa oleviin suoloihin; ja mainitun kaasujen virran poistamisen mainitun kaasutusastian yläosasta tuotekaasuna ja sulan suolatuotteen poistamisen mainitun kaasutusastian alaosasta; tunnettu siitä, että syötetään mainittu happea sisältävä kaasu mainitun sulan suola-lammikon pinnan alapuolelle mainitun kaasutusastian alaosassa riittävällä nopeudella suuren pyörteisyysasteen tuottamiseksi mainittuun lammikkoon, kaiken happea sisältävän kaasun tullessa syötetyksi mainittuun alaosaan; syötetään kaikki kaasutettava mustalipeä karkean vesisuihkun muodossa kaasutusastian yläosaan saattamiseksi yhteyteen mainitusta lammikosta kohoavan kuuman kaasujen virran kanssa, jolloin vesi haihtuu vesipitoisesta mustalipeästä kuumaan kaasujen virtaan tuottaen lämpötilaltaan laskeneen tuotekaa-sun ja kuivattuja mustalipeän kiintoaineita, jotka putoavat mainitun lammikon pinnnalle ja dispergoituvat siihen; mainitun lämpötilaltaan laskeneen tuotekaasuvirran lämpöarvon ollessa kuivana laskettuna vähintään noin 3,35 kJ/1, ja mainitun sulan suolatuotteen rikkipitoisuudesta vähintään noin 90 % ollessa alkalimetallisulfidin muodossa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu happea sisältävä kaasu koostuu ilmasta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paine sanotussa kaasutusastiassa on välillä n. 5-20 baaria. ie 81142

4. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun lämpötilaltaan laskeneen kaasun lämpötila on alueella 400-700°C, mainitun tuote-kaasun lämpötilan alenemisen aiheuttaessa kaiken mainitun kohoavan kuuman kaasun mukana poistuvan sulan suolan kiin-teytymisen muodostaen mainittuun tuotekaasuun irrallisia kiintoainepartikkeleita.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanotun vesipitoisen musta-lipeän kiintoainepitoisuus on n. 45-75 %.

6. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanotun sulan suolalammikon lämpötila on välillä n. 900-1200°C.

7. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanotun tuote-kaasun i^/CO-suhde on suurempi kuin n. 1.

8. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottua tuote-kaasua käytetään kaasuturbiinissa.

9. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että: sammutetaan sanottu sula suolatuote vesiliuokseen; otetaan talteen alkalimetallisulfidia sisältävä liuos sammutetusta sulasta suolasta; puhdistetaan sanottu tuotekaasu hiukkasmaisten aineiden poistamiseksi; poltetaan puhdistettu tuotekaasu; ja syötetään kaasut, jotka on saatu polttamalla sanottu puhdistettu tuotekaasu, kaasuturbiiniin. 19 81142