F12 - Kemikalie regenerering Flashcards
Fördelar och nackdelar med linjär organisation av kemisk försörjning av ett bioraffinaderi?
Fördel: Om man får jätte värdefulla produkter så att det är billigare att köpa in kemikalier och få mer värdefälla biproudkter. (Spend money make more money, ekonomiskt övervägande). Detta sker i sulfitbruk.
Lite utsläpp till miljön
Fördelar och nackdelar med cirkulär organisation av kemisk försörjning av ett bioraffinaderi?
Fördel: Det avfall man får från återställningsenheten går in i en återvinningsenhet. Den generar processkemikalierna från avfallsprodukten och kan användas igen för produktionsenheten.
Lite utsläpp till miljön.
Nackdel: Det ackumuleras farliga kemikalier, man måste ha en “njure” som tar bort de farliga ämnena.
Det är en mindre mängd biprodukter jämfört med den linjära organisationen.
Vad tror du skulle hända om någon bytte natrium till kalium (koktemperatur 760 ºC) i sulfat-processen?
Natrium är inte direkt aktivt under koket då kan man köra med kalium. Men dyrt.
Natrium spelar en viktig roll i sodapannan. Gasformat natrium reagerar med svaveldioxiden (som bildas i övre sodapannan). Man får en utfällning av natriumsulfat som kan stoppas tillbaka i processen och även natriumkarbonat som snöar.
Vad tror du skulle hända om någon bytte natrium till ammonium (koktemperatur 760 ºC) i sulfat-processen?
Går ej då ammonium skulle förgasas väldigt snabbt.
I svartluten är svavlet till stor del i form av tiosulfater, de reduceras till sulfid i sodapannan, vilket beskrivs som ”bränning”. Varför lämnar den inte då SO2 (svaveldioxid) i röken?
Under pyrolysen bildas det reducerande gaser. Även det elementära kolet kommer verka som reducerande. Där reduceras svavel.
Man får svavelhaltiga gaser som stiger uppåt i pannan och där reagerar natriumgasen med svaveldioxiden och bildar natriumsulfat.
Vart kommer processfrämmande ämnen (NPE) ifrån, och ge exemepel på sådana? (Gunnar fråga)
- Veden är huvudkällan för NPE. Bark, ruttet trä etc
- Make-up kemikalier kan även bidra med lite NPE (Speciellt CaCO3, Si, Mg, och Al)
- Trender med biobränsle i Mesaugnen (lime kiln) kan ge problem eftersom de innehåller NPE
- Men att gasifiera biobränslet och använda en gaslåga som värmare i mesaugnen kanvara en lösning
- Bambu och strån innehåller mycket Si.
Exempel: K, Cl, N eller N, P, C
Varför är det problem när man kokar massa av gräs? (Gunnar fråga)
För att gräs innehåller silikater som ger inläggningsproblem vid indunstningen.
Varför vill man inte sluta utsläppen från D-steg i sodapannan? (Gunnar fråga)
För att D-steget är ett klordioxidsteg, det innebär att vi kommer ha klorkomponenter i utsläppen. De kommer då in i kemikalieåtervinningen och då blir det kloridjoner av dem. Det bidrar till korrsion och problem i sodapannan.
Redogör kortfattat vad som sker i “indunstningen”.
Här induceras svartlut i syfte att minimera vattenmängden innan den går vidare till förbränning. Flyktiga ämnen tas hand om vid detta steg, t.ex. metanol, terpentin och tallolja denatureras av mitt i indunstningen.
Redogör kortfattat vad som sker i “sodapannan”.
Här sprutas droppar in av den tjocka svartluten. Dropparna faller ner och vatten avdunstar till en solid partikel bestående av kolföreningar och salter.
Kolet genomgår pyrolys, det bildar då en reducerande atmosfär. Na2S bildas då natriumsulfat reagerar med kolmonoxid. Gaser åker uppåt och svaveldioxid bildar i en oxidativ i toppen. Natriumgas, syrgas och svaveldioxid.
Na2CO3 (Natriumkarbonat) bildas då natriumgas reagerar med koldioxid.
Smältan samlas nere i botten av sodapannan, den man vill åt.
Redogör kortfattat vad som sker i “Släckaren”.
Här släcks bränt kalk (CaO) med vatten innan det går vidare och reagerar med grönluten.
Redogör kortfattat vad som sker i “Mesaugnen”.
Man värmer upp kalk (CaCO3) omvandlas tillbaka till CaO genom att koldioxid lämnar och kalket CaO kyls sedan ner med vatten innan den får reagera med grönluten.
Redogör kortfattat vad som sker i “grönlutsklararen”
I grönlutsklararen separerar man ut grönslam efter att grönluten producerats. Innehåller oönskade salter osv.
Förklara system för evaporation: Kestner - Indunstare
Vad är slut torrhalten?
Kestner - Indunstare: Finns långa lodräta rör där svartluten stiger i dem och de värms av ånga från utsidan och börjar koka. Det skummar och skummet stiger upp. När skummet är uppe i ett uppsamlingskärl stiger ångan upp medan den koncentrerande svartluten kan rinna undan.
Typisk slut torrhalt: upp till ca 50-55%
Förklara system för evaporation: Fallfilmsindunstare (Rör eller plåtpaket)
Paket av tunna plåtar eller tuber, luten rinner på utsidan, ånga på insidan.
Typisk slut torrhalt: upp till ca 80%
Beskriv kalkcykeln (lime cycle) och bildandet av vitlut.
- Kalkcykeln omvandlar natriumkarbonat till natriumhydroxid.
- Kalciumkarbonat “bränns” ner till kalciumoxid.Denna reaktion kräver väldig hög temperatur. Ånga räcker inte till.
- Vid förberedelse av vitlut så krävs även en filtrering (efter slacker)
Kemikalieregenerering, vad är det som regenereras?
De kemikalier som behövs för kokning. Na2S och OH- för vitlut regenereras genom kalkcykeln/limecykeln.
Varför behöver vi kemikalieregenerering?
För att kostnaden för kemikalierna skulle bli höga utan regenerering. Det är dessutom miljövänligt.
Traditionellt använde sulfitmassafabrikerna Ca (kalcium) som bas för kokvätskan. Vilken bas kan en modern sulfitmassafabrik använda? (3 alternativ).
Och varför används inte Ca mer?
Mg2+, Na+, NH4+
För att Ca är omöjligt att regenerera/återvinna.
Vilken roll spelar kalkbränningen i kemikalieregenereringen?
Man värmer upp kalk (CaCO3) omvandlas tillbaka till CaO genom att koldioxid lämnar och kalket CaO kyls sedan ner med vatten innan den får reagera med grönluten.
Tvättvätskorna från blekningen blandas med svartlut och (vitlut?) men en del av tvättvätskorna måste till utflödet. Varför?
•Miljömässiga orsaker
-Minskar utflödet
-Minskar konsumtion av resurser
•Ekonomiska orskaer
-Genererar massa-kemikalier (kräver mindre make-up kemikalier)
-Minskar vatten-utflöde
-Producerar ånga (värme) och elektricitet.
•Closing fanns förut endast i massa men nu har det gått över till blekning, men closing går inte att göra med alla typer av blekning-utflöden. Vissa blekning-utflöden måste ha ett utflöde.
Ge en översikt av sulfatprocessen
- Svartlut blir koncentrerad vid indunstningen (evaporation).
- Omvandlingen till vitlut kräver tvåstegsprocess.
- I Sodapannan så omvandlas S2O32- och SO42- till S2-, och den organiska kolet till CO32-och CO2 (g)
- Behandling i Slacker omvandlar Na3CO3 till NaOH
- Sur blekningsutflöde tillsätts till grönluten och alkaliska utflöden till svartlut. Detta är anledningen till varför rent vatten tillsätts vid vissa behandlingar och tas ut på andra ställen. Vattnet blir kontaminerad av den sura respektive alkaliska utflödet.
- Sodapannan producerar värme och elektricitet. Större än energikonsumtionen vid kalk (lime) cyklarna och digester. Kraft mills har positiv energibalans.
- Make-up kemikalier (NaSO4, CaCO3) tillsätts vid två positioner
- Svartlut innehåller lignin rester, hemicellulosa och de oorganiska kemikalierna (vi vill ej ha K, Cl, N = NPE) som används i processen. Svartlut är mer alkaliskt, för den innehåller mer natrium än annat.
Multiple-effect concept/Multisteg koncept vid indunstning
I verkligheten använder man sig utav ett flertal steg när man indunstar. Detta pga att man inte kan avdunsta all lut på ett steg och samtidigt göra det ekonomiskt fördelaktigt. Därför introducerar man ånga i sista steget som sedan får gå igenom de olika stegen baklänges.
I sodapannan så förbränns lignin och andra organiska föreningar, men samtidigt så reduceras svavel till H2S, alltså så sker en oxidering och reducering. Varför?
Detta beror på att vid den “övre zonen” så tillsätts en stor andel luft som leder till att det sker en fullständig förbränning. I de nedre zonerna så tillsätts det mindre mängd luft. Men det som får reaktionerna i de nedre zonerna att ske är genom “värmestrålning”, som värmer salterna, som ger salt smälta (NaSH, Na2CO4).
Oxiderande kemi i toppen, reducerande kemi i botten.
När sker avskiljningen av tallolja?
Avskiljningen görs vid olje koncentration 30-35% eftersom vi ska kunna separera oljan. Micellerna ökar när koncentrationen av tallolja ökar, vilket gör att efter en stund så flyter det upptill toppen och då är det lättare att avskilja det.
Vad är rollen hos Natrium och Temperatur?
- Om det finns ett överskott av natrium-arter i gasfasen, så kommer alla svavel-arter bilda Na2S i den lägre reducerande delen av ugnen. Na2SO4 och Na3CO3 bildas i den övredelen av ugnen.
- Höga temperaturer i ugnen är fördelaktigt genom höga torr-haltiga solids (high drysolids) i svartlut. Resultatet är höga natriumhalter och Na (Kokpunkt 880°C) och Na2 är gaser i nedre delen av gasen. All svavel kommer att bli Na2S och Na2SO4, nästan inget utsläpp av SO2 eller H2S i rökgasen från sodapannan.
- För låg temperatur ger oss förluster av svavel, eftersom natriumgas koncentrationen är i så fall för låg.
- För hög temperatur ger oss förluster i natrium, detta pga höga koncentrationer av natriumgas.
Förbränning av mesa
För reaktionen som bildar Sintring så kan reaktionen katalyseras av NPE. Sintring innebär att kalciumsaltet brinner ihop, vilket är negativt. Det är svårt att hantera sintring eftersom det bildar stora partiklar som i sin tur reagerar långsamt i slacker.
Vilka problem finns det med system closure?
- Na/S - balansen måste tas i åtanke.
- Vad ska man göra med grönlutsslam?
- Begränsad kapacitet hos sodapannan. Sodapannan anses oftast “flaskhals” i ett sulfatbruk.
- NPE
- Stör Limecycle (Slintring).
- Rost.
- Scaling.
- Effekter på blekning.
Problem: Disturbed bleaching
Metalljonerna (Fe, Mn etc) stör O, P och Z genom att bilda hydroxylradikaler.
- Detta förstör blekningskemikalierna och sänker styrkan (viskositeten) av massan
- Mängderna av blekningskemikalier måste ökas, vilket ger en högre kostnad.
Problem: Deposition
Avsättningar -Blockar filtrering, rör etc -Leder till stopp i processen Lägre värmeöverföring -Leder till lägre energieffektivitet.
Problem: Deposition i evaporator. Vad gör man med svartluten, och varför får man beläggningar av Na2CO3, CaCO3 etc?
•Man gör svag svartlut till stark svartlut. Då får man belägningar av Na2CO3, CaCO3 etc.
-Varför? För att detta är salter som får minskad löslighet vid högre temp. Vilket ledder till problem med värmeöverföring.
Problem: Deposition i evaporator. Varför är det problem när man kokar massa av gräs?
•För att gräs innehåller silikater som ger inläggningsproblem vid indunstningen.
Problem: Deposition i sodapannan, och varför vill man inte sluta utsläppen från D-steget?
- Oxiderad smälta (organiska föreningar)
- Cl- och K+ gör det klibbigt
- På grund av lägre smältpunkter
- Cl- orsakar rost och blockerar rök kanaler.
Varför? För att D-steg är ett klordioxidsteg, det innebär att vi kommer att ha klorkomponenter i de här utsläppen. De kommer då in i kemikalieåtervinningen och då blir det Cl- (kloridjoner) av dem. Det bidrar till korrison och problem i soda pannan.
(Klor är BIG NO NO!)
Problem: Vad ska man göra med grönlutslam?
- Återvinna metallsalter till skogen (pH och näring)
- Ibland kan slammet innehålla Cadmium, bly osv vilket ej lämpar sig som gödsel.
- Filler för väg
- Tätning i landmassor/deponier
- Som tillsats för betongtillverkning.
Vilka lösningar kan finns på problem inom closing?
- Minska metallhalten i ved
- Hög kvalité på make-up kemikalier och vatten.
- Effektiva njurar/kidney (som grönlutslam filtrering).
- Effektiv barkning (ta bort barken från träden, den innehåller NPE).
- Kontroll av pH.
- Använda silo istället för att låta vedflisen stå öppet i en hög ute.
- Enzymatisk nedbrytning av oxalsyra.
Closing of sulfit bruk
- Den bruna luten (motsvarigheten av svartlut) av kraftmassan
- Kok-luten av sulfit görs genom att blanda en bas med SO2.
- Det finns ett flertal sätt att regenerera luten från brunlut, beroende på basen. I sodapannan så är syre och temperaturen högre än kraft pulping systemet, och detta gör att svavel oxideras till svaveldioxid (full förbränning).
- I många fall är kemiska regenereringen icke-komplett eftersom värdefulla biprodukt ererhålls (lignosulfonat och etanol), Linjär organisation.
Closing i bioraffinaderi
•Använder pyrolys gasen för syntesgas eller andra värdefulla komponenter (Fisher Tropf).
•Ta ut organiska föreningar från svartlut, sänker tryck på sodapanna
-Tallolja (etablerat)
-Turpentine (etablerat)
-Lignin (kommande teknik)
