SE515452C2 - Förfarande för förhindrande av beläggning av kalciumkarbonat i en indunstningsanläggning - Google Patents

Description

515 452 .U U 2 material, dvs. svartlut, behandlas och snabbare i samband med högre torrsubstanshalter. För att få en indunst~ ningsanläggning att fungera tillfredsställande, måste de nedsmutsade ytorna tidvis rengöras.

De värsta problemen.med nedsmutsning i indunstningsanlägg- ningar för svartlut är förenade med kalciumkarbonatbelägg- ningar. Beläggningar orsakade av kalcium består huvud- sakligen av kristallkalciumkarbonatbeläggningar eller binärsaltsbeläggningar av kalciumkarbonat och natriumkar- bonat. Kalciumkarbonat är en mycket svårlöslig förening och strödda partiklar av det i luten orsakar inte ned- smutsning.

Det har observerats att uppkomsten av beläggningar av kalciumkarbonat är mera beroende av lutens temperatur än av dess torrsubstanshalt. Enligt Frederick och Grace (Southern Pulp and Paper Manufacturer 42 (1979) 8:22) ökar mängden upplöst kalcium i svartlut, emedan kalcium bildar en förening med ligninet i svartluten. Ligninfragmenten som bildas under koket och som innehåller angränsande hydroxylgrupper, speciellt i en aromatisk cyklisk struk- tur, reagerar med kalcium. Detta komplex är instabilt vid höga temperaturer och sönderfaller då och befriar kalcium- jonen i närheten av den heta ytan, varvid kalciumjonen snabbt förenar sig med karbonatjonen i svartluten och en beläggning uppstår på ytan.

Enligt Frederick och Grace kunde kalciumbeläggningarna minskas eller förhindras medelst en behandling där svartluten upphettas till ca 150-l60°C och hålls vid denna temperatur i 10-20 minuter.

Det ovan beskrivna förfarandet, vid ^vilket svartluten upphettas till en temperatur av ca l50°C, har inte använts allmänt, då den tilläggsenergi som skulle behövas kunde betyda en märkbar extra kostnad. 10 l5 20 25 30 35 515 452 3 REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett ekonomiskt och effektivt förfarande som lämpar sig för att förhindra uppkomsten. av' kalciumkarbonatbeläggningar' på värmeöverföringsytorna i. en indunstningsanläggning för svartlut.

Enligt föreliggande uppfinning a) upphettas den kalcium- haltiga svartluten till ca 110-145°C medelst direkt kontakt med ett upphettningsmedium; b) svartluten hålls vid denna temperatur i ett uppehålls- kärl i 1-20 minuter för att reducera kalciummängden i svartluten genom utfällning av kalciumkarbonat; och c) den värmebehandlade luten indunstas för förbränning.

Föreliggande uppfinning åstadkommer till exempel en lösning till problemet som numera förekommer vid många indunstningsanläggningar i fabriker för kemisk massa. Vid framänden av en indunstningsanläggning (i ångans ström- ningsriktning) har ökad nedsmutsning av värmeöverförings- ytorna kunnat konstateras. Detta har förmodligen att göra med ändrade kokmetoder.

Modifikationer av sulfatprocessen har utvecklats, välkända metoder, såsom SUPERBATCH-processen och. RDH-processen.

Genom dessa metoder har värmeekonomin förbättrats och lågt Kappa-tal vid kok uppnåtts genom att återanvända svartlut som bildas vid koket. Vid kontinuerligt kok är det också möjligt att cirkulera svartlut till flisförbehandling under impregneringssteget, såsom beskrivits t.ex. i WO- patentansökningen 96/07787. Genom att svartlut cirkuleras till början av koket i en sulfatprocess blandas svavelfö- reningar i cellulosamaterialet, vilka föreningar, i och med att de sänker massans Kappa-tal, har en mycket fördelaktig inverkan under impregnationssteget. Också 10 15 20 25 30 35 515 452 4 andra svavelhaltiga lutar, såsom grön- och vitlut, används vid förbehandlingen av flisen.

Vid förbehandlingen är temperaturen typiskt ca 80 till l40°C. Dessa temperaturer är betydligt lägre än vid själva koket (t.ex. l70°C). Vid förbehandlingen frigörs kalciumet från veden till behandlingsluten, och då blir litet lösligt kalcium kvar i luten när luten avlägsnas från förbehandlingen. Denna lut förenas med svartluten från koket, och blandningen av dessa två ämnen leds till indunstningsanläggningen, där det lösliga kalciumet under lämpliga förhållanden utfälls på värmeöverföringsytorna.

Om flismaterialet behandlas i koket vid en temperatur över l50°C, utfälls kalciumet som karbonat på fibrerna som redan är i kokaren, varvid uppkomsten av kalciumbeläggning förhindras i en svartlutsindunstningsanläggning. Den numera konstaterade ökningen av indunstningsanläggningar- nas nedsmutsning orsakas av att grönlut tillsätts under förimpregneringen t.ex. vid en temperatur av 85°C till svartlutströmmen som skall indunstas. Vid denna temperatur är kalciumet som lösgörs från flisen lösligt eller dispergerat.

Föreliggande uppfinning baserar sig' pà den förvånande upptäckten att de skadliga beläggningarna på värmeöverfö- ringsytorna kan förhindras med en snabb värmebehandling vid låg temperatur. Man tror att kalciumjonerna vid förbehandlingen tillsammans med de organiska ämnena som har frigjorts från veden bildar salter eller komplex, t.ex. kalciumsåpakomplex, vilka bryts ned vid.en betydligt lägre temperatur än de ovan beskrivna kalciumlignin- komplexen. Den frigjorda kalciumjonen bildar tillsammans med karbonatjonerna i svartluten kalciumkarbonat i fast form, vilket blir kvar i luten och utfälls inte när värmebehandlad lut indunstas efter denna behandling.

Enligt uppfinningen kan värmebehandlingen utföras på luten som kommer från förbehandlingen eller på blandningen av 10 l5 20 25 30 35 515 452 5 luten från förbehandlingen och svartluten som man fått från själva koket och som skall inmatas i indunstningsan- läggningen. Värmebehandlingen enligt uppfinningen kan således skydda indunstningsanläggningen mot nedsmutsning vid lägre temperaturer än de som används i de konven- tionella metoderna. Grundprincipen i värmebehandlingen är att skapa förhållanden som förhindrar uppkomsten av beläggningar redan i värmebehandlingskärlet, så att beläggningar inte bildas i själva indunstningskärlet.

Inget kalciumkarbonat behöver tillsättas i luten som skall värmebehandlas. Uppfinningen åstadkommer ett förfarande som är effektivt vad gäller värmeekonomin, då sekundärånga som produceras i indunstningsanläggningen kan användas för uppvärmning av luten vid värmebehandlingen.

Värmebehandlingen enligt uppfinningen kan tillämpas inte endast i samband med indunstningen av sulfatsvartlut, utan också vid indunstning av avlut från en sodamassaprocess.

Förutom förbehandlingslut finns det vid en kemisk massa- fabrik också andra kalciumhaltiga lutar vilka kan be- handlas enligt föreliggande uppfinning.

Numera, då man strävar till att ordna sluten vattencirku- lation i massafabriker, har man märkt att en lösning är att indunsta blekeriutsläppen och behandla det förkoncent- rerade utsläppet tillsammans med svartluten. Syrahaltigt avloppsvatten innehåller särskilt stora mängder med lösligt kalcium. Därför kan uppblandandet av blekeriut- släpp och filtrat med svartlut orsaka ökad nedsmutsning av värmeöverföringsytorna j. en indunstningsanläggning för svartlut. Genom att behandla en blandning av svartlut och blekeriutsläpp är det möjligt att betydligt minska nedsmutsningen.

I en kemisk massafabrik är det också möjligt att tillsätta andra kalciumhaltiga lutar än blekerivätskor i avluten som 10 15 20 25 30 35 515 452 6 skall indunstas. Dessa kan till exempel utgöras av avfallssyra från en klordioxidanläggning, sulfitavlut eller CTMP-lut. Genom att värmebehandla sådan lut eller en blandning av sådan lut och alkalisk avlut i enlighet med uppfinningen, är det också möjligt att förhindra nedsmuts- ning.

Värmebehandlingen utförs vid en temperatur av 110 till l45°C. företrädesvis 5 till 10 minuter.

Värmebehandlingstiden är l till 20 minuter, Uppkomsten av kalciumbeläggningar är också beroende av torrsubstanshalten i svartluten. En lämplig torrsubs- tanshalt beror t. ex. på lutens egenskaper, men är typiskt 35-45 %. Ett typiskt ställe där Värmebehandlingen sker i en sjustegs- motströmsindunstningsanläggning är före det andra eller det tredje steget.

I förfarandet enligt uppfinningen upphettas en lut som innehåller kalcium, såsom svartlut, genom att bringa den i direkt kontakt med ett hett upphettningsmedium, varmed risken för nedsmutsning av en värmeväxlare vid Värmebe- handlingen undviks. Man kan här utnyttja den upphett- ningsånga som är bäst tillgänglig på fabriken. Lämplig ànga kan till exempel vara färsk làgtrycksánga eller sekundärånga från det första indunstningssteget i ångans riktning, och då kan användningen av färsk ånga undvikas.

Lämplig sekundärånga finns tillgänglig i en indunst- ningsanläggning där avluten indunstas i det sista steget till en hög torrsubstanshalt (75-90 %) och medeltrycksånga används vid den sista indunstningen.

Uppehållskärlet vid Värmebehandlingen kan vara ett skilt kärl, nedre delen av ett indunstningskärl eller en separat del anordnad i ett indunstningskärl, avskild med en skiljevägg. Kontakten mellan luten och ångan kan ordnas till exempel i en skild kondensator före uppehållskärlet lO 15 20 25 30 35 515 452 7 eller inne i det. Det fördelaktigaste arrangemanget av apparatur beror dock på temperaturen och trycket som krävs för värmebehandlingen i fråga och på indunstningsanlägg- ningens anslutningar och förhållanden.

I stället för ånga, kan lika väl hetare lut användas för upphettning av luten som skall värmebehandlas. När luten som ska värmehandlas är alkalisk avlut, är den hetare luten företrädesvis en vätska som cirkulerar i indunst- ningsanläggningen, till exempel i en fallfilmsindunst- ningsanläggning eller en anläggning med tvångsstyrd cirkulation. Härvid används indunstningskärlets nedre del som uppehållskärl. En sektion som avskiljs med en skilje- vägg, exempelvis en baffelplåt, kan anordnas i den nedre delen för att säkerställa en tillräckligt lång uppehålls- tid. För att förhindra uppkomsten av skadlig beläggning i lutcirkulationen, skall möjligheten av att icke-värmebe- handlad lut slipper in i cirkulationen minimeras.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Förfarandet enligt uppfinningen beskrivs nedan närmare med hänsyftning till bifogade ritningar, av vilka Figur 1 visar schematiskt en som exempel anförd utförings- form av föreliggande uppfinning; Figur 2 visar schematiskt en detalj av en annan utförings- form av föreliggande uppfinning; och Figur 3 visar schematiskt en tredje utföringsform av föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Figur 1 visar den främre änden av en flerstegsindunst- ningsanläggning seddi.ångans strömningsriktning. Indunst- ningsanläggningen omfattar efter varandra följande steg 10 15 20 25 30 35 u; n. 4 n v» »z m t. , 1; u» »l .. . . ,. . a: u. l» \ »_ | - a n» -m | f .». ~.- x »- . . , . . a* - - s; a n 1 n . ,- ~f 8 som arbetar vid gradvis sjunkande tryck och temperaturer, varav de tre första stegen I-III visas. Steg I omfattar faserna IA, IB och IC. är fall- filmsindunstare, men även andra indunstare lämpade för Indunstarna i Fig. 1 indunstning av lut kan användas.

Luten från steg IV (visas inte) leds genom ledning 2 till steg III, i vilket den indunstade luten leds genom ledning 4 till steg II. Därifrån strömmar luten vidare i ledning 6 till första steget, vilket omfattar två faser IA, IB som är förenade i en serie på lutsidan, och fas IC. Luten indunstas först i steg IB, varifrån den inmatas i steg IA.

Därefter leds luten genom ledning 10 till den slutliga indunstningen i steg IC, där luten indunstas till en hög koncentration av torrämnen, dvs. 75-90 %, och därifrån den kraftiga luten avlägsnas genom ledning 12 till förbrän- ning. Den sekundära ångan som produceras i fas IC i steg I, vilken fas utförs med medeltrycksångan från ledning 18, leds genom ledning 20 till steg II för att användas som upphettningsånga. Medeltrycksàngans tryck är typiskt 9-17 bar(g) (900-1.700 kpa). parallellt förenade på àngsidan, varvid lågtrycksánga Faserna IA, IB i första steget är används i dem i ledning 22. Den färska lågtrycksångans tryck är typiskt 2-4 bar(g), och den sekundära ångan som avskiljts ur svartluten leds genom ledning 24 till steg II. På motsvarande sätt nyttjas i de övriga stegen sekundärånga sowlproduceras i motsvarande föregående steg.

Sekundärångan från steg II inmatas via ledning 26 i steg III för att användas som ^upphettningsånga där, medan sekundärångan i ledning 28 från steg III sedan används på motsvarande sätt.

Ett värmebehandlingssystem enligt uppfinningen anordnas mellan stegen II och III, varvid systemets huvud- komponenter är en direktkondensator 14 och en uppehålls- tank 16. Luten som indunstas i steg III förvärms i värmeväxlaren 18, vari temperaturen är lägre än nedbryt- lO l5 20 25 30 35 ..@ -. n u a f .ø o - .- . a; :i I: OV I f i I - l f I: 4: :1 n - 1 1 v 1 I .,,= , 1 g. :vv s, :u o: a . = f 11 l- q n u. n r i 1 , 1 , , 2 X, f: .. »Q à 9 ningstemperaturen för ett kalciumkomplex för att undvika uppkomsten av beläggningar i apparaturen. Luten förvärms t.ex. till ca 90°C. Luten strömmar genom ledning 4 till kondensatorn 14, där den med hjälp av ångan som kommer från fas IC via ledning 20 upphettas till temperaturen som fordras för värmebehandlingen, dvs. till 110-l45°C.

För att nedbryta de lösliga kalciumkomplexen och bilda kalciumkarbonatbeläggningar hålls svartluten under tryck i uppehållstanken 16 en tillräcklig lång tid, t.ex. ca 5 minuter. Därefter leds svartluten ut från tanken genom ledning 32 till steg II, som har ett lägre tryck och en lägre temperatur än uppehàllstanken, varvid luten expande- rar till denna temperatur och vatten avgår från luten i form av ånga. Expansionen kan lika väl äga rum i en separat vätskeavskiljare anordnad i ledning 32 före steget II.

Ett fast skikt av kalciumkarbonat har nu bildats i luten, därifrån det kan avlägsnas, om så önskas, efter steget II medelst en separator 34 i ledning 6, även om en sådan avskiljning vanligen inte är nödvändig.

Inte endast sekundärånga frán. steg I kan nyttjas som uppvärmningsånga, utan också lágtrycksånga från ledning 36 eller sekundärånga från stegen IA, IB. Dessa ångkällor är endast tagna som exempel, och den fördelaktigaste ång- strömmen för att uppvärma svartluten bestäms av hurdana anslutningar indunstningsanläggningen i fråga har.

Fig. 2 visar en annat alternativ utföringsform för värmebehandlingen. I detta exempel utförs behandlingen i fas IC av steg I, och då behövs ingen separat tank 16. Ett utrymme 36 anordnas inne i indunstningskärlets hus, och i utrymmets övre del leds luten som skall värmebehandlas från steg III genom ledning 4. Ãnga, företrädesvis sekundärånga 38 som producerats i fas IC leds i riktning lO 15 20 25 30 35 515 452 10 mot luten. Den nedre delen av utrymmet 36 fungerar som uppehållstank, från vilken luten led tillbaka till indunstningsledningn efter en lämplig uppehållstid. Luten leds till indunstningssteg II, i vilket den expanderar och indunstas vidare. Då steg I arbetar vid ett högre tryck än indunstningssteget II, behövs ingen pumpning när luten leds tillbaka.

Om det är möjligt att uppnå en önskad temperatur, kan ett motsvarande arrangemang göras också i samband med faserna IA eller IB i steg I, då dessa fungerar med hjälp av làgtrycksånga. Luten som matas till en separat reaktions- del kan även upphettas till önskad temperatur genom att inmata ånga direkt i lutinmatningsledningn. Detta arrange- mang är fördelaktigast när värmebehandlingstiden är lång och det är önskvärt att utföra värmebehandlingen i indunstningskärlet.

Fig. 3 visar en utföringsform, där upphettningsmediet för värmehandling av lut är i stället för ånga, en lut som är hetare än den lut som ska värmebehandlas.

Liksom i Fig. 1, leds luten från steg IV (visas inte) längs ledning 102 till steg III för att indunstas, varvid uppvärmningsångan fås från ledning 126.

Därefter värmebehandlas luten medelst förarandet enligt uppfinningen för att minska mängden av lösligt kalcium.

Ett indunstningssteg med lämplig temperatur 'väljs för värmebehandlingen. Luten leds från steg III längs ledning 104 till fas IC i steget I, där temperaturen är högre än i steg III och dit färsk ånga matas från ledning 120.

Steget I omfattar faserna IA, IB och IC, som är parallellt förenade på àngsidan. Indunstningskärlet IC omfattar ett flertal vertikala värmeöverföringselement 115, vilka kan vara utförda av väsentligen parallella skivpar som är sammanfogade vid sina kanter och bildar slutna kammare 10 15 20 25 30 35 515 452 m: <- ll inne i huset 114. Värmeöverföringselementens inre kammrar, som bildar zonen där ångan kondenseras, är vid sina övre ändar förenade med en matarledning 130 för ångan och vid sina nedre ändar med en utloppsledning 132 för ånga och kondensat. En fördelningsanordning 134 är anordnad.ovanför värmeöverföringselementen för att fördela luten väsent- ligen jämnt över värmeöverföringselementens yttre ytor.

Utrymmet som omringar värmeöverföringsytorna bildar en kokzon 136 för luten i huset 114. En inloppsledning 138 är anordnad i husets nedre del för att mata lut till husets botten.

Från induntningsanläggningens nedre del 16 leds luten med en ledning 117 till fördelningsanordningen 134. Därifrån strömmar den ned.över värmeöverföringselementens 115 yttre ytor och upphettas på detta sätt genom indirekt kontakt med ångan innanför värmeöverföringselementen, vilken ånga har matats genom ledning 120. Luten uppsamlas på indunsta- rens botten 116, därifrån den cirkuleras till värmeöverfö- ringselementens övre del och dit även luten som skall värmebehandlas leds från ledning 104. Ångan som avdunstat ur luten avlägsnas genom ledning 122 till steget II. Den cirkulerade lutens temperatur är högre än den längs ledning 104 till indunstaren kommande lutens, varvid lutblandningen på indunstarens botten blir 110-145°C, vilket är den önskade behandlingstemperaturen. Indunsta- rens nedre del och cirkuleringshastigheten skall dimen- sioneras så att en tillräcklig uppehållstid, dvs. 1 till 20 minuter, uppnås för att luten skall utfälla kalciumet innan den avlägsnas från indunstningsanläggningen. Detta arrangemang tillämpas bäst när uppehållstiden är kort.

I stället för en fallfilmsindunstningsanläggning kan en indunstningsanläggning med tvångsstyrd cirkulation användas för att upphetta luten som skall värmebehandlas med hjälp av den cirkulerande luten för att utföra 10 15 515 452 12 värmebehandlingen. I stället för ett skivelement, kan ett tubformigt värmeöverföringselement användas.

Luten som skall värmebehandlas leds genom ledning 108 för att indunstas i steg II, och därifrån leds den genom ledning 106 till faserna IA, IB, vilka är seriekopplade på lutsidan och parallellkopplade på ångsidan. Färsk låg- trycksánga matas till faserna IA och IB fràn ledning 120.

Den kraftiga luten leds till förbränning genom ledning llO. Även om uppfinningen här visats och beskrivits enligt det som i dag anses vara den mest praktiska och fördelaktiga utföringsformen, är det klart för fackmannen att många modifikationer kan göras inom ramen för bifogade patent- krav.

Claims (15)

10 15 20 25 30 35 515 452 13 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för förhindrande av nedsmutsning av vär- meöverföringsytori.en.flerstegsindunstningsanläggning'för alkalisk avlut i kemisk massaindustri genom värmebe- handling av kalciumhaltig lut som skall matas till indunstningsanläggningen, kännetecknat av att det omfattar följande steg: (a) den kalciumhaltiga svartluten upphettas till ca 110- l45°C medelst direkt kontakt med ett upphettningsmedium; (b) svartluten hålls vid denna temperatur i ett uppehålls- kärl i 1-20 minuter för att reducera kalciummängden i svartluten genom utfällning av kalciumkarbonat; och (c) den värmebehandlade luten indunstas för förbränning.

2. Förfarande enligt patentkravet l, kännetecknat av att värmebehandlingen utförs vid en temperatur av 115-l45°C.

3. Förfarande enligt patentkravet l, kännetecknat av att uppehållstiden i steget b) är 5 till 10 minuter.

4. Förfarande enligt patentkraven l-3, kännetecknat av att upphettningsmediet i steg a) är ånga.

5. Förfarande enligt patentkraven 1-3, kännetecknat av att upphettningsmediet i steget a) är en lut som är hetare än luten som skall värmebehandlas.

6. Förfarande enligt patentkravet l, kännetecknat av att avluten är en sulfatsvartlut.

7. Förfarande enligt patentkravet 6, kännetecknat av att luten före steget a) indunstas i åtminstone ett indunst- ningssteg till en torrsubstanshalt av 35-45 %. 10 15 20 25 30 35 515 452 14

8. Förfarande enligt patentkravet 6, kännetecknat av att upphettningsmediet i steget a) är ånga eller indunst- ningsånga, och att den värmebehandlade luten avlägsnas från uppehállstanken mellan stegen b) och c), expanderas och indunstas i följande indunstningssteg.

9. Förfarande enligt patentkravet 8, kännetecknat av att avluten för att expanderas leds från uppehàllstanken till följande indunstningssteg, i vilket temperaturen är lägre än i värmebehandlingen, och där avluten expanderas på lutsidan av indunstningskärlet.

10. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av att den slutliga indunstningen av alkalisk lut i en fler- stegsindunstningsanläggning utförs med hjälp av medel- trycksånga, och att ångan. sonl används i steget b) är sekundärånga från den slutliga indunstningen.

11. ll. Förfarande enligt patentkravet 5, kännetecknat av att värmebehandlingen.utförsi.ett indunstningskärl omfattande en lutcirkulatíon ovanför värmeöverföringselementen och att upphettningsmediet är cirkulerad lut.

12. Förfarande enligt något av de föregående kraven, kännetecknat av att den alkaliska avluten härrör från ett sulfatkok som innefattar ett förbehandlingssteg i vilket finfördelat cellulosahaltigt material impregneras med svavelhaltig lut, och den svavelhaltiga luten härstammande från förbehandlingssteget behandlas i stegen a) och b) och förenas med avlutsströmmen för att indunstas före utföran- det av steget c).

13. Förfarande enligt något av de föregående kraven, kännetecknat av att den alkaliska avluten härrör från ett sulfatkok som omfattar ett förbehandlingssteg i vilket finfördelat cellulosahaltigt material impregneras med svavelhaltig lut, och den svavelhaltiga luten härstammande 10 515 452 15 från förbehandlingssteget sammanblandas före steget a) med avlutsströmmen för att indunstas.

14. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av att den kalciumhaltiga luten är en alkalisk avlut, i vilken före steget a) tillsätts annan kalciumhaltig lut, såsom sulfitavlut, avfallssyra från en klordioxidanläggning eller utsläpp från ett blekeri.

15. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av att den kalciumhaltiga luten är ett utsläpp från ett blekeri, som tillsätts efter steget b) i den alkaliska avluten.