JPH05506484A - セルロース廃液ｉｉの部分燃焼法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 セルロース廃液ＩＩの部分燃焼法 技術分野 本発明は、反応器に接続しているバーナーを使用して、酸化剤として酸素含有ガ スを供給しながら、セルロース工業からのセルロース廃液を部分燃焼する方法に 関するものである。バーナーは、下流末端にノズルを備えた液体ランス（Ｉａｎ ｃｅ）からなり、そこから液体および部分燃焼に要する非燃料関連酸素の大部分 が供給され、その中でまたはその近辺で酸素含有ガスは廃液と接触し、次いでス プレー状に散布される。

本発明の目的は、低空気／燃料比および高圧で安定な自己発火する火炎を生起す るバーナーを使用することによって、セルロース廃液の部分燃焼を促進すること にある。

発明の背景 セルロース工業は、使用する脱リグニン工程によって組成の異なる廃液を発生す る。硫酸塩バルブ工業では、廃液は通常は黒液と呼ばれ、貴重な化学薬品および 可燃性炭素化合物の形態のエネルギーを含有する。現在、これら化学物質および エネルギーは昔通は、黒液を完全燃焼する回収ボイラー中で回収される。

本発明のようなガス化反応器中で黒液を部分燃焼させると、Ｈ２、Ｃ０１Ｃｏ２ 、および溶融無機化学物質の液滴からなる可燃性ガス発生する。

バルブ漂白工程と合せると、有機物質およびナトリウム塩を含む希釈液が得られ る。機械的および半化学的パルプ法もまた種々の組成の希釈液を発生する。セル ロース工業で発生したこれら廃液並びに他の廃液は、濃縮した後、本発明の工程 で供給材料として使用することができる０次に、本発明を黒液に適用した場合に ついて説明するが、本発明はその用途において黒液にのみ制限されるものではな い。

黒液の部分燃焼に関する機構は、かなり良く理解され、特にソーダ回収ボイラ− の低部に応用されている。しかし、現バーナーとソーダ回収ボイラーのバーナー との差異は、回収バーナーでの液体噴霧の程度が低く、はっきりした液体火炎が ないために特に大きい。回収ボイラーと本発明のバーナーとの他の重要な差異は 、現バーナーが主として高圧でのガス化のためのものである点である。

本発明のバーナーと通常のオイルバーナーとの主要な差異は、空気または酸素キ ャリアーのかなり低い量を使用して安定な火炎を形成する点である。

以下の例に示すように、燃料として黒液は比較的低いカロリー値および高い水分 と灰分含量を特徴とする。

乾燥物質のカロリー値　１３ＧＪ／トン乾燥物質（ＤＳ）元素組成　Ｃ２９Ｈ３ ４０２ｏＮａ９Ｓ２乾燥固形物含量　６５％ １００℃での粘度　１００ｃＳｔ。

黒液中のナトリウム化合物の存在およびその固有の高酸素含量により、それは極 めて反応的な燃料となり、このことは適切なバーナーがあれば、この燃焼が不足 等量的であるにもか拘らず火炎区域中での炭素変換率が高くなることを意味して いる。

液体の噴霧化の程度は、黒液の安定な火炎、火炎の伸長、および高い炭素変換率 を得るのに極めて重要である。黒液の流動学的性質は、所定のノズルで達成され る噴霧化の程度に極めて重要である。黒液の粘度は、例えば熱および／または添 加物の添加により影響され、本発明での使用には通常１００℃超えてるまで加熱 される。噴霧時の黒液の粘度は好適には２００ｃＳｓであるべきである。

黒液の噴霧はさらに、黒液を反応器中にフラッシュすることにより増強すること ができ、その場合には液体は反応器の運転圧力でその沸点を超える温度に予備加 熱される。

噴霧ノズルの数種のものは入手できるが、二三の種類のみが、本発明で黒液のよ うなセルロース廃液を噴霧するのに適している。

「二流体」ノズルが本発明での使用に最も適している。「二流体」ノズルの特徴 は、比較的高いガス流速が噴霧のためのエネルギー供給に必要である点である。

このノズルの他の重要な特徴は、生成した液滴の大きさが、噴霧ガスの密度が増 加すると減少する点である。二流体相が合体する仕方によって、液滴を生成する 数種の機構、例えばリガメント間の剪断、液滴法の結合と生成、および嫂噴霧の 高い乱分解が予想され得る。

本発明の説明 本発明は、酸素含有ガスを供給している間反応器に接続しているバーナーを使用 して、バーナーを介して供給される酸素含有ガスとバーナーを介して供給される 廃液との間の重量比が２・１より低く、部分燃焼に要する酸素の少なくとも半分 が酸素含有ガスとして噴霧ノズルを介して反応器中に供給されることを特徴とす るセルロース廃液の効率的な不足等量的燃焼法を記載する。

廃液の効率的な噴霧は特に重要であり、この目的のために特にデザインされたノ ズル中または近辺で廃液と酸素含有ガスとを高圧で直接接触させることにより本 発明のバーナーで達成される。廃液は、バーナーに供給される前に粘度を低くす るため予備加熱しなければならないが、液体ランスを介して反応器中に供給され る。液体ランスの下流末端で、液体は噴霧ガスと接触し、それによって液体流速 は急激に増加し、廃液噴霧の広がったスプレーを形成する。

上記のように、廃液は反応性および灰分と水分含量に関して通常の性質を持つ燃 料である。廃液固形分は高いレベルの結合酸素を含有し、それは燃焼空気を介し て供給されつる酸素が特に部分燃焼で比較的少量であることを意味している。

反応器に供給される酸素は、廃液の完全燃焼に対して０．　３−０．　６の化学 量論比に相当する。好適な比率は０．３５−０．５である。反応器に供給さるべ き空気、酸素濃厚空気または酸素は供給される廃液に関して低く、重量比は酸化 剤として空気で運転する場合は２：１より低く、酸化剤として酸素で運転する場 合は０．４・１より低い。廃液の部分燃焼に要する非燃料結合酸素の大部分、好 適には８０％を超えるは、ノズルを介して液体と共に排出される酸素含有ガスと して反応器に供給される。ノズルでの酸素含有ガスの流速は４０ｍ／　ｓ−３５ ０ｍ／Ｓであるべきである。

ノズルは、廃液が排出するための円形ギャプまたは円形開口部を持ち、そこでそ れは高速度噴霧酸素含有ガスと接触し、小滴に分散して、広がったスプレーを形 成するようにデザインされる。ノズルの他のデザインでは、廃液は、三つまたは それ以上の左右対称的に配置された開口部を介して噴霧ガスと共に排出される。

添付図面は二種類の「二流体」ノズルを示す。

第１図は、軸方向横断面での二種類の「二流体」ノズルの実施態様を示す。

寧２図は、箪１図のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見られる第１図のノズルの正面図 を示す。

第３図は、軸方向横断面での二種類の「二流体」ノズルの第二実施態様を示す。

第４図は、東３図のｖ−ｖ線に沿って見られる′Ｍ３図のノズルの正面図を示す 。

第１図および第２図は二流体ノズルを示し、そこでは液体とガスが混合し、次い で高圧下で数個の左右対称に配置された円形開口部３を介して押し出される。こ れらの開口部は、二つのチューブ４および５からなるいわゆるＹ−ジェット噴霧 ノズルの末端であり、貯者は黒液を添加する目的のために外側チューブと接続し 、後者は噴霧ガスを添加する目的のために内側同心環状チューブと接続している 。

開口部３は広がって、液体ランス１の低部２から広がった噴霧ジェットを生成す る。液体ランスの本体１０に嵌められるホック９は、Ｙ−ジェット噴霧器８を適 所に固定する。本体１０は同心環状チューブ６および７を取り囲んでいる。黒液 は入口チューブ２０を介して液体ランス１中に導入され、空気は他方の入口チュ ーブ２１を介して導入される。

第３図および第４図は、三つの同心環状チューブ１１．１２および１３を有する バーナーガンの実施態様を示す。空気は外側および内側チューブ１１および１３ を介して供給され、一方黒液は中間チューブ１２を介して供給される。空気は、 図に示される１８個の左右対称的に分配された孔１４および１５を介して散布さ れ、一方黒液は環状ギャプ１６を介して押し出される。それにより、孔１４は一 つの方向に斜めに向けられ、孔１５は反対方向に斜めに向けられている。黒液は ギャプ１６を介して供給され、リップ１７に当たって内方向に押し向けられる。

フィルム状の黒液は孔１６を介して排出してくる空気と出会って、噴霧化される 。

この初期空気−黒液混合液は、リップ１７の外側で別の空気と出会って、微細に 分散した黒液の広がったジェットを形成する。黒液は入口チューブ２０を介して 、空気は二つの人口チューブ２１を介してバーナーに添加される。

バーナーをデザインする場合、酸化剤と燃料の重量比に多（の関心を払わねばな らない。

各覆燃料は化学的に結合した酸素を種々の量で含有している。ビチューメン炭は 通常４−１０％の結合酸素を含有する。燃料油は１％未満の結合酸素を含有する 。　黒液乾燥固形物は乾物換算で３５％の結合酸素を含有する。このことは、黒 液の燃焼用バーナーのデザインに影響し、酸素量がかなり低いために、空気また は酸素濃厚空気が所望レベルの燃焼を得るために反応器に添加される。

幾つかの燃料の化学量論的燃焼での空気／燃料率（重量）を以下に例示する。

アントラサイト　空気／燃料　１０−４２　：　１エチルアルコール　空気／燃 料　９：１黒液　空気／燃料　４−５　＋　１ デイ一ゼル油／重油　空気／燃料　１３−１５　：　１本発明でデザインされた バーナーは、好適には周囲大気を超える０、１−４５０バールの範囲の圧力で７ ００−４４００℃の範囲の温度で運転する反応器中で安定な火炎を発生する。

各種要因、例えばバーナー中の温度および流速ならびに液体の組成によって、バ ーナーノズルは、熱の作用の他に、酸化および硼黄による反応を受け、それは噴 霧の程度に有害な効果を持ち得る。それ故、本発明のバーナーノズルは好適には 循環液により冷却すべきである。

本発明の好適な実施態様は酸化剤として酸素または酸素濃厚空気を使用すること である。このような実施態様においては、部分子ｆｉ焼に要するすべてのまたは 殆どすべての酸素はノズルを介して供給され廃液の噴霧化を支持する。

酸素含有ガスの一部は、液体ランスの周りに同軸に配置されたパイプを介して、 または一つもしくは数ゲートを介して反応器に添加することができる。低い空気 ／燃料比を補償し、適当なガス速度を達成するために、酸素含有ガスのすべては 少なくとも１００℃、好適には３００℃にまで予備加熱するべきであり、さらに 渦運動が与えられべきである。それは、ガスを同軸パイプ中に配置された渦状羽 根に通過させることにより達成することができる。それによって、酸素含有ガス の半径流速は、維持された軸方向流速に顕著に影響される。渦バーナーの主要原 理は、ガスの一部を内部再循環ゾーンを経て液体ランスに再循環することである 。

この内部再循環ゾーンは燃焼を促進し、火炎を安定にし、再循環熱ガスは液体ス プレーの点火のためのエネルギーを与える。内部再循環ゾーンは、熱および反応 性ガス成分のための貯蔵所としても役に立つ。

補正書の写しく誼沢幻提出書 （特許法第１８４条の８） １、特許出願の表示 ＰＣＴ／５Ｅ９１１００３４６ ２、発明の名称 セルロース廃液ＩＩの部分燃焼法 ３、特許出願人 名　称　シエムレック　アクチボラグ 代表者　キーリン、ペーテル （国　籍）（スウェーデン国） ４、代理人 ６、添付書類の目録 （１）補正書の写しく翻沢り　１通 請求の範囲 １、液体ランス（ｌａｎｃｅ）と噴霧ノズルを備えたバーナーを使用し、そのバ ーナーが、酸素含有ガスを供給している間１．１〜１５０パールの範囲の圧力で 運転する反応器に接続しているセルロース廃液を部分的に燃焼する方法において 、バーナーを介して供給される酸素含有ガスとバーナーを介して供給される廃液 との重量比が２：１未満であり、部分燃焼に要する非燃料結合酸素の少なくとも 半分が噴霧ノズルを介して反応器中に排出されることを特徴とするセルロース廃 液の部分燃焼法。

２、酸素含有ガスにより供給される酸素と廃液との重量比が０．４・１未満であ ることを特徴とする請求項１記載の方法。

３、部分的燃焼に要する酸素含有ガスの８０％を超えるガスがノズルを介して供 給されることを特徴とする請求頂上記載の方法。

４、酸素含有ガスが実質的に酸素または酸素濃厚空気であることを特徴とする請 求項１記載の方法。

５、ノズルから排出されるガスと液体の流動速度が４０〜３５０ｍ／ｓにあるこ とを特徴とする請求項１−４の１もしくはそれ以上の項に記載の方法。

６、廃液と酸素含有ガスが、少なくとも三つの左右対称に配置された開口部を介 してノズルから排出されることを特徴とする請求項１−５の１もしくはそれ以上 の項に記載の方法。

７、廃液が、円形ギャップまたは円形開口部を介してノズルから排出されること を特徴とする請求項１−６の１もしくはそれ以上の項に記載の方法。

８、反応器中に排出されるセルロース廃液が、通常の反応器圧力でその沸点を越 える温度を有することを特徴とする請求項１−７の１もしくはそれ以上の項に記 載の方法。

９、黒液および噴霧ガスを各々添加するための少なくとも二つの同心チューブ（ ６，７：１１．１２．１３）並びに前記同心チューブ（６，７；１１．１２．１ ３）に接続している噴霧ノズル（４，５：１４．１５．１６）よりなり、その噴 霧ノズル（４，５；１４，１５．１６）が噴霧廃液を散布するための開口部（３ ，１７）に接続していることを特徴とする請求項１記載の方法を実施するための バーナー。

国際調査報告 国際調査報告 ＰＣｒ／ＳＥ　９１１００３４６

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．液体ランス（ｌａｎｃｅ）と噴霧ノズルを備えたバーナーを使用し、そのバ ーナーが、酸素含有ガスを供給している間１．１〜１５０バールの範囲の圧力で 運転する反応器に接続しているセルロース廃液を部分的に燃焼する方法において 、バーナーを介して供給される酸素含有ガスとバーナーを介して供給される廃液 との重量比が２：１未満であり、部分燃焼に要する非燃料結合酸素の少なくとも 半分が噴霧ノズルを介して反応器中に排出されることを特徴とするセルロース廃 液の部分燃焼法。
2. ２．酸素含有ガスにより供給される酸素と廃液との重量比が０．４：１未満であ ることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ３．部分的燃焼に要する酸素含有ガスの８０％を超えるガスがノズルを介して供 給されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. ４．酸素含有ガスが実質的に酸素または酸素濃厚空気であることを特徴とする請 求項１記載の方法。
5. ５．ノズルから排出されるガスと液体の流動速度が４０〜３５０ｍ／ｓにあるこ とを特徴とする請求項１−４の１もしくはそれ以上の項に記載の方法。
6. ６．廃液と酸素含有ガスが、少なくとも三つの左右対称に配置された開口部を介 してノズルから排出されることを特徴とする請求項１−５の１もしくはそれ以上 の項に記載の方法。
7. ７．廃液が、円形ギャップまたは円形開口部を介してノズルから排出されること を特徴とする請求項１−６の１もしくはそれ以上の項に記載の方法。
8. ８．反応器中に排出されるセルロース廃液が、通常の反応器圧力でその沸点を越 える温度を有することを特徴とする請求項１−７の１もしくはそれ以上の項に記 載の方法。