FI95822C - Soodakattilan tai vastaavan kattilan sulan käsittely - Google Patents

Description

95822

SOODAKATTILAN TAI VASTAAVAN KATTILAN SULAN KÄSITTELY

Esillä oleva keksintö kohdistuu soodakattilan sulan käsittelemiseen siten, että soodakattilaan joutuvien rikkiyhdistei-5 den määrää voidaan alentaa ja siten minimoida kattilan rikkipäästöjä ja korroosio-ongelmia.

Paperi- ja selluloosateollisuudessa kemiallista massaa valmistettaessa syntynyt jätelipeä, ns. mustalipeä, tavalli-10 sesti poltetaan kemikaaleja ja lämpöä talteenottavassa uunissa. Tavanomaisessa talteenottouunissa prosessikemikaali otetaan talteen ruiskuttamalla lipeä uuniin, jolloin se kuivaa nopeasti ja palaa pelkistävissä olosuhteissa arinan yläpuolella, jolloin syntyy sula. Tämä sula sisältää 15 pääasiassa natriumkarbonaattia, natriumsulfidia ja natrium-sulfaattia. Läsnä on runsaasti myös muita yhdisteitä, mutta selluloosamassan valmistuksen kannalta oleelliset ovat pääkomponentit, Na2CC>3 js Na2S_ 20 Sulf aattitehtaassa muodostuu runsaasti rikkipitoisia kaasuja, joita poltetaan joko soodakattilassa tai meesauu-niosa. Erityisesti voidaan kehittää runsaasti rikkipitoisia kaasuja painekuumentamalla mustalipeää. Mustalipeän paine-kuumennuksessa syntyy runsaasti dimetyylisulf idia sisältävää 25 kaasua.

• ·

Esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on olennaista, että ainakin osa sulasta saatetaan kosketukseen kaasumaisen rikkiyhdisteen ja/tai eteenin kanssa poistettaessa 30 sulaa kattilasta.

Esillä olevan keksinnön mukaiselle laitteelle on olennaista, että se käsittää reaktiotilan kaasumaisen rikkiyhdisteen ja/tai eteenin ja sulan välisten reaktioiden suoritta-35 miseksi, välineet reagoivan kaasun johtamiseksi reaktioti- 2 95822 laen, välineet reagoineen kaasun poistamiseksi, ja välineet sulan poistamiseksi reaktiotilasta.

Seuraavassa oheinen keksintö selostetaan em. dimetyylisul-5 fidia sisältävän kaasun kannalta, mutta keksintö ei rajoitu siihen, vaan koskee kaikkia mahdollisia sellutehtaan rikkipitoisia kaasuja, esimerkiksi keittimön, jotka reagoivat sopivasti soodakattilan sulan kanssa.

10 Keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin kuviin.

Kuva 1 esittää keksinnön pääperiaatetta.

Kuva 2 ja 3 esittävät keksinnön mukaista laitetta.

15 Kuvat 4, 5, 6 ja 7 esittävät edullisia suoritusmuotoja soveltaa esillä olevaa keksintöä.

Kuvan 1 mukaisesti rikkipitoinen kaasu 1 esikuumennetaan saattamalla se vaiheessa I kontaktiin sulan 2 kanssa, 20 jolloin kaasu kuumenee ja lämmön vaikutuksesta aktivoituu. Esimerkiksi mustalipeän lämpökäsittelyssä hajoamatta jäänyt metyylimerkaptaani hapettuu dimetyylisulfidiksi, joka hajoaa edelleen seuraavasti: (CH3)2S -> H2S + C2H4 25 Reaktiotilassa lämpötila on edullisesti vähintään 250 °C, ·’ sopivimmin 500-1000 °C. Molemmat näin syntyvät komponentit, rikkivety ja eteeni, ovat voimakkaita pelkistimiä, jotka voivat reagoida sulan kanssa seuraavassa vaiheessa II. Mikäli läsnä on happea rikkivety hapettuu ainakin osittain 30 rikkidioksidiksi, mutta aina syntyy myös eteeniä. Reaktion tehostamiseksi ja happitason alentamiseksi voidaan kaasua 1 kuivata.

Vaiheessa II kaasu reagoi sulan kanssa. Kaikkia mahdollisia 35 reaktioita ei tunneta, mutta ainakin seuraavat reaktiot tapahtuvat: 3 95822

Na2CC>3 + K2S -> N&2S + H2O + CO2 Na2S04 + C2H4 -> Ka2S + 2 H20 + 2 CO

Täten sulan natriurasulfidipitoisuus nousee ja natriumkar-bonaattipitoisuus laskee eli sulfiditeetti nousee. Natrium-5 karbonaatin hajoamista voidaan edistää saattamalla sula kosketuksiin hiilen tai grafiitin kanssa. Lisäksi on mahdollista että osa natriumkarbonaatista muuttuu natriumok-sidiksi, mikä muuttuu natriumhydroksidiksi valmistettaessa liuotintankeissa sulasta viherlipeää.

10 Täten saadaan sula, jolla on oleellisesti korkeampi sulfidi-teetti kuin alkuperäisellä sulalla. Lisäksi on mahdollista ettei sulasta syntyvää viherlipeää tarvitse kaustisoida erikseen ennen keittimöä johtuen lipeän korkeasta sulfidi-15 teetista tai korkeasta Na20-pitoisuudesta. Aina tietysti on mahdollista kaustisoida viherlipeä ennen sen vientiä keittimölle.

Kaasu-sula-reaktiot ovat osittain endotermisiä ja saattaa 20 sen takia olla aiheellista tuoda lämpöä vaiheessa II reaktiotilaan sähkövastusten tai kuumien kaasujen avulla.

Sulareaktioiden jälkeen vaiheessa III kaasu voidaan polttaa tuomalla polttoilmaa 3 ja käyttää joko sulan kuumen-25 tamiseen niin että sulalla on riittävä lämpösisältö ennen kaasu-sula-reaktioita tai lämmön kehittämiseen soodakattilassa tai muussa kattilassa. Poltto muussa kattilassa voi olla edullista varsinkin, jos soodakattila on kovasti kuormitettu ja kaasu sisältää vähän rikkiä. Kaasu voidaan 30 myös polttaa siten että lämpö siirtyy vaiheen II reaktioas-tiaan epäsuorasti. Tämä voi olla tarpeellista mikäli reaktiot kuluttavat paljon lämpöenergiaa ja on riski, että sula jähmettyy. Tietysti on aina myös mahdollista käyttää jäännöskaasu muihin kemiallisiin reaktioihin kuin polttoon.

35 95822

___ I

4

Kuvassa 2 on esitetty yksi mahdollinen tapa toteuttaa teknisesti yllä kuvattua prosessia. Sula 10 valuu kattilan 17 pohjalta vastavirtaan polttotilassa li palavien kaasujen kanssa (vaihe III). Näin esikuumennettu sula reagoi rikki-5 kaasujen kanssa reaktiotilassa 13, jossa kaasut 14 soimassa astiassa aktivoituvat ja reagoivat kupliessaan sulan läpi (vaihe I ja II). Estolevy 15 pitää sulan pinnan tarpeeksi korkealla reaktioiden suorittamiseksi, ja sula poistuu reaktiotilasta liuotintankkiin ylikaatona 16. Reaktioiden 10 jälkeen lisätään polttoilmaa 12, kuitenkin niin että säilyy alihappitilanne ettei sula hapettuisi. Mahdollista on myös pitää kattilasta valuva sula ja kaasun polttotila erillään väliseinän avulla, jolloin estetään sulan hapettuminen, ja sulan lämmitys tapahtuu epäsuoran lämmönsiirron avulla.

15

Rikkipitoinen kaasu 14 lisätään joko yksin tai kantokaasun kanssa. Kantokaasun tarkoitus on varmistaa riitävä tilavuus-virtaus, jottei suutin tukkeutuisi sulan alla. Sopiva kantokaasu on esimerkiksi jalokaasu, savukaasu tai häkä.

20 Reaktioiden tehostamiseksi voidaan myös lisätä hiiltä reaktiotilaan 13.

Kuvassa 3 esitetään eräs toinen vaihtoehto kaasu-sula-reaktioiden toteuttamiseksi. Soodakattilan pohjalta saattaa 25 päästä valumaan kuonaa tms sellaista, joka voi tukkia * kuvan 2 mukaisen polttotilan. Kuvassa 3 reaktiotila 20 on sijoitettu soodakattilan 21 pohjalle, jolloin tällaista haittaa ei pääse esiintymään. Rikkipitoinen kaasu 22 syötetään reaktiotilaan 20. Estolevy 23 pitää sulan 24 30 pinnan tarpeeksi korkealla, ja se poistuu ylikaatona 25.

. Reaktioiden jälkeen kaasu poltetaan sulan yllä olevassa kattilan polttotilassa 26.

Seuraavassa selostetaan mitä etuja keksinnön mukaisella 35 sulan käsittelyllä saavutetaan.

5 95822

Mustalipeä ruiskutetaan normaalisti soodakattilaan, jolloin siitä ensin haihtuu vettä ja sen jälkeen mustalipeä pyro-lysoituu kattilan kaasutilassa. Tänä aikana mustalipeästä haihtuu noin 30-50 % rikistä kaasufaasiin ja loput putoaa 5 soodakattilan pohjaan, jossa se osallistuu keko- ja sula-reaktioihin. Kaasufaasiin siirtynyt rikki on syypää korroosio-ongelmiin kattilan kaasutilassa. Samaten kaasufaasiin siirtynyt rikki on soodakattilan savukaasujen rikkipitoisuuksien alkulähde.

10

Kuvan 4 mukaisella kytkennällä voidaan näitä ongelmia huomattavasti vähentää. Mustalipeä 30 painekuumennetaan reaktorissa 31, jolloin lipeästä erkanee suuri osa rikistä dimetyylisulfidimuodossa kaasuna 32. Jäljellejäävä rikki 15 lämpökäsitellyssä lipeässä 36, joka johdetaan kattilaan 35, on lujasti sidottu eikä erkane kaasufaasiin helpolla kattilan kaasutilassa mustalipeän kuivatus-pyrolyysi-vaiheen aikana. Täten saadaan rikki suurelta osin soodakattilan kaasutilasta pois, jolloin sen korroosio-ongelmat ja 20 rikkipäästöt vähenevät.

Painekuumennuksessa eronnut rikkikaasu 32 kontaktoidaan keksinnön mukaisesti kattilan sulan kanssa. Täten saadaan normaalia rikkipitoisuutta omaavaa sulaa 33 aikaiseksi ilman 25 että rikki täytyisi syöttää kattilaan ja kierrättää sen kaasutilan kautta. Koska mustalipeästä on erotettu rikkiä ennen sen syöttämistä soodakattilaan, on myös kattilan pohjassa olevan sulan rikkipitoisuus normaalia pienempi alentaen korroosiota sulatilassa. Lisäksi voidaan olettaa 30 että sähkösuotimista tuleva tuhkan 34 määrä pienenee, mikä vuorostaan parantaa kattilan hyötysuhdetta. Jos kaasu f ·' sulareaktioiden jälkeen viedään poltettavaksi muualle kuin soodakattilaan, voi soodakattilan polttokuormaa vähentää.

35 Kuvassa 5 on esitetty vaihtoehtoinen tapa viedä rikkikaasu kontaktiin soodakattilan sulan kanssa. Osa 40 sulasta virtaa 6 95822 ulos kattilasta 41 kohtaamatta rikkipitoista kaasua 42. Kaasu 42 saatetaan kontaktiin vain sulan osan 43 kanssa.

Näin saadaan aikaiseksi kaksi eri sulaa, toinen rikkirikas 43 ja toinen rikkiköyhä 40, joista voidaan valmistaa 5 rikkipitoisuuksiltaan erilaisia keittolipeitä. Näin voidaan suomalaisen patenttihakemuksen 914252 mukaisesti parantaa sellun keittoa, niin että saadaan parempi massa. Em. patenttihakemuksen mukaisesti massan valmistuksessa käytetään kahta, rikkipitoisuuksiltaan erilaista keittolipeää.

10 Rikkirikasta keittolipeää käytetään keiton alussa, ja myöhemmissä vaiheissa käytetään rikkiköyhää lipeää.

Kuvassa 6 on esitetty vaihtoehtoinen kytkentä rikkipitoisen kaasun syöttämiseksi soodakattilaan. Tällöin sooda-15 kattilan 50 pohja on patenttihakemuksen 914252 mukaisesti jaettu kahteen osaan I ja II, joihin reaktorissa 52 lämpökäsitelty mustalipeä 51 jaetaan. Toiseen osaan I viedään lisäksi sellutehtaassa syntyviä rikkipitoisia jakeita, kuten soodakattilan tuhka 53. Korroosio-ongelmien ja 20 kattilan rikkipäästöjen pienentämiseksi ei kuitenkaan viedä kaikkia rikkikaasuja kattilan polttotilan kaasufaa-siin, vaan kontaktoidaan mustalipeän lämpökäsittelyssä syntyneet rikkipitoiset kaasut 54 keksinnön mukaisesti rikkirikkaan sulan 55 kanssa. Tällöin saadaan aikaiseksi 25 rikkirikas sula 55 samanaikaisesti kuin korroosio-ongelmat ·· ovat hallinnassa. Osastossa II syntyy luonnollisesti rikkipitoisuudeltaan alhaisempaa sulaa 56.

Edellä on kuvattu, miten mustalipeän painekuumennuksessa 30 syntyvä rikkikaasu kontaktoidaan sulan kanssa. Aivan vastaavasti voidaan kontaktoida muita sellutehtaassa syntyviä rikkipitoisia kaasuja, kuten keittämön poistokaasuja, sulan kanssa vastaavien etujen saamiseksi.

35 Siinä tapauksessa että mustalipeän painekuumennuksessa saadaan riittävä määrä rikkipitoisia kaasuja erkanemaan, 7 95822 voidaan ainakin osa mustaiipeästä polttaa jopa hapettavissa olosuhteissa. Hapettavalle poltolle suunniteltu soodakattila tulee yksinkertaisemmaksi ja helpommaksi, kun kattilan pohjalla ei enää tarvitse pirää kekoa, sulaa ja 5 pelkistäviä olosuhteita. Hapettunut sula käsitellään siten keksinnön mukaisesti kaasumaisella rikkiyhdisteellä ja/tai eteenillä, jolloin saadaan Na2S:a sisältävä sula ja siitä viherlipeä. Tällainen talteenottosysteemi (soodakattila ja hapettavasaa tilassa toimivan kattilan yhdoistelmä) sopii 10 esimerkiksi tehtaisiin, joissa soodakattila on ylikuormitettu ja osa mustaiipeästä poltetaan hapettavasti. Tällainen järjestely on esitetty kuvassa 7. Lipeä 60 haihduttamosta lämpökäsitellään reaktorissa 61, jolloin syntyy rikkipitoisia kaasuja 62. Reaktorista 61 mustalipeä johdetaan 15 astiaan 63 hapettavaan polttoon, jota varten tuodaan polt-toilmaa 64. Hapetettu sula 65 johdetaan astiasta pelkistys-reaktoriin 66, jonne tuodaan myös lämpökäsittelyssä syntyneet rikkipitoiset kaasut 62. Pelkistysreaktorissa 66 syntyy natriumsulfidia ainakin kahden reaktion tuloksena: 20 kaasun sisältämä rikkivety reagoi hapetetun sulan natrium-karbonaatin kanssa ja kaasun eteeni reagoi sulan natriumsul-faatin kanssa. Rikkivetyä ja eteeniä syntyy, kun dimetyy-lisulfidihajoaa viimeistään reaktorissa 66. Tällä tavoin saadaan Na2S-rikasta sulaa, joka ylikaatona 67 poistetaan 25 keittolipeiden valmistamista varten. Kaasut 68 johdetaan reaktiotilasta 66 polttoon astiaan 63, jossa syntyvät kuumat kaasut 69 johdetaan lämmöntalteenottoon.

Kuvien 1, 2, 3 ja 7 kaasu-sula-reaktiotiloista poistuvat 30 kaasut sisältävät vähemmän rikkiä kuin sulaan syötetty kaasu. Tämä rikistä ainakin osittain puhdistettu kaasu voidaan käyttää polttoaineena muissakin polttolaitteissa, kuten meesauunissa, kuorikattilassa tai soodakattilan tulis-tusosassa.

35

Claims (11)

95822

1. Menetelmä selluloosatehtaan soodakattilan tai muun kattilan sulan rikkipitoisuuden ja/tai rikkiyhdistekoostumuksen säätämi- 5 seksi saattamalla sula kosketukseen sopivan kaasun kanssa, tunnettu siitä, että (a) poistettaessa sulaa kattilasta ainakin osa sulasta saatetaan kosketukseen sellutehtaan orgaanisia rikkiyhdisteitä sisältävän kaasun kanssa johtamalla sulaan näitä kaasuja, 10 jolloin muodostuu ainakin rikkivetyä ja/tai eteeniä; (b) rikkivetyä ja/tai eteeniä reagoi sulan kanssa, jolloin saadaan poistokaasua ja sulaa, jonka natriumsulfidipitoisuus on noussut; ja että c) saatu kaasu poistetaan ja sula johdetaan jatkokäsittelyyn. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu rikkipitoinen kaasu on peräisin mustalipeän painekuumennuksesta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen b) reaktioita varten prosessiin tuodaan lämpöä sähkövastusten tai kuumien kaasujan avulla.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu 25 siitä, että vaiheessa c) poistuva kaasu poltetaan ja muodostuva savukaasu käytetään sulan lämmittämiseen suorasti tai epäsuorasti reaktiovaiheen b) varmistamiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu 30 siitä, että vaiheessa c) poistuva kaasu poltetaan polttoaineena soodakattilassa tai muussa kattilassa.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen c) jälkeen sula liuotetaan viherlipeän muodosta- 35 miseksi, joka voidaan käyttää sellaisenaan sellun valmistuksessa tai vaihtoehtoisesti kaustisoida ennen käyttöä. Il 95822

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa a) kaasu syötetään sulaan kantokaasun seassa.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 5 että sulaan lisätään hiiltä.

9. Soodakattilan (17; 21) tai muun kattilan (63) sulan käsittelyyn tarkoitettu laite, tunnettu siitä, että se käsittää reaktiotilan (13; 20; 66) kaasun ja sulan välisten reaktioiden 10 suorittamiseksi, välineet (14; 22; 62) reagoivan kaasun johtamiseksi reaktiotilassa olevaan sulaan, välineet (11; 26; 68) reagoineen kaasun poistamiseksi, ja välineet (16; 25; 67) sulan poistamiseksi reaktiotilasta.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että reaktiotila (13; 66) on sovitettu erilleen kattilasta, ja laite käsittää lisäksi välineet (11; 65) sulan johtamiseksi kattilan pohjalta reaktiotilaan.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että reaktiotila (20) on sovitettu välittömästi kattilan pohjan yhteyteen. 4 95822