JP4945437B2 - 石灰泥を洗浄する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に記載の方法及び請求項１２に記載の装置に関する。

ソーダ回収ボイラーにおける従来の液製造時には、炭酸ナトリウム（Na₂CO₃）及び硫化ナトリウム（Na₂S）が融液の形状でボイラーから流出し、融液溶解槽に流れ込む。炭酸ナトリウム及び硫化ナトリウムは融液溶解槽内で水と混合され、溶液を生成する。この溶液は一般には「未処理液（green liquor）」として知られている。固形汚染物は融液溶解槽から出て未処理液清澄剤に入り、未処理液から洗浄される。その清澄剤は未処理液から固形汚染物を沈降によって分離する。未処理液の清浄を適当なフィルター装置を用いて行うこともできる。未処理液は清浄後にライムスレーカーに送られ、その中で未処理液は、主に酸化カルシム（CaO）からなる焼石灰と混合される。それから未処理液は、焼石灰と反応することになる。

最初に液に消和反応を起こさせると、そこで未処理液中の水が酸化カルシウム（CaO）と反応して水酸化カルシウムである消石灰（CaOH）を生成する。この反応に伴って固体の石灰粒子の容積は増加して、それらは***して非常に小さな粒子を形成し、これが未処理液と一緒にスラリーを生成する。

続いて第二反応が起こり、そこで消石灰は未処理液中に存在する炭酸塩と反応して炭酸カルシウム（CaCO₃）及び水酸化物イオン（OH^-)を形成する。この段階で未処理液は「苛性化」されたと言う。炭酸カルシウムの粒子は、次の段階で、濾過又は浄化によって液から分離される。この段階の清浄された液は「白液（white liquor）」として知られる。次に白液は合成紙パルプの製造中の蒸解工程に用いることができる。苛性化工程からの第２の廃棄物は「石灰スラリー（lime slurry）」として知られている。石灰スラリーは脱水して石灰泥を形成する前に、一段階又は複数段階に分けて水で洗浄し、石灰キルン内に送り込むことができる。石灰泥の焼成は、石灰キルン内で行われるが、これにより含有物の炭酸カルシウム（CaCO3）は主に酸化カルシウムからなる焼石灰に変換される。

この焼石灰は続いて、上記のようにライムスレーカーでスレーカーとして用いることができる。

石灰泥キルンの前に行う石灰泥の最終の洗浄と脱水に関連して次の３つの目的が達成される：1)石灰泥中のナトリウム及び硫化物のレベルを下げる。2)再焼成が有益になるように十分に乾燥した石灰泥を得る。3)石灰泥に残留する硫化含有物の酸化。これは、石灰泥キルンからの、悪臭を放つ硫化水素（HS）の不必要な放出を防止するために行われる。

石灰泥キルン前の最終の洗浄／脱水は、従来の工程では、真空ドラムフィルター又は真空ディスクフィルターで行われることが最も多い。これらのタイプのフィルターの作用様式は次の通りである：

最初に石灰泥はフィルターの谷部に送られる。真空フィルター内のドラム又はディスクは、一般的にはポリプロピレン製のフィルター膜で覆われており、またフィルター膜を通る吸気圧力を生成する真空システムに接続している。ドラム又はディスクは、ドラム又はディスクの表面の一部分が谷部内の石灰泥によって一時的に湿潤するように連続的に回転する。

吸気圧力は石灰泥の一部に導かれ、フィルター膜の表面にケーキを形成する。ドラムは回転を続け、新しい石灰泥ケーキが形成され、またケーキには空気が通される。通常フィルターは、ケーキに噴霧する噴霧洗浄剤も備えている。ケーキに空気を通すことは、ケーキの脱水として作用するが、必要な酸化のために残留硫化物を露出することでもある。ドラム及びディスクの下方運動側には、フィルター膜から石灰泥の表層を掻き取るためのスクレーパが配置されている。ドラム又はディスクの回転によって、石灰泥のケーキを新たに作る工程が繰り返される。石灰泥側は、硫化物を酸化させる必要から、大気／周囲空気に直接接続されていることが通例となっている。

現在用いられている真空フィルターの幾つかの問題／欠点を以下に示す。
−フィルターを通る真空圧力が生じるのに大きな電力を消費すること。
−フィルター前後の圧力差が大気圧に制限されるために、石灰泥濾過容量に限界があること。
−拡大（例えば、より大型のドラム）以外の手段によりフィルターの容量を増大させる可能性に限界があること。
−周囲への大きな温度損失が起こること。これは高温での酸化が起こり得ないことを意味しており、酸化反応にとって有利である。

白液製造時には、白液を濾過して白液から石灰泥を分離するときに、白液の分離に関連する加圧したディスクフィルターが用いられることが多い。加圧白液フィルターの目的の１つは、放出された硫化物の酸化を最小限に留めることであり、これは硫化物が蒸解工程において活性成分であるからである。この理由からフィルター内をガスが循環しており、その中に石灰泥を酸化する恐れのある空気が入り込まないようにしている。

白液分離時には温度損失も避けなければならないが、これはダイジェスタープラントへ熱を追加補給して温度損失を補償しなければならないからである。そのために、この位置の白液フィルターは、コンプレッサを用いてガスが閉鎖循環式で再循環するように加圧フィルターが用いられている。加圧フィルターには真空フィルターに比べて、フィルター前後の圧力差が大気圧に制限されないという更なる利点がある。

現在真空フィルターが用いられている石灰泥キルン前の最終の洗浄及び脱水段階の位置で加圧フィルターを使用することは、石灰泥の酸化が主目的の１つであるが、それが過剰な酸素を必要とし、加圧フィルターからの乾燥物の排出が問題であるという理由から一般には実施されていない。そのために、石灰泥の最終の洗浄及び脱水のフィルターは石灰泥側が周囲の大気に対して開放された状態を維持し、これによりフィルターの濾液側の圧力は低く保たれている。白液分離とは逆に、この位置で、石灰泥は可能な限り酸化されることが望ましい。これは、石灰泥を酸化するために酸素を十分利用できない閉鎖式ガスシステムで作動する現行の加圧フィルターを用いては不可能である。

本発明の主たる目的は、石灰泥キルン前の石灰泥最終の洗浄及び脱水に関連する真空ドラムフィルター及び真空ディスクフィルターに伴う現状の問題／欠点を完全に、又は部分的に解決する発明を達成することであって、さらに以下を目的とする。
・より高い酸素ガス分圧を用いて石灰泥を洗浄することにより、石灰泥中の残留硫化物のより十分な酸化を達成すること。
・極めてより高温で石灰泥を洗浄することにより、石灰泥中の残留硫化物のより十分な酸化を達成すること。
・必要面積（フィルターの構造スペース）を維持もしくは縮小しながら濾過容量を増大させ、それによりフィルター構造を拡大することなく、既存の構造での容量を増大させること。
・加圧空気の使用を最小限にすること。コンプレッサを使用する場合は、加圧空気の使用を最小限に留めることによって、消費電力も下がる。

このことは、請求項１に記載の方法及び請求項12に記載の装置により達成される。

本発明は、石灰泥キルン前の最終の洗浄及び脱水段階の位置での加圧フィルターの使用に関する。本発明は、石灰泥の酸化に必要な量の酸素を得るために、高温で加圧フィルターを用いれば、フィルターの石灰泥側を大気に接続することは必要ではないという驚くべき見識に基づいている。加圧システム内で再循環ガスの5〜20%を新気と交換すれば、実質的に完全な石灰泥の酸化が得られると同時に、昇温が確立できることが証明された。これは石灰泥の酸化にとって有利である。

本発明は、石灰泥キルン前の最終の洗浄及び脱水段階の位置での加圧フィルターの使用に関する。本発明が取り組む主たる課題は、この位置に従来の真空フィルターを使用したときに得られるものに比べて、より効率的に残留硫化物の酸化を達成することである。

この酸化を得るためには、フィルター内の酸素分圧を十分高いレベルに維持しなければならない。硫化物の酸化は酸素を消費するため、ガス循環システムに酸素ガスを供給しなければならない。この点は、ガスシステムが周囲の空気に対し完全に解放されており、周囲の空気は石灰泥ケーキを介して吸い込まれるため、通常の真空ドラムフィルター又は真空ディスクフィルターでは問題ではない。

本発明によれば、循環システム内のガス相の制御された部分は排出され、同時に等量の新気が加わる。

これは請求項１に記載の方法及び請求項12に記載の装置により達成される。

本発明により、先行技術より優れた次の長所が達成される。
＋より高い酸素分圧。これはより十分な酸化をもたらす。
＋より高い温度。これはより十分な酸化をもたらす。
＋濾過容量を増大させること。これは必要面積を維持又は縮小する。

「加圧フィルター」の概念は、以下の発明の詳細な説明内で記載する。本明細書で用いる用語「加圧フィルター」は、本明細書で加圧ディスクフィルター及び加圧ドラムフィルターの両方を示す。

「石灰スラリー」及び「脱水石灰泥」の概念についても記載する。本明細書で用いる用語「石灰スラリー」は、フィルター内でまだ脱水されていない石灰泥のスラリーを意味し、この場合の石灰スラリーは石灰泥＋濾液を含有している。本明細書で用いる用語「脱水石灰泥」は、フィルターにより濾液から脱水された石灰泥を意味し、それは「純粋な」石灰泥のみを含有しており、石灰泥キルンに直接又は間接的に移送される。

最後に「石灰泥側」及び「濾液側」の概念について説明する。本明細書で用いる用語「石灰泥側」とは、濾過中に石灰泥が押しつけられるディスク又はドラムの側面を意味する。本明細書で用いる用語「濾液側」とは、濾液があるフィルターの側面を意味する。

図１は、脱水石灰泥130が石灰泥キルン200に、直接又は中間収容部（図示せず）を介して送られる前に、石灰スラリー106を脱水及び洗浄するための、主に閉鎖されているガス循環システムを示す。この位置、即ち石灰泥が石灰泥キルンに送られる前の最終の石灰泥洗浄において、石灰スラリー中に残留している白液の量は、前段階の苛性化において生成した白液の量の10%未満、好ましくは5%未満である。

加圧フィルター102は、このガス循環システム101内に配置されており、ここではディスクフィルターの形態である。加圧フィルター102内の温度は、再循環ガス相の温度も含めて、低くても75℃、好ましくは75〜95℃である。加圧ディスクフィルター102は、複数のフィルター被覆ディスク104が固定配置されている中空シャフト103を備える。中空シャフト103は回転モーター170の一端部に接続している。ディスク104及び中空シャフト103は、加圧フィルター102内では加圧容器105によって覆われている。フィルター被覆ディスク104は一部が石灰スラリー106の中に浸され、ここで濾液109は中空シャフト103を介するディスク104を経由して濾過され、再循環ライン110を介してフィルターの濾液側にある濾液タンク108に進む。加圧フィルター102からの濾液109の流体レベルは、濾液108内で設定される。再循環ライン110は、ガス相を再循環させるために、フィルターの濾液側にあるガス相から、フィルターの石灰泥側に進む。濾液タンク108とフィルターの石灰泥側との間に、コンプレッサ111が配置される。コンプレッサ111は、その吸気側（s）より濾液タンク108からのガス相を引き込み、その加圧側（p）からフィルターの石灰泥側で圧力容器105を加圧する。このフィルターの「濾液側」は、ディスク104内の空間、中空シャフト103及び濾液タンク108である。

このことは、ガス相が閉鎖式ガス循環システム101内を再循環することを意味する。

石灰泥中の硫化物を酸化するために、所定の制御量の再循環加圧ガス相を、コンプレッサ111の加圧側（p）にある脱気装置113aを介してガス循環システムから排出し、そして酸素分圧を所定の最低レベル以上に維持するために、等量の新気をコンプレッサ111の吸気側（s）にある給気装置112aを介して再循環ガス相に加える。脱気及び給気は、制御ユニット140によって制御され、適切に制御ユニット140を介して脱気装置113aに配置されている調整弁113、及び給気装置112aに配置されている調整弁112に、調整弁112、113の開閉に関する情報を伴う信号を送る。制御ユニット140は、例えば酸素ガスレベル、フィルターの回転速度又は石灰泥排出量などの工程パラメータを少なくとも１つ検出するために配置されているセンサー150からの入力信号を受信する。

換気の制御は、酸素ガスの最低分圧を0.15バールに設定するように調整するのが好ましい。

このようにして、十分な量の酸素が供給され、石灰泥中の硫化物を酸化することができる。ガス循環システム内で交換される再循環ガス相の量は、ガス循環システムの全ガス相量の5%〜20%の範囲、好ましくは10%未満であることが好ましく、それは調整弁112、113の設定により調整される。

脱気用調整弁113は、その最も単純な実施態様では公称値まで閉じられ、一方給気用調整弁112は完全に開かれている。調整弁113は、様々な工程に合わせて調整できれば申し分ないだろう。

ディスク外面（石灰泥側）に付着した石灰泥は、その後スクレーパ201により掻き取られ、続いて集合シュート202に落とされて、適切なスルース装置203を介してフィルターから排出され、これによってフィルター内の圧力は維持される。次にこの石灰泥は、直接又は中間収容部（図示せず）を経由して、石灰泥キルン200に乾燥−送出される。

図面では2枚のディスクの間にスクレーパ装置201が１つだけ図示されているが、当然同様のスクレーパ装置201はディスク104の全てのフィルター表面に配置されている。

図２は上記第１態様の２つの代替態様を示す。ここでは、ガス相は、コンプレッサ111の吸気側（s）で、脱気装置113aを介して新気が加えられる位置より前の位置で排出される。当然、図1のものと同じ調整弁112、113が用いられ、そして制御ユニット140と共に用いられることが好ましい。ここでの１つの利点は、泥の酸化のための未使用の酸素は排出されず、「使用済み」の酸素だけが排出されることである。等量に制御された使用済み酸素の脱気は、コンプレッサの吸気側のコンプレッサ111から第１距離にある調整弁113、調整弁113'を介して行われる。新気は、コンプレッサ111から第２距離にあるコンプレッサの吸気側に接続した新気の給気装置112aを介して加えられる。第１距離は第２距離より長い。

さらにまた、脱気及び給気のための接続部が相互に近接する場合には、その間に調整弁160が配置される。

脱気用調整弁113/160は、その最も単純な実施態様では公称値まで閉じられ、給気用調整弁112は完全に開かれている。調整弁113/160の両方、又はいずれか一方が様々な工程に合わせて調整できれば申し分ないだろう。

本発明は、上記実施態様が指定する加圧ディスクフィルターに限定されない。本発明は加圧ドラムフィルターにも応用できる。

真空フィルターを用いる従来技術より優れた、ドラム型又はディスク型の加圧石灰泥フィルターを用いた本発明の利点を示す例を以下に記載する。この例では、加圧応用において同じ酸素分圧が設定される。石灰泥が含有する硫化物の酸化は、昇温で向上する。

従来の真空ドラムフィルターは約55℃のケーキ温度で作動しているが、加圧ディスク又はドラムフィルターはフィルター容量を増大させるために、より高い温度で作動するのが好ましい。本例で選択された加圧石灰泥フィルターの温度は投入に対しては85℃であり、同時にケーキ温度もほぼ同じである。

加圧石灰泥フィルターは、石灰泥投入側では2.0バール（a）の圧力で、また濾液側では大気圧、1.0バール（a）で作動する。石灰泥は一般的にフィルターに送出される乾燥石灰泥1kg当たり0.13モル硫化物を含有している。一般的な真空ドラム又は真空ディスクフィルターでは、含有硫化物の60%までが主にチオ硫酸塩に酸化される。

最外層、即ちスクレーパによって剥ぎ取られる部分は、従来の真空フィルターでは実質的に大気圧及びケーキ温度の飽和圧力に実質的に同じである蒸気圧、55℃では約0.16バールの空気に曝されることになる。このとき、酸素ガスの分圧は、（1.0−0.16）バール（a）×空気中の酸素容積21%＝0.18バール（a）となる。

加圧フィルターは、ケーキ表面では2バール（a）の全圧で作動する。85℃での蒸気圧は0.58バールになるだろう。従って全乾燥ガス圧力は（2.0−0.58）＝1.42バール（a）でもとめ、そのうちの0.18バールが酸素ガスの分圧でなければならない。従って乾燥再循環ガス中の酸素ガスの量は、0.18/1.42^*100＝12.6容積パーセントとなるはずである。

硫化物のチオ硫酸塩への酸化は、乾燥石灰泥1kg当たり60%×0.13モルO₂を消費するが、これは乾燥石灰泥1kg当たり0.08モルO₂に等しい。酸素分圧を0.18バールに維持するために加える空気の総量は、従って0.08^*21/（21−12.6）＝O₂0.20モル/乾燥石灰泥kg、又は空気として計算した場合には、0.20/21%＝空気0.93モル/乾燥石灰泥kgである。理想気体の分子容積、22.4リットル/モルを用いると、加える空気の量は0.93*22.4/1000＝0.02m³(n)/乾燥石灰泥kgである。

加圧フィルターの比容量は乾燥石灰泥約10kg/m²、分であり、必要な総再循環ガス流量は約2m³(n)/m²、分となる。従って再循環ガス比流量は、2/10＝0.2m³(n)/乾燥石灰泥kgになるだろう。このとき、加える空気の量は、0.02/0.2＝再循環空気総流量の10%になるだろう。

加圧フィルター内の酸素ガス分圧を真空フィルター内と同じとすると（即ち0.18バール（a））、濾過時に、より高い温度、典型的には加圧フィルターについては85℃、そして真空フィルター内では55℃を、エネルギーの大きな損失なしに設定することができ、またこれはより十分な酸化、濾過、及び容量増大の可能性をもたらす。

本発明は、図示した実施態様に限定されない。特許請求の範囲内において複数の変形が可能である。

酸素ガスの量を増やすことが望まれる場合には、交換する空気の量を、例えば10%から10〜20%に増やすことができる。しかしながら昇温は酸化能力の向上をもたらし、このことは交換する空気の量を、向上した容量を保持したままで例示した10%未満にできることを意味する。

本発明によって石灰泥側の温度を、真空フィルターで可能な温度より極めて高くすることが可能となるが、真空フィルターは石灰泥側で大気に連続しており、大気は産業上の前提では20〜30℃の温度である。 石灰泥側の温度を85℃に設定することで、酸化能力を大いに高めることができ、そして酸素ガス分圧が真空フィルターの場合と同じレベルに維持されたとすれば、濾過容量をかなり増大させることができる。

更なる実施態様は、濾過をさらに高い温度、一般的に95〜120℃で行う。しかし、この実施態様は空気の添加に関する技術の変更を包含し、これは空気を加えるためにコンプレッサ又はエジェクタ（サーモコンプレッサ）を必要とする。制御量の空気を加圧して加えるこの変形は、また75〜95℃の温度でも用いることができる。

本発明の第１の好適な実施態様を示す概略図である。 第１実施態様の代替となる本発明の実施態様を示す概略図である。

Claims (17)

1. 脱水した石灰泥を石灰泥キルン（200）に移送する前に、石灰泥（106）を脱水および洗浄する方法であって、
   −前記石灰泥の脱水を加圧フィルター（102）内で行うこと、
   −前記加圧フィルター（102）は閉鎖式ガス循環システム（101）に接続すること、
   −濾液タンク（108）はフィルターの濾液側に接続し、また濾液（109）の流体レベルは前記加圧フィルター（102）から設定されること、
   −前記加圧フィルター(102）は、コンプレッサ（111）がその吸気側において前記濾液タンク（108）からガス相を引き込み、また前記コンプレッサの加圧側において前記フィルター（102）をフィルターの石灰泥側で加圧するように加圧されること、
   −制御される量のガス相がガス循環システム（101）から排出されること、及び
   −酸素分圧を最低レベルより高く維持するために、再循環ガス相に等しい量の新鮮な空気を加えること
   を特徴とする前記方法。
2. 前記加圧フィルター（102）内の温度は、前記再循環ガス相の温度を含めて75℃より高く維持されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記石灰泥（106）内の残留白液の量は、前段階の苛性化で形成される白液の10％を超えないことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の方法。
4. 前記石灰泥から濾過された石灰泥は、ディスクフィルターから乾燥−送出され、前記石灰泥キルン（200）に移送されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記再循環ガス相からの脱気は、脱気装置（113a）を経由して前記コンプレッサの加圧側（p）で行われること、および新鮮な空気は前記コンプレッサの吸気側(s）に接続した給気装置（112a）によって加えられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記再循環ガス相の脱気は、脱気装置（113a）を経由して、吸気口からコンプレッサに向かって第１距離にある前記コンプレッサの吸気側（s）で行われ、また新鮮な空気は吸気口からコンプレッサに向かって第２距離にある前記コンプレッサの吸気側（s）の給気装置（112a）を介して加えられ、このとき第１距離は第２距離より長いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
7. 交換される前記再循環ガス相の量は、5〜20％の範囲内であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 交換される前記再循環ガス相の量は、検出される工程パラメータに基づくように調整されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記検出される工程パラメータは、前記フィルター内の酸素ガス分圧であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記検出される工程パラメータは、石灰泥または脱水された石灰泥の流量であるか、あるいはこれら流量を表すパラメータであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 前記加圧フィルターは、ディスク型フィルターであることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 脱水した石灰泥を石灰泥キルン（200）に移送する前に石灰泥を脱水および洗浄する装置であって、
    −前記石灰泥の脱水を加圧フィルター（102）内で行うこと、
    −再循環ライン110は、ガス相のために濾液側から泥側に向かって配置されていること、
    −前記加圧フィルター（102）は、閉鎖式であるガス循環システム（101）に接続していること、
    −濾液タンク（108）は、前記フィルターの濾液側に接続しており、また濾液（109）の流体レベルが前記加圧フィルター（102）から設定されること、
    −前記加圧フィルター(102）は、コンプレッサ（111）がその吸気側において前記濾液タンク（108）からガス相を引き込み、また前記コンプレッサの加圧側においてフィルターの石灰泥側で前記フィルター（102）を加圧するように加圧されていること、
    −制御される量のガス相が、脱気装置（113a）を経由してガス循環システム（101）から排出されること、および
    −酸素分圧を最低レベルより高く維持するために、再循環ガス相に給気装置（112a）を介して等しい量の新鮮な空気を加えることを特徴とする前記装置。
13. 前記脱気装置（113a）は前記コンプレッサの加圧側（p）の位置に配置されていること、および前記給気装置（112a）は前記コンプレッサの吸気側（s）の位置に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 前記脱気装置（113a）は前記コンプレッサ（111）から第１距離にあるコンプレッサの吸気側（s）の位置に配置され、また前記給気装置（112a）は前記コンプレッサから第２距離にあるコンプレッサの吸気側（s）の位置に配置され、このとき第１距離は第２距離より長いことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
15. 制御ユニット（140）は、脱気および空気の添加の少なくとも１つのために調整弁（112）、(113）、(160）を制御することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記制御ユニット（140）は、センサー（150）からの入力信号を受信することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 前記加圧フィルター（102）は、ディスク型フィルターであることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の装置。

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