FI85516C - FOERGASNING AV SVARTLUT. - Google Patents

FOERGASNING AV SVARTLUT. Download PDF

Info

Publication number
FI85516C
FI85516C FI863287A FI863287A FI85516C FI 85516 C FI85516 C FI 85516C FI 863287 A FI863287 A FI 863287A FI 863287 A FI863287 A FI 863287A FI 85516 C FI85516 C FI 85516C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
black liquor
gas
zone
gasification
vessel
Prior art date
Application number
FI863287A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI863287A (en
FI863287A0 (en
FI85516B (en
Inventor
Arthur L Kohl
Original Assignee
Rockwell International Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US06/779,321 external-priority patent/US4682985A/en
Application filed by Rockwell International Corp filed Critical Rockwell International Corp
Publication of FI863287A0 publication Critical patent/FI863287A0/en
Publication of FI863287A publication Critical patent/FI863287A/en
Publication of FI85516B publication Critical patent/FI85516B/en
Application granted granted Critical
Publication of FI85516C publication Critical patent/FI85516C/en

Links

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C11/00Regeneration of pulp liquors or effluent waste waters
    • D21C11/12Combustion of pulp liquors
    • D21C11/125Decomposition of the pulp liquors in reducing atmosphere or in the absence of oxidants, i.e. gasification or pyrolysis

Description

1 4BSS4 61 4BSS4 6

Mustalipeän kaasutus Tämä keksintö koskee mustalipeän kaasutusta. Tarkemmin sanoen keksintö koskee laitteistoa ja menetelmää 5 mustalipeän vesiliuoksen hallituksi kaasuttamiseksi sulan suolan avulla palavan kaasun tuottamiseksi.This invention relates to the gasification of black liquor. More specifically, the invention relates to an apparatus and method for the controlled gasification of an aqueous solution of black liquor by means of a molten salt to produce a combustible gas.

Selluloosan ja paperin valmistuksessa, jossa käytetään natriumpohjäisiä sulfaatti- ja sulfiittiprosesseja, puun keitto aikalisille vesiliuoksilla johtaa sivutuotteen 10 muodostumiseen, joka tunnetaan jäte- tai mustalipeänä ja josta jäljempänä käytetään nimitystä mustalipeä. Taloudellisuuden toteuttamiseksi koko keittoprosessissa tätä sivutuotetta ei voida hävittää jätemateriaalina, vaan se on sen sijaan muutettava hyödyllisiksi tuotteiksi. Erityises-15 ti on toivottavaa regeneroida natriumsulfidi, jota voidaan käyttää aktiivisten liuosten palauttamiseen ennalleen prosessin massankeittovaihetta varten. Lisäksi on toivottavaa käyttää mustalipeää hyväksi energialähteenä.In the manufacture of cellulose and paper using sodium-based sulfate and sulfite processes, cooking wood with temporal aqueous solutions results in the formation of a by-product 10, known as waste or black liquor, hereinafter referred to as black liquor. In order to be economical throughout the cooking process, this by-product cannot be disposed of as waste material but must instead be turned into useful products. In particular, it is desirable to regenerate sodium sulfide, which can be used to restore active solutions for the pulping step of the process. In addition, it is desirable to use black liquor as an energy source.

Yleisimmin toteutetussa mustalipeän prosessointime-20 netelmässä käytetään hyväksi Tomlinsonin talteenottouunia (josta käytetään myös nimitystä Tomlinsonin talteenotto-kattila ). Tässä systeemissä väkevöity mustalipeä poltetaan erikoisrakenteisen kattilan uunissa höyryn tuottamiseksi, sulan suolatuotteen valmistamiseksi, josta käyte-25 tään yleisesti nimitystä "sulate" ja joka sisältää natriumkarbonaattia ja natriumsulfidia, ja palamattoman poistokaasun tuottamiseksi, joka sopivan puhdistuksen jälkeen lasketaan ilmakehään. Tomlinsonin kattilaa käyttävä prosessi on palvellut selluloosa- ja paperiteollisuutta noin -'30 50 vuotta, mutta siinä on kuitenkin vakavia puutteita.The most commonly implemented black liquor processing method utilizes a Tomlinson recovery furnace (also referred to as a Tomlinson recovery boiler). In this system, concentrated black liquor is burned in a specially designed boiler furnace to produce steam, to produce a molten salt product commonly referred to as "melt" containing sodium carbonate and sodium sulfide, and to produce a non-combustible exhaust gas which, after suitable purification, is discharged to the atmosphere. The process using the Tomlinson boiler has served the pulp and paper industry for about -'30 50 years, but it still has serious shortcomings.

Poistokaasun suurta tilavuusmäärää on vaikea puhdistaa ja se voi muodostaa ympäristöongelman; kaikki talteen saatu energia on höyryn muodossa, jolla on rajoitettu käyttö; räjähdyksiä voi tapahtua, jos kattilan putket vuotavat ja \ 35 aiheuttavat veden pääsemisen kosketukseen sulatteen kans- 2 8.5 516 sa; ja rikkiyhdisteiden pelkistys sulfideiksi on epätäydellistä.The large volume of the exhaust gas is difficult to clean and can be an environmental problem; all the energy recovered is in the form of steam with limited use; explosions can occur if the boiler pipes leak and \ 35 cause water to come into contact with the melt; 2 8.5 516 sa; and the reduction of sulfur compounds to sulfides is incomplete.

Erilaisia menetelmiä, joihin liittyy Tomkinsonin uunin vaihtoehtoja tai parannuksia, on käytetty tai ehdo-5 tettu käytettäväksi mustalipeän muuttamiseksi hyödyllisik si tuotteiksi.Various methods involving alternatives or improvements to the Tomkinson furnace have been used or proposed to convert black liquor into useful products.

US-patentissa 1 808 773 esitetään menetelmä, jossa käytetään hyväksi mustalipeän talteenottouunia, jossa on kaksi polttovyöhykettä. Ensimmäisessä korkean lämpötilan 10 polttovyöhykkeessä uuniin ruiskutetusta mustalipeästä poistetaan vettä ja se poltetaan oleellisesti täydellisesti. Toisessa vyöhykkeessä, joka sijaitsee ensimmäisen vyöhykkeen ja uunin pohjan välissä, lisämäärä mustalipeää ruiskutetaan uuniin yhdessä natriumsulfaatin kanssa. Tässä 15 toisessa vyöhykkeessä vesi poistetaan mustalipeästä haihduttamalla. Mustalipeän osittainen poltto johtaa sienimäi-sen hiilen kiinteän, sulavan kerroksen muodostumiseen uunin pohjalle, jolloin siihen on sekoittunut mustalipeästä peräisin olevia alkalijäännöksiä ja lisättyä natriumsul-20 faattia. Uunin pohjalla ylläpidetyt pelkistävät olosuhteet johtavat sulfaatin pelkistymiseen sulfidiksi. Sulat suolat tihkuvat alaspäin sienimäisen hiilikerroksen läpi ja poistuvat uunista pohjalaskuputken kautta. Vaikka tämä menetelmä muodostaa vaihtoehdon Tomlinsonin talteenottokatti-25 lan käytölle, kahden erillisen polttovyöhykkeen tarve vaatii kömpelön laitteiston. Samoin lämmön talteenoton järjestämisen puuttuminen johtaa mustalipeän polttoarvon menetykseen. Edelleen, vaikka tapahtuu natriumsulfaatin muuttumista natriumsulfidiksi ja mustalipeän palamista, ; 30 muuttumattoman sulfaatin prosenttimäärä on suhteellisen korkea, vaihdellen 8 ja 12 %:n välillä.U.S. Patent 1,808,773 discloses a process utilizing a black liquor recovery furnace having two combustion zones. In the first high temperature combustion zone 10, the black liquor injected into the furnace is dewatered and burned substantially completely. In the second zone, located between the first zone and the bottom of the furnace, an additional amount of black liquor is injected into the furnace together with sodium sulfate. In this second zone, water is removed from the black liquor by evaporation. Partial combustion of the black liquor results in the formation of a solid, fusible layer of fungal carbon on the bottom of the furnace, mixed with alkali residues from the black liquor and added sodium sulfate. The reducing conditions maintained at the bottom of the furnace result in the reduction of sulfate to sulfide. The molten salts seep down through the spongy layer of carbon and exit the furnace through a bottom downcomer. Although this method is an alternative to using a Tomlinson recovery boiler, the need for two separate combustion zones requires clumsy equipment. Similarly, the lack of arrangement for heat recovery results in a loss of calorific value of black liquor. Still, although there is a conversion of sodium sulfate to sodium sulfide and combustion of black liquor,; The percentage of unchanged sulfate is relatively high, ranging from 8 to 12%.

US-patentissa 1 931 536 kuvataan menetelmä sekä ruiskutetun mustalipeän että mustalipeäjauheen kontrolloimiseksi sulatusuunissa. Inerttiä kaasua syötetään sula-'·1 35 tusuuniin ruiskutetun mustalipeän tai kuivatun mustalipeä- I; · « • · · 3 85516 jauheen sisääntulokohdasta tai läheltä sitä. Tämä inertti kaasu hidastaa mustalipeän haihtuvien aineosien palamista ja tekee mahdolliseksi ruiskutetun väkevöidyn lipeän tai kuivatun mustalipeäjauheen syöttämisen sulatusuuniin jon-5 kin matkan päästä, ennen kuin mustalipeän orgaanisen ja hiilisisällön palaminen tapahtuu suhteellisen syvässä kerroksessa sulatusuunissa. Tämä menetelmä edustaa parannusta tavanomaiseen Tomlinsonin talteenottokattilaan verrattuna, mutta sillä on samat perusrajoitukset; mustalipeä palaa 10 täydellisesti, jolloin syntyy suuri tilavuusmäärä epäpuhdasta poistokaasua ja muodostuu ainoastaan höyryä.U.S. Patent 1,931,536 describes a method for controlling both injected black liquor and black liquor powder in a melting furnace. Inert gas is fed to the melting furnace by spraying black liquor or dried black liquor; · «• · · 3 85516 from or near the powder entry point. This inert gas slows the combustion of the volatile constituents of the black liquor and allows the injected concentrated liquor or dried black liquor powder to be fed to the melting furnace some distance before the combustion of the organic and carbon contents of the black liquor takes place in a relatively deep bed in the melting furnace. This method represents an improvement over a conventional Tomlinson recovery boiler, but has the same basic limitations; the black liquor burns 10 completely, producing a large volume of impure exhaust gas and forming only steam.

US-patentissa 2 056 266 kuvataan yhdistetyn sulat-timen ja hyvin paljon Tomlinsonin kattilaa muistuttavan kattilan käyttö alkalimetallin talteenottoon mustalipeästä 15 ja sen lämpösisällön hyväksikäyttöön. Kuivattuja mustalipeän kiintoaineita syötetään kiinteän polttoaineen kerros-vyöhykkeeseen, jossa ne poltetaan pelkistävässä atmosfäärissä sillä seurauksella, että osittain palaneita kaasuja kohoaa polttoainekerroksesta. Nämä osittain poltetut kaa-20 sut poltetaan sitten täydellisesti syöttämällä ilmavirta polttovyöhykkeeseen kerroksen yläpuolelle. Polttovyöhyke sisältää kattilaputket höyryn tuottamiseksi. Polttovyöhyk-keessä syntyneiden poistokaasujen annetaan kohota ja inerttiä kaasua puhalletaan polttoainekerrokseen kiintei-25 den aineiden kulkeutumisen estämiseksi polttoainekerroksesta kohoavien kaasujen mukana ja selvästi erottuvan ero-tuslinjan synnyttämiseksi vyöhykkeiden välille. Sulaneet alkaliset aineet lasketaan pois kerroksen pohjalta. Tämä menetelmä vaatii mustalipeän muuttamisen mustalipeän kiin-30 toaineiksi ennen niiden syöttämistä polttoainekerrosvyö-hykkeeseen. Lisäksi menetelmän toteuttamiseen tarvittava laitteisto on minomutkainen ja vaatii erillisen laitteen mustalipeän kuivaamiseksi.U.S. Patent 2,056,266 describes the use of a combined melter and a boiler very similar to a Tomlinson boiler to recover alkali metal from black liquor 15 and to utilize its thermal contents. The dried black liquor solids are fed to a solid fuel bed zone where they are burned in a reducing atmosphere with the result that partially burned gases rise from the fuel bed. These partially burned gas-20s are then completely burned by supplying an air stream to the combustion zone above the bed. The combustion zone includes boiler tubes to produce steam. Exhaust gases generated in the combustion zone are allowed to rise and an inert gas is blown into the fuel bed to prevent solids from escaping from the fuel bed with the rising gases and to create a distinct line of separation between the zones. Molten alkaline substances are discharged from the bottom of the bed. This method requires the conversion of black liquor into black liquor solids prior to their introduction into the fuel bed zone. In addition, the equipment required to implement the method is mini-complex and requires a separate device to dry the black liquor.

US-patentissa 2 182 428 esitetään menetelmä jäteli-35 peiden kuivaamiseksi ruiskuttamalla haihdutettava lipeä 4 85516 lämmönsiirtoväliaineen, kuten öljyn, tervan, pien, asfaltin tai vahan pinnalle. Koska lämmönsiirtoväliaine on inertti eikä mitään palamis- tai pelkistysreaktioita tapahdu, jätelipeät pelkästään haihdutetaan ottamatta tal-5 teen mitään hyödyllistä tuotetta haihdutetuista lipeistä.U.S. Patent 2,182,428 discloses a method for drying waste 35 by spraying evaporative lye 4,85516 onto the surface of a heat transfer medium such as oil, tar, small, asphalt or wax. Since the heat transfer medium is inert and no combustion or reduction reactions take place, the waste liquors are merely evaporated without removing any useful product from the evaporated liquors.

US-patenteissa 3 639 111 ja 3 718 446 esitetään menetelmä puhtaasti palavan polttoaineen tuottamiseksi orgaanisen materiaalin, kuten sulfaattijätelipeän, korkean lämpötilan tislauksella ja pyrolyysillä. Jotta saavutet-10 täisiin vaaditut krakkauslämpötilat pyrolyysivyöhykkeessä, kontrolloitu määrä happea sisältävää kaasua (korkeintaan noin 15 % täydelliseen polttoon vaaditusta määrästä) syötetään krakkausoperaation aikana. Koska happea sisältävä kaasu, pyrolysoitava mustalipeä ja tuotekaasut virtaavat 15 samansuuntaisesti systeemin läpi ja tuotekaasu poistuu täydessä reaktiolämpötilassa luovuttamatta lämpöä sisään-tulevalle materiaalille, prosessi on termisesti tehoton. Edelleen sekä epäsuoran lämmönvaihdon että suoran polton vaatimukset edellyttävät suhteellisen suurta, monimutkais-20 ta laitteistoa.U.S. Patents 3,639,111 and 3,718,446 disclose a process for producing pure combustible fuel by high temperature distillation and pyrolysis of an organic material, such as sulfate waste liquor. In order to achieve the required cracking temperatures in the pyrolysis zone, a controlled amount of oxygen-containing gas (up to about 15% of the amount required for complete combustion) is fed during the cracking operation. Because the oxygen-containing gas, pyrolyzable black liquor, and product gases flow in parallel through the system and the product gas exits at full reaction temperature without transferring heat to the incoming material, the process is thermally inefficient. Furthermore, the requirements for both indirect heat exchange and direct combustion require relatively large, complex equipment.

US-patentissa 3 916 617 kuvataan suolan käyttö vä-häenergisen kaasun tuottamiseen hiilipitoisen materiaalin kaasutuksesta ja osittaisesta hapetuksesta. Hiilipitoista materiaalia ylläpidetään sulan suolan vyöhykkeessä halutun 25 pelkistävän atmosfäärin aikaansaamiseksi, kun ilmaa johdetaan tähän sulan suolan vyöhykkeeseen hiilipitoisen materiaalin osittaiseksi polttamiseksi. Kun ilmaa ja mustali-peää syötetään sulan suolan reaktiovyöhykkeeseen, mustali-peässä olevan veden haihduttamiseen vaadittu lämpö on ai- 30 kaansaatava polttoreaktioilla. Tämä edellyttää suurta il- : * : man ja mustalipeän välistä suhdetta ja johtaa huonolaatui sen kaasun tuotantoon (tyypillisesti alle 2 600 kJ/m3).U.S. Patent 3,916,617 describes the use of a salt to produce a low energy gas from gasification and partial oxidation of a carbonaceous material. The carbonaceous material is maintained in the molten salt zone to provide the desired reducing atmosphere when air is introduced into this molten salt zone to partially burn the carbonaceous material. When air and black-head are fed to the molten salt reaction zone, the heat required to evaporate the water in the black-head must be provided by combustion reactions. This requires a high ratio of air to black liquor and results in poor quality gas production (typically less than 2,600 kJ / m3).

____: Tästä seuraa, että tämän US-patentin mukainen menetelmä on pääasiassa hyödyllinen kivihiilen ja muiden suhteellisen 35 kuivien hiilipitoisten materiaalien kaasutukseen.____: It follows that the process of this U.S. patent is primarily useful for gasifying coal and other relatively dry carbonaceous materials.

i: 5 65516 US-patentissa 4 441 959 esitetään menetelmä lämmön ja kemikaalien talteenottamiseksi käytetyistä selluloosan keittolipeistä, jossa menetelmässä käytetään hyväksi lei-jukerrosreaktiokammiota. Väkevöity käytetty keittolipeä 5 poltetaan ilmalla leijutetussa kerroksessa, joka sisältää lukuisia inerttejä kiinteitä, hiukkasmaisia materiaaleja, joista vähintään yhdellä on hienompi hiukkaskoko kuin toisilla. Polton jälkeen hienomman hiukkaskoon hiukkasmaisia materiaaleja käsitellään ulkopuolisessa leijukerrosiämmön-10 vaihtimessa lämmön talteenottamiseksi ja hienompien hiukkasten erottamiseksi poltossa syntyneistä kaasumaisista ja kiinteistä tuotteista. Kiinteät tuotteet käsitellään tämän jälkeen sulan suolan pelkistimessä, jolloin muodostuu sulate, joka sisältää natriumsulfidia ja muita suoloja. Kaa-15 sumaiset tuotteet koostuvat olennaisesti palamattomasta poistokaasusta, jonka lämpösisältöä käytetään höyryn tuottamiseksi. Tuloksena oleva jäähdytetty poistokaasu voidaan sopivan puhdistuksen jälkeen laskea ilmakehään. Vaikka tällä menetelmällä saadaan talteen osa käytettyjen sellu-20 loosan keittolipeiden lämmöstä ja kemikaaleista, kiinteät palamistuotteet eivät pelkisty leijukerroksissa. Tämän vuoksi vaaditaan erillinen sulan suolan pelkistyslaite, mikä lisää menetelmän monimutkaisuutta.i: 5,65516 U.S. Patent 4,441,959 discloses a process for recovering heat and chemicals from spent cellulose cooking liquors, which process utilizes a Lei bed reaction chamber. The concentrated spent cooking liquor 5 is fired in an air-fluidized bed containing a plurality of inert solid, particulate materials, at least one of which has a finer particle size than the others. After combustion, finer particle size particulate materials are treated in an external fluidized bed heat exchanger to recover heat and separate the finer particles from the gaseous and solid products generated during combustion. The solid products are then treated in a molten salt reducing agent to form a melt containing sodium sulfide and other salts. Gas-like products consist essentially of a non-combustible exhaust gas, the heat content of which is used to produce steam. The resulting cooled exhaust gas can be released into the atmosphere after suitable purification. Although this method recovers some of the heat and chemicals from the spent pulp-20 broth broths, the solid combustion products are not reduced in the fluidized beds. Therefore, a separate molten salt reduction device is required, which adds to the complexity of the process.

Minkään aikaisemmin käytettävissä olleista menetel-25 mistä ei tämän vuoksi voida katsoa kykenevän vaivattomasti ja tehokkaasti ottamaan talteen oleellisesti koko mustali-peän energia- ja kemikaalisisältöä arvokkaina tuotteina.Therefore, none of the previously available methods can be considered to be able to easily and efficiently recover substantially all of the energy and chemical content of black alder as valuable products.

Vaikka niitä ei ole tarkasteltu osana tunnettua tekniikkaa, tämän keksinnön tekijä ja hänen avustajansa 30 ovat aikaisemmin ehdottaneet muita menetelmiä mustalipeän kaasutukseen.Although not considered as part of the prior art, other methods of black liquor gasification have been previously proposed by the present inventor and his co-worker 30.

Niinpä on ehdotettu, että kuivatut mustalipeän ____: kiintoaineet kaasutettaisiin sulan suolan keräymässä. Täl- - laisessa menetelmässä tuotetaan palavaa poistokaasua ja 35 pelkistetään suuri osa mustalipeän kiintoaineiden rikkisi- 6 85516 säilöstä. Ensin mustalipeä on kuitenkin kuivattava musta-lipeän kuiva-aineiden muodostamiseksi, joita tarvitaan syötöksi sulan suolan keräymään. Tämä lisää prosessin monimutkaisuutta ja kustannuksia.Thus, it has been proposed that the dried black liquor ____: solids be gasified in the collection of molten salt. In such a process, combustible exhaust gas is produced and a large portion of the sulfur solution in the black liquor solids is reduced. First, however, the black liquor must be dried to form the black liquor solids needed to feed the molten salt. This increases the complexity and cost of the process.

5 US-patentissa 4 773 918 tämän keksinnön tekijä on ehdottanut menetelmää energia- ja kemikaalisisällön tal-teenottamiseksi vesipitoisesta mustalipeästä käyttämällä reaktoria, joka sisältää kaasutusvyöhykkeen yläpuolella sijaitsevan kuivausvyöhykkeen. Reaktori sisältää huokoisen 10 kiinteän hiilipitoisen materiaalin kerroksen kaasutusvyö-hykkeessä. Happea sisältävää kaasua syötetään kaasutusvyö-hykkeeseen stökiömetristä määrää pienempi määrä osittaisten palamis- ja kaasutusreaktioiden tuottamiseksi, jotka riittävät ylläpitämään lämpötilan kiinteän hiilipitoisen 15 materiaalin kerroksen yläpinnalla kaasutusvyöhykkeessä noin 870 - 1 200 °C:ssa ja muodostamaan kuumaa palavaa kaasua, joka kohoaa kaasutusvyöhykkeestä. Väkevöity mustalipeä, joka sisältää alkalimetallioksirikkiyhdisteitä, syötetään kuivausvyöhykkeeseen ja siihen sisältyvä vesi haih-20 dutetaan saattamalla se kosketukseen kaasutusvyöhykkeestä kohoavien kuumien kaasujen kanssa. Kuivausvyöhykkeessä tuotetaan lämpötilaltaan alempi tuotekaasu ja kuivia mus-talipeän kiintoaineita, jotka putoavat kaasutusvyöhykkeessä olevan kerroksen pinnalle. Kuivatut mustalipeän kiinto-25 aineet muutetaan kuumaksi, palavaksi kaasuksi, joka kohoaa . kaasutusvyöhykkeestä, ja alkalimetallisuoloiksi, jotka su lavat ja tunkeutuvat kerroksen läpi. Tuotekaasut poiste-/ taan kuivausvyöhykkeen yläosasta. Sulate, jossa rikkisi- • ·' sältö on vähintään noin 80-%:isesti alkalimetallisulfidin 30 muodossa, poistetaan kaasutusvyöhykkeen alaosasta. Huoli-matta tämän menetelmän edullisista piirteistä kaasutus- ja rikin pelkistysreaktioiden edistämisessä, tapahtuvat reak-·:1; tiot ovat tehottomia, mikä johtuu suhteellisen huonosta kosketuksesta ilman ja kiinteän hiilen välillä. Samoin .· . 35 toimintaominaisuudet ovat epävarmoja, sillä kiinteän hii- I: · · • φ 7 85516 lipitoisen materiaalin kerroksen korkeus voi muuttua aiheuttaen pienehköjä vaihteluita toimintaolosuhteisiin.In U.S. Patent 4,773,918, the present inventor has proposed a method for recovering energy and chemical content from aqueous black liquor using a reactor that includes a drying zone above the gasification zone. The reactor contains a layer of porous 10 solid carbonaceous material in the gasification zone. An oxygen-containing gas is fed to the gasification zone in an amount less than a stoichiometric to produce partial combustion and gasification reactions sufficient to maintain the temperature on the upper surface of the solid carbonaceous material layer in the gasification zone at about 870 to 1,200 ° C and generate hot combustion gas. Concentrated black liquor containing alkali metal oxyulfur compounds is fed to the drying zone and the water contained therein is evaporated by contacting it with hot gases rising from the gasification zone. The drying zone produces a lower temperature product gas and dry black liquor solids which fall to the surface of the bed in the gasification zone. The dried black liquor solids are converted to a hot, flammable gas that rises. from the gasification zone, and to alkali metal salts that swallow and penetrate through the bed. Product gases are removed from the top of the drying zone. A melt having a sulfur content of at least about 80% in the form of an alkali metal sulfide is removed from the bottom of the gasification zone. Despite the advantageous features of this process in promoting gasification and sulfur reduction reactions, the reactions take place: 1; are inefficient due to the relatively poor contact between air and solid carbon. Likewise. The performance characteristics are uncertain, as the height of the layer of solid carbonaceous material may change, causing minor variations in operating conditions.

US-patenttihakemuksessa 06/699 498 (jätetty 8. helmikuuta 1985) tämän keksinnön tekijä on kuvannut vesipi-5 toisen mustalipeän kaasutusta käyttäen sulan suolan keräy-mää. Happea sisältävää kaasua syötetään sulan suolan ke-räymän pinnan alle, joka keräymä sisältää alkalimetalli-karbonaattia ja alkalimetallisulfidia ja joka on suljetussa kaasutusastiassa, nopeudella, joka riittää tuottamaan 10 suuren pyörteisyyden sulan suolan keräymään. Mustalipeä karkean suihkun muodossa syötetään keräymän yläpuolella oleviin kohoaviin kuumiin kaasuihin. Tällä tavoin vettä haihdutetaan vesipitoisesta mustalipeästä kuumiin kaasuihin lämpötilaltaan alentuneen tuotekaasun ja kuivattujen 15 mustalipeän kiintoaineiden tuottamiseksi, jotka kiintoaineet putoavat keräymän pinnalle ja dispergoidaan siihen. Kuivatut mustalipeän kiintoaineet muutetaan keräymästä kuumaksi, palavaksi kaasuksi, joka kohoaa ylös keräymästä, ja alkalimetallisuoloiksi, jotka sulavat keräymässä ole-20 viin suoloihin. Tuotekaasuvirta, jonka ylempi lämpöarvo (HHV) kuivana on vähintään noin 3 353 kJ/m3, poistetaan kaasutusastiasta yhdessä sulan suolatuotteen kanssa, jossa rikkisisältö on vähintään noin 90-%risesti alkalimetallisulf idin muodossa. Vaikka tämän keksinnön menetelmä on ·'·.. 25 hyödyllinen haluttujen tulosten saamisessa, jolloin ai- kaansaadaan palavaa kaasua ja sulaa suolatuotetta, jossa alkalimetallisulfidi on vallitsevana, menetelmään liittyy tiettyjä ongelmia. Säiliömateriaalien korroosio ja rikkou-- tuminen ovat yleensä ominaisia sulien suolojen pyörteisten 30 keräymien käytölle. Samoin sulien suolojen kulkeutumista voi tapahtua kaasuissa, jotka kohoavat keräymästä. Tämä saattaa vaatia keräymän läpi kulkevan kaasun nopeuden rajoittamista.In U.S. Patent Application 06 / 699,498 (filed February 8, 1985), the present inventor has described the gasification of a second black liquor of water-5 using the collection of molten salt. The oxygen-containing gas is fed below the surface of the molten salt collection, which collection contains alkali metal carbonate and alkali metal sulfide and is in a closed gasification vessel, at a rate sufficient to produce high turbulence for the molten salt collection. The black liquor in the form of a coarse jet is fed to the rising hot gases above the collection. In this way, water is evaporated from aqueous black liquor to hot gases to produce a reduced temperature product gas and dried black liquor solids, which solids fall on the surface of the collection and are dispersed therein. The dried black liquor solids are converted from the accumulation to a hot, combustible gas that rises from the accumulation and to alkali metal salts that melt into the accumulation salts. The product gas stream having a dry upper calorific value (HHV) of at least about 3,353 kJ / m3 is removed from the gasification vessel together with a molten salt product having a sulfur content of at least about 90% in the form of an alkali metal sulfide. Although the process of the present invention is useful in obtaining the desired results in providing a combustible gas and a molten salt product in which an alkali metal sulfide predominates, the process presents certain problems. Corrosion and rupture of tank materials are generally characteristic of the use of vortex accumulations of molten salts. Similarly, the migration of molten salts can occur in gases that rise from accumulation. This may require limiting the velocity of the gas passing through the collection.

V · Edelleen on havaittu, että osa mustalipeässä ole- 35 vasta hiilipitoisesta aineesta kaasuuntuu ennen kuin hiuk- 8 85516 kaset saavuttavat keräymän. Tämän seurauksena vain osa hiilipitoisesta aineesta pääsee keräymään. Jos kaikki mus-talipeän kaasutukseen tarvittava ilma syötetään keräymään sen pinnan alapuolelta, olosuhteet keräymässä saattavat 5 olla liian vahvasti hapettavat, jotta tapahtuisi rikkiyhdisteiden tehokas pelkistys.V · It has further been found that some of the carbonaceous substance in black liquor gasifies before the particle cartridges reach collection. As a result, only a portion of the carbonaceous material can accumulate. If all the air required for the gasification of the black liquor is fed to collect below its surface, the conditions in the collection may be too strongly oxidizing for efficient reduction of sulfur compounds.

Esillä oleva keksintö on osittain jatkoa US-patent-tihakemukselle 06/699 498 ja muodostaa parannuksen siinä esitettyyn keksintöön samoin kuin US-patentissa 4 773 918 10 esitettyyn keksintöön. Se säilyttää näissä kahdessa julkaisussa kuvattujen mustalipeän peruskaasutusprosessien edulliset piirteet samalla, kun se vähentää yllä mainittuja ongelmia. Se aikaansaa lisäksi sen merkittävän edun, että se sallii toiminnan erittäin suurella kaasutusnopeu-15 della tietyllä kaasutuslaitekoolla.The present invention is in part a continuation of U.S. Patent Application 06 / 699,498 and is an improvement on the invention disclosed therein as well as the invention disclosed in U.S. Patent 4,773,918. It retains the advantageous features of the basic black liquor gasification processes described in these two publications while reducing the problems mentioned above. It also has the significant advantage of allowing operation at a very high gasification rate with a certain size of gasifier.

Laajimmassa merkityksessään esillä oleva keksintö käsittää parannetun laitteiston ja menetelmän mustalipeän kaasuttamiseksi, joissa tuotetaan palavaa kaasua ja musta-lipeän rikkisisältö muutetaan oleellisesti täydellisesti 20 sulfidiksi.In its broadest sense, the present invention encompasses improved apparatus and method for gasifying black liquor to produce a combustible gas and converting the sulfur content of the black liquor to substantially complete sulfide.

Suljetussa, pystysuorassa pitkänomaisessa kaasutus-astiassa voidaan pitää sen pohjalla olevassa kaukalossa suhteellisen matalaa sulan suolan keräymää, joka suola sisältää alkalimetallikarbonaattia ja alkalimetallisulfidia. 25 Väkevöityä vesipitoista mustalipeää ruiskutetaan astiaan läheltä sen ylintä osaa. Mukaan on liitetty väline happea sisältävän kaasun, edullisesti ilman, syöttämiseksi hallitusti kaasutusastiaan kahdesta erillisestä kohdasta, joista toinen on sulan suolan keräymän pinnan alla ja toinen 1 : 30 sulatteen pinnan yläpuolella kaasutilan alaosassa.In a closed, vertical elongate gasification vessel, a relatively low accumulation of molten salt containing alkali metal carbonate and alkali metal sulfide can be maintained in the tray at the bottom thereof. 25 Concentrated aqueous black liquor is sprayed into the container near the top. A means is provided for supplying oxygen-containing gas, preferably air, to the gasification vessel in a controlled manner from two separate points, one below the surface of the molten salt collection and the other 1:30 above the surface of the melt at the bottom of the gas space.

Ilman syötön jakautumista kaasutusastiaan kontrolloidaan, jotta kaasutusastiaan saadaan aikaan kolme vyöhy- ”**' kettä: V : (1) mustalipeän kuivausvyöhyke, joka sijaitsee astian ylä- : 35 osassa; li 9 85516 (2) mustalipeän kiintoaineiden kaasutusvyöhyke, joka sijaitsee kuivausvyöhykkeen alapuolella; ja (3) sulan suolan sisältämän rikin pelkistysvyöhyke, jossa on sulan suolan keräymä.The distribution of the air supply to the gasification vessel is controlled in order to provide the gasification vessel with three zones: **: (1) a black liquor drying zone located at the top of the vessel: 35; li 9 85516 (2) a gasification zone for black liquor solids located below the drying zone; and (3) a sulfur reduction zone containing molten salt with molten salt accumulation.

5 Tämän keksinnön ratkaiseva piirre on, että happea sisältävää kaasua, edullisesti ilmaa, syötetään hallitusti sekä suoraan sulan suolan keräymän massaan (rikin pelkistysvyöhyke) että myös keräymän pinnan yläpuolelle kaasuti-lan alaosaan (kaasutusvyöhyke). Ilmansyötön jakautumista 10 kontrolloidaan siten, että rikin pelkistysvyöhykkeeseen sulan suolan keräymään syötetään vain se määrä ilmaa, joka vaaditaan takaamaan sulatekeräymään todella tulevan hiili-pitoisen materiaalin täydellinen hajoaminen. Tyypillisesti tämä edustaa noin 30 - 70 % koko kaasutusastiaan syötetys-15 tä ilmamäärästä. Loppuosa ilmasta syötetään kaasutusvyö-hykkeeseen välittömästi keräymän yläpuolelle. Näin ollen koko kaasutusastiaan syötetystä kokona!silmamäärästä noin 30 - 70 % syötetään kaasutusvyöhykkeeseen. Koska esillä olevan menetelmän tarkoituksena on kaasuttaa mustalipeä 20 palavan kaasun tuottamiseksi sekä rikkiarvojen talteenot-tamiseksi, kaasutusastiaan syötetyn ilman kokonaismäärä on tyypillisesti noin 25 - 55 % siitä määrästä, joka tarvitaan syötetyn mustalipeän täydelliseen polttoon. Tyypillisesti koko kaasutusastiaan syötettävä ilma esilämmite-25 tään lämpötilaan noin 120 - 450 °C, edullisesti 150 -400 °C.A crucial feature of the present invention is that the oxygen-containing gas, preferably air, is fed in a controlled manner both directly to the molten salt collection mass (sulfur reduction zone) and also above the collection surface to the lower part of the gas space (gasification zone). The distribution of the air supply 10 is controlled so that only the amount of air required to ensure complete decomposition of the carbonaceous material actually entering the melt collection is fed to the sulfur reduction zone to collect the molten salt. Typically, this represents about 30-70% of the total amount of air fed to the gasification vessel. The rest of the air is fed into the gasification zone immediately above the collection. Thus, about 30 to 70% of the total number of meshes fed to the entire gasification vessel is fed to the gasification zone. Since the purpose of the present process is to gasify the black liquor 20 to produce a combustible gas as well as to recover sulfur values, the total amount of air fed to the gasification vessel is typically about 25-55% of the amount required to completely burn the fed black liquor. Typically, the air fed to the entire gasification vessel is preheated to a temperature of about 120 to 450 ° C, preferably 150 to 400 ° C.

Palava kaasu, jonka palavat komponentit ovat pääasiassa vety ja hiilimonoksidi ja joita muodostuu kaasu-tusvyöhykkeessä, voidaan käyttää sopivan puhdistuksen jäl-30 keen kaasuturbiinissa syötetyn mustalipeän energia-arvojen hyväksikäyttämiseksi maksimaalisesti. Sulan suolan keräymästä tuotettu alkalimetallisulfidi voidaan ottaa *:·: talteen vesiliuoksena ja kierrättää takaisin paperinval- mistusprosessiin soodalipeänä.Combustible gas, the combustible components of which are mainly hydrogen and carbon monoxide and which are formed in the gasification zone, can be used after suitable purification to maximize the energy values of the black liquor fed to the gas turbine. The alkali metal sulfide produced from the accumulation of molten salt can be recovered as an aqueous solution and recycled back to the papermaking process as soda liquor.

10 8551 610 8551 6

Kuvio 1 on kaavamainen virtauskaavio, joka esittää esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän edullista toteutusmuotoa .Fig. 1 is a schematic flow diagram showing a preferred embodiment of the method according to the present invention.

Kuvio 2 on osittain poikkileikkauksena oleva sivu-5 kuva esillä olevan keksinnön mukaisesti kaasutusastiasta ja siihen liittyvästä sammutussäiliöstä. Näitä käytetään hyväksi esillä olevan keksinnön mukaista menetelmää toteutettaessa.Figure 2 is a partially cross-sectional side-5 view of a gasification vessel and associated quenching tank in accordance with the present invention. These are utilized in carrying out the method of the present invention.

Mustalipeä, joka saadaan tyypillisesti puunkeitto-10 operaatiosta osana paperinvalmistusprosessia, sisältää pa lavaa orgaanista materiaalia, alkalimetallisulfidia ja al-kalimetallihydroksidia sekä erilaisia alkalimetallioksi-rikkiyhdisteitä. Tyypillisesti nämä oksirikkiyhdisteet ovat natriumsulfaattia, -tiosulfaattia ja -sulfiittia.The black liquor typically obtained from a wood cooking operation as part of a papermaking process contains flammable organic material, alkali metal sulfide and alkali metal hydroxide, as well as various alkali metal oxy-sulfur compounds. Typically, these oxyulfur compounds are sodium sulfate, thiosulfate, and sulfite.

15 Paperinvalmistusprosessin taloudellisuus vaatii, että oleellisesti kaikki palava materiaali poistetaan, alkali-metalli- ja rikkiyhdisteet otetaan talteen mustalipeästä ja oksirikkiyhdisteet muutetaan alkalimetallisulfidiksi palautettavaksi prosessiin hapettamalla alunperin läsnä 20 olevaa alkalimetallisulfidia.The economics of the papermaking process require that substantially all of the combustible material be removed, the alkali metal and sulfur compounds recovered from the black liquor, and the oxyulfur compounds converted to alkali metal sulfide to be returned to the process by oxidizing the alkali metal sulfide initially present.

Esillä olevaa keksintöä toteutettaessa väkevöityä vesipitoista mustalipeää, joka sisältää vähintään noin 45 paino-% kiintoaineita ja jonka ylempi lämpöarvo (HHV) on vähintään noin 7 443 kJ/kg, syötetään kuivausvyöhykkeeseen 25 tyypillisesti karkeana suihkuna. Kuivausvyöhyke saa aikaan suorakosketuksisen lämmönvaihdon mustalipeän putoavien pisaroiden ja kaasutusvyöhykkeestä nousevan kaasuvirran välillä. Vettä haihdutetaan väkevöidystä mustalipeästä ko-- hoavasta kaasuvirrasta johtuvan lämmön absorboitumisen 30 avulla. Lämpöä pisaroihin tulee myös säteilystä korkean lämpötilan komponenteista. Kaasun lämpötilat tässä kui-vausvyöhykkeessä ovat noin 500 - 800 ÖC lähellä vyöhykkeen ' ‘ ylintä osaa ja noin 800 - 1 000 °C lähellä pohjaa.In carrying out the present invention, a concentrated aqueous black liquor containing at least about 45% by weight solids and having an upper calorific value (HHV) of at least about 7,443 kJ / kg is fed to the drying zone 25 typically as a coarse jet. The drying zone provides a direct contact heat exchange between the droplets of black liquor falling and the gas stream rising from the gasification zone. The water is evaporated from the concentrated black liquor by means of heat absorption due to a gas stream. Heat to the droplets also comes from radiation from high temperature components. The gas temperatures in this drying zone are about 500 to 800 ° C near the top of the zone and about 800 to 1,000 ° C near the bottom.

: Kuivatut mustalipeän kiintoaineet muodostuvat kui- : 35 vausvyöhykkeessä sen seurauksena, että vesipitoinen musta- li il 8551 6 lipeä saatetaan kuivausvyöhykkeessä kosketukseen kaasutus-vyöhykkeestä kohoavien kaasujen kanssa. Mustalipeän kiintoaineiden kaasutusvyöhykkeessä merkittävä osa kuivatuissa hiukkasissa olevasta hiilipitoisesta materiaalista, joka 5 putoaa kuivausvyöhykkeestä, muuttuu kaasuksi. Kaasua tuottavia reaktioita ovat pyrolyysi, jossa vapautuu haihtuvia hiilivetyjä, hiilen kaasutus hiilidioksidilla ja vesihöyryllä hiilimonoksidin ja vedyn tuottamiseksi ja sekä kaasu- että kiinteän faasin komponenttien poltto reaktiolla 10 hapen kanssa, jota on läsnä tähän vyöhykkeeseen ruiskutetussa happea sisältävässä kaasussa. Osittaisten palamis-reaktioiden seurauksena vapautuu lämpöä, joka tuottaa tähän vyöhykkeeseen korkeat, 900 - 1 200 °C:n lämpötilat. Koska kiinteät hiukkaset saatetaan alttiiksi reaktiolle 15 vain suhteellisen lyhyeksi ajaksi, kun ne putoavat kaasu-tusvyöhykkeen läpi, ne kaasuttuvat vain osittain. Tyypillisesti 25 - 75 % kaasutusastiaan tulevassa mustalipeässä olevasta orgaanisesta hiilestä kaasutetaan kaasutusvyöhykkeessä. Samaa luokkaa oleva tai suurempi prosenttimäärä 20 orgaanisesta vedystä muuttuu myös kaasumaisiksi komponenteiksi tässä vyöhykkeessä. Reagoimaton hiilipitoinen materiaali yhdessä suurimman osan kanssa alkuperäisestä syötetystä mustalipeästä saatua epäorgaanista materiaalia putoaa pois tästä vyöhykkeestä rikin pelkistysvyöhykkeeseen. 25 Rikin pelkistyvyöhyke sisältää sulien alkalimetallisuolo-jen keräymän, joka sisältyy kaasuastian pohjalla olevaan matalaan kaukaloon.: The dried black liquor solids are formed in the drying zone as a result of contacting the aqueous black liquor with the gases rising from the gasification zone in the drying zone. In the gasification zone of black liquor solids, a significant portion of the carbonaceous material in the dried particles that 5 falls from the drying zone is converted to gas. Gas generating reactions include pyrolysis with the release of volatile hydrocarbons, gasification of carbon with carbon dioxide and water vapor to produce carbon monoxide and hydrogen, and combustion of both gas and solid phase components by reaction with oxygen present in the oxygen-containing gas injected into this zone. Partial combustion reactions release heat which produces high temperatures in this zone of 900 to 1,200 ° C. Because the solid particles are subjected to reaction 15 only for a relatively short time as they fall through the gasification zone, they are only partially gasified. Typically, 25 to 75% of the organic carbon in the black liquor entering the gasification vessel is gasified in the gasification zone. A percentage of organic hydrogen of the same order or greater is also converted to gaseous components in this zone. The unreacted carbonaceous material, together with most of the inorganic material obtained from the original black liquor fed, falls out of this zone into the sulfur reduction zone. The sulfur reduction zone contains a collection of molten alkali metal salts contained in a shallow trough at the bottom of the gas vessel.

Olennaisesti kaikki putoavissa hiukkasissa olevat rikkiyhdisteet pelkistyvät sulfidiksi sulan suolan sisäl-30 tämän rikin pelkistysvyöhykkeessä tai ylläpidetään sulfi-*'· deina, jos ne jo ovat tässä muodossa. Ilmaa syötetään tä hän vyöhykkeeseen riittävä määrä, jotta saatavilla on happea, jota vaaditaan kaiken sisääntulevan hiilipitoisen ai-: neen kaasuttamiseen, mutta merkittävästi vähemmän kuin se : 35 määrä, joka vaaditaan täydelliseen polttoon. Tyypillisesti 12 δ 5 51 6 vaadittu hapen määrä on 25 - 55 % siitä määrästä, joka vaaditaan hiilen täydelliseen polttoon hiilidioksidiksi, vedyn vedeksi ja rikkiyhdisteiden sulfaattimuotoon. Syöttämällä vain tämä määrä happea olosuhteet sulatekeräymässä 5 ovat erittäin pelkistävät ja vähintään noin 90 % tuotesu-latteessa olevista rikkiyhdisteistä on sulfidimuodossa.Substantially all of the sulfur compounds in the falling particles are reduced to sulfide within the molten salt in the reduction zone of this sulfur or maintained as sulfides, if they are already in this form. Sufficient air is fed to this zone to provide the oxygen required to gasify all incoming carbonaceous material, but significantly less than the amount required for complete combustion. Typically, the amount of oxygen required for 12 δ 5 51 6 is 25 to 55% of the amount required for complete combustion of coal to carbon dioxide, hydrogen water, and the sulfate form of sulfur compounds. By supplying only this amount of oxygen, the conditions in the melt collection 5 are highly reducing and at least about 90% of the sulfur compounds in the product slurry are in sulfide form.

Tämä keksintö saa aikaan useita merkittäviä etuja. Koska vain osa syötetyssä mustalipeässä olevasta hiilipi-toisesta materiaalista tulee sulan suolan keräymään ja 10 vain osa ilmasta syötetään keräymään reagoimaan sen kanssa, keräymä voi olla suhteellisen matala, syvyydeltään tyypillisesti 30 - 120 cm. Matalan keräymän käyttö vähentää kalliin, sulatetta kestävän tulenkestävän aineen määrää, jota on käytettävä kaasutuslaitteen vuoraamiseen.The present invention provides several significant advantages. Since only a portion of the carbonaceous material in the fed black liquor will collect molten salt and only a portion of the air will be fed to react with it, the collection may be relatively shallow, typically 30-120 cm deep. The use of low collection reduces the amount of expensive, melt-resistant refractory that must be used to line the gasifier.

15 Toisena tämän keksinnön etuna on kaasutuslaitteen kapasiteetin kasvu. Keräymätyyppisessä kaasutuslaitteessa kaasun nopeutta rajoittavat normaalisti liiallisen muka-nakulkeutumisen ja pyörteisyyden ongelmat, kun keräymästä poistuvan kaasun pintamyötäinen nopeus ylittää 60 - 90 20 cm/s. Tämä puolestaan rajoittaa halkaisijaltaan määrätyn kaasutuslaitteen kapasiteettia. Tässä keksinnössä vain osa kaasusta kulkee keräymän läpi. Näin ollen esimerkiksi jos puolet kaasusta kulkee keräymän läpi pinnanmyötäisellä nopeudella 75 cm/s pinnalla ja toinen puoli muodostetaan .·. 25 kaasutusvyöhykkeessä, koko kaasu tulee kuivausvyöhykkee- seen pinnanmyötäisellä nopeudella noin 150 cm/s, joka on aivan hyväksyttävä kaasun ja kiinteän aineen ja kaasun ja nesteen reaktoreille, joissa kaasu on jatkuva faasi. Tämän seurauksena halkaisijaltaan määrätyn kaasutuslaitteen ka-30 pasiteetti kasvaa suuresti ottamalla tämä parannus käyt-töön US-hakemuksen 06/699 498 esittämässä keksinnössä.Another advantage of the present invention is the increase in the capacity of the gasifier. In a collection-type gasifier, the gas velocity is normally limited by problems of excessive entrainment and turbulence when the surface velocity of the gas leaving the collection exceeds 60 to 90 20 cm / s. This in turn limits the capacity of the gasifier of a given diameter. In the present invention, only a portion of the gas passes through the collection. Thus, for example, if half of the gas passes through the accumulation at a surface velocity of 75 cm / s on the surface and the other half is formed. In the gasification zone, the entire gas enters the drying zone at a subsurface velocity of about 150 cm / s, which is quite acceptable for gas-solid and gas-liquid reactors where the gas is a continuous phase. As a result, the capacity of the gasification device of a certain diameter is greatly increased by introducing this improvement in the invention disclosed in U.S. Application 06 / 699,498.

Kuten näissä kahdessa edellä mainitussa hakijan julkaisussa on kuvattu, lämpöhäiviöt reaktiovyöhykkeistä on minimoitava. Näin ollen on edullista toimia korotetussa . 35 paineessa, sillä tämä pienentää vaadittua kaasutusastioi-den kokoa, mikä taas alentaa lämpöhäviötä ja kustannuksia.As described in the two above-mentioned Applicant's publications, heat losses from the reaction zones must be minimized. Therefore, it is advantageous to operate at an elevated level. 35 pressure, as this reduces the required size of the gasification vessels, which in turn reduces heat loss and costs.

li i3 8551 6li i3 8551 6

Tyypillistä systeemiä, jossa käytetään hyväksi suo-lasulatekaasutusastiaa ja tämän keksinnön mukaista menetelmää, kuvataan nyt viitaten piirrokseen.A typical system utilizing a salt melt gasification vessel and the method of the present invention will now be described with reference to the drawing.

Kuviossa 1 esitetään suolasulatteen kaasutusastia, 5 jota käytetään kaasuturbiiniin yhdistetyssä kiertosystee-missä, joka edustaa tämän keksinnön edullista toteutusmuotoa. Mistä tahansa sopivasta lähteestä tulevaa puujätettä syötetään putken 2 ja venttiilin 4 kautta sulkusuppiloon 6. Siitä puujäte kulkee venttiilin 8 kautta toiseen sulku-10 suppiloon 10. Sulkusuppiloita käytetään paineistetulla kaasulla tavanomaiseen tapaan, jota käytetään kiintoaineiden syöttämiseen paineistettuun säiliöön. Sulkusuppilosta 10 puujäte kulkee putken 12 ja syöttöventtiilin 14 kautta venttiilillä varustettuun putkeen 16, jonka läpi paineilma 15 virtaa. Paineilma kuljettaa puujätettä ja se ruiskutetaan ilman mukana sulan suolan keräymän 18 pinnan alapuolelle, joka on suolasulatekaasutusastian 20 pohjalla olevassa kaukalossa. Ilmaa ruiskutetaan myös sulatteen pinnan yläpuolelle venttiilillä varustetun putken 21 läpi. Sulattee-20 seen putken 16 kautta syötetyn ilman määrä on tyypillisesti 30 - 70 % kaasutusastiaan syötetyn ilman kokonaismäärästä. Ilman määrä, joka syötetään sulatteen pinnan yläpuolelle putken 21 kautta, edustaa loppua 30 - 70 %:n kokonaismäärästä .Figure 1 shows a salt melt gasification vessel used in a circulating system connected to a gas turbine, which represents a preferred embodiment of the present invention. Wood waste from any suitable source is fed through pipe 2 and valve 4 to shut-off hopper 6. From there, wood waste passes through valve 8 to another shut-off hopper 10. The shut-off hoppers are operated with pressurized gas in the conventional manner used to feed solids to the pressurized tank. From the shut-off hopper 10, wood waste passes through a pipe 12 and a supply valve 14 to a pipe 16 with a valve, through which compressed air 15 flows. Compressed air transports the wood waste and is sprayed with the air below the surface of the molten salt collection 18 in the trough at the bottom of the salt melt gasification vessel 20. Air is also injected above the surface of the melt through a pipe 21 provided with a valve. The amount of air supplied to the melt 20 through line 16 is typically 30-70% of the total amount of air supplied to the gasification vessel. The amount of air fed above the surface of the melt through the pipe 21 represents the remainder of 30-70% of the total.

25 Suolasulatekaasutusastiaa 20, joka tekee ainutlaa tuisella tavalla mahdolliseksi tämän keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamisen, kuvataan yksityiskohtaisemmin kuvion 2 yhteydessä.The salt melt gasification vessel 20, which uniquely enables the process of the present invention to be carried out, will be described in more detail in connection with Figure 2.

Viitaten jälleen kuvioon 1 sellunvalmistusproses-30 sista saatua mustalipeää ruiskutetaan astiaan 20 lähellä astian ylintä osaa putken 22 ja suuttimen 24 kautta. Ruiskutetun vesipitoisen mustalipeän väkevyys on tyypillisesti noin 45 - 75 % kiintoainetta. Astiasta 20 poistuva kaasumainen tuote kulkee putken 30 läpi absorptiolaitteeseen .·. *. 35 32. Absorptioaine syötetään absorptiolaitteeseen 32 putken i4 8 5 51 6 34 kautta. Absorptioaine voi olla sellutehtaan alkalinen lipeä tai tavanomainen absorptioaine, kuten etanoliamiini-liuos. Tätä absorptioainetta käytetään H2S:n ja muiden epämieluisten komponenttien poistamiseen kaasusta. Käytetty 5 absorptiosysteemi on edullisesti suunniteltu H2S:n selektiiviseen absorptioon C02:n läsnäollessa, sillä tuotekaasu sisältää merkittäviä määriä (10 - 15 %) COz:a. Käytetty absorptioaine poistuu absorptiolaitteesta 32 putken 36 kautta. Absorptiolaitteesta 32 tulevat osittain puhdiste-10 tut kaasut johdetaan putken 38 kautta savukaasupesuriin 40 lisäpuhdistukseen. Vettä syötetään savukaasupesuriin 40 putken 42 kautta ja se poistuu putken 44 kautta. Pestyt kaasut poistuvat putken 46 kautta kaasuturbiinipolttimeen 48. Savukaasupesuri 40 on esitetty tyypillisenä laitteena, 15 jolla poistetaan liukoisten suolojen hyvin hienoja hiukkasia. Muita laitteita, kuten kangassuodattimia, voidaan myös käyttää hienojen hiukkasten poistamiseen. Ilmaa syötetään polttimeen 48 putken 50, kompressorin 52 ja putken 53 kautta. Kompressorista 52 tuleva ilma syötetään myös 20 putken 54 kautta apukompressoriin 56 ja sitten paineilma-putkeen 58. Tämä syöttää putkia 16 ja 21, jotka johtavat ilmaa sulan suolan keräymään ja vastaavasti sen yläpuolelle. Kuumat puhtaat palamiskaasut poistuvat polttimesta 48 putken 59 kautta ja syötetään kaasuturbiiniin 60, joka 25 syöttää energiaa generaattoriin 62 ja kompressoriin 52. Kaasuturbiinista 60 tulevat laajenevat kaasut johdetaan · putken 64 kautta jätelämpökattilaan 66, johon vettä syöte- tään putken 68 kautta muutettavaksi höyryksi. Jätelämpö-kattilassa 66 tuotettu höyry poistuu putken 70 kautta höy-30 ryturbiiniin 72, joka syöttää energiaa generaattoriin 74. Prosessihöyryä saadaan höyryturbiinista 72 putken 75 kautta. Poistokaasut jätelämpökattilasta 66 poistuvat putken 76 kautta savupiippuun 77 laskettaviksi ilmakehään.Referring again to Figure 1, the black liquor obtained from the pulping process-30 is injected into the vessel 20 near the top of the vessel through a tube 22 and a nozzle 24. The concentration of the injected aqueous black liquor is typically about 45-75% solids. The gaseous product leaving the vessel 20 passes through the tube 30 to the absorber. *. 35 32. The absorbent is fed to the absorber 32 via a pipe i4 8 5 51 6 34. The absorbent may be a pulp mill alkaline lye or a conventional absorbent such as ethanolamine solution. This absorbent is used to remove H2S and other undesirable components from the gas. The absorption system used is preferably designed for the selective absorption of H2S in the presence of CO2, as the product gas contains significant amounts (10-15%) of CO 2. The spent absorbent exits the absorber 32 through line 36. The partially purified gases from the absorption device 32 are led through a pipe 38 to a flue gas scrubber 40 for further purification. Water is supplied to the flue gas scrubber 40 through line 42 and exits through line 44. The scrubbed gases exit through line 46 to a gas turbine burner 48. Flue gas scrubber 40 is shown as a typical device 15 for removing very fine particles of soluble salts. Other devices, such as fabric filters, can also be used to remove fine particles. Air is supplied to the burner 48 through a pipe 50, a compressor 52 and a pipe 53. The air from the compressor 52 is also supplied through a pipe 54 to the auxiliary compressor 56 and then to the compressed air pipe 58. This supplies pipes 16 and 21 which conduct air to collect the molten salt and above it, respectively. The hot clean combustion gases exit the burner 48 through line 59 and are fed to a gas turbine 60 which supplies energy to generator 62 and compressor 52. Expanding gases from gas turbine 60 are passed through line 64 to waste heat boiler 66 where water is fed through line 68 to be converted to steam. The steam produced in the waste heat boiler 66 is discharged through line 70 to steam-30 ryturbine 72, which supplies energy to generator 74. Process steam is obtained from steam turbine 72 via line 75. The exhaust gases from the waste heat boiler 66 exit through a pipe 76 to the chimney 77 for discharge into the atmosphere.

Astiasta 20 yli vuotava sulate virtaa putken 78 .'.'t 35 kautta sammutussäiliöön 80. Vettä syötetään sammutussäi- is 8551 6 liöön 80 putken 82 kautta. Vesiliuos, jota syntyy sulatteen sammutuksessa, poistetaan sammutussäiliöstä 80 putken 84, pumpun 86 ja putken 88 kautta. Osa poistetusta vesi-kerroksesta kierrätetään sammutussäiliöön 80 putken 90 5 kautta ja se rikkoo sulatteen putoavan virran, kun se tulee ulos putkesta 78. Toinen osa liuoksesta syötetään putkesta 88 putken 92 kautta soodalipeän varastosäiliöön 94. Putki 96 johtaa soodalipeän varastosäiliöstä 94 sopivaan kohtaan sellunvalmistusprosessia, esimerkiksi sulfaatti-10 prosessilaitoksen kaustisointivaiheeseen.The melt leaking from the vessel 20 flows through the pipe 78 to the extinguishing tank 80. Water is fed to the extinguishing tank 8551 6 through the pipe 82. The aqueous solution generated during melt quenching is removed from the quench tank 80 through line 84, pump 86, and line 88. A portion of the removed water layer is recycled to the quench tank 80 via line 90 5 and breaks the melt falling stream as it exits tube 78. Another portion of solution is fed from line 88 through line 92 to soda liquor storage tank 94. Pipe 96 leads the soda liquor storage tank 94 to a suitable to the causticization step of the sulfate-10 process plant.

Kuvio 2 esittää tämän keksinnön mukaista suolasula-tekaasutusastiaa ja siihen liittyvää sammutussäiliötä ja niiden toimintaa yksityiskohtaisemmin.Figure 2 shows the salt melt gasification vessel and associated quench tank according to the present invention and their operation in more detail.

Kaasutusastia 100 sisältää mustalipeän kuivausvyö-15 hykkeen 102, joka on astian yläosassa, mustalipeän kiintoaineiden kaasutusvyöhykkeen 104, joka on kuivausvyöhykkeen alapuolella, ja rikin pelkistysvyöhykkeen 106, joka käsittää sulan suolan keräymän 108, joka on kaukalossa astian pohjalla. Astian 100 on esitetty koostuvan ulkoseinämänä 20 olevasta metallisesta astian kuoresta 110, joka on vuorattu eristävällä tulenkestävällä aineella 112, joka kykenee kestämään astiassa 100 vallitsevia lämpötiloja ja ympäristöä. Eristävää tulenkestävää materiaalia 112 on riittävän paksu kerros lämpöhäviöiden minimoimiseksi käytännöllises-' '·. 25 sä määrin astian 100 sisältä. Sulan suolan keräymä 108 on edelleen sulatetta kestävän tulenkestävän verhouksen sisäpuolella, jolloin verhous Jatkuu ylöspäin ainakin osan matkaa kaasutusvyöhykkeen 104 läpi.The gasification vessel 100 includes a black liquor drying belt 15 at the top of the vessel, a black liquor solidification zone 104 below the drying zone, and a sulfur reduction zone 106 comprising a molten salt collection 108 located in the trough at the bottom of the vessel. The container 100 is shown to consist of a metal container shell 110 as an outer wall 20 lined with an insulating refractory material 112 capable of withstanding the temperatures and environment of the container 100. The insulating refractory material 112 is a layer thick enough to minimize heat loss in a practical manner. 25 inside the container 100. The collection of molten salt 108 is further within the melt-resistant refractory cladding, with the cladding continuing upward at least a portion of the distance through the gasification zone 104.

Käsiteltävä mustalipeä 114 syötetään (lähteestä, "1 30 jota ei ole esitetty) putken 116 läpi pumppuun 118. Pum pusta 118 mustalipeä syötetään astiaan 100 ruiskutussys-teemin 120 läpi, joka ruiskuttaa väkevöidyn vesipitoisen mustalipeän karkeana suihkuna useiden ruiskusuuttimien 122 • * · läpi kuivausvyöhykkeen 102 yläosaan.The black liquor 114 to be treated is fed (from a source "not shown") through line 116 to pump 118. Black liquor from pump 118 is fed to vessel 100 through injection system 120 which injects a concentrated jet of concentrated aqueous black liquor through a plurality of spray nozzles 122. the upper part.

• · * m · ie 8551 6• · * m · ie 8551 6

Laitteistoon kuuluu astiaa 100 varten kaasunsyöt-tösysteemi, joka sisältää happea sisältävän kaasun (tyypillisesti ilman) tuloputken 124, joka johtaa kompressoriin 126, jota moottori 128 käyttää. Puristamalla edulli-5 sesti happea sisältävä kaasu kokoon kaasun lämpötila nousee. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää kaasunkuumenninta happea sisältävän kaasun lämpötilan nostamiseksi halutulle tasolle. Paineistettu happea sisältävä kaasu poistuu kompressorista 126 putken 130 kautta ilmavirran jakautumista 10 säätävään systeemiin 132, joka sisältää yhden tai useampia annosteluventtiilejä. Nämä säätävät selektiivisesti paine-ilman virtausta putken 134 kautta suoraan pelkistysvyöhyk-keeseen 106 (sulan suolan keräymään 108) ja putken 136 kautta kaasutusvyöhykkeeseen sulan suolan keräymän yläpuo-15 lelle. Putket 134 ja 136 muodostavat yleensä kaasun ruis-kutusaukkojen ympyrän muotoisen rivistön paineilman syöttämiseksi pelkistysvyöhykkeeseen 106 ja kaasutusvyöhykkeeseen 104.The apparatus includes a gas supply system for vessel 100 that includes an oxygen-containing gas (typically air) inlet pipe 124 that leads to a compressor 126 that is driven by a motor 128. By compressing the oxygen-containing gas to size, the temperature of the gas rises. Alternatively, a gas heater can be used to raise the temperature of the oxygen-containing gas to the desired level. The pressurized oxygen-containing gas exits the compressor 126 through a line 130 to an airflow control system 132 that includes one or more metering valves. These selectively regulate the flow of compressed air through line 134 directly to the reduction zone 106 (molten salt collection 108) and through line 136 to the gasification zone above the molten salt collection. Pipes 134 and 136 generally form a circular array of gas injection ports for supplying compressed air to the reduction zone 106 and the gasification zone 104.

Tämän keksinnön ratkaisevan piirteen mukaisesti 20 ilmansyötön jakautumista säädetään siten, että vain se määrä ilmaa, joka vaaditaan sulatekeräymään todella tulevan hiilipitoisen materiaalin hajoamisen takaamiseen, syötetään suolasulatepelkistysvyöhykkeeseen 106. Tämä on tyypillisesti 30 - 70 % koko astiaan 100 syötetystä määrästä.According to a critical aspect of the present invention, the distribution of the air supply 20 is adjusted so that only the amount of air required to ensure decomposition of the carbonaceous material actually entering the melt collection is fed to the salt melt reduction zone 106. This is typically 30-70% of the total feed 100.

• ·.. 25 Loput astiaan syötetystä ilmasta syötetään kaasutusvyöhyk- **:*: keeseen 104 välittömästi keräymän yläpuolelle. Koska tuo tetaan palavaa kaasua, astiaan syötetty kokonaisilmamäärä on tyypillisesti 25 - 55 % määrästä, joka tarvitaan kaikkien syötettyjen materiaalien täydelliseen polttoon. Kuten ‘.".m 30 kuvion 1 yhteydessä mainittiin, muuta materiaalia, kuten ' ‘ puujätettä, voidaan syöttää paineilman avulla suoraan su lan suolan keräymään.• · .. 25 The rest of the air supplied to the vessel is fed to the gasification zone **: *: immediately above the collection. Because combustible gas is produced, the total amount of air fed to the vessel is typically 25 to 55% of the amount required to completely burn all the materials fed. As mentioned in connection with Figure 1, other material, such as "wood waste", can be fed directly to the molten salt collection by means of compressed air.

Sulatteen ylivirtauksen poistoputki 138 johtaa sul- • · · : jettuun sammutussäiliöön 140. Normaalin toiminnan aikana .'.j 35 suolasulatetuote 141 puretaan altaasta 108 sulatteen pois-• * • · * · · ♦ k · • · 1·« • · li i7 8 5 51 6 toputken 138 kautta sammutussäiliöön 140. Vettä tai sopivaa suolaliuosta, kuten kierrätettyä soodalipeää, syötetään sammutussäiliöön 140 putken 142 kautta. Vesi pirstoo ja sammuttaa sammutussäiliöön tulevan sulatteen muodostaen 5 soodalipeän keräymän 144, joka sisältää mustalipeästä peräisin olevia pelkistettyjä kemikaalisuoloja. Soodalipeä poistetaan putken 146 kautta tyypillisesti palautettavaksi massankeittoprosessiin. Osa soodalipeätuotteesta voidaan kierrättää putkeen 142 auttamaan sulatteen 141 hajoamises-10 sa. Sulatteen 141 sammutuksen aikana muodostuu kuumaa kaasua, joka koostuu pääasiassa vesihöyrystä, joka poistetaan sammutussäiliöstä 140 putken 148 kautta. Pienen osan kaa-sutusastiassa 100 muodostetusta kaasusta voidaan antaa virrata sulatteen poistuputken 138 läpi yhdessä puretun 15 sulatteen kanssa ja tämä kaasu poistetaan myös sammutus-säiliöstä 140 putken 148 kautta, lisätään edullisesti pää-tuotekaasuvirtaan suuntaamalla putkessa 148 oleva kaasu sopivaan kohtaan tuotekaasun jäähdytys- ja puhdistussysteemiä, kuten kuvion 1 putkeen 30 tai kaasuvirtaan ennen 20 sen lopullista jäähdytysvaihetta.The melt overflow outlet pipe 138 leads to a sealed shut-off tank 140. During normal operation, the salt melt product 141 is discharged from the tank 108 to remove the melt from the pool 108. • * • · * · · ♦ k · • · 1 · «• · 8 5 51 6 through a pipe 138 to the quench tank 140. Water or a suitable saline solution, such as recycled soda liquor, is fed to the quench tank 140 through the pipe 142. The water breaks down and extinguishes the melt entering the quench tank to form a soda liquor collection 144 containing reduced chemical salts from the black liquor. The soda liquor is typically removed via line 146 to be returned to the pulping process. A portion of the soda liquor product may be recycled to tube 142 to assist in the decomposition of melt 141. During the quenching of the melt 141, a hot gas is formed, consisting mainly of water vapor, which is removed from the quench tank 140 through a pipe 148. A small portion of the gas formed in the gasifier vessel 100 may be allowed to flow through the melt outlet pipe 138 along with the discharged melt 15 and this gas is also removed from the quench tank 140 via line 148, preferably added to the main product gas stream by directing the gas in line 148 to a suitable product gas cooling and purification system. , such as to the pipe 30 or gas stream of Figure 1 before its final cooling step.

Viitaten uudelleen astiaan 100 kuuma tuotekaasu poistetaan astiasta kaasun poistoputken 150 kautta, joka sijaitsee astian yläpäässä kuivausvyöhykkeen yläpuolella. Kuten kuvion 1 yhteydessä mainittiin, astiasta 100 poistu-; -· 25 va tuotekaasu voidaan johtaa lämmön talteenottosysteeminReferring again to the vessel 100, hot product gas is removed from the vessel through a gas outlet pipe 150 located at the upper end of the vessel above the drying zone. As mentioned in connection with Figure 1, the vessel 100 exits; - · 25 va product gas can be led to the heat recovery system

Ja sen jälkeen absorptiolaitteen läpi H2S:n ja muiden epä-mieluisten komponenttien poistamiseksi kaasusta. Kuvion 1 lämmön talteenottosysteemi 28 voi sisältää höyrygeneraat-. .·. torin, syöttöveden kuumentimen tai muun lämmönvaihtoväli- 30 neen. Tyypillisesti lämmön poiston viimeinen vaihe suori-'' tetaan lämmönvaihdolla jäähdytysveden kanssa ja se johtaa vesihöyryn kondensoitumiseen ja nestemäisen veden muodostumiseen. Tämä kondensoitu vesi on edullista palauttaa ' sammutussäiliöön 140 putken 142 kautta.And then through an absorber to remove H2S and other undesirable components from the gas. The heat recovery system 28 of Figure 1 may include a steam generator. . ·. a heater, feed water heater or other heat exchange means. Typically, the final step of heat removal is performed by heat exchange with cooling water and results in condensation of water vapor and formation of liquid water. It is preferred to return this condensed water to the quench tank 140 via line 142.

• · · • · · • · ie 8 5 516• · · • · · • ie 8 5 516

Kuten US-patentissa 4 773 918 mainittiin, saattaa olla edullista varustaa kaasutusastia 100 poltinlaitteella kuuman kaasuvirran aikaansaamiseksi astiaan 100 sen esi-lämmittämiseksi ennen toiminnan aloittamista ja valinnai-5 sesti lisälämpölähteen aikaansaamiseksi toiminnan aikana. Samoin kuten kuviossa 1 on esitetty, hapanta kaasua absorboiva laite 32 voi olla liitetty mukaan aikaansaamaan kosketus absorptioaineen ja tuotekaasun välille haitallisten happamien kaasujen, kuten H2S:n ja vastaavien poistamiseksi 10 tuotekaasusta niin, että se voidaan muuttaa sopivaksi käytettäväksi polttoaineena kaasuturbiinissa tai muihin tarkoituksiin.As mentioned in U.S. Patent 4,773,918, it may be advantageous to provide the gasification vessel 100 with a burner device to provide a hot gas flow to the vessel 100 to preheat it prior to operation and, optionally, to provide an additional heat source during operation. Similarly, as shown in Figure 1, an acidic gas absorbing device 32 may be connected to provide contact between the absorbent and the product gas to remove harmful acidic gases such as H 2 S and the like from the product gas so that it can be adapted for use as a fuel in a gas turbine or other purposes.

Koska kuumentimien, höyrygeneraattoreiden, konden-sointi- ja absorptiolaitteiden toiminta on normaalia tek-15 nilkkaa, näitä oheiskomponentteja, joita käytetään musta-lipeän kaasutussysteemissä, ei tarvitse selostaa yksityiskohtaisesti .Since the operation of heaters, steam generators, condensing and absorption devices is a normal technical ankle, these ancillary components used in a black-liquor gasification system need not be described in detail.

Prosessin toiminnan aikana on toivottavaa, että lämpötila pidetään suhteellisen muuttumattomana kaasutus-20 vyöhykkeessä 104, esim. 1 000 °C:ssa vyöhykkeen siinä osassa, joka on sulan suolan keräymän 108 yläpinnan vieressä. Tämä voidaan toteuttaa säätämällä ilman ja mustalipeän välistä suhdetta ylös- tai alaspäin lämpötilan kohottamiseksi tai alentamiseksi vaaditulla tavalla halutun arvon yl-25 läpitämiseksi. Jos muita parametreja, kuten mustalipeän koostumusta, ilman esilämmitystä ja lämpöhäviötä ei vaih- della, tämä toimintatapa johtaa tuotekaasun muodostumi-seen, jolla on suhteellisen muuttumaton koostumus ja lämpöarvo. Tuotekaasun lämpöarvoa voidaan haluttaessa nostaa 30 syöttämällä korkean lämpöarvon polttoainetta, kuten öljyä tai maaöljykoksia, kaasutusvyöhykkeeseen, nostamalla ilma-syötön lämpötilaa tai vähentämällä lämpöhäviötä esimerkiksi lisäämällä eristystä. Kaasumaista polttoainetta, kuten * luonnonkaasua tai haihtuvia hiilivetyjä, voidaan luonnol- .·. : 35 lisesti lisätä suoraan tuotekaasuun sen lämpöarvon nostamiseksi.During the operation of the process, it is desirable that the temperature be kept relatively constant in the gasification zone 104, e.g., at 1000 ° C in the portion of the zone adjacent to the top surface of the molten salt collection 108. This can be accomplished by adjusting the ratio of air to black liquor up or down to raise or lower the temperature as required to maintain the desired value of yl-25. If other parameters, such as the composition of the black liquor, without preheating and heat loss are not varied, this mode of operation results in the formation of a product gas with a relatively constant composition and calorific value. If desired, the calorific value of the product gas can be increased by supplying a high calorific value fuel, such as oil or petroleum coke, to the gasification zone, raising the air supply temperature, or reducing heat loss, for example by increasing insulation. Gaseous fuels, such as * natural gas or volatile hydrocarbons, may be naturally occurring. : 35 added directly to the product gas to increase its calorific value.

li i9 8551 6li i9 8551 6

Suolatuote 141, joka virtaa ulos astiasta 100 sam-mutussäiliöön 140, liuotetaan veteen soodalipeän muodostamiseksi. On edullista käyttää sammutussäiliötä samassa paineessa kuin kaasutusastiaa, jotta vältettäisiin sulassa 5 suolassa toimivan paineensäätöventtiilin tarve. Soodali-peä, joka sisältää liuennutta natriumsulfidia, voidaan kierrättää massankeittoprosessiin tai käyttää muihin tarkoituksiin.The salt product 141 flowing out of the vessel 100 into the quench tank 140 is dissolved in water to form soda liquor. It is preferable to use the quench tank at the same pressure as the gasification vessel in order to avoid the need for a pressure control valve in the molten salt. The soda ash containing dissolved sodium sulfide can be recycled to the pulping process or used for other purposes.

KaasutusvyÖhykkeestä 104 kohoava kaasu sisältää 10 CO:a, H2:ä, H20:ä, C02:a, CH4:a ja jos käytetään ilmaa, N2:ä ja erilaisia hivenkomponentteja ja epäpuhtauksia ja sen lämpötila on noin 870 - 1 200 °C. Kaksi erityisen mielenkiintoista epäpuhtautta ovat H2S, joka on peräisin syötetyssä mustalipeässä olevasta rikistä, ja natriumsulfidin 15 hienot hiukkaset, jotka ovat muodostuneet höyrystymis- ja reaktioilmiöiden kautta. Kun kaasu kulkee sitten kuivaus-vyöhykkeen 102 läpi, se jäähdytetään lämpötilaan noin 350 - 850 °C riippuen sen lämpötilasta sen tullessa kuivauvyö-hykkeeseen, mustalipeän vesipitoisuudesta ja vastaavista 20 tekijöistä. Kaasu on edullista jäähdyttää lämpötilaan, jossa natriumsuolojen hiukkaset ovat kiinteitä, mikä on alle noin 790 °C tyypillisillä suolakokoonpanoilla.The gas rising from the gasification zone 104 contains 10 CO, H 2, H 2 O, CO 2, CH 4 and, if air is used, N 2 and various trace components and impurities and has a temperature of about 870 to 1,200 ° C. Two particularly interesting impurities are H2S, which is derived from the sulfur in the black liquor fed, and the fine particles of sodium sulfide formed through the phenomena of evaporation and reaction. As the gas then passes through the drying zone 102, it is cooled to a temperature of about 350 to 850 ° C depending on its temperature as it enters the drying zone, the water content of the black liquor, and the like. It is preferred to cool the gas to a temperature at which the sodium salt particles are solid, which is less than about 790 ° C with typical salt formulations.

Kuten yllä huomautettiin, happea sisältävää kaasua syötetään hallitusti astian 100 kaasutusvyöhykkeeseen 104 25 ja pelkistysvyöhykkeeseen 106 mustalipeässä olevan hiili-pitoisen materiaalin osittaisen hapettumisen aikaansaamiseksi, vaaditun korkean lämpötilan synnyttämiseksi ja haluttujen tuotteiden muodostamiseksi. Happea sisältävä kaasu on sopivasti ja edullisesti ilma; haluttaessa voidaan 30 käyttää hapella rikastettua ilmaa tai puhdasta happea.As noted above, the oxygen-containing gas is fed in a controlled manner to the gasification zone 104 and reduction zone 106 of the vessel 100 to effect partial oxidation of the carbonaceous material in the black liquor, to generate the required high temperature, and to form the desired products. The oxygen-containing gas is suitably and preferably air; if desired, oxygen-enriched air or pure oxygen can be used.

Vaikka puhdasta happea voidaan käyttää keksinnön mukaisessa menetelmässä, se on vähemmän toivottavaa kuin ilma tai happirikasteinen ilma johtuen hapen korkeasta hinnasta ja vaatimuksesta sijoittaa happilaitos lähelle mustalipeän 35 kaasutussysteemiä. Yleensä kaasutusvyöhykkeestä lähtevän i il ' i ft 20 8551 6 kaasun nopeus ylöspäin ei saisi ylittää arvoa noin 6,1 m/s ja sen tulee edullisesti olla 0,6 - 4,8 m/s.Although pure oxygen can be used in the process of the invention, it is less desirable than air or oxygen-enriched air due to the high cost of oxygen and the requirement to place the oxygen plant close to the black liquor 35 gasification system. In general, the upward velocity of the gas leaving the gasification zone i il 'i ft 20 8551 6 should not exceed about 6.1 m / s and should preferably be 0.6 to 4.8 m / s.

Paineen kaasutusastiassa 100 tulee olla välillä 101 - 5 065 kPa, normaalia ilmanpainetta korkeamman paineen 5 ollessa toivottava. Edullisesti tulee käyttää noin 303 -3 040 kPa:n painetta. Normaalia ilmanpainetta korkeamman paineen käyttö on toivottavaa useista syistä. Menetelmän turvallisuus paranee käytettäessä normaalia ilmanpainetta korkeampaa painetta, koska kohotettu paine estää räjähdyk-10 set, joita saattaa sattua sekoitettaessa sulatetta ja vettä sulatteen sammutusprosessissa. Tuotekaasun tilavuus ja siitä johtuen menetelmän toteuttamiseen tarvittavan laitteiston koko pienenee jopa kertoimella noin 20:1, kun käytetään normaalia ilmanpainetta korkeampia paineita. Tämä 15 pienentää sekä kustannuksia että lämpöhäviöitä. Lisäksi suolan höyrystyminen vähenee, mikä poistaa menetelmässä tuotetun kaasun laajan puhdistuksen tarpeen. Kohotettu paine helpottaa höyryfaasiepäpuhtauksien, kuten rikkivedyn poistoa tuotekaasusta käyttämällä absorptio- tai adsorp-20 tioprosesseja. Muuna etuna menetelmän käyttämisestä paineen alaisena on prosessin kasvanut lämpöhyötysuhde, mikä johtuu sulatteen lämpöenergian osittaisesta talteenotosta, jonka tekee mahdolliseksi sammutussäiliön liuoksen kiehumispisteen kohoaminen, kun paine kasvaa. Muuna etuna on, 25 että tuotekaasu on saatavissa paineessa, jota vaaditaan ·' käyttöön seuraavissa operaatioissa, kuten syötössä kaasu- turbiiniin.The pressure in the gasification vessel 100 should be between 101 and 5,065 kPa, with a pressure 5 higher than normal atmospheric pressure being desirable. Preferably, a pressure of about 303-3,040 kPa should be used. The use of a pressure higher than normal atmospheric pressure is desirable for several reasons. The safety of the process is improved by using a pressure higher than normal atmospheric pressure, because the elevated pressure prevents explosions that may occur when mixing the melt and water in the melt quenching process. The volume of product gas and, consequently, the size of the equipment required to carry out the process is reduced by a factor of about 20: 1 when pressures higher than normal atmospheric pressure are used. This 15 reduces both costs and heat losses. In addition, the evaporation of the salt is reduced, which eliminates the need for extensive purification of the gas produced in the process. The elevated pressure facilitates the removal of vapor phase contaminants such as hydrogen sulfide from the product gas using absorption or adsorption processes. Another advantage of using the method under pressure is the increased thermal efficiency of the process due to the partial recovery of thermal energy from the melt, which is made possible by an increase in the boiling point of the quench tank solution as the pressure increases. Another advantage is that the product gas is available at the pressure required for use in subsequent operations, such as feeding to a gas turbine.

Lämpötiloja kaasutusvyöhykkeessä 104 sulan suolan keräymän 108 yläpinnan vieressä pidetään noin 800 - 1 200 30 °C:ssa ja edullisesti noin 900 - 1 070 °C:ssa. On huomattava, ettei kaasutusvyöhyke toimi täysin yhtenäisessä lämpötilassa. Korkein lämpötila tässä vyöhykkeessä on normaalisti lähellä sulan suolan keräymän pintaa, jossa ruisku-'· . tettu happi reagoi hiilipitoisen materiaalin kanssa. Lä- 35 hellä kaasutusvyöhykkeen yläosaa lämpötilat laskevat, kun kaasu lähestyy kuivausvyöhykettä.Temperatures in the gasification zone 104 adjacent the top surface of the molten salt collection 108 are maintained at about 800 to 1,200 at 30 ° C, and preferably at about 900 to 1,070 ° C. It should be noted that the gasification zone does not operate at a fully uniform temperature. The highest temperature in this zone is normally close to the surface of the molten salt collection where the sprayer '·. the reacted oxygen reacts with the carbonaceous material. Near the top of the gasification zone, temperatures drop as the gas approaches the drying zone.

f k 2i 85516f k 2i 85516

Kaasutusvyöhykkeestä kohoavat korkean lämpötilan kaasut jäähdytetään noin 350 - 850 °C:n lämpötilaan niiden kulkiessa kuivausvyöhykkeen läpi. Tämä jäähdytysvaihe edustaa tämän keksinnön lisäetua siten, että se saa sulan 5 suolan pisarat, jotka saattaisivat kulkeutua kohoavan kaasun mukana, jähmettymään ennen kuin ne poistuvat reaktorista. Tuloksena olevat kiinteät hiukkaset eivät takerru tuotekaasun prosessointisysteemin lämmönsiirtopinnoille ja muuhun laitteistoon eivätkä syövytä niitä. Sulan suolan 10 keräymän pelkistysvyöhykkeessä lämpötilat voivat olla jonkin verran alemmat kuin kaasutusvyöhykkeessä, mikä johtuu pelkistysvyöhykkeessä tapahtuvista endotermisistä rikin pelkistysreaktioista. Lämpötiloja on kuitenkin pelkistys-vyöhykkeessä pidettävä riittävän korkeina, jotta taattai-15 siin se, ettei tapahdu suolojen jähmettymistä ja että pelkistysreaktiot voivat tapahtua suurella nopeudella. Lämpötila-alue noin 860 - 1 100 °C on käyttökelpoinen ja edullinen alue on noin 870 - 1 050 °C sulan suolan keräymän pel-kistysvyöhykkeelle.The high temperature gases rising from the gasification zone are cooled to a temperature of about 350 to 850 ° C as they pass through the drying zone. This cooling step represents a further advantage of the present invention in that it causes the droplets of molten salt that might travel with the rising gas to solidify before leaving the reactor. The resulting solid particles do not adhere to or corrode the heat transfer surfaces of the product gas processing system and other equipment. The temperatures in the reduction zone collected by the molten salt 10 may be somewhat lower than in the gasification zone due to endothermic sulfur reduction reactions in the reduction zone. However, the temperatures in the reduction zone must be kept high enough to ensure that the salts do not solidify and that the reduction reactions can take place at a high rate. A temperature range of about 860 to 1100 ° C is useful, and a preferred range is about 870 to 1,050 ° C for the molten salt collection reduction zone.

20 On erittäin tärkeää, että lämpö säilyy kaasutus- ja pelkistysvyöhykkeissä. Muussa tapauksessa lämpöhäviöt vaativat suurempaa ilman ja mustalipeän syöttösuhdetta lämpötilan ylläpitämiseksi. Kun ilman ja mustalipeän välistä suhdetta nostetaan, tapahtuu täydellisempi palaminen, eri-25 tyisesti erittäin eksotermiset reaktiot C02:ksi ja H20:ksi C0:sta ja H2:sta. Tämä kompensoi lämpöhäviötä, mutta huonontaa tuotekaasun lämpöarvoa. On jonkin verran merkityk-settömämpää minimoida lämpöhäviötä kuivausvyöhykkeestä, koska lämpöhäviöt tästä vyöhykkeestä pääasiassa alentavat 30 tuotekaasun lämpötilaa, mutteivät lämpöarvoa.20 It is very important that heat is retained in the gasification and reduction zones. Otherwise, heat losses require a higher air to black liquor supply ratio to maintain the temperature. When the ratio of air to black liquor is increased, more complete combustion takes place, especially highly exothermic reactions to CO2 and H2O from CO2 and H2. This compensates for the heat loss, but degrades the calorific value of the product gas. It is somewhat less important to minimize heat loss from the drying zone, as heat losses from this zone mainly lower the temperature of the product gas, but not the calorific value.

Lämpöhäviötä kaikista kolmesta vyöhykkeestä vähennetään käyttämällä eristysmateriaalia 112. Mitä tahansa eristettä voidaan käyttää tähän tarkoitukseen. Esimerkiksi eristävät pintakerrokset, valettavat tulenkestävät aineet, 35 palotiilet, lasikuitu ja kaakeli ovat sopivia. Materiaa- Λ 22 8 5 5 1 6 lien, jotka ovat kosketuksessa korkean lämpötilan sulan suolan ja suolahöyryjen kanssa, on kestettävä näiden aineiden vaikutusta. Esimerkiksi erittäin puhtaiden sulatus-valettujen alumiinioksidiharkkojen on havaittu olevan mel-5 ko tehokkaita käytettäväksi sulatetta kestävänä tulenkestävänä verhouksena 113.Heat loss from all three zones is reduced by using insulation material 112. Any insulation can be used for this purpose. For example, insulating surface layers, cast refractories, fire bricks, fiberglass and tile are suitable. Materials Λ 22 8 5 5 1 6 in contact with high-temperature molten salt and salt vapors must be able to withstand the effects of these substances. For example, high purity melt-cast alumina ingots have been found to be quite effective in use as a melt-resistant refractory cladding 113.

Lämpöhäviöiden hallinta on tämän keksinnön tärkeä piirre ja se on selvä vastakohta käytännölle, jossa käytetään hyväksi Tomlinsonin kattilaa tai sen vastinetta, jos-10 sa mustalipeän poltossa syntynyttä lämpöä käytetään veden muuttamiseen höyryksi reaktorissa olevissa kattilaputkis-sa. Sen sijaan että poistettaisiin lämpö tällä tavoin palavan kaasutuotteen valmistamiseksi, jolla on haluttu ylempi lämpöarvo, on todettu välttämättömäksi estää lämmön 15 häviäminen. Erityisesti kun halutaan saada tuotekaasulle ylempi lämpöarvo (HHV), joka on vähintään noin 3 353 kJ/m3, on tarpeen suunnitella systeemi siten, että kokonaislämpö-häviö kaasutus- ja pelkistysvyöhykkeistä on alle noin 396 kJ/kg syötettyä mustalipeää ja edullisesti alle 1 163 20 kJ/kg.Heat loss control is an important feature of the present invention and is a clear contrast to the practice of utilizing a Tomlinson boiler or its equivalent if the heat generated in the combustion of black liquor is used to convert water to steam in the boiler tubes in the reactor. Instead of removing heat in this way to produce a combustible gas product with the desired upper calorific value, it has been found necessary to prevent heat loss. In particular, when it is desired to obtain a higher calorific value (HHV) for product gas of at least about 3,353 kJ / m3, it is necessary to design the system so that the total heat loss from the gasification and reduction zones is less than about 396 kJ / kg of black liquor fed and preferably less than 1,163 kJ / kg.

Jotta rajoitettaisiin näistä vyöhykkeistä säteilystä ylöspäin kylmempään kuivausvyöhykkeeseen aiheutuvaa lämpöhäviötä, on toivottavaa, että rajoitetaan astian poikkipinta-alaa kaasutusvyöhykkeen yläosassa. Esimerkiksi 25 poikkipinta-ala, joka on alle noin 18,4 cm2/kg/h syötettyä mustalipeää, rajoittaa säteilyhäviöt alle noin 1 163 kJ/kg:n mustalipeää tyypillisissä käyttöolosuhteissa. Koska jonkin verran johtumisesta astian seinämien ja lattian läpi aiheutuvaa lämpöhäviötä on myös odotettavissa, vaadi-. . 30 taan tavallisesti poikkipinta-alaa, joka on alle noin 1,64 cm2/kg/h mustalipeää. Näin ollen kaupallinen laitos, joka käsittelee 100 t/d syötettyä mustalipeää (3 780 kg/h), vaatisi kaasutusvyöhykkeen yläosassa alle 6,2 m2:n poikki-ν' : pinta-alan tai alle noin 2,75 m:n sisähalkaisijän pyöreäl- : 35 lä poikkileikkauksella. Vielä pienemmät poikkipinta-alat li 23 8551 6 ovat edullisia (esim. alle noin 12,3 cm2/kg/h) ja voidaan vaivattomasti saavuttaa hyväksyttävillä kaasun nopeuksilla toimimalla korotetuissa paineissa. Poikkipinta-alan pienentäminen johtaa välttämättä kaasun nopeuden kasvuun kaa-5 sutusastiassa, ellei muita olosuhteita muuteta. Niinpä liian suurten nopeuksien välttämiseksi toimittaessa edullisella alueella olevalla poikkipinta-alalla on toivottavaa käyttää kaasutusastiaa korotetussa paineessa.In order to limit the heat loss from radiation from these zones upwards to the colder drying zone, it is desirable to limit the cross-sectional area of the vessel at the top of the gasification zone. For example, a cross-sectional area of less than about 18.4 cm 2 / kg / h of fed black liquor limits radiation losses to less than about 1,163 kJ / kg of black liquor under typical operating conditions. Since some heat loss due to conduction through the walls and floor of the vessel is also expected, the required. . A cross-sectional area of less than about 1.64 cm2 / kg / h of black liquor is usually used. Thus, a commercial plant treating 100 t / d of black liquor fed (3,780 kg / h) would require a cross-sectional area of less than 6.2 m2 at the top of the gasification zone or a circular area of less than about 2.75 m in internal diameter. -: 35 with cross section. Even smaller cross-sectional areas li 23 8551 6 are preferred (e.g., less than about 12.3 cm 2 / kg / h) and can be readily achieved at acceptable gas velocities by operating at elevated pressures. Reducing the cross-sectional area will necessarily result in an increase in the gas velocity in the gasification vessel unless other conditions are changed. Thus, in order to avoid excessive speeds when operating in a cross-sectional area within a preferred range, it is desirable to use a gasification vessel at elevated pressure.

Lämpöhäviö tai lämmön poisto, joka mainittiin edel-10 lä olevassa selostuksessa, viittaa vain lämpöön, joka poistuu kaasutus- ja pelkistysvyöhykkeistä säteilemällä ylöspäin tai johtumalla seinämiin tai niiden läpi ja joka on tämän vuoksi hallittavissa sopivalla systeemin suunnittelulla. Lisäksi on tärkeää, että mustalipeä on lähes täy-15 sin kuivattu, ennen kuin se tulee kaasutusvyöhykkeeseen niin, ettei lämpöä kulu veden hyörystämiseen ja että molempiin alempiin vyöhykkeisiin syötetty ilma esikuumenne-taan sen lämmön minimoimiseksi, joka vaaditaan sen lämpötilan nostoon. Tietyt lämpöhäviöt ovat kuitenkin väistä-20 mättömiä ja yläraja mustalipeän lämpöarvolle, joka voidaan muuttaa tuotekaasun lämpöarvoksi, asettuu noin 75 %:n ylärajalle. Väistämättömiin lämpöhäviöihin kuuluvat tuotekaasun ja tuotesulatteen vapaa lämpö ja sulatteessa olevan sulfidin lämpöarvo.The heat loss or heat removal mentioned in the above description refers only to the heat leaving the gasification and reduction zones by radiation upwards or conduction to or through the walls and which can therefore be controlled by a suitable system design. In addition, it is important that the black liquor be nearly completely dried before entering the gasification zone so that no heat is dissipated to evaporate the water and that the air supplied to both lower zones is preheated to minimize the heat required to raise its temperature. However, certain heat losses are unavoidable and the upper limit for the calorific value of black liquor, which can be converted to the calorific value of the product gas, is set at an upper limit of about 75%. Unavoidable heat losses include the free heat of the product gas and product melt and the calorific value of the sulfide in the melt.

25 Jotta saavutettaisiin haluttu vesipitoisen mustali peän kaasutus esillä olevan keksinnön mukaisessa prosessissa, vesipitoista mustalipeää syötetään astian 100 kui-vausvyöhykkeeseen 102 tavalla, joka aikaansaa mustalipeän riittävän pinta-alan, joka on suorassa kosketuksessa kuu-30 man kaasun kohoavaan virtaan, ja riittävän kosketusajan. Mustalipeä voidaan ruiskuttaa astiaan putoavien pisaroiden muodostamiseksi, jotka kuivataan kaasutusvyöhykkeestä kohoavilla kaasuilla, veden höyrystyessä mustalipeästä, en-nen kuin mustalipeä poistuu kuivausvyöhykkeestä.In order to achieve the desired aqueous black gasification in the process of the present invention, the aqueous black liquor is fed to the drying zone 102 of the vessel 100 in a manner that provides sufficient black liquor surface area in direct contact with the rising hot gas stream and contact time. The black liquor can be sprayed into the vessel to form droplets, which are dried with gases rising from the gasification zone as the water evaporates from the black liquor before the black liquor leaves the drying zone.

24 8 5 51 624 8 5 51 6

Suihkupisarat voivat myös osua kuivausvyöhykkeessä astian seinämiin, joihin ne tarttuvat ja kuivuvat muodostaen hiipitoisen materiaalin ja suolojen kerrostumia, jotka sen jälkeen putoavat seinämiltä kaasutus- ja pelkistys-5 vyöhykkeisiin. Ei ole kuitenkaan toivottavaa syöttää mus-talipeää niin hienona suihkuna, että suihkun pisarat tai tuloksena olevat kuivatut, hienojakoiset mustalipeän kiintoaineet kulkeutuvat kaasutusastian läpi kohoavien kuumien kaasujen mukana pois. Suihkun karkeus säädetään siten, 10 että tapahtuu riittävä kuivuminen ja mahdollisimman vähän poiskulkeutumista.The jet droplets can also hit the walls of the vessel in the drying zone, where they adhere and dry, forming layers of creeping material and salts, which then fall from the walls into the gasification and reduction zones. However, it is not desirable to feed the black liquor as such a fine jet that the jet droplets or the resulting dried, fine black liquor solids pass through the gasification vessel with the rising hot gases. The roughness of the jet is adjusted so that sufficient drying and as little drift as possible occurs.

Kaasulla, joka on muodostunut mustalipeän kiintoaineiden kaasutuksen tuloksena, on kuivana ylempi lämpöarvo, joka on vähintään noin 3 353 kJ/m3, johtuen pääasiassa 15 CO:n, H2:n ja CH4:n läsnäolosta. Kun tuotekaasu kohoaa mustalipeän kuivausvyöhykkeen läpi, sen vesihöyrypitoisuus kasvaa ja lämpötila laskee tuloksena veden haihtumisesta mustalipeästä. Lisäksi vesihöyrypitoisuuden kasvu saa ve-si-kaasumuutosreaktion tapahtumaan seuraavasti 20 CO + H20 ---> C02 + H2 Tämä johtaa kaasun koostumuksen muutokseen siten, että kuivausvyöhykkeen huipulta lähtevä kaasu sisältää ' '·· 25 vähemmän CO:a ja enemmän H2:a kuin kaasutusvyöhykkeestä : : : lähtevä kaasu. Reaktio ei kuitenkaan muuta oleellisesti ylempää lämpöarvoa.The gas formed as a result of the gasification of the black liquor solids has a dry upper calorific value of at least about 3,353 kJ / m3, mainly due to the presence of CO, H2 and CH4. As the product gas rises through the black liquor drying zone, its water vapor content increases and the temperature decreases as a result of water evaporation from the black liquor. In addition, an increase in the water vapor content causes the water-gas conversion reaction to take place as follows: 20 CO + H 2 O --- CO 2 + H2 This results in a change in the gas composition so that the gas leaving the top of the drying zone contains '' ·· 25 less CO and more H2 than from the gasification zone::: gas leaving. However, the reaction does not substantially change the upper calorific value.

Kuivausvyöhykkeestä poistuvaa kaasua voidaan käsi-. .·, teliä lukuisilla tavoilla. Edullisesti sen vapaata lämpöä -30 käytetään höyryn kehittämiseen höyrygeneraattorissa tai muuhun lämpöhuoltoon. Useimmissa sovellutuksissa on toivottavaa poistaa vesihöyry, hienot suolahiukkaset ja H2S kaasusta ennen sen käyttämistä. Nämä vaiheet voidaan toteuttaa tavanomaisessa laitteistossa, kuten jäähdyttimessä 35 vesihöyryn poistamiseksi, absorptiokontaktoreissa, joissa li 25 85516 käytetään alkalista liuoksia H2S:n absorboimiseen, ja savu-kaasupesureita tai kangasssuodattimia hiukkasmaisen aineen poistamiseen. Näissä vaiheissa talteenotettu vesi, suola ja rikki voidaan kierrättää selluloosatehtaaseen tai kaa-5 sutusprosessiin. Joissakin tapauksissa saattaa olla toivottavaa puhdistaa tuotekaasu, kun se poistuu kaasutusas-tiasta, ilman lisäjäähdytystä niin, että kaasussa ja vesihöyryssä olevaa vapaata lämpöä ja puristusnergiaa voidaan käyttää kaasuturbiinissa tai muussa energian muutossystee-10 missä.The gas leaving the drying zone can be hand-operated. . ·, Bogies in numerous ways. Preferably, its free heat of -30 is used to generate steam in a steam generator or other heat supply. In most applications, it is desirable to remove water vapor, fine salt particles, and H2S from the gas before using it. These steps can be performed in conventional equipment, such as a condenser 35 to remove water vapor, absorption contactors using alkaline solutions to absorb H 2 S, and flue gas scrubbers or fabric filters to remove particulate matter. The water, salt and sulfur recovered in these steps can be recycled to a pulp mill or gasification process. In some cases, it may be desirable to purify the product gas as it exits the gasification vessel, without additional cooling, so that the free heat and compression energy in the gas and water vapor can be used in a gas turbine or other energy conversion system.

Kuten osoitettiin, purettu sulate 141 virtaa astiasta 100 putken 138 kautta sammutussäiliöön 140, jossa se liuotetaan veteen kaasutusastian paineessa. Sulate jähmettyy ja sulkee virtaustien, jos sen annetaan jäähtyä 15 alle noin 760 °C:n sen ollessa kosketuksessa purkaussuutin-ten kanssa. Tämän vuoksi on toivottavaa antaa osan kaasu-tusvyöhykkeestä tulevasta korkean lämpötilan kaasusta virrata sulatteen purkausputken läpi auttamaan korkean lämpötilan ylläpitämisessä tässä putkessa. Tämä kaasu virtaa 20 sammutussäiliöön 140, josta se voidaan laskea tuotekaasu-systeemiin alavirtaan kaasuttimesta olevassa kohdassa. Sulatteen virtauksen esteettömän reitin ylläpitämiseen voidaan käyttää muita välineitä, kuten apupolttimia ja mekaanisia rouhinsysteemejä.As indicated, the discharged melt 141 flows from vessel 100 through line 138 to quench tank 140 where it is dissolved in water at the pressure of the gasification vessel. The melt solidifies and closes the flow path if allowed to cool below about 760 ° C in contact with the discharge nozzles. Therefore, it is desirable to allow a portion of the high temperature gas coming from the gasification zone to flow through the melt discharge tube to help maintain a high temperature in that tube. This gas flows into a quench tank 140, from where it can be discharged into the product gas system at a point downstream of the carburetor. Other means, such as auxiliary burners and mechanical grinding systems, can be used to maintain an unobstructed flow of melt flow.

25 Seuraavat esimerkit kuvaavat tätä keksintöä, mutta niiden tarkoituksena ei ole rajoittaa sen suojapiiriä.The following examples illustrate the present invention but are not intended to limit its scope.

' . Esimerkit Tämän keksinnön tekijä osoitti aikaisemmin sarjassa koepenkkimittakaavassa testejä menetelmän peruskemian, 30 joka liittyy väkevöidyn vesipitoisen mustalipeän suolasu-latekaasutukseen. Nämä suoritettiin sisähalkaisijaltaan 152,4 mm:n koepenkkimittakaavan kaasutusastiassa, johon oli asennettu sähköuuni, jota voitiin käyttää lämpöhäviöi-den minimoimiseen seinämien läpi. Tuotekaasun ylemmät läm-35 pöarvot (HHV kuivana) olivat 4 470 - 5 216 kJ/m3 riippuen 26 85 51 6 mustalipeän koostumuksesta ja muista muuttujista. Sulatteesta talteen saatu rikki oli yleensä 90-%:isesti nat-riumsulfidin muodossa. Paineen vaikutukset peruskemiaan osoitettiin myös aikaisemmin koeohjelmilla.'. Examples The inventor of the present invention previously demonstrated in a series of bench-scale tests the basic chemistry of a process associated with salt melt-to-gasification of concentrated aqueous black liquor. These were performed in a 152.4 mm inner diameter test bench gasification vessel equipped with an electric furnace that could be used to minimize heat loss through the walls. The upper calorific values (HHV dry) of the product gas ranged from 4,470 to 5,216 kJ / m3, depending on the composition of the black liquor and other variables. The sulfur recovered from the melt was generally 90% in the form of sodium sulfide. The effects of pressure on basic chemistry were also demonstrated previously in experimental programs.

5 Mustalipeän suolasulatekaasutusprosessin kaupalli sen potentiaalin osoittamiseksi tarkemmin modifioitiin monikäyttöistä sulan suolan testauslaitetta (MSTF) musta-lipeän kaasutusastian aikaansaamiseksi, joka kykenee demonstroimaan tätä menetelmää koetehdasmittakaavassa. Muun-10 nos käsitti kolmivyöhykkeisen kaasutusastian, joka koostui vesipitoisen mustalipeän kuivausvyöhykkeestä, mustalipeän kiintoaineiden kaasutusvyöhykkeestä ja suolasulatteen rikin pelkistysvyöhykkeestä.5 In order to further demonstrate the commercial potential of the black liquor salt melt gasification process, a multi-purpose molten salt tester (MSTF) was modified to provide a black liquor gasification vessel capable of demonstrating this method on a pilot plant scale. The other-10 nos comprised a three-zone gasification vessel consisting of an aqueous black liquor drying zone, a black liquor solids gasification zone, and a salt melt sulfur reduction zone.

Käytetty MSTF koostuu astiasta, jonka sisähalkaisi-15 ja on noin 838 mm ja sisäkorkeus noin 4 242 mm. Alempi 2 438 mm:n osa on vuorattu sulatusvaletuilla alumiinioksi-ditiilillä, joiden paksuus on noin 152 mm ja jotka on tuettu takaa noin 123 mm:n kerroksella paljon alumiinioksidia sisältävää valettavaa tulenkestävää ainetta. Nämä 20 materiaalit kestävät erittäin hyvin korkean lämpötilan sulan suolan vaikutusta, mutta eivät ole tehokkaita lämpö-eristeenä. Lämpöhäviöiden pienentämiseksi kaasutus- ja pelkistysvyöhykkeistä 3,2 mm paksu kerros mineraalikuitu-eristyspaperia asennettiin metalliastian ulkopuolelle; 25 tehokkaampaa paksumpaa kerrosta ei voitu kuitenkaan käyttää aiheuttamatta metalliastian sallitun lämpötilan ylit-: tämistä.The MSTF used consists of a vessel with an inside diameter of -15 and a diameter of about 838 mm and an internal height of about 4,242 mm. The lower 2,438 mm portion is lined with molten cast alumina dithiol having a thickness of about 152 mm and supported at the back by a layer of about 123 mm of high alumina cast refractory. These materials withstand the effect of high temperature molten salt very well, but are not effective as a thermal insulator. To reduce heat loss from the gasification and reduction zones, a 3.2 mm thick layer of mineral fiber insulation paper was installed outside the metal vessel; However, the 25 more effective thicker layers could not be used without causing the permissible temperature of the metal container to be exceeded.

Mustalipeän kaasutuksen aikaisemmassa testauksessa ja analyyttisissä tutkimuksissa tämän keksinnön tekijä oli . · 30 osoittanut, että ratkaiseva vaatimus palavan kaasun tuot tamiselle, jonka HHV on yli 3 725 kJ/m3 ja sulatteen pel-. kistyminen yli 90-%:isesti sulfidiksi, oli se, että yhdis- * tetyistä kaasutus- ja pelkistysvyöhykkeistä menetetyn läm mön tulee edullisesti olla alle noin 1 163 kJ/kg syöttöä 35 tyypillisellä mustalipeän koostumuksella. Koska MSTF-as- 27 8551 6 tian alkuperäinen tarkoitus oli testata kemikaalijätteen hävittämistä täydellisellä poltolla, tuotannon maksimoimiseksi yksikkö suunniteltiin sallimaan hyvin suuri lämpöhä-viömäärä seinämien läpi (noin 633 000 - 844 000 kJ/h).In previous testing and analytical studies of black liquor gasification, the present inventor was. · 30 demonstrated that the crucial requirement for the production of flammable gas with an HHV of more than 3 725 kJ / m3 and a melt flake. reduction to more than 90% sulfide was that the heat lost from the combined gasification and reduction zones should preferably be less than about 1,163 kJ / kg of feed with a typical black liquor composition. Since the original purpose of the MSTF as- 27 8551 6 Tian was to test the disposal of chemical waste by complete incineration, the unit was designed to allow a very high amount of heat loss through the walls (approximately 633,000 to 844,000 kJ / h) to maximize production.

5 Näin ollen johtuen MSTF-astian alkuperäisestä suuren läm-pöhäviön suunnittelusta, mustalipeän kaasutusohjelman ratkaisevat tavoitteet koetehdastasolla rajoittuvat suhteellisen suuren mittakaavan laitteiston toimintakyvyn osoittamiseen ja suorituskyvyn ennustettavuuden aikaansaamiseen 10 perustuen koepenkkimittakaavan kokeisiin ja analyyttisiin tutkimuksiin.Thus, due to the initial high heat loss design of the MSTF vessel, the critical objectives of the black liquor gasification program at the pilot plant level are limited to demonstrating the performance of relatively large scale equipment and providing performance predictability 10 based on bench test and analytical studies.

Kaksi ratkaisevaa rakennemuutosta tehtiin MSTF-as-tiaan tämän keksinnön mukaisesti. Sulatteen poistoaukko, joka oli 1 930 mm astian pohjan yläpuolella, suljettiin 15 keraamisella tulpalla ja peitettiin suojalaipalla. Uusi sulatteen ylivirtauskouru suunniteltiin ja valmistettiin koetoimintaa varten ja asennettiin 356 mm astian pohjan yläpuolelle. Alentamalla sulatteen poistoaukkoa pienennettiin sulatevarastoa ja aikaansaatiin suhteellisen matala 20 allas.Two crucial structural changes were made to the MSTF vessel in accordance with the present invention. The melt outlet, which was 1,930 mm above the bottom of the vessel, was closed with 15 ceramic plugs and covered with a protective flange. A new melt overflow chute was designed and fabricated for test operation and installed 356 mm above the bottom of the vessel. By lowering the melt outlet, the melt stock was reduced and a relatively shallow pool was provided.

Neljän olemassa olevan, ilman ruiskuttamiseen sulan suolan keräymään käytetyn suuttimen lisäksi, kuusi uutta suutinta sijoitettiin 508 mm:n korkeudelle astian pohjan yläpuolelle niin, että se teki mahdolliseksi osan ruisku-25 tetusta ilmasta ruiskuttamisen sulatekeräymän yläpuolelle.In addition to the four existing nozzles used to inject air to collect molten salt, six new nozzles were placed at a height of 508 mm above the bottom of the vessel, allowing some of the injected air to be injected above the melt collection.

Nämä uudet suuttimet sijaitsivat tasavälein astian kehän ympärillä ja osoittivat alaspäin ja sisäänpäin 45 °:n kulmassa niin, että ilma suuntautui kohti sulan suolan keräy-män pintaa. Tasapainottavia suukappaleita käytettiin jo-30 kaisessa suuttimessa tasaisen ilman jakautumisen aikaan saamiseksi yksittäisiin ilma-aukkoihin. Muutoksia tehtiin myös mustalipeän ruiskutussysteemiin pyrkimyksenä lisätä ja ylläpitää mustalipeän virtausta.These new nozzles were evenly spaced around the circumference of the vessel and pointed downwards and inwards at an angle of 45 ° so that the air was directed towards the surface of the molten salt collection. Balancing nozzles were used in a 30-nozzle to provide even air distribution to the individual air vents. Modifications were also made to the black liquor injection system in an effort to increase and maintain the flow of black liquor.

Koko ajoaika koostui noin 46 tunnin toiminnasta 35 mustalipeän syötön aloittamisesta systeemin sulkemiseen ja 28 8 5 5 1 6 se sisälsi 14 koetta. Noin 8 618 kg mustalipeää kaasutettiin; mustalipeän virtaus ei kuitenkaan ollut jatkuvaa koko ajon ajan.The total run time consisted of approximately 46 hours of operation from the start of 35 black liquor feeds to system shutdown and 28 8 5 5 1 6 it included 14 trials. About 8,618 kg of black liquor was gasified; however, the flow of black liquor was not continuous throughout the run.

Kaasutusastia käynnistettiin asettamalla ensin il-5 mavirtaukset nimellisarvoihin täyden kuorman olosuhteita varten, esimerkiksi kaasun nimelliselle pinnanmyötäiselle nopeudelle 1,5 m/s 980 °C:ssa. Ilman kokonaisjakautuma kaa-sutusastiaan asetettiin alunperin syöttämään noin 40 % ilmasta kuuteen yläsuuttimeen (sulatteen yläpuolelle) ja 60 10 % ilmasta pohjalla oleviin neljään suuttimeen (sulattee seen). Tämä suhde käännettiin kuitenkin päinvastaiseksi kokeissa 10 - 14. Kuuteen yläsuuttimeen tuli esilämmitet-tyä ilmaa; neljään pohjalla olevaan suuttimeen tuli ympäristön lämpötilassa olevaa ilmaa. Väliaikainen luonnonkaa-15 supoltin asennettiin astian ylimpään osaan yksikön esiläm-mittämiseksi. Kaasutusastia esikuumennettiin 930 - 980 °C:seen ennen ajoa.The gasification vessel was started by first setting the il-5 flows at nominal values for full load conditions, for example at a nominal gas velocity of 1.5 m / s at 980 ° C. The total distribution of air in the gasification vessel was initially set to supply about 40% of the air to the six upper nozzles (above the melt) and 60 to 10% of the air to the four nozzles at the bottom (melt). However, this ratio was reversed in Experiments 10-14. The six upper nozzles received preheated air; the four nozzles at the bottom entered air at ambient temperature. A temporary natural gas-15 burner was installed in the top of the vessel to preheat the unit. The gasification vessel was preheated to 930-980 ° C before running.

Taulukko 1 esittää kokeissa käytetyn mustalipeän analyysiä.Table 1 shows the analysis of the black liquor used in the experiments.

20 Koetulosten analyysi osoitti, että tuotekaasulla oli kuivana maksimi HHV-arvo 1 948 kJ/m3 muuttumattoman toiminnan aikana ja sulatteessa olevan rikin maksimipel-kistys oli 67,4 %. Kuten mainittiin, MSTF-astian suunnittelusta johtuen ei ollut mahdollista nostaa näitä arvoja *·· 25 merkittävästi ajon aikana muutoksilla, jotka sallisivat toiminnan alemmalla ilman ja polttoaineen välisellä suhteella, esimerkiksi aikaansaamalla astialle lisäeristys tai nostamalla mustalipeän syöttönopeutta.20 Analysis of the test results showed that the product gas had a maximum dry HHV value of 1,948 kJ / m3 during constant operation and a maximum reduction of sulfur in the melt was 67.4%. As mentioned, due to the design of the MSTF vessel, it was not possible to significantly increase these values * ·· 25 during driving with changes that would allow operation at a lower air to fuel ratio, for example by providing additional insulation to the vessel or increasing the black liquor feed rate.

Kokeet 10 ja 13 (kts. taulukko 2) ovat tyypillisiä 30 esimerkkejä MSTF:n suorituskyvystä tämän keksinnön konfi-guraatiossa. Vertailun vuoksi taulukkoon on sisällytetty tulokset aikaisemmasta kokeesta, jota on merkitty testiksi A. Tämän aikaisemman kokeen aikana kaikki ilma syötettiin syvän sulan suolan keräymän pinnan alapuolelle.Experiments 10 and 13 (see Table 2) are typical 30 examples of MSTF performance in the configuration of this invention. For comparison, the results of a previous experiment, designated Test A, are included in the table. During this previous experiment, all air was fed below the surface of the deep molten salt collection.

li 29 8 5 5 1 6li 29 8 5 5 1 6

Suunnilleen samalla ilman ja mustalipeän välisellä suhteella toteutettujen kokeiden 13 ja A vertailu osoittaa, että sulatekeräymän syvyyden pienentämisellä 1 930 mm:stä 356 mm:iin ei ollut haitallista vaikutusta tuote-5 kaasun lämpöarvoon. Rikin pelkistyshyötysuhteen havaitaan olevan merkittävästi korkeampi molemmissa kokeissa 10 ja 13 kuin kokeessa A. Tätä voidaan pitää jaetun ilmasyöttö-järjestelyn aiheuttamana kokeissa 10 ja 13, jolloin vain 37 % johdetaan sulatekeräymän läpi ja loppuosa ruiskute-10 taan kaasutusvyöhykkeeseen. Tämä järjestely salli myös syöttää enemmän kokonaisilmaa (ja tämän vuoksi enemmän mustalipeää) kaasuttimeen testien 10 ja 13 aikana ilman, että sulatteen pisaroita kulkeutui liikaa pois. Tämän seurauksena yksikköä voitaisiin käyttää pienemmällä ilman ja 15 mustalipeän välisellä suhteella testin 1 aikana ylemmän lämpöarvon kaasun tuottamiseksi kuin on mahdollista kokeeseen A käytetyllä konfiguraatiolla.A comparison of experiments 13 and A performed at approximately the same ratio of air to black liquor shows that reducing the depth of melt collection from 1,930 mm to 356 mm had no adverse effect on the calorific value of the product-5 gas. The sulfur reduction efficiency is found to be significantly higher in both Experiments 10 and 13 than in Experiment A. This can be considered to be caused by the split air supply arrangement in Experiments 10 and 13, where only 37% is passed through the melt collection and the remainder is injected into the gasification zone. This arrangement also allowed more total air (and therefore more black liquor) to be fed to the carburetor during tests 10 and 13 without too much melt droplets escaping. As a result, the unit could be operated with a lower ratio of air to black liquor during Test 1 to produce a higher calorific value gas than is possible with the configuration used for Experiment A.

30 8 5 51 630 8 5 51 6

Taulukko 1 MSTF-ajossa käytetyn mustalipeän analyysiTable 1 Analysis of black liquor used in MSTF run

Kiintoaineväkevyys, paino-%_Märkänä_Kuivana_ 5 Kiintoaineväkevyys, paino-% 66,47 100,0 pH 12,8 -Solids concentration,% by weight _ Wet_Dry_ 5 Solids concentration,% by weight 66.47 100.0 pH 12.8 -

Tiheys, g/cm3 @ 25 °C:ssa 1/41Density, g / cm 3 @ 25 ° C 1/41

Palamislämpö, kJ/kg 10 027 15 084Heat of combustion, kJ / kg 10 027 15 084

Alkuaineanalyysi, paino-% 10 Hiili'* 24,80 37,31Elemental analysis,% by weight Carbon '* 24.80 37.31

Vety'* 2,27(b 3,41Hydrogen '2.27 (b 3.41

Orgaaninen hiili 25,46 38,30Organic carbon 25.46 38.30

Natrium 13,90 20,91Sodium 13.90 20.91

Kalium 1,24 1,87 15 Kalsium 0,02 0,03Potassium 1.24 1.87 15 Calcium 0.02 0.03

Magnesium 0,01 0,02Magnesium 0.01 0.02

Rauta 0,01 0,01Iron 0.01 0.01

Alumiini <0,01 <0,01Aluminum <0.01 <0.01

Kokonaisrikki 2,71 4,07 20 Alkuainerikki 0,08 0,12Total sulfur 2.71 4.07 20 Elemental sulfur 0.08 0.12

Polysulfidirikki 0,05 0,07Polysulfide sulfur 0.05 0.07

Yhdisteet, paino-%Compounds,% by weight

NaOH 0,37 0,55NaOH 0.37 0.55

Na2S 4,11 6,18 . 25 Na2C03 4,63 6,97Na 2 S 4.11 6.18. Na 2 CO 3 4.63 6.97

Na2S04 2,68 4,03 : - Na2S03 0,01 0,01 !: ' Na2S203 1,38 2,07 : / NaCl 0,09 0,14 V.·’ 30 Na2C204 0,93 1,40Na 2 SO 4 2.68 4.03: - Na 2 SO 3 0.01 0.01!: Na 2 S 2 O 3 1.38 2.07: / NaCl 0.09 0.14 V. · '30 Na 2 CO 2 0.93 1.40

Metoksyyli (0-CH3) 3,16 4,76 Mäntyöljy 0,56 0,85 :*" Haihtuvat hapot 7,06 10,62 . 35 a) Näyte kuvattu ennen analyysiä; on saattanut menettää haihtuvia orgaanisia aineita. b) Ei sisällä vedessä olevaa vetyä.Methoxyl (0-CH3) 3.16 4.76 Tall oil 0.56 0.85: * "Volatile acids 7.06 10.62. 35 a) Sample described before analysis; may have lost volatile organic matter. B) Does not contain hydrogen in water.

li 3i 8551 6li 3i 8551 6

Taulukko 2 MSTF-koetuloksetTable 2 MSTF test results

Ajo n:ot_10_13_AAjo n: ot_10_13_A

5 Sulatekeräymän syvyys, cm 14 14 765 Depth of melt collection, cm 14 14 76

Ilman jakautuminen, %Air distribution,%

Sulatekeräymään 37 37 100For melt collection 37 37 100

KerSymän pinnan yläpuolella 63 63 0Above the surface of the accumulation 63 63 0

Mustalipeäsyöttö, kg/h 844 674 530 10 Ilman syöttö, kg/h 1460 1426 1180Black liquor supply, kg / h 844 674 530 10 Air supply, kg / h 1460 1426 1180

Ilman ja mustalipeän painosuhde 1,74 2,12 2,23 Lämpötilat, °C (°F)Weight ratio of air to black liquor 1.74 2.12 2.23 Temperatures, ° C (° F)

Sulatekeräymä 886 964 993 (1627) (1767) (1820) 15 Syöttöilma 230 231 462 (446) (448) (864)Melt collection 886 964 993 (1627) (1767) (1820) 15 Supply air 230 231 462 (446) (448) (864)

Mustalipeä 102 94 77 (216) (201) (170)Black liquor 102 94 77 (216) (201) (170)

Tuotekaasuanalyysi, til-% kuivana 20 H2 7,7 5,0 4,8 C02 17,3 16,3 16,4Product gas analysis, v / v dry 20 H 2 7.7 5.0 4.8 CO 2 17.3 16.3 16.4

Ar 0,8 0,9 0,9 N2 67,2 73,3 74,4 CH4 0,6 0,3 0,5 25 CO 6,4 4,3 3,2Ar 0.8 0.9 0.9 N2 67.2 73.3 74.4 CH4 0.6 0.3 0.5 25 CO 6.4 4.3 3.2

Tuotekaasua HHV, kJ/m3 1947 1229 1173Product gas HHV, kJ / m3 1947 1229 1173

Sulatteen koostumus, paino-%Melt composition,% by weight

Na2C03 6 8,4 7 5,3 74,0Na 2 CO 3 δ 8.4 7 5.3 74.0

Na2S 16,6 8,9 0,2 . 30 Na2S03 0,7 1,1 0,1Na 2 S 16.6 8.9 0.2. Na2SO3 0.7 1.1 0.1

Na2S04 14,3 28,1 25,7Na 2 SO 4 14.3 28.1 25.7

Pelkistyshyötysuhde, % 67,4 38,6 1,4 32 855 1 6Reduction efficiency,% 67.4 38.6 1.4 32 855 1 6

Koe 10 edustaa MSTF:n suurinta muuttumatonta toimintakykyä lopullisessa konfiguraatiossa mitä tulee tuotantomäärään, tuotekaasun lämpöarvoon ja rikin pelkistykseen. Tuotantoa rajoittaa sallittavissa oleva kaasun no-5 peus ja sitä voitaisiin lisätä nostamalla käyttöpainetta tai vähemmässä määrin toimimalla pienemmällä ilman ja mus-talipeäsyötön välisellä suhteella. Tuotekaasun lämpöarvoa ja rikin pelkistyshyötysuhdetta voitaisiin myös parantaa toimimalla pienemmällä ilman ja mustalipeän välisellä suh-10 teella; tämä toimintatapa saisi kuitenkin systeemin lämpötilan laskemaan ellei lämpöhäviötä painoyksikköä kohti pienennetä. Tämä voidaan toteuttaa joko pienentämällä ko-konaislämpöhäviötä (esim. käyttämällä lisäeristystä) tai kohottamalla sallittavissa olevaa syöttönopeutta (esim.Experiment 10 represents the maximum unchanged performance of the MSTF in the final configuration in terms of production volume, calorific value of product gas, and sulfur reduction. Production is limited by the allowable gas no-5 speed and could be increased by increasing the operating pressure or, to a lesser extent, by operating at a lower ratio between air and black liquor supply. The calorific value of the product gas and the reduction efficiency of sulfur could also be improved by operating at a lower ratio between air and black liquor; however, this approach would cause the system temperature to drop unless the heat loss per unit weight is reduced. This can be done either by reducing the total heat loss (e.g. by using additional insulation) or by increasing the allowable feed rate (e.g.

15 nostamalla painetta).15 by increasing the pressure).

Olosuhteissa, jotka ovat saavutettavissa MSTF-as-tiassa, tulokset osoittivat, että toiminta, jossa ruiskutetaan merkittävä osa (30 - 70 %) ilmasta sulan suolan ke-räymän yläpuolelle, johtaa tehokkaampaan rikin pelkistyk-20 seen kuin toiminta, jossa 100 % ilmasta ruiskutetaan ke-räymän pinnan alapuolelle, ja tekee myös mahdolliseksi toiminnan suuremmalla kaasun tuotantonopeudella. Tulokset osoittavat myös, että hyvin matala sulatekeräymä (nimel-lissyvyys noin 356 mm) on yhtä tehokas mustalipeän kaasu-25 tuksessa kuin syvä keräymä (1 930 mm).Under the conditions achievable in the MSTF vessel, the results showed that the operation of injecting a significant portion (30-70%) of air above the accumulation of molten salt results in a more efficient reduction of sulfur than the operation of injecting 100% of the air below the surface of the accumulation, and also allows operation at a higher gas production rate. The results also show that a very low melt collection (nominal depth of about 356 mm) is as effective in black liquor gasification as a deep collection (1930 mm).

Nyt kyseessä olevat kokeet verrattuna aikaisempiin : kokeisiin sekä koepenkkimittakaavassa että koetehdastasol- la osoittavat, että ilman ja mustalipeän välisen suhteen alentaminen johtaa sekä tuotekaasun HHV-arvon että sulat--·; 30 teen rikin pelkistyshyötysuhteen kasvuun. Tulokset osoit- tavat, että yli 90-%:inen rikin pelkistyshyötysuhde saavutetaan, kun ilman ja mustalipeän välinen suhde lasketaan pisteeseen, jossa kaasun HHV ylittää noin 2 235 kJ/m3. Tämä : : : tekee mahdolliseksi koetehdasmittakaavan tulosten perus- ·* ; 35 teella osoittaa, että kaupalliset laitokset toimivat tuot- 33 8551 6 taen kaasua, jonka HHV on yli 3 725 kj/m3, ja sulatetta, jossa rikkisisältö on yli 90-%:isesti sulfidin muodossa.The experiments in question in comparison with the previous ones: experiments both on a test bench scale and at the test plant level show that lowering the ratio of air to black liquor results in both the HHV value of the product gas and the melt-- ·; 30 I do to increase the sulfur reduction efficiency. The results show that a sulfur reduction efficiency of more than 90% is achieved when the ratio of air to black liquor is lowered to a point where the HHV of the gas exceeds about 2,235 kJ / m3. This::: makes it possible to base the results on a pilot plant scale · *; 35 shows that commercial plants operate 33 8551 6 producing gas with an HHV of more than 3 725 kj / m3 and a smelter with a sulfur content of more than 90% in the form of sulphide.

On tiedossa, että sulfaattiselluloosan valmistusmenetelmä on noin 100 vuotta vanha. Koska kemikaalit, joita 5 käytetään keittolipeäseoksessa selluloosaraaka-aineiden käsittelyyn, ovat liian kalliita hävitettäviksi, selluloo-saprosessin keksimisestä alkaen on tehty monia yrityksiä näiden keittomateriaalien talteenottamiseksi ja satunnaisesti lämmön talteenottamiseksi polttamalla puusta liuen-10 nut lipeän orgaaninen aine. Tomkinsonin kattila otettiin käyttöön noin 50 vuotta sitten halutun talteenoton täydentämiseksi. Aikaisemmin mainituista Tomkinsonin kattilan haitoista johtuen monia muutoksia siihen ja sitä korvaavia laitteita on ehdotettu.It is known that the production method of sulphate cellulose is about 100 years old. Because the chemicals used in the cooking liquor mixture to treat cellulosic raw materials are too expensive to dispose of, since the invention of the cellulosic process, many attempts have been made to recover these cooking materials and occasionally recover heat by burning dissolved organic matter from the wood. The Tomkinson boiler was commissioned about 50 years ago to complete the desired recovery. Due to the disadvantages of the Tomkinson boiler mentioned earlier, many modifications to it and devices to replace it have been proposed.

15 Esillä olevalla menetelmällä vältetään muiden ehdo tettujen menetelmien epäkohdat siten, että siinä käytetään identtistä väkevöityä syötetyn mustalipeän raaka-ainetta ilman, että syötetty raaka-aine on esikuivatettava, hapetettava, hydrolysoitava tai esivalmisteltava muulla 20 tavoin. Niin ikään esillä oleva menetelmä tuottaa sulatteen, joka on oleellisesti identtinen Tomkinsonin kattilalla tuotetun sulatteen kanssa. Johtuen yllä mainituista edullisista piirteistä, samoin kuin siitä, että esillä olevassa menetelmässä käytetään yksikomponenttista astiaa, 25 tämä menetelmä voidaan helposti liittää olemassa oleviin • pumppulaitossysteemeihin korvaamaan tai täydentämään Tom kinsonin kattiloita.15 The present method avoids the disadvantages of the other proposed methods by using an identical concentrated raw black liquor feedstock without having to pre-dry, oxidize, hydrolyze or otherwise prepare the feedstock. Likewise, the present method produces a melt that is substantially identical to the melt produced in a Tomkinson boiler. Due to the advantageous features mentioned above, as well as the use of a one-component vessel in the present method, this method can be easily integrated into existing pumping station systems to replace or supplement Tom Kinson's boilers.

Tulee oivaltaa, että erilaisia muunnoksia käyttäen hyväksi mustalipeän talteenottoalalla pitkään vallinneita 30 ohjeita voidaan tehdä keksinnön astian malliin ja menetelmään poikkeamatta keksinnön hengestä. Astiaan voidaan esimerkiksi suunnitella sen kuivausvyöhykkeeseen pienempi ""· halkaisija kuin kaasutus- ja pelkistysvyöhykkeissä on, jotta vähennettäisiin lämpösäteilyä näistä viimemainituis-. 35 ta vyöhykkeistä. Samoin muita kaasutusastian muotoja voi- 34 855 16 daan käyttää esitettyjen, vakiohalkaisijäisten pystysuorien pitkänomaisten seinämien sijasta. Edelleen mustali-peän syöttö voidaan pirstoa pyörivällä kiekkosumuttimellä, höyrysumuttimella tai virtauksen jakosysteemillä kuvattu-5 jen ruiskusumuttimien sijasta. Näin ollen vaikka keksinnön edullista mallia ja toimintatapaa on selostettu ja on kuvattu ja esitetty se, mitä nyt pidetään sen parhaana toteutusmuotona, on ymmärrettävää, että liitteenä olevien patenttivaatimusten suojapiirin puitteissa esillä oleva 10 keksintö voidaan toteuttaa muulla tavoin kuin nimenomaan on kuvattu ja esitetty.It will be appreciated that various modifications may be made to the design and method of the vessel of the invention without departing from the spirit of the invention. For example, the vessel may be designed to have a smaller diameter in its drying zone than in the gasification and reduction zones in order to reduce heat radiation from the latter. 35 ta zones. Likewise, other shapes of the gasification vessel may be used in place of the constant diameter vertical elongate walls shown. Furthermore, the black-head feed can be fragmented by a rotary disk atomizer, a steam atomizer, or a flow distribution system instead of the spray injectors described. Thus, while the preferred model and mode of operation of the invention have been described and described and shown as what is now considered to be its best practice, it is to be understood that within the scope of the appended claims, the present invention may be practiced otherwise than as specifically described and illustrated.

Claims (14)

35 85 51 635 85 51 6 1. Menetelmä väkevöidyn vesipitoisen mustalipeän käsittelemiseksi palavan kaasun ja runsaasti sulfidia si-5 sältävän sulatteen muodostamiseksi, tunnettu siitä, että (a) aikaansaadaan kaasutusastia (100), jota pide tään noin 101 - 5 065 kPa:n paineessa ja joka sisältää pohjallaan suhteellisen matalan sulan suolan keräymän 10 (108) ja jossa on (i) mustalipeän kuivausvyöhyke (102) sen yläosassa, (ii) mustalipeän kiintoaineiden kaasutusvyöhyke (104) kui-vausvyöhykkeen alapuolella ja (iii) suolasulatteen rikin pelkistysvyöhykke (106), joka 15 sisältää sulan suolan keräymän; (b) syötetään kuivausvyöhykkeeseen (102) väkevöity vesipitoinen mustalipeä (114), joka sisältää hiilipitoista materiaalia ja alkalimetallirikkiyhdisteitä; (c) haihdutetaan vettä vesipitoisesta mustalipeästä 20 (114) kuivausvyöhykkeessä (102) saattamalla vesipitoinen mustalipeä kosketukseen kaasutusvyöhykkeestä (104) kohoavan kuuman kaasun kanssa kuivatun mustalipeän kiintoaineiden, jotka putoavat kaasutusvyöhykkeeseen, ja vesihöyryä sisältävän jäähdytetyn palavan kaasun tuottamiseksi; --25 (d) syötetään ensimmäinen erä happipitoista kaasua kaasutusvyöhykkeessä (104) olevaan kaasutilaan välittömäs-- : ti sulan suolan keräymän yläpuolelle hiilipitoisen materi aalin hapettamiseksi ja kaasuttamiseksi osittain, joka materiaali sisältyy vyöhykkeen läpi putoaviin kuivatun mus-30 talipeän kiintoaineisiin, kuuman, palavan kaasun muodosta-miseksi; (e) syötetään toista erää happipitoista kaasua su-lan suolan keräymään (108) sellainen määrä, joka riittää : aiheuttamaan oleellisesti kaiken kaasutusvyöhykkeestä -* - 35 (104) keräymään tulevan hiilipitoisen materiaalin kaasuun- 36 8 5 5 1 6 tumisen, mutta joka ei riitä synnyttämään hapettavia olosuhteita keräymään, jolloin muodostunut kaasu kohoaa ylös keräymästä ja jolloin happipitoisen kaasun ensimmäisen ja toisen erän kokonaismäärä muodostaa 25 - 55 % happipitoi-5 sen kaasun määrästä, joka tarvitaan syötetyn mustalipeän polttamiseksi täydellisesti; (f) poistetaan jäähdytetty palava kaasu (150) kui-vausvyöhykkeen (102) yläosasta; ja (g) poistetaan sulan suolan pelkistysvyöhykkeestä 10 (106) sulate, jossa rikkisisältö on pääasiassa alkalime- tallisulfidin muodossa.A process for treating concentrated aqueous black liquor to form a flammable gas and a sulfide-rich melt, characterized in that (a) a gasification vessel (100) is provided which is maintained at a pressure of about 101 to 5,065 kPa and contains a relatively low a molten salt collection 10 (108) and having (i) a black liquor drying zone (102) at the top thereof, (ii) a black liquor solids gasification zone (104) below the drying zone, and (iii) a salt melt sulfur reduction zone (106) containing a molten salt salt. aggregation; (b) feeding to the drying zone (102) a concentrated aqueous black liquor (114) containing carbonaceous material and alkali metal sulfur compounds; (c) evaporating water from the aqueous black liquor 20 (114) in the drying zone (102) by contacting the aqueous black liquor with hot gas rising from the gasification zone (104) to dry the dried black liquor solids falling into the gasification zone and the water vapor-generating coolant; --25 (d) feeding a first batch of oxygen-containing gas to the gas space in the gasification zone (104) immediately above the accumulation of molten salt to partially oxidize and gasify the carbonaceous material contained in the dried, solid black liquor solids falling through the zone. to form a gas; (e) supplying a second batch of oxygen-containing gas to the molten salt collection (108) in an amount sufficient to: cause substantially all of the carbonaceous material from the gasification zone - * - 35 (104) to accumulate, but not sufficient to create oxidizing conditions for collection, wherein the gas formed rises from the collection and the total amount of the first and second batches of oxygen-containing gas is 25 to 55% of the amount of oxygen-containing gas required to completely burn the black liquor fed; (f) removing the cooled combustible gas (150) from the top of the drying zone (102); and (g) removing from the molten salt reduction zone 10 (106) a melt having a sulfur content substantially in the form of an alkali metal sulfide. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kumpikin ensimmäisestä ja toisesta erästä happipitoista kaasua muodostaa 30 - 70 % 15 astiaan syötetyn happipitoisen kaasun kokonaismäärästä.A method according to claim 1, characterized in that each of the first and second batches of oxygen-containing gas constitutes 30 to 70% of the total amount of oxygen-containing gas fed to the vessel. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happitoinen kaasu on ilma.Method according to Claim 2, characterized in that the oxygen-containing gas is air. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasutusastiaa (100) pidetään 20 noin 304 - 3 040 kPa:n paineessa ja siitä, että astiaan syötetty väkevöity vesipitoinen mustalipeä sisältää vähintään 45 paino-% kiintoaineita ja sen ylempi lämpöarvo on vähintään noin 7 443 kj/kg.A method according to claim 1, characterized in that the gasification vessel (100) is maintained at a pressure of about 304 to 3,040 kPa and in that the concentrated aqueous black liquor fed to the vessel contains at least 45% by weight solids and has an upper calorific value of at least about 7%. 443 kj / kg. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että kaasutusvyöhykkeestä (104) lähtevä kuuma kaasu on 870 - 1 200 °C:n lämpötilassa ja kuivausvyöhykkeestä (102) lähtevä jäähdytetty palava kaasu on 350 - 850 °C:n lämpötilassa.A method according to claim 1, characterized in that the hot gas leaving the gasification zone (104) is at a temperature of 870 to 1200 ° C and the cooled combustible gas leaving the drying zone (102) is at a temperature of 350 to 850 ° C. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että lämpötila pelkistysvyöhyk-keessä on 860 - 1 100 °C.Process according to Claim 1, characterized in that the temperature in the reduction zone is from 860 to 1100 ° C. 7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kokonaislämpöhäviö kaasutus- : ja pelkistysvyöhykkeistä (104, 106) on alle noin 1 396 . 35 kJ/kg kaasutinastiaan (100) syötettyä mustalipeää. Il 37 8551 6The method of claim 1, characterized in that the total heat loss from the gasification and reduction zones (104, 106) is less than about 1,396. 35 kJ / kg of black liquor fed to the gasification vessel (100). Il 37 8551 6 8. Laitteisto väkevöidyn vesipitoisen mustalipeän käsittelemiseksi palavan kaasun ja runsaasti sulfidia sisältävän sulatteen muodostamiseksi, tunnettu siitä, että se sisältää: 5 a) suljetun, pystysuunnassa pitkänomaisen kaasu- tusastian (100), jossa on (i) mustalipeän kuivausvyöhyke (102) astian yläosassa, (ii) mustalipeän kiintoaineiden kaasutusvyöhyke (104) kui-vausvyöhykkeen alapuolella ja 10 (iii) sulan suolan rikin pelkistysvyöhyke (106) kaasutus-vyöhykkeen alapuolella; b) kaukalo-osan astian pohjalla, joka on sovitettu pitämään sisällään alkalimetallin sulan suolan keräymän (108), joka käsittää sulan suolan rikin pelkistysvyöhyk- 15 keen (106); c) astian yläosaan sijoitetun syöttövälineen mustalipeän (114) syöttämiseksi kuivausvyöhykkeeseen (102); d) keräymän alaosaan kaukalo-osan yläpuolelle sijoitetun poistovälineen (138), joka rajoittaa sulan suola- 20 keräymän korkeutta ja poistaa sulan suolan ylivirtauksen kaukalo-osasta; e) ensimmäisen sarjan kaasutusvyöhykkeessä (104) sijaitsevia kaasun syöttövälineitä happipitoisen kaasun syöttämiseksi kaasutusvyöhykkeen (104) kaasutilaan välit- 25 tömästi sulan suolan keräymän yläpuolelle; f) toisen sarjan astian kaukalo-osassa sijaitsevia kaasun syöttövälineitä happipitoisen kaasun syöttämiseksi suoraan sulan suolan keräymään (108); ja g) poistovälineen, joka on sijoitettu astian ylä- 30 osaan ja on yhteydessä kuivausvyöhykkeen (102) yläosaan palavan kaasun poistamiseksi astiasta.An apparatus for treating concentrated aqueous black liquor to form a flammable gas and a sulfide-rich melt, characterized in that it comprises: a) a closed, vertically elongated gasification vessel (100) having (i) a black liquor drying zone (102) at the top of the vessel; (ii) a black liquor solids gasification zone (104) below the drying zone and (iii) a molten salt sulfur reduction zone (106) below the gasification zone; b) a trough portion at the bottom of the vessel adapted to contain an alkali metal molten salt collection (108) comprising a molten salt sulfur reduction zone (106); c) feeding means located at the top of the vessel for feeding the black liquor (114) to the drying zone (102); d) an outlet means (138) located in the lower part of the collection above the trough part, which limits the height of the molten salt collection and removes the overflow of molten salt from the trough part; e) gas supply means located in the first series of gasification zones (104) for supplying oxygen-containing gas to the gas space of the gasification zone (104) immediately above the accumulation of molten salt; f) gas supply means located in the tray portion of the second set of vessels for supplying oxygen-containing gas directly to the molten salt collection (108); and g) an outlet means located at the top of the vessel and in communication with the top of the drying zone (102) to remove the combustible gas from the vessel. 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se sisältää välineen (132) happipitoisen kaasun syötön jakamiseksi hallitusti sopi- 38 8 5 516 vassa suhteessa happipitoisen kaasun syöttövälineen ensimmäiseen ja toiseen sarjaan.Apparatus according to claim 8, characterized in that it comprises means (132) for distributing the oxygen-containing gas supply in a controlled manner in a suitable proportion to the first and second sets of oxygen-containing gas supply means. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ainakin yksi ilmakompressori 5 (126) saa aikaan paineistettua, happipitoista kaasua syö tettäväksi kaasun syöttövälineen ensimmäiseen ja toiseen sarjaan.Apparatus according to claim 9, characterized in that the at least one air compressor 5 (126) provides a pressurized, oxygen-containing gas to be supplied to the first and second series of gas supply means. 11. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kaukalo-osan poistoväline 10 (138) on yhdistetty toisesta päästään sammutussäiliöön (140) sulatteen ylivirtauksen vastaanottamiseksi astian kaukalo-osasta.Apparatus according to claim 8, characterized in that the trough part removal means 10 (138) is connected at one end to a quench tank (140) for receiving an overflow of melt from the trough part of the vessel. 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sammutussäiliö (140) sisältää 15 syöttöputken (142) vesilähteen syöttämiseksi sammutussäiliöön ja sisältää lisäksi kaasun poistovälineen (148) kaasujen poistamiseksi sammutussäiliöstä.Apparatus according to claim 11, characterized in that the extinguishing tank (140) comprises 15 supply pipes (142) for supplying a water source to the extinguishing tank and further comprises degassing means (148) for removing gases from the extinguishing tank. 13. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mustalipeän syöttöväline si- 20 sältää ruiskusysteemin (120) väkevöidyn, vesipitoisen mustalipeän (114) ruiskuttamiseksi karkeana suihkuna kuivaus-vyöhykkeen (102) yläosaan.Apparatus according to claim 8, characterized in that the black liquor supply means comprises a spray system (120) for injecting concentrated, concentrated black liquor (114) as a coarse jet into the upper part of the drying zone (102). 14. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että astiassa (100) on ulkoseinä- 25 män metallinen suojakuori (110), joka on vuorattu eristävällä tulenkestävällä materiaalilla (112), joka kestää astiassa olevia lämpötiloja ja ympäristöä ja minimoi läm-pöhäviöt siitä. li 39 8551 6Apparatus according to claim 8, characterized in that the container (100) has a metal wall cover (110) of the outer wall lined with an insulating refractory material (112) which withstands the temperatures and environment in the container and minimizes heat loss therefrom. li 39 8551 6
FI863287A 1985-09-23 1986-08-13 FOERGASNING AV SVARTLUT. FI85516C (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/779,321 US4682985A (en) 1983-04-21 1985-09-23 Gasification of black liquor
US77932185 1985-09-23

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI863287A0 FI863287A0 (en) 1986-08-13
FI863287A FI863287A (en) 1987-03-24
FI85516B FI85516B (en) 1992-01-15
FI85516C true FI85516C (en) 1992-04-27

Family

ID=25116027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI863287A FI85516C (en) 1985-09-23 1986-08-13 FOERGASNING AV SVARTLUT.

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JPH0819632B2 (en)
CA (1) CA1274355A (en)
FI (1) FI85516C (en)
NO (1) NO173457C (en)
SE (1) SE466920B (en)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1222604A (en) * 1983-04-18 1987-06-09 Arthur L. Kohl Black liquor gasification process

Also Published As

Publication number Publication date
SE8603958L (en) 1987-03-24
FI863287A (en) 1987-03-24
FI863287A0 (en) 1986-08-13
JPS6269894A (en) 1987-03-31
JPH0819632B2 (en) 1996-02-28
CA1274355A (en) 1990-09-25
SE8603958D0 (en) 1986-09-19
NO173457B (en) 1993-09-06
NO173457C (en) 1993-12-15
NO863768D0 (en) 1986-09-22
NO863768L (en) 1987-03-24
SE466920B (en) 1992-04-27
FI85516B (en) 1992-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4682985A (en) Gasification of black liquor
US4773918A (en) Black liquor gasification process
RU2287010C2 (en) Environmental safe process for obtaining energy from coal (options)
JP2684348B2 (en) Black liquor gasifier
CN1136299C (en) Method and device for producing combustible gas, synthesis gas and reducing gas from solid fuels
US4423702A (en) Method for desulfurization, denitrifaction, and oxidation of carbonaceous fuels
CA2192350C (en) Improved pyrolytic conversion of organic feedstock and waste
RU2270849C2 (en) System producing electric power with the help of gasification of combustibles
KR101633951B1 (en) Process and apparatus for utilizing the enthalpy of a synthesis gas by means of additional and post-gassing of renewable fuels
KR19980023905A (en) Methods and apparatus for treating waste through vaporization
US5213587A (en) Refining of raw gas
KR19980023904A (en) Waste treatment apparatus and method through vaporization
CA1075903A (en) Coal gasification apparatus
EP1601614A2 (en) Steam reforming process and apparatus
WO1993009205A1 (en) Gasification of carbonaceous material
EP0310584B1 (en) Refining of raw gas
CN101845326A (en) Spiral-flow melting pond gasifier
CN114635012A (en) Method and device for recycling residual energy of smoke of steel making furnace
FI81142C (en) Black liquor fumigation process
FI85516C (en) FOERGASNING AV SVARTLUT.
WO2023148784A1 (en) An oxygen enriched air blown pilot scale pressurized fluidized bed refractory lined gasifier

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed
MM Patent lapsed

Owner name: ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION