JPH059884A - 廃液からエネルギー及び化学品を回収する方法並びに反応炉 - Google Patents

廃液からエネルギー及び化学品を回収する方法並びに反応炉

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JPH059884A
JPH059884A JP3014223A JP1422391A JPH059884A JP H059884 A JPH059884 A JP H059884A JP 3014223 A JP3014223 A JP 3014223A JP 1422391 A JP1422391 A JP 1422391A JP H059884 A JPH059884 A JP H059884A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 パルプ製造において得られる廃液から熱分解
によってエネルギー及び化学品を回収する方法及び反応
炉。 【構成】 前記熱分解は、ガスと固体及び／又は溶融無
機材料が形成されるように、大気圧から約１５０バール
までの圧力、約５００°〜１５００℃の温度で反応炉内
で行われ、前記ガスは燃料として用いられるようにエネ
ルギーに富み、あるいは化学工業用原料として有用であ
る。本発明では廃液の熱分解は、低周波音にさらされて
いる間に、熱分解時に形成された物質の完全酸化に化学
量論的に必要な量以下の酸素又は酸素含有ガスを供給せ
ずに、又は供給して行われる。反応炉は（１）は、低周
波音を内部に発生させるように配置された少くとも１個
の音波発生器（１８）を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パルプ製造において得
られる廃液からエネルギー及び化学品を回収する方法に
関し、この方法は、ガスと固体及び／又は溶融無機材料
とが形成されるように、大気圧から約１５０バールまで
の圧力、約５００°〜１５００℃の温度で、廃液を反応
炉において熱分解することを含み、前記ガスは、燃料と
して用いられるようにエネルギーに富み、あるいは化学
工業用原料として有用である。本発明はまた、上記方法
を実施する反応炉にも関する。
【０００２】
【従来の技術】石炭、石油及び天然ガスのような化石燃
料は、熱を発生するための原子力の代替品を構成する。
代替品はまたバイオマス、特にセルロース工業で得られ
る廃液の燃焼も含んでいる。硫酸塩パルプ工業からの廃
液を燃焼することは、二つの目的を有している。第１の
目的は、有機木材物質を、その燃焼熱が有用な熱エネル
ギーに転化するように燃焼することであり、第２の目的
は、廃液中の無機化学品を回収し、活性のある形に転化
することである。
【０００３】イオウが硫化物の形で回収されるべきとき
には、化学量論以下の条件が必要であり、同時に一方で
はエネルギーの回収は、化学量論以上の条件を必要とす
る。したがって二つの相反する工程が、共通の空間で同
時に行われることが要求され、従来のソーダ回収ボイラ
ー技術を用いるときには、それは最適化問題に帰着す
る。
【０００４】従来、化学量論以下の条件が底部に、化学
量論以上の条件が上部に広がるソーダ回収ボイラーで異
なったプロセス水準を用いることによって、問題を解決
する試みがなされた。ソーダ回収ボイラーの最適化問題
はとりわけ、例えば硫酸塩パルプ製造から回収された化
学品が、ある量の酸化イオウを硫酸ナトリウム、亜硫酸
ナトリウム及びチオ硫酸ナトリウムの形で含むという問
題を有している。これは制御された条件をボイラーの底
部で維持することの困難によるものである。
【０００５】これ以外に、ある量のダストもボイラー底
部から発生する。ダストは、ソーダ回収ボイラー底部で
高度に酸化され、分離されて化学サイクルに戻される硫
酸ナトリウムを形成するナトリウムとイオウとを含んで
いる。酸化イオウは、パルプ製造工程では化学的に不活
性であり、したがって化学サイクルにおけるバラストを
構成している。
【０００６】米国特許第４，８０８，２６４号（スウェ
ーデン国特許第４４８，１７３号に対応）明細書は、ソ
ーダ回収ボイラー法に代わるもので、ガス化技術に基く
方法を記載している。黒液の有機物質は、第１段階では
いわゆる“フラッシュ熱分解”によって加圧反応炉で実
質的にＣＯ，ＣＯ２ ，Ｈ２ 及びＨ２ Ｓを製造する
ようにガス化され、それによって得られた残渣は、固体
又は溶融状態をした実質的に廃液の無機成分からなる。
【０００７】有機材料のそのようなガス化では、通常は
残存炭素の一部が得られ、残存炭素の量は、反応温度、
空気／燃料比及び燃料注入技術のようないくつかのファ
クターによる。ガス化によって得られるガスは、さらに
清浄化のために運ばれ、次いで燃料として用いることが
できる。ガス化は、酸化空気の添加中に行われ、窒素も
供給される。窒素はバラストを構成し、したがって酸化
空気の量は最少化される。
【０００８】しかしながらガス化が化学量論以下の条件
で行われるならば、炭素残渣（“木炭”）が非常に容易
に形成される。技術的には、公知の反応炉用の装置及び
方法の設計は、反応時間、温度、乱流、及びできるだけ
大きな反応表面が形成される材料の霧化のような熱力学
的条件に関して特に重要である。低い空気／燃料比はま
た、完全燃焼法と比ベて反応帯域にはげしい乱流を維持
するのに、特別な困難を引き起こす。
【０００９】粒子を囲む酸化空気の層状フィルムの形成
を伴なう流れ条件が容易に起こり、上に述べたパラメー
タの最適化は、非常に困難な課題となる。ガス化室内の
より高い圧力では、ガスの密度は増加し、したがってガ
ス化室内の乱流をさらに制限することになる。それ故温
度及び酸化工程又は反応工程は変わるであろう。
【００１０】燃焼工程を最適化する条件及びガス化工程
を最適化する条件は、したがって著るしく異なってい
る。これは、ガス化工程が、いくつかの段階、すなわち
有機材料の実際のガス化以外に、最適化することが非常
に困難な化学品回収を含んでいるときは特にそうであ
る。
【００１１】スウェーデン特許第４５８，７９９号明細
書は、燃焼空気中に分散され、低周波音にさらされる流
体燃料の燃焼を述べている。燃料の燃焼は、必然的に過
剰の空気を要し、したがって材料が、制限された空気の
供給（ガス化）によって、又は空気の供給なしに（純粋
な熱分解）熱的に分解される熱分解方法とは本質的に異
なる。
【００１２】この特許明細書は、特別な最適化問題を伴
なった吸熱分解方法のような実質的に異なる方法によっ
てエネルギー及び化学品の回収のような完全に異なる技
術に低周波音を用いることを開示も暗示もしていない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、反応
工程が強められ、最適条件が回収工程のために達成され
るように、公知の熱分解技術を改善することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明による方法は、廃
液の熱分解が、低周波音にさらされている間に、熱分解
時に形成された物質の完全酸化に化学量論的に必要な量
以下の酸素又は酸素含有ガスを同時に供給することな
く、又は供給して行われることを実質的に特徴としてい
る。本発明に用いられる低周波音は、高くても１５０Ｈ
ｚ、好ましくは高くても４０Ｈｚ、もっとも好ましくは
高くても２０Ｈｚの周波数を有するのが適当である。
【００１５】本発明は、高レベルの工程最適化に非常に
高度な要求のある回収方法を容易にする。
【００１６】本発明による方法は、（ａ）互に独立した
ガス化又は熱分解の温度及び程度の制御、（ｂ）絶えず
新しい反応表面をつくり出す大きな乱流及び微小な乱流
の促進、（ｃ）もっともゆっくりした反応段階、すなわ
ち残存コークスの酸化の強化、（ｄ）最大の炭素転化、
（ｅ）最大のイオウ還元効率、（ｆ）燃焼目的用にでき
るだけ高エネルギーを含んだガスの製造、及び（ｇ）良
好な作業能力をなお保持しながら、１〜１５０バール
（絶対圧力）、好ましくは２０〜４０バール（絶対圧
力）への反応炉の加圧を可能にする。
【００１７】本発明は、本発明による方法を実施するた
めのガス化反応炉の一実施態様を略図的に示す添付の図
面を参照しながらさらに詳細に述べられる。
【００１８】
【実施例】図１において、符号１は、煉瓦で内張りした
ガス化室２及びその下に位置する冷却室３を有する垂直
ガス化反応炉を示す。廃液の供給管路４は反応炉１の頂
部に接続され、その入口５はガス化室２の内側に位置す
る。蒸気又はガス（例えば空気）のような霧化媒体は、
管路４と同じ個所のオリフィスで終るように、廃液管路
４と一緒になる管路２４を通って供給される。反応炉１
は、前記廃液管路４がそこを通って延びている上方突出
部分７によって閉じられる頂部開口６を備えている。
【００１９】酸素、酸素含有ガス又は戻り燃焼ガスのよ
うなガスの供給管路８は、突出部分７のケースに切線的
に接続される。このガスは、あらかじめ定められた高
温、例えば反応炉１の作業温度に適当に予熱することが
できる。酸素又は酸素含有ガスはまた、入口５からあら
かじめ定められた距離の点、好ましくはガス化室２の中
間でガス化室２に接続された第２管路を通っても供給で
きる。
【００２０】バーナ１０も、入口５からあらかじめ定め
られた距離の点でガス化室２に接続され、バーナ１０は
管路１１を通って、空気又はその他の酸素含有ガスを供
給される。バーナ１０はまた、管路１２を通って燃料を
供給することができる。この燃料は、例えば戻り燃焼ガ
スで構成される。それの代り又はそれに補足して、ガス
化室２で製造されたエネルギーに富んだガスを、吸熱分
解を支持する燃料ガスとして用いることができる。
【００２１】ガス化室２は、冷却室３内で終る出口１３
を有する。製造された緑液１５を排出する管路１４は、
反応炉１の底部に接続され、製造された燃料ガスを排出
する管路１６は、冷却室３内の液面より上に位置する冷
却室３内の点で反応炉に接続される。管路１７はまた、
液体の添加及び緑液の循環のために、反応炉１の底部分
に接続される。
【００２２】本発明によれば、入口５を通って注入され
た霧化廃液、存在するガス化及び分解物質が低周波音の
影響を受けるように、反応炉１は、ガス化室２に低周波
音を発生させて維持する音波発生手段１８も有してい
る。図示された実施態様では、前記音波発生手段は、長
さが発生音波の波長の１／４であるのが適当な管状共鳴
器１９、管状共鳴器１９の一端に配置され、低周波発生
器を形成する供給ユニット２０を有している。
【００２３】供給ユニット２０は、空気のような推進ガ
スの供給管路２１に接続される。発生器は、例えば米国
特許第４，５９３，９６２号明細書に記載された種類の
超低周波音発生器で構成できる。しかしながらどのよう
な種類の低周波音発生手段でも、低周波音の振動の発生
も含めて、本発明の目的に使用することができる。共鳴
器１９は９０度の屈曲を描き、屈曲部とともに四分波発
生器に含まれる拡散筒２３で終る。拡散筒２３は内側に
配置され、突出部分７のケースによって取囲まれてい
る。所望ならば反応炉１は、ガス化室２内の異なる点に
低周波音を供給する数個の発生器を備えてもよい。
【００２４】超低周波音の高反射能力は、大きな空間を
単一の超低周波音発生器からの音波で満たすことができ
る。音波の影の部分は生ぜず、音波レベルは変化しない
ままであり、ガス化室のすべての部分に同時に生じる。
反応炉１は、例えば温度及び圧力の変化のように作業条
件が変化したときでも、全システム（共鳴管及びガス化
室）を共鳴状態に維持する制御装置（図示せず）を有す
る。
【００２５】超低周波音は、ガス及びガス中に細かく分
散された固体粒子を振動させ、ガス内での周期的変化
（加圧及び減圧）は、低周波音の影響で生じるよく発達
した乱流（大きな乱流も微小乱流も）によって、細かく
分散された物質の粒子又は小滴と周囲のガスとの間の接
触を著しく増加できる。こうして新たな分解開始点は、
絶えず化学反応に利用できるようにされる。ガス化工程
を低周波音にさらすことは、温度及びガス化程度を互に
別個に制御できるようにする。低周波音発生器は、図示
され場所以外の場所、例えばガス化室の側壁又は底に配
置してもよい。
【００２６】セルロース工業で得られる硫酸塩廃液を処
理するとき、例えば有機物質及び無機物質、すなわち硫
酸塩蒸解中に排出された木材リグニン及びナトリウム化
合物やイオウ化合物の形をした蒸解化学品も回収しなけ
ればならない。イオウは硫化物の形で回収されるであろ
うし、その方法は、廃液をガス化するのに用いた方法に
基く温度範囲内で化学量論以下の（還元）条件を必要と
する。
【００２７】現在、５００°〜８００℃の温度範囲内で
運転し、ナトリウムは実質的に固形のＮａ２ ＣＯ３
を形成し、イオウは製造されたガス中にＨ２ Ｓを形成
させる乾式法、８００°〜１０００℃の温度範囲内で運
転し、Ｎａ２ ＣＯ３ とＮａ２ Ｓの溶融小滴及び少
量のＨ２ Ｓを含むガスを生成させる溶融法、及び１０
００°〜１５００℃の温度範囲内で運転し、無機材料を
Ｎａ２ Ｓ及びＮａＯＨの形をした活性蒸解化学品に直
接転化させるカセイ化のない溶融法がある。
【００２８】回収された化学品は、パルプ製造工程に再
使用され、製造されたガスはエネルギー生産に利用する
ことができる。製造されたガスには、化学工業の、例え
ばアンモニア、メタノール及び合成天然ガスの製造の原
料としても使用することができる。
【００２９】低周波音又はそれの振動の使用は、上に述
べたガス化システムを本質的に改善する。これは、どの
ようなやり方でつくられた低周波音又はそれの振動で
も、それによって惹起された層流界面を通る改善された
物質輸送に基く。炭素を含有した溶融小滴内への酸素分
子の通路は輸送現象を構成し、はげしい乱流が必要であ
って、それは本発明の方法によって達成される。
【００３０】ガス化工程でもっともゆっくりした段階
は、残存コークスの最終酸化である。この段階は、小滴
を取り囲む層状のガス層を通る酸素分子及び水蒸気分子
の輸送によって制御される。したがってガス相の反応物
は、生長するコークス粒子内に、それを取り囲むガス雲
を通って入って行かなければならない。それ故炭素転化
の程度は、前記の熱力学によって改善される。
【００３１】熱分解は、熱分解時に形成される物質の完
全酸化に化学量論的に必要な量より少ない量の酸素又は
酸素含有ガスの制御された供給の間に、上記の装置内で
起こる。この量は、完全酸化に化学量論的に必要な量の
約２０〜８０％、好ましくは３０〜６０％に相当する。
酸素の供給が化学量論的に必要な供給より少いという設
定は、還元条件がガス化の間順調であり、したがって酸
化イオウのわずかな量が、硫酸ナトリウム、亜硫酸ナト
リウム及びチオ硫酸ナトリウムの形で製造される。
【００３２】代わりに熱分解は、純粋な熱分解、すなわ
ち空気の添加なしに行うことができる。本発明は、硫酸
塩蒸解法及び亜硫酸蒸解法のいずれから得られた廃液に
も応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃液からエネルギー及び化学品を
回収する反応炉の一実施態様を示す略図。
【符号の説明】
１ ガス化反応炉 ２ ガス化室 ３ 冷却室 ４ 廃液供給管路 ７ 反応炉１の上方突出部分 ８，９ 酸素，酸素含有ガス供給管路 １０ バーナ １４ 緑液排出管路 １６ 燃料ガス排出管路 １７ 液体の追加及び緑液の循環管路 １８ 音波発生器 １９ 管状共鳴器 ２０ 音波供給ユニット ２１ 推進ガス供給管路 ２３ 拡散筒

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスと固体及び／又は溶融無機材料とが
    形成されるように、大気圧から約１５０バールまでの圧
    力、約５００°〜１５００℃の温度で廃液を反応炉にお
    いて熱分解することを含み、前記ガスが、燃料として用
    いられるようにエネルギーに富み、あるいは化学工業用
    原料として有用な、パルプ製造において得られる廃液か
    らエネルギー及び化学品を回収する方法において、廃液
    の熱分解が、低周波音にさらされている間に、熱分解時
    に形成された物質の完全酸化に化学量論的に必要な量以
    下の酸素又は酸素含有ガスを同時に供給することなく、
    又は供給して行われることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 廃液が、硫酸塩パルプの製造からのナト
    リウム及びイオウを含む廃棄物からなることを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 廃液が、亜硫酸パルプの製造からの廃棄
    物からなることを特徴とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 低周波音が、高くても１５０Ｈｚの、好
    ましくは高くても４０Ｈｚの、もっとも好ましくは高く
    ても２０Ｈｚの周波数を有することを特徴とする請求項
    １ないし３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 酸素又は酸素含有ガスが、完全酸化に化
    学量論的に必要な量の約２０〜８０％、好ましくは３０
    〜６０％と対応する量を供給されることを特徴とする請
    求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 低周波音が、廃液が導入される個所と接
    近して反応炉内に導入されることを特徴とする請求項１
    ないし５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 低周波音が、少くとも１個の音波発生手
    段によって発生されることを特徴とする請求項１ないし
    ６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 パルプ製造において得られた廃液からエ
    ネルギー及び化学品を回収するために請求項１ないし７
    のいずれか１項に記載され、ガスと固体及び／又は溶融
    無機材料とが形成されるように、大気圧から約１５０バ
    ールまでの圧力、約５００°〜１５００℃の温度で廃液
    が反応炉（１）内で熱分解され、前記ガスが燃料として
    用いられるようにエネルギーに富み、あるいは化学工業
    用原料として有用である方法を実施する反応炉におい
    て、反応炉内に低周波音を発生させるように配置された
    少くとも１個の音波発生手段（１８）を有することを特
    徴とする反応炉。
  9. 【請求項９】 音波発生手段（１８）が、高くても１５
    ０Ｈｚの、好ましくは高くても４０Ｈｚの、もっとも好
    ましくは高くても２０Ｈｚの周波数の低周波音を発生さ
    せるように配置されていることを特徴とする請求項８記
    載の反応炉。
  10. 【請求項１０】 音波発生手段（１８）が、廃液が導入
    される個所と接近して反応炉に低周波音を供給するよう
    に配置されることを特徴とする請求項８又は９記載の反
    応炉。
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