硫酸盐工艺中能量和化学品回收的方法和设备技术

本发明专利技术涉及回收硫酸盐工艺中的能量和化学品的方法和设备，其中黑液送入气体反应器，黑液在低于化学计量的氧气存在下，在高于常压下气体，因此无机化合物作为可用于现有制浆工艺的液相化合物被回收，黑液中的有机化合物的能量主要限于气相化合物。在气化中生成的含有含钠化合物的气体送入颗粒冷却器，这些化合物变成固态，在颗粒冷却器中冷却的气体用过滤器净化，然后送入燃气透平。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用燃气透平和用燃气透平驱动的压缩机来回收硫酸盐工艺中的能量和化学品的一种方法。在这一方法中，干固含量一般为60～80%的黑液送入气化反应器。在高于常压的压力下，在小于化学计量的氧气存在下，使黑液在气化反应器中气化。借助热空气引入气化反应器的方法使气化反应器的温度维持在800～1200℃。空气用压缩机压缩到高于常压的压力。此后，从气体中分离出含钠化合物，气体再进燃气透平。在这一方法中，无机化合物作为可用于现有制浆工艺的液相化合物被回收。黑液中有机化合物的能量主要限于气相化合物。在目前的硫酸盐工艺中，黑液中的化学品和能量在所谓的苏打回收蒸发器中回收。通过分段送入空气，使蒸发器的下部保持强还原性。从苏打回收蒸发器中，主要以液相化合物Na2S和Na2CO3回收化学品。利用黑液的化学能量在苏打回收蒸发器中产生蒸汽，然后蒸汽在蒸汽透平中膨胀。制浆工艺需要的工艺蒸汽在某种程度上用废蒸汽，主要用透平以后得到的所谓背压蒸汽生产。制浆工艺需要的背压大约为0.4MPa，因此透平中的蒸汽膨胀比仍很低。事实上，采用苏打回收蒸发器的回收工艺最严重的缺点是发电量低。建立在苏打回收蒸发器基础上的回收工艺的投资费用高，还需要开发更有效果的回收工艺。在以前熟悉的能量回收工艺中，在制浆工艺的回收操作中显著提高发电量最可行的办法看来是采用燃气透平。有许多专利说明书，其中最重要的特点是用燃气透平发电。例如FI专利说明书875056(Andersson)和国际专利说明书WO86/07396(Kignell)。这些专利文件在许多方面是重叠的，它们全面地确定了例如气化反应器的条件，以及在不同条件下回收化学品的适宜方法。FI专利说明书875056公开了一种方法。在这一方法中，设法在含钠化合物仍留在固相及硫基本上转化成H2S的低温条件下进行气化。这一方法的问题是硫的回收，还有就是设备腐蚀比本专利技术大得多。国际专利说明书WO86/07396公开了一种方法。在这一方法中，含钠化合物主要作为Na2S和NaCO3回收。因此从纤维素化学的观点看，它类似现有的回收方法。以前所有方法的共同特点是，气化步骤得到的气体都用湿净化技术处理，因此浪费了可以在燃气透平中加以利用的能量。还有证据说明，湿净化技术除去气化反应器中排出的含钠化合物不够有效，因此当采用湿净化技术时，燃气透平的叶片部件的使用寿命太短，不经济。从气化反应器排出的气体含有大量以液相和气相形式存在的钠，因此基于间接传热的冷却器难以保持清洁。使用换热式冷却器的另一问题是，汽化的钠的相转变中生成的颗粒很小，实际上不可能分离出这些颗粒。与使用燃气透平的回收工艺有关的这些问题以前未得到圆满解决。本专利技术的目的是要优化电力和蒸汽的生产，以及解决上面提到的这些问题。这一目的是借助本专利技术的方法来达到。本专利技术的特点在于，从气化反应器中取出转化成熔融状态的Na2CO3，作为它们的熔融混合物回收;仍含有熔融和汽化的含钠化合物的热气体由气化反应器进入装有固体颗粒的颗粒冷却器，经压缩压力高于常压的空气从压缩机进入冷却器，使颗粒冷却器的温度为300-600℃，因此含钠化合物在冷却器中变成固态;至少有一部分在颗粒冷却器中加热的空气进入气化反应器;在颗粒冷却器中冷却的气体用过滤器净化，然后进入燃气透平。本专利技术还涉及硫酸盐工艺中回收能量和化学品的设备。设备有气化反应器、将热空气鼓入气化反应器的压缩机、从气化反应器生成的气体中分离含钠化合物的设备、燃气透平、气体净化设备和气体送入燃气透平的设备。设备的特点在于，所说的从气体中分离含钠化合物的设备有颗粒冷却器;设备还有经压缩压力高于常压的空气从压缩机送入颗粒冷却器的设备，以便冷却气体，使在气化反应器中变成熔融状态的含钠化合物变成固态;设备还有在颗粒冷却器中加热的空气送入气化反应器的设备;净化设备有净化气体中颗粒的过滤器;净化气体送入燃气透平的设备。本专利技术最重要的特点与利用所谓的颗粒冷却器和过滤器冷却由气化反应器产生的气体有关。下面参照附图详细描述本专利技术。其中附图说明图1是说明本专利技术回收方法的流程图。图2是说明本专利技术另一实施方案的流程图。参照图1，由一个或一个以上母液源得到的黑液经原料管线1a和1b送入汽化器1。它可以是流化床汽化器或任何一种适用于这一目的的其他汽化器。在汽化器1中，在高温下水从母液中汽化出来，以致母液的干固含量一般为60～80%。为了改进汽化过程，用泵2使热气体和蒸汽经管线1C循环，然后回到汽化器1的下部。浓缩的母液通过管线1d进入气化反应器3。在颗粒冷却器4中，加热的空气经管线4a也送入气化反应器，以使气化反应器3的温度维持在800～1200℃范围内，最好在900～1100℃。因此空气按40～50mol/kg干固体的数量送入气化器。用压缩机8压缩的、压缩后最终温度为270～350℃(与压缩比有关)的空气几乎全部送入颗粒冷却器4，以致颗粒冷却器的温度为300-600℃，最好400-500℃。从气化反应器3中回收Na2S和Na2CO3的熔融混合物经管线3a送到溶解器。含有熔融和汽化的含钠化合物的热气体从气化反应器送入颗粒冷却器4。为了净化，气体在冷却器中用压缩得到的空气流冷却，含钠化合物变成固态。象这里使用的一样，颗粒冷却器指的是一种设备。在该设备中气体与颗粒物质接触，以便使气体迅速冷却。考虑到这一回收方法，颗粒冷却器有两个主要的优点1.气体中所含有的给加热表面造成问题的含钠化合物附着到固体颗粒表面，因此它们不会造成加热表面污染。2.因为气化的含钠化合物有许多可利用的凝结中心，难分离的亚微颗粒数量(也就是极小的颗粒)变得不重要。颗粒冷却器例如可能是流化床，它的温度用冷却来调节，最好采用蒸煮化学品Na2S和Na2CO3的混合物作为颗粒冷却器的成核物质，因此不需要外加可危害蒸煮过程的化学品。砂也可作为成核物质。聚集在颗粒冷却器中的含钠化合物循环到气化反应器。从气化反应器进入溶解器，生成绿液。在颗粒冷却器中，来自气化反应器的气体冷却到这样的温度，以致它们可用简单而有效的过滤器5净化。过滤器例如可能是纤维材料过滤器或陶瓷材料过滤器。目前，对于最广泛使用的纤维过滤器材料来说，适宜的操作温度为200～250℃左右。用来自压缩机的空气流不可能达到这一温度，它的入口温度大约为300℃。但是，考虑到发电，即使用水直接冷却使气体冷却到这一特殊温度，也不会出现重大损失，因为在压缩功率没有任何显著增加的情况下，蒸汽中的能量可在透平中高效转化成能量。在过滤器5中积累的钠尘经管线5a送回气化反应器3。它以熔融状态从气化反应器中除去，使它进入绿液溶解器。现在几乎完全不含钠的气体与在颗粒冷却器4中加热的空气一起送入燃气透平的燃烧室6。在燃烧室中，燃烧后温度用管线4b的空气流量调节到燃气透平7决定的最高温度。对于本法来说，最高温度为850～1000℃，它与透平的类型和生产厂家有关。在燃气透平7中，热气体膨胀，以膨胀功的形式释放的机械能一部分用于压缩机8，一部分用于发电机9。燃气透平7的排放气的温度大约为450℃，因此它的热焓可用于为制浆工艺生产所需要的工艺蒸汽。视应用而定，可用一个或一个以上蒸发器，因此当采用不同的蒸汽压力时，可根据制浆工艺的需要，优化蒸汽的生产。在图1所示的本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用燃气透平（７）和用燃气透平驱动的压缩机（８）来回收硫酸盐工艺中的能量和化学品的一种方法，在这一方法中，干固含量一般为６０～８０％的黑液送入气化反应器（３），在高于常压、低于化学计量的氧气存在下，使黑液在气化反应器中汽化，向气化反应器中引入热空气，以使气化反应器的温度为８００～１２００℃，空气用压缩机（８）压缩到压力高于常压，此后，从气体中分离出含钠化合物，气体再进入燃气透平（７），该法的特点在于，转变成熔融态的Ｎａ↓［２］Ｓ和Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］从气化反应器（３）中分离出来，作为Ｎａ↓［２］Ｓ和Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］熔融混合物回收；仍含有熔融的和汽化的含钠化合物的热气体由气化反应器（３）送入装有固体颗粒物质的颗粒冷却器（４），来自压缩机（８）的气体经压缩，压力高于常压，并通过颗粒冷却器，使颗粒冷却器（４）的温度为３００～６００℃，因此，含钠化合物在颗粒冷却器（４）中变成固态；在颗粒冷却器中加热的空气至少有一部分进入气化反应器（３）；在颗粒冷却器中冷却的气体用过滤器（５）净化，然后进入燃气透平（７）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：塞仆尔鲁涂，
申请(专利权)人：坦佩拉动力股份公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]