FI94443B - Menetelmä sulfaattisellutehtaan rikkitaseen säätämiseksi - Google Patents

Description

94443

Menetelmä sulfaattisellutehtaan rikkitaseen säätämiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä sulfaattisellutehtaan rikkitaseen säätämiseksi, jossa menetelmässä mustali-5 peästä poistetaan rikkiä rikkiyhdisteitä sisältävän kaasun muodossa lämpökäsittelemällä sitä keittolämpötilaa korkeammassa lämpötilassa ja lämpökäsittelyn lämpötilaa ja/ tai viiveaikaa säätämällä.

Valmistettaessa selluloosaa sulfaattikeittomenetel-10 mällä, käsitellään puuaines natriumhydroksidia ja natrium-sulfidia sisältävällä keittoliuoksella. Tällöin puussa oleva ligniini erottuu varsinaisesta selluloosakuidusta. Keitossa saatu keittolipeän ja selluloosamassan seos pestään, jolloin kuidut johdetaan edelleen valkaisuun ja/tai 15 muuhun jälkikäsittelyyn ja jäljelle jäänyt jäteliemi eli mustalipeä johdetaan jatkokäsittelyyn. Mustalipeä sisältää runsaasti kemikaaleja, joita uudelleen käsittelemällä voidaan palauttaa takaisin keittoprosessiin ja siten säästää uusien syötettävien kemikaalien määrää. Samoin mustalipeä 20 sisältää runsaasti orgaanista ainetta, josta saadaan polttamalla hyödynnettävää energiaa. Mustalipeä tavallisesti väkevöidään käyttämällä hyväksi prosessin eri vaiheessa syntyvää höyryä ja sen sisältämää lämpöenergiaa, jonka *| avulla mustalipeästä haihdutetaan vettä pois. Tämän jäi- ··· •j 25 keen väkevöity mustalipeä syötetään soodakattilaan, jossa * · · •ϊ se poltetaan ja soodakattilan alaosaan muodostuvasta su- lasta muodostetaan veden tai laihan valkolipeän avulla vi- » · .’·· herlipeää, joka edelleen kalkin avulla kaustisoimalla muu- : tetaan valkolipeäksi eli keittolipeäksi.

30 Rikkiä tulee prosessiin pääasiassa valkaisukemikaa- lien valmistukseen sekä mäntyöljykeittämöllä mäntyöljyn • · » ··.·. palstoitukseen tarvittavan rikkihapon muodossa, jolloin ’•m rikkiä eri muodoissaan joutuu keittoprosessiin. Osa rikis- : .* tä poistuu erilaisina hajukaasuina sellun keitossa, musta- • · * :..J5 lipeää väkevöitäessä haihduttamossa ja tietenkin soodakat- m * * · • · · * % · » · 2 94443 tilassa mustalipeän palaessa. Koska kaasumaisia rikkipääs-töjä pidetään ympäristölle haitallisina, on ne pyrittävä pitämään mahdollisimman vähäisinä sekä rikkilaskeuman että hajuhaittojen vuoksi. Mikäli sellutehtaan rikkipäästöjä 5 vähennetään, mikä saadaan aikaan esim. nostamalla lipeän kuiva-ainepitoisuutta ja keräämällä tehtaan hajukaasut yhteen polttamalla hävitettäväksi, on seurauksena rikin kumuloituminen lipeäkiertoon. Tämän vuoksi rikkiä pitäisi pystyä poistamaan kierrosta haluttu määrä, jotta lipeä-10 kierrossa oleva rikkipitoisuus voitaisiin säilyttää haluttuna. On tunnettua muun muassa FI-kuulutusjulkaisusta 85515 poistaa mustalipeästä rikkiä kaasumaisessa muodossa niin, että mustalipeä ennen viimeistä väkevöintivaihetta kuumennetaan keittolämpötilaa korkeampaan lämpötilaan ja 15 pidetään siinä vähintään 20 minuuttia, jonka jälkeen mustalipeän annetaan paisua, jolloin kaasumaisia rikkiyhdisteitä sisältävää höyryä vapautuu mustalipeästä. Julkaisun mukaan erotettu rikki johdetaan polttoon tai muuhun hävityslaitokseen ja mustalipeä johdetaan edelleen loppuväke-20 vointiin, jossa siitä vielä poistetaan vettä haihduttamalla. Kyseisen julkaisun esittämä ratkaisu, vaikkakin ilmeisesti on toimiva, on erittäin suurikokoinen ja kallis ja . sen energiatalous on erittäin huono.

«M

••j US-patentista 2,711,430 puolestaan on sinänsä tun- .1:25 nettua, octä kuumentamalla mustalipeää keittolämpötilaa ΙΓ korkeampaan lämpötilaan ja antamalla sen olla siinä riit- !1’1 tävä aika, siitä saadaan paisutettaessa erottunaan rikkiä ’·.: kaasumaisina yhdisteinä vesihöyryn mukana. Erottuva rikin määrä riippuu sekä lämpötilasta että erityisesti viive-30 ajasta, jolloin sitä voidaan halutulla tavalla säätää näi-tä muuttamalla.

• · ·♦·’ Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sei- • · lainen menetelmä, jolla vältetään tunnetuissa ratkaisuissa • 1 V olevia haittoja ja jolla sellutehtaan rikkitase voidaan ·· ..-35 säätää halutulla tavalla mahdollisimman edullisesti ja 9 9 *··· • · ♦ . · · • · • · 3 94443 tehokkaasti. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on ominaista, että lämpökäsittely tehdään viimeisen väkevöintivai-heen yhteydessä tai välittömästi sen jälkeen.

Keksinnön olennainen ajatus on, että rikkiä poiste-5 taan haluttu määrä mustalipeästä vasta viimeisen väkevöin-tivaiheen jälkeen tai sen yhteydessä, jolloin koko toiminta voidaan toteuttaa jo valmiina olevassa laitteistossa tai hyvin pienin muutoksin. Yllättäen on nimittäin todettu, että väkevöitäessä lipeä jopa yli 80 % kuiva-ainepi-10 toisuuteen, voidaan lipeän viiveaikaa ja lämpötilaa säätää niin, että rikki voidaan poistaa viimeisen väkevöintivai-heen jälkeisessä paisutussäiliössä, jolloin viimeinen vä-kevöintireaktori toimii samalla viivesäiliönä lämpökäsittelyä varten. Keksintö on erityisen hyvin sovellettavissa 15 FI-patentin 73474 mukaisessa ratkaisussa, jossa lipeä lop-puväkevöidään paineen alaisesti ilmakehän painetta korkeammassa paineessa ja vastaavasti lipeän ilmakehän paineen kiehumispistettä korkeammassa lämpötilassa. Tässä ratkaisussa voidaan rikin erottaminen lipeästä saada hel-20 posti ja yksinkertaisesti aikaan pelkästään lisäämällä väkevöintireaktorin ja paisuntasäiliön väliin erillinen viivesäiliö, jossa lipeää voidaan tarvittaessa lämmittää . esimerkiksi kuumalla höyryllä. Tällöin menetelmän toteutu- ·*· ··; minen on investointina varsin halpa ja helposti sovellet- ··* ··· 25 tavissa. Keksintö on myös sovellettavissa FI-hakemuksen ·· · .ϊ 894049 mukaiseen ratkaisuun, jossa korkean kuiva-ainepi- toisuuden saamiseksi on sovellettu ratkaisua, jossa musta- • · /·· lipeään syötetään tuhkaa vasta viimeisen väkevöintireakto- rin ja sen jälkeisen paisuntasäiliön ja kattilan väliin 30 sijoitetussa erillisessä tuhkansekoitussäiliössä. Koska : tätä ratkaisua sovelletaan jo mahdollisimman korkean kui- ··· · .·;·. va-ainepitoisuuden saamiseksi mustalipeälle, voidaan ri- • * · |· kinpoisto toteuttaa em. tavalla tai käyttää viimeisen vä- • · # : .* kevöintivaiheen jälkeistä paisuntasäiliötä lämpökäsittely- ja viivesäiliönä ja erottaa rikkipitoiset kaasut ja höyry ♦ » · • · • · · • ·· • ♦ _______________ —— ————— ..... va 94443 4 vasta viimeisessä tuhkansekoitussäiliössä, jossa mustali-peää myös paisutetaan.

Keksinnön mukaisen ratkaisun etuna on, että se voidaan myös toteuttaa jo olemassa olevilla laitteistoilla 5 ilman merkittäviä lisäinvestointeja samalla, kun energia-hyötysuhde säilyy korkeana. Samalla koko sellunkeittopro-sessin rikkitasapaino voidaan helposti ja yksinkertaisesti säätää ja talteensaatu rikki voidaan sopivasti käsittelemällä palauttaa rikkihappona valkaisuprosessiin tai män-10 työljyn palstoitukseen korvaamaan ulkopuolelta tuotua rikkihappoa, mikä edelleen tekee koko prosessin taloudellisesti kannattavammaksi.

Keksintöä selostetaan lähemmin oheisissa piirustuksissa, joissa 15 kuvio 1 esittää kaavamaisesti erästä laitteistoa, jossa keksinnön mukainen menetelmä edullisesti voidaan toteuttaa, kuvio 2 esittää kaavamaisesti kuvion 1 mukaisen laitteiston toista sovellutusmuotoa ja 20 kuvio 3 esittää kaavamaisesti erästä laitteiston toista laitteistoa keksinnön mukaisen menetelmän toisen sovellutusmuodon toteuttamiseksi.

, Kuviossa 1 esitetyssä ratkaisussa mustalipeä syöte- f· ; tään kanavaa 1 pitkin sekoitussäiliöön 2, josta se edel- ϊ 25 leen kanavaa 3 pitkin syötetään väkevöintireaktoriin 4.

ϊ* Sekoitussäiliöön 2 syötetään edelleen tuhkaa ja mahdolli- • ’* sesti make-up-kemikaaleja kanavaa 5 pitkin. Väkevöinti- reaktorissa 4 lipeän väkevöinti tapahtuu joko suoralla tai epäsuoralla kuumennuksella syöttämällä höyryä kanavasta 6, 30 jolloin muodostunut lauhde poistetaan kanavan 7 kautta ja .·. lipeästä erottuvaa hönkää voidaan haluttaessa poistaa vä- ··* kevöintireaktorin yläosasta kanavaa 8 pitkin venttiilin 32 * 9 . avulla. Väkevöitynyt mustalipeä syötetään kanavan 9 kautta 9 V pumpulla 10 eteenpäin, jolloin venttiilillä 11 ohjataan • · ..35 esim. osa väkevöitetystä lipeästä eteenpäin viivesäiliöön ··* 9 • · • 9 5 94443 12 ja osa palautetaan väkevöintireaktoriin 4. Mustalipeän lämpötila väkevöintireaktorissa 4 on tyypillisesti noin 150° - 170°C ja paine sitä vastaava, jolloin lipeän viskositeetti laskee niin, että se on 80% kuiva-ainepitoisuu-5 desta huolimatta pumpattavissa eteenpäin. Viiveaika, esim.

20 - 60 min. viivesäiliössä 12 säädetään sellaiseksi, että rikki alkaa erottua lipeästä muun muassa dimetyylisulfidi-na ja muina kaasumaisina yhdisteinä. Viivesäiliössä lämpötila laskee hieman väkevöintireaktorin lämpötilaan nähden 10 paineen laskiessa, mutta sitä voidaan lämmittää esimerkiksi kanavan 13 ja venttiilin 33 kautta syötetyllä kuumalla höyryllä, joka voidaan ottaa sopivasta kohdasta sellupro-sessia, esim. soodakattilan nuohoushöyrystä. Lipeän lämpötila pidetään kuitenkin korkeammalla kuin keittolämpötila 15 ja paine viivesäiliössä on tällöin sitä vastaava.

Viivesäiliöstä 12 lipeä johdetaan edelleen kanavaa 14 pitkin venttiilin 15 kautta paisuntasäiliöön 16, jossa lipeä pääsee paisumaan ja siitä erottuu rikkipitoisia kaasuja ja höyryä, jotka johdetaan ulos säiliön yläosasta 20 venttiilin 17 kautta kanavaan 18. Kaasujen ja höyryn poistoa säädetään yksinkertaisesti painesäätimellä 19, joka ohjaa venttiiliä 17. Paisuntasäiliöstä 16 lipeä johdetaan kanavaa 20 pitkin pumpun 21 avulla venttiilin 22 kautta ·” ruiskutettavaksi soodakattilaan 23, jossa se tunnetulla ·· · '·· 25 tavalla poltetaan. Osa lipeästä voidaan tarvittaessa pa-• · « •ϊ lauttaa paisuntasäiliöön 16 venttiilin 24 kautta.

9 Väkevöintireaktorin 4 yläosasta kanavaa 8 pitkin f · ',*·· mahdollisesti poistettava höyry voidaan käyttää aikaisem- missä väkevöinti- ja haihdutusasteissa lämmittämään lipe-30 ää. Samoin kanavaan 18 kautta poistuva höyry rikkipitoisi-: .·. ne kaasuineen voidaan käyttää sopivalla tavalla, johtamal- • 99 · la jälleenkäsittelyyn esimerkiksi polttolaitokseen tai ka-talyyttilaitokseen rikin saamiseksi mahdollisimman hyvin ϊ ·' hyödynnettävään muotoon esim. rikkihapoksi. Kuvan 1 mukai- 9 9 9 }.,j5 nen menetelmä on myös mahdollista toteuttaa ilman viiveas-« • »

A

* · i 6 94443 tiaa 12 siten, että lipeän viiveaikaa väkevöintireaktoris-sa 4 pidennetään 20 - 60 minuuttiin, jolloin rikkiyhdisteet erkanevat lipeästä. Tällöin erillistä viivesäiliötä 12 ei tarvita, vaan lipeä johdetaan suoraan paisuntasäili-5 öön 16, jossa rikkiyhdisteet vapautuvat ja voidaan poistaa kaasumaisina yhdisteinä. Tämä sovellutusmuoto on esitetty kuviossa 2, joka muuten vastaa kuviota 1 myös numeroinniltaan, mutta siitä puuttuu viivesäiliö 12 siihen liittyvine osineen, koska lipeä syötetään väkevöintireaktorissa 4 ta-10 pahtuneen viiveen jälkeen suoraan paisuntasäiliöön 16 kanavaa 15 pitkin. Tällöin seurauksena on, että väkevöinti-reaktorin 4 koko jonkin verran kasvaa, mutta se ei ole merkittävä.

Kuviossa 3 on esitetty eräs keksinnön mukaisen me-15 netelmän toisen sovellutusmuodon toteuttamiseen soveltuva laitteisto, jossa on käytetty kuvion 1 mukaisen laitteiston osia vastaavista osista myös vastaavia numeroita. Tässä toteutusmuodossa lipeä johdetaan suoraan kanavaa 3 pitkin väkevöintireaktoriin 4. Kuvion 3 esittämässä laitteis-20 tossa voidaan keksinnön mukainen menetelmä toteuttaa käyttämällä kaksivaiheista paisutusta siten, että lipeä kuumennetaan väkevöintireaktorissa 4 tarpeeksi korkeaan lämpötilaan esimerkiksi noin 190°C, jolloin tietysti reaktorissa on lämpötilaa vastaava paine. Kun lipeän kuiva-aine-25 pitoisuus on sopiva, lipeä johdetaan paisuntasäiliöön 16, jossa lipeän lämpötila laskee paineen laskiessa saunalla. Lipeä viipyy paisuntasäiliössä 16 sopivan ajan, eli 20 -60 minuuttia, jolloin rikki kaasumaisina yhdisteinä erottuu lipeästä. Osa kaasumaisista rikkiyhdisteistä voidaan 30 haluttaessa poistaa kanavaa 18 pitkin höyryn mukana, mutta loput kulkeutuvat lipeän mukana tuhkansekoitussäiliöön 25, jossa lipeä paisutetaan matalampaan paineeseen. Paisutuk-sen yhteydessä pääosa rikkipitoisista kaasuista eroaa lipeästä höyryn mukana ja poistetaan venttiilin 26 kautta 35 kanavaan 27. Paineensäätö tuhkansekoitussäiliössä 25 ta- * *

V

7 94443 pahtuu säätimellä 28, joka ohjaa venttiiliä 26. Tuhkanse-koitussäiliössä lipeään sekoitetaan kanavaa 5 pitkin tulevaa tuhkaa ja/tai make-up kemikaaleja, jotka sekoitetaan mahdollisimman tehokkaasti säiliön alaosassa olevalla se-5 koittimella 29. Tuhkansekoitussäiliöstä 25 lipeä johdetaan edelleen soodakattilaan 23 kanavaa 30 pitkin venttiilin 31 kautta tavanomaisesti poltettavaksi. Paisutus voidaan tehdä tietenkin myös useampivaiheisena kuin kaksivaiheisena, jolloin paisuntasäiliötä lisätään tarpeen mukaan.

10 Edellä selityksessä ja piirustuksissa on keksintöä esitetty vain esimerkinomaisesti eikä sitä ole millään tavoin rajoitettu siihen. Sopiva lämpökäsittelylämpötila ja viiveaika riippuvat käytettävästä laitteistosta ja tarvittavasta rikinerotuskyvystä, mutta olennaisinta asiassa 15 on, että jo olemassa olevaa väkevöintireaktorilaitteistoa paisutussäiliöineen voidaan lähes sellaisenaan käyttää lipeän lämpökäsittelyn toteuttamiseksi keksinnön mukaista menetelmää käyttäen eikä ylimääräisiä lämmitys- ja/tai viivesäiliöitä ja paisuntasäiliöitä tarvitse erikseen ra-20 kentaa.

» » m «

Claims (5)

94443 r i

1. Menetelmä sulfaattisellutehtaan rikkitaseen säätämiseksi, jossa menetelmässä mustalipeästä poistetaan 5 rikkiä rikkiyhdisteitä sisältävän kaasun muodossa lämpökä-sittelemällä sitä keittolämpötilaa korkeammassa lämpötilassa ja lämpökäsittelyn lämpötilaa ja/tai viiveaikaa säätämällä, tunnettu siitä, että lämpökäsittely tehdään viimeisen väkevöintivaiheen yhteydessä tai välittö-10 mästi sen jälkeen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpökäsittely suoritetaan viimeisessä väkevöintivaiheessa samanaikaisesti väkevöinnin kanssa, jonka jälkeen lipeä päästetään paisumaan rik- 15 kipitoisten kaasujen erottamiseksi siitä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, ; tunnettu siitä, että lämpökäsittely suoritetaan kuumentamalla lipeä viimeisessä väkevöintivaiheessa lämpökäsittelyn lämpötilaa korkeampaan lämpötilaan, että musta- 20 lipeä tämän jälkeen päästetään paisumaan väkevöintilämpö- j i tilaa matalampaan, mutta keittolämpötilaa korkeampaan läm- 1 potilaan, että mustalipeä paisutuksen jälkeen pidetään kyseisessä lämpötilassa ennalta määrätyn viiveajan, ja, että mustalipeä tämän jälkeen päästetään paisumaan toisen ker-25 ran rikkipitoisten kaasujen erottamiseksi mustalipeästä. I

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpökäsittelyn lämpötila on vähintään 140°C.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen 30 menetelmä, tunnettu siitä, että viiveaika on 20 - 60 min. 94443 I Patentkrav B