NO127459B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for å forhindre fysikalske

eksplosjoner som følge av vekselvirkning

mellom vann i væskefase og smeltede

kjemiske forbindelser.

Som folge av de mange alvorlige eksplosjoner som har funnet sted i gjenvinnings ovner for kjemikalier brukt ved fremstil-ling av sulfatcellulose, har der vært foretatt undersøkelser for å analysere mekanismen for disse eksplosjoner i den hensikt å utvikle metoder for å forhindre slike eksplosjoner. Disse undersøkelser har antydet at voldsomme, fysikalske eksplosjoner av ikke-forbrennings-type inntrer når en mengde vann eller en vandig opplosning av kjemikalier innfores under overflaten av smeiten som oppsamles og avtrek-kes fra ovnens bunn. Det vann som kan finnes tilgjengelig for forskjellige eksplosive vekselvirkninger med smeiten kan f.eks. stamme fra en rorlekkasje.

Selv om foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til no-

en spesiell teori med hensyn til årsaken til de fysikalske eksplosjoner som folge av en. reaksjon mellom.vann og en smelte, angis en mulig forklaring til denne type eksplosjoner i det amerikanske pa-tentskrift nr. 3.447.895... Denne teori går ut på at en liten mengde vann i væskefase som kommer inn i smeiten, raskt blir innkapslet i en "beholder" av sterknet smelte. Som folge av varmeoverforingen utvikles vanndamptrykket voldsomt i lopet av noen få millisekunder inne i den storknede "beholder", inntil det punkt hvor trykket forårsaker en voldsom istykkersprengnlng av "beholderen". Den omroring som oppstår som folge av is tykkersprengningen forårsaker at ytterligere bulkvann i væskeform (uinnkap^let) kommer i intim kontakt med smeiten. Den ytterst raske yarraeoverforing som forårsakes av at fin-fordelte partikler av smelte beveger seg med hoy hastighet gjennom bulkvarmet i væskefase, resulterer i at vannet overfores til damp, og ved faseforandringen okes volumet 1700 ganger.

Denne plutselige utvikling av gass (damp) utgjor et fysikalsk eksplosjonsfenomen sombare skjer ved hjelp av flytende smelte og vann i vas.^kef ase (eller vandige opplosninger). Eksplosjoner av fysikalsk type står i motsetning til eksplosjoner av kjeinisk for-brennings type (f.eks. ved kraftkjemikalier), som avgir hurtige eks-panderende gasser ved en kraftig eksotermisk, kjemisk reaksjon. Da de eksplosjonsfremkallende mekanismer er forskjellige for begge dis-

se typer eksplosjoner, må også p r 8ve n s j on s me t ode ne nødvendigvis være forskjellige. Mens man f.eks. ved bare å gjore ovnsatmosfæren inert med gasser slike som vanndamp og/eller carbondioxyd ville kunne forhindre en eksplosjon av forbrenningstypen, ville en tilsvarende tek-nikk ikke forhindre en fysikalsk eksplosjon som kan foregå under vann eller i nitrogenatmosfære.

Foreliggende oppfinnelse vedrdrer en fremgangsmåte for å forhindre fysikalske eksplosjoner som inntreffer når vann i væskefa-

se injiseres i en smeltet kjemisk forbindelse. Fremgangsmåten er særpreget ved at når man påviser injisering av vann i væskefase i den smeltede kjemiske forbindelse, dekkes denne med et fast fysikalsk eksplosjonshemmende materiale som utgjores av alkalicarbona-

ter, alkalibicarbonater, jordalkalicarbonater eller jjordalkalibtcarbon-ater.

Et spesielt fenomen vedrbrende fysikalske eksplosjoner av den type som oppstår ved reaksjon mellonr en smelte og vann i væskefase, er at slike eksplosjoner kun, eller i det hele tatt, skjer efter en vesentlig tid er medgått fra begynnelsestidspunktet for van-nets injisering i smeiten. Denne forsinkelse kan være et resultat av regulering av smeltetemperaturen (sulfatsmelte reagerer f.eks. kun eksplosivt når dens temperatur ligger mellom dens storkningstem-peratur på ca. 775°C og ca. 940°C) , eller soro resultat av at vannet inneholder opplost smelte eller som folge av blandeforholdet, samt-lige av disse faktorer har en kraftig innflytelse på fysikalske eksplosjoner .

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å gi en fremgangsmåte for, under den vesentlige tidsforsinkelse efter at vann er påvist i ovnssmelten, raskt å kjole ned temperaturen i denne til under ca. 775°C, slik at en eksplosjon ikke kan skje.

Den nye fremgangsmåte ifblge foreliggende oppfinnelse kre-ver at der ved påvisning av vann innfores en forbindelse i fast form, som kan undergå en kraftig endotermisk, kjemisk reaksjon ved termisk nedbrytning, og at denne faste forbindelse dekker hele smeltens over-flate. I en sulfatkjemikaliegjenvinningsovn oppstår således f.eks. ved nedbrytningsreaksjonen en rikelig utvikling av ikke-brennbare gasser som gjor ovnsatmosfæren inert og således forhindrer ytterligere varmeavgivelse som folge av forbrenning i carbonlaget, samtidig som nedbrytningsreaksjonen vil bevirke en storkning av smeiten (som utgjor eksplosjonsenergikilden) ved nedsetning av temperaturen og derved under en eventuell eksplosjon. De materialer som anvendes for dette formål er alkali- og jordalkalicarbonater og -bicarbonater som særlig omfatter natriumbicarbonat, ammoniumcarbonat og ammoniumbicarbonat, særlig i form av korn eller granulat.

Natriumbicarbonat er et ideelt materiale for anvendelse for å forhindre fysikalske eksplosjoner som folge av en reaksjon mellom vann og smelte, idet det utgjor en torr, fast substans, og som selv ikke kan forårsake eksplosjon med smeiten under noen tenkelige betin-gelser. Det er et billig, lett-tilgjengelig kjemikalium som er ikke-toksisk overfor mennesker, og de termiske nedbrytningsprodukter er likeledes ikke-toksiske. Det absorberer ikke vann fra atmosfæren og har derfor ingen tendens til å pakke seg sammen ved lagring. Da det er stabilt ved temperaturer vel over romtemperatur, kan det oppbevares sikkert nær ovnen uten noen ugunstige virkninger.

Natriumbicarbonat nedbrytes raskt ved oppvarmning til ca. 260°C efter folgende kraftige endotermiske reaksjon:

Carbondioxyd og vanndamp som agvis ved denne reaksjon utgjor 37 % av natriumbicarbonatets opprinnelige vekt. Begge disse gasser er iner-te og har evnen til å undertrykke forbrenning av carbonlaget. Natriumcarbonat, det ved den termiske nedbrytning erholdte faste pro-dukt, lar seg naturlig kombinere med sulfatkjemikaliegjenvinningssy-stemet, da 80 % av smeiten vanligvis utgjores av dette materiale. En ytterligere fordel ved bruk av natriumbicarbonat for å forhindre eksplosjoner oppnåes således ved at ingen rengjbring eller totning av ovns innholdet er nodvendig som folge av en nodsanvendelse av dette kjemikalium for å forhindre en.eksplosjon. Det bor observeres at natriumcarbonat er oppldselig i smeiten og absorberer varme når det opploses i denne. Natriumcarbonatets opploselighet tjener dessuten til å senke smeltens sulfiditet. Da det har vist seg at den eksplosive reaksjon mellom vann og smelte intensifieres direkte med okende sulfiditet, innebærer en reduksjon av sulfiditeten at smeiten blir mindre eksplosiv når der er vann i ovnen. Dessuten vil tilsetning av natriumcarbonat til smeiten oke dens smeltetemperatur, hvilket gji>r det mulig å få smeiten til å storkne ved en temperatur som er hbyere enn dens normale smeltepunkt på ca. 775°C.

Termisk nedbrytning av natriumbicarbonat til carbondioxyd, vanndamp og natriumcarbonat er en kraftig endotermi.sk reaksjon. Det er beregnet at termisk nedbrytning absorberer 182,6 kcal/kg, som sammen med de 73,8 kcal/kg som kreves for å hdyne natriumbicarbonatets temperatur til nedbrytningstemperaturen, hvilket utgjor totalt 256,4 kcal, som hvert kilo natriumbicarbonat kan absorbere fra det varme kull og smeiten når der f.eks. tilfores ildstedet i en sulfatkjemika-lieg jenvinnings ovn . Natriumbicarbonat er derfor et utmerket varme-opptagningsmateriale, dessuten er det et utmerket middel til å gjore ovnens atmosfære inert (dvs. avslutte forbrenningen av carbonlaget og eliminere ytterligere utvikling av varme).

Der kan nevnes at ytterligere beregninger har vist at 557.OOO kcal må avgis fra det varme carbonlag i en 600 tonns dekante-ringsbunnovn for å avkjole den fra 980°C til 400°C som er antennel-ses temperaturen. Dessuten må ca. 1.O2O.00O kcal avgis fra det 7,6 cm tykke lag av en smelte ved 980°C for å avkjole og storkne denne ved 775°C. det kan derfor beregnes at 2,8 m 3 natriumbicarbonat skulle bibringe tilstrekkelig varmeopptagning. Denne mengde tilsvarer et ca. 5 cm tykt lag over den totale projiserte varmeoverflate på ca.

56 m i ovnen.

Om natriumbicarbonatet benyttes i form av et fint pulver, vil det komme til å sildre ned gjennom fordypningene i carbonlaget i sulfatkjemikaliegjenvinningsovnen. Den hastighet hvorved C02 utvikles kommer ikke til å bli like stor som ved anvendelse av f.eks. fast CO,, for å gjore ovnsatraosfæren inert. Den flammeundertrykkende virkning av den langsommere utviklede carbondioxyd fra natriumbicarbonatet er således vesentlig bedre enn for fast C02 på grunn av at om der ble benyttet fast CO^, ville dette sannsynligvis resultere i at gasstrdmmer med hoy hastighet skulle forlate smeltelaget fremfor å utvikle et urbrlig, inert gasslag som vil slukke flammene.

Andre carbonatér og bicarbonater som f.eks. ammoniumbicarbonat og ammoniumcarbonat, har vært vurdert for anvendelse som fast materiale for å forhindre fysikalske eksplosjoner som folge av en reaksjon mellom vann og smelte i en sulfatkjemikaliegjenvinningsovn. Selv om disse ammoniumforbindelser i det vesentlige har de samme egenskaper som natriumbicarbonat, utviser de ikke den termiske sta-bilitet som kreves for lengere tids lagring, hvilket imidlertid er tilfelle med natriumbicarbonat, og disse er derfor i mindre grad praktisk anvendbare. Under hensyntagen til slike faktorer som vedrdrer anvendelse av spesielle reaktive forbindelser, eventuell for-urensning, pris eller lagringsbetingelser, kan carbonatér som f.eks. kaliumbicarbonat eller magnesiumcarbonat anvendes som eksplosjonshemmende middel.

Fremgangsmåten ifolge foreliggende oppfinnelse arbeider på folgende måte: Såsnart lekkasje av vann, f.eks. inn i smeltelaget i en sulfatkjemikaliegjenvinningsovn, er blitt påvist, aktiveres en nodanordning. Nodanordningen avstenger væske- og reservebrensels-tilfdrselen til ovnen, samt sug- og trykkviftene i systemet. Den faste forbindelse som skal forhindre eksplosjonen fordeles derefter over hele bunnen av ovnsgulvet, innbefattet aske laget. Det faste eksplosjonshindrende middel oppbevares i en utenfor ovnen anbragt lomme, og ovenfor vartnenivået på e t relativt kjolig og tort sted.

En anordning for rask åpning og finfordeling utspreder det eksplosjon shemmende middel raskt og jevnt over carbonlaget og smeiten på ildstedet for å forhindre eh fysikalsk eksplosjon som folge av reak-sjonen mellom vann og smelte, ved å gjore ovnen inert og ved avtrek-ning av varme fra smeiten for å storkne denne på den ovenfor be-skrevne måte.

Foreliggende oppfinnelse angir således en ny fremgangsmåte for å forhindre fysikalske eksplosjoner av reaksjoner mellom vann og smelte, som f.eks. kan inntreffe ved lekkasje av vann i sulfatkjemi-kaliegjenvinningsovner. Ved påvisning av nærvær av vann i ovnen innfores en fast forbindelse som kan undergå en kraftig endotermisk, kjemisk reaksjon, ved termisk nedbrytning, i ovnen for å dekke smeltelaget. Nedbrytningsprosessen tjener til å gjore ovnen inert samtidig med at smeltelaget storkner, for derved å undertrykke en eventuell fysikalsk eksplosjon. De materialer som derved kan anvendes for dette formål, er alkali- og jordalkalicarbonater og -bicarbonater, som spesielt omfatter natriumbicarbonat, ammoniumcarbonat og ammoniumbicarbonat.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for å forhindre fysikalske eksplosjoner som inntreffer når vann i væskefase injiseres i en smeltet kjemisk forbindelse, særlig ved regenerering av sulfatavlut, ved å dekke smeiten med et eksplosjonshemmende middel, karakterisert ved at ved påvisning av vann i den smeltede kjemiske forbindelse dekkes den smeltede kjemiske forbindelse med et fast fysikalsk-eksplosjonshemmende materiale som utgjdres av alkalicarbonater, alkalibicarbonater, jordalkalicarbonater eller jordalkalibicarbonater.

2. Fremgangsmåte ifdlge krav 1, karakterisert ved at det fysikalsk-eksplosjonshemmende materiale utgjdres av små korn eller et granulat som spredes jevnt utover den smeltede, kjemiske forbindelse.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 2, karakterisert ved at skiktet av de fysikalsk-eksplosjonshemmende korn eller granulater som påfor-es, har en hbyde på minst 5 cm over det totale smeltelag.