NO790799L

NO790799L - Fremgangsmaate til aa minske slagg- og sot-dannelse ved forbrenning av karbonholdige avfallsmaterialer

Info

Publication number: NO790799L
Application number: NO790799A
Authority: NO
Inventors: John Hughes; Peter L Maul
Original assignee: American Colloid Co
Priority date: 1978-03-13
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1979-09-14
Also published as: FR2419972A1; US4159683A; FI790775A; SE7902210L; JPS54129001A

Description

"Fremgangsmåte til å minske slagg-

og sot-dannelse ved forbrenning av karbonholdige avfallsmaterialer."

Brenning av organisk avfallsmateriale for oppnåelse av energi i form av varme er et problem, etter som det organiske avfallsmateriale er et "smussig" brensel som under forbrenningen danner en stor mengde sot og slagg. Dette er spesielt til-felle innen papir- og sukkerindustrien, hvor henholdsvis svartlut og bagasse brennes i ovner for fremstilling av vanndamp som skal anvendes i de respektive prosesser. Ikke bare er sot og slagg uønsket, etter som de forurenser atmosfæren, men slaggen avsettes på ovnsveggene, hvilket hemmer overføringen av varme til vannet. Samme problem foreligger ved brenning av søppel,

da søppel likeledes er et "smussig" brensel som gir opphav til en stor mengde sot og slagg, hvilket forårsaker forurensning og også avsettes på ovnsoverflaten, hvilket forringer ovnens effektivitet og kan føre til at ovnsveggene korroderer.

Det har således i lang til vært et ønskemål å finne en enkel, men effektiv metode til å forhindre dannelse av sot og slagg under forbrenningen av organisk materiale, eksempelvis søppel, svartlut og bagasse.

Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å tilveie-bringe en fremgangsmåte til lett og effektivt og i betydelig grad å minske den mengde slagg og sot som dannes under forbrenning av karbonholdig avfallsmateriale i en ovn, ganske enkelt ved at man tilsetter små mengder av et billig materiale til ovnen under forbrenningen av det karbonholdige avfallsmateriale. Fremgangsmåten skal kunne utføres ved at det karbonholdige avfallsmateriale tilsettes små mengder natriumbentonitt. Svartlut dannet ved papirfremstillingsprosessen skal kunne anvendes for fremstilling av varme for papirfremstillingsprosessen gjennom forbrenning av den svartlut som dannes under papirfremstillingsprosessen, i nærvær av natriumbentonitt, hvorved den mengde slagg og sot som dannes under forbrenningen av svartluten reduseres. I henhold til fremgangsmåten skal bagassé kunne forbrennes i en ovn uten dannelse av større mengder sot og slagg, hvilken forbrenning skjer i nærvær av en relativt liten mengde natriumbentonitt. Fremgangsmåten skal videre gjøre det mulig å bli kvitt avfall på en ikke forurensende måte og under utnyttelse av avfallets varmeenergi gjennom forbrenning av avfallet i nærvær av natriumbentonitt. Oppfinnelsen forklares nærmere i det følgende ved hjelp av foretrukne utførelseseksempler, hvor alle angitte andeler er

på vektbasis med mindre annet er spesielt angitt.

Disse foretrukne utførelsesformer gjelder svartlut, bagasse og avfall, men oppfinnelsen kan også anvendes på andre karbonholdige avfallsmaterialer som kan forbrennes i nærvær av oksygen.

Oppfinnelsen er basert på den overraskende oppdagelse at den mengde sot og slagg som dannes under forbrenningen av organisk avfallsmateriale, i betydelig grad kan reduseres ved at det organiske avfallsmateriale brennes i nærvær av en relativt liten mengde natriumbentonitt. Som kjent er bentonitt i grunnen en montmorillonittleire som opptrer som tre forskjellige typer. En type har to vannmolekylsjikt, den annen type bare et molekylsjikt, mens den tredje type ikke har noe vann absorbert på sjiktene. Et eksempel på den første type med to molekylsjikt av vann er sydlig eller kalsiumbentonitt. Denne type av bentonitt ekspanderer ikke i nærvær av vann. Natriumbentonitt, som anvendes i henhold til den foreliggende oppfinnelse, har bare et vannmolekylsjikt og ekspanderer i vann. Oppfinnelsen er begrenset til-denne type av bentonitt som inneholder bare et'vannmolekylsjikt, og som i det følgende betegnes natriumbentonitt.

På grunn av de fysiske og kjemiske forskjeller mellom kalsium- og natriumbentonitt er disse ikke likeverdige for de fleste formål og anvendes derfor i alminnelighet i ulike miljøer. Eksempelvis kan natriumbentonitt anvendes i boreslam og (har og^ har liten verdi for blekning, da natriumbentonitt er et sterkt svellende og høy-kolloidalt materiale. I motsetning hertil sveller kalsiumbentonitt ikke og kan anvendes for blekning, men har liten eller ingen verdi som tilsetning til boreslam.

Det ble overraskende funnet at natriumbentonitt med.bare et vannmolekylsjikt i betydelig grad forhindrer dannelse av sot og slagg under forbrenning av "smussige" brennstoffer såsom bagasse, avfall og svartlut.

Den mengde natriumbentonitt som effektivt forhindrer dannelse av sot og slagg ved forbrenning av karbonholdig avfallsmateriale, er overraskende meget liten. Eksempelvis er så lite som 0, 0 0 01 vekt% natriumbentonitt, basert på vekten av det- karbonholdige avfallsmateriale som forbrennes, blitt anvendt, og man har funnet at dannelsen av sot og slagg i høy grad reduseres (dvs. mer enn 50%). Videre er det blitt funnet at natriumbentonitt er effektiv i store mengder, eksempelvis 10 vekt% eller mer. Anvendelse av så store mengder natriumbentonitt er imidlertid uøkonomisk, da mindre mengder natriumbentonitt reduserer sot- og slaggdannelsen i samme grad som de større mengder. Således finnes det ingen øvre grense for mengden av natriumbentonitt som kan anvendes i henhold til oppfinnelsen. Imidlertid kan mengden i alminne-lig variere fra 0,0001 til så meget som 5 vekt%, basert på

mengden av karbonholdig avfallsmateriale, med en foretrukken mengde mellom ca. 0,000125 og 0,5 vekt%. Det er eksempelvis blitt funnet at 0,11 kg bentonitt pr. tonn bagasse eller svartlut sterkt nedsetter mengden av sot og slagg når det organiske avfallsmateriale forbrennes.

Man har funnet at ved utnyttelsen av natriumbentonitt for minskning av den sot og den slagg som dannes under forbrenning av svartlut, kan natriumbentonitten enten tilsettes direkte til svartluten, til den "saltkake" som tilsettes svartluten umiddelbart før den innføres i en ovn, eller ved at natriumbentonitten ganske enkelt tilsettes ovnen adskilt fra svartluten eller saltkaken.

Det er kjent at svartlut erholdes når den ene eller den annen av to metoder anvendes ved fremstilling av papir. Den første av disse metoder er den såkalte sodametoden, og den andre metoden er kraft- eller sulfatprosessen. Disse metoder er vesentlig en og samme metode, idet det i begge anvendes en alkalisk kjemisk løsning for kokningen av treet for fremstilling av tremasse. Den alkaliske løsning inneholder ca. 60 g NaOH, 22 g Na2S, 15 g Na2C0^og mindre mengder Na2SO^og Na2S0^pr. liter vann, idet det vil være klart at mengdene av disse kjemikalier kan variere.

Små flis av tre plasseres i en alkalisk løsning i

en koker, og den erholdte blanding oppvarmes i tilstrekkelig lang tid og ved tilstrekkelig høyt trykk til at alle treets bestanddeler, i første rekke lignin, så nær som cellulosen)/,

som anvendes for fremstilling av papir. Etter avsluttet kokning betegnes den alkaliske løsning som svartlut, og denne svartlut fraskilles fra tremassen (dvs. cellulosen). Svartluten inneholder det oppløste organiske materiale fra treet så vel som de alkaliske stoffer som anvendes for kokning av treet.

I ethvert■tilfelle fraskilles svartluten fra tremassen,<p>g svartluten oppkonsentreres deretter slik at den inneholder mer enn 50 vekt% faste stoffer og fortrinnsvis 55 vekt% faste stoffer eller mer. I alminnelighet inneholder, svartluten mellom 50 og 7 5 vekt% faste stoffer. Dette uttrykkes fortrinnsvis som densitet, slik at svartluten i alminnelighet oppkonsentreres slik at den har en densitet på 3 2-4 0°Be ved 15,6°C eller en høyere densitet, men det er i alminnelighet ikke nødvendig å oppkonsentrere svartluten ytterligere, da svartluten ved denne densitet (eller samlet innhold av faste stoffer) underholder forbrenning. Svartluten inneholder 5-10 vekt% uorganiske faste stoffer.

Etter at svartluten er oppkonsentrert. som nevnt ovenfor, føres den til ovnen. Før svartluten brennes i ovnen tilsettes i henhold til kraft-metoden natriumsulfat (saltkake),

mens det i henhold til sodaprosessen enten tilsettes kaustisk soda eller kalsinert.soda. Etter tilsetningen av saltkaken eller soda brennes blandingen ved en temperatur på 1000° eller mer for fremstilling av varme, som i sin tur produserer damp,

som kan anvendes ved massefremstillingsprosessen, og de uorganiske kjemikalier som gjenvinnes fra asken, kan anvendes i kokeren.

Ved den for nærværende foretrukne, eksemplifiserte utførelsesform tilsettes hensiktsmessig natriumbentonitten til ovnen ved at natriumbentonitten blandes med tilsatskjemikalier, som ved kraft-metoden utgjøres av saltkake eller natriumsulfat og ved sodametoden av kalsinert soda eller kaustisk soda. Den mengde natriumbentonitt som tilsettes til saltkaken, er tilstrekkelig til at 0,11 kg bentonitt vil foreligge i ovnen pr. tonn svartlut. Forsøk er blitt utført i en kraft-masse-fabrikk, og det ble da funnet at når en slik blanding brennes, reduseres mengden av under forbrenningen dannet sot og slagg med mer enn 50%..

Det skal imidlertid bemerkes at det ikke er nødvendig å tilsette natriumbentonitten til ovnen ved at man først blander den med saltkaken. Natriumbentonitten kan også tilsettes ved at den direkte blandes' med svartluten eller alternativt ved at den ganske enkelt tilsettes ovnen separat mens forbrenningen, finner sted, eller for den saks skyld før forbrenningen.

Ved forbrenning av bagasse med nedsatt sot- og slaggdannelse går man frem på lignende måte som ved forbrenning av svartlut, bortsett fra at man ved forbrenning av bagasse tilsetter natriumbentonitt enten direkte til bagassen før denne innføres i ovnen, eller alternativt direkte til ovnen mens bagassen forbrennes i nærvær av natriumbentonitten.

Som kjent er bagasse et "smussig" brensel og er en sukkerrørsrest etter ekstraksjonen av' sukkeret. I alminnelighet er det ønskelig å brenne denne bagasse for utvinning av dens energi, slik at ekstraksjonen av sukkeret fra sukkerrørsmaterialet blir mer økonomisk.

Ved utvinning av sukker fra sukkerrørsmaterialet blir dette først knust for at sukkerrørsmaterialet skal absorbere vann, som deretter dusjes på materialet. Det knuste sukkerrørs-materiale er svamplignende, og vannet dusjes på det knuste sukkerrørsmateriale, hvoretter det fjernes. Denne prosesse gjentas inntil en betydelig del av sukkeret er fjernet fra det knuste sukkerrørsmateriale. Dette knuste sukkerrørsmateriale betegnes bagasse, og etter at største delen av sukkeret er fjernet, føres bagassen til en ovn, hvor bagassen brennes for fremstilling av vanndamp i kjelene. Den bagasse som føres til ovnene, inneholder i alminnelighet 50% eller mer av trefiber og mindre enn ca. 45% vann. Eksempelvis kan bagassen inneholde 50-75% trefiber og fra ca. 45 eller 49 til 25% vann.

Det ble funnet at for i vesentlig grad å redusere mengden av sot og slagg som dannes under forbrenningen av bagassen i ovnene, kreves det omtrent samme mengde natriumbentonitt som ved forbrenning av svartlut. Med andre ord vil den mengde natriumbentonitt som enten tilsettes bagassen eller den ovn i hvilken bagassen brennes, være fra ca. 0,0001 til 5 vekt%, basert på mengden av bagasse (innbefattet vanninnholdet i bagassen). Fortrinnsvis anvendes minst ca. 0,11 kg

natriumbentonitt pr. tonn bagasse (0,000125 vekt%) til så

meget som 0,5 vekt% natriumbentonitt, basert på bagassens vekt. Denne mengde natriumbentonitt nedsetter i betydelig grad mengden av sot og slagg som dannes under forbrenningen av bagassen, hvilket er særlig viktig, fordi bagassen som nevnt ovenfor brennes for fremstilling av vanndamp, og dannelse av slagg i ovnene vir-ker ugunstig på varmeoverføringen til vannet i kjelen.

Det skal også bemerkes at ved så vel forbrenning av. bagasse som svartlut (så vel som av andre karbonholdige av-fallsmaterieler) utføres forbrenningen i nærvær av i det minste en støkiometrisk mengde oksygen, fortrinnsvis et overskudd av oksygen.

I visse henseender er bagassen og svartluten like-artet med avfallet, for så vidt som både svartluten og bagassen er "smussige" brennstoffer, da de inneholder mange forurensninger vis-a-vis brenselolje, kull o.l. Det samme gjelder også avfall,

og det er blitt funnet at forbrenning av avfall i nærvær av natriumbentonitt i betydelig grad nedsetter den mengde sot og slagg som dannes under forbrenningen, hvorved det tilveiebrin-

ges en økonomisk måte til å bli kvitt avfall under samtidig utnyttelse av den varme som erholdes ved forbrenning av avfallet, for mange forskjellige nyttige formål, såsom produksjon av damp. Det er således av spesiell betydning når det gjelder avfall, da det problem å bli kvitt karbonholdige avfallsmaterialer er blitt betydelig. Oppfinnelsen vil således ikke bare gjøre det mulig å bli kvitt avfall uten forurensning av atmosfæren, men mulig-gjør også utnyttelse av den energi som avfallet inneholder ved eksempelvis brenning av avfallet for produksjon av damp, som kan anvendes på mange forskjellige måter.

Det er i alminnelighet fordelaktig å sørge for at avfallet inneholder mindre enn 50 vekti vann, fortrinnsvis 5 0-25 vekt% vann. Som i tilfellet åv svartlut påvirkes ut-førelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ikke ugunstig av uorganiske salter o.l. Således kan avfallet inneholde relativt store mengder av uorganiske salter og likevel effektivt utnyttes. Eksempelvis kan avfallet inneholde fra 5 eller 10 vekt% til så meget som 20 eller 25 vekt% av forskjellige uorganiske materialer uten at utførelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen påvirkes ugunstig.

Claims

Fremgangsmåte til å minske den mengde slagg og sot som dannes ved forbrenning av karbonholdig avfallsmateriale i en ovn, karakterisert ved at det karbonholdige avfallsmateriale forbrennes i ovnen i nærvær av minst 0,0001 vekt% natriumbentonitt, basert på vekten av det karbonholdige avfallsmateriale.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes karbonholdig avfallsmateriale som inneholder mindre enn 50 vekt% vann.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den mengde natriumbentonitt som anvendes,

er 0,0001-5 vekt%, basert på vekten av det karbonholdige avfallsmateriale.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den mengde natriumbentonitt som anvendes,

er 0,000125-0,5 vekt%, basert på vekten av det karbonholdige avfallsmateriale.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det karbonholdige avfallsmateriale som anvendes, er bagasse.
6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det karbonholdige avfallsmateriale som anvendes, er svartlut som inneholder lignin.
7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det karbonholdige avfallsmateriale som anvendes, er søppel.
8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det karbonholdige avfallsmateriale som anvendes, inneholder 5-10 vekt% uorganiske salter.
9. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakteri-

sert ved at den svartlut som anvendes, inneholder 5-10 vekt% uorganiske salter.
10. Fremgangsmåte til å minske den mengde slagg og sot som dannes ved forbrenning av svartlut inneholdende lignin, karakterisert ved at det til en ovn tilsettes svartlut som inneholder mer enn 50 vekt% faste stoffer, og at natriumsulfat tilsettes til ovnen, hvilket natriumsulfat inneholder natriumbentonitt i en mengde på minst 0,0001 vekt%, basert, på vekten av svartluten, samt at svartluten brennes i nærvær av natriumbentonitten i ovnen.
11.. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at den anvendte mengde natriumbentonitt er mellom 0,000125 og 0,5 vekt%.