SE522436C2 - Förfarande för förhindrande av nedsmutsning av värmeöverföringsytor i en flerstegsindunstningsanläggning för svartlut och blekeriutsläpp - Google Patents

Description

25 30 522 456 2 Ett vanligt problem i indunstningsanläggningar för svartlut är nedsmutsningen av värrneöverföringsytoma, vilket minskar värmeöverföringsprooessemas effektivitet.

Sådan nedsmutsning är rätt så typisk på den sidan där material, dvs. svartlut, behandlas och snabbare i samband med högre torrsubstanshalter och temperatur.

För att få en indunstningsanläggning fungera tillfredsställande, måste de nedsmutsade ytoma tidvis rengöras.

De värsta problemen med nedsmutsning i indunstningsanläggningar för svartlut är förenade med kalciumkarbonatbeläggningar. Beläggningar orsakade av kalcium består kristallkalciumkarbonatbeläggningar eller binärsaltsbeläggningar av kalciumkarbonat och natriumkarbonat. Kalciumkarbonat utfälls som kalciumkarbonatpartiklar i luten, bildar kristallpartiklama ingen beläggning på huvudsakligen av är en mycket svårlöslig förening. När kalciumjoner värmeöverföringsytoma.

En av massa- och pappersindustrins viktigaste ambitioner vid dess försök att begränsa massafabrikemas och pappersbrukens miljöverkningar är att minimera fabrikens vätskeutsläpp, i synnerhet utsläpp från blekeriet. Detta mål som ofta kallas för "en sluten blekningsanläggning" innefattar något sätt att samla och återanvända blekeriets samtliga vätskeutsläpp med minimal belastning på omgivningen. Tidigare uppnåddes detta mål delvis i praktiken genom att återföra alkaliskt blekeriutsläpp till tvättning av brunmassa och till slut till ett alkaliskt återvinningssystemet.

Att återcirkulera sura blekeriutsläpp är betydligt svårare. Sura utsläpp, till exempel från ett surt tvättsteg (A), surt eller neutralt kelateringssteg (Q), surt ozonsteg (Z) eller något annat surt behandlingssteg, kan inte återföras direkt till ett konventionellt återvinningssystem, eftersom de innehåller metaller som löst sig från massan. lO 15 20 25 30 522 456 n o n u | an 3 Den finska patentansökningen 944808 och WO-patentansökan 96112063 innefattar en ny syrabehandling, i vilken hexuronsyragrupper avlägsnas från kemisk massa. Dessa syror avlägsnas genom att justera massans pH till 2 - 5, företrädesvis till 2.5 - 4 och massans temperatur företrädesvis till 90 - 110 °C, och låta dessa förhållanden påverka massan under en viss tid. Även sura lösbara metaller, till exempel Ca, Mg osv., kan avlägsnas effektivt från massan genom denna behandling.

Blekeriutsläpp, i synnerhet sura utsläpp, innehåller oönskade metalljoner som kan ha en negativ inverkan på processema och utrustningen. Tidigare leddes dessa metaller i avlopp tillsammans med sura blekeriutsläpp. Enligt ett nytt koncept för sluten anläggning föreslås det att de sura utsläppen skall indunstas antingen skilt för sig eller tillsammans med andra alkaliska utsläpp. De förkoncentrerade utsläppen kan vidare indunstas tillsammans med svartlut och matas till en återvinningspanna. Sura utsläpp innebär en synnerligen stor mängd lösbart kalcium. Därför kan kombinering av blekeriutsläpp och -filtrat med svartlut öka uppkomsten av kalciumkarbonatbeläggningar på vänneöverföringsytoma hos en beläggningar negativt indunstningsanläggningens funktion, såsom beskrivits i det ovanstående. Alkaliska svartlutsindunstare, vilka påverkar utsläpp kan också innehålla en skadlig mängd lösbart kalcium, om en tillräcklig karbonatmängd inte är närvarande för att bilda kalciumkarbonat.

Den svenska patentansökningen 9800490 innefattar ett förfarande för förhindrande av nedsmutsning av värmeöverföringsytor i en flerstegsindunstningsanläggning för alkalisk avlut genom värmebehandling av kalciumhaltig lut som skall behandlas i indunstningsanläggningen. Den kalciumhaltiga luten upphettas till ca 110 - 145 °C och luten hålls vid denna temperatur för att reducera kalciummängden i luten genom utfällning av kalciumkarbonat, och den vännebehandlade luten indunstas för förbränning. 10 15 20 25 522 436 « | v ~ uu 4 Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett ekonomiskt och effektivt förfarande som lämpar sig för att förhindra uppkomsten av kalciumbeläggningar på värmeöverföringsytoma i en svartlutsindunstare.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Enligt föreliggande uppfinning a) tillförs en del av indunstningsanläggningens svartlut till blekeriutsläppet för att öka karbonatmängden i utsläppet; b) upphettas blekeriutsläppet från steg a) medelst direkt kontakt med ett upphettningsmedium; c) hålls det upphettade blekeriutsläppet i ett uppehållskärl i 1 - 20 minuter för att reducera kalciummängden i utsläppet genom utfällning av kalciumkarbonat; och d) indunstas det vännebehandlade blekeriutsläppet tillsammans med svartluten i indunstningsanläggningen.

Föreliggande uppfinning baserar sig på den principen att de skadliga beläggningama på vänneöverföringsytoma kan förhindras genom justering av karbcnatjcnmängden i ett kalciumhaltigt blekeriutsläpp, och genom värmebehandling av utsläppen före indunstningen. Vid värrnebehandlingen frigörs kalciumjcner från kalciumsalter eller -komplex som är närvarande i utsläppet. Den frigjorda kalciumjcnen bildar tillsammans med karbonatjonema i luten kalciumkarbonat i fast form, vilket blir kvar i vätskan och utfälls inte när det vännebehandlade utsläppet efter vännebehandlingen indunstas i en indunstningsanläggning för svartlut.

Blekeriutsläpp innehåller inte vanligtvis karbonatjcner i tillräcklig mån för att utfälla kalcium. Enligt uppfinningen används alkalisk avlut, såsom svartlut, som karbcnatkälla genom att tillsätta den till blekeriutsläppet. Företrädesvis ökar 10 15 20 25 30 522 456 u ø n Q n n 5 karbonatjonmängden i blekeriutsläppet över den stoikiometriska mängden som krävs för bildning av kalciumkarbonat.

Uppfinningen tillämpas typiskt i en massafabrik, där kalciummängden i svartluten inte är så hög att den skulle resultera i uppkomsten av beläggningar i indunstningsanläggningen. Således behöver svartluten inte behandlas för att minska kalciummängden. Enligt föreliggande uppfinning kan dylik svartlut användas för att öka blekeritutsläppets karbonathalt så, att kalcium utfälls som torrsubstans i utsläppet.

Det är möjligt att justera blekeriutsläppets pH till ett tillräckligt högt värde genom att tillsätta en lämplig mängd svartlut. Typiskt utfälls kalciumet, om pH är över 11, företrädesvis över 12. Om svartlutens restalkalimängd är avsevärt låg, kan utöver svartluten en annan alkalisk lut, såsom grönlut, vitlut eller natriumhydroxidlösning tillsättas till blekeriutsläppet för att öka pH-värdet.

Värmebehandlingen utförs vid en temperatur av 110 - 160 °C, lämpligen 110 - 145 °C, företrädesvis 115 - 140 °C, Värmebehandlingstiden är 1 - 20 minuter, företrädesvis 5 -10 minuter.

Föreliggande uppfinning är mycket fördelaktig vid behandling av sura eller neutrala blekenutsläpp som är filtrat som ursprungligen kommer från ett surt bleksteg.

Typiskt utgörs blekeriutsläppet av ett filtrat eller en kombination av filtrat från följande steg: ett surt tvättsteg (A), ett surt eller neutralt kelateringssteg (Q), ett surt ozonsteg (Z), eller ett surt peroxidsteg (Pa) eller ett hett syrasteg för avlägsnande av hexuronsyragrupper fràn massan. Filtratet bildas i ett tvätt- eller förtjockningssteg som följer ett surt bleksteg. Filtratet innehåller mycket kalcium som löser sig från massan i det sura steget. F iltratet kan överföras direkt från tvätt- eller förtjockningssteget till en värmebehandling enligt uppfinningen. Altemativt kan filtratet, beroende av bleksekvensen, flöda motströms i förhållande till massan, till 10 15 20 25 30 522 456 - - . n '- 6 exempel till föregående bleksteg, efter vilket det leds till värmebehandling.

Blekeriutsläppet som behandlas enligt uppflnningen kan också vara en kombination av filtrat från olika steg. Det kan också innehålla till exempel filtrat från ett alkaliskt bleksteg. Det är väsentligt för uppfinningen att blekeriutsläppet som skall behandlas uppvisar en hög kalciumhalt, men dess pH och karbonatjonnivå är för låga för att utfälla kalciumet.

Företrädesvis förkoncentreras blekeriutsläppet före värmebehandlingen för att minska volymen som skall behandlas i ett värrnebehandlingskärl. Företrädesvis förkoncentreras utsläppet genom indunstning, men även andra metoder kan användas, till exempel membranprocesser. Blekeriutsläppet förkoncentreras till en torrsubstanshalt av 5 - 10 %. värmebehandlingen enligt skydda nedsmutsning, när blekeriutsläppet indunstas i en indunstningsanläggning för uppflnningen kan indunstama mot svartlut. Grundprincipen vid vännebehandlingen är att skapa förhållanden som främjar uppkomsten av beläggningar så tidigt som i värmebehandlingskärlet, varvid beläggningar inte bildas i själva indunstningskärlet. Med föreliggande uppfinning frambringas ett förfarande som är efiektivt vad gäller värrneekonomin, eftersom endast en ström av blekeriutsläppet och en liten delström av svartluten värmebehandlas tillsammans. Det har upptäckts att det inte är nödvändigt att behandla hela svartlutsströmmen i en indunstningsanläggning. Typiskt blandas blekeriutsläppet och svartluten i ett förhållande på 2:1 - 5:1, typiskt 3:1. Det rätta förhållandet beror naturligtvis på blekeriutsläppets och svartlutens egenskaper, såsom kalciumhalt, pH osv.

Förfarandet är också effektivt vad gäller energiekonomin, då sekundärånga som produceras i indunstningsanläggningen kan användas för uppvärmning av blandningen av blekeriutsläpp och svartlut. 10 15 20 25 30 522 456 n e | n n .p 7 Värrnebehandlingen enligt uppfinningen kan tillämpas inte endast i samband med sulfatkokningsprocess, utan också i samband med andra alkaliska massakokningsprocesser, såsom en sodamassaprooess eller alkalisk sulfitmassaprocess.

En lämplig torrsubstanshalt i svartluten som används vid vämiebehandlingen är beroende till exempel av lutens egenskaper, men är typiskt 35 - 45 %. Ett typiskt ställe där en delström av svartlut leds till sjustegsmotströmsindunstningsanläggning före det andra eller det tredje steget. värrnebehandling är en l förfarandet enligt uppfinningen upphettas en blandning av blekeriutsläpp och svartlut, såsom sulfatsvartlut, genom att bringa den i direkt kontakt med ett hett upphettningsmedium, varmed risken för nedsmutsnlng av en värmeväxlare vid värmebehandlingen undviks. Man kan här utnyttja den upphettningsånga som är bäst tillgänglig på fabriken. Lämplig ånga kan till exempel vara färsk lågtrycksånga eller sekundärånga från det första indunstningssteget i ångans riktning, varvid användningen av färsk ånga kan undvikas. Lämplig sekundärånga finns tillgänglig i en indunstningsanläggning där svartluten indunstas i det sista steget till en hög torrsubstanshalt (75 - 90 %) och medeltrycksånga används vid den sista indunstningen. *i l stället för ånga, kan likaväl hetare lut användas för upphettning av blekeriutsläppet som skall värrnebehandlas.

Uppehâllskärlet vid värmebehandlingen är företrädesvis ett skilt kärl. Kontakten mellan blekeriutsläpps- och svartlutsblandningen och ångan kan ordnas till exempel i en skild kondensator före uppehållskärlet eller inne i det. Det fördelaktigaste arrangemanget av apparatur beror dock på temperaturen och trycket som krävs för värrnebehandlingen i fråga och på indunstningsanlägg- ningens anslutningar och förhållanden, 10 15 20 25 30 (fl I" O I\J -ß (N OD» n ø | u u (I) KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Förfarandet enligt uppfinningen beskrivs nedan närmare med hänsyftning till bifogade ritningar, av vilka Figur 1 visar schematiskt en exemplarisk anordning för tillämpande av föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRNNING AV RITNINGARNA Figur 1 visar den främre ändan av en flerstegsindunstningsanläggning sedd i ångans strömningsriktning. I detta fall omfattar indunstningsanläggningen efter varandra följande steg som fungerar vid successivt sjunkande tryck och temperaturer, varav de tre första stegen I - Ill visas. Steg I omfattar fasema IA, IB och IC. lndunstama i Fig. 1 är fallfilmsindunstare, men även andra indunstare lämpade för indunstning av lut kan användas.

Luten från steg N (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 Iutsidan, 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 torrsubstanshalt, dvs. 75 - 90 %, och därifrån avlägsnas den kraftiga luten genom ledning 12 till förbränning. 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 Il för att användas som upphettningsånga. Medeltrycksångans tryck är typiskt 9 - 17 bar(g). Fasema IA, IB I första steget är parallellt förenade på ångsidan, och Iågtrycksånga används I dem I ledning 22. Den färska Iågtrycksångans tryck är typiskt 2-4 bar(g), och den 10 15 20 25 30 522 436 u o | f u o n 9 sekundära ångan som avskilts ur svartluten leds genom ledning 24 till steg ll. På motsvarande sätt nyttjas i de övriga stegen sekundärånga som produceras i motsvarande föregående steg. Sekundärângan från steg ll inmatas via ledning 26 i steg lll för att användas som upphettningsânga där, och sekundärångan från steg lll i ledning 28 används på motsvarande sätt.

Ett värrnebehandlingssystem enligt uppfinningen anordnas mellan stegen ll och lll, varvid systemets huvudkomponenter är en direkt ånguppvärrnningsanordning 14 och ett uppehållskärl 16. Utsläpp från ett blekeri införs genom linje 40. En liten delström av svartlut, typiskt 10 - 20 % av strömmen i linje 3, införs genom linje 42 och blandas med blekeriutsläppet i linje 40. Blandningen kan upphettas i vänneväxlaren 44 t.ex. till ca 90 °C. Blandningen strömmar genom ledning 38 till ànguppvärrnningsanordningen 14, där den med hjälp av ångan som kommer från fas IC via ledning 20 upphettas till värmebehandlingen, dvs. till 110 -145°C. temperaturen som fordras för För att bilda kalciumkarbonatbeläggningar hålls blandningen av svartlut och blekeriutsläpp under tryck i uppehållskärlet 16 en tillräcklig lång tid, t.ex. 5 minuter. Därefter leds svartluten ut från kärlet genom ledning 32 till steg ll, som har ett lägre tryck och en lägre temperatur än uppehållskärlet, varvid luten expanderar till denna temperatur och vatten avgår från luten i fonn av ånga. Expansionen kan likaväl äga rum i ett separat expansionskärl anordnat i ledning 32 före steg ll.

Fasta kalciumkarbonatpartiklar har nu bildats i luten, varifrån de kan avlägsnas, om så önskas, efter steg ll medelst en separator 34, såsom filter, lutklarare eller centrifug, i ledning 6, även om en sådan avskiljning vanligen inte är nödvändig. inte endast sekundärånga från steg I kan nyttjas som uppvärrnningsånga, utan också lågtrycksånga från ledning 36 eller sekundärånga från stegen IA, IB.

Sekundärånga kan kondenseras för att öka temperaturen. Dessa ångkällor är 10 15 522 436 o a n o o u 10 endast exemplariska, och den fördelaktigaste ångströmmen för att uppvärma blandningen är beroende av hurdana anslutningar indunstaren i fråga har.

EXEMPEL Vid laboratorieförsök sammanblandades utsläpp från ett ECF-blekeri och svartlut från det tredje indunstningssteget i förhållandet 5:1. Mängden lösligt kalcium var 2,400 mg/kg DS. Blandningen hölls vid 140 °C i 15 minuter och tack vare behandlingen minskade kalciummängden med ca 90 %. Även om uppfinningen här visats och beskrivits enligt det som för närvarande anses vara den mest praktiska och fördelaktiga utföringsforrnen, är det uppenbart för fackmannen inom området att flera modifikationer kan utföras inom uppfinningens skyddsomfång, vilket skall ges den vidaste möjliga tolkningen genom efterföljande patentkraven för att innefatta alla ekvivalenta arrangemang och processer.

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 u a u c -a 522 456 .a a ø | a | » n . o nu ll PATENTKRAV

1. Förfarande för förhindrande av nedsmutsning av vär- meöverföringsytor i en flerstegsindunstningsanläggning för svartlut i en kemisk massafabrik med blekeri, vid vilket förfarande ett kalciumhaltigt utsläpp fràn bleke- riet indunstas tillsammans med svartlut i indunstningsan- lâggningen, k ä n n e t e c k n a t a v att det omfat- tar åtminstone följande steg före indunstningen av bleke- riutsläppet och svartluten: a) blekeriutsläppet leds till svartlutsindunstningsan- läggningen, vari en del av indunstningsanläggningens svartlut tillförs till blekeriutsläppet för att öka utsläppets karbonatmängd, b) blekeriutsláppet fràn steg (a) upphettas medelst di- rekt kontakt med ett upphettningsmedium; och c) det upphettade blekeriutsläppet hàlls i ett uppehålls- kärl i 1-20 minuter för att reducera kalciummängden i utsläppet genom utfällning av kalciumkarbonat.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att blekeriutsläppet utgörs av filt- rat som ursprungligen kommer från ett surt bleksteg.

3. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att volymen av delströmmen av svart-V lut i steg (a) är tillräcklig för att öka karbonatjonhal- ten i blekeriutsläppet över den stoikiometriska mängden som krävs för bildning av kalciumkarbonat.

4. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att värmebehandlingen i steg (c) ut- förs vid en temperatur av 110-160°C.

5. Förfarande enligt patentkravet 4, k ä n n e - t e c k n a t a v att värmebehandlingen i steg (c) ut- förs vid en temperatur av 110-l45°C.

6. Förfarande enligt patentkravet 5, k ä n n e - t e c k n a t a v att värmebehandlingen i steg (c) ut- förs vid en temperatur av 115-140°C.

7. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e - 10 15 20 25 LH NJ NJ J> LN Ü\ - . | . - | . o .o 12 t e c k n a t a v att blekeriutsläppets pH justeras i steg (a) till ett värde över ll, företrädesvis över 12.

8. Förfarande enligt patentkravet 7, k ä n n e - t e c k n a t umhydroxidlösning tillsätts till blekeriutsläppet i steg a v att även grönlut, vitlut eller natri- (a) för att justera pH-värdet till att överskrida ll, fö- reträdesvis 12.

9. Förfarande enligt patentkravet 2, k ä n n e - t e c k n a t a v att blekeriutsläppet utgörs av ett filtrat eller en kombination av filtrat frän följande steg: ett surt tvättsteg (A), ett surt eller neutralt ke- lateringssteg (Q), ett surt ozonsteg (Z), eller ett surt peroxidsteg (Pa), eller ett hett syrasteg för avlägsnande av hexuronsyragrupper från massan.

10. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att uppehàllstiden i steg (b) är 5-10 minuter.

11. ll. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att svartluten indunstas före steg (a) i àtminstone ett indunstningssteg till en torrsub- stanshalt av 35-45%.

12. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e - att blekeriutsläppet förindunstas t e c k n a t a v före steg (a).