JPH07500150A - セルロース廃液から化学物質及びエネルギーを抽出する方法 - 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】 セルロース廃液から化学物質及びエネルギーを抽出する方法 技術分野 本発明はセルロース廃液から化学物質及びエネルギーを抽出する方法に関し、主 に、原液のガス化のための反応器からのガス流から化学物質及びエネルギーを抽 出する方法に関する。

従来技術 今日で゛は、再使用可能な化学物質であって、方法に不可欠な物質及び工程の間 に加えられ又は遊離するエネルギーを回収するための、別の型の方法に関して強 い要求がある。これらの要求は主に環境及び経済的理由に対してである。一般的 な問題はある方法において溶融及びガス相の両方を含むガス混合物が得られるこ とであり、ガス混合物は化学物質及びエネルギーの含有物の回収に関し処理が困 難である。関連した熱交換工程において望ましくない物質が熱交換器の対流表面 にしばしば付着するので、特に、問題を引きおこすのは溶融粒子である。この間 この性質の問題が生じる産業的方法領域は紙バルブ生産からの廃液のガス化に関 連している。廃液のガス化は反応器中で生じ、廃液中の有機物質の含有物は熱分 解及び部分的に灰化され、この結果熱エネルギーを抽出でき、化学含有物を回収 のために分離できる。より具体的な方法で本発明を説明するために、黒液のガス 化に関し、本発明を以下に説明するが、この特定な範囲に限定されない。

黒液は硫酸塩セルロース法に関するバルブの生産において、残留生成物、廃液と して得られる。黒液は種々のナトリウム化合物の形態でアルカリ性化学物質を含 み、これはバルブ生産方法で再使用するために回収するのに望ましい０回収方法 は加熱工程、反応器からなり、有機分子鎖は熱分解及び灰化により切られて、エ ネルギーリッチガス及び無機含有物になり、回収可能な化学溶融物の微細な分割 粒子を形成する。このように灰化と組み合わせた熱分解は熱エネルギーを遊離し 、普通、反応器内の温度は約１０００°Ｃであり、燃焼ガスを生成する。遊離し た熱を抽出し先の灰化により燃焼ガスを利用するのが望ましい。

５Ｅ−Ｂ−４４８１７３は黒液から化学物質及びエネルギーを回収する方法を説 明する。５Ｅ−Ｂ−４４８１７３によると、ガス中の顕熱を回収し同時にガスが 液浴を直接通れることにより沈降（ｓｅｔｔｌｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ）を避 けることができる。更に溶融粒子を前記液体により処理し、これは緑液であるが 、ガスを同時に冷却する。これにより液浴を出て、溶融粒子のないガスは非加圧 系で８０〜９０°Ｃのオーダーの温度になり、これは緑液浴の温度にほぼ相当す る。このように、この非加圧系では、溶融物を含まないガス流を約９０°Ｃで得 られ、液浴は約９０°Ｃで緑液からなる。５Ｅ−Ｂ−４４８１７３の方法を１５ ０バールの高圧で実施しても、熱回収はせいぜい３００°Ｃの１和蒸気の生成に よりなされる。

エネルギー回収の観点から、これらの温度は最適というには低すぎる。故に、熱 をより高温にて移動できることが望ましくこの結果、好ましくは電流を発生する 目的のタービン操作に対して熱を過熱蒸気の形で得ることができる。蒸気タービ ンを操作する際、過熱蒸気を高圧、高温で、例えば１５０バール及び６００°Ｃ で分配する場合、最高の効率が得られる。従ってできるだけ高温で熱交換するこ とが望ましい。

しかしながら、上記望ましい方法では、ガスは１００〜３００°Ｃの範囲の温度 に冷却され、効率的なエネルギー回収に対して可能性を制限する。より高温で熱 を交換抽出できることが望ましいのは上記理由から明白であり、これにより、過 熱蒸気の形で回収できる。

セルロース廃液好ましくは硫酸塩セルロース方法で得られた黒液から化学物質及 びエネルギーを抽出するための方法は５Ｅ−Ｂ−１８２３３６により以前より知 られており、この廃液は熱分解及び部分的灰化のためにガス化反応器（１）に導 入され、　゛エネルギーリッチガスは無機化学溶融の粒子を含んで形成され、こ のガス混合物が反応器（１）から出て運ばれ、これにより反応器（１）から出て 連結して、微細に分割した冷却媒体（冷たいガス）の噴射によって冷却され、ガ スと非接着化学粒子の混合物をガス化反応器（１）に連結して配置された冷却室 （２）から導き、ここで、少なくとも一部が間化され、固相に変化し、この結果 ガス混合物に含まれた粒子は非接着になり、分離装置（３）好ましくはサイクロ ンに導入され、ここで非接着化学粒子はガス即ちガス流から分離され、これは本 質的に化学粒子を除かれ、分離装置（３）の上方連結部を介して除去され、一方 化学粒子は分離装置（３）の下方連結部を介して除去され、続いて分離ガスの熱 交換をほとんど保存された温度レベルから行う。しかしながら、この既知の方法 はある操作上の及び技術上の欠点がある。既知の方法は燃焼タービンの操作に充 分な純度を与えないので発生したガスを特にガスタービン操作に使用する場合で ある。更にこの方法は充分に考えた冷却媒体又はスクラバー媒体の使用に欠けて おり、これによりこの方法の効率を最良にするのが困難になる。

溶液及び利点 本発明の第１の目的は、溶融粒子及びガスの両方を含むガス流から、熱交換を行 うまえにガスの温度レベルを大きく下げることなく、同時に沈降の問題を回避し て、熱を使用できる方法及び装置を提供することである。本発明の別の目的はガ スタービンへの適用に関連して、及び冷却又はスクラビング媒体の使用に関連し て、最適な方法でこれを解決することである。

過熱蒸気として得られた熱交換後のガスの熱含量により上記目的を達成し、ガス 混合物中の反応容器から出た溶融粒子は７　・００°Ｃを超えない温度に冷却さ れ、前記微細に分割された冷却媒体は水からなり、洗浄装置（５）、いわゆるウ ェットスクラバー（５）を通って導くことにより固体状態及びガス状態の残りの 化学物質を洗い出すために熱交換した後のガスを洗浄し、分離装置（３）の底（ ３１）にて除去された分離固体溶融粒子を反応器（６）に導き、粒子を溶解し、 この方法で得られたアルカリ溶液の少なくとも１部を前記ウェットスクラバー（ ５）でガスを洗浄するために利用する。

硫酸塩セルロース方法で得た黒液から化学物質とエネルギーを抽出するための本 発明の方法を用いてより好ましい方法で上記目的を達成するが、ここで廃液を熱 分解及び部分的灰化のためのガス化反応器中に導き、これにより、溶融無機化学 物質を含んだガスを形成し、このガスを反応器から運び、微細に分割した水の噴 射により反応器から導出に関連して５００〜７００゛Ｃの領域の温度に冷却し、 これにより同時に前記無機化学物質含有物を固化温度以下の温度に冷却し、ガス 及び固化溶融滴を分離装置、好ましくはサイクロンに導き、ここで化学物質粒子 をガス及びガス流から分離し、無機化学物質粒子を大部分除き、過熱高圧蒸気の 発生を伴う廃熱ボイラー中で冷却するために上方連結部で除去し、分離装置にて 分離された化学粒子を水中に溶解し、これにより緑液を形成する。

事実、得られたガスと化学溶融物の温度は反応器の冷却部分にて水にスプレーす ることにより減少できることは５Ｅ−Ｂ−３６３を通して以前に知られている。

しかしながら、この場合、分離操作前に冷却は２００°Ｃに下げておこなうので この文献は専門家を誤解させる。既に示した通り、この低温は熱回収の観点から は望ましくない。

皿１０【里 本発明を、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。図面は本発明の方法を実 施する手順のための装置の基本滴な組立体を示す。

反応器１には第１導管１０を介して黒液及び第２導管１１を介して空気が導入さ れる。反応器内の空間１２で黒液を熱分解及び部分的灰化によりガス化し、これ によりガス／溶融物の混合物を形成し、約１０００°Ｃの温度で最終的な懸濁物 に溶融滴が存在する。ガス化は化学量論以下（ｓｕｂｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒ ｉｃ）の酸素の供給により行なわれるので、Ｈ２、Ｃｏ、ＣＨ４等の多くの燃焼 ガスが形成される。溶融粒子は主にＮａｚＣＯｓ及びＮａＳを含む。反応器出口 １３からなる反応器端部には冷却室２が配置され、この内側には多くのスプレー ノズル１４が配され、導管１５を介して水及び／又は冷却ガスを供給する。ノズ ル１４により、水及び／又はガスを微細に砕いて、反応器１からの熱い排ガスに 接触する。これにより、排ガスは約６５０°Ｃの温度に冷却される。冷却の結果 、溶融粒子は固相に転化され、これにより非接着性になる。反応器ｌに連結して 位置している冷却室２から、ガスは固化した化学粒子の含有物と共に前方に導か れ導管４を通ってサイクロン分離器３に至る。

サイクロン分離器３では固体及び非接着粒子をガスから分離し、ガスは上方導管 ３０を介してサイクロンを離れ、一方、結晶粒子は下方導管３１を通って取り出 される。導管３０内のガス相は未だ約６５０°Ｃの温度を保持し、直接連結した 熱交換器装置７に過熱蒸気を発生するために導かれる。ガスの精製のために、熱 交換器内の対流表面上への付着を妨害することなく熱交換を行うことができる。

熱交換器装置７は好ましくは、蒸気ドーム７０、蒸気ドーム７０に通じる水供給 のための第１熱交換器コア７１、蒸気ドーム７０に戻す飽和蒸気を作るための第 ２コイル７２、温度３００〜６００″Ｃ及び圧力２０〜１５０バールを有し、導 管７４を介して取り出す過熱蒸気の生成のための、好ましくは背圧又は凝縮手順 による蒸気タービンで電気エネルギーの生成のための、第３熱交換器コア７３か らなる。

熱交換器装置７を通過した後、ガスは温度約２００°Ｃであり先の導管５０を介 してガスを最終洗浄するための洗浄装置５に導かれる。この洗浄装置は円筒状の ケーシング５１を有し、これに第ルベル５２にて、ガス主にＨ，Ｓから残りの化 学物質を除去するためにスプレーノズルによりアルカリ溶液を導入する。このア ルカリ溶液は一部は再循環導管５３を介して、及び一部は受け器６から得られる 。好ましいケースでは、この受け器６は緑液を含み、これはサイクロン３で分離 した化学物質を水又はいわゆる弱液に溶解することにより調製される。このよう に緑液は分離器３から回収された化学粒子の溶解により得られる。洗浄器５から のような最後に言った受け器６からの液は導管６０及び５５で受け器（図示せず ）に導かれ、更に温浸工程で再使用される白液の生成のためのカセイ化段階で処 理される。

ガス洗浄器５の頂部にて導管５６を介して導出するガスをガス及び／又は蒸気タ ービンを介して蒸気及び／又は電気の生成のために使う。

本発明は上記説明に制限されず、請求の範囲の限度内で変え得る。過熱部で生成 する蒸気は温度を変えることができ好ましくは４００〜６００°Ｃであり、圧力 は約１６０バールまでの広い範囲内で変えることができることは専門家には明ら かである。

更に、蒸気の代わりにガスの熱は反応器への予熱空気を作るために使用できる。

ボイラー後ガス温も１５０〜３００　”Ｃの範囲内で適当に変えることができる ０分離器の頂部から取り出すガスは好ましいケースでは温度５００〜７００°Ｃ である。反応器の温度は適当に８００°Ｃより上であり、１５００°Ｃまで達し 得る。しかしながら好ましい範囲は８００〜１３００°Ｃである。本発明は反応 器の下方端に出口を存する反応器に制限されない。溶融粒子の大きさが巾広く変 わるとあるケースではこれは問題（特に付着の問題）を生じ得る。従って、ある ケースでは上方の出口を有する反応器を用いるとよく、好ましくはＫｏｐｐｅｒ −Ｔｏｔｚｅｋ型の反応器であり、結果として、より大きな溶融粒子が溶融浴の 反応器の底に集まり、反応器からガス流と共に出た溶融粒子は比較的小さく故に 比較的均一な大きさであることが保証され、これにより出たすべての粒子は固化 温度より低い温度に冷却される。

選択的にサイクロンのかわりに、フィルター、適当なテキスタイルフィルターを 用いることができる。

国際調査報告 １，１ｍｍ、ｅ＋ｍ工、ｌ−０□２にＴ／ＳＥ　９２１００４７７フロントペー ジの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（ＢＦ 、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、ＴＧ ）、ＡＴＫ、ＬＵ、ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ、ＲＵ、ＳＤ、 ＳＥ、ＵＳ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．セルロース廃液、好ましくは硫酸塩セルロース法にて得られた黒液から化学 物質及びエネルギーを回収する方法であって、 熱分解及び部分的灰化のために廃液をガス化反応器（１）に導入し、 エネルギーリッチガスを無機化学物質溶融物の粒子を含んで形成し、 前記ガス混合物を反応器（１）から運び及び付随して反応器（１）からの出発に 関連して微細に分割した冷却媒体の噴射により冷却し、 ガス及び非接着化学物質粒子の前記混合物をガス化反応器（１）に連結して配置 された冷却室（２）から導き、ここで、少なくとも部分的に固化し、固相に変わ り、これによりガス混合物中に含まれた粒子は非接着になり、前方の分離装置（ ３）、好ましくはサイクロンに至り、ここで、非接着の化学物質粒子をガス即ち ガス流から分離し、 これは本質的に化学物質粒子を除かれ、分離装置（３）の上方連結部を介して除 去され一方化学物質粒子を分離装置（３）の下方連結部を介して除去し、続いて 分離ガスの熱交換を本質的に保持した温度レベルから行う方法において、 熱交換後にガスの熱含量は過熱蒸気として得られ及びガス混合物中の反応器から 出た溶融粒子は７００℃を超えない温度に冷却され、 前記微細に分割された冷却媒体は水からなり、熱交換の後、洗浄装置（５）、い わゆるウェットスクラバー（５）を介して導くことにより固体状態及び気体状態 中の残りの化学物質を洗い出すために、ガスを洗浄し、分離装置（３）の底（３ １）から除去された分離固化溶融粒子き受け器（６）に導き、粒子を溶解し、こ の方法で形成されたアルカリ溶液の少なくとも一部を前記エェットスクラバー（ ５）のガスを洗浄するために使用することを特徴とする方法。
2. ２．熱交換前のガス混合物を５００℃以上の温度に冷却することを特徴とする請 求項１記載の方法。
3. ３．ガス化は７００℃超過、好ましくは８００〜１５００℃、最も好ましくは８ ００〜１３００℃の温度にて行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. ４．ガス化は大気圧で行われることを特徴とする請求項１、２又は３記載の方法 。
5. ５．ガス化は加圧にて行われることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の 方法。
6. ６．ウェットスクラバーへの入口にてガスは１００〜３００℃の温度である請求 項１記載の方法。
7. ７．過熱蒸気を凝縮又は背圧法にて蒸気タービンに導くことを特徴とする請求項 １、２、３、４、５又は６記載の方法。
8. ８．蒸気タービン装置又は結合ガスタービン／蒸気タービンサイクルにて洗浄し たガスを電気及び蒸気の生成のために燃料として使用することを特徴とする請求 項１、２、３、４、５、６又は７記載の方法。