SE515972C2

SE515972C2 - Process and regulation of the ratio of sulfur to sodium in a sulphate pulp mill

Info

Publication number: SE515972C2
Application number: SE9500903A
Authority: SE
Inventors: Paavo Hyoety; Kari Kuukkanen
Original assignee: Tampella Power Oy
Priority date: 1994-03-16
Filing date: 1995-03-15
Publication date: 2001-11-05
Also published as: CA2144827A1; FI941236A0; SE9500903D0; CA2144827C; FI103532B1; FI941236A; FI103532B; SE9500903L

Abstract

Adjustment of S concn. in a sulphate pulp mill by removing it from the chemical recovery loop comprises removal from black liquor in the form of sulphurous odour gases. The latter are passed into a power boiler to be burned. CaO produced in a lime kiln is added in an amt. such that the 5 cpds. generated from the odour gases and CaO react forming CaSO3 and CaSO4. They are removed from the flue gases as dry dust-like reaction prods.

Description

515 972 2 separat luktgasbrännare nödvändig. Dessutom försärnrar svavlets och kalkens reak- tioner mesaugnens kalcineringsprocess. 515 972 2 separate odor gas burner required. In addition, the reactions of sulfur and lime delay the lime kiln's calcination process.

Man har sökt avlägsna svavel ur sulfatmassaprocessen genom användning av den i samband med mesaförbränningen uppstående restkalken. Detta har förverkli- gats så att svaveldioxiden från luktgasförbränningen behandlas med en NaOH-lösning, varefter den bildade natriumbisulfiten behandlas med kalciumoxid och resultatet är fast kalciumsulfit och kalciumsulfat. Detta i F I-patentansökan 920531 visade, s.k. dubbel- alkaliförfarande är synnerligen komplicerat och svårt att tillämpa i praktiken.Efforts have been made to remove sulfur from the sulphate pulp process by using the residual lime which arises in connection with the mesa combustion. This has been realized so that the sulfur dioxide from the odor gas combustion is treated with a NaOH solution, after which the sodium bisulfite formed is treated with calcium oxide and the result is solid calcium sulphite and calcium sulphate. This shown in F I patent application 920531, s.k. The double alkali process is extremely complicated and difficult to apply in practice.

Föreliggande uppfinning avser att åstadkomma ett förfarande, i vilket sva- vel kan avlägsnas från kemikaliecirkulationen i en rnassafabrik så att svavel/natrium- förhållandet kan upprätthållas på önskad nivå. Förfarandet enligt uppfinningen känne- tecknas av att luktgaserna i samband med förbränningen av svartlut leds till förbrän- ning i en förbränningspanna i massafabriken, att i en mesaugn framställd kalciumoxid tillförs förbränningspannan från mesaugnen i en sådan mängd att åtminstone de av luktgaserna bildade svavelföreningarna och kalcitunoxiden reagerar till kalciumsulﬁt och -sulfat, varigenom de kan separeras från rökgaserna som torra dammliknande reak- tionsprodukter.The present invention aims to provide a process in which sulfur can be removed from the chemical circulation in a resin plant so that the sulfur / sodium ratio can be maintained at the desired level. The process according to the invention is characterized in that the odor gases in connection with the combustion of black liquor are led to combustion in an incinerator in the pulp mill, that in a lime kiln produced calcium oxide is supplied to the incinerator from the lime kiln in such an amount to calcium sulphate and sulphate, whereby they can be separated from the flue gases as dry dust-like reaction products.

Den väsentliga idén med uppfinningen är att luktgaser innehållande olika svavelföreningar leds till förbränning i förbränningsparinan samtidigt som kalcium- oxid, som binder de i pannan under förbränningen bildade svavelföreningarna till en fast, i dammforin separerbar reaktionsprodukt, förs till förbränningspannari ﬁån mesa- ugnen. Enligt en föredragen utföringsfonn av uppfinningen leds de svavelföreningar innehållande luktgaserna först till en indunstningsanläggning och först därefter till förbränningsparinan, varvid värmeenergin i svavelföreningarna kan återvinnas vid in- dunstningen.The essential idea of the invention is that odor gases containing various sulfur compounds are led to combustion in the combustion furnace at the same time as calcium oxide, which binds the sulfur compounds formed in the boiler during combustion to a solid, dust-separable reaction product, is passed to the combustion boiler. According to a preferred embodiment of the invention, the sulfur compounds containing the odor gases are first led to an evaporation plant and only then to the combustion plant, whereby the heat energy in the sulfur compounds can be recovered during the evaporation.

En fördel med förfarandet enligt uppfinningen är att man vid avsvavlingen kan utnyttja anordningar och material som redan finns i en massafabrik, varvid inga särskilda tilläggsanordníngar behövs. En ytterligare fördel är att förfarandlet är enkelt och lätt att tillämpa i existerande massafabriker samt att investeringskostnaderna är låga. 515 972 3 I det följande beskrivs uppfinningen närmare med hänvisning till bifogade ritningar, där figur l visar schematiskt ett förfarande enligt uppfinningen i forrn av ett blockdiagram, figur 2 visar en annan utföringsforrn av förfarandet enligt uppfinningen i form av ett blockdiagram och ﬁgur 3 visar en tredje utföringsforrn av uppfinningen.An advantage of the method according to the invention is that in the desulphurisation it is possible to use devices and materials which already exist in a pulp factory, whereby no special additional devices are needed. An additional advantage is that the procedure is simple and easy to apply in existing pulp mills and that the investment costs are low. The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 schematically shows a method according to the invention in the form of a block diagram, Figure 2 shows another embodiment of the method according to the invention in the form of a block diagram and Figure 3 shows a third embodiment of the invention.

I figurerna 1, 2 och 3 visas schematiskt en massakokningsprocess till de delar som är nödvändiga för att beskriva uppfinningen. För övrigt är sulfatmassakok- ningsprocessen i sig allmänt känd och självklar för fackmannen och skall därför inte beskrivas närmare. Vidare använder figurerna l - 3 en och samma numrering av pro- cesstegen, vilka förklaras huvudsakligen i samband med figur l. l samband med be- skrivningen av de övriga figurerna förklaras de närmare enbart om det är ofrånkomligt med tanke på den ifrågavarande utföringsformen.Figures 1, 2 and 3 schematically show a pulp cooking process for the parts necessary to describe the invention. Incidentally, the sulphate pulp boiling process itself is generally known and self-evident to those skilled in the art and should therefore not be described in more detail. Furthermore, Figures 1 - 3 use one and the same numbering of the process steps, which are explained mainly in connection with Figure 1. In connection with the description of the other figures, they are explained in more detail only if it is unavoidable in view of the embodiment in question.

I figur l visas en indunstningsanläggning l, dit svartlut matas för att avlägsna vatten ur den och sålunda koncentrera svartluten. Efter indunstningen förs svartluten till en blandningsbehällare 2, där aska blandas i den. Från blandnings- behållaren 2 förs svartluten vidare till ett sista koncentreriiigssteg 3, där svartlutens torrämneshalt vid ett tryck högre än atmosfartrycket och en temperatur över 100 °C kan höjas t.o.m. till över 80 %. Från det sista koncentreringssteget 3 förs svartluten till ett expansionskärl 4, där den får svälla, varvid vattenånga och svavelhaltiga gaser kan ytterligare avlägsnas från den. Från expansionskärlet 4 förs svartluten till en sodaparina 5, där den förbränns för tillvaratagning av kemikalier. Ånga och luktgaser, som avlägsnas från det sista koncentreringssteget 3 och expansionskärlet 4, kan ledas längs en kanal 6 till indunstningsanläggningen där deras värmeenergi kan utnyttjas för indunstning av svartluten. Ångorna och de däri ingående luktgasernakan även föras direkt till förbränningspannan såsom visas med den streckade linjen 6'. På liknande sätt förs de från indunstningsanläggningen l kom- mande luktgaserna till förbränning i förbränningsparinan 7, varvid svaveloxider, huvudsakligen svaveldioxid, bildas av gaserna i förbränningsparinan 7. Förbrännings- pannan 7 kan vara en förbränningspanna av vilken som helst typ. Dylika är bl.a. cirku- 515 972 4 lerande ﬂuidbäddpannor, ﬂuidbäddpanna eller rosteldade pannor, där bark eller annat lämpligt på massafabriken rikligt tillgängligt bränsle förbränns. i De i förbränningspamian 7 bildade svaveloxiderna kan avlägsnas på olika sätt, varvid, enligt en utföringsfonn av uppfinningen, i mesaugnen 8 framställd kal- ciumoxid och vid behov även separat kalciumkarbonat tillförs förbränningsparinan 7, så att oxidema som uppstått vid förbränningen av det med bränslet och luktgaserna inkomna svavlet kan avlägsnas. Kalciumoxiden eller den vid förbränning av kalcium- karbonatet bildade kalciumoxiden reagerar partiellt med svaveloxiderna i förbrän- ningspannan 7, vilket resulterar i bildande av kalciumsulfit eller kalciumsulfat. Från förbränningspannan 7 övergår dessa tillsammans med rökgasema t.ex. till en separat avsvavlingsreaktor 9, där vatten införs i rökgasema. Härvid hydratiseras den i pannan oreagerade kalciumoxiden till kalciumhydroxid och den reagerar samtidigt aktivt med de resterande svaveloxiderna. Den med rökgasema ﬁån avsvavlingsreaktorn 9 avgåen- de dainmliknande reaktionsprodukten separeras med hjälp av ett elektriskt filter 10, och resten av rökgasema kan vid behov ledas till en gasskrubber ll, där de tvättas med en NaOH-lösning och förs vidare till skorstenen.Figure 1 shows an evaporation plant 1, where black liquor is fed to remove water from it and thus concentrate the black liquor. After evaporation, the black liquor is transferred to a mixing container 2, where ash is mixed in it. From the mixing container 2, the black liquor is passed on to a final concentration step 3, where the solids content of the black liquor at a pressure higher than the atmospheric pressure and a temperature above 100 ° C can be raised up to and including to over 80%. From the last concentration step 3, the black liquor is passed to an expansion vessel 4, where it is allowed to swell, whereby water vapor and sulfur-containing gases can be further removed from it. From the expansion vessel 4, the black liquor is taken to a soda plant 5, where it is incinerated for recovery of chemicals. Steam and odor gases, which are removed from the last concentration stage 3 and the expansion vessel 4, can be led along a channel 6 to the evaporator where their heat energy can be used to evaporate the black liquor. The vapors and the odor gases contained therein are also fed directly to the combustion boiler as shown by the broken line 6 '. Similarly, the odor gases coming from the evaporator 1 are combusted in the incinerator 7, whereby sulfur oxides, mainly sulfur dioxide, are formed by the gases in the incinerator 7. The incinerator 7 can be an incinerator of any type. Such are i.a. 515 972 4 circulating ﬂ bed boilers, ﬂ bed bed or rust-fired boilers, where bark or other suitable fuel abundantly available at the pulp mill is incinerated. The sulfur oxides formed in the combustion pulp 7 can be removed in various ways, whereby, according to an embodiment of the invention, calcium oxide produced in the lime furnace 8 and, if necessary, also separate calcium carbonate, is added to the combustion paraine 7, so the sulfur received by the odor gases can be removed. The calcium oxide or the calcium oxide formed during the combustion of the calcium carbonate reacts partially with the sulfur oxides in the combustion boiler 7, which results in the formation of calcium sulphite or calcium sulphate. From the combustion boiler 7, these are transferred together with the flue gases, e.g. to a separate desulfurization reactor 9, where water is introduced into the flue gases. In this case, the unreacted calcium oxide in the boiler is hydrated to calcium hydroxide and at the same time it reacts actively with the remaining sulfur oxides. The similar reaction product leaving the flue gases from the desulphurisation reactor 9 is separated by means of an electric filter 10, and the rest of the flue gases can, if necessary, be led to a gas scrubber II, where they are washed with a NaOH solution and passed on to the chimney.

Den väsentliga tanken med uppfinningen är uttryckligen den att lukt- gasema från alla processteg förs till förbränningspannan för förbränning och de därav bildade svaveloxiderna avlägsnas från rökgasema genom att i mesaugnen framställd kalciumoxid tillförs förbränningspannan. Härvid kan luktgasemas värmeenergi utnytt- jas på ol-ika sätt, och dessutom kan man i processen direkt utnyttja i massafabriken annars bildade material dvs. kalciumoxid. Således blir en särskild luktgaspanna onödig, och mesaugnens förbränningsprocess behöver inte heller störas för avsvavling, efter- som den för neutralisering av svavel erforderliga kalken tas från mesaugnen först efter mesabränningen och inga material som kan störa processen införs.The essential idea of the invention is expressly that the odor gases from all process steps are conveyed to the combustion boiler for combustion and the sulfur oxides formed therefrom are removed from the flue gases by adding calcium oxide produced in the lime kiln to the combustion boiler. In this case, the heat energy of the odor gases can be utilized in different ways, and in addition, in the process, materials otherwise formed in the pulp mill can be used directly, ie. calcium oxide. Thus, a special odor gas boiler becomes unnecessary, and the combustion furnace's combustion process does not need to be disturbed for desulphurisation, since the lime required for neutralization of sulfur is removed from the pulp kiln only after the mesa burning and no materials can interfere with the process.

Figur 2 i sin tur visar en utföringsforin av uppfinningen som avviker från den i figur l visade enbart när det gäller den efter förbränningspannan 7 kommande delen. I denna utföringsfonn blandas den från mesaugnen 8 erhållna kalciurnoxiden i en separat blandningsbehållare 12 med vatten, så att kalciurnhydroixid erhålls.Figure 2 in turn shows an embodiment of the invention which deviates from the part shown in figure 1 only with regard to the part coming after the combustion boiler 7. In this embodiment, the calcium oxide obtained from the lime furnace 8 is mixed in a separate mixing vessel 12 with water, so that calcium hydroxide is obtained.

Kalcíumhydroxidlösningen i sin tur leds till gasskrubbem ll, dit även rökgasema från förbränningsparman 7 förs. l denna tillämpning lyckas man avlägsna rökgasdammet isis 972 5 tillsammans med kalciumhydroxidlösningen, varvid ett separat dammﬁlter enligt figur l blir onödigt. Efter skrubbern kan rökgasema ledas direkt till skorstenen. l ﬁgur 3 visas en tredje utföringsform av uppfinningen, i vilken ett separat värmebehandlingssteg 13 för svartlut tillagts till den i ﬁgur l visade lösningen efter det sista köncentrationssteget 3, varvid svartluten värmebehandlas vid ett tryck högre än atmosfärtrycket och en temperatur högre än koktemperaturen innan den matas till expansionskärlet 4. I denna utföringsform kan mängden avgående svavel regleras med hjälp av värmebehandlingstiden och -temperaturem varvid avsvavlingen kan optimeras med hänsyn till svavelanhopningen i processen. Värmebehandlingen i sig är allmänt känd genom t.ex. FI-patentansökan 92l444, vars innehåll anses ingå i denna beskriv- ning och har därför inte beskrivits närmare. Även i samband med en utföringsforin av denna uppfinning kan ett kalciumhydroxidtvättsteg enligt figur 2 användas i stället för den separata avsvavlingsreaktorn. i iRitningen och beskrivningen ovan beskriver uppfinningen som ett exem- pel och uppfinningen är inte begränsad till enbart detta exempel. Väsentligt är att de i processen bildade luktgasema införs i förbränningspannan för förbränning och de i förbränningspannan bildade svavelöxiderna neutraliseras genom användning av den i mesaugnen framställda kalciumoxiden, som tillförs förbränningspannan. Dessutom an- vänds kalciumoxiden från mesaugnen, eventuellt genom ett separat kalciumhydroxid- steg, som en kalciumhydroxidlösning för rökgasrening. Man bör inse att då förbrän- ningspannan är en cirkulationspanna är avsvavlingen i förbränningspannan sä effektiv att en separat fuktningsreaktor blir onödig. Om så önskas kan kalciumhydroxidlös- ningstvättsteget även i denna utföringsforin användas till slutlig rening av rökgaserna.The calcium hydroxide solution in turn is led to the gas scrubber 11, where the flue gases from the combustion feed 7 are also carried. In this application it is possible to remove the flue gas dust isis 972 5 together with the calcium hydroxide solution, whereby a separate dust filter according to figure 1 becomes unnecessary. After the scrubber, the flue gases can be led directly to the chimney. Figure 3 shows a third embodiment of the invention, in which a separate heat treatment step 13 for black liquor is added to the solution shown in Figure 1 after the last sex concentration step 3, the black liquor being heat treated at a pressure higher than atmospheric pressure and a temperature higher than the boiling temperature before being fed. to the expansion vessel 4. In this embodiment, the amount of effluent can be controlled by means of the heat treatment time and temperature, whereby the desulfurization can be optimized with regard to the sulfur accumulation in the process. The heat treatment itself is generally known by e.g. FI patent application 92l444, the contents of which are considered to be included in this description and have therefore not been described in more detail. Also in connection with an embodiment of this invention, a calcium hydroxide washing step according to Figure 2 can be used instead of the separate desulfurization reactor. In the drawing and the description above, the invention is described as an example and the invention is not limited to this example alone. It is essential that the odor gases formed in the process are introduced into the combustion boiler for combustion and the sulfur oxides formed in the combustion boiler are neutralized by using the calcium oxide produced in the kiln, which is fed to the combustion boiler. In addition, the calcium oxide from the lime kiln, possibly through a separate calcium hydroxide step, is used as a calcium hydroxide solution for flue gas purification. It should be understood that since the combustion boiler is a circulating boiler, the desulphurisation in the combustion boiler is so efficient that a separate humidification reactor becomes unnecessary. If desired, the calcium hydroxide solution washing step can also be used in this embodiment for the final purification of the flue gases.

Claims

515 972 6 Patent claims

1. A process for regulating the sulfur content of a sulphate pulp mill, in which process sulfur is removed from black liquor in the form of sulfur-containing odorous gases emanating therefrom in connection with the treatment of black liquor, which are combusted after lichen separation, characterized in that the odor gases in connection with combustion of black liquor is led to combustion in a combustion boiler in the pulp mill, that calcium oxide produced in a lime kiln is fed to the combustion fuel from the lime kiln in such an amount that at least the sulfur compounds and calcium oxide formed by the odor gases react to the calcium sulphate sulfur sulphate dry dust-like reaction products. in

Process according to Claim 1, characterized in that sulfur compounds formed during the combustion of odor gases and unreacted calcium oxide after the combustion boiler are led together with the odor gases to a separate reactor, where they are moistened with water, the unreacted calcium oxide reacting with the water and calcium hydroxide, which in turn reacts with the as yet unreacted sulfur oxides.

Process according to Claim 1 or 2, characterized in that calcium oxide is additionally mixed with water to form calcium hydroxide, and the sulfur compounds containing the flue gases coming from the combustion boiler (7) are fed to a gas scrubber (11). where they are washed with a calcium hydroxide solution.

A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the desulfurization in the process is regulated by using a special heat treatment step in the treatment of black liquor, in which step the black liquor is kept at a temperature higher than during the previous treatment steps and in a pressure higher than the atmospheric pressure for a predetermined time, after which the black liquor is allowed to swell, so that a desired amount of sulfur can be removed from the black liquor in the form of odor gases.

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the combustion boiler (7) is of the rust-fired boiler type.

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the combustion element (7) is of the circulating typen bed type. 'i 5'É5 972 7

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the combustion furnace (7) is of the ﬂ bed type boiler.