SE508561C2

SE508561C2 - Method and apparatus for separating particles from a gas stream

Info

Publication number: SE508561C2
Application number: SE9102187A
Authority: SE
Inventors: B Nilsson
Original assignee: Kvaerner Pulping Tech
Priority date: 1991-07-16
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 1998-10-12
Also published as: AU658660B2; EP0593638A1; FI940146A0; SE9102187D0; NO940150L; FI940146A; CA2113559A1; SE9102187L; JPH06511290A; BR9206270A; AU2333192A; WO1993001890A1; NO940150D0

Abstract

The present invention relates to a process for the separation of melt and preferably also solid particles from a gas flow, wherein the said flow arises from the gasification of spent liquor from pulp production, preferably black liquor, and comprises both gaseous substances (4) and melt and possibly also solid particles (5), which gas flow is conducted to a separating arrangement (2) where at least a certain portion, preferably the major portion, of the said particles (5) is separated from the gas stream (4), wherein the said flow of gaseous substances (4) containing melt and/or solid particles (5) is forced to move in a curved path and at least the outer periphery of the said curved path is delimited by a mobile liquid layer (12), wherein the said particles (5) are separated from the gas stream (4) by being amalgamated with, and preferably also dissolved and cooled in, the said liquid layer (12).

Description

10 15 20 25 30 35 508 561 2 kemikalieinnehållet avskiljas för återvinning. I det följa- nde kommer uppfinningen att relateras till svartlutsförgas- ning för att på ett mer konkret vis kunna beskriva uppfin- ningen, vilket således ej begränsar uppfinningen till detta specifika område. 10 15 20 25 30 35 508 561 2 the chemical content is separated for recycling. In the following The invention will be related to black liquor gasification. in order to be able to describe the invention in a more concrete way. which thus does not limit the invention to this specific area.

Svartlut erhålles som en restprodukt, avlut, vid massatill- verkning enligt sulfatcellulosametoden. Svartluten in- nehåller alkaliska kemikalier, i form av olika natrium- föreningar, som man önskar återvinna för återanvändning i processen. Ãtervinningsprocessen innehåller ett upphett- ningssteg, en reaktor, där de organiska molekylkedjorna i svartluten bryts ned till energirik gas och det oorganiska innehållet främst återfinns som smältapartiklar som kan återvinnas. Detta sker genom pyrolys och partiell för- bränning av de organiska beståndsdelarna i svartluten.Black liquor is obtained as a residual product, waste liquor, at pulp action according to the sulphate cellulose method. Black liquor in- contains alkaline chemicals, in the form of various sodium compounds which one wishes to recycle for reuse in the process. The recycling process contains a heating step, a reactor in which the organic molecular chains in the black liquor is broken down into energy-rich gas and the inorganic the contents are mainly found as molten particles that can recycled. This is done by pyrolysis and partial burning of the organic constituents of the black liquor.

Pyrolysen och förbränningen frigör således värmeenergi, vanligen är temperaturen ca 1000 C° i reaktorn, samt produ- cerar en brännbar gas. Det är önskvärt att utvinna det frigjorda värmet samt utnyttja den energirika gasen som bränsle.The pyrolysis and combustion thus release heat energy, usually the temperature is about 1000 C ° in the reactor, as well as cer a flammable gas. It is desirable to extract it released heat as well as utilize the energy-rich gas that fuel.

SE-B-448 173 beskriver en metod för återvinning av kemika- lier 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.SE-B-448 173 describes a method for recycling chemicals. and energy from black liquor. According to SE-B-448 173, one has managed to recover the physical heat in the gas and at the same time avoid deposition problems by directly letting the gases pass a liquid bath. In addition to the melt particles being absorbed of said liquid, which is green liquor, the gas is simultaneously cooled.

Den från smältpartiklar frigjorda gasen som lämnar vätske- badet får härvid en temperatur som i ett icke trycksatt system uppgår till storleksordningen 80°-90°C, vilket också motsvarar den ungefärliga temperaturen i grönlutsbadet.The gas released from melt particles leaving the liquid the bath then reaches a temperature as in a non-pressurized systems amount to the order of 80 ° -90 ° C, which also corresponds to the approximate temperature in the green liquor bath.

Således erhålles i detta fall ett smältafritt gasflöde på cza 90°C och ett vätskebad på cza 90°C.Thus, in this case, a melt-free gas flow is obtained cza 90 ° C and a liquid bath of cza 90 ° C.

Ur energiåtervinningssynpunkt är dessa temperaturer för låga för att vara optimala. Anledningen är att man i det föredragna fallet önskar överföra värmet vid en högre temperaturnivå så att den ex.vis kan erhållas i form av 10 15 20 25 30 35 508 561 3 överhettad ånga, företrädesvis för turbindrift i syfte att alstra elström. Vid drift med ångturbiner erhålles högst verkningsgrad då den överhettade ångan levereras vid högt tryck och hög temperatur, ex.vis 150 bar resp 600 C°.From an energy recovery point of view, these temperatures are too low to be optimal. The reason is that you in it preferred case wishes to transfer the heat at a higher temperature level so that it can, for example, be obtained in the form of 10 15 20 25 30 35 508 561 3 superheated steam, preferably for turbine operation in order to generate electricity. When operating with steam turbines, the maximum is obtained efficiency when the superheated steam is delivered at high pressure and high temperature, eg 150 bar and 600 C ° respectively.

Således är det önskvärt att erhålla värmeväxling vid så hög temperatur som möjligt.Thus, it is desirable to obtain heat exchange at such a high temperature as possible.

Vid den ovan beskrivna metoden kyles emellertid gasen ner till en temperatur runt 100°C vilket omöjliggör effektiv värmeåtervinning. Av ovan nämnda resonemang framgår att det vore önskvärt att kunna utvinna värmet vid en högre temper- atur, så att det kan återvinnas i form av överhettad ånga. Även genom SE-B-363 651 är förut känt ett förfarande för återvinning ur avlut, varvid gaserna från reaktorn kyles till en för låg nivå för att vara optimal ur återvinningss- ynpunkt.However, in the method described above, the gas is cooled to a temperature around 100 ° C which makes efficient heat recovery. From the above reasoning it appears that it would be desirable to be able to recover the heat at a higher temperature atur, so that it can be recovered in the form of superheated steam. Also known from SE-B-363 651 is a method for recovery from effluent, whereby the gases from the reactor are cooled to too low a level to be optimal from the recycling point.

Lösning och fördelar: Således är ett första ändamål med uppfinningen att erbjuda ett förfarande och en anordning varmed det är möjligt att separera och tillvarata smältapartiklarna från en gasström, utan att drastiskt sänka gasens temperaturnivå.Solution and benefits: Thus, a first object of the invention is to offer a method and a device by which it is possible to separating and recovering the molten particles from a gas stream, without drastically lowering the temperature level of the gas.

Ovan nämnda ändamål uppnås med hjälp av ett förfarande enligt patentkravet 1 respektive en anordning enligt paten- tkravet 7, d v s genom att nämnda flöde av gasformiga ämnen innehållande nämnda partiklar tvingas att röra sig i krökt bana och att åtminstone den yttre periferin av nämnda krökta bana avgränsas av ett rörligt vätskeskikt, varvid nämnda partiklar frånskiljes gasströmmen genom att förenas med nämnda vätskeskikt.The above objects are achieved by means of a method according to claim 1 and a device according to patent claim 7, i.e. by said flow of gaseous substances containing said particles is forced to move in curvature path and that at least the outer periphery of said curved path is defined by a movable liquid layer, wherein said particles are separated from the gas stream by joining with said liquid layer.

Visserligen är i princip i sig förut känt att använda sig av "vätskefilmcykloner" men ej i föreliggande sammanhang.Admittedly, in principle itself is previously known to use of "liquid film cyclones" but not in the present context.

Således är ex.vis genom US-A-793 110 (Uehlíng), US-A- 2 259 034, etc förut kända dylika cykloner för avskiljning av fasta partiklar. Dylika kända cykloner är emellertid inte avsedda för avskiljning av smälta partiklar som kladdar, framförallt inte sådana som producerats vid förgasning av 10 15 20 25 30 35 508 561 4 cellulosa avlutar, och uppvisar därför inre delar som efter en tids påbyggnad av stelnande smälta partiklar skulle leda till malfunktion. Sådan malfunkion undvikes alltså med en anordning enligt uppfinningen.Thus, for example, by US-A-793 110 (Uehlíng), US-A-2 259 034, etc. known cyclones for separating solid particles. However, such known cyclones are not intended for the separation of molten particles such as smudges, especially not those produced by gasification of 10 15 20 25 30 35 508 561 4 cellulose precipitates, and therefore has internal parts as after a period of buildup of solidifying molten particles would result to malfunction. Such malfunction is thus avoided with one device according to the invention.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att erbjuda ett förfarande varmed karbonatbildningen i smältapartiklarna hålls tillbaks till förmån för mängden natriumhydroxid, genom en vid hög temperatur genomförd separering av smälta- partiklarna, så att det höga innehållet av C02 frånsepare- ras innan bindning till natriumet hinner ske.A further object of the invention is to provide one process by which the carbonate formation in the molten particles withheld in favor of the amount of sodium hydroxide, through a high temperature separation of molten particles, so that the high content of CO before binding to sodium has time.

Vidare är ett ändamål med uppfinningen att möjliggöra produktion av grönlut med olika Na/S-förhållanden (su- lfiditet), genom att möjliggöra separering av utvunna organiska kemikalier selektivt i åtminstone ett svavelfr- itt och åtminstone ett svavelhaltigt flöde.Furthermore, an object of the invention is to enable production of green liquor with different Na / S ratios (su- lfidity), by enabling the separation of the recovered organic chemicals selectively in at least one sulfur and at least one sulfur-containing stream.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att erbjuda ett förfarande varmed det är möjligt att erhålla direkt-kon- vertering av smältapartiklarna till aktiva kokkemi-kalier, dvs NaOH och Na2S.A further object of the invention is to provide one procedure by which it is possible to obtain direct digestion of the melting particles into active cooking chemicals, ie NaOH and Na 2 S.

Vidare ett ändamål med uppfinningen att framtaga ett förfa- rande varmed det är möjligt att använda alternativa metoder för att återvinna gasens fysiska värmeinnehåll, bl.a. i form av förvärmd gas, exempelvis luft, till förgasningsre- aktorn alternativt i form av överhettad ånga, företrädesvis med ett tryck av upptill c:a 150 bar och en temperatur upptill cza 600°C och detta oberoende av reaktorns driftst- ryck.A further object of the invention is to provide a method making it possible to use alternative methods to recover the physical heat content of the gas, i.a. in in the form of preheated gas, such as air, for gasification the actor alternatively in the form of superheated steam, preferably with a pressure of up to about 150 bar and a temperature up to about 600 ° C and this regardless of the reactor operating jerk.

Fígurbeskrivning: I det följande kommer uppfinningen att beskrivas mer i detalj till de bifogade figurerna, i vilka: Fig 1. visar ett föredraget utförande av en anordning enligt uppfinningen, sedd delvis i genomskärning i perspektiv ifrån sidan, 10 15 20 25 30 35 508 561 Fig. 2 visar ett horisontellt tvärsnitt genom en anor- dning enligt fig. 1, Pig. 3 visar ett något modifierat utförande av en ano- rdning enligt Fig.1, och Fig. 4 visar en principiell processanläggning med två anordningar enligt uppfinningen.Figure description: In the following, the invention will be described in more detail in detail to the accompanying figures, in which: Fig. 1 shows a preferred embodiment of a device according to the invention, seen partly in section in perspective from the side, 10 15 20 25 30 35 508 561 Fig. 2 shows a horizontal cross-section through a according to Fig. 1, Pig. 3 shows a slightly modified embodiment of an analogue rescue according to Fig. 1, and Fig. 4 shows a basic process plant with two devices according to the invention.

I fig. 1 visas en reaktor 1 som är direkt ansluten till en anordning enligt uppfinningen 2, som hädanefter kommer att benämnas vätskefilmcyklon. I det visade exemplet användes anordningen i samband med utvinning av kemikalier och energi vid svartlutsförgasning. Svartlut är en restprodukt som erhålles vid kokningen i samband med framställning av massa i enlighet med sulfatcellulosaprocessen.Fig. 1 shows a reactor 1 which is directly connected to one device according to the invention 2, which hereafter will be called liquid film cyclone. In the example shown, was used the device in connection with the extraction of chemicals and energy in black liquor gasification. Black liquor is a residual product obtained during cooking in connection with the production of pulp in accordance with the sulphate cellulose process.

Till reaktorn 1 finns anslutet en första tilloppsledning 3A avsedd för svartlut och en andra tilloppsledning 3B avsedd för luft. I reaktorn sker pyrolys och partiell förbränning av svartluten. Härvid bildas en gasblandning innehållande dels en gasdel, dels en smältadel. Temperaturen i reaktorn är normalt mellan 800°C och upptill 1.500°C. Kemikaliesmäl- tan återfinns nu i form av droppar 5 i gasen 4. Gas och smältablandningen 4, 5 låtes därefter utträda ur reaktorn 1 in i vätskecyklonen 2. Inflödet i vätskecyklonen 2 sker härvid tangentiellt (se fig. 2) i förhållande till vätske- cyklonens 2 cylindriskt formade vägg. vätskecyklonen 2 består av ett hölje 6, 7, 8 med ett utflö- de 9 i bottnen. Via en tilloppsledning 10 och därtill anslutna fördelningsledningar ll i toppen 8 av vätskecyklo- nen 2, tillföres vätskecyklonen 2 en vätska 12, exempelvis vatten (H20) eller svaglut med en temp av ca 100 C°, vilken temperatur är möjlig att öka ifall trycket i cyklonen 2 ökas. Styrlinjaler 15 finns anordnade på insidan av vätske- filmcyklonen 2 för fördelning och styrning av vätskeskik- tet 12. Vätskefilmcyklonen 2 är placerad med sin längdaxel 13B förlöpande i vertikalplanet. I toppgaveln 8 finns en 10 15 20 25 30 35 508 561 6 utloppsmynning till vilken ett rör 14 för bortförande av gas är ansluten.A first supply line 3A is connected to the reactor 1 intended for black liquor and a second supply line 3B intended for air. Pyrolysis and partial combustion take place in the reactor of black liquor. A gas mixture containing is formed partly a gas part, partly a melting part. The temperature in the reactor is normally between 800 ° C and up to 1,500 ° C. Chemical smelting tan is now found in the form of droplets 5 in the gas 4. Gas and the melt mixture 4, 5 is then allowed to exit the reactor 1 into the liquid cyclone 2. The inflow into the liquid cyclone 2 takes place in this case tangentially (see Fig. 2) in relation to the liquid cyclone 2 cylindrically shaped wall. the liquid cyclone 2 consists of a casing 6, 7, 8 with a discharge the 9 at the bottom. Via a supply line 10 and in addition connected distribution lines ll in the top 8 of the liquid cyclo- 2, the liquid cyclone 2 is supplied with a liquid 12, for example water (H 2 O) or weak liquor with a temperature of about 100 ° C, which temperature is possible to increase if the pressure in cyclone 2 increased. Guide rulers 15 are provided on the inside of the liquid film cyclone 2 for distribution and control of liquid The liquid film cyclone 2 is located with its longitudinal axis 13B extending in the vertical plane. In the top gable 8 there is one 10 15 20 25 30 35 508 561 6 outlet mouth to which a pipe 14 for removing gas is connected.

Principfunktionen för anordningen enligt uppfinningen är såsom följer. Den heta gasen 4, 5 innehållande både gas 4 och smältpartiklar 5 strömmar ut ur reaktorn 1 med relat- ivt hög hastighet. Strömmen tillföres vätskefilmcyklonen 2 i tangentiell och väsentligen horisontell riktning. Härvid kommer centripetalaccelerationen (F = mvz/2r) att tillse att separering av smältpartiklarna ifrån gasströmmen äger rum, eftersom smältpartíklarna är tyngre än gasen. Smält- partiklarna kommer således att slungas ut mot periferin och därvid uppfångas av vätskeströmmen 12. Gasen 4 däremot kommer att röra sig spiralformigt upp mot mynningen i toppgaveln 8 och transporteras vidare via röret 14. Gasen kommer härvid att befinna sig i kontakt med vätskefilmen under en mycket kort tid. Dessutom kommer enbart en mindre del av gasen att vara i direkt kontakt med vätskefilmen.The principle function of the device according to the invention is as follows. The hot gas 4, 5 containing both gas 4 and melt particles 5 flow out of the reactor 1 with relative ivt high speed. The power is supplied to the liquid film cyclone 2 in a tangential and substantially horizontal direction. Hereby the centripetal acceleration (F = mvz / 2r) will be monitored that separation of the melt particles from the gas stream takes place room, because the melt particles are heavier than the gas. Melting the particles will thus be ejected towards the periphery and thereby being captured by the liquid stream 12. The gas 4, on the other hand will move helically up towards the mouth in the top end 8 and is transported further via the pipe 14. The gas will then be in contact with the liquid film for a very short time. In addition, only one smaller comes part of the gas to be in direct contact with the liquid film.

Detta får till följd att en relativt liten värmeöverföring kan ske från gasen till vätskefilmen. Således kommer gasen 4 i röret 14 att ha en relativt hög temperatur, i det föredragna fallet erhålles en temperatur sänkning på endast ca 100-500°C. Genom att förgasningen sker vid understökio- metrisk syretillförsel erhåller bildad gas en betydande andel brännbara komponenter, såsom vätgas (H2), kolmonoxid (CO) och metan (CHÅ).This results in a relatively small heat transfer can occur from the gas to the liquid film. Thus comes the gas 4 in the tube 14 to have a relatively high temperature, in it In the preferred case, a temperature reduction of only is obtained about 100-500 ° C. Because the gasification takes place at the sub- metric oxygen supply, formed gas obtains a significant proportion of combustible components, such as hydrogen (H2), carbon monoxide (CO) and methane (CHA).

Smältpartiklarna 5 som uppsamlats av vätskan 12 i vätske- filmen kommer, i det föredragna fallet, först att kylas av vätskan 12 och i samband därmed också upplösas däri samt tack vare vätskefilmens rörelse medtransporteras nedåt i vätskefilmcyklonen 2. Även icke-upplösningsbara fasta respektive smälta beståndsdelar kommer att uppsamlas av vätskan. De på så vis uppsamlade partiklarna kommer antin- gen i upplöst form eller i icke upplöst form att föras ut ur cyklonen 2 via ett utflödet 9 i mynningen i bottnen av cyklonen 2.The melt particles 5 collected by the liquid 12 in the liquid the film will, in the preferred case, be cooled first the liquid 12 and in connection therewith also dissolved therein as well due to the movement of the liquid film is co-transported downwards in liquid film cyclone 2. Also insoluble solids respectively molten constituents will be collected by the liquid. The particles thus collected will be gene in dissolved form or in undissolved form to be carried out from the cyclone 2 via an outflow 9 in the mouth at the bottom of cyclone 2.

Av fig. 1 framgår att cyklonen 2 i det föredragna fallet lO 15 20 25 30 35 508 561 7 har en mittsektion 7 som är svagt konisk. Anledningen till den svaga koniciteten är att åstadkomma en kompensation för vätskeavdunstning. När den heta gasen 4, med sitt innehåll av smälta kemikaliepartiklar 5, träffar vätskefilmen 12, som företrädesvis består av en vätska med en kokpunkt understigande temperaturen hos gasen (ex.vis vatten) kommer en viss förångning att ske. För att trots detta kunna bibehålla en viss given tjocklek i vätskefilmen 12 göres en del 7 av cyklonen 2 svagt konisk, så att trots volymminskningen av vätskan 12 vid dess nedåtriktade rörel- se, en i det närmsta konstant tjocklek på vätskefilmen erhålles.From Fig. 1 it can be seen that the cyclone 2 in the preferred case lO 15 20 25 30 35 508 561 7 has a middle section 7 which is slightly conical. reason the weak conicity is to provide compensation for liquid evaporation. When the hot gas 4, with its contents of molten chemical particles 5, hits the liquid film 12, which preferably consists of a liquid with a boiling point below the temperature of the gas (eg water) some evaporation will occur. To despite this be able to maintain a certain given thickness in the liquid film 12 made part 7 of the cyclone 2 slightly conical, so that despite the volume decrease of the liquid 12 at its downward movement see, an almost constant thickness of the liquid film obtained.

Vidare framgår av figurerna 1 och 2 att vätskefilmcyklonen 2 är utrustad med längsgående styrlinjaler 15. Syftet med dessa styrlinjaler 15 är, såsom redan nämnts, fördelning och styrning av vätskeskiktet 12, främst för att säkerstäl- la vätskefilmen och motstå det kraftiga gas- och smältaflö- det 4, 5.Furthermore, Figures 1 and 2 show that the liquid film cyclone 2 is equipped with longitudinal guide rulers 15. The purpose of these guide rulers 15 are, as already mentioned, distribution and guiding the liquid layer 12, mainly to ensure the liquid film and withstand the strong gas and melt flow it 4, 5.

I ett möjligt driftsexempel är reaktortemperaturen cza 950°C och systemtrycket cza 30 bar. Såsom filmvätska 12 användes svaglut eller vatten, som pga systemtrycket får en kokpunkt av c:a 230°C. Temperaturen på de ur vätskefilm- cyklonen 2 utgående gaserna är i detta exempel cza 600°- 700°C, vilken temperatur är gynnsam för att vid en efter- följande värmeväxling alstra överhettad ånga.In a possible operating example, the reactor temperature is cza 950 ° C and the system pressure cza 30 bar. Such as film liquid 12 weak liquor or water was used, which due to the system pressure gets one boiling point of about 230 ° C. The temperature of the liquid film the cyclone 2 outgoing gases in this example are about 600 ° - 700 ° C, which temperature is favorable for a subsequent the following heat exchange generates superheated steam.

I fig. 3 visas ett alternativt utförande av en anordning enligt uppfinningen. Reaktorn 1 är här liksom vätskefilm- cyklonen 2 placerad så att dess längsutsträckning befinner sig i vertikalplanet. Förgasningen av svartluten sker även här företrädesvis genom pyrolys och understökiometrisk syretillförsel. Gasen 4 och smältpartiklarna 5 ledes ifrån reaktorn 1 till vätskefilmcyklonen 2 via en förbindelseled- ning 16 som omlänkar flödet så att ett tangentiellt, väsen- tligen horisontellt inflöde i vätskecyklonen 2 erhålles. I övrigt är uppbyggnaden av denna anordning i princip densam- ma som för den tidigare beskrivna. Således framgår exempel- 10 15 20 25 30 35 508 561 8 vis att även här fördelare 11 och styrlinjaler 15 användes för att säkerställa att vätskefilmen erhålles till önskad tjocklek inom respektive områden.Fig. 3 shows an alternative embodiment of a device according to the invention. The reactor 1 is here as well as the liquid film cyclone 2 positioned so that its longitudinal extent is in the vertical plane. The gasification of the black liquor also takes place here preferably by pyrolysis and understochiometric oxygen supply. The gas 4 and the melt particles 5 are led away reactor 1 to the liquid film cyclone 2 via a connecting line 16 which redirects the flow so that a tangential, horizontal inflow into the liquid cyclone 2 is obtained. IN otherwise, the construction of this device is in principle the same ma as for the previously described. Thus, examples 10 15 20 25 30 35 508 561 8 show that distributors 11 and guide rulers 15 are also used here to ensure that the liquid film is obtained to the desired thickness within each area.

I fig. 4 visas en exemplifierande principiell del av en processanläggning för återvinning av kemikalieinnehållet och energiinnehållet i svartlut, med hjälp av anordningar enligt uppfinningen. Anläggningen består av en reaktor 1 som tillföres svartlut via en ledning 3A. Svartluten har en temperatur av c:a 130°-l90°C och en torrhalt av c:a 65- 85%. Via en andra ledning 38 tillföres förvärmd sekun- därluft som har en temperatur av cza 500°-700°C.Fig. 4 shows an exemplary principal part of a process plant for recycling the chemical content and the energy content of black liquor, by means of devices according to the invention. The plant consists of a reactor 1 which is supplied with black liquor via a line 3A. The black liquor has one temperature of about 130 ° -190 ° C and a dry content of about 65- 85%. Via a second line 38, a preheated second is supplied. there air having a temperature of about 500 ° -700 ° C.

I anläggningen används ett tvåstegsförfarande för separe- ring av smältpartiklarna 5 ur gasströmmen 4, varvid en första vätskefilmcyklon 2A anordnats för en första separe- ring vid en högre temperatur och en andra vätskefilmcyklon 2B för en andra separering vid en lägre temperatur, vilket kan vara gynnsamt eftersom man genom olika separeringstem- peraturer, åtminstone i viss mån, kan ändra/bestämma in- nehåll respektive koncentration hos vätskan som uttages ur respektive cyklon.The plant uses a two-step procedure for separation ring of the melt particles 5 from the gas stream 4, wherein a first liquid film cyclone 2A is provided for a first separator ring at a higher temperature and a second liquid film cyclone 2B for a second separation at a lower temperature, which may be favorable because different separation temperatures temperatures, at least to some extent, may change / determine the content and concentration of the liquid taken out respectively cyclone.

Gasen 4 med smältapartiklarna 5 strömmar ut ur reaktorn 1 in i den första vätskefilmcyklon 2A varvid en första separ- ering sker i enlighet med vad som tidigare beskrivits.The gas 4 with the molten particles 5 flows out of the reactor 1 into the first liquid film cyclone 2A with a first separator takes place in accordance with what has been previously described.

Gasen 4 som lämnar denna första vätskefilmcyklon 2A in- nehåller en viss mängd förgasade natriumföreningar och ledes via en ledning 14A till den andra vätskefilmcyklon 2B. Först efter detta andra separeringssteg tillföres de från smältpartiklar frigjorda gasen en första värmeväxlare 18B. Härvid avger de heta gaserna 4 en del av sitt värmein- nehåll, vilket ex.vis utvinnes som överhettad ånga, lämpli- gen med en temperatur av ca 600 C° och ett tryck av närmre 150 bar. De heta gaserna har innan värmeväxlaren 18 en temperatur av ca 600-800 °C.The gas 4 leaving this first liquid film cyclone 2A is contains a certain amount of gasified sodium compounds and passed through a line 14A to the second liquid film cyclone 2B. Only after this second separation step are they added from the melt particles released the gas a first heat exchanger 18B. In this case, the hot gases 4 emit part of their heat input content, which is extracted, for example, as superheated steam, suitable gene with a temperature of about 600 C ° and a pressure of closer 150 bar. The hot gases have before the heat exchanger 18 a temperature of about 600-800 ° C.

Efter passagen genom den första värmeväxlaren 18 leds gasen 4 först in i en venturiskrubber 19 och därefter in i en dysskrubber 21 varefter gasen 4 avleds via en ledning 22.After the passage through the first heat exchanger 18, the gas is conducted 4 first into a venturi scrubber 19 and then into one nozzle scrubber 21 after which the gas 4 is diverted via a line 22.

Tack vare den höggradiga reningen av gasen som på detta 10 15 20 25 30 35 508 561 9 sätt erhålles (< lppm alkali) kan den användas som bränsle till en gasturbin, ex.vis för effektiv elproduktion.Thanks to the high-grade purification of the gas as on this 10 15 20 25 30 35 508 561 9 way obtained (<lppm alkali) it can be used as fuel to a gas turbine, eg for efficient electricity production.

Som tvättvätska i dysskrubbern 21 används företrädesvis en relativt svag alkalisk lösning och i venturiskrubbern företrädesvis vätska som hämtats via en ledning 35 från dysskrubbern 21.As washing liquid in the nozzle scrubber 21, one is preferably used relatively weak alkaline solution and in the venturi scrubber preferably liquid retrieved via a line 35 from nozzle scrubber 21.

Den första vätskefilmcyklonen 2A har anordnats med två separata utflöden 23A, 26A i bottnen. Det första av dessa utflöden 23A är ämnat att uthämta grönlut för vidare omvan- dling till kokerikemikalier. Den sålunda tillvaratagna grönluten pumpas med hjälp av en pump 24 via en ledning 25 till en (icke visad) uppsamlings-behållare. Det andra utflödet 26A som erhålles ur den första vätskefilmcyklonen 2A recirkuleras med hjälp av en pump 27 i en ledning 28 som för vätskan, dvs. grönluten, till toppen av denna första vätskefilmcyklon 2A för kontinuerlig påfyllning av vätska 12 i vätskefilmen. Med hjälp av en värmeväxlare 18A i denna krets 28 utvinnes en del av värmet i grönluten.The first liquid film cyclone 2A has been provided with two separate outflows 23A, 26A at the bottom. The first of these outflows 23A are intended to collect green liquor for further conversion. to cochlear chemicals. It thus recovered the green liquor is pumped by means of a pump 24 via a line 25 to a collection container (not shown). The other the effluent 26A obtained from the first liquid film cyclone 2A is recycled by means of a pump 27 in a line 28 which for the liquid, i.e. green liquor, to the top of this first liquid film cyclone 2A for continuous filling of liquid 12 in the liquid film. Using a heat exchanger 18A in this circuit 28 some of the heat is recovered in the green liquor.

Vätskan, som uttages ur ledningen 23B ur den andra vätske- filmcyklonen 2B, církuleras i en krets 28B med hjälp av en pump 32. Även i denna krets 28B finns en värmeväxlare 18C för utvinning av värmeenergi ur grönluten innan den åte- rcirkuleras. Vidare finns det till denna krets 28C ansluts en ledning 28C för vätsketillförsel. Ifrån denna krets 28C går en ledning 29 som är ansluten till den första cyklonens 2A cirkulationskrets 28A, vilken ledning 29 användes för vätsketillförsel i den första cyklonen 2A. Även från dyssk- rubbern 21 uthämtas (pump 36) grönlut för bortförsel till en (icke visad) uppsamlingsbehållare.The liquid taken out of line 23B from the second liquid film cyclone 2B, is circulated in a circuit 28B by means of a pump 32. Also in this circuit 28B there is a heat exchanger 18C for the extraction of heat energy from the green liquor before the recycled. Furthermore, it is connected to this circuit 28C a line 28C for liquid supply. From this circuit 28C runs a line 29 which is connected to the first cyclone 2A circulation circuit 28A, for which line 29 is used liquid supply in the first cyclone 2A. Also from dyssk- rubber 21 is collected (pump 36) green liquor for removal to a collection container (not shown).

Uppfinningen är inte begränsad av det ovan beskrivna utan kan varieras inom ramarna av de efterföljande patentkrav- en. Således är exempelvis ej det ovan angivna ex- emplifierade driftstrycket begränsande utan systemstrycket kan varieras att vara från atmosfärtryck upp till cza 150 bar, bl.a. i beroende av vilken förångningstemperatur av filmvätskan som önskas. 10 15 20 25 30 35 508 561 10 Med uttrycket "att höljet omsluter en fri rymd“ avses att det ej finns några detaljer placerade inuti höljet långt från dess periferi som ej vattenbegjutes och därför kan ej de smälta partiklarna som kladdar ansamlas och bygga upp en funktionshindrande beläggning, vilket är en väsentlig egenskap hos uppfinningen.The invention is not limited by the above described but may be varied within the scope of the following claims. one. Thus, for example, the above-mentioned implied operating pressure limiting without system pressure can be varied to be from atmospheric pressure up to about 150 bar, b.a. depending on the evaporation temperature of the film liquid desired. 10 15 20 25 30 35 508 561 10 By the expression "that the casing encloses a free space" is meant that there are no details placed inside the casing far from its periphery which is not waterlogged and therefore can not the molten particles that smear accumulate and build up one disability coating, which is an essential feature of the invention.

Förgasningstemperaturen, dvs. temperaturen i reaktorn under vilken den termiska sönderdelningen sker kan äga rum inom ett stort temperaturintervall, vid en temperatur över- stigande 500°C. Det mest föredragna intervallet är emeller- tid 800°-l600°C och än mer föredraget 800°-l400°C. När förgasningen sker i intervallet 500°-800°C erhålles inte smältapartiklar i gasflödet utan kristaller varför ett förfarande inom dessa temperaturgränser också benämnes "torra" metoden. Ifall temperaturen i reaktorn är mellan 800°C och 1000°C kommer de organiska ämnena att återfinnas i form av smältdroppar då i huvudsak i form av natriumkar- bonat (Na2Co3) och natriumsulfid (Na2S). Vid högre tempera- tur med start från c:a 1000°C kommer karbonatbildningen att hållas tillbaka och därför erbjuder en förfarande vid högre temperaturer än ca 1000°C möjlighet att återvinna alkalit utan kausticering.The gasification temperature, i.e. the temperature in the reactor below which the thermal decomposition takes place can take place within a large temperature range, at a temperature exceeding rising 500 ° C. The most preferred range, however, is time 800 ° -1600 ° C and even more preferably 800 ° -1400 ° C. When the gasification takes place in the range 500 ° -800 ° C is not obtained melting particles in the gas flow without crystals why one procedure within these temperature limits is also referred to as the "dry" method. If the temperature in the reactor is between 800 ° C and 1000 ° C the organic substances will be found in the form of melt droplets then mainly in the form of sodium bonate (Na 2 Co 3) and sodium sulfide (Na 2 S). At higher temperatures luck starting from about 1000 ° C, the carbonate formation will held back and therefore offers a procedure at higher temperatures above about 1000 ° C possibility to recover alkali without causticization.

En grundförutsättning för att detta skall vara möjligt är att temperaturen i reaktorn är hög och mest föredraget befinner sig i intervallet 1200°-1500°C. Vid höga tempera- turer erhålles nämligen en grönlut med kraftigt reducerat karbonatinnehåll. Detta beror på att reaktionsjämvikterna Nazs + coz + H20 zNaon + coz H25 + Na¿Co3 samt Na2CO3 + H20 är starkt förskjutna åt vänst- er vid höga temperaturer samt att separeringen sker vid denna höga temperaturnivå.A basic precondition for this to be possible is that the temperature in the reactor is high and most preferred is in the range 1200 ° -1500 ° C. At high temperatures tours, a green liquor is obtained with greatly reduced carbonate content. This is due to the reaction equilibria Nazs + coz + H20 zNaon + coz H25 + Na3Co3 as well Na2CO3 + H2O are strongly displaced to the left at high temperatures and that the separation takes place at this high temperature level.

Vid det föredragna fallet sker förgasningen understökiomet- riskt vilket innebär att en otillräcklig mängd syre tillfö- res för fullständig förbränning av de organiska ämnena i svartluten. Härigenom erhålles produktion av brännbara gaser såsom vätgas (H2) och kolmonoxid (CO),mm. I det föredragna fallet tillföres cza 50% syre i förhållande till 10 15 20 25 30 35 508 561 ll det för stökiometrisk förbränning teoretiska behovet. Det är emellertid uppenbart för fackmannen att detta kan varie- ras inom vida ramar.In the preferred case, the gasification takes place sub- risk which means that an insufficient amount of oxygen is supplied for the complete combustion of the organic substances in black liquor. This results in the production of combustibles gases such as hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO), etc. In it In the preferred case, about 50% of oxygen is added relative to 10 15 20 25 30 35 508 561 ll the theoretical need for stoichiometric combustion. The however, it will be apparent to those skilled in the art that this may vary. race within wide limits.

Vidare är det uppenbart för fackmannen att den koniska utformningen hos vätskefilmscyklonen är en föredragen utföringsform och att metoden även fungerar med en cylind- risk mantelyta ifall vätskefilmen ifrån början ges en tillräcklig tjocklek så att den kan tillåtas en viss tjock- leksminskning till följd av avdunstning. Även styrlin- jalerna visar en föredragen utföringsform. Det kan kompen- seras för gasflödets påverkan på vätskefilmen på annat vis, ex.vis genom att styra strömningen vid utloppet av vätske- filmen på ett sådant vis att styrlinjalerna åtminstone till stor del kan undvaras. Vidare är naturligtvis styrlin- jalernas ev. anordnande resp storlek och form beroende av gasströmmens storlek och hastighet samt även cyklonens dimensioner. Dessutom är det naturligtvis inte nödvändigt att hela den inre mantelytan tillföres en vätskefilm, utan enbart väsentliga delar därav.Furthermore, it is obvious to the person skilled in the art that the conical the design of the liquid film cyclone is a preferred one embodiment and that the method also works with a cylinder risk mantle surface if the liquid film is initially given one sufficient thickness to allow a certain thickness play reduction due to evaporation. Also guide lines the vials show a preferred embodiment. It can compensate for the effect of the gas flow on the liquid film in another way, for example by controlling the flow at the outlet of the liquid the film in such a way that the guide rulers at least to much can be dispensed with. Furthermore, of course, jalernas ev. arrangement respectively size and shape depending on the size and velocity of the gas stream as well as that of the cyclone dimensions. In addition, of course, it is not necessary that the entire inner mantle surface is supplied with a liquid film, without only essential parts thereof.

Temperaturen på vätskan i vätskefilmcyklonen kan natur- ligtvis också varieras inom vida ramar. Faktorer som påver- kar vilken temperatur man väljer är: eventuellt behov av snabbkylning av partiklarna i gasströmmen (ifall partiklar- na skall upplösas i vätskan kan upplösningshastigheten vara temperaturberoende och därmed i viss mån styrande) drift- strycket, storleken hos mantelytan, gasflödet och dess temperatur, mm.mm.The temperature of the liquid in the liquid film cyclone can naturally also varies widely. Factors affecting which temperature you choose is: any need for rapid cooling of the particles in the gas stream (if particles to be dissolved in the liquid, the dissolution rate may be temperature-dependent and thus to some extent controlling) the pressure, the size of the mantle surface, the gas flow and its temperature, mm.mm.

Istället för att återvinna gasens fysiska värmeinnehåll som överhettad ånga kan den naturligtvis utvinnas i andra former, exempelvis såsom förvärmd förbränningsluft till reaktorn 1.Instead of recovering the physical heat content of the gas as overheated steam, it can of course be extracted in others forms, for example as preheated combustion air to reactor 1.

Behandlingen av gasen i dyskrubber eller ett skrubbersys- tem för avlägsnande av återstående kemikalier är natur- ligtvis också ett föredraget förfarande. Tvättningen göres dels av miljöskäl, dvs. för att befria efterkommande utsl- 10 15 20 25 508 561 12 äpp från förorenande ämnen, dels av driftstekniska skäl.The treatment of the gas in nozzle scrubbers or a scrubber system for the removal of residual chemicals is natural of course also a preferred procedure. The washing is done partly for environmental reasons, ie. in order to release subsequent 10 15 20 25 508 561 12 apples from pollutants, partly for technical reasons.

Fackmannen inser att det även är möjligt att låta för- gasningen av svartluten ske helt utan tillförsel av sekund- ärluft dvs. helt utan extern tillförsel av syre eller syrehaltig gas, varvid en ren pyrolys erhålles.Those skilled in the art will recognize that it is also possible to the gassing of the black liquor takes place completely without the addition of ärluft ie. completely without external supply of oxygen or oxygen-containing gas, whereby a pure pyrolysis is obtained.

Slutligen bör det återigen påpekas att användningen av en anordning enligt uppfinningen för svartlutsförgasning enbart är exemplifierande. En anordning enligt uppfin- ningen, vätskefilmcyklonen 2, kan komma till användning inom alla områden där en separering av smälta partiklar ur en, företrädesvis het, gasström är önskvärd och man sam- tidigt önskar påverka temperatur på gasströmmen under separeringen så lite som möjligt. Det inses vidare att de visade konstruktionerna ej heller är begränsande för up- pfinningen.Finally, it should be pointed out again that the use of a device according to the invention for black liquor gasification is exemplary only. A device according to the invention the liquid film cyclone 2 can be used in all areas where a separation of molten particles from a, preferably hot, gas stream is desirable and early wish to affect the temperature of the gas stream below the separation as little as possible. It is further understood that they the constructions shown are also not limiting for the invention.

Såsom medel för fördelning av vätskan 12 vid inloppet 11 avses i första hand just mynningen hos inloppet ll, dvs dess utformning och dess inriktning. Fackmannen inser dock att fördelare typ fasta skovlar är ett av ett flertal uppenbara medel som står till buds.As a means for distributing the liquid 12 at the inlet 11 refers primarily to the mouth of the inlet 11, ie its design and its focus. However, those skilled in the art will recognize that distributor type fixed vanes is one of several obvious means available.

Istället för att ta gasströmmen direkt från en reaktor kan den tas ifrån en hetgasseparator (ej vätskeskikt) + > 900°C och avge värmet till en värmeväxlare innan den låtes in- träda i en vätskecyklon.Instead of taking the gas stream directly from a reactor can it is removed from a hot gas separator (not liquid layer) +> 900 ° C and give off the heat to a heat exchanger before it is allowed to enter a liquid cyclone.

Claims

10 15 20 25 30 35 508 561 13 Patent claims

A process for separating melt and preferably also solid particles from a gas stream, said stream originating from gasification of liquor from pulp production, preferably black liquor, and comprising both gaseous substances (4) and melt and optionally also solid particles (5) , which flow is led to a separating device (2) where at least a certain part, preferably the excess part, of the molten particles and possibly solid particles (5) is separated from the gas stream (4), characterized in that said flow of gaseous substances (4) containing said particles (5) are forced to move in a curved path and that at least the outer periphery of said curved path is delimited by a movable liquid layer (12), said particles (5) being separated from the gas stream (4) by joining said liquid layer (12). ).

Process for separating molten and / or solid particles from a gas stream according to claim 1, characterized in that the average temperature Tg of the gaseous medium (4,5) substantially exceeds 100 DEG C., more preferably> 200 DEG C., still more preferably> 300 ° C and the temperature TV of the liquid layer, Tg-T V> preferably being in the range 400-1300 ° C.

A method for separating molten and / or solid particles from a gas stream according to claim 1, characterized in that the liquid flow from the liquid layer (12) is at least partially collected, mainly for recovering the, preferably dissolved, molten and / or the solid particles (4) and / or the heat content of the liquid. 10 15 20 25 30 35 508 561 / lf

A method for separating molten and / or solid particles from a gas stream according to any one of the preceding patent claims, characterized in that at least a part of the liquid stream from the liquid layer (12) is recycled.

Process for separating molten and / or solid particles from a gas stream according to claim 1, characterized in that parts of the heat in the purified gas stream (4) are recovered, by heat exchange, preferably as superheated steam and / or as preheated gas.

Device for separating melt and preferably also solid particles from a gas stream originating from gasification of effluent from pulp production, preferably black liquor, for carrying out the process according to claim 1, comprising a casing (6,7,8; 41) with a gas inlet, for an inflow of gaseous substances (4) containing melt and optionally solid particles (5), at least a first outlet (14; 42) for gaseous substances and at least a second outlet (9; 40) for liquid substances, k ä characterized in that at least one liquid inlet (11) is arranged at the top of said housing (6,7,8; 4-1), which inlet (11) is intended for a liquid (12) and that means are provided for distributing said liquid at least to certain parts, preferably the majority (7), of the inner mantle surface of said casing (6,7,8; 41), whereby a liquid layer movable at said mantle surface is formed.

Device according to claim 6, characterized in that said housing comprises a preferably cylindrical or conical part (7) in which said gas inlet opens, guide means (16; 16) being arranged at said housing for controlling said inlet (4,5) in a direction which is substantially tangential with respect to the inner circumferential surface of said housing part (7).

Device according to claim 6, characterized in that said control means (1; 16) is arranged so that the main flow direction of the gas inlet becomes substantially perpendicular to an axis of symmetry (13) of said housing part (7), wherein preferably said housing part (7) has an axis of symmetry (13) which extends substantially vertically and consequently the gas inlet takes place substantially horizontally.

Device according to claim 6, characterized in that said casing (6,7; 41) is arranged on the inside with guide rails (15) for guiding the liquid film (12).

Device according to claim 6, characterized in that said control means (1) is constituted by the outlet of a reactor (1) which is arranged directly at said housing part (7).

ll. Method for separating molten and / or solid particles from a gas flow according to claim 6, characterized in that the temperature of the gas stream (4) exiting the separation device (2) has a temperature exceeding 600 C °, preferably exceeding 800 C °.

Method for separating molten and / or solid particles from a gas stream according to claim 6, characterized in that the gas stream (4) exiting the separation device (2) is washed in at least one subsequent gas scrubber device (19,2l), after which the gas (4) is suitably used as fuel.

A method for separating molten and / or solid particles from a gas stream according to claim 6, characterized in that the gas stream (4) exiting the separating device (2A) is introduced into a second separating device (28).