SE470066B - Utvinning av kemikalier och energi från cellulosaavlutar genom förgasning - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 470 066 3 jande kommer uppfinningen att relateras till svartluts- förgasning för att på ett mer konkret vis kunna beskriva uppfinningen, vilket således ej begränsar uppfinningen till detta specifika område.

H1 Svartlut erhålles som en restprodukt, avlut, vid massatill- verkning enligt sulfatcellulosametoden. Svartluten in- fu) nehåller alkaliska kemikalier, i form av olika natriumföre- 0 ningar, som man önskar återvinna för återanvändning i massatillverkningsprocessen. Ãtervinningsprocessen omfattar ett upphettningssteg, en reaktor, där de organiska molekyl- kedjorna genom pyrolys och förbränning bryts ned till energirik gas och det oorganiska innehållet främst bildar finfördelade partiklar av kemikaliesmälta som kan återvi- nnas. Pyrolysen i kombination med förbränningen frigör således värmeenergi, vanligen är temperaturen ca 1000 C° i reaktorn, samt producerar en brännbar gas. Det är önskvärt att utvinna det frigjorda värmet samt utnyttja den brännb- ara gasen genom ytterligare förbränning.

SE-B-448 173 beskriver en metod för återvinning av kemikal- ier och energi ur svartlut. Enligt SE-B-448 173 har man lyckats återvinna det fysiska värmet i gasen och samtidigt undvika avsättningsproblem genom att direkt låta gaserna passera ett vätskebad. Förutom att smältpartiklarna upptas av nämnda vätska, som är grönlut, kyles samtidigt gasen.

Den från smältpartiklar frigjorda gasen som lämnar vätskeb- adet får härvid en temperatur som, i ett icke trycksatt system, endast uppgår till storleksordningen 80°-90°C, vilket också motsvarar den ungefärliga temperaturen i grönlutsbadet. Således erhålles i detta icke trycksatta system ett smältafritt gasflöde på c:a 90°C och ett vätske- bad bestående av grönlut på c:a 90°C. Även om processen s enligt SE-B-448 173 genomförs vid så högt tryck som 150 bar, kan värmeåtervinningen maximalt ske genom alstring av 4 300°C mättad ånga. 10 15 20 25 30 35 3 470 066 Ur energiåtervinningssynpunkt är dessa temperaturer för låga för att vara optimala. Det är därför önskvärt att kunna överföra värmet vid en högre temperaturnivå så att den kan erhållas i form av överhettad ånga, företrädesvis för turbindrift i syfte att alstra elström. Vid drift av ångturbiner erhålles högst verkningsgrad då den överhettade ångan levereras vid högt tryck och hög temperatur, ex.vis 150 bar resp 600 C°. Således är det önskvärt att erhålla värmeväxling vid så hög temperatur som möjligt.

I den ovan beskrivna metoden kyles emellertid gasen ner till en temperatur kring 100-300°C vilket begränsar möjlig- heten till effektiv energiåtervinning. Av ovan nämnda resonemang framgår att det vore önskvärt att kunna utvinna värmet vid en högre temperatur, så att det kan återvinnas i form av överhettad ånga.

Från SE-B-18? 336 är förut känt ett förfarande för utvinn- ing av kemikalier och energi ur cellulosaavlutar, företräd- esvis svartlut erhållen i sulfatcellulosaprocessen, varvid avluten införes i en förgasningsreaktor (1) för pyrolys och partiell förbränning, varvid bildas en energirik gas in- nehållande partiklar av oorganisk kemikaliesmälta, nämnda gasblandning förflyttas ut ur reaktorn (1) och därvid kyles genom injicering av ett finfördelat kylmedium (kall gas), i samband med utträdet ur reaktorn (1), nämnda blandning av gas och klibbfria kemikaliepartiklar förs från en i anslut- ning till förgasningsreaktorn (1) anordnad kylningskammare (2) där de åtminstone delvis stelnat och övergått till fast fas, så att de i gasblandningen ingående partiklarna blir klibbfria, och vidare till en separeringsanordning (3), företrädesvis en cyklon, där de klibbfria kemikaliepartik- larna skiljs från gasen, den från kemikaliepartiklar väsen- tligt renade gasströmmen uttas från en övre anslutning på separationsanordningen (3) medan kemikaliepartiklarna uttas från en nedre anslutning på separeringsanordningen (3), och varvid en efterföljande värmeväxling av den frånseparerade 10 15 20 25 30 35 Åk. \__'J CD CfK 6 4 gasen göres från en väsentligen bibehållen temperaturnivå.

Denna kända metod är emellertid behäftad med vissa driftte- kniska nackdelar. Främst gäller detta ifall den genererade gasen skall användas för gasturbindrift eftersom den kända metoden ej ger tillräcklig renhet för drift av en förbränn- ingsturbin. Dessutom saknar metoden ett genomtänkt använda- nde av kyl- resp. scrubbermedium vilket gör processen svår att optimera.

Lösning och fördelar: Således är ett första ändamål med uppfinningen att erbjuda ett förfarande och en anordning varmed det är möjligt att tillvarata värmet från en gasström innehållande både smält- apartiklar och gas, utan att drastiskt sänka gasens temper- aturnivå innan värmeväxlingen äger rum samtidigt som avsät- tningsproblem undvikes. Vidare har uppfinningen som syfte att lösa detta på ett optimalt vis i samband med gasturbin- sanvändning samt avseende användningen av kyl resp. scrub- bermedium. I Ovan nämnda ändamål uppnås genom att de i gasblandningen ur reaktorn utträdande smälta partiklarna kyles till en tempe- ratur ej överstigande 700°C och att nämnda finfördelade kylmedium utgöres av vatten samt att gasen tvättas efter värmeväxlingen genom att föras genom en tvättanordning (5), en sk. våtscrubber (5), för uttvättning av kvarvarande kemikalier i fast form och gasform och att de separerade stelnade smältpartiklarna som uttas nedtill (31) i separer- ingsanordningen (3) föres till en behållare (6) vari par- tiklarna upplöses varvid åtminstone delar av den på detta vis bildade alkaliska lösningen utnyttjas för tvättning av gasen i nämnda våtscrubber (5), samt att värmeinnehållet i gasen efter nämnda värmeväxling fås som överhettad ånga.

Ovan nämnda ändamål uppnås på ett än mer föredraget vis med hjälp av ett förfarande enligt uppfinningen för utvinning av kemikalier och energi från svartlut erhållen i sulfat- 10 15 20 25 30 35 5 47Û Ûöö cellulosaprocessen, varvid avluten införes i en förgasning- sreaktor för pyrolys och partiell förbränning så att en gas bildas innehållande smälta oorganiska kemikalier, nämnda gas förflyttas ut ur reaktorn och kyles genom injicering av finfördelat vatten till en temperatur i området 500-700°C i samband med utträdet ur reaktorn, nämnda oorganiska kemika- lieinnehåll kyls därvid samtidigt till en temperatur under dess stelningspunkt, gas och stelnade smältdroppar förs till en separeringsanordning, företrädesvis en cyklon, där kemikaliepartiklarna avskiljs från gasen och den i huvudsak från oorganiska kemikaliepartiklar renade gasströmmen uttas i en övre anslutning för att i en avgaspanna kylas under generering av överhettad högtrycksånga, och de i separerin- gsanordningen avskilda kemikaliepartiklarna löses i vatten, varvid bildas s k grönlut.

Visserligen är det genom SE-B*363 651 förut känt att genom påsprutning av vatten i kyldelen till reaktorn sänka tempe- raturen hos erhållen gas och kemikaliesmälta. Dock leder denna skrift fackmannen i felaktig riktning eftersom man här kyler ned till ca 200 C° innan separering sker. Denna låga temperatur, är såsom redan angivits, ej önskvärd ur värmeåtervinningssynpunkt.

Figurbeskrivning: .

I det följande kommer uppfinningen att närmare beskrivas med hänvisning till den bifogade figuren i vilken visas en principuppbyggnad av en processutrustning för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen.

Således visas en reaktor 1 till vilken tillföres svartlut genom en första ledning 10 och luft genom en andra ledning 11. I reaktorutrymmet 12 förgasas svartluten genom pyrolys och partiell förbränning och bildar då en gas/smältabland- ning, där smältadropparna befinner sig i fin suspenderad form, vid en temperatur av cza 1000°C. Tack vare att förga- sningen sker genom understökiometriskt syretillförsel 10 15 20 25 30 35 G66 G bildas en del brännbara gaser såsom H2, CO, CH4, etc. Smäl- tapartiklarna innehåller huvudsakligen Na2Co3 och NaS. Vid reaktoränden omfattande reaktorutloppet 13 finns en kylkam- mare 2 anordnad inuti vilken ett antal spraymunstycken 14 finns utplacerade som via ledningar 15 matas med vatten och/eller kyld gas. Med hjälp av munstyckena 14 finfördelas vattnet och/eller gasen och kommer i kontakt med de heta avgaserna från reaktorn 1. Därvid kyles avgaserna till en temperatur av cza 650°C. Denna avkylning innebär att smältapartiklarna omvandlas, till fast fas och därmed blir klibbfria. Från kylningskammaren 2 som finns i anslutning till reaktorn 1 leds gasen med sitt innehåll av stelnade kemikaliepartiklar vidare genom en ledning 4 som för till en cyklonseparator 3.

I cyklonseparatorn 3 separareras de fasta och klibbfria ~ partiklarna från gasen och gasen lämnar cyklonen vid en övre ledning 30 medan de kristallina partiklarna tas ut genom en nedre ledning 31. Därvid håller gasfasen i lednin- gen 30 fortfarande c:a 650°C och föres i direkt anslutning därtill in i en värmeväxlarenhet 7 för alstring av överhe- ttad ånga. Tack vare renheten hos gasen kan nu värmeväxling ske utan störande avsättningar på konvektionsytorna i värmeväxlaren. Värmeväxlarenheten 7 omfattar företrädesvis en ångdom 70, ett första värmeväxlarpaket 71 för matarvat- ten som leder till ångdomen 70, en andra slinga 72 för produktion av mättad ånga som leder tillbaks till ångdomen 70 och ett tredje värmeväxlarpaket 73 för alstring av överhettad ånga, med en temperatur av 300-600°C och ett tryck av 20-150 bar, som tages ut via en ledning 74, föret- rädesvis för alstring av elenergi i en ångturbin enligt mottrycks- eller kondensutförande.

Efter att ha passerat värmeväxlarenheten 7 har gasen en temperatur av cza 200°C och förs via en ytterligare ledning 50 in i en tvättanordning 5 för en slutlig tvätt av gasen.

Denna tvättanordning omfattar ett cylindriskt hölje 51 10 15 20 25 30 35 7 473 ÛÖÉ « vilket vid en första nivå 52 tillföres en alkalisk lösning medelst spraymunstycken för att eliminera återstående kemikalier ut gasen, främst H25. Denna alkaliska lösning kan dels erhållas via en recirkulerande ledning 53 dels ifrån en behållare 6. I det föredragna fallet innehåller denna behållare 6 grönlut som beretts genom att lösa de i cyklonen 3 avskiljda kemikalierna i vatten eller s k svagl- ut. Denna grönlut har således erhållits genom upplösning av de ur separatorn 3 återvunna kemikalie-partiklarna. Luten ifrån sistnämnda behållare 6, liksom ifrån tvätten 5 bortf- öres i ledningar 60, respektive 55 för uppsamling i behåll- are (ej visade) och för vidare bearbetning i ett kaus- ticeringssteg för framställning av vitlut som återanvändes i kokningsprocessen.

Gasen som bortföres via en ledning 56 i toppen av gastvätt- en 5 utnyttjas för produktion av ånga och/eller elektricit- et via gas och/eller ångturbiner.

Uppfinningen är inte begränsad av det ovan beskrivna utan kan varieras inom ramarna för de efterföljande patentkrave- n. Sålunda inser fackmannen att ångan som produceras i den överhettade delen kan ha en varierande temperatur företräd- esvis mellan 400°-6ÖO°C och trycket kan variera inom ett brett område upp till ca 160 bar.

Gastemperaturen efter ångpannan kan också varieras, lämpli- gen inom intervallet 150°-300°C. Gasen som tas ut ur separ- atorns topp har i det föredragna fallet en temperatur av 500°-700°C.

Temperaturen i reaktorn är lämpligen över 800°C och kan nå upp till 1500°C. Ett föredraget intervall är emellertid 800°-l300°C.

Uppfinningen är ej heller begränsad till en reaktor med ett utlopp i reaktorns nedre ände, vilket i vissa fall kan skapa problem (främst avsättningsproblem) ifall smältparti- klarna har starkt varierande storlek. Således kan det i 10 4' 8 vissa fall vara föredraget att använda en reaktor med ett övre utlopp, företrädesvis en reaktor av Kopper-Totzek typ, resulterande i att större smältpartiklar uppsamlas i ett smältbad i reaktorns botten medan de ur reaktorn med gasst- römmen utträdande smältpartiklarna garanteras en relativt liten och därmed en relativt jämn storlek och därmed säker- ställer kylning av samtliga utträdande partiklar till en temperatur under stelningstemperatur.

Såsom alternativ istället för en cyklon kan ett filter, lämpligen ett textilfilter, användas.

U

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 I 470 oas' Patentkrav

1. Förfarande för utvinning av kemikalier och ener- gi ur cellulosaavlutar, företrädesvis svartlut erhållen i sulfatcellulosaprocessen, varvid avluten införes i en förgasningsreaktor (1) för pyrolys och partiell förbränninj g, varvid bildas en energirik gas innehållande partiklar av oorganisk kemikaliesmälta, nämnda gasblandning förflyttas ut ur reaktorn (1) och därvid kyles genom injicering av ett finfördelat kylmedium, i samband med utträdet ur reaktorn (1), nämnda blandning av gas och klibbfria kemikaliep- artiklar förs från en i anslutning till förgasningsreaktorn (1) anordnad kylningskammare (2) där de åtminstone delvis -stelnat och övergått till fast fas, så att de i gasbland- ningen ingående partiklarna blir klibbfria, och vidare till en separeringsanordning (3), företrädesvis en cyklon, där de klibbfria kemikaliepartiklarna skiljs från gasen, den från kemikaliepartiklar väsentligt renade gasströmmen uttas från en övre anslutning på separationsanordningen (3) medan kemikaliepartiklarna uttas från en nedre anslutning på separeringsanordningen (3), och varvid en efterföljande värmeväxling av den frånseparerade gasen göres från en väsentligen bibehållen temperaturnivå, k ä n n e t e c k n a t a v att de i gasblandningen ur reaktorn utträdande smälta partiklarna kyles till en tempe- ratur ej överstigande 700°C och att nämnda finfördelade kylmedium utgöres av vatten samt att gasen tvättas efter värmeväxlingen genom att föras genom en tvättanordning (5), en sk. våtscrubber (5), för uttvättning av kvarvarande kemikalier i fast form och gasform och att de separerade stelnade smältpartiklarna som uttas nedtill (31) i separer- ingsanordningen (3) föres till en behållare (6) vari par- tiklarna upplöses varvid åtminstone delar av den på detta vis bildade alkaliska lösningen utnyttjas för tvättning av 10 15 20 25 30 /0 gasen i nämnda våtscrubber (5), samt att värmeinnehållet i gasen efter nämnda värmeväxling fås som överhettad ånga.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d a v, att gasblandningen före värmeväxlingen kyles till en temperatur ej understigande 500°C.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d a V, att förgasningen sker vid en temperatur överstigande 700°C företrädesvis vid 800°-1500°C mest föredraget 800°-1300°C.

4. Förfarande enligt något av tidigare patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v, att förgasningen sker vid atmosfärstryck.

5. Förfarande enligt något av tidigare patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v, att förgasningen sker vid förhöjt tryck.

6. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v, att gasen vid inloppet till våtscrubben har en temperatur av 100°-300°C.

7. Förfarande enligt något av tidigare patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v, att den överhettade ångan tillföres en ångturbin i kondens eller mottrycksutförande.

8. Förfarande enligt något av tidigare patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v, att den tvättade gasen utnyttjas som bränsle för produktion av el och ånga i en ångturbinenhet eller en kombinerad gasturbin/ångturbin cykel. I