NO135531B

NO135531B -

Info

Publication number: NO135531B
Application number: NO4029/72A
Authority: NO
Inventors: F L Morgan
Original assignee: Buckman Labor Inc
Priority date: 1972-01-25
Filing date: 1972-11-07
Publication date: 1977-01-10
Also published as: BR7300165D0; BE791548A; FI54951C; JPS5418282B2; SE391751B; NO135531C; ZA727944B; FR2169034A1; FI54951B; US3826632A; CA970156A; AU462105B2; JPS4883428A; DE2255214A1; FR2169034B1; AU4858472A

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for brenning av The invention relates to a method for burning off

et viskøst, flytende brennstoff som består av svartlut. Fremgangs-måten er karakterisert ved at brennstoffet tilsettes et N,N-dimetylamid av en rettkjedet, umettet fettsyre med 18 karbonatomer i molekylet i en mengde som er tilstrekkelig til å øke forbrenningseffekten. a viscous, liquid fuel consisting of black liquor. The method is characterized by adding an N,N-dimethylamide of a straight-chain, unsaturated fatty acid with 18 carbon atoms in the molecule to the fuel in an amount sufficient to increase the combustion effect.

Svartlut, som er velkjent fra papirfremstilling ved den alkaliske kokeprosess, er kort sagt avluten fra kokerne pluss filtra-tet fra vaskeoperasjonen. Svartluten konsentreres først i en multip-peleffektinndamper, deretter i kaskade- eller cykloninndamper (direkte varmeoverføring), blir så ytterligere konsentrert ved tilsetning av en saltkakesammensetning og oppsamlet støv fra røkgass og samlekasser og endelig oppvarmet før brenning i ovnen. Uorganiske komponenter (natriumsalter) i den konsentrerte svartlut gjenvinnes under denne forbrenningsoperasjon som smeltet aske eller smelte for gjenanvendelse i kokeluten. Da alle disse operasjoner er velkjente for fagfolk, vil en beskrivelse derav ikke bli gjentatt her. For en detaljert beskrivelse av disse prosesser vises til "Tappi Mono-graph Series No. 32" redigert av Roy P. Whitney, "Chemical Recovery in Alkaline Pulping Processes", Mack Printing Co., Easton, Pennsyl-vania, 1968, spesielt kapitlene 2 og 3, hvilken referanse herved gjøres til en del av foreliggende beskrivelse. Black liquor, which is well known from papermaking by the alkaline boiling process, is, in short, the liquor from the boilers plus the filtrate from the washing operation. The black liquor is first concentrated in a multiple-effect evaporator, then in cascade or cyclone evaporators (direct heat transfer), is then further concentrated by adding a salt cake composition and collected dust from flue gas and collection boxes and finally heated before burning in the furnace. Inorganic components (sodium salts) in the concentrated black liquor are recovered during this combustion operation as molten ash or melt for reuse in the cooking liquor. As all these operations are well known to those skilled in the art, a description thereof will not be repeated here. For a detailed description of these processes refer to "Tappi Mono-graph Series No. 32" edited by Roy P. Whitney, "Chemical Recovery in Alkaline Pulping Processes", Mack Printing Co., Easton, Pennsylvania, 1968, especially the chapters 2 and 3, which reference is hereby made to a part of the present description.

Som hittil praktisert har imidlertid operasjoner omfattende konsentreringen (spesielt hvis det således produserte konsentrat har et høyt faststoffinnhold), kjemikaliegjenvinningen og brenningen av svartlut oppvist visse praktiske vanskeligheter. Når det for eksempel er gjort forsøk med en kaskade- eller cykloninndamper for å produsere svartlut med et faststoffinnhold på over 60 %, er resul-tatene generelt blitt en økning i kraftforbruket for rotasjon av rørelementene i inndamperen og ytterst alvorlig gjentetting av ovnsdysene. Fra inndamperen mates den tunge svartlut til ovnen eller forbrenningskammeret som muligens er den viktigste enkelt-del av utstyret i hele gjenvinningsenheten. Som et endelig mål burde denne enhet være istand til å utføre følgende funksjoner: 1. Dehydratisering av den konsentrerte svartlut og brenning .av de organiske komponenter deri med maksimal forbrenningseffekt, 2. Reduksjon av den del av kjemikaliene som er tilstede som natriumsulfat og andre natrium-svovel-oksygen-forbindelser til natriumsulfid, 3. Smelting av de uorganiske kjemikalier for kontinuerlig fjerning av dem i smeltet tilstand, As hitherto practiced, however, operations including the concentration (especially if the concentrate thus produced has a high solids content), the chemical recovery and the burning of black liquor have shown certain practical difficulties. When, for example, attempts have been made with a cascade or cyclone evaporator to produce black liquor with a solids content of over 60%, the results have generally been an increase in the power consumption for rotation of the pipe elements in the evaporator and extremely serious clogging of the furnace nozzles. From the evaporator, the heavy black liquor is fed to the furnace or combustion chamber, which is possibly the single most important piece of equipment in the entire recovery unit. As a final goal, this unit should be able to perform the following functions: 1. Dehydration of the concentrated black liquor and burning of the organic components therein with maximum combustion effect, 2. Reduction of the part of the chemicals present as sodium sulfate and other sodium -sulphur-oxygen compounds to sodium sulphide, 3. Melting of the inorganic chemicals for continuous removal of them in a molten state,

og and

4. Kondisjonering av produktene fra forbrenningen for å redusere medrivning av kjemikalier som bevirker luftforurensning. 4. Conditioning of the products from the combustion to reduce entrainment of chemicals that cause air pollution.

For oppnåelse av maksimal forbrenningseffekt i henhold til tidligere praksis har det vært nødvendig å innføre en svartlut med høyt faststoffinnhold i ovnen. Selv om denne fremgangsmåte har tendens til å øke forbrenningseffekten, har resultatene ikke vært helt tilfredsstillende. Eksempelvis er en svartlut med høyt faststoffinnhold meget viskøs. Når en slik lut slår an mot anslagsområdet av oscillatoren, faller den direkte ned i smelte-sonen og reduserer således forbrenningseffekten. Videre vil under disse betingelser den mengde partikkelformige bestanddeler som i form av støv og damp går til skorstenen, være høy. Med mindre det tas forholdsregler for gjenvinning av disse partikkel-formige bestanddeler, vil de passere gjennom skorstenen og ut i atmosfæren og ikke. bare bidra til luftforurensning, men også In order to achieve the maximum combustion effect according to previous practice, it has been necessary to introduce a black liquor with a high solids content into the furnace. Although this method tends to increase the combustion effect, the results have not been entirely satisfactory. For example, a black liquor with a high solids content is very viscous. When such a lye strikes the impact area of the oscillator, it falls directly into the melting zone and thus reduces the combustion effect. Furthermore, under these conditions, the amount of particulate matter that goes to the chimney in the form of dust and steam will be high. Unless precautions are taken to recycle these particulate matter, they will pass through the chimney and into the atmosphere and not. not only contribute to air pollution, but also

representere et økonomisk tap. represent a financial loss.

To aksepterte metoder har vært foreslått for gjenvinning av disse partikkelformige bestanddeler. I den ene anvendes en elektrostatisk utfellingsanordning, og i den annen gjøres det bruk av en venturi-evaporatorskrubber. Selv om disse anordninger er mer eller mindre effektive, øker bruken av dem de totale operasjonsomkostninger og pålegger en ytterligere plikt på anleggsoperatøren. Two accepted methods have been proposed for the recovery of these particulate constituents. In one, an electrostatic precipitation device is used, and in the other a venturi evaporator scrubber is used. Although these devices are more or less effective, their use increases the total operating costs and imposes an additional duty on the plant operator.

Det er derfor et hovedformål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for brenning av konsentrert svartlut hvormed ulempene ved tidligere kjente fremgangs-måter fjernes. It is therefore a main purpose of the present invention to provide a method for burning concentrated black liquor with which the disadvantages of previously known methods are removed.

Det er dessuten et annet formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en relativt billig og enkel fremgangsmåte hvormed mengden av partikkelformige bestanddeler som går over i skorstenen, reduseres. It is also another object of the present invention to provide a relatively cheap and simple method by which the quantity of particulate components that pass into the chimney is reduced.

Disse og andre formål og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse. These and other purposes and benefits will be apparent from the following description.

For gjennomføring av forannevnte og beslektede formål omfatter foreliggende oppfinnelse de i det følgende fullstendig beskrevne og i kravene angitte trekk, idet den følgende beskrivelse i detalj omhandler visse illustrerende utførelsesformer av oppfinnelsen, men dog bare noen få av de forskjellige måter hvori prinsippene ved oppfinnelsen kan anvendes. For the implementation of the aforementioned and related purposes, the present invention comprises the features described in full below and specified in the claims, the following description in detail dealing with certain illustrative embodiments of the invention, but only a few of the different ways in which the principles of the invention can be applied .

Kort sagt er det funnet at tilsetning av en relativt liten mengde av N,N-dimetylamider av rettkjedede, umettede karboksylsyrer til svartlut før dens tilføring til kaskade- eller cyklo-inndamperen gjør det mulig å drive inndamperen slik at det fremstilles en svartlut som har et faststoffinnhold på over 60 % og som er fri for de ledsagende ulemper som man vanligvis støter på under inndampningen, hvorved ovnens forbrenningseffekt økes og luftforurensningen reduseres. In short, it has been found that the addition of a relatively small amount of N,N-dimethylamides of straight-chain, unsaturated carboxylic acids to black liquor prior to its introduction to the cascade or cyclo-evaporator makes it possible to operate the evaporator so as to produce a black liquor having a solids content of more than 60% and which is free from the accompanying disadvantages usually encountered during evaporation, whereby the combustion efficiency of the furnace is increased and air pollution is reduced.

Det kunne forventes at tilsetningen av dimetylami- It could be expected that the addition of dimethylami-

der, som ovenfor angitt, til kokekjemikaliene som brukes ved fremstillingen av kjemisk masse fra treflis i de mengder som er angitt av S.J. Buckman med flere i U.S.-patent nr. 3 448 004, kunne gjennomføres gjennom hele massefremstillingsoperasjonen, inklusive kjemikaliegjenvinningsprosessen, for dermed å forbed-re effektiviteten av prosessen som omfatter brenning av konsentrert svartlut. Det er imidlertid funnet at disse forventede resultater ikke oppfylles. Uten å være bundet til noen teori om hvorvidt det foregående er riktig, antaes det at den riktige forklaring på dette resultat er tilnærmet som følger: Etter all sannsynlighet vil en del av dimetylamidene tilsatt som et koke-hjelpemiddel til kokekjemikaliene som brukes ved fremstillingen av kjemisk masse fra cellulosematerialer, bli ødelagt før av-slutningen av kokeprosessen. Endelig vil eventuelle dimetylamider som ikke er blitt Ødelagt på denne måte, i stor utstrekning bli fjernet sammen med såpen i såpeskummetanken. where, as indicated above, to the cooking chemicals used in the production of chemical pulp from wood chips in the quantities indicated by S.J. Buckman et al. in U.S. Patent No. 3,448,004, could be carried out throughout the pulping operation, including the chemical recovery process, thereby improving the efficiency of the process involving the burning of concentrated black liquor. However, it has been found that these expected results are not met. Without being bound to any theory as to whether the foregoing is correct, it is believed that the correct explanation for this result is approximately as follows: In all probability, a portion of the dimethylamides added as a cooking aid to the cooking chemicals used in the preparation of chemical pulp from cellulosic materials, be destroyed before the end of the cooking process. Finally, any dimethylamides that have not been destroyed in this way will largely be removed together with the soap in the soap suds tank.

Egnede N,N-dimetylamider av rettkjedede karboksylsyrer er slike som fremstilles fra karboksylsyrer inneholdende 18 karbonatomer. Syrene er dessuten karakterisert ved at de har minst en karbon-til-karbon-dobbeltbinding. Spesifikke syrer klas-sifisert innen denne kategori omfatter: olje-, linolen-, linol-og ricinusoljesyrer samt blandinger derav. N,N-dimetylamidene av de foregående syrer benevnes som henholdsvis N,N-dimetylolamid, N/N-dimetyllinolenamid, N,N-dimetyllinolamid og N,N-dimetylri-cinolamid. Egnet er også de blandede syrer som finnes i talg-, lakser-, mais-, bomullsfrø-, linfrø-, oliven-, jordnøtt-, raps-, safflor-, sesam- og soyabønneoljer. En blanding av karboksylsyrer spesielt egnet for bruk i foreliggende oppfinnelse er den som er kommersielt tilgjengelig som talgoljefettsyrer under va-rebetegnelsen "Unitol ACD". En typisk analyse av dette produkt er som følger: Suitable N,N-dimethylamides of straight-chain carboxylic acids are those prepared from carboxylic acids containing 18 carbon atoms. The acids are also characterized by having at least one carbon-to-carbon double bond. Specific acids classified within this category include: oleic, linolenic, linoleic and castor oleic acids as well as mixtures thereof. The N,N-dimethylamides of the preceding acids are named respectively as N,N-dimethylolamide, N/N-dimethyllinolamide, N,N-dimethyllinolamide and N,N-dimethylricinolamide. The mixed acids found in tallow, salmon, corn, cottonseed, linseed, olive, peanut, rapeseed, safflower, sesame and soybean oils are also suitable. A mixture of carboxylic acids particularly suitable for use in the present invention is that which is commercially available as tallow fatty acids under the trade name "Unitol ACD". A typical analysis of this product is as follows:

Dimetylamidene av disse talgoljefettsyrer vil i det følgende bli referert til som bare dimetylamid. The dimethylamides of these tallow fatty acids will be referred to below as simply dimethylamide.

Når dimetylamidene brukes for å øke forbrenningseffekten og minske mengden av partikkelformig material som går over i skorstenen, kan disse amider tilsettes til cyklonen, When the dimethyl amides are used to increase the combustion effect and reduce the amount of particulate material passing into the chimney, these amides can be added to the cyclone,

til venturiskrubberen eller fortrinnsvis til saltkakeblanderen. to the venturi scrubber or preferably to the salt cake mixer.

I en annen side ved oppfinnelsen er det funnet at forbrenningseffekten av petroleumfyringsoljer, spesielt de tyngre kvaliteter derav, slik som når 5 og den enda tyngre nr. 7 eller "Bunker C", kan økes ved tilsetning av relativt små mengder av et dimetylamid som tidligere beskrevet, til fyringsoljen. In another aspect of the invention, it has been found that the combustion effect of petroleum fuel oils, especially the heavier grades thereof, such as when 5 and the even heavier No. 7 or "Bunker C", can be increased by the addition of relatively small quantities of a dimethylamide which previously described, to the fuel oil.

Med hensyn til mengden av dimetylamid som skal tilsettes til svartluten eller fyringsoljen, varierer passende mengder fra 10 til 500 ppm svartlut eller fyringsolje. Fortrinnsvis varierer den anvendte mengde fra 15 til 100 ppm svartlut eller fyringsolje. With respect to the amount of dimethylamide to be added to the black liquor or fuel oil, suitable amounts range from 10 to 500 ppm black liquor or fuel oil. Preferably, the amount used varies from 15 to 100 ppm black liquor or fuel oil.

For klarere å beskrive arten av oppfinnelsen vil det bli gitt følgende illustrerende eksempler. In order to more clearly describe the nature of the invention, the following illustrative examples will be given.

Eksempel 1 Example 1

I dette eksempel ble effekten av dimetylamid som et hjelpemiddel for brenning av svartlut med høyt faststoffinnhold bestemt ved å sammenlikne resultatene av en serie forsøk i nærvær av dimetylamid med en serie forsøk i fravær av denne forbindelse. In this example, the effectiveness of dimethylamide as an aid for burning high solids black liquor was determined by comparing the results of a series of experiments in the presence of dimethylamide with a series of experiments in the absence of this compound.

I fravær av dimetylamid var den spesielle fabrikk hvor disse forsøk ble utført, istand til å produsere et maksi- In the absence of dimethylamide, the particular factory where these experiments were carried out was able to produce a maximum

mum på ca. 908 400 liter svartlut pr. dag. Ved slutten av 14 dager var det nødvendig å stoppe anlegget og fjerne avsetninger dannet på varmevekslerrørene i gjenvinningsinndamperen. mum of approx. 908,400 liters of black liquor per day. At the end of 14 days, it was necessary to stop the plant and remove deposits formed on the heat exchanger tubes in the recovery evaporator.

Etter at utstyret var rengjort, ble forsøkene gjentatt med unntagelse av at 25 deler dimetylamid pr. ppm deler svartlut ble tilsatt til svartluten i saltkakeblanderen. i denne serie forsøk hvor det ble brukt dimetylamid i prosessen, var det ikke bare mulig å øke kvantumet svartlut til 946 250 liter pr. After the equipment had been cleaned, the experiments were repeated with the exception that 25 parts of dimethylamide per ppm parts black liquor was added to the black liquor in the salt cake mixer. in this series of experiments where dimethylamide was used in the process, it was not only possible to increase the quantity of black liquor to 946,250 liters per

dag (4 % økning), men dessuten ble avsetning på varmeveksler-rørene hindret. Sistnevnte fremgår av den kjensgjerning at til tross for den økede mengde svartlut kunne anlegget drives i et tidsrom av 27 dager før det ble nødvendig å stoppe det for ren-<g>jøring.day (4% increase), but also deposits on the heat exchanger pipes were prevented. The latter is evident from the fact that, despite the increased amount of black liquor, the plant could be operated for a period of 27 days before it became necessary to stop it for cleaning.

I en annen fabrikk ble det produsert ca. 855 410 liter svartlut pr. dag i fravær av dimetylamid. Dessuten ble under disse betingelser sikten som strakk seg fra bunnen av saltkakeblanderen til toppen derav, gjentettet innen relativt kort tid, hvilket nødvendiggjorde periodevis rengjøring. Når dimetylamid ble brukt i en mengde av 25 ppm svartlut, ble produksjonen av svartlut øket til ca. 919 750 liter pr. dag og dessuten fore-kom det ingen gjentetting av sikten. In another factory, approx. 855,410 liters of black liquor per day in the absence of dimethylamide. Moreover, under these conditions, the sieve extending from the bottom of the salt cake mixer to the top thereof was resealed within a relatively short time, necessitating periodic cleaning. When dimethylamide was used in an amount of 25 ppm black liquor, the production of black liquor was increased to approx. 919,750 liters per day and, furthermore, there was no resealing of the sight.

I en tredje fabrikk ble det produsert maksimum In a third factory, the maximum was produced

19 680 liter svartlut med høyt faststoffinnhold pr. time når anlegget ble drevet i fravær av dimetylamid. Når dimetylamid ble tilsatt tii systemet i saltkakeblanderen i en mengde svarende til 25 ppm svartlut, var det mulig å øke svartlutproduksjonen til ca. 21 030 liter pr. time. Dette representerte en økning på 7,1 %. 19,680 liters of black liquor with a high solids content per hour when the plant was operated in the absence of dimethylamide. When dimethylamide was added to the system in the salt cake mixer in an amount corresponding to 25 ppm black liquor, it was possible to increase black liquor production to approx. 21,030 liters per hour. This represented an increase of 7.1%.

i en fjerde fabrikk, etter fysisk rengjøring av dampkjelen i gjenvinningsovnen, var det mulig å produsere et maksimum av 18 320 liter svartlut med høyt faststoffinnhold pr. time i et tidsrom av 103 timer. Når dimetylamid ble tilsatt til svartluten i saltkakeblanderen i en mengde av 25 ppm svartlut og drevet kontinuerlig i et tidsrom av 94 timer,.var det mulig å drive med en mengde på 19 950 liter svartlut pr. time. Dette in a fourth factory, after physical cleaning of the steam boiler in the recovery furnace, it was possible to produce a maximum of 18,320 liters of black liquor with a high solids content per hour in a period of 103 hours. When dimethylamide was added to the black liquor in the salt cake mixer in an amount of 25 ppm black liquor and operated continuously for a period of 94 hours, it was possible to operate with a quantity of 19,950 liters of black liquor per hour. This

representerte en økning på ca. 8,8 %. represented an increase of approx. 8.8%.

I de fire fabrikker . var svartluten som strømmet fra saltkakeblanderen i fravær av dimetylamid meget viskøs, hvilket var et uheldig trekk på grunn av at det endelige resultat var ufullstendig forbrenning i ovnen. Det ble meget overras-kende funnet at tilsetningen av dimetylamid til denne lut i en mengde som varierte fra 10 til 500, fortrinnsvis 15 til 100, ppm svartlut, reduserte lutens viskositet, hvilket i stor utstrekning reduserte mange av de vanskeligheter som man støter på ved brenning av svartlut. In the four factories. the black liquor flowing from the saltcake mixer in the absence of dimethylamide was very viscous, which was an unfortunate feature because the final result was incomplete combustion in the furnace. It was very surprisingly found that the addition of dimethylamide to this liquor in an amount varying from 10 to 500, preferably 15 to 100, ppm black liquor, reduced the viscosity of the liquor, which greatly reduced many of the difficulties encountered in burning black liquor.

For å stadfeste observasjonen i laboratoriet ble viskositeten til svartlutprøvene inneholdende 68 % faste stoffer og varierende mengder dimetylamid bestemt ved hjelp av et Brookfield-viskosimeter ved 100°C drevet med en hastighet av 60 omdreininger pr. minutt. Forsøkene bg resultatene er angitt i tabell 2. To confirm the observation in the laboratory, the viscosity of the black liquor samples containing 68% solids and varying amounts of dimethylamide was determined using a Brookfield viscometer at 100°C operated at a speed of 60 rpm. minute. The trials and the results are listed in table 2.

Eksempel 2 Example 2

Forsøkene angitt i eksempel 1 ble gjentatt med unntagelse av at N,N-dimetylamidene av de blandede syrer som finnes i. ricinus-, mais-, bomullsfrø-, linfrø-, oliven-, jord-nøtt- og soyabønne ol jer, ble brukt istendenfor N,N-dimetylamidene av talgoljefettsyrer. Resultatene ble lik dem som angitt i eksempel 1. The experiments set forth in Example 1 were repeated with the exception that the N,N-dimethylamides of the mixed acids found in castor, corn, cottonseed, linseed, olive, peanut, and soybean oils were used instead of the N,N-dimethylamides of tallow fatty acids. The results were similar to those stated in Example 1.

Det antaes også at én av grunnene til forbedring av forbrenningseffekten av petroleumfyringsoljer av de tyngre kvaliteter er at tilsetningen av dimetylamid til disse reduserer deres viskositet. Vanligvis må disse fyringsoljer som er meget viskøse, forvarmes før brenning. Det er imidlertid funnet at når dimetylamid tilsettes til disse brennstoffer i de angitte mengder, kan graden av nødvendig forvarming for effektiv forbrenning reduseres sterkt, og kan i noen tilfeller helt elimine-res. It is also assumed that one of the reasons for the improvement in the combustion effect of petroleum fuel oils of the heavier qualities is that the addition of dimethylamide to these reduces their viscosity. Usually these fuel oils, which are very viscous, must be preheated before burning. However, it has been found that when dimethylamide is added to these fuels in the indicated quantities, the degree of preheating required for efficient combustion can be greatly reduced, and in some cases can be completely eliminated.

Viskositeten av prøver av fyringsolje nr. 6 inneholdende varierende mengder dimetylamid ble bestemt ved hjelp av et Brookfield-viskosimeter ved 80°C og 60 opm. Forsøkene og resultatene er angitt i tabell 3. The viscosity of samples of No. 6 fuel oil containing varying amounts of dimethylamide was determined using a Brookfield viscometer at 80°C and 60 rpm. The trials and results are listed in Table 3.

Liknende forandringer i viskositeten av fyringsolje nr. 6 ble observert når dimetylamidene av de tidligere angitte fettsyrer ble brukt istedenfor dimetylamider. Similar changes in the viscosity of fuel oil No. 6 were observed when the dimethylamides of the previously stated fatty acids were used instead of dimethylamides.

Claims

1. Method for burning a viscous, liquid fuel made of black liquor, characterized in that an N,N-dimethylamide of a straight-chain, unsaturated fatty acid with 18 carbon atoms in the molecule is added to the fuel in an amount that is sufficient to increase the combustion effect.

2. Method as stated in claim 1, characterized in that the viscous fuel in the form of black liquor with a high solids content is added to the dimethylamide at a point in the black liquor recovery plant before the cascade or cyclone evaporator.

3. Method as stated in claim 1, characterized in that the straight-chain fatty acid is a mixture of straight-chain carboxylic acids containing 18 carbon atoms and at least one carbon-to-carbon double bond, preferably a mixture of acids derived from tallow oil.