SE465731B - Utvinning av energi och kemikalier ur massaavlutar under exponering av laagfrekvent ljud - Google Patents

Description

465 731 natrium och svavel som oxideras högre upp i sodapannan och där bildar natriumsulfat som avskiljes och återföres in i kemikaliecykeln. Det oxiderade svavlet är kemiskt inaktivt i kokprocessen och utgör därför barlast i kemikaliecykeln.

Det svenska patentet 8502731-6 beskriver ett förfarande som utgör ett alternativ till sodapannetekniken och som grundar sig på en förgasningsteknik, där i en första delprocess svartlutens organiska ämnen förgasas till i huvudsak CO, C02, H2 och H28 i en trycksatt reaktor medelst s.k. "flash-pyrolys“ varvid den erhållna åter- stoden i huvudsak består av avlutens oorganiska komponen- ter i fast eller smält form. Vid en dylik förgasning av organiskt material erhålles normalt en del restkol, varvid mängden restkol är beroende av flera faktorer bl.a. reaktionstemperaturen, luftkvoten och injicerings- tekniken.Den vid förgasningen erhållna gasen ledes vidare för rening och kan därefter användas som bränsle. Då förgasningen sker under tillförsel av oxidationsluft tillföres kväve, som utgör barlast och oxidationsluften bör därför minimeras. Vid alltför långt driven under- stökiometrisk förgasning bildas dock mycket lätt icke oxiderat kol. Den kända reaktorns apparat- och pro- cesstekniska uppbyggnad är framförallt väsentlig vad gäller termodynamik, innefattande tid, temperatur och turbulens, samt materialets finfördelning så att en så stor yta som möjligt bildas. Den låga luftkvoten innebär även speciella svårigheter att upprätthålla hög turbulens i reaktionszonen jämfört med en fullständig förbrännings- process. Laminära strömningsförhållanden med skiktbild- ning av oxidationsluft och reaktionsprodukter uppstår lätt och optimeringen av ovannämnda parametrar försvåras.

Vid högre tryck i förgasningskammaren ökar gasens densi- tet, varvid ytterligare begränsningar uppstår beträffande turbulensen i förgasningskammaren. Temperatur samt 465 731 oxidations- eller reaktionsförloppen kommer därmed att variera.

Förutsättningarna vid optimering av en förbränningspro- cess och en förgasningsprocess är således helt skilda.

Detta gäller inte minst när återvinningsförloppet omfat- tar flera delförlopp, dvs förutom själva förgasningen av organiskt material även en mycket svàroptimerbar kemi- I kalieåtervinning.

SE 458 799 beskriver förbränning av fluida bränslen, som dispergeras i förbränningsluft och utsättes för lågfre- kvensljud. En förbränning av bränsle sker vid överskott av luft och skiljer sig således väsentligt från ett termiskt sönderdelningsförlopp, vid vilket sönderdelning av materialet sker vid mycket begränsad lufttillförsel (förgasning) eller utan lufttillförsel (pyrolys). Den nämnda patentskriften varken avslöjar eller antyder användningen av lågfrekvensljud vid en så väsensskild teknik som utvinning av energi och kemikalier genom ett så väsensskilt förlopp som ett endotermiskt sönderdel- ningsförlopp med dess specifika optimeringsproblem. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att förbättra den kända termiska sönderdelningstekniken så att reak- tionsförloppen intensifieras och optimala betingelser för återvinningsprocessen uppnås.

Sättet enligt uppfinningen kännetecknas i huvudsak av att den termiska sönderdelningen av avluten utföres under exponering av lågfrekvent ljud och utan eller under tillförsel av syre eller syrehaltig gas i en mängd under den stökiometriskt erforderliga för fullständig oxidation av vid den termiska sönderdelningen bildade ämnen.

Genom uppfinningen underlättas en återvinningsprocess med ytterst stora krav och en långt driven processoptimering. 465 731 Sättet enligt uppfinningen möjliggör (a) styrning av temperatur och förgasnings- eller sönderdelningsgrad oberoende av varandra, (b) avancerad såväl makro- som mikroturbulens som skapar ständigt nya angreppspunkter för reaktion, (c) effektivisering av det långsammaste delsteget, nämligen restkoksens slutoxidation, (d) största möjliga kolomvandling, (e) största möjliga reduktionseffektivitet, (f) framställning av gas med största möjliga energiinnehåll för förbränningsändamál, samt (g) trycksättning av reaktorn från 1-150 bar (abs), företrädesvis 40 bar (abs) med bibehállna driftsegen- skaper.

Uppfinningen beskrives närmare i det följande med hänvis- ning till ritningen, som schematiskt visar en utförings- form av en förgasningsreaktor för genomförande av sättet enligt uppfinningen.

Med hänvisning till ritningen betecknas med siffran 1 en upprättstàende förgasningsreaktor, som innehåller en tegelinfodrad förgasningskammare 2 och en under denna belägen kylkammare 3. En ledning 4 för tillförsel av avlut är ansluten till toppen av reaktorn och har sitt inlopp 5 beläget inne i förgasningskammaren. Ett atomi- seringsmedium, såsom ånga eller gas, t.ex. luft, till- föres genom en ledning 24, som samordnas med ledningen 4 för avlut för att utmynna vid samma ställe som denna.

Reaktorn 1 är vid sin topp försedd med en öppning 6, som tillslutes av en därur utskjutande del 7, genom vilken nämnda ledning 4 för avlut sträcker sig. En ledning 8 för tillförsel av gas, såsom syre, syrehaltig gas, eller återförd bränngas, är ansluten tangentiellt till manteln hos delen 7. Denna gas kan lämpligen vara förvärmd till en förutbestämd hög temperatur, t.ex. motsvarande reak- torns driftstemperatur. Syre eller syrehaltig gas kan även tillföras genom en andra ledning 9, som är ansluten till förgasningskammaren 2 vid ett ställe som är beläget 465 731 på ett förutbestämt avstånd från inloppet 5, företrädes- vis vid mitten av förgasningskammaren 2. Vidare är en brännare 10 ansluten till förgasningskammaren 2 vid ett ställe som är beläget på ett förutbestämt avstånd från inloppet 5, varvid brännaren förses med luft eller annan syrehaltig gas via en ledning 11. Brännaren kan förses med bränsle genom en ledning 12, vilket bränsle kan utgöras av t.ex. återförd bränngas. Alternativt eller som komplement kan en del av den energirika gas som bildas i förgasningskammaren 2 utnyttjas som bränslegas så att den endotermiska sönderdelningen underhålles. Förgasni- ngskammaren 2 har ett utlopp 13, som utmynnar i kylkam- maren 3. En ledning 14 för uttagning av bildad grönlut 15 är ansluten till botten av reaktorn, medan en ledning 16 för uttagning av utvunnen bränngas är ansluten till reaktorn vid ett ställe inom kylkammaren 3 som är beläget ovanför vätskenivån däri. Vidare finns en ledning 17 ansluten till bottendelen av reaktorn för vätsketillsats och cirkulation av grönlut.

För att genomföra sättet enligt föreliggande uppfinning är reaktorn dessutom försedd med ett ljudgeneratororgan 18 som alstrar och upprätthåller ett lågfrekvensljud i förgasningskammaren 2 så att den finfördelade avluten, som insprutas genom inloppet 5, och den närvarande gasen samt sönderdelade ämnen utsättes för inverkan av lågfre- kvensljud. Vid den visade utföringsformen innefattar nämnda ljudgeneratororgan en rörformig resonator 19, vars längd lämpligen är en fjärdedel av våglängden av det alstrade ljudet, och en matarenhet 20, som är anordnad i ena änden av resonatorn och bildar en lågfrekvensgenera- tor, varvid matarenheten 20 är ansluten till en ledning 21 för tillförsel av drivgas, såsom t.ex. luft. Genera- torn kan utgöras av en infraljudgenerator, t.ex. av den typ som finns beskriven i US 4.359.962. Vilken annan lågfrekvensljudgenerator som helst kan dock användas för uppfinningens ändamål. Resonatorn 19 övergår i en 90° böj 465 731 22 och avslutas med en diffusor 23, som tillsammans med böjen 22 ingår i kvartsvàgsgeneratorn. Diffusorn 23 är belägen inne i och omslutes av manteln hos nämnda del 7.

Om så önskas kan reaktorn förses med flera ljudgenerator- organ vilka tillför lågfrekvensljud vid olika ställen av förgasningskammaren 2.

Infraljudets höga reflektionsförmåga möjliggör uppfyl- landet av ett stort utrymme med ljud från en enda in- fraljudgenerator. Några ljudskuggor uppstår inte och ljudnivån är oförändrad och uppträder samtidigt i förgas- ningskammarens samtliga delar. Reaktorn innefattar en reglerutrustning som bibehåller hela systemet - reso- nansrör inklusive förgasningskammare - i resonans även vid förändrade driftsvillkor såsom t.ex. vid ändrad temperatur och ändrat tryck. Infraljudet oscillerar gasen och däri finfördelade materialpartiklar, och cykliska gasförändringar - förtätningar respektive förtunningar - möjliggör en avsevärd ökning av kontakten mellan de finfördelade materialpartiklarna eller -dropparna och omgivande gas tack vare den välutvecklade såväl makro- som mikroturbulensen som uppstår genom inverkan av làgfrekvensljudet. Härigenom upprätthålles ständigt nya angreppspunkter för kemiska reaktioner. Förgasnings- processens exponering med lågfrekvensljud möjliggör styrning av temperatur och förgasningsgrad oberoende av varandra.

Lågfrekvensljudgeneratorn kan placeras på andra ställen än det visade, t.ex. vid sidoväggarna eller vid botten av förgasningskammaren 2.

Vid återvinning av t.ex. cellulosaindustrins sulfatav- lutar är det såväl de organiska som de oorganiska sub- stansdelarna som skall återvinnas, nämligen dels det under sulfatkoket utlösta vedligninet och dels kokkemika- lier i form av natrium- och svavelföreningar. Svavlet 465 751 skall återvinnas i sulfidform och processen kräver långt drivna understökiometriska förhållanden inom temperatur- områden som beror på vilken metod som användes vid förgasningen av avluten. Dessa metoder innefattar för närvarande torra metoden, som arbetar inom temperatur- området 500°-800°C och som i huvudsak innebär att det bildas Na2CO3 i fast form och gas såsom bl.a. H28, smältametoden som arbetar inom temperaturområdet 800°- -1000°C och som innebär att det bildas smälta droppar av Na2C03 och Na2S samt gas, och den kausticeringsfria smältametoden som arbetar inom temperaturområdet lOOO°- -1300°C och som medför en direkt omvandling av oorganiskt material till aktiva kokkemikalier i form av Na2S och NaOH samt gas. De återvunna kemikalierna återanvändes i massaframställningsprocessen och den framställda gasen utnyttjas för energiproduktion. Den framställda gasen kan även användas som råvara i kemisk industri, när kraftpro- duktion inte är aktuell, t.ex. framställning av ammoniak, metanol, syntetisk naturgas och bensin.

Användningen av lågfrekvensljud eller -pulsationer ger väsentliga förbättringar i det beskrivna förgasnings- systemet, som innebär masstransport med hjälp av låg- frekvensljud. Syremolekylens väg in till den smältande droppen med sitt innehåll av kol utgör ett transport- fenomen och kraftig välutvecklad turbulens erfordras, vilken uppnås genom sättet enligt uppfinningen. Det långsammaste delsteget i förgasningsprocessen utgöres av restkoksens slutoxidation. Detta steg är styrt av mass- transportfenomen mellan reaktanter och produkter. Reak- tanter i gasfasen skall passera in till den glödande kokspartikeln genom det gasmoln som omsluter denna.

Kolkonverteringsgraden förbättras därför genom den beskrivna termodynamiken.

Vid den ovan beskrivna apparaten utföres den termiska sönderdelningen under kontrollerad tillförsel av syre 465 751 eller syrehaltig gas i en mängd under den stökiometriskt erforderliga för fullständig oxidation av vid den ter- miska sönderdelningen bildade ämnen. Denna mängd mot- svarar omkring 20-70%, företrädesvis omkring 30-50%, av den stökiometriska mängden för fullständig oxidation.

Genom att syretillförseln är lägre än den stökiometriskt erforderliga säkerställes att reducerande betingelser kommer att föreligga vid förgasningen, och att därför icke väsentliga mängder oxiderat svavel i form av natri- umsulfat, natriumsulfit och natriumtiosulfat bildas.

Alternativt utföres den termiska sönderdelningen som en ren pyrolys, dvs utan lufttillförsel.

Uppfinningen kan tillämpas på avlutar från såväl sulfat- som sulfitkokprocesser.

Claims (7)

10 15 20 25 465 731 P A T E N T K R A V

1. l. _ Sätt vid utvinning av energi och kemikalier ur avlut från massaframställning, vilket sätt innefattar termisk sönderdelning av avluten i en reaktor vid ett tryck av från atmosfärtryck upp till omkring 150 bar och vid en temperatur av omkring 500°-l300°C så att det bildas en gas, som kan utnyttjas för energiproduktion eller som råvara för framställning av kemikalier, och fast eller smält material, k ä n n e t e c k n a t a v att den termiska sönderdelningen av avluten utföres under exponering av lågfrekvent ljud och utan eller under tillförsel av syre eller syrehaltig gas i en mängd under den stökiometriskt erforderliga för fullständig oxidation av vid den termiska sönderdelningen bildade ämnen.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att avluten utgöres av natrium- och svavelinnehàllande restprodukter från sulfatmasseframställning.

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att avluten utgöres av restprodukter från sulfitmasse- framställning.

4. Sätt enligt något av kraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a t a v att lågfrekvensljudet har en frekvens av högst 150 Hz, företrädesvis högst 40 Hz och mest föredraget högst 20 Hz.

5. Sätt enligt något av kraven 1-4, k ä n n e - t e c k n a t a v att syre eller syrehaltig gas till- föres i en mängd, som motsvarar omkring 20-70%, företrä- desvis 30-50% av den stökiometriska mängden för full- ständig oxidation. 465 751 10

6. Sätt enligt något av kraven 1-5, k ä n n e - t e c k n a t a v att det làgfrekventa ljudet införes i reaktorn i nära anslutning till stället för insprutningen av avluten. 5

7. Sätt enligt något av kraven 1-6, k ä n n e - t e c k n a t a v att det làgfrekventa ljudet alstras av minst ett ljudgeneratororgan (18).