SE463464B - Saett och anordning foer aatervinning av vaerme och kemikalier ur anvaenda kokvaetskor - Google Patents

Description

465 464 2 uppslutningssteg och dessa processer betecknas ibland som halvkemiska eller kemiska-mekaniska uppslutningsmetoder.

Dessa metoder använder några av de kemikalier som utnytt- jas vid kraftmassa-, soda- och sulfitmetoderna.

Den av flera anledningar föredragna kemiska uppslutnings- processen är kraftmassametoden som omfattar kokning eller uppslutning av på lämpligt sätt sönderdelade stycken av lignocellulosamaterial, t.ex. kokflis, i en alkalisk vattenlösning av natriumhydroxid, natriumkarbonat och natriumsulfid. Normalt utföres processen i ett tryckkärl, som kallas kokare, i vilken innehållet uppvärmes till temperaturer av omkring 160°-180°C under omkring en till tre timmar. Efter koknings- eller uppslutningssteget avskiljes kokvätskan från massan och tvättas ur denna i större eller mindre utsträckning för att sedan underkas- tas en återvinningsbehandling för att återvinna energi och kemikalier. På grund av sin mörka färg är kokvätskan känd som kraftmassasvartlut.

Sulfitmetoden omfattar kokning eller uppslutning av på lämpligt sätt sönderdelat lignocellulosamaterial i en sur vattenlösning av svaveldioxid tillsammans med kemikalier som bildar kalcium-, magnesium-, natrium- eller ammonium- joner. Vattenlösningen innehåller således svavelsyrlig- het, sulfit- och bisulfitjoner. Kokningstiden kräver från s omkring sex till omkring åtta timmar, under vilken tid temperaturen stiger till omkring l40°C. Vid en variation av denna metod kan kokvätskan göras neutral eller svagt alkalisk. Återvinning av de använda kokvätskorna har genomförts enligt ett flertal tekniker. I allmänhet har återvinning av kemikalier ur sulfitavlut från sulfitmeto- den visat sig svårare att utföra än återvinning av kemikalier ur svartlut från kraftmassametoden. Detta är ett viktigt skäl till att kraftmassametoden dominerar över sulfitmetoden för uppslutning av lignocellulosamate- rial. 465 464 Den traditionella återvinningsmetoden för kraftmassa- svartlut har utnyttjat den s.k. Tomlinson-àtervinnings- pannan. I denna panna fungerar koncentrerad svartlut som bränsle för att alstra värme för allmän processanvänd- ning. Förbränningsprocessen ger, förutom det värme som alstras genom förbränningen av ingående organiskt mate- rial, en smälta eller smält kropp av oorganiska kemika- lier, som omfattar natriumkarbonat och natriumsulfid.

Ugnsprocessen består i huvudsak av två steg, nämligen ett inledande förbränningssteg, där de oorganiska saltrester- na består av natriumkarbonat och natriumsulfat, och ett andra reduktionssteg, under vilket sulfat reduceras till sulfid. Smältan från reduktionssteget upplöses i vatten för att bilda s.k. grönlut, som sedan behandlas med kalk för att omvandla en del av natriumkarbonatet till nat- riumhydroxid, varvid således lösningen omvandlas till vitlut efter avskiljning av kalciumkarbonat. Vitluten kan sedan användas som kraftmassakok- eller -uppslutnings- vätska som är användbar i senare uppslutningsoperationer efter påfyllning av eventuella komponenter, som finns i underskott.

Tomlinson-återvinningsugnen är av flera skäl långt ifrån en idealisk lösning på problemet för återvinning av energi och kemikalier ur kraftmassakokvätskor såsom skall förklaras i det följande. Det finns en risk för allvarli- ga explosioner, om vatten oavsiktligt kommer i kontakt med smälta oorganiska salter. Återvinning av energi minskas, när man använder en Tomlinson-àtervinningsugn.

Utsläpp av reducerade svavelföreningar till atmosfären kräver omfattande luktkontroll och av varandra oberoende kontroller av de fysikaliska och kemiska verksamheterna som finns i processen är inte möjliga, eftersom både oxidationssteget och reduktionssteget utföres i ett enda kärl i omedelbar närhet av varandra. 465 464 4 Oaktat kapitalinvesteringen i befintliga återvinningssys- tem är det därför inte överraskande, att pappersindustrin har undersökt och håller på att undersöka alternativa möjligheter för nämnda återvinning. Ett sådant alternativ är ett återvinningssystem med en fluidiserad multipelbädd för fasta material som beskrivs i US 4 303 469. Förelig- gande uppfinning ger ytterligare alternativ till Tomlin- sons återvinningsmetod och -apparat och till den återvin- ningsmetod och -apparat som beskrivs i US 4 303 469. Vid återvinningssystemet enligt nämnda patent förbrännes använd koncentrerad kokvätska i en reaktor med fluidise- rad bädd under användning av flera inerta fasta komponen- ter, av vilka en kan betecknas som fina partiklar och den andra som grova partiklar. Den använda kokvätskan införes vid botten av en reaktor, som har en initial fluidiserad bädd och som även innehåller flertalet av de inerta komponenterna av fasta partiklar. Tillräckligt med luft införes för att understödja en väsentlig förbränning av det mesta, men inte allt, av det organiska materialet som finns i den använda koncentrerade kokvätskan. Lämpligen förbrännes endast omkring 80-90%, räknat på kolhalten i det organiska materialet, i den inledande fluidiserade bädden. Flertalet av de partikelformiga fasta komponen- terna och närmare bestämt den finare fraktionen av nämnda inerta fasta material i partikelform, liksom förbrän- ningsgaserna och oförbränt material från reaktorn med den t inledande fluidiserade bädden, avlägsnas från toppen av reaktorn och underkastas en separation av det mesta av det fasta materialet från blandningen av gaser och, om så är nödvändigt, av oförbränt fast material från den förbrända svartluten.

När ofullständig förbränning utföres i reaktorn med inledande fluidiserad bädd, såsom beskrivits ovan, för att försäkra sig om att det bildas oförbränt kolhaltigt material, är detta material avsett att bilda ett 465 464 reduktionsmedel för omvandling av sulfat, som bildats under den inledande förbränningen av svartluten, till Sulfid.

De separerade inerta fasta materialen överföres sedan till en eller flera fluidiserade bäddar, som verkar som yttre kokare. Denna enhet eller enheter kan företrädesvis innehålla nedsänkta värmeväxlarrör och ånga kan genereras från kännbart värme, som frigöres av de fasta materialen.

Den yttre kokaren eller kokarna avlägsnar en betydande del av det resterande värmevärdet som bildas vid förbrän- ningen i reaktorn med den inledande fluidiserade bädden och som finns i de finare inerta fasta materialen. Dessa finare inerta fasta material, med mycket av sitt värme- värde àtervunnet, återföres till botten av reaktorn med den fluidiserade bädden, där de kommer i kontakt med luften och koncentrerad svartlut och fluidiseras på nytt.

Användningen av reaktorer med i flera steg anordnade fluidiserade bäddar, där det inledande steget använder två storlekar av fasta, partikelformiga komponenter, tjänar till att absorbera förbränningsvärme och, till skillnad från konventionella reaktorer med fluidiserade bäddar, avlägsnas en del av de fasta materialen liksom gaskomponenterna vid reaktorns topp i stället för botten.

På detta sätt utföres förbränningen effektivt vid hög gashastighet utan att man behöver inre värmeavlednings- ytor i reaktorn med en inledande fluidiserad bädd, såsom exempelvis rör som finns inneslutna i reaktorn. Dylika rör har korta livslängder och kräver ofta förekommande utbyten med åtföljande stillestánd, och beroende på driftsbetingelserna kan de även hindra fluidiseringen. De partikelformiga komponenter av flera fasta material, som användes i reaktorn med den inledande fluidiserade bädden, är inerta och tjänar primärt till att återvinna värme ur förbränningsprocessen och åstadkomma en utmärkt blandning av luft och använd, koncentrerad kokvätska. 463 464 e Förutom det ovan diskuterade patentet hänvisas till följande skrifter som kan anses relevanta till förelig- gande uppfinning.

US 3 322 492 beskriver ett återvinningssystem för kraft- massakokvätska, där svartluten torkas och oxideras i en inledande fluidiserad bädd medelst hjälpbränsle, varvid vätskans fasta rester överföres till en andra fluidiserad bädd, från vilken fast Na2S och Na2C03 föres genom en valfri värmeväxlare och därefter till en konventionell upplösningstank och behandlingssystem för grönlut.

US 3 408 167 beskriver en efterbrännare för att tillför- säkra fullständig förbränning av rökgaser från en av- fallsförbrännare såsom en incinerator.

US 3 711 593 anger ett kemiskt àtervinningssystem för sulfitlut, som innefattar ett steg för förbränning av sulfidhaltiga gaser, ur vilka natriumkarbonat separerats, i en ugn för att återvinna värme och bilda sulfit för förnyad reaktion med natriumkarbonat för att bilda natriumsulfit.

US 3 718 446 anger användningen av avgaser från processer vid kraftmassafabriker som en källa av tillsatsluft i en partikelinnehàllande pyrolysförbränningsprocess för återvinning av kemikalier och värme ur kraftmassasvart- lut.

US 4 244 779 beskriver en alternativ förbränningsmetod med fluidiserad bädd som bl.a. är användbar för återvin- ning inom kraftmassaindustrin.

Följande artiklar berör samtliga förbränningskinetik hos kolhaltiga material (kol) i förbränningskammare med fluidiserad bädd: Sarofim and Beer, Modelling of Fluidized Bed Combustion, Combustion Inst. (1979) s. 189; 463 464 Howard, Williams and Fine, Kinetics of Carbon Monoxide Oxidation in Postflame Gases, 14th Symposium (Int'1) on Combustion (1973), s. 975; Gibbs and Beer, A Pilot Plant Study of Fluidized Bed Coal Combustion, I. Chem. E.

Symposium Series No. gå; och Avedesian and Davidson, Combustion of Carbon Particles in a Fluidized Bed, Trans.

Instn. Chem. Engrs., Vol. ël, 1973, s. 121.

Sättet enligt föreliggande uppfinning för återvinning av kemikalier och energi ur använda kokvätskor kännetecknas av att de inledningsvis nämnda gasformiga förbrännings- produkterna, som innehåller inneslutna fasta förbrän- ningsprodukter och avgaser som bildats under reduktions- steget, oxideras i en omvandlare vid en temperatur som är högre än smältpunkten för nämnda fasta förbränningspro- dukter. Anordningen kännetecknas av en omvandlare i form av en oxidationsreaktor, som ytterligare förbränner de gasformiga förbränningsprodukterna vid en temperatur som är högre än smältpunkten för de fasta förbränningsproduk- terna; ledningar för överföring av de gasformiga och fasta förbränningsprodukterna från det inledande förbrän- ningssteget till oxidationsreaktcrn, vilka ledningar för överföring av de gasformiga och fasta förbränningsproduk- terna kommunicerar med nämnda separator; samt en ledning för återvinning och överföring till reduktionsanordningen av smälta salter som bildats i oxidationsreaktcrn, vilken ledning kommunicerar med både reduktionsanordningen och oxidationsreaktorn.

Såsom kan förstås av det ovanstående ger sättet enligt föreliggande uppfinning en ekonomisk och mer fullständig återvinning av värme och kemikalier ur avlut från pap- persmassaprocesser, under det att effektiv processkon- troll medges för att tillförsäkra betydande minskning och kontroll av utsläpp av hälsofarliga och potentiellt toxiska gaser. Sättet enligt uppfinningen eliminerar eller minskar i betydande utsträckning även behovet av 463 464 8 att använda fällningsutrustning eller annan särskild återvinningsutrustning för rengöring av till omgivningen utströmmande gaser.

Vid speciella utföringsformer av uppfinningen, vid vilka den använda kokvätskan kan vara en avlut eller svartlut från kraftmassa- eller sulfatmetoden, utföres den inle- dande förbränningen med luft företrädesvis pà ett ofull- ständigt sätt, särskilt när förbränningen utföres i närvaro av ett ytterligare kolhaltigt bränsle, när de fasta förbränningsprodukterna innefattar det inerta fasta partikelformiga materialet av finare partikelstorlek och när ett kompletterande reduktionsmedel tillsättes direkt till ett reduktionssteg för de avskilda fasta förbrän- ningsprodukterna.

Tillvägagångssättet att i praktiken utföra sättet enligt uppfinningen under användande av apparaten enligt uppfin- ningen kommer att belysas i det följande under hänvisning till ritningen i samband med en specifik föredragen utföringsform, nämligen återvinning av kraftmassasvart- lut.

Figuren visar schematiskt en apparat och illustrerar ett sätt att återvinna värme och kemikalier ur kraftmas- sasvartlut.

Kraftmassasvartlut, såsom den avlägsnas som en avfalls- produkt vid uppslutning av ved i en papperstillverknings- fabrik, har normalt en relativt lág koncentration av fasta material och innehåller vanligtvis omkring 14 viktprocent fast material. Vid genomförandet av metoden enligt uppfinningen koncentreras lämpligen denna avlut till en total halt av fasta material av åtminstone omkring 50 viktprocent och lämpligen mellan omkring 50 och 100 viktprocent av fasta material, företrädesvis omkring 60-85 viktprocent. Detta kan åstadkommas genom 465 464 att behandla kraftmassasvartluten, då den lämnar uppslut- ningsoperationen i multipeleffektindunstare 1 för att avlägsna en stor del av vattnet och öka den totala halten av fasta material.

Vid normal drift har effluenten från multipeleffektin- dunstarna l en total halt av fasta material av omkring 65 viktprocent och har fått sin temperatur höjd till omkring 65,5°-93°C, lämpligen omkring 82°C, då den föres genom ledningen 2 till en reaktor 3 med inledande fluidiserad bädd nära den nedre änden av reaktorn. I enlighet med en utföringsform av uppfinningen utgör reaktorn en sådan som har en fluidiserad bädd med flera fasta material av den typ som beskrivs i U.S. 4 084 545. Lämpliga inerta fasta komponenter som kan användas i reaktorn med fluidiserad bädd beskrivs i U.S. 4 303 469, som även anger typiska driftsbetingelser.

Reaktorn 3 med fluidiserad bädd arbetar med ett flertal fasta material närvarande. Det finare, inslutbara och medförbara fasta materialet kan vara Speculite, sand eller något annat inert material med partikelstorlekar av -l6+14O mesh enligt U.S. standard för maskstorlekar, dvs partiklarna kommer att passera genom ett 16 mesh-sàll men inte genom ett 140 mesh-sàll och de grövre icke inslut- bara partiklarna kan utgöra en liknande viktmängd av Speculite eller annat tätt inert material med en storlek av omkring -12+l6 mesh enligt U.S. mesh standard.

Luft med omgivningstemperatur eller förhöjd temperatur införes även i reaktorn 3 med fluidiserad bädd, varvid luften föres genom reaktorns botten såsom visas vid 4 tillsammans med eventuellt kolhaltigt bränsle, t ex vid eller nära reaktorns botten såsom visas vid 5, jämte den koncentrerade svartluten som också kommer in i reaktorn nära dess botten såsom visas vid 2. Mängderna luft, koncentrerad svartlut och eventuellt kolhaltigt bränsle 465 464 10 kan regleras för att åstadkomma en förbränning av omkring 80-90% räknat på kolhalten hos svartluten och eventuellt kolhaltigt bränsle, under det att alla fasta material som ; finns närvarande fortfarande hålls suspenderade. Gaspro- dukterna från förbränningsprocessen omfattar primärt t koldioxid, kväve och vattenånga, men kan även innefatta små mängder kolmonoxid, väte och metan. Den oorganiska halten eller mineralhalten hos svartluten omvandlas till sulfat- och karbonatsalter, normalt natriumsulfat och natriumkarbonat. Eftersom förbränningen av organiskt material vid förbränningen av svartlut och eventuellt närvarande kolhaltigt bränsle är avsedd att vara ofull- ständig bildas kolhaltiga material innefattande kol.

Tillräcklig förbränning äger lämpligen rum för att alstra em temperatur i reaktorn 3 med fluidiserad bädd av mellan omkring 593” och 704°C, företrädesvis under omkring 663°C. Vid detta temperaturområde är de icke-gasformiga förbränningsprodukterna fasta material.

Den införda luftens ytliga hastighet inställes till omkring 4,6 till omkring 9,2 m/sek för att medge att det mesta av de fasta material som bildas genom förbränningen i reaktorn 3 föres med tillsammans med mycket av det inneslutna och medförda fasta materialet med fina partik- lar. Dessa fasta material kommer ut vid toppen 6 av reaktorn 3 med fluidiserad bädd. De kombinerade medförda fasta materialen överföres via en ledning 7 till en separator 8 för gas och fasta material, vilken separator avskiljer det mesta av innehållet av inert fast material från blandningen av förbränningsrester av fasta material och gaser. De gasformiga materialen, omfattande i första hand koldioxid, kväve och vattenånga, avlägsnas från toppen av separatorn 8 för gas och fasta material via en ledning 9 tillsammans med en huvudmängd av förbrännings- produktens oorganiska fasta meterial, omfattande sulfat och karbonat, och oförbrända kolhaltiga material. Huvud- mängden av de inerta fasta materialen, bestående av det 11 465 464 inerta fasta materialet med fin partikelstorlek och oseparerat oorganiskt sulfat, karbonat och oförbränt kolhaltigt material avlägsnas från separatorn 8 för gas och fasta material via en ledning 10. De fasta material som överföres från separatorn 8 för gas och fasta mate- rial via ledningen 10 har lämpligen en temperatur av mellan omkring 593° och 704°C, företrädesvis under omkring 663°C.

Den inerta fasta komponenten föres från separatorn 8 via ledningen 10 till en värmeväxlare ll, varvid en del av värmet hos de återstående fasta materialen överföres till en tub 12, som innehåller vatten, för alstrande av ånga.

Den använda värmeväxlaren ll är en konventionell enhet som användes i kombination med en konventionell fluidise- rad bädd, varvid tuben 12 tjänar som ett organ för att avlägsna värme. De fasta material, som har avgivit en stor del av sitt värme, avlägsnas från värmeväxlaren 11 via en ledning 13 och återföres till botten av reaktorn 3 med fluidiserad bädd med flera fasta material för att åter cirkulera genom denna.

Den gasformiga komponent som avlägsnas ur separatorn 8 för gas och fasta material via ledningen 9 och som innehåller förbränningsgaser från reaktorn 3, sulfat och karbonat som fasta material och oförbränt kolhaltigt material, föres genom en andra separator 14 för gas och fasta material, där ytterligare avskiljning utföres av kvarvarande fasta material, nämligen de oförbrända organiska och oorganiska salterna av sulfat- och karbo- natjoner, såsom natrium- och kaliumsulfat och -karbonat, vilka avlägsnas från botten av separatorn 14 för gas och fasta material via en ledning 15 och överföres till en reduktionsanordning 16. Vid processens normala förlopp innehåller den gasformiga effluenten från separatorn 14 för gas och fasta material som föres ut från toppen av separatorn och genom ledningen 17, nästan inga gaser, 465 464 12 särskilt de som innehåller svavel i oxidationsstegen under valenssteget +4, och är till största delen samman- satt av koldioxid, kväve, fukt, spår av svaveldioxid, kolmonoxid, väte och metan. Dessa frånskilda gaser, som har något litet medfört fast material, föres genom en ledning 17 till en konventionell omvandlare 18 i vilken den gasformiga effluenten från separatorn 14 för gas och fasta material oxideras adiabatiskt vid omkring 790°C eller vid ännu högre temperaturer. I närheten av denna temperatur sker den väsentliga fullständiga oxidationen av kolmonoxid, väte och metan genom överskott av syre, som finns närvarande i gasen, mycket snabbt och den mindre fraktionen av medförda förbränningssalter smälter.

De smälta salterna avledes via en ledning 19 och överfö- res till reduktionsanordningen 16 för smälta salter.

De oxiderade gaserna, som nu innehåller i huvudsak inget ytterligare oxiderbart material, utblåses från omvandla- ren 18 och föres via en ledning 20 till en överhettare 21 och en rökgasförvärmare 22 innan de ledes via en ledning 23 till en eventuellt nödvändig àtervinningsanordning för svaveldioxid och därefter till omgivningen. Rökgasförvär- maren 22 och överhettaren 21 kan användas för att åter- vinna värme genom att initialt uppvärma vatten i tuben 24 i rökgasförvärmaren 22, överföra detta uppvärmda vatten via en rörledning 25 till tuben 12 i den yttre värmeväx- laren 11, där vattnets temperatur kan ökas ytterligare för att alstra ånga. Ångan kan sedan föras via en rörled- ning 26 till en tub 27 i överhettaren 21, där ångan kan överföras till överhettad ånga. Fackmannen inom området kommer givetvis att inse, att varmt vatten från tuben 24 och ånga från tuben 12 kommer att i sig själva vara användbara för en rad olika industriella operationer i ett pappersbruk, och delar av detta vatten kan återvinnas och användas direkt utan att föras till nästföljande värmeåtervinningssteg. Såväl rökgasförvärmaren 22 och överhettaren 21 är välkända och konventionella On 13 463 464 utrustningar. Det föredrages, att de utformas och bringas att arbeta så att rökgaserna, som lämnar omvandlaren 18 vid omkring 790°C eller högre, lämnar rökgasförvärmaren vid omkring 205°C.

De fasta material, som införes i reduktionsanordningen 16 genom ledningen 15, blandas med luft, som införes via inloppet 28 och de smälta restsalterna från omvandlaren 18 vilka tillföres genom ledningen 19.

Reduktionsanordningen 16 utgör en ugn eller reaktor av standardtyp. Syftet med att införa luft i reduktionsan- ordningen 16 är att oxidera tillräckliga mängder av oförbränt kolhaltigt material och ytterligare reduktions- medel, som eventuellt tillföres via ledningen 29, för att alstra den värmemängd som erfordras för att reducera sulfat till sulfid, som utgör en endotermisk reaktion.

Det återstående oförbrända kolhaltiga materialet och ytterligare reduktionsmedel utnyttjas i reduktionen. En fullständig reaktion av alla sådana komponenter är inte en realistisk förväntning och vissa outhärdliga gaser, särskilt vätesulfid och andra flyktiga föreningar, som innehåller svavel i ett negativt eller reducerat valens- tillstånd, kan finnas kvar. För att undvika behovet av att tillhandahålla andra medel för att avlägsna outhärd- liga gaser kan en ledning 30 anordnas för att införa dessa gaser i rökgasströmmen i ledningen 17 före införan- det i omvandlaren 18. Reduktionsanordningen arbetar lämpligen vid en temperatur av omkring l.00O°C. Reduk- tionsanordningen innehåller en smält blandning av omkring 1-3 viktdelar natriumkarbonat och omkring en viktdel natriumsulfat och natriumsulfid i kombination, i vilken smälta en väsentlig del av den kemiska reduktionen äger rum. Reduktionsanordningen är försedd med ett omrörar- organ. 465 464 14 Syftet med reduktionsanordningen 16 är att reducera en stor del av det oorganiska sulfatet i fast form till är sulfider, vilka är nödvändiga komponenter för kraftmassa- kokvätskor. fl Det oförbrända kolhaltiga materialet har en dubbel funktion i reduktionsanordningen. Det verkar som ett kraftigt kemiskt reduktionsmedel för att reducera sulfat och eventuellt tiosulfat, som kan finnas närvarande, till sulfidsalter och för att tillföra förbränningsvärme i beroende av oxidation av det kolhaltiga materialet med hjälp av den luft som införes genom inloppet 28. Reduk- tionen av sulfat till sulfid är en endotermisk reaktion, och värme för att understödja denna reaktion tillföres på ett bekvämt sätt genom oxidationen av en del av det kolhaltiga materialet eller andra reduktionsmedel som eventuellt tiilföres.

De smälta fasta materialen avlägsnas från reduktionsan- ordningen 16 via en ledning 31, i vilket skede de smälta fasta materialen föreligger i form av oorganiska sulfi- der, karbonater och något oreducerade sulfater. Dessa kommer pá konventionellt sätt att föreligga som natrium- salter. Dessa smälta salter ledes genom ledningen 31 till en smältkylare 32, i vilken en del av salternas värmein- nehåll uttages för att minska salternas temperatur till den punkt, omkring 760°C, vid vilken de kan tas ut ur smältkylaren och föras vidare genom en ledning 33 till en konventionell smältupplösningstank för vidare upparbet- ning tillbaka till kraftmassavitlut pà konventionellt sätt. Värme som återvinnes i smältkylaren 32 kan utnytt- t) jas för att uppvärma luft som föres genom ledningen 34 till omkring 705°C, innan luften införes genom inloppet 28 till reduktionsanordningen 16.

För att tillhandahålla syre för de olika förbränningsste- gen i processen och fluidiserande gas för den 463 464 fluidiserade bädden 3 med flera fasta material och för den yttre värmeväxlaren ll är det lämpligt att anordna en tillförsel av luft till systemet. Luft kan lämpligen tillföras genom en ledning 35, varvid en erforderlig del av luften avledes via ledningen 4 för att ge fluidiseran- de gas för att fluidisera bädden i reaktorn 3, som innehåller en fluidiserad bädd med flera fasta material, och för att lämna syre för förbränningen som äger rum däri. En tillräcklig mängd luft fortsätter genom led- ningen 35 för att fluidisera bädden av fasta material i värmeväxlaren ll. Den luft som lämnar värmeväxlaren ll genom ledningen 36 har ett betydande värmeinnehåll. En del av luften i ledningen 36 oirkuleras därför till ledningen 35 via ledningen 37 för att cirkulera som fluidiserande gas genom värmeväxlaren ll. Den återstående delen av luften i ledningen 36 kan föras genom en ledning 38 in i smältkylaren 32, där den uppvärmes ytterligare och ledes genom ledningen 34 till inloppet 28 där luften införes i reduktionsanordningen 16 för att ge syre till förbränningsreaktionen däri.

Under körning av processen har således svartlut fått en betydande del av sitt organiska material förbränt i reaktorn 3 med fluidiserad bädd eventuellt under tillfö- rande av kol eller annat kolhaltigt bränsle, såsom petroleum eller petroleumkoks för att ge ytterligare 3 värmevärde och en kompletterande källa av oförbränt kolhaltigt material för användning i reduktionsprocessen i reduktionsanordningen 16. Efter förbränningsprocessen återvinnes värmevärdena i på varandra följande steg i form av varmvatten och ånga som i sin tur användes direkt i olika anläggningsprocesser eller indirekt för att alstra energi i andra former för användning i anlägg- ningen. Mineralkomponenterna återvinnes för att bilda en konventionell grönlut, som kan upparbetas medelst kända konventionella tekniker för återanvändning i uppslut- ningsoperationen, och toxiska och obehagliga gaser hålls 465 464 16 kvar i systemet tills de omvandlas till föreningar, som är godtagbara för att släppas ut eller hanteras enligt I? mer ekonomiska metoder för föroreningskontroll än vad som skulle erfordras för kontroll av de toxiska och outhärd- liga gaserna i deras ursprungliga form. Detta möjliggöres = givetvis vid det processteg där uttagna gaser från reduktionsanordningen átercirkuleras genom ledningen 30 tillbaka till ledningen 17 för att förenas med rökgasen som passerar genom ledningen 17 till omvandlaren 18 för att behandlas däri.

Tillsatsen av kol, petroleum eller andra kolhaltiga bränslen medger, förutom att bilda ytterliga bränslevärde under förbränningsprocessen i reaktorn 3 med inledande fluidiserad bädd, att, såsom angivits ovan, förbränning kan utföras inom ett brett område av betingelser under det att det tillförsäkras att rikhaltigt oförbränt kolhaltigt material kommer att tillhandahållas som en reduktionskälla för reduktionsreaktionen i reduktionsan- ordningen 16.

Fackmannen inom området kommer att inse, att det kan bli nödvändigt att tillhandahålla ett ytterligare reduktions- medel för rätt drift av reduktionsanordningen 16 under vissa driftsbetingelser för hela systemet. Föredragna kompletterande reduktionsmedel utgör kolkällor, såsom koks, petroleumkoks, naturgas, gengas och liknande. An- vändningen av sådana kolkällor som kol direkt i reduk- tionsanordningen 16 föredrages inte, eftersom ingående fukt och flyktiga ämnen i kolmaterialet kommer att störa en jämn drift av reduktionsanordningen 16. f) Processen ger ett effektivt hjälpmedel för separering och återvinning av fast material. Från toppen av reaktorn 3 utströmmar rökgas, en del av bäddens inerta fasta mate- rial och oxiderade salter för att återvinnas och återan- vändas vid uppslutningsoperationen, tillsammans med det 17 465 464 oförbrända kolhaltiga materialet för att användas i reduktionsprocessn. De inerta fasta materialen för bädden, vilka medryckes i reaktorn 3, avskiljes i den inledande avskiljningsanordningen 8 för gas och fasta material och återvinnes och återcirkuleras därefter till reaktorn. Rökgasen, salterna och de oförbrända organiska materialen avskiljes effektivt med en konventionell avskiljningsutrustning för gas och fasta material, varvid processens fasta material strömmar till reduktionsanord- ningen 16.

Den yttre värmeväxlaren eller pannan ll tjänar den betydelsefulla rollen att återvinna förbränningsvärme, som lagras i det kännbara värmet från de avskilda fasta materialen för bädden, varvid man således undviker nödvändigheten av att anordna värmeväxlarrör direkt i reaktorn 3 med fluidiserad bädd. Förutom förbättrad funktion hos förbränningszonen inom den fluidiserade bädden som erhålles genom frånvaron av värmeväxlarrör däri, minskas dessutom korrosion av värmeväxlarrören i väsentlig utsträckning.

En betydelsefull fas i de kemiska reduktionerna och i processen som helhet är omvandlingen av natriumsulfat till natriumsulfid, som är en betydelsefull beståndsdel i kraftmassauppslutningsprocessen. Denna reduktion äger rum i reduktionsanordningen 16 såsom beskrivits. Reduktionen sker i den smälta saltdelen i det nedre partiet av reduktionsanordningen 16. Luft införes i reduktionsanord- ningen 16 vid inloppet 28 för att oxidera brännbara gaser såsom väte och kolmonoxid, innan de lämnar reduktionsan- ordningen. Luften tjänar givetvis även den betydelsefulla rollen att oxidera oförbränt kolhaltigt material för att ge värme. Dessa reaktioner är exotermiska och ger den värmeenergi, som är nödvändig för att understödja reduk- tionsreaktionerna, som försiggår i reduktionsanordningen, vilka reduktionsreaktioner är endotermiska. 463 464 18 Den särskilda kvaliten eller typen av kol, petroleum eller annat eventuellt använt kolhaltigt bränsle för processen är inte särskilt kritisk. Vilken som helst tjockolja för bränsleändamål eller t o m råolja kan användas. På samma sätt kan man använda vilka som helst tillgängliga kvaliteter av antrakit eller bituminöst kol, petroleumkoks eller t o m lignit i partikelstorlekar, som är kompatibla med de organ som användes för införandet i reaktorn.

När bituminöst kol användes som bränsle, kan det utnytt- jas i ett viktförhållande av 1:5-l:l00, företrädesvis omkring 1:20 i förhållande till fasta material som tillföres genom svartluten.

Förutom Speculite kan en hematitmalm användas som inne- håller omkring 93% Fe2O3, som tillhandahålles under nämnda varumärke av C.E. Minerals, Inc., King of Prussia, Pennsylvania. Andra inerta material som är lämpliga att använda som inerta fasta material för bädden är alumi- niumoxid, nickel eller nickeloxid. Sand är lämpligt för de mindre partikelstorlekarnas skull. Den finare fasta komponenten för bädden kan även utgöras av kalksten eller dolomit.

Fackmannen inom området kommer att inse, att det ovan och e i de efterföljande patentkraven använda uttrycket Finert" betyder, att ett material är i huvudsak opàverkat i kemiskt avseende i en särskild enhetlig operation och kan föras in i och återvinnas ur denna operation utan någon väsentlig kemisk förändring, även om det i en annan enhetlig process kan vara ett reaktionsmedel. De salter som erhålles genom förbränningen är således lämpliga inerta fasta material i den enhetliga förbränningsfas- processen och en del av dessa kan avskiljas från de salter som föres till reduktionsanordningen 16 och kan återcirkuleras som finare fast komponent för bädden. {'r 19 465 464 Fackmannen inom omrâdet kommer att inse, att separering av två faser med fasta partiklar, som användes i förbrän- ningen med fluidiserad bädd, kan inträffa på grund av skillnader i partikelstorlek eller i densitet eller en kombination av dessa. Uttrycket finare partikelstorlek innefattar därför partiklar med relativt lägre densitet och uttrycket större partikelstorlek innefattar även partiklar med relativt högre densitet.

Claims (9)

463 464 20 10 15 20 25 30 P A T E N T K R A V
1. l. Sätt att återvinna kemikalier och energi ur använda kokvätskor, vilket sätt omfattar följande steg: ; a) en koncentrerad använd kokvätska underkastas förbränning med luft i en reaktionskammare med fluidiserad bädd för att bilda gasformiga och fasta förbränningsprodukter, varvid nämnda reaktionskamare med fluidiserad bädd tillföres ett flertal inerta fasta partikelmaterial, av vilka åtminstone ett har en finare partikelstorlek än ett annat, varvid de finare partiklarna inneslutes och föres med i förbrännings- produkterna, b) det inerta partikelmaterialet med finare partikelstorlek, av vil- ket åtminstone en del har avskilts från de gasformiga och fasta för- bränningsprodukterna, behandlas i en yttre enhet med fluidiserad bädd för att återvinna värme ur det finare inerta partikelmaterialet, c) de återstående fasta förbränningsprodukterna avskiljes ur de gas- formiga förbränningsprodukterna så att en mindre del av de fasta för- bränningsprodukterna förblir inneslutna i de gasformiga förbrännings- produkterna, och d) de fasta förbränningsprodukterna reduceras genom inverkan av ett reduktionsmedel i en smält massa av oorganiska salter efter avskilj- ning från de gasformiga förbränningsprodukterna, k ä n n e - t e c k n a t a v att e) nämnda gasformiga förbränningsprodukter innehållande nämnda inne- slutna fasta förbränningsprodukter och avgaser som bildats under nämnda reduktionssteg oxideras i en omvandlare vid en temperatur som är högre än smältpunkten för nämnda fasta förbränningsprodukter.
2. 2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v att den använda kokvätskan är en kraftmassasvartlut. IJ'
3. 3. Sätt enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att förbränningen i steg (a) ger en rest av oförbränt kolhaltigt material som bildar en del av de fasta förbränningsprodukterna under nämnda förbränningssteg. 10 15 20 25 30 463 464 Zl
4. 4. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t a v att ett kolhaltigt bränsle tillföres till nämnda med fluidiserad bädd arbetande reaktor i steg (a).
5. 5. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t a v att mängden luft, koncentrerad svartlut och nämnda kolhaltiga bränsle regleras för att åstadkomma en förbränning av omkring 80-90 %, baserat på kolhalten hos den använda kokvätskan och det kolhaltiga bränslet, medan alla förefintliga fasta material lämnas svävande.
6. 6. Sätt enligt krav l, 4 eller 5 k ä n n e t e c k n a t a v att i nämnda reduktionssteg (d) oorganiska komponenter i avskilda fasta förbränningsprodukter reduceras i en reduktionsanordning av de oförbrända kolkomponenterna däri och av ytterligare kolhaltigt bräns- le som tillföres till reduktionsanordningen.
7. 7. Sätt enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t a v att avgaser från reduktionssteget (d) kombineras med gasformiga förbränningspro- dukter frân förbränningssteg (a), innan nämnda gasformiga förbrän- ningsprodukter underkastas nämnda oxidationssteg.
8. 8. Anordning för återvinning av energi och kemikalier ur använda kokvätskor, omfattande en reaktionskammare (3) med en inledande fluidiserad bädd för förbränning av koncentrerad kokvätska med luft och ett flertal fasta partikelmaterial för att bilda gasformiga och fasta förbränningsprodukter, av vilka fasta partikelmaterial åtmin- stone ett har en finare partikelstorlek än ett annat, varvid de finare partiklarna inneslutes och föres med i förbränningsprodukter- na; en separator (8) för avskiljning av det inerta partikelmaterialet av finare partikelstorlek ur de gasformiga och fasta förbrännings- produkterna vilken separator (8) kommunicerar med nämnda reaktions- kammare (3); en värmeväxlare (ll) med fluidiserad bädd och anordnad utvändigt om nämnda reaktionskammare (3) för att kommunicera med nämnda separator (8); en ledning (l3) för återförande av det avskilda 463 10 15 20 464 22 inerta materia1et av finare partikeistoriek efter att kännbart värme uttagits därifrån ti11 nämnda reaktionskammare (3) som kommunicerar med nämnda värmeväxiare (11); och en reduktionsanordning (16) för reducering av åtminstone en de1 av de fasta förbränningsprodukterna genom inverkan av ett reduktionsmede1 i en smä1t massa av oorganiska sa1ter och återvinning av en smä1ta, k ä n n e t e c k n a d a v en omvand1are i form av en oxidationsreaktor (18), som ytter1igare förbränner de gasformiga förbränningsprodukterna vid en temperatur som är högre än smäïtpunkten för de fasta förbränningsprodukterna; 1edningar (9, 17) för överföring av de gasformiga och fasta förbrän- ningsprodukterna från det in1edande förbränningssteget ti11 oxida- tionsreaktorn (18), vi1ka 1edningar (9, 17) för överföring av de gas- formiga och fasta förbränningsprodukterna kommunicerar med nämnda separator (8); samt en 1edning (19) för återvinning och överföring ti11 reduktionsanordningen (16) av smä1ta sa1ter som bi1dats i oxida- tionsreaktorn (18), vi1ken 1edning (19) kommunicerar med både reduk- tionsanordningen (16) och oxidationsreaktorn (18).
9. 9. Apparat en1igt krav 8, k ä n n e t e c k n a d a v att en 1edning (30) är anordnad att införa avgaser från nämnda reduktions- anordning (16) från åtminstone en de1 av de fasta förbrännings- produkterna in i de 1edningar (9, 17) som överför gasformiga och fasta förbränningsprodukter från det in1edande förbränningssteget omede1bart före oxidationsreaktorn för ytter1igare förbränning av de gasformiga förbränningsprodukterna.