專利名稱：處理紙漿廠黑液的方法和設備的制作方法
處理紙漿廠黑液的方法和設備
背景技術：
本發(fā)明涉及一種處理紙漿廠黑液以回收其中的化學藥品和能量的方法。本發(fā)明還 涉及一種處理紙漿廠黑液以回收其中的化學藥品和能量的設備。在制漿過程中，通過將木材原料例如木屑在包含堿液和其它物質(zhì)的化學溶液中蒸 煮來使用熱和化學藥品處理木材原料如木屑。這稱為制漿。這種處理的目的是去除束縛 纖維的木質(zhì)素。在硫酸鹽法蒸煮過程中使用的蒸煮化學藥品是氫氧化鈉(NaOH)和硫化鈉 (Na2S)的混合物。在純堿法蒸煮過程中，蒸煮化學藥品是氫氧化鈉(NaOH)。在碳酸鹽法蒸 煮過程中，蒸煮化學藥品是碳酸鈉(Na2CO3)。在蒸煮之后，將從木材料中分離的纖維紙漿從 制漿液中分離出來，在該制漿液中溶解有在蒸煮期間殘留的各種木材材料組分，例如木質(zhì) 素和無機物。然后在蒸發(fā)裝置中蒸發(fā)蒸煮后分離的該化學混合物即黑液，以便產(chǎn)生包含盡 可能少的水的可燃材料。從該蒸發(fā)裝置的最后一步獲得且通常被裝入回收鍋爐內(nèi)要進行燃 燒的該材料可具有至多85%的干物質(zhì)含量。傳統(tǒng)上，在回收鍋爐中燃燒黑液，由此產(chǎn)生蒸氣和電以用作工廠和可能出售的能 量。從該回收鍋爐去除液態(tài)鹽形式的黑液無機部分；這產(chǎn)生熱量和液態(tài)鹽，可用該熱量加熱 水并且使水蒸發(fā)以產(chǎn)生能量，和由該液態(tài)鹽再生產(chǎn)蒸煮化學藥品。例如，在芬蘭專利82494 和91四0中公開了這些內(nèi)容。已經(jīng)嘗試黑液氣化來替換回收鍋爐，但實際上還有待于完成商業(yè)上有競爭力的方案。WO公布2004/005610公開了一種方案，其中熱分解黑液并且氣化由熱分解產(chǎn)生的 焦炭。然而，在實踐中這個方法是困難的并且要求單獨且昂貴的氣化設備。發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種處理黑液的方法和設備，用該方法和設備可以從工藝中 消除掉回收鍋爐，并且這可主要使用現(xiàn)有的紙漿廠設施而簡易地實現(xiàn)。本發(fā)明方法的特征在于-將黑液裝入熱解反應器，所述熱解反應器具有基本上無氧的空間，-向所述熱解反應器中裝入在流化床鍋爐內(nèi)加熱過的砂粒，由此氣化所述黑液并 形成氣體組分和固體物質(zhì)，-引導在所述熱解反應器中形成的氣體組分以便利用，-將砂粒與所述熱解反應器內(nèi)形成的固體物質(zhì)分開并將砂粒返回到所述流化床鍋 爐中，-將水添加到剩余的固體物質(zhì)中，將固體物質(zhì)中的碳酸鈉溶于水中，-將形成的碳酸鈉-水溶液返回到制漿工藝中并將剩余的固體碳返回到流化床鍋 爐中。本發(fā)明設備的特征在于其包括-流化訂鍋爐，-熱解反應器，向其中裝入黑液并在那里在基本上無氧的空間內(nèi)熱分解所述黑液，形成氣體組分和固體物質(zhì)，-用于將從流化床鍋爐中獲得的砂粒裝入熱解反應器的裝置，-引導在所述熱解反應器中形成的氣體組分以便利用的裝置，-將砂粒與在熱解反應器中形成的固體物質(zhì)分離開的分離器，-使分離的砂粒返回到流化訂鍋爐的裝置，-使分離的固體物質(zhì)與水混合以使固體物質(zhì)中的碳酸鈉溶入水中的混合反應器，-使碳酸鈉-水溶液返回制漿工藝并使剩余的固體碳返回到流化床鍋爐的裝置。本發(fā)明的基本思想在于通過將黑液和在流化床鍋爐內(nèi)加熱過的砂粒裝入同一個 熱解反應器內(nèi)而使黑液熱解，其中將黑液在基本上無氧的空間內(nèi)加熱至合適的溫度，以便 使黑液中含有的揮發(fā)性物質(zhì)轉(zhuǎn)變成氣態(tài)。本發(fā)明的另一個基本思想在于將所述氣體組分與 所述固體物質(zhì)分離開并將其引導至例如電力生產(chǎn)的應用中；從該固體物質(zhì)中分離砂粒并將 其引導回至流化床鍋爐中；和使固體物質(zhì)與水混合，由此產(chǎn)生碳酸鈉-水溶液和固體材料 碳，該固體碳材料例如被送往流化床鍋爐內(nèi)用于進一步利用。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，還將 惰性的氣體或氣體混合物裝入該熱解反應器內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方式，將在該熱 解反應器中形成的氣體組分送去進行進一步的處理，例如提純和/或冷凝。根據(jù)本發(fā)明的 再一個實施方式，將足夠熱的砂粒裝入該熱解反應器內(nèi)以便該砂粒將黑液加熱到熱解所需 要的溫度，由此不需要在該熱解反應器內(nèi)有額外的加熱。本發(fā)明的方法提供了僅一個化學循環(huán)即可實現(xiàn)能量和化學藥品回收的優(yōu)點。另 外，可以使用經(jīng)過冷凝從該氣體組分中分離出的熱解油來替代化石燃料，或者，如有必要， 可以將該熱解油進一步提煉成交通燃料。另一個優(yōu)點是當快迅速熱解時，氣體的形成得以 最大化。而且，由于熱解溫度低，因此避免了常規(guī)回收鍋爐的腐蝕和污染問題。附圖簡述將更加詳細地在附圖中說明本發(fā)明，其中

圖1是應用本發(fā)明方法的設備的示意圖，和圖2是應用本發(fā)明方法的第二設備的示意圖，圖3是應用本發(fā)明方法的第三設備的示意圖，和圖4是應用本發(fā)明方法的第四設備的示意圖。發(fā)明詳述圖1是適用于實施本發(fā)明方法的設備的示意圖。其具有流化床鍋爐1，在其中燃燒 適合的燃料2，最優(yōu)選在紙漿廠中形成的燃料。此外還可能向該流化床鍋爐中裝入已知的固 體、液體或氣體的輔助燃料3，例如油、氣體、或其他合適的燃料。將形成的煙道氣4以本身 已知的方式從該流化床鍋爐引導去提純和可能地回收熱量。將具有200°C到900°C典型溫度的加熱過的砂粒5從該流化床鍋爐送入熱解反應 器6中，還向熱解反應器6中裝入黑液7和流化氣體8。該熱解反應器6可以是任何合適的 反應器，例如流化床鍋爐等等。該流化氣體8是惰性的氣體或氣體混合物。對于該氣體，可能使用純惰性氣體，但 是更顯著有利的是使用例如以下說明的不凝結的氣體或含有反應后的氣體或氣體混合物 的氣體，如一氧化碳、二氧化碳、氮氣、氮氧化物或水蒸氣。此外，甚至可以使用除去了固體 物質(zhì)的煙道氣，例如來自于該流化床鍋爐的煙道氣，作為該流化氣體。
該熱解反應器6中的溫度是大約200°C至900°C，優(yōu)選400°C至700°C。當向其中 裝入溫度為200°C至900°C的熱砂粒5時，該熱砂粒加熱黑液。然后在該反應器中由黑液中 的材料生成氣體組分9和主要包含碳酸鈉和固體碳的固體物質(zhì)10。該氣體組分9被引導用于進一步的處理或以它們的氣體形式用于交通燃料的制 備或用作流化床鍋爐1的輔助燃料?；蛘?，該氣體可被導入冷凝器11中。在該冷凝器11 中，冷凝了的氣體形成油12，該油被引導用作電力生產(chǎn)的燃料，或可將該油進一步提煉例如 用于車用燃料。這個油還可以在流化床鍋爐1中用作為輔助燃料。而將不凝結的氣體13 引導至電力生產(chǎn)或用于以其他方式進行應用，并且可以將至少部分該氣體引導回流化床鍋 爐1中用作輔助燃料或流化氣體8。將固體物質(zhì)和砂粒的混合物導入分離器14中，在那里將砂粒5與固體物質(zhì)的其余 部分分離開并將該砂粒返回到流化床鍋爐1中。將剩余的固體物質(zhì)15裝入混合反應器16 中，還向該混合反應器中加入水17。然后將固體物質(zhì)16中的固態(tài)碳酸鈉Na2CO3溶入水中 并可將其引回至制漿工藝作為碳酸鈉-水溶液18 [H2CHNa2CO3 (含水的)]。剩余的固體物質(zhì) 19主要是固體碳，可將該固體碳原樣返回到流化床鍋爐中或在干燥機20中干燥之后返回 到流化床鍋爐中。該氣體組分和固體物質(zhì)還可以被引入單獨的氣體分離器21，其例如可以是常規(guī)的 旋風分離器。在氣體分離器21中，將在熱解反應器6中形成的固體物質(zhì)和砂粒與被引去進 行利用的氣體組分分離開，并將該固體物質(zhì)和砂粒導入分離器14內(nèi)以便使它們彼此分離。 如有必要，還可以使用單獨的熱源22加熱該熱解反應器6以便將不含氧的材料裝入該熱解 反應器中。最優(yōu)選地，使用間接加熱，其中使用熱源的熱量來從外部加熱該熱解反應器。圖2是適合于實施本發(fā)明方法的第二設備的示意圖。對于其中相應的組件，使用 與圖1中所使用的相同的數(shù)字，對它們不用單獨說明，除非為理解需要。圖2所示的方案與 圖1所示的方案的區(qū)別在于熱解反應器是被從外部加熱的旋轉(zhuǎn)爐。在這種情況下，該熱解反應器6是大體上臥式的管狀爐，其還可圍繞其縱軸旋轉(zhuǎn)。 優(yōu)選將黑液7和砂粒5裝入稍微傾斜設置的爐子的頂端即進料端，相應地從該管狀爐子的 下端即出料端將固體物料10移入到分離器14內(nèi)。在該爐內(nèi)部，在其縱向還可以具有移動該 固體物質(zhì)以合適的速度穿過該爐的攪拌器或進料螺桿。從該管狀爐的頂端移出在該熱解反 應器6中形成的氣體組分9并將其引導以便利用或處理，如圖1所示。在這個實施方式中， 不需要用于將固體物質(zhì)和氣體彼此分離的單獨的分離器，且該爐充當熱解反應器6也還充 當它們的分離裝置。將來自流化床鍋爐1的煙道氣4引導通過單獨的通道22送去加熱該熱解反應器 6。在該管狀爐的周圍，優(yōu)選建造絕熱的通道系統(tǒng)或空間，所述來自流化床鍋爐1的煙道氣 流過該通道系統(tǒng)或空間，以便使該煙道氣到達該熱解反應器6即管狀爐的出料端，然后流 向該爐子的進料端，并且從那里移出煙道氣4以根據(jù)需要進行處理。用這種方法，在該熱解 反應器中進行逆流加熱，由此當黑液穿過該爐子向出料端推進時該黑液連續(xù)地受熱熱解。 優(yōu)選在熱解反應器或一些其它適宜的位置在該煙道氣通道22中形成至少一個用于排出與 該煙道氣分離開的固體物質(zhì)如灰分的出料通道23。代替用流化床鍋爐的煙道氣加熱或除了用流化床鍋爐的煙道氣加熱之外，還可以 通過使用液體或氣體燃料的燃燒器通過將它們的熱煙道氣體送去加熱熱解反應器來加熱
6該熱解反應器。當在該熱解反應器中使用單獨的外部加熱時，裝入其中的砂粒的溫度可以是較低 的，因為該砂粒不需要將黑液加熱至熱解溫度，因為這可以用額外的加熱來完成。因此，裝 入的砂粒的溫度可以僅僅是200°C以上。鑒于熱解反應器6的操作，如果該溫度嘗試上升過高或該排出的煙道氣過熱，在 將它們送去加熱該熱解反應器6之前可以通過使用本身已知的冷卻方法例如冷卻器或傳 熱面M來冷卻該煙道氣，在其中回收該煙道氣的熱量并在該工藝的其它地方使用。代替煙道氣加熱，還可能使用一些其它加熱方法，用這些方法使熱解反應器6的 溫度成為適于熱解的溫度，優(yōu)選400°C至700°C。當使用臥式爐作為熱解反應器6時，其不需要單獨的流化氣體。圖3和4顯示了本發(fā)明的又一個實施方式。圖3顯示了與圖1的方案相對應的方案，而圖4顯示了與圖2的方案相對應的 方案，不同之處在于它們還具有單獨的苛性化容器25之外，向該苛性化容器中裝入碳酸 鈉-水溶液18 [H2CHNa2CO3 (含水的)]。另外，將氧化鈣沈(CaO)以固體物質(zhì)形式裝入該苛 性化容器25內(nèi)，由此獲得作為反應產(chǎn)物的氫氧化鈉(NaOH)和碳酸鈣(CaCO3)。將由這些形 成的混合物27引導至分離器中，該分離器本身是已知的且在此處沒有顯示，并從該分離器 將氫氧化鈉(NaOH)返回到該工藝中，將碳酸鈣(CaCO3)以本身已知的的方式送去燒掉，在 這之后可以將形成的氧化鈣(CaO)再次裝入該苛性化容器中。因此，本發(fā)明的方法不需要常規(guī)的回收鍋爐并且黑液化學藥品的回收可以主要使 用熱解反應器來實現(xiàn)，其尺寸和投資成本是回收鍋爐成本的幾分之一。類似地，與該回收鍋 爐相比，該熱解反應器的生產(chǎn)成本也是相當?shù)偷?。因為在該熱解反應器中形成的氣體還可 被利用或進一步提純用作燃氣透平機或柴油發(fā)電機的燃料，因此還可以以比使用已知的回 收鍋爐方案更顯著有效的方式產(chǎn)生工藝所需的電和蒸氣。當應用本發(fā)明的方案時，還可以 避免昂貴的氣化器方案，根據(jù)現(xiàn)有的經(jīng)驗氣化器方案至少是相當難以應用的。該流化床鍋爐可以是任何已知的流化床鍋爐，在其中可以加熱砂粒并且可以將砂 粒從其中回收到熱解反應器內(nèi)。該熱解反應器可以是任何適合的熱解反應器，但是優(yōu)選使 用臥式的旋轉(zhuǎn)圓筒爐，因為它們的操作和性能是熟知的并且可控制的。該混合反應器進而 也可以是任何合適的混合反應器，可以向其中裝入來自分離器的固體物質(zhì)和水以及合適地 從其中移出溶液和固體物質(zhì)。在混合反應器之后使用單獨的分離器也是可能的，用該單獨 的分離器可以將碳酸鈉-水溶液與固體物質(zhì)分離開。如有必要，可以在該固體物質(zhì)被裝入 流化床鍋爐之前干燥該固體物質(zhì)，該固體物質(zhì)主要是碳。以上在說明書和附圖中僅僅舉例說明了本發(fā)明，但是其決不是對本發(fā)明的限制， 根據(jù)所附的權利要求限定保護范圍。因此，還可以結合不同的工作實施例的個別特征并以 需要的方式將其應用于其他的實施方式。
權利要求
1.一種處理紙漿廠黑液以回收其中的化學藥品和能量的方法，其特征在于 -將黑液裝入熱解反應器，所述熱解反應器具有基本上無氧的空間，-向所述熱解反應器中裝入在流化床鍋爐內(nèi)加熱過的砂粒，由此氣化所述黑液并形成 氣體組分和固體物質(zhì)，-引導在所述熱解反應器中形成的氣體組分以便利用，-將砂粒與所述熱解反應器內(nèi)形成的固體物質(zhì)分開并將砂粒返回到所述流化床鍋爐中，-將水添加到剩余的固體物質(zhì)中，將固體物質(zhì)中的碳酸鈉溶于水中，-將形成的碳酸鈉-水溶液返回到制漿工藝中并將剩余的固體碳返回到流化床鍋爐中。
2.權利要求1的方法，其特征在于將在所述熱解反應器內(nèi)形成的氣體組分和固體物 質(zhì)引入分離器內(nèi)以將它們彼此分離。
3.權利要求1或2的方法，其特征在于將惰性的氣體或氣體混合物供應到所述熱解 反應器內(nèi)與所述黑液混合。
4.權利要求3的方法，其特征在于被引入所述熱解反應器內(nèi)的所述氣體或氣體混合 物至少部分是由從熱解反應器中獲得的且在冷凝之后保持不凝結的氣估形成的。
5.權利要求3或4的方法，其特征在于引入熱解反應器內(nèi)的所述氣體或氣體混合物 至少部分是由二氧化碳或一氧化碳形成的。
6.權利要求3-5中任一項的方法，其特征在于引入熱解反應器內(nèi)的所述氣體或氣體 混合物至少部分是由氮氣或氮氧化物形成的。
7.權利要求3-6中任一項的方法，其特征在于引入熱解反應器內(nèi)的所述氣體或氣體 混合物至少部分是由煙道氣形成的。
8.前述權利要求中任一項的方法，其特征在于所述熱解反應器中的溫度是200°C至 900 "C，優(yōu)選 400 "C 至 700 V。
9.前述權利要求中任一項的方法，其特征在于將在200°C至900°C、優(yōu)選400V至 700 0C的溫度下的砂粒裝入所述熱解反應器內(nèi)。
10.前述權利要求中任一項的方法，其特征在于還用單獨的熱源加熱所述熱解反應器。
11.權利要求10的方法，其特征在于通過外部加熱來加熱所述熱解反應器。
12.權利要求11的方法，其特征在于通過用來自流化床鍋爐的煙道氣從外部加熱來 加熱所述熱解反應器。
13.前述權利要求中任一項的方法，其特征在于使用基本上臥式的圓筒爐作為所述 熱解反應器。
14.權利要求13的方法，其特征在于在熱解期間旋轉(zhuǎn)所述圓筒爐。
15.前述權利要求中任一項的方法，其特征在于使用旋風分離器作為所述分離器。
16.權利要求13或14的方法，其特征在于使用充當熱解反應器的臥式圓筒爐作為所 述分離器。
17.前述權利要求中任一項的方法，其特征在于在冷凝器中冷凝在所述分離器中分 離的氣體組分，由此產(chǎn)生油，并且引導不凝結的氣體以便在需要燃料的其他工藝中再利用。
18.—種處理紙漿廠黑液以回收其中的化學藥品和能量的設備，其特征在于其包括-流化訂鍋爐，-熱解反應器，向其中裝入黑液并在那里在基本上無氧的空間內(nèi)熱分解所述黑液，形成 氣體組分和固體物質(zhì)，-用于將從流化床鍋爐中獲得的砂粒裝入熱解反應器的裝置，-引導在所述熱解反應器中形成的氣體組分以便利用的裝置，-將砂粒與在熱解反應器中形成的固體物質(zhì)分離開的分離器，-使分離的砂粒返回到流化訂鍋爐的裝置，-使分離的固體物質(zhì)與水混合以使固體物質(zhì)中的碳酸鈉溶入水中的混合反應器，-使碳酸鈉-水溶液返回制漿工藝并使剩余的固體碳返回到流化床鍋爐的裝置。
19.權利要求18的設備，其特征在于其包括將惰性的氣體或氣體混合物裝入所述熱 解反應器的裝置。
20.權利要求18或19的設備，其特征在于其具有用于加熱所述熱解反應器的單獨的 熱源。
21.權利要求20的設備，其特征在于其具有安裝成從外部加熱所述熱解反應器的單 獨的熱源。
22.權利要求21的設備，其特征在于使用所述流化床鍋爐的煙道氣作為所述單獨的 熱源。
23.權利要求18至22中任一項的設備，其特征在于使用基本上臥式的圓筒爐作為所 述熱解反應器。
24.權利要求23的設備，其特征在于設置所述圓筒爐以使其繞其縱軸旋轉(zhuǎn)。
25.權利要求18至M中任一項的設備，其特征在于將充當所述熱解反應器的所述爐 用作使在所述熱解反應器中形成的氣體組分和固體物質(zhì)彼此分離的裝置。
26.權利要求18至25中任一項的設備，其特征在于使用分離器作為使在所述熱解反 應器中形成的氣體組分和固體物質(zhì)彼此分離的裝置。
27.權利要求沈的設備，其特征在于所述分離器是旋風分離器。
28.權利要求18至27中任一項的設備，其特征在于其包括冷凝器，在所述冷凝器中 冷凝在所述分離器中分離的氣體組分，由此產(chǎn)生油和不凝結的氣體；和引導它們的裝置以 便在需要燃料的其他工藝中再利用。
29.權利要求18至觀中任一項的設備，其特征在于所述熱解反應器中的溫度是 200 "C 至 900 "C，優(yōu)選 400 V 至 700 V。
30.權利要求18至四中任一項的設備，其特征在于其包括在200°C至900°C、優(yōu)選 400°C至700°C的溫度下將砂粒裝入所述熱解反應器中的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種處理紙漿廠黑液以回收其中的化學藥品和能量的方法和設備。在本發(fā)明中，在熱解反應器(4)中熱分解該黑液，形成的氣體組分被引導用于利用，將砂粒返回到流化床鍋爐內(nèi)，并且將固體物質(zhì)與水混合，由此將碳酸鈉-水溶液返回到制漿工藝中，并將固體碳返回到流化床鍋爐(1)內(nèi)。
文檔編號D21C11/00GK102086605SQ201010549609
公開日2011年6月8日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權日2009年10月5日
發(fā)明者E·瓦利瑪基, J·萊赫托, K·庫坎南 申請人:美卓動力有限公司