NO134310B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for gjenvinning-

av kjemikalier i avlut, som foreligger etter oppslutning av lignocelluloseholdig materiale, særlig i henhold til sulfatmetoden.

Ved denne fremgangsmåte innsprøytes avluten, som er inndampet til

et tørrstoffinnhold på minst 45 %, i finfordelt form i en reaktor sammen med en gass som inneholder fritt oksygen og er oppvarmet til minst 600°C, og den inndampede avlut pyrolyseres i reaktoren i reduserende atmosfære, hvorved det oppnås en i alt vesentlig sulfidfri sodaholdig pyrolyserest og en hydrogensulfidholdig gass; reaksjonsproduktene avkjøles umiddelbart etter pyrolysen ved direkte varmeutveksling.

I løpet av de senere år er det gjennom et flertall

svenske patenter blitt utviklet en metode for gjenvinning av kjemikaliene i avlut fra oppslutning av lignocelluloseholdig materiale, særlig oppslutning ved en sulfittmetode, f. eks. en høyutbyttemetode under anvendelse av natriumbisulfitt, hvorunder luten i konsentrert form pyrolyseres.

Metoden består i korthet i at luten først inndampes

til en passende konsentrasjon og deretter føres til en reaktor hvor den atomiseres i en strøm av varme forbrenningsgasser som inneholder et mindre overskudd av luft. som imidlertid ikke skal være til-strekkelig for forbrenning av den organiske substans i luten.

I reaktoren opptrer en pyrolyse av luten under oppnåelse av en brennbar gass og et pulver. Gassen inneholder den største del av den i luten inngående svovelmengde i form av hydrogensulfid, samt dessuten brennbare komponenter som hydrogen, karbonoksyd og visse hydrokarboner. Pulveret inneholder alt i luten inngående natrium,

i det vesentligste som karbonat, men også en mindre mengde i form

av sulfat, samt karbon. Gass/pulverblandingen avkjøles i en i forbindelse med reaktoren anordnet dampkjel for generering av damp, hvoretter pulveret separeres fra gassen i to trinn,

en tørrseparering og en våtseparering. Gassen forbrennes deretter

i en kjele, hvorunder hydrogensulfidet i pyrolysegassen omvandles

til SO2, som ijet særskilt anlegg absorberes ved hjelp av en natriumkarbonatoppløsning. Denne oppløsning er oppnådd ved utvasking av det ovenfor angitte pulver. Det ved utvaskingen gjenværende karbon brennes separat.

Det for gjennomføring av den ovenfor angitte gjenvinnings-prosess nødvendige anlegg omfatter blant annet inndamper med et antall effekter, en for formålet spesielt konstruert reaktor, reaktordampkjei for å ta vare på varmeinnboldet i pyrolysegassen, støvfraskillelsesanlegg omfattende primær- og sekundærsykloner,

en gassdampkjel for forbrenning av hydrogensulfidet til SO^/

samt et absorbsjonsanlegg for den herunder oppnådde S02~gass.

Videre inngår det i anlegget utstyr for utvasking av Na-saltene,

i det vesentlige Na2C03 fra det ved pyrolysen dannede pulver.

Den herunder oppnådde natriumkarbonatoppløsning (sodalut) anvendes deretter for den nevnte absorpsjon \ av SC^-gassen. Denne oppløsning (halvsyre) lagres i cisterner og tas ut etter behov for tilberedning av ny koke væske.

I denne kjente prosess utgjør naturligvis reaktoren

et nøkkelpunkt, og meget arbeide er under utviklingen nedlagt for å komme frem til en fra alle synspunkter optimal lesning hva angår utforming, dimensjoner og materialvalg. Ved en intens forsøks-virksomhet, blant annet i et spesielt pilot-plant-anlegg, har man utforsket temperatur- og strømningsforholdene samt materialsammen-setningen under pyrolyseforløpet under forskjellige betingelser. Pyrolysen utføres i praksis for tiden slik at den konsentrerte

lut tilføres reaktoren ved en temperatur på ca. 80°C ved hjelp av høytrykkpumper, som arbeider ved et trykk på ca. 110 kg/cm . Reaktoren er på toppen forsynt med en oljebrenner som retter varme forbrenningsgasser med en temperatur på 1200 - 1400°C nedover mot sentrum av reaktoren. Tolv høytrykkmunnstykker, bestemt for luten, er anordnet omkring den øvre sylindriske del av reaktoren. For å hindre støvavsetninger er ihnløpsordningene for forbrennings-,

gassene vannkjølt. Temperaturen i reaktoren holdes - i alminnelighet ved 700 - 750°C. Temperaturen reguleres ved å regulere lufttil-førselen til oljebrennerne.

Det har også vært fremsatt forslag for å tillempe

det til grunn for den angitte prosess liggende prinsipp også for inndampning og ivaretagelse av kjemikaliene ved oppslutning av lignocelluloseholdig materiale etter sulfatmetoden.

Som bekjent går man ifølge denne metode for tiden frem

på den måten at den fra kokeren kommende svartlut inndampes til et tørrstoffinnhold av 50 - 60 %. Denne lut transporteres enten direkte til en forbrenningsovn, eller til en såkalt "varpor"

(fordamper) hvor en ytterligere fordampning finner sted. I sodakjelen inndampes deretter den konsentrerte lut til tørrhet, og det dannede pulver, svartstøvet, forbrennes, hvorunder svovelforbindelsen overføres til natriumsulfid. De øvrige alkaliforbindelser som forekommer i svartstøvet gir ved forbrenningen i det vesentlige soda (natriumkarbonat). Den fra kjelen oppnådde smelte avtappes og føres til en oppløsningsanordning. Den her oppnådde grønnlut pumpes deretter til blandeanordningen for fremstilling av hvitlut ved kaustisering, og føres siden tilbake i prosessen.

Det ovenfor fremsatte forslag om å tillempe pyrolyse-metoden ved inndampning av sulfatavlut er fremkommet i den hensikt å regulere sulfiditeten hos den fra blant annet de gjenvunne kjemikalier fremstilte kokevæske, idet det har vist seg av utvaskingen og tilbakeføringen av f.eks. hydrogensulfid fra inndampningen i den hensikt å redusere utslippet av illeluktende stoffer, har med-ført at svovelbalansen forstyrres. Dette forslag, å regulere sulfiditeten, innebærer at en del av svartluten pyrolyseres, hvorunder man oppnår en i det vesentlige svovelfri pyrolyserest og hydrogensulfidholdig gass. Gassen brennes deretter i en konvensjonell dampkjel, hvorunder man oppnår SO2, som som regel uten risiko for luftforurensninger kan slippes ut.

Forslaget har imidlertid ved den praktiske tillempning vist seg å medføre en rekke problemer som er vanskelige å løse. spesielt hva angår å ta vare på pyrolyseresten.

Ved de innledende forsøk som ble utført for å utforske

den praktiske anvendbarhet av prinsippene for metoden for inndampning av sulfidavlut, viste det seg at det støv som man fikk ved pyrolyse av sulfidavlut, fikk en helt annen karakter, hvilket praktisk talt umuliggjorde separering av det oppnådde pulver fra pyrolysegassen. Det syntes som om luten primært ble oppdelt til et fint skum, som

ved tørking og pyrolyse ble så skjørt at det faller sammen i meget små biter , som gjør det umulig i de etterfølgende separerings- og

gjenvinningsanordninger å ta vare på kjemikaliene.

I denne situasjon oppstår det til grunn for oppfinnelsen liggende problem, nemlig å•gjennomføre pyrolyseprosessen på en slik måte at en effektiv ivaretagelse av pyrolyseproduktene kan tilveie-bringes. Betydningen av en praktisk gjennomførbar metode i denne henseende må sees på bakgrunn av de umåtelig store investeringer det er tale' om hva angår utstyr til sulfatfabrikker. Ved prosjektering og planlegging er det nemlig nødvendig å dimensjonere og bygge inn

"de forskjellige apparater på den måten at en ekspansjon rned tanke på fremtidig utvikling er mulig. Det har imidlertid vist seg at en slik langsiktig planlegging er meget vanskelig, spesielt da man på planleggingsstadiet er stillet overfor overveielser med store øko-nomiske konsekvenser, såvel hva angår investert kapital som frem-tidige driftsomkostninger.

Det har vist seg at det ved sulfatfabrikker etter opptrimming av anleggets avdelinger som oftest er sodakjelen som blir den flaske-hals som til slutt bestemmer anleggets totale kapasitet. Også hvor det med hensyn til anleggets øvrige apparater er mulig å øke pro-duksjonen betydelig, eventuelt med mindre investeringer, stiller soda-kjelens kapasitet seg hindrende iveien, hvilket viser nødvendigheten av å finne andre veier for å ta vare på kjemikaliene i avluten.

Ved foreliggende oppfinnelse er ovennevnte problem løst. Det prinsipp som ligger til grunn for oppfinnelsen, består i at tykk- . lut fra et foregående inndampningstrinn tilføres en reaktor, hvor de i luten inngående substanser pyrolyseres under høye temperaturer, hvoretter reaksjonsproduktene avkjøles direkte ved innsprøyting av et hensiktsmessig kjølemedium.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er karakterisert-"ved at avkjølingen utføres ved hjelp av vann, hvoretter pyrolyseproduktene i en eller flere våtavskillere separeres i et gassformig -produkt og en fast pyrolyserest, hvorved det i den faste pyrolyserest inngående natriumkarbonat i vannløsning bringes til å reagere med en del av hydrogensulfidet i pyrolysegassen for oppnåelse av natriumsulfid, og at det på denne måte oppnådde sulfidholdige natriumkarbonat overføres i prosessen i et kaustiseringsanlegg.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til vedlagte tegninger, hvor fig. 1 viser et strømnings-skjema over prosessen, fig. 2 er en prinsippskisse, for et anlegg for utførelse av fremgangsmåten, og fig. 3 er en reaktor, delvis i snitt. I det konkrete eksempel er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen bestemt som et komplement til et allerede eksisterende konvensjonelt gjenvinningsanlegg. Det er imidlertid intet til hinder for at fremgangsmåten kan anvendes for å ta varé

på den totale mengde kjemikalier i svartlut. Den i eksemplet angitte fremgangsmåte, samt anordningen for utførelse av denne, er projek-

tert for en fabrikk med en masse-produksjon av 65 ton/døgn. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er denne produksjon beregnet til å kunne økes med ca. 15 ton/døgn.

Fra inndampningen i dette anlegg tas en del av tykkluten

som i det foreliggende tilfelle har et tørrstoffinnhold av 52%.

Denne lut føres til en reaktor 1, bestående av et gasstett skall

av platemateriale, f. eks. foret med motstandsdyktig, ildfast tegl eller stampemasse, og sprøytes inn i dennes øvre del gjennom sprøytemunnstykker, som er jevnt fordelt omkring reaktorens peri-

feri, hensiktsmessig 10 i tallet, som eventuelt er rettet skråt nedover. Hvert av munnstykkene er dimensjonert for en kapasitet på 100 kg TSy^Luten fordeles herunder i reaktorrommet ved lavtrykks-atomisering. Luten må imidlertid innpumpes ved så høyt trykk at man får en tilstrekkelig fin fordeling av luten i reaktoren. Det er dessuten en fordel å kunne holde antallet av dyser nede. Det har også vist seg nødvendig i visse tilfeller å beskytte dysene mot det dannede støv. En slik beskyttelse frembringes ved en damp-

skjerm som blåses ut omkring selve dyseåpningen for luten. Det for pyrolysen nødvendige varmebehov oppnåes ved forbrenning av olje som tilføres reaktoren gjennom brenneren 2, anordnet på toppen av reaktoren og rettet nedover i reaktoren 1, samt omfattende tilfør-selsledninger 12, 13 for luft resp. damp. Ved en slik anordning av sprøytemunnstykkene og brenneren oppnåes en intens omblanding i reaktoren. Por å unngå at støvet smelter og fester seg i overgangen mellom den varme brennerdel og reaktordelen, dv.s. der hvor de varme røkgassene møter støvet, er selve overgangsstykket utført som en avkjølt mantel. Kjølingen skjer ved vannsirkulasjon med en sirkula-sjonspumpe via en kjøler og et ut j evningskar(ikke vist). Luften til reaktoren blåses inn via en reaktorvifte. Ved den tekniske gjennom-føring av reaktoren er vegger m.m. fremstilt av fullt motstandsdyktig materiale, både hva angår temperatur og innvirkning av kjemikalier. Der finnes således keramiske materialer, f. eks. på basis av krom-magnesitt eller zirkoniumoksyd, som har fullt tilfreds-stillende levetid under de forhold som kan forekomme.

Ifølge oppfinnelsen avkjøles deretter de ved pyrolysen oppnådde reaksjonsprodukter ved direkte varmeutveksling med et hensiktsmessig kjølemedium, f. eks. vann.

Kjølingen kan utføres slik at produktene uttas gjennom en åpning 3 ( fig. 2) i reaktorens nedre del, og derfra overføres direkte til en under reaktoren anordnet kjøleanordning. Denne anordning ér hensiktsmessig utformet på den måten som er vist for gasskjøleren 4 på fig. 2, dvs. med en øvre og en nedre sylindrisk del, samt en mellomliggende konisk del 7. Kjølemediet sprøytes deretter direkte inn i strømmen av reaksjonsprodukter gjennom i gasskjøleren 4 anordnede munnstykker 8, som i passende antall er fordelt omkring kjølerens periferi, ved den på fig. 2 viste utførelsesform er munnstykkene 8 plasert i den øvre del av kjøleren 5 og i en slik vinkel i forhold til reaksjonsproduktenes strømningsretning og kjølerens vegger at det frembringes en effektiv kjøling. I gasskjølerens nedre del 6 tilføres kjølevannet gjennom ledningen 9.

I tilslutning til gasskjøleren 4 er det anordnet en våtfraskiller 10. Denne utgjøres i det foreliggende tilfelle av en kaskadeskrubber som tilføres vann gjennom innløpet 11. I alminnelighet er flere våtfraskillere ( ikke vist) anordnet i serie. Den fra våtfraskilleren oppnådde grønlut føres deretter til blandeinnret-ningen og behandles på vanlig måte.

Med en anordning av den ovenfor beskrevne type er det viktig at man også er oppmerksom på risikoen for at eventuelle avsetninger i reaktoren skal falle ned i den første våtfraskilleren. Denne risiko kan imidlertid minskes ved at det over våtfraskilleren anordnes et gitter eller lignende.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har det også

vært mulig å ta vare på i det minste en del av den i avluten inngående svovelmengde i form av sulfid, da våtfraskillingen medfører at en del av hydrogensulfidet i pyrolysegassen reagerer med natriumkarbonat- bikarbonatoppløsningen under sulfiddanneIsen„

Den på fig. 3 viste reaktor består av en egentlig re-aktordel 1, hvor selve pyrolysereaksjonene opptrer, samt en un-

der denne anordnet sylindrisk del 18, som nedentil er forbundet med en konisk del 19, som fortsetter i en ytterligere sylindrisk del 20. I reaktordelens 1 kuppeltak 16 er det uttatt en åpning 17, til hvilken brenneren 2 er tilsluttet. Brenneren 2 mates med olje, luft eller damp gjennom tilførselsledninger 26, 12 og 13,

og de varme forbrenningsgasser føres gjennom åpningen 17 inn i reaktordelen 1. I reaktorveggen er det på samme måte som i anordningen ifølge fig. 2 innført sprøytemunnstykker 21 med led-ninger for lut og damp 23 resp. 22. Ved den viste utførelsesform består reaktordelen av et metallplatehus 14 med en innvendig foring 15 av sodaresistent keramisk materiale. Også kuppeltaket 16 er forsynt med en slik utforing.

Det keramisk utforete kammer 1 går direkte over i et avkjølt sirkulært kammer 18 med samme diameter. Også det følgende koniske kammer 19 og det sylindriske kammer 20 er kjølt ved til-førsel av kjølemedium gjennom tilførsels- og avløpsledninger 24 resp. 25.

I den sylindriske del 20 er det anordnet anordninger for direktekjøling av reaksjonsproduktene fra pyrolyseprosessen, f. eks. i form av munnstykker 8 som er innført i reaktorens vegg, hensiktsmessig i den øvre del av kammeret 20.

I tidligere kjente reaktortyper for foreliggende for-mål er reaktoren i sin helhet innmuret med keramisk materiale. Dette medfører at temperaturene må holdes relativt lave for å unngå av faste eller flytende reaksjonsprodukter fester seg på reaktorens vegger. Tiltrots for at man ved tidligere kjente reakto-rer herved har vært tvunget til å arbeide ved lavere temperaturer, har det ikke lykkes helt å eliminere risikoen for slike avleirin-ger. Ved reaktoren ifølge foreliggende oppfinnelse<*>har man nå løst dette problem ved å anordne reaktoren med avkjølte vegger, hvilket muliggjør høyere temperaturer i reaksjonssonen med det resultat at en større del av karbonet i lutens organiske substans kan forgasses. Det har vist seg mulig også å anvende vannkjølte vegger og tak i selve reaktordelen. Ved forsøk har det nemlig vist seg at hverken faste eller flytende reaksjonsprodukter har noen tendens til å festne på de kjølte metalloverflater. Ved at reaksjonsproduktene dessuten kjøles umiddelbart etter å være trådt ut av reaksjonssonen, foreligger ingen risiko for avsetning og derved oppnåes dels en bedre varmeøkonomi, og dels en større driftssikkerhet samtidig som de faste reaksjonsprodukter fåes i en form som letter utnyttelsen.

Ved et utført 8-timers eksperiment i et gjenvinningsanlegg med svartlut ifølge oppfinnelsen, fikk man følgende analyser:

Mol.forholdet mellom tot Na og tot S som i støvet er 1:0.06 er etter gjennomgang gjennom en våtfraskiller øket til 1:0.20 ved absorbsjon av hydrogensulfid fra gassen.

Fordelen med å anordne reaktoren ifølge det ovenstå-ende med to sylindriske deler består i at man herved unngår avsetninger i den etterfølgende koniske del ved at støvet og gassen på forhånd er kjølt mot veggene i den nedre del av sylinderen.

Fordelen ved den raske avkjøling ifølge oppfinnelsen består i at den innebærer en innfrysing av en likevektstilstand som hersker ved høyere temperaturer.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for gjenvinning av kjemikalier :L avlut

   fra oppslutning av lignocelluloseholdig materiale, særlig etter sulfatmetoden, hvorved den til et tørrstoffinnhold på minst 45 % inndampede avlut i finfordelt form innsprøytes i en reaktor sammen med en til minst 600°c oppvarmet gass som inneholder fritt oksygen, samt at den inndampede avlut pyrolyseres i reaktoren i reduserende atmosfære, hvorved det oppnås en i alt vesentlig sulfidfri sodaholdig pyrolyserest og en hydrogensulfidholdig gass og hvor reaksjonsproduktene umiddelbart etter pyrolysen avkjøles ved direkte varmeutveksling, karakterisert ved at avkjølingen utføres ved hjelp av vann, hvoretter pyrolyseproduktene i en eller flere våtavskillere separeres i et gassformig produkt og en fast pyrolyserest, hvorved det i den faste pyrolyserest inngående natriumkarbonat i vann-løsning bringes til å reagere med en del av hydrogensulfidet i pyrolysegassen for oppnåelse av natriumsulfid, og at det på denne måte oppnådde sulfidholdige natriumkarbonat overføres til prosessen i et kaustiseringsanlegg.