NO177813B - Rensing av prosessgass fra en delvis forbrenning av svartlut - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for separasjon av svovel- og natriumforbindelser fra en varm prosessgass dannet under forgassing av brukt kokelut fra masseindustrien, hvilken gass i to eller flere trinn settes i kontakt med alkaliske væsker inneholdende hydrogensulfidioner og hydroksydioner, hvorved prosessgassen i et første trinn bringes i kontakt med en alkalisk vaskevæske hvormed smeltedråpene i prosessgassen adskilles fra gassen og fjernes i form av en oppløsning og prosessgassen i et følgende vasketrinn bringes i kontakt med finfordelt vaskevæske inneholdende hydroksydioner og hydrogensulfidioner.

Målene for foreliggende oppfinnelse er å erholde en fremgangsmåte hvor en i hovedsak ren prosessgass vesentlig fri for natrium- og svovelforbindelser fremskaffes.

Bakgrunn for o<p>pfinnelsen

Under gassdannelse av karbonholdig materiale, såsom f.eks. koklut kalt svartlut, blir en forbrennbar gass dannet, heretter referert til som prosessgass, omfattende karbon-monoksyd, karbondioksyd og hydrogen. Prosessgassen som erholdes, varierer i renhet i henhold til kvaliteten av det opprinnelige brennstoff med hensyn til svovelinnhold og askesammensetning.

Et antall gassdannende prosesser virker ved temperaturer som er så høye at uorganiske forbindelser danner smeltede asker, mens andre prosesser virker ved lavere temperaturer der asken forblir i fast eller delvis fast form under løpet av forgassingen. Forgassing av svartlut utføres normalt ved temperaturer mellom 700 og 1000°C.

SE-C-448.173 beskriver en prosess for gjenvinning av kjemikalier og energi fra brukte cellulosevæsker erholdt fra masseindustrien og som viser delvis forbrenning av svartlut ved reaktortrykk over normaltrykk, hvorved en smelte av mineraldelen av den brukte lut erholdes sammen med en prosessgass som avkjøles ved å passere denne gjennom en væskefelle inneholdende en alkalisk oppløsning, mens mineral-smelten oppløses i nevnte alkaliske oppløsning. Prosessgassen passerer deretter gjennom forskjellige vasketrinn, hvorav ett kan bruke en natriumhydroksydoppløsning som vaskevæske.

Et karakteristisk trekk ved svartlut er dens høye reakti-vitet som bl.a. kan relateres til det høye oksygeninnhold av de tørre partikler og den katalytiske effekt av natrium og natriumforbindelser.

Et annet særtrekk er at den uorganiske fase med et lavt smeltepunkt utvikles under gassdannelsen av svartlut. Denne smeltefase omfatter i hovedsak vann, oppløselig natrium og svovelforbindelser, i motsetning til konvensjonelle kull-asker som kun inneholder en liten mengde vannoppløselige forbindelser.

Det er av viktighet at karbonomdannelsen under gassutviklin-gen holdes ved et høyt nivå, og følgelig bør temperaturen i gassutviklingsreaktoren holdes over 700°C.

Under forbrenning av brukte kraftvæsker blir ofte en fin aerosol inneholdende natriumforbindelser dannet. Denne aerosol er meget vanskelig å separere mekanisk, og dette i kombinasjon med overførte smeltedråper representerer et alvorlig problem i forbindelse med forgassing av svartlut.

Svovelet i svartluten danner gassformige, flytende og faste forbindelser under forgassingen. I smeltefasen er svovelet tilstede i hovedsak i form av natriumsulfid og i gassfasen som hydrogensulfid.

De kjemiske likevekter som er av viktighet i foreliggende vaskesystem er som følger:

Under absorpsjon av hydrogensulfid i alkaliske natrium-oppløsninger dannes Na2S og NaHS. Ved høyt partielt C02-trykk og høye konsentrasjoner av svovelioner i den flytende masse, kan hydrogensulfid frigjøres under dannelse av natriumkarbonat. Dette er uønsket og blir forhindret i foreliggende oppfinnelse som vist i beskrivelsen nedenfor.

Selektiv absorpsjon av hydrogensulfid i systemet fremmes ved kort kontakttid og en stor kontaktoverflate mellom

vaskevæsken og gassmassen. Dette oppnås best ved å atomisere vaskevæsken f.eks. i én eller flere spraydyser. Absorpsjons-prosessen kan utføres i et spraytårn med eller uten pakking.

Målet for foreliggende oppfinnelse er å fremme innfanging av hydrogensulfid i henhold til ligningene (4), (5) og å under-trykke dannelse av natriumkarbonat i henhold til ligning (1), (3) og (4). Den anvendte vaskevæske i første trinn inneholder en høy konsentrasjon av hydrogensulfidioner og bør derfor ikke brukes som vaskevæske i de påfølgende trinn, idet dette vil fremme dannelse av uønsket hydrogensulfidgass. For å unngå uønsket dannelse av hydrogensulfidgass og å fremme innfanging derav skal vaskevæsken i de senere vasketrinn inneholde en konsentrasjon av hydroksydioner i et molforhold som overstiger 4:1.

Beskyttelse av miljøet blir stadig viktigere for prosess-industrien og ikke mindre viktig for masseindustrien hvor bl.a. lukkede kjemiske løkker er ønskelige. Alkaliske væsker dannet innvendig i kraftkvernen er egnet for bruk som vaskevæsker i foreliggende oppfinnelse, og de brukte vaskevæsker er egnet for fremstilling av kokevæsker.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse bringes prosessgassen i kontakt med alkaliske vaskevæsker inneholdende hydrogensulfidioner og hydroksydioner i minst to adskilte trinn, hvorved prosessgassen i første trinn passeres gjennom et avkjølings- og vasketrinn utformet som en venturitrakt og/eller en væskefelle hvor en vandig væske injiseres i gasstrømmen, hvorved smeltedråper båret i nevnte strøm oppløses og separeres fra gassen som en vandig opp-løsning inneholdende i hovedsak Na2CC>3, NaHS og NaOH, hvorved prosessgassen i et påfølgende vasketrinn bringes i kontakt med en alkalisk vaskevæske inneholdende hydroksydioner og hydrogensulfidioner med et innbyrdes molart forhold større enn 4:1.

Det første avkjølings- og vasketrinn, utformet som en væskefelle og/eller en venturitrakt, bør fortrinnsvis anbringes i direkte forbindelse med forgassingsreaktoren eller anbringes etter adskillelse av alle eller deler av de uorganiske materialer.

I dette første trinn bringes gassen i kontakt med en alkalisk vandig oppløsning inneholdende bl.a. natriumhydrok-syd, natriumkarbonat og natriumhydrogensulfid på en slik måte at det faste stoff og flytende uorganisk materiale dannes og adskilles fra gassen, mens gassformig hydrogensulfid reagerer med den alkaliske vaskevæske og danner Na2S og NaSH. Vann, som gjør systemet mindre følsomt overfor skorpe-dannelse, kan brukes enten fullstendig eller delvis i stedet for den alkaliske væske i dette trinn. Oppløsning av natriumkarbonat fra de smeltede dråper i gasstrømmen vil raskt gjøre dette vann alkalisk. Væsken som erholdes, som er lignende grønnlut i sammensetning, fjernes, eventuelt etter en viss resirkulering, og overføres til grønnlutsystemet i anlegget. Samtidig reduseres temperaturen for prosessgassen til under kokepunktet for vaskevæsken.

I et påfølgende vasketrinn blir prosessgassen igjen brakt i kontakt med en alkalisk vaskevæske hvor hydrogensulfid-innholdet av gassen blir ytterligere redusert. Gassen blir samtidig avkjølt til under 65°C. Temperaturen for vaskevæsken bør ikke overskride 50"C før inngangen til dette vasketrinn.

En foretrukket utførelsesform i henhold til oppfinnelsen er å utføre vaskingen av gassen i tre eller flere trinn, hvorved hydrogensulfidgasskonsentrasjonen kan reduseres ytterligere. Vaskevæsken i et senere vasketrinn bør fortrinnsvis ha et høyere hydroksydion/hydrogensulfidion-forhold enn i det foregående vasketrinn.

Vaskevæskene benyttet ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse fremstilles fortrinnsvis fra masseanlegges interne væskesystem. Anvendelse av natriumhydroksydoppløs-ning som vaskevæske er også mulig, men er meget dyrere.

Under massefremstilling i henhold til sulfatmassefremstil-lingsmetoden blir en kokevæske kalt hvitlut med følgende omtrentlige sammensetning brukt:

En fortynnet oppløsning kalt svaklut erholdes under vaskingen av kalkslammet. Svaklut kan betraktes som en mindre konsentrert hvitlut, noe som betyr at forholdet mellom de forskjellige forbindelser er omtrent det samme som i hvitlut.

Den grønne lut som i hovedsak er tilstede i systemet og som omdannes til hvitlut, er sammensatt omtrent som følger:

Både hvitlut og svak ut er utmerkede vaskevæsker og bør brukes under anvendelsen av foreliggende oppfinnelse. For vaskesystemer med stor kapasitet er mengden av svaklut som er internt tilgjengelig, ikke tilstrekkelig for passende absorpsjon av H2S fra prosessgassen. I slike tilfeller blir vaskevæsken fremstilt fra hvitluten.

Grønnlut er ikke egnet som vaskevæske i de senere vasketrinn, idet det molare forhold mellom hydroksydioner og hydrogensulfidioner er utilstrekkelig eller kun rundt 3:1.

Den medfølgende tegning er en skjematisk illustrasjon av anlegget for dannelse og vask av prosessgass i samsvar med foreliggende oppfinnelse.

Heri betegner 1 en reaktor for forgassing av svartlut i hvis øvre ende svartluten føres inn og forbrennes. Vaskevæske i form av en avkjølt svaklut innføres gjennom en linje 2 i den mellomliggende del av reaktoren 1 og grønn-luten som herved dannes, fjernes gjennom en linje 3. Prosessgassen trekkes ut gjennom en linje 4 til en venturitrakt 5 hvor den vaskes ved å bruke en alkalisk oppløsning i samsvar med prosessen beskrevet ovenfor, hvorpå gassen mates til en skfubbeinnretning 6 hvor gassen vaskes ved å bruke en alkalisk oppløsning i form av svaklut tilsatt gjennom en linje 8, hvoretter gassen vaskes ved å bruke vann før den rene gass fjernes fra toppen av skrubberen gjennom en linje 9. Grønnlut som er dannet, fjernes gjennom en linje 7 fra bunnen av skrubberen 6 hvor linje 7 føres sammen med linje 3.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er også velegnet for vasking av prosessgass fra forgassingssystemer som virker under høyt trykk, men temperaturene for prosessgassen og vaskevæskene bør justeres i samsvar med metningstemperatu-ren for dampen ved driftstrykket i de forskjellige vasketrinn.

Eksempel på utførelsesform

Varm prosessgass inneholdende smeltede dråper av kjemikalier med sammensetningen vist nedenfor renses i et tre-trinns avkjølings- og vaskesystem omfattende en væskefelle, en venturiskrubber og et spraytårn.

Prosessgassens sammensetning:

Smeltens sammensetning:

I et første avkjølings- og vasketrinn blir 1200 Nm<3>/time av prosessgass ved en temperatur på 950"C satt i kontakt med en væske med følgende sammensetning:

Vaskevæskens temperatur er ca. 50°C.

I dette første trinn blir de uorganiske natriumforbindelser adskilt fra gassen og oppløst i vaskevæsken og den resulterende grønne lut fjernes til grønnlutsystemet av anlegget. Prosessgassen som nå er nesten fullstendig fri for natriumforbindelser, inneholder imidlertid fremdeles 0,2 mol av H2S/N111<3>. Gassen blir nok en gang brakt i kontakt med en alkalisk vaskevæske i en venturiskrubber. Vaskevæsken i denne skrubber har en temperatur på ca. 30"C og har den følgende sammensetning og strømning:

Den resulterende vaskeoppløsning blandes med de andre vaskevæsker og fjernes.

Prosessgassens temperatur etter dette trinn er blitt redusert til ca. 60°C. Gassen vaskes til sist i et spraytårn.

Vaskevæsken i dette trinn har en temperatur på ca. 30°C og har den følgende sammensetning og strømning:

I dette vasketrinn blir vaskevæsken atomisert i spraydyser. Absorpsjonen av gassformig H2S i dette trinn er spesielt effektiv og konsentrasjonen av H2S i den utgående prosessgass er under 5 mmol/Nm<3>.

Prosessgassen som nå i hovedsak er fri for svovel- og natriumforbindelser har en temperatur på ca. 50°C og kan brukes for dampgenerering eller erstatte fossile brennstoff.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte ved separasjon av svovel- og natriumforbindelser fra en varm prosessgass dannet under forgassing av brukt koklut fra masseindustrien, hvilken gass settes i kontakt med alkaliske væsker inneholdende hydrogensulfidioner- og hydroksydioner i to eller flere trinn, hvorved prosessgassen i et første trinn bringes i kontakt med en alkalisk vaskevæske hvormed smeltedråpene i prosessgassen adskilles fra gassen og fjernes i form av en oppløsning, og prosessgassen i et følgende vasketrinn bringes i kontakt med finfordelt vaskevæske inneholdende hydroksydioner og hydrogensulfidioner, karakterisert ved at hydroksydionene og hydrogensulfidionene i vaskevæsken foreligger i et molforhold som overstiger 4:1.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den alkaliske vaskevæske i et påfølgende vasketrinn inneholder hydroksydioner og hydrogensulfidioner i et molart forhold større enn 8:1, foretrukket 8 til 25:1.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det første avkjølings-og vasketrinn ligger etter en separasjonssone hvor mestepar-ten av partiklene og dråpene som er tilstede i prosessgassen adskilles fra gassen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at vaskevæskene direkte eller indirekte er fremstilt fra hvitlut eller svaklut som normalt er tilstede i masseanlegg.

5. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at gassvaskingen utføres i tre eller flere trinn.

6. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at vaskesystemet virker ved et trykk over normaltrykk.