SE468772B - Utvinning av energi och kemikalier ur avlut i en sodapanna under exponering av laagfrekvent ljud - Google Patents

Description

458 772 2 Den indunstade avluten - tjockluten - sprutas in i eldstaden genom ett antal lutsprutor. Ett stycke nedanför lutsprutorna hálles en reducerande zon, medan en oxider- 3 ande zon upprätthàlles högre upp i pannan, dvs ovanför lutsprutorna. Oxidations-reduktionszonerna styrs genom a tillsatser av luft på olika nivåer t.ex. primär-, sekun- där- och tertiärluft. Tjocklutsdropparna torkar och utsättes för förgasning på sin väg ner mot och på smälta- bädden. Vid förgasningen sönderdelas merparten av de organiska ämnena. Samtidigt avgår en hel del svavelväte samt en del natrium och natriumhydroxid i gasform.

Bädden består av oorganiska ämnen samt 5-10 viktprocent kol. Natriumsulfat reduceras i bädden till natriumsulfid. Även svavelväte bildas som absorberas av natriumkarbonat eller avgår i gasform från bädden. Där bäddytan träffas av primärluften sker mycket lätt en áteroxidation av sulfiden till sulfat.

Vid nivån ovanför lutsprutorna tillsättes ytterligare luft - tertiärluft - varvid miljön blir oxiderande. Det svavelväte som bildats från lutdropparna och bädden oxideras till svaveldioxid och den organiska substansen förbränns nästan fullständigt till koldioxid och vatten.

Förbränningsgraden bestäms av hur väl sekundär- och tertiärluft blandas in i de heta gaserna.

Natrium i gasfasen reagerar med bildad svaveldioxid och luftsyre till natriumsulfat i form av ett finkornigt stoft. Föreligger överskott av natrium bildas dessutom fl natriumkarbonat som senare avskiljes och som därefter àterföres till tjockluten.

De ämnen som avgår från sodapannan är i huvudsak svavel- dioxid och natriumsulfat. Svavelväte kan också förekomma i små mängder. Detta inträffar om luftsatsningen varit otillräcklig eller om blandningen i gasfasen varit O) J> O\ CD \a \J I\) alltför dålig. I synnerhet i stora pannor kan det vara svårt att åstadkomma tillräcklig omblandning - turbulens - vid lufttillsättningen vilket innebär att stråk med reducerande atmosfär periodvis förekommer långt upp i sodapannan. För att säkerställa en låg svavelväteemission måste här ett visst luftöverskott upprätthàllas. Ökat luftöverskott ger dock lägre ångproduktion. Ju jämnare luftfördelningen är desto lägre kan luftöverskottet hållas.

De betingelser som påverkar avgången av svaveldioxid från pannan utgöres bl.a. av temperaturen i respektive zon och luftsatsning, luftfördelning samt luftens penetrerande verkan.

Temperaturen beror i sin tur på ett antal variabler, främst tjocklutens värmevärde och torrhalt och den relativa luftsatsningen. Svavelväteemissionen och därmed svaveldioxidemissionen ökar vid lägre temperatur såväl i lutsprutenivàn som i bädden. Temperaturen i det inre av bädden ligger normalt omkring 800°C men varierar 1 olika delar av bädden. Tillfälligt kan svarta fläckar bildas på grund av dålig luftpenetrering i vilka temperaturen kan gå ner mot 600°C. Dessa svalare partier förorsakar en stor del av svavelväteemissionen.

I motsats till svavelavgângen gynnas natriumavgången av höga temperaturer. Högre temperatur på bädd- och primär- luftsnivån innebär att natriumemissionen ökar kraftigt.

Allt natrium binds till svaveldioxid eller koldioxid och bildar stoft. Stoftavgången från sodapannan uppgår till 50-70 kg per ton massa. För att undvika lägre reduktions- grad, alkaliförluster och onödig recirkulation av nat- riumsulfat bör stoftavgàngen inte bli alltför stor.

Samtidigt måste svaveldioxidutsläppen minimeras. Tempera- turberoendet hos svavel- respektive natriumavgången är det omvända, dvs hög svaveldioxidemission vid lägre 468 772 4 temperatur och hög natriumavgàng (stoftemission) vid högre temperatur. Utsläppssituationen minimeras vid en eldstadstemperatur av omkring 1050°C. Det är mycket väsentligt att hálla temperaturen på en jämn nivå. Ojämn temperaturfördelning i pannan leder till en hög emission av såväl natrium som svavel.

Vid högre belastning av äldre sodapannor erhålles en ökad svaveldioxidavgàng som bl.a. förorsakas av strákbildning. Är pannan ny eller utrustad med effektivare fläktutrust- ning innebär en högre belastning snarare enbart högre temperatur och därmed ökad stoftavgàng.

Smältan från bädden innehåller natriumsulfid till ca 30% samt en del natriumsulfat som ej reducerats. Svavlet i natriumsulfiden ger vitluten - kokvätskan - dess önskade sulfiditet för bättre ligninutlösning och massa med högre styrkeegenskaper.

Reduktionsgraden är som tidigare nämnts beroende av temperaturen i bädden samt mängden luft och hur den fördelas och penetrerar bädden. Luftmängden och luftför- delningen har även betydelse för värmeekonomin. Fördel- ningen mellan primär- och sekundärluft skall vara lämp- ligt avvägd. Primärluften tillföres strax ovanför bädden.

Blir mängden primärluft alltför stor eller tillsättes den olämpligt oxideras en del natriumsulfid till natriumsul- fat varvid reduktionsgraden sänks. Alltför liten mängd primärluft eller dålig fördelning och penetrering kan medföra alltför làg temperatur i bädden och därmed svårigheter att få smältan att rinna ut. Därigenom ökar bäddens höjd så att primärluftportarna kan blockeras.

Fördelningen av tillsatt luft och dess penetrerande verkan samt sammanblandningen med rökgaserna är således ytterst viktig för sodapannans funktion. De båda väsent- ligaste driftsparametrerna, reduktionsgrad och U1 Ja.

O\ OD \J \J í\) kolomvandling, är därför helt beroende av driftsbetingel- serna i pannans nedre zon, den reducerande, dvs området från ett stycke under lutsprutorna ned till och inklusive bädden. Energiutvecklingen ovanför bädden är bestämmande för avgången av svavel och natrium, för reduktionsgradens nivå och variation samt för driftstabiliteten i stort.

Detta betyder att förhållandena ovanför bädden är avgör- ande för sodapannans kapacitet, stabilitet och tillgäng- lighet.

Samtliga idriftvarande sodapannor utnyttjar en kombina- tion av torkning och droppförgasning (lutdroppar under fritt fall) och koksbäddsförgasning. Bäddytan består delvis av koksrest och delvis torkad tjocklut - således pågår torkning och förgasning parallellt med koksförgas- ningen i bädden. Förgasningshastigheten påverkas av såväl syrekoncentrationen som gashastigheten. Förgasnings- hastigheten kan även uttryckas som ett flöde av gaser från bäddytan eller som ett syreflöde till bädden.

Ett sätt att öka en sodapannas kapacitet utgöres framför allt av att maximera koksbäddsförgasningen, som således begränsas av syrets masstransport. Det långsammaste delsteget i förgasningsprocessen utgöres av syrets diffusion till koksytan för restkoksens slutoxidation.

Av ovanstående beskrivning framgår komplexiteten i sodapanneprocessen. En total optimering är med nuvarande teknik närmast omöjlig. Detta accentueras av utvecklingen med den ständigt växande tvärsnittsarean i sodapannan och den därmed ojämna temperaturutbredningen._Man har försökt förbättra luftfördelningen och luftens penetrerande verkan inom den nedre reducerande delen med ett större antal ställen för lufttillsättningar. Denna utveckling förekommer även inom den övre oxiderande delen vid omblandningen av luft och gas. Resultatet trots samtliga ansträngningar bevisar sodapannans komplexitet bl.a. 468 772 6 genom en kontinuerlig materialöverbäring och kondensering på tuberna i pannans övre delar åtföljda av regelbundna driftstopp för bortspettning av materialet. f M Ett annat av sodapannans specifika problem är stoftansam- ling i den s.k. ekonomisern. Detta åtgärdas oftast med àngdrivna sotblåsningsaggregat eller kulsotningsutrust- ning. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att förbättra utvinningen av energi och kemikalier ur avlut genom intensifiering och stabilisering av de kemiska reaktions- förloppen och fysikaliska förloppen i en kombinerad förbrännings- och förgasningsugn av typ sodapannan. Genom uppfinningen uppnås stabilare driftsförhållanden, förhöjd kapacitet, högre kolkonverteringsgrad, högre reduktions- grad och bättre driftsekonomi.

Sättet enligt uppfinningen kännetecknas av att de nämnda förloppen genomföres under exponering av lågfrekvent ljud.

Föreliggande uppfinning utgör ett sätt att enkelt komp- lettera ett traditionellt sodapanneaggregat och därmed intensifiera och stabilisera framför allt tillståndet i ugnens nedre del och de olika reaktionsstegen. Kortfattat uttryckt totaloptimeras sodapanneprocessen tack vare en alltigenom intensifierad lufttillsättning med penetrering i såväl makro- som mikroskala. Återvinningsförloppet i sodapannan omfattar flera delför- lopp, dvs förutom själva förgasningen av organiskt material även en mycket svåroptimerbar kemikalieåtervin- ning. Tjocklut innehåller omkring 25% oorganiskt material och utgör därmed det högsta askinnehállande industri- bränslet för ång- och kraftproduktion. \1 .fa O\ CO \J \J I\) Enligt uppfinningen upprätthàlles ett lágfrekvensljud medelst ett eller flera ljudgeneratororgan i anslutning till primär-, sekundär- och tertiärlufttillsatserna eller vid andra lämpliga platser. Ljudgeneratororganet kan utgöras av vilken som helst lämplig lågfrekvensljudgene- rator. Infraljudet oscillerar gasen och däri suspenderade partiklar genom cykliska förtätningar och förtunningar, varigenom laminära gasskikt runt partiklar bryts ned vilket medför en avsevärd ökning av kontakten mellan de suspenderade partiklarna och omgivande gas tack vare den välutvecklade såväl makro- som mikroturbulensen som uppstår genom inverkan av lågfrekvensljudet. Härigenom skapas ständigt nya angreppspunkter för kemiska reaktio- ner .

Användningen av lågfrekvensljud ger väsentliga förbätt- ringar i det beskrivna förgasningssystemet, som innebär förbättrad transport av reaktionsämnen med hjälp av lågfrekvensljud. Syremolekylens hastighet under sin väg in till partiklarna med sitt innehåll av kol och annan organisk substans är beroende av diffusionsmotståndet i det laminära gasskiktet närmast ytan av varje partikel.

Reaktionshastigheten ökar därför genom den turbulens i det laminära skiktet som åstadkommes genom sättet enligt uppfinningen. Det långsammaste steget i förgasnings- processen utgöres av restkoksens slutoxidation. Detta steg är också styrt av transporten av syre- och vatten- ångmolekylerna genom det laminära gränsskiktet som omger partiklarna. Reaktionsämnen i gasfasen skall således passera in till den glödande kokspartikeln genom det gasskikt som omsluter denna. Kolkonverteringsgraden förbättras därför genom det beskrivna förfarandet.

Samtliga kemiska reaktioner i sodapannan kan därmed ske under avsevärt förbättrade driftsbetingelser och vid den nedre delen av pannan vid lägre stökiometri än vad som gäller för motsvarande konventionell sodapanneteknik. 468 772 8 Detta säkerställer stabila reducerande betingelser och därmed högre reduktionsgrad vilket betyder mindre mängd oxiderat svavel i form av natriumsulfat, natriumsulfit och natriumtiosulfat - dvs lägre barlast.

Uppfinningen kan tillämpas pá avlutar från såväl sulfat- som sulfitprocesser.

Làgfrekvensljudet har en frekvens av högst 150 Hz, företrädesvis högst 40 Hz och mest föredraget högst Hz.

Understökiometrisk syretillförsel kan ske vid ett eller flera ställen ovanför bädden av fast och/eller smält material.

Enligt en särskild utföringsform för tillförseln av syre i en understökiometrisk mängd sker denna åtminstone delvis underifrån och upp genom bädden av fast och/eller smält material.

Claims (7)

10 15 20 25 30 -få cn CG ~a w |~ :a P A T E N T K R A V

1. Sätt vid utvinning av energi och kemikalier ur en avlut, som efter förtjockning till en torrsubstanshalt av 50-90% kontinuerligt inmatas i finfördelad form i en reaktionskammare, i vilken ett flertal temperaturzoner upprätthålles, vilket sätt innefattar förloppen (a) överföring av vätskefasen i avluten till ångfas, (b) termisk sönderdelning av avluten så att det bildas gasformiga organiska ämnen och fasta och/eller smälta organiska och oorganiska ämnen, (c) reduktion och (d) oxidation av nämnda vid den termiska sönderdelningen bildade ämnen, varvid syre eller syrehaltig gas tillföres reaktionskammaren i kontrollerad mängd för att underhålla reaktionerna, vilka innefattar förbränning av organiska ämnen, och en bädd av nämnda fasta och/eller smälta ämnen bildas i en nedre temperaturzon i reaktionskammaren, k ä n n e t e c k n a t a v att de nämnda förloppen genomföres under exponering av lágfrekvent ljud.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att avluten utgöres av natrium- och svavelinnehållande restprodukter från sulfatmasseframställning.

3. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c~k n a t a v att avluten utgöres av restprodukter från sulfitmasse- framställning.

4. Sätt enligt något av kraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a t a v att lágfrekvensljudet har en frekvens av högst 150 Hz, företrädesvis högst 40 Hz och mest föredraget högst 20 Hz.

5. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att understökiometrisk syretillförsel sker vid ett eller flera ställen ovanför bädden av fast och/eller smält material. 468 772 10

6. Sätt enligt krav 1 eller 5, k ä n n e t e c k - n a t a v att understökiometrisk syretillförsel sker åtminstone delvis under och upp genom bädden av fast och/eller smält material.

7. Sätt enligt något av kraven l-6, k ä n n e - t e c k n a t a v att det làgfrekventa ljudet alstras av minst ett ljudgeneratororgan.