SE524247C2 - Metod vid produktion av grönlut - Google Patents

Description

non. e u v 10 15 20 2st 30 35 W p 524 247 _ P1713-1o1 '2 ' n » - u «n som erhålles även innehåller NaSH vilken också löses i svagluten varefter denna NaSH i svagluten oxideras vilket medför en oönskad barlast i fabriken.

I US 4.536.253 (1985) visas en process för att kontrollera vitlutens egenskaper för att därigenom möjliggöra en effektivare kemikalieanvändning samtidigt som problem orsakade av ojämn kvalitet på vitluten avses att minskas. Problemen som beskrivs är helt relaterade till kvaliteten på vitluten och nämner inga problem relaterade till svaglutens tillsättning i srnältalösaren.

I US 5.213.663 (1993) beskrivs en process för att reglera natriumkarbonat- koncentrationen i grönluten i smältalösartanken. Denna process utgör ett exempel på hur man utnyttjar svaglutens förmåga att lösa redan bildade avlagringar men angriper inte roten till problemet d.v.s. att förhindra eller minimera uppkomsten av dessa.

En annan process som behandlar problemet med avlagringar fiån grönlut i smältalösaren och intilliggande rör och arman utrustning för transport av grönlut beskrivs i US 5.820.729 (1998). Denna process är ytterligare ett exempel på hur man utnyttjar svaglutens tönnåga att lösa avlagringar men inte heller detta dokument presenterar en metod för att förhindra eller minimera uppkomsten av dessa.

Det är vidare känt bland annat genom en artikel av W. J. Frederick Jr och Rajeev Krishnan ”Pirssonite deposits in green liquor processing” publicerad i TAPPI Journal i februari 1990 att pirssoriiteavlagringama i smältalösaren kan minskas genom att låta mesa bäras över med svagluten från mesatvätten. Metoden genererar dock en otördelaktig ñrlust av mesa då de partiklar som bärs över från mesatvätten leds till smältalösaren för senare separering och dumpning som slam från grönlutklamingen/filtreringen istället för att ledas till mesaugnen för ombränning till bränd kalk, CaO KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att erbjuda en metod att i allt väsentligt eliminera eller åtminstone minimera en rad av de negativa effekter som orsakas av avlagringar i smältalösartanken. Detta åstadkommes genom att en lösning av natriurnhydroxid tillsätts svagluten i en position innan svagluten tillsätts smältalösartarrken för att därigenom höja koncentrationen av natriurriliydroxid i denna svaglut så att en del av den kalciumoxid som finns löst i svagluten fälls ut. - ~vua ~ _ .men v 10 l5 20 25 30 35 524 24-7 P1713-1o1 '3 ' ' v n o ~ <- Tack vare uppfinningen kan anläggningsutnyttjandet bibehållas hö gt i kemikalieåtervinningen både vad avser sodaparman och produktionen av grönlut i smältalösaren. Tillgängligheten ökar också genom att underhållsbehovet minskar till följd av de minskade avlagringarnai smältalösaren och på de rör, pumpar och annan utrustning som normalt är utsatta och fordrar rengöring med jämna mellanrum antingen mekaniskt eller kemiskt eller både och.

Uppfinningen låter sig förklaras av att det firms två typer av avlagringar i smältalösaren och till derma anslutna pumpar och rör. Den ena typen utgörs av pirssonit Na2Ca(CO3)2 - 2H2O. Derma typ av avlagring är välkänd och uppstår mest på grund av för hög densitet på grönluten. Det är därför viktigt att ha en god kontroll på utgående densitet fiän smältalösaren. Den andra typen utgörs av kalciumkarbonat, CaCO3, vilka avlagringar hittills inte uppmärksammats i samma grad som pirssonit. Dessa avlagringar orsakas av att svaglutens innehåll av löst natriurnhydroxid nurnera kan vara mycket lågt, typiskt 5-10 g/l. Vid dessa låga natriumhydroxidhalter är svaglutens innehåll av löst kalciumoxid betydande. En orsak till låga natriurnhydroxidhalter är att man i nyare anläggningar har effektivare filter för separering av vitlut och mesa. Detta resulterar i att det mesta av alkalit tas ut som vitlut och väldigt lite följer med mesan och kommer till svagluten. I äldre kausticeringsanläggningar var däremot svaglutens innehåll av natriurnhydroxid betydligt högre, typiskt >2O g/l. Vid en sådan natriurnhydroxid- koncentration är emellertid lösligheten för kalciumoxid i svagluten mycket liten, för att inte säga obefintlig, och således orsakade inte svagluttillsättningen några dylika avlagringar i smältalösaitariken, åtminstone inte i sådan mängd att några negativa effekter av detta uppstod.

Genom uppfinningen uppnås den fördelen att den lösta kalciumoxiden fälls ut redan innan svagluten när grönluten i smältalösaren. Därför kan kalciumoxiden inte ge upphov till avlagringar/"inkruster" i smältalösaren eller efterföljande pumpar/rör. Därutöver vinner man samtidigt den synergistiska effekten att de utfällda partiklarna bildar "groddytor" som gör att eventuell pirssonit inte fälls ut på utrustningens ytor utan istället på "groddytoma".

En ytterligare fördel med uppfinningen uppnås genom att hålla koncentrationen av natriumhydroxid i svagluten från den tvättade mesan är under 20 g/l, företrädesvis under 15 g/l och än mer föredraget under 10 g/l innan någon tillsättning av natriurnhydroxid görs samt att tillsättningen av natriurnhydroxid till svagluten görs i en sådan mängd så att koncentrationen av natriurnhydroxid i svagluten ökar minst 20%, företrädesvis minst 10 15 20 25 30 35 524 24/ P1713-1o1 '4 ' ' ' 40% och än mer föredraget minst 60%. Detta bidrar till ett effektivare användande av natriumhydroxid i jämförelse med äldre processer där natriumhydroxid-koncentrationen i svagluten är naturligt hög genom mesans högre innehåll av natriumhydroxid.

KORT FIGURBESKRIVNING ”Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i mer detalj med hänvisning till de bifogare ritningsfigurerna, i vilka: Fig. l visar ett flödesscherna över ett avsnitt i en kausticeringsariläggriing där uppfinningen tillämpas Fig. 2 visar ett diagram över kalciumoxidens (CaO) löslighet i beroende av koncentrationen av natriumhydroxid (N aOH) DETALJERAD FIGURBESKRIVN ING Figur l visar ett flödesschema över en anläggning för kemikalieåtervinning i en sulfatmassafabrik. Figuren visar även schematiskt hur uppfinningen tillämpas i en föredragen utföringsfonn. Kemikalieåtervinningen innefattar följande utrustning: sodaparma 1, smältalösare 2, grönlutklamare 3, slamfilter 4, kalksläckare 5, kausticeringskärl 6a, 6b, vitlutfilter 7, mesafilter (atmosfäriskt) 9 samt mesaugn 10.

Utöver denna utrustning firms rör, pumpar, tankar, mätinstrument och reglerutrustning och annan utrustning som är välkänd för fackmannen.

Sodapannan 1 är en ångpanna som är anpassad för att brârma svartlut. Den är också en kemisk reaktor och utgör det första steget i omvandlingen av de i massatvätten återvunna kemikaliema till nya kokkemikalier. Den indunstade luten (tj ockluten) sprutas in i sodapannans 1 ugn genom speciella munstycken. F örbränningslufi blåses in och luten torkas av de heta rökgaserna och bildar en bädd på ugnens botten. I denna förgasas den organiska substansen och slutförbränns högre upp i ugnen. Avgiven koldioxid bildar med en del av natriumet i torrsubstansen natriumkarbonat (NagCOg) - soda - vilket gett Sodapannan 1 dess nanm. Bildat natriumsulfat (N a2SO4), och natriumsulfat som eventuellt tillsatts som make up-kemikalie, ombildas genom reduktion med hjälp av kol i den förkolade torrsubstansen till natriumsulfid (N azS).

Natriumsulfid är en verksam kokkemikalie.

Natriumkarbonat (N agCOg), natriumsulfid (N agS) och en del ballastkemikalier rinner ut ur ugnens botten i form av smälta 14 ned i smältalösaren 2. Där upplöses smältan 14 i så kallad svaglut 15 från vitlutsberedningen och kallas då grönlut 16. Grönluten 16 från 10 15 20 25 30 35 524 247 P1713-1o1 :sz z " I . u n oo sodaparman 1 går vidare till vitlutberedningen som är det sista processteget i återvinningssystemet. Natriurnsulfiden i smä1tan14, töreliggeri grönluten 16 som natriurnhydroxid och natriurnvätesulfid. Dessa ärrmen passerar i princip utan att förändras genom vítlutberedningen. Natriumkarbonatet måste omvandlas till natriurnhydroxid. Merparten av natriurnhydroxiden i vitluten kommer från derma omvandlingsprocess.

Grönluten 16 från smältalösaren 2 renas först från uppslamrnade föroreningar. I schemat i figur 1 sker det i en grönlutklamare 3 som avskíljer slamrnet genom sedimentering.

Under senare år har man också börjat använda tryckfilter. En nyligen utvecklad apparat är ett tubfilter , kallat "cassette filter". Grönlut 16 som finns kvari det avskilda slamrnet tvättas ut på ett slamfilter 4. Filtratet (svaglut) pumpas till sodapannans 1 smältalösare 2.

Den renade grönluten 16 går till kalksläckaren 5 där den blandas med bränd kalk.

Vattnet i grönluten 16 reagerar med kalken som blir kalciumhydroxid. Sand och oreagerade kalkbitar skrapas ut och körs till tipp. I släckaren påbörjas också "kausticeringsreaktionen". Från kalksläckaren 5 går blandningen av lut och kalk till flera seriekopplade kausticeringskärl 6a, 6b. Där fortsätter reaktionen mellan natriumkarbonat och kalciumhydroxid. Produkten blir natñurnhydroxid och kalciumkarbonat (CaCOg). Natriumhydroxid kallas också för kaustiksoda. Därav kausticering, som reaktionen kallas. Endast ca 80% av natruirrrkarbonatet kan omvandlas till natriurnhydroxid då reaktionen är en j ärnviktsreaktion.

Efier kausticeringen har man fått tillbaka natriumhydroxiden och luten är åter vitlut.

Innan den kan användas måste man avskilja den andra reaktionsprodukten, kalciumkarbonat, som kallas mesa. När den avskilts är vitluten färdig att åter användas i kokeriet.

Avskiljningen av mesan, vitlutklarningen, sker i modernare filterutrustriingar med tryckskivfilter. Ofta tvättas mesan som avskiljs delvis redan i skivfiltret till exempel med hetvatten. Detta sker med en spray från tvättdysor inne i filtret. Separerad mesa kan sedan spädas med till exempel indunstnjngskondensat eller hetvatten. Den tvättade och utspädda mesan lagras i en törrädstank. Därifrån pumpas den till ett mesafilter 9 av vakuumtrumtyp. Där sker sluttvätt och torkning till ca 75% torrhalt. Mesan törs sedan till en mesaugn 10, där den bränns om till kalk. Mesaugnen 10 är en roterugn som består av ett långt, svagt lutande rör. Mesan matas in i ugnens övre ända. I nedre ändan tillförs 10 15 20 25 30 35 524 247 P1713-1o1 '6 i ' u a . - | 'o bränsle som kan vara olja, gas, tallolja, metanol från kondensatrening eller biobränsle.

Av rotationen matas mesan ned mot brännzonen där temperaturen är cirka 1 200°C. I ungen sker torkning, kalcinering d.v.s. omvandling av kalciumkarbonatet till kalciumoxid samt sintring. Därmed är kretsloppet för kalkåtervinningen fullbordat.

För utövande av uppfinningen är det i första hand smältalösaren 2 och en tank ll för svagluten 15 som är den utrustning som tas i anspråk för utövande av uppfinningen, vilket även markerats i figur 1 inom det streckade området. Det ska förstås att denna tank 11 med fördel kan utgöras av en redan befintlig lagringstank för lagring av svagluten 15 men naturligtvis kan en ny tank installeras för ändamålet. I den för uppfinningen aktuella metoden bildar tvättvätskan från mesatvätten 8 och grönlutslamtvätten 4 en svaglut som leds till smältalösaren 2. Svagluten kan även tillföras olika typer av processvatten, till exempel kondensat från indunstningsanläggningen eller hetvatten. I kausticeringsariläggriingar där moderna högutbytesfilter installerats som vitlutklarare 7 ñr separering av mesan från vitluten fås en mesa med låg NaOH-koncentration. Lösligheten för kalciumoxid är starkt beroende av koncentrationen av natriumhydroxid i svagluten 15 och en låg NaOH -halt möj li ggör en hög CaO-halt. Sambandet visas i diagrammet i figur 2.

Ett rör 12 ansluts till tanken 11 för tillsättning av natriumhydroxid till denna. Genom att tillsätta natriumhydroxid till svagluten 15 i en sådan mängd att koncentrationen av natriumhydroxid i svagluten 15 ökar minst 20%, företrädesvis minst 40% och än mer ßredraget minst 60% kan delar av den i svagluten 15 lösta kalciumoxiden fällas ut.

Fällningen utgörs av kalciumhydroxid (Ca(OH)2) och i beroende av svaglutens 15 sarnmansätting kan Ca(OH)2 omvandlas till kalciurnkarbonat (CaCOg) i fast form.

Denna utfällning äger företrädesvis rum i tanken 11 och företrädesvis anordnas tillsättningen av natriumhydroxid på ett sådant sätt att utfällningen sker som små partiklar i lösningen. Dessa små partiklar kan med fördel tillåtas att följa med svagluten 15 till smältalösaren 2 för att där komma att utgöra groddytor för utfällning av resterande mängd kalciumoxid i svagluten 15. I beroende av hur mycket kalciumoxid som fälls ut i tanken 11 kan eventuellt en viss mängd avskiljas genom sedimentering.

Den avskilda fällningen kan ledas till mesasilon 13 för att på så sätt gå med till mesaugnen 10 för omvandling till bränd kalk. Väljer man att låta partiklarna följa med till smältalösaren utrustas svaglutstanken 11 gärna med en omrörare.

Som kan ses i diagrammet i figur 2 kommer tillsättningen av natriumhydroxid (N aOH) till svagluten 15 att fä olika stor effekt på utfällningen av kalciumoxid (CaO) beroende 10 15 20 25 30 35 524 247 P1113-1o1 '7 ' av vilken NaOH-koncentration svagluten 15 har innan NaOH-tillsättningen. Störst effekt täs på svaglutar med låg NaOH-koncentration där lösligheten av CaO är hög.

Uppfinningen lämpar sig därför särskilt väl där koncentrationen av NaOH i svagluten 15 i svagluttanken 11 är under 10 g/l innan någon tillsättning av NaOH görs men även svaglutar med en NaOH-koncentration på upp till 20-25 g/l kan ges en tillsats av ytterligare NaOH även om effekten av denna tillsättning inte blir lika stor.

I svaglutar med en NaOH-koncentration av exempelvis 5 g/l ger en ökning av halten till 8 g/l att 30 g CaO/m3 svaglut fälls ut i det fall att svaglutens varit mättad med CaO innan tillsättníngen. Denna utfállning motsvarar omkring 75% av den totala mängden löst CaO i svagluten. Om svagluten istället håller en NaOH- koncentration av 10 g/l ger en ökning till 13 g/l en utfállning av omkring 3 g CaO/m3 svaglut. En svaglut med en NaOH- koncentration av 15 g/l ger en utfällning av omkring 1 g CaO/m3 svaglut då koncentrationen ökas till 18 g/l.

I ett exempel där uppfinningen tillämpas i en föredragen utföringsfonn i en sulfatmassafabrik uppgår produktionen av grönlut till 5000 m3 per dygn. Från mesatvätten erhålles en svaglut med en temperatur av 70 °C och en NaOH- koncentration på 5 kg/m3. Teoretiskt kan derma svaglut lösa 40 g CaO/m3. Om NaOH- koncentrationen ökas till 8 kg/m3 genom aktiv tillsättning an NaOH, exempelvis i svaglutstanken 1 1, och utan att temperaturen på svagluten ändras kommer 75% av den lösta CaO att fällas ut. Resterande 25% vilket motsvarar 10 g CaO /m3 är fortfarande löst i svagluten och kommer att fällas ut då svagluten tillsätts smältalösaren 2. Utan någon preparering av svagluten enligt uppfinningen skulle 200 kg CaO per dygn fällas uti smältalösaren men med en tillämpning av uppfinningen enligt ovanstående exempel kommer 150 kg per dygn istället att fällas ut i svaglutstanken ll i form av små partiklar av kalciurnhydroxid (Ca(OH)2) och kalciurnkarbonat (CaC03). Resterande 50 kg kommer att fällas ut i smältalösaren och företrädesvis på de redan utfällda partiklarna som tillåtits följa med svagluten från svaglutstanken 11.

Lösligheten för CaO i svagluten 15 beror förutom av koncentrationen av NaOH även av dess temperatur på så sätt att lösligheten minskar med en ökad temperatur.

Uppfinningen innefattar även att använda detta samband för att fälla ut CaO. Det är således möjligt att fälla ut CaO genom att öka temperaturen på svagluten 15. Metoden begränsas dock av att svaglutens 15 temperatur då den leds till smältalösaren 2 måste ligga på en sådan nivå att man undviker kokning i smältalösaren 2. Det är således en fördel vid tillämpning av uppfinningen att svaglutens 15 temperatur beaktas. 10 15 20 25 30 .v24 24-7 1>1713-1o1 's ' ' u ø ø | a :I För att tillämpa det ovan beskrivna sättet att fälla ut CaO kan i en variant av uppfinningen anordnas ett separat steg där temperaturen i ett första skede höjs för att fälla ut CaO varefier svagluten 15 i ett senare skede kyls ner till en lämplig temperatur för tillsättning i smältalösaren 2. Det är möjligt att utfällt Ca(OH)2 behöver separeras från svagluten före kylningen , för att denna inte ska lösas åter.

Uppfinningen begränsas inte av vad som ovan beskrivits, utan kan varieras inom ramarna för de efterföljande patentkraven. Det inses exempelvis att natriumhydroxid kan tillsättas svagluten 15 i en arman position än i tanken 1 1. Lämpligen tillñrs natriumhydroxid till svagluten efter att grönlutslammet separerats i slanifiltret eller att mesan separerats från mesafiltret. Det kan till exempel vara fördelaktigt att inrätta en särskild tank för detta ändamål då man genom sedimentation önskar ta ut en del av fällningen. Det är givetvis möjligt att separera fällningen från svagluten 15 genom andra för fackmannen kända separationsmetoder, exempelvis genom filtrering, men det skall förstås att det inte är ett väsentligt särdrag för uppfinningen hur detta görs.

Med hänvisning till diagrammet i figur 2 inses att uppfinningen även kan tillämpas på svaglut med koncentrationer av natriurnhydroxid på uppemot 25 g/l.

Tillsatsen till svagluten 15 utgörs företrädesvis av en lösning av natriumhydroxid men fackmannen inser att uppfinningen även medger att tillsatsen utgörs av andra alkaliska lösningar såsom till exempel vitlut, grönlut eller en blandning av dessa lösningar.

Inom ramen för uppfinningstanken är det också tänkbart att tillsätta natriumhydroxiden till något av de filtrat som kommer att utgöra del av svagluten. Företrädesvis har detta filtrat ingen eller låg halt av löst CaO för att undvika utfällning av Ca(OH)2.

Det är fördelaktigt om tillsättningen av alkali till svagluten 15 görs i en tank men uppfinningstanken innefattar även en tillsättning av alkali i den ledning som transporterar svagluten 15 till smältalösaren 2. Det är även tänkbart att anordna tillsättningen i smältalösaren 2 ovan vätskeytan så att utfällningen äger rum där. Dock uppnås inte den fördelen, alternativt försvåras möjligheten, att tillvarata fällningen för kemikalieåtervinning, om dessa positioner för tillsättningen väljs.

Claims (11)

524 24-7 P1713-1o1 '9 ' ' c ø . « | n» PATENTKRAV

1. Metod vid produktion av grönlut i samband med en kausticeringsprocess vid 10 15 20 25 30 35 kemikalieåtervinning inom sulfatpappersmassatillverkning innefattande att a) i ett första steg tillhandahålla en smälta (14) av kemikalier i huvudsak bestående av NagS och Na2CO3 fiån en sodapanna (1), b) i ett andra steg tillhandahålla en svaglut (15) som innehåller NaOH och CaO i lösning samt att c)i ett tredje steg tillhandahålla en smältalösartank (2) vari smältan (14) från sodaparman (1) löses i svagluten (15) för bildande av en grönlut (16), kännetecknad av att en lösning av NaOH tillsätts nänmda svaglut ( 15) i en position innan svagluten (15) tillsätts srnältalösartanken (2), för att därigenom höja koncentrationen av NaOH i denna svaglut (15) så att en del av den CaO som finns löst i svagluten (15) falls ut. .

2. Metod enligt patentkrav 1 kännetecknad av att tillsättningen av NaOH till svagluten (15) görs igen sådan mängd så att koncentrationen av NaOH i svagluten (15) ökar minst 20%, företrädesvis minst 40% och än mer föredraget minst 60% .

3. Metod enligt något av ovanstående patentkrav kännetecknad av att koncentrationen av NaOH i svag1uten(15) är under 20 g/l, .företrädesvis under 15 g/l och än mer föredraget under 10 g/l innan någon tillsättning av NaOH görs. .

4. Metod enligt något av ovanstående patentkrav kännetecknad av att temperaturen på svagluten (15) ligger i ett intervall av 20-80°C, företrädesvis mellan 45-70 °C och än mer föredraget 50-65 °C. .

5. Metod enligt något av ovanstående patentkrav kännetecknad av att svagluten ( 15) erhålls från ett processteg för tvättning av mesa .

6. Metod enligt något av patentkrav 1-4 kännetecknad av att svagluten (15) erhålls från ett processteg för tvättning av grönlutslam 10 15 20 524 247 P1713-1o1 io ' ' u u - n u u»

7. Metod enligt något av ovanstående patentkrav kännetecknad av att NaOH tillsätts svagluten (15) i en tank (11) så att nämnda CaO i svagluten (15) i huvudsak fäller ut som partiklar

8. Metod enligt patentkrav 7 kännetecknad av att nämnda partiklar åtminstone till del tillåts att följa med svagluten (15) till smältalösartanken (2).

9. Metod enligt patentkrav 7 eller 8 kännetecknad av att åtminstone en del av nämnda partiklar avskiljs från svagluten (15) innan svagluten (15) leds till srnältalösartanken (2).

10. Metod enligt något av ovanstående patentkrav kännetecknad av att den NaOH som tillsätts svagluten (15) tillsätts vid en sådan temperatur att svaglutens ( 15) temperatur väsentligen bibehålles.

11. Metod enligt något av patentkrav 1-9 kännetecknad av att den NaOH som tillsätts svagluten (15) tillsätts vid en sådan temperatur att svaglutens (15) temperatur ökar.