SE526706C2 - Förfarande och anordning för tvätt av mesa - Google Patents

Description

526 706 2 enligt ovan.

I samband med den sista tvättningen och awattningen av mesan före mesaug- nen uppnås tre syften: 1) Natrium- och sulfidinnehàllet i mesan reduceras 2) Tillräckligt torr mesa àstadkoms så att återbränningen blir ekonomisk 3) Oxide- ring av kvarvarande sulfidinnehåll hos mesan. Detta görs för att förhindra onö- digt utsläpp av illaluktande vätesulfid (HS) fràn mesaugnen. l en konventionell process görs den slutliga tvätten/awattningen före mesaug- nen oftast i ett vakuum trumfilter eller vakuum skivfilter. Dessa typer av filter fungerar på följande sätt: Mesan matas först till ett filtertråg. Trumman/skivorna i vakuumfiltret är klädda med en filtrerduk, vanligen av polypropylen, och anslutet till ett vakuum system som skapar ett insugningstryck över filtrerduken. Trumman/skivorna roterar kontinuerligt på ett sådant sätt att delar av trum-/sklvytan tillfälligt kommer att blötas av mesan i tråget. lnsugningstrycket kommer att göra att delar av mesan bildar en kaka på filtrer- dukens yta. Trumman fortsätter att rotera så att ny mesakaka bildas och att kakan penetreras av luft. Normalt har även filtret en spruttvätt som sprutar på kakan. Luftpenetreringen av kakan fungerar som awattning av kakan men ut- sätter också kvarvarande sulfid för den nödvändiga oxideringen. På den ned- åtgående sidan av trumman/skivorna är en schaber anordnad i syfte att skrapa bort ytlagret av mesa från filtrerduken. Flotationen av trumman/skivorna gör att processen med uppbyggnad av ny mesakaka återupprepas. På grund av beho- vet av oxidering av sulfiden hos mesan har mesasidan konventionellt kopplats direkt mot atmosfär/omgivande luft.

Några av problemen / nackdelarna med dagens vakuumfilter är: - Det åtgår mycket elektrisk effekt att skapa vakuumtrycket över filtret.

- Flltreringskapaciteten av mesan är begränsad eftersom tryckdifferensen över filtret är begränsad till atmosfärstrycket.

- Begränsad möjlighet att öka kapaciteten hos filtren annat än genom utbygg- O402SE3.doc nad (ex. större trumma) - Stora temperaturförluster till omgivningen, som gör att oxideringen inte kan ske vid en högre temperatur, vilken är gynnsam för oxideringsreaktionen.

Vid lutframställningen i samband med vitlutssepareringen används ofta tryck- satta skivfilter, som vitlutsfilter för att separera mesan från vitluten. Ett av syfte- na med det trycksatta vitlutsfiltret är att minimera oxideringen av utlöst sulfid, eftersom sulfid är en verksam ingrediens i koket. Därför cirkuleras gasen i filtret för att inte införa luft som riskerar att oxidera mesan. Även temperaturförluster bör undvikas vid vitlutssepareringen eftersom tempe- raturförluster behöver kompenseras genom tillägg av tillsatsvärme till kokan- Iäggningen. Av dessa anledningar är vitlutsfiltren i denna position konstruerade som tryckfilter, med gas som ska recirkuleras i en sluten cirkulation genom an- vändande av en kompressor. Ett tryckfilter har ocksa fördelen över ett vakuum- filter att tryckdifterensen över filtret inte är begränsad till atmosfärstrycket.

Att använda trycksatta filter i positionen för det sista tvätt- och awattningssteget före mesaugnen där man idag använder vakuumfílter används normalt inte av de skälen att dels är oxideringen av mesan ett av huvudsyftena, vilket kräver överskott av syre och dels utgör torrutmatning från trycksatt filter ett problem.

Därför hålls sista mesa-tvätt och awattningsfiltret med sin mesasida öppet mot omgivande atmosfär varvid undertryck etableras i filtrets filtratsida. Till skillnad fràn vitlutssepareringen vill man i denna position att sulfiden i mesan skall oxi- deras så långt möjligt, vilket inte är möjligt med dagens trycksatta filter som ar betar i slutna gassystem, där inte tillräckligt med syre finns för att oxidera me- san.

S et medu finnin en Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en uppfinning som helt eller delvis upphäver dagens problem/nackdelar med va- kuumtrumfilter och vakuumskivfilter i samband med den sista tvättningen och awattningen av mesan före mesaugnen samt; o att åstadkomma en bättre oxidering av kvarvarande sulfid i mesan genom 0402SE3.doc en mesatvätt med ett högre partialtryck på syrgasen. o att åstadkomma en bättre oxidering av kvarvarande sulfid i mesan genom en mesatvätt med en väsentligt högre temperatur. o att öka kapaciteten på filtreringen med bibehållet eller mindre areautrymme (byggyta för filtret), varigenom kapacitetsökning kan erhållas i befintliga byggnader utan behov av utökning av lokaler. o att minimera användandet av trycksatt luft. Genom att minimera användan- det av trycksatt luft minskas även elförbrukningen i de fall kompressorer an- vänds.

Detta uppnås med ett förfarande i enlighet med patentkravet 1, samt en anord- ning i enlighet med patentkrav 12.

Kort beskrivning av uppfinninden Föreliggande uppfinning avser att använda ett trycksatt filter i positionen för det sista tvätt- och awattningssteget innan mesaugnen.

Uppfinningen baserar sig pà den överraskande insikten att vid förhöjd tempera- tur och trycksatta filter icke erfordras en anslutning av filtrets mesasida mot at- mosfär för att tillhandahålla erforderlig mängd syre för oxlderingen av mesan.

Det har visat sig att ett utbyte av 5-20% av den recirkulerade gasen mot färsk luft i det trycksatta systemet, så erhålls i allt väsentligt en fullständig oxidering av mesan, samtidigt som hög temperatur kan etableras vilket är gynnsamt för oxlderingen av mesan.

Föreliggande uppfinning avser att använda ett trycksatt filter i positionen för det sista tvätt- och awattningssteget innan mesaugnen. Det huvudsakliga proble- met som uppfinningen vänder sig till är att åstadkomma oxidering av kvarva- rande sulfid på ett effektivare sätt än med dagens vakuumfilter i denna position.

För att erhålla denna oxidering måste partialtrycket av syre i filtret hållas tillräck- ligt högt. Oxideringen av sulfid konsumerar syre, därför mäste syrgas tillföras gascirkulationssystemet. I de vanliga vakuumtrum- eller skivfiltren är detta inget problem då gassystemen är helt öppna med omgivningsluft som sugs genom 04025153 .doc 526 706 S' mesakakan.

Enligt uppfinningen ventileras en kontrollerad del av gasfasen i gascirkulation- systemet bort, samtidigt som motsvarande mängd av färsk luft tillförs.

Detta uppnås med ett förfarande i enlighet med patentkravet 1 samt en anord- ning i enlighet patentkrav 12.

Med uppfinningen uppnås följande fördelar gentemot känd teknik: + Högre partialtryck pà syrgasen, vilket ger en bättre oxidering.

+ Högre temperatur, vilket ger en bättre oxidering. + Ökad filtreringskapacitet, med bibehàllet eller minskat areautrymme.

Figurbeskrivning Figur 1 visar schematiskt en första föredragen utföringsform av uppfinning- en; och Figur 2 visar schematiskt en alternativ utföringsform av uppfinningen, till den första utföringsformen.

Detal'|erad beskrivning av uppfinningen l den följande detaljerade beskrivningen av uppfinningen kommer begreppet trycksatt filter att nämnas. Med trycksatt filter avses här såväl trycksatta skivfil- ter som trycksatta trumfilter. Även begreppen mesaslamning och awattnad mesa kommer att nämnas. Med mesaslamning avses här en slamning av mesa som ännu inte awattnats i filtret och där mesaslamningen innehåller mesa+filtrat. Med awattnad mesa avses här mesa som har awattnats pà filtrat av filtret och endast innehåller "ren" me- sa, avsedd att direkt eller indirekt skickas till en mesaugn.

Slutligen kommer begreppen mesasida och filtratsida att nämnas. Med mesasi- da avses de sidor på skiva/trumma, på vilka sidor mesa fastnar i samband med filtreringen. Med filtratsida avses den sida av filtren pá vilken filtrat finns. 0402SE3.doc 01 i\D 0\ \1 G3 øx i figur 1 visas ett i huvudsak slutet gascirkuiationsystem 101 för att awattna och tvätta en mesaslamning 106 innan awattnad mesa 130 skickas till en mesaugn 200, antingen direkt eller via en mellanlagring (ej visad). i denna position, dvs. sista mesatvätt innan mesan skickas till mesaugn, är mängden vitlutsrest i me- saslamningen mindre än 10%, företrädesvis mindre än 5%, av den vitlut som bildats i föregående kausticering. l detta gascirkuiationsystem 101 är ett trycksatt filter 102 anordnat, här i form av ett skivfiiter. Temperaturen i det trycksatta filtret 102, inklusive temperaturen pà den recirkuierande gasfasen är minst 75°C, företrädesvis 75-95°C. Det tryck- satta skivfiltret 102 innefattar en hàlaxel 103 på vilken ett antal fiiterbeklädda skivor 104 är fast anordnade. Hàiaxein 103 äri sin ena ände ansluten till en roterande motor 170. Skivorna 104 och hàlaxeln 103 omsluts av ett i trycksatta filtret 102 trycksatt kärl 105. De filterklädda skivorna 104 går delvis ned i me- sasiamningen 106, där filtrat 109 uttages via skivorna 104 ut genom hàlaxeln 103 och vidare via en recirkulationsledning 110 till en fiitrattank 108 pà filtrets filtratsida. l filtrattanken 108 etableras en vätskenivà av filtratet 109 från det trycksatta filtret 102. Fràn gasfas pà filtrets filtratsida gär en recirkulationsled- ning 110 vidare till filtrets mesasida för den recirkulerade gasfasen. En kom- pressor 111 är anordnad mellan filtrattanken 108 och filtrets mesasida. Kom- pressorn 111 drar från sin sugsida (s) gasfas från filtrattanken 108 och pà sin trycksida (p) trycksätter tryckkärlet 105 pà filtrets mesasida. Detta filters "filtrat- sida" utgöres av utrymmet i skivorna 104, hàlaxeln 103, samt filtrattanken 108.

Detta medför att gasfasen recirkuleras i det slutna gascirkulationssystemet 101.

För att åstadkomma en oxidering av sulfiden hos mesan ventileras en förbes- tämd kontrollerad mängd av den recirkulerade trycksatta gasfasen bort från gascirkulationssystemet via ett aviuftningsorgan 113a pà trycksidan (p) av kompressorn 111 och motsvarande mängd färskluft tillsättes till den recirkule- rade gasfasen via ett Iufttillsättningsorgan 112a pä sugsidan (s) av kompres- sorn 111, i syfte att bibehålla partialtrycket av syrgas över en minsta förbes- tämd nivà. Lämpligen styrs avluftningen och lufttillsättningen av en kontrollen- het 140, genom att kontrollenheten 140 skickar signaler till en reglerventil 113 anordnad vid aviuftningsorgan 113a och till en reglerventil anordnad vid lufttill- sättningsorgan 112a med information om reglerventiler 112,113 skall öppnas 0402SE3.d0c 526 eller stängas. Kontrollenheten 140 fär insignaler frán sensorer 150, vilka sitter anordnade för att detektera åtminstone en processparameter såsom exempel- vis, syrgashalten, varvtalet på filtret eller mängd utmatad masa.

Styrningen av luftutbytet skall företrädesvis regleras så att ett minsta partialtryck pà syrgasen pà 0.15 bar etableras.

På sà sätt tillförs tillräcklig mängd syre så att oxideringen av mesans sulfid kan äga rum. Mängden recirkulerad gasfas som byts ut i gascirkulationsystemet ligger i intervallet 5-20%, företrädesvis under 10% av den totala mängden gas- fas i gascirkulationsystemet, och regleras genom inställningar av reglerventiler- na 112, 113.

I sin enklaste utföringsform är reglerventil för avluftning 113 strypt till ett nomi- nellt värde och reglerventil för lufttillsättning 112 är helt öppen. För varierande processer kan det räcka med att reglerventil 113 är reglerbar.

Mesan som fastnar på skivornas utsida (mesasidan) skrapas sedan av med schabrar 201 för att sedan falla ned i uppfàngningsstup 202 och vidare ut från filtret via lämpliga slussorgan 203 som bibehåller trycket i filtret. Denna mesa torrutmatas sedan direkt till en mesaugn 200 eller indirekt via en mellanlagring (ej visad).

I figuren visas enbart en schaberanordning 201 mellan tvà skivor 104, men li- kadana schaberanordningar 201 finns givetvis verkande mot samtliga filterytor hos skivorna 104.

I figur 2 visas tvà alternativa utföringsformer till ovan beskrivna första utförings- form. Här ventileras gasfasen bort i en position före positionen för tillsatsen av färskluft via avluftningsorgan 113a, pà kompressorns 111 sugsida (s). Givetvis används motsvarande reglerventiler 112, 113 som i figur 1 och företrädesvis med en kontrollenhet 140. En fördel här är att man inte ventilerar bort outnyttjad syre avsedd för mesans oxidering, utan endast "förbrukad" luft. Avluftningen av motsvarande kontrollerad mängd förbrukad luft görs antingen via en reglerven- 0402SE3.doc 526 706 sf til 113 eller via en reglerventil 113' på ett första avstånd från kompressorn 111 pà kompressorns sugsida (s). Tillsättningen av lärskluft görs via ett lufttlllsätt- ningsorgan 112a av färskluft ansluten till kompressorns sugsida (s) pá ett andra avstånd från kompressorn 111. Första avståndet är större än det andra avstän- det.

Dessutom är en reglerventil 160 anordnad mellan anslutningarna för avluftning respektive tillsättning av luft om dessa anslutningar är närbelägna. l sin enklaste utföringsform är reglerventilerna för avluftning 113/160 strypta till ett nominellt värde och reglerventil för lufttillsättning 112 är helt öppen. För vari- erande processer kan det räcka med att bàda eller någon av reglerventilerna 113/160 är reglerbara.

Uppfinnlngen är inte begränsad till ett trycksatt skivfilter enligt beskrivna utfö- ringsformer ovan, utan är även tillämpbar pà ett trycksatt trumfilter.

Nedan följer ett exempel för att visa pä fördelarna med uppfinningen med ett trycksatt mesafilter av trum- eller skivtyp, gentemot konventionell teknik med vakuumfilter. I detta exempel etableras samma partialtryck på syrgasen i den trycksatta applikationen. Med förhöjd temperatur erhålls då en förbättrad oxide- ring av mesans sulfidinneháll.

Ett konventionellt vakuumtrumfilter arbetar vid en kaktemperatur pà omkring 55°C medan ett trycksatt sklv- eller trumfilter företrädesvis arbetar vid en högre temperatur för att förbättra filterkapaciteten. I detta exempel är den valda tem- peraturen pà det trycksatta mesafiltret 85°C för matningen och kaktemperatu- ren år ungefär densamma.

Ett trycksatt mesafilter arbetar vid ett tryck pà 2.0 bar (a) på matningssidan av mesa och vid atmosfärstryck, 1.0 bar (a) på filtratsidan. Typisk mesa innehar 0.13 mol sulfid/kg torr mesa som matas till filtret. l ett typiskt vakuum -trum eller skivfilter oxideras upp till 60% av sulfidinnehàllet i mesan till i huvudsak tiosul- fat. 0402SE3 .doc 526 706 ' l det konventionella vakuumtrumfiltret kommer det yttersta lagret dvs. den del som kommer att skrapas bort av skrapan att exponeras av luft vid väsentligen atmosfäriskt tryck och med ett vattenàngtryck som är i stort sett detsamma som mättningstrycket vid kaktemperaturen, vid 55°C ca 0.16 bar (a). Partialtrycket av syrgas kommer då att vara (1 .0-0.16) bar (a) x 21% av syrgasvolymen i luft =0.18 bar (a).

Det trycksatta filtret arbetar vid ett totaltryck på 2 bar (a) vid kakytan. Vatten- àngtrycket vid 85°C kommer att vara 0.58 bar. Totala torra gastrycket kommer då att vara (2.0-0.58)=1.42 bar (a) av vilket 0.18 bar behöver vara partialtrycket av syrgas. Halten av syrgas i torr återcirkulerad gas skall då vara 0.18/1.42*100=12.6 volym-% Oxideringen av sulfid till tiosulfat kommer att konsumera 60%x0.13 mol Oz/kg torr mesa vilket är samma som 0.08 mol O2/kg torr mesa. Totala kravet på mängden luft som tillsätts för att hålla partialtrycket vid 0.18 bar är då 0.08*21/(21-12.6)=0.20 mol OZ/kg torr mesa eller räknat som luft 0.20/21%=0.93 mol luft/kg torr mesa. Genom att använda molvolymen för ideal gas, 22.4 l/mol, får vi mängden tillsatt luft 0.93*22.4/1000=0.02 m3(n)/kg torr mesa.

Specifika kapaciteten hos det trycksatta filtret kommer att bli omkring 10 kg torr mesa/mg, min och det totala nödvändiga återcirkulerade gasflödet omkring 2 m3(n), m2, min. Det specifika àtercirkulerade gasflödet blir således 2/10=0.2 m3(n)/kg torr mesa. Mängden tillsatt luft blir då 0.02/0.2=10% av det totala åter- cirkulerade luftflödet.

Givet en etablering av samma partialtryck på syrgas i trycksatt filter som i vaku- umfilter (dvs 0.18 bar (a)), så kan betydligt högre temperatur etableras under filtrering, typiskt 85°C för den trycksatta filtreringen och 55°C i vakuumfiltret, utan alltför påtagliga energiförluster, vilket ger en bättre oxidering, filtrering och möjlighet till kapacitetsökning. 0402SE3.doc 526 706 /0 Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsformerna utan flera vari- anter är möjliga inom ramen för patentkraven.

Om man vill öka mängden syrgas så kan mängden luft som byttes ut ökas fràn exempelvis 10% till 10-20%. Den förhöjda temperaturen ger dock förbättrad oxidationsförmàga vilket medför att mängden luft som bytts ut kan vara lägre än % i det givna exemplet, men ändå erhålla bättre kapacitet.

Med uppfinningen kan man etablera betydligt högre temperatur på mesasidan jämfört med vakuumfilter, där de senare är anslutna på mesasidan till atmosfär, vilket i en industrilokal ligger på 20-30°C. Genom att etablera en temperatur på 85°C på mesasidan erhålls väsentligen förbättrad oxidationsförmàga, och om syrgasens partialtryck hålls på samma nivå som för ett vakuumfilter så kan fil- treringskapaciteten höjas väsentligt.

Ytterligare en utföringsform är att filtrera vid en ännu högre temperatur typiskt 95-120°C. Detta medför dock modifikation av tekniken för lufttillsättning vilket kan kräva kompressorer eller ejektorer (termokompressorer) för att tillsätta lut- ten. Denna variant med trycksatt lufttillsättning av kontrollerad mängd luft kan även användas vid temperatur 75-95°C. 0402SE3 .doc

Claims (17)

20 25 30 526 706 l/ PATENTKRAV

1. Förfarande att awattna och tvätta en mesaslamning (106) innan awattnad mesa skickas till en mesaugn (200) kännetecknat av att awattningen av mesaslamningen sker i ett trycksatt filter (102), att det trycksatta filtret (102) är anslutet i ett slutet gascirkulationsystem (101), att en filtrattank (108) är anslutet till filtrets filtratslda och där en vätskeni- vä med filtrat (109) från det trycksatta filtret (102) etableras, att det trycksatta filtret (102) trycksätts genom att en kompressor (111) på sin sugsida drar gasfas från filtrattanken (108) och pä kompressorns trycksida trycksätter filtret (102), på filtrets mesasida att en viss förbestämd mängd gasfas i gascirkulationsystemet (101) ven- tileras bort, och att en motsvarande förbestämd mängd färskluft tillsättes till den re- cirkulerade gasfasen i syfte att bibehålla partialtrycket av syrgas över en minsta förbestämd nivå.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att temperaturen i det trycksatta filtret (102) inklusive temperaturen pà den recirkulerade gasfasen, hålls över 75°C, företrädesvis 75-95°C.

3. Förfarande enligt något av patentkrav 1-2, kännetecknat av att mängden vitlutsrest l mesaslamningen (106) understiger 10%, företrädesvis mindre än 5%, av den vitlut som bildats i föregående kausticering.

4. Förfarande enligt något av patentkrav 1-3, kännetecknat av att mesan som flltrerats ut från mesan torrutmatas fràn skivfiltret för vidare transport till me- saugnen (200) O402SE3.doc 20 25 30 526 706 /Q .

5. Förfarande enligt något av patentkrav 1-4, kännetecknat av att avluftning av recirkulerad gasfas görs på kompressorns trycksida (p) via ett avluft- ningsorgan (113a), och att tillsâttning av färskluft görs via ett lufttillsättnings- organ (112a) ansluten till kompressorns sugsida (s). .

6. Förfarande enligt nàgot av patentkrav 1-4, kännetecknat av att avluftning av recirkulerad gasfas görs på kompressorns sugsida (s) pà ett första av- stànd fràn kompressorns inlopp via ett avluftningsorgan (113a), och att till- sättning av färskluft görs via ett lufttillsättningsorgan (112a) pà kompres- sorns sugsida (s) på ett andra avstånd fràn kompressorns inlopp, där första avståndet är större än andra avståndet. .

7. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att mängden recirkulerad gasfas som bytts ut ligger i intervallet 5-20%, företrä- desvis under 10%. .

8. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att mängden recirkulerad gasfas som bytts regleras i beroende av en detekte- rad processparameter. .

9. Förfarande enligt patentkrav 8, kännetecknat av att den detekterade pro- cessparametern är partialtrycket av syrgas i filtret.

10. Förfarande enligt patentkrav 8, kännetecknat av att den detekterade pro- cessparametern är flöde av mesaslamning eller torr awattnad mesa, alter- nativt parametrar representativa för dessa flöden.

11. 1 1 . Förfarande enligt nàgot av föregående patentkrav, kännetecknat av att det trycksatta filtret är av typen skivfilter. 0402SE3.doc 20 30 526 706 fs

12.Anordning för att tvätta och awattna en mesaslamning innan awattnad me- sa skickas till en mesaugn (200) kännetecknad av att awattningen av mesaslamningen sker i ett trycksatt filter (102), att en recirkulationsledning (110) är anordnad för gasfas fràn filtratsida till mesasida, att det trycksatta filtret (102) är anslutet i ett i huvudsak slutet gascirkula- tionsystem (101), att en filtrattank (108) är anslutet till filtrets filtratsida och där en vätskeni- và med filtrat (109) från det trycksatta filtret (102) etableras, att det trycksatta filtret (102) trycksätts genom att en kompressor (111) pà sin sugsida drar gasfas från filtrattanken (108) och på kompressorns trycksida trycksätter filtret (102), pà filtrets mesasida att en viss förbestämd mängd gasfas i gascirkulationsystemet (101) ven- tileras bort, via avluftningsorgan (113a) och att en motsvarande förbestämd mängd färskluft tillsättes via lufttill- sättningsorgan (112a) till den recirkulerade gasfasen i syfte att bibehålla partialtrycket av syrgas över en minsta förbestämd nivà.

13. Anordning enligt patentkrav 12 kännetecknad av att avluftningsorganet (113a) är anordnat i en position pà kompressorns trycksida (p) och att luft- tillsättningsorganet (112a) är anordnat i en position pà kompressorns sugsi- da (s).

14. Anordning enligt patentkrav 12, kännetecknad av att avluftningsorganet (113a) är anordnat i en position pà kompressorns sugsida (s) pà ett första avstånd från kompressorn (111) och att lufttillsättningsorganet (112a) är an- ordnat i en position på kompressorns sugsida (s) pá ett andra avstånd fràn kompressorn (111), där första avståndet är större än det andra avståndet.

15.Anordning enligt något av patentkrav 12-14, kännetecknad av att en kon- trollenhet (140) styr reglerventiler (112), (113), (160) för avluftning och/eller lufttillsättning. 0402SE3.doc 5

16.Anordning enligt patentkrav 15, kännetecknad av att kontrollenheten (140) får insignaler fràn sensorer (150)

17.Anordning enligt något av patentkrav 12-16, kännetecknad av att det tryck- satta filtret (102) är av typen skivfilter. 0402SE3.doc