DE289601C

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Publication number: DE289601C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAr\||.

Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Überführung flüssiger, besonders organischer Rückstände in den festen Zustand und zur Gewinnung ihrer mineralischen Bestandteile, bei welchem, ohne daß eine vollständige Veraschung herbeigeführt zu werden braucht, die Mineralbestandteile im Zustande sofortiger Verwendungsbereitschaft und unter Ausschluß unerwünschter Oxydations- und Zer-Setzungserscheinungen gewonnen werden können. Man bedient sich hierbei zur Zerstörung der organischen Substanz des bereits zum Verkohlen fester Rückstände sowie, zum Eindicken organischer Flüssigkeiten, von Säften, Milch, Mus o. dgl. vorgeschlagenen Mittels der Einwirkung strahlender Wärme. Während aber bisher bei der Behandlung solcher Flüssigkeiten die strahlende Wärme nur das Eindicken bewirkte und die Natur der organischen Substanz nicht verändert wurde und auch beim Verkohlen fester organischer Substanzen deren Mineralbestandteile nicht gewonnen werden konnten, wird bei dem neuen Verfahren die organische Substanz zerstört und so weit verbrannt und erhitzt, daß eine Glühwirkung oder eine oxydierende Veraschung nicht eintritt, wobei der Mineralbestandteil sich teils mechanisch, teils durch Ausschmelzen oder Lösung leicht von der Kohle trennen läßt, und der weitere Vorteil wird erreicht, daß durch die Verbrennungs- oder Verkohlungsprodukte der organischen Substanz eine Reduktionswirkung herbeigeführt wird, die durch die j Wärmequelle noch unterstützt werden kann ! und hierdurch unerwünschte Oxydationswirkungen, die beispielsweise bei der Veraschung und beim Verdampfen mittels hoch erhitzter Luft entstehen, ausgeschlossen und sogar starke Oxyde vollständig, desoxydierende Reduktionswirkungen ohne Zuhilfenahme besonderer ehe- mischer Agenzien in der erhitzten mineralischen Masse herbeigeführt werden können.

Unter anderen Anwendungszwecken kann man das neue Verfahren beispielsweise zur Wiedergewinnung der anorganischen Bestandteile der Abfallaugen der Zellstoffabrikation benutzen. Bei der Anwendung auf das Sulfitverfahren wird dabei die unerwünschte Oxydation des Kalk- und Magnesiarückstandes zu wertlosem Gips oder Sulfat vermieden und der Mineralrückstand als schwefligsaures Salz gewonnen, während bei dem Sulfatverfahren sowohl der Mineralrückstand als auch das zugefügte schwefelsaure Natron zu Schwefelnatrium reduziert bzw. die Oxydation des vorhandenen Schwefelnatriums verhindert werden kann. Dabei wird auch die sonst bei Wiedergewinnungsverfahren dieser Art auftretende, zu großen Verlusten führende übermäßige Sublimation der Mineralbestandteile und das die Lösung erschwerende Scharfbrennen des Rückstandes vermieden. Das neue Verfahren bietet daher auch große ^Vorteile für die Wiedergewinnung der Mineralbestandteile bei dem kaustisches Natron verwendenden Natronzellstoff verfahren.

Als ein zusätzlicher Vorteil mag erwähnt werden, daß man die sehr bedeutende, von den organischen Bestandteilen der Abfallauge gelieferte Wärmemenge, die beim Sulfatverfahren etwa 3300 Kalorien für das Kilogramm fester Substanz und beim Sulfitverfahren etwa 3900 Kalorien für das Kilogramm fester Substanz beträgt, hierbei ohne irgendwelche Beeinträchtigung der Abscheidung der Mineralbestandteile und ohne besondere Einrichtung zur Dampferzeugung, für Kochzwecke sowie für andere Wärme benötigende Zwecke der Fabrikation benutzen kann.

Das neue Verfahren wird im wesentlichen in der Weise ausgeführt, daß man die strahlende Wärme in einem Ofen, einer Retorte o. dgl. hervorbringt, in welche man den zu behandelnden flüssigen Rückstand einführt, wobei der Vorgang derart geleitet wird, daß die gegebenenfalls bereits vorher eingedickte Flüssigkeit in einem Teil des Ofens oder der Retorte zunächst noch weiter so weit eingedickt wird, daß er sich leicht entzünden läßt, worauf man den Rückstand mit den heißen Wandungen oder einem Teil dieser Wandungen in Berührung bringt und hierdurch die Entzündung und Verbrennung herbeiführt. Es entsteht dabei eine Atmosphäre von Kohlenoxyd sowie gegebenenfalls von durch Wasserzersetzung oder aus dem Brennstoff entstandenem Wasserstoff, wodurch die Oxydation der sonst leicht oxydierbaren Bestandteile des Rückstandes verhütet und das vorhandene schwefelsaure Natron zu Schwefelnatrium reduziert wird, wobei die Reaktion durch die vorhandene Kohle des verkohlten Rückstandes bzw. des Brennstoffes unterstützt wird, wie sich aus den folgenden Gleichungen ergibt:

i. Na₂ SO₄ +4CO=Na₂ S + 4CO₂;

2. Na₂ SO₄+8H= Na₂ S+ 4H₂O;

3. Na₂ SO₄+2C= Na₂ S+ 2CO₂;

4. Na₂ SO₄+4C=Na₂ S+ 4CO.

Die so entstehenden Kohlenstoffoxydationsprodukte bewirken eine weitere Unterstützung der Reaktion.

Man kann die flüssige Abfallauge statt im stark verdickten Zustande, in dem sie beispielsweise 50 bis 65 Prozent feste Bestandteile enthalten kann, auch im trockenen, pulverförmigen Zustande in den Ofen oder die Retorte einführen. Diese Art der Ausführung des Vefrahrens ist beispielsweise anwendbar bei der Verarbeitung von Sulfitzellstoffabfallauge, welche im gepulverten Zustande in die durch strahlende Wärme erhitzte Atmosphäre eingeblasen werden kann. Wird hierbei die strahlende Wärme durch die Verbrennung eines | Brennstoffes geliefert oder durch solche Verbrennung ihr Zustandekommen eingeleitet, so kann man die zur Verbrennung des Brennstoffes oder die zur Verbrennung des organischen Bestandteiles des Rückstandes nötige Luft zweckmäßigerweise der zerstäubten Masse, beispielsweise durch einen in der Retorte befindlichen Rost, bzw. den Rückständen entgegenführen, wobei der Kalk und die Magnesia durch den Rost hindurchfallen, während die entweichende schweflige Säure in einen Absorptionsturm geleitet werden kann. Kalzination wird durch strahlende Wärme nicht bewirkt.

Die strahlende Wärme kann in mannigfacher Weise erzeugt werden. Man kann beispielsweise den Ofen oder die Retorte mit hohlen Wänden versehen und von der Innenseite dieser Hohlräume aus die Retorte elektrisch oder durch die Verbrennung von Brennstoffen erhitzen. In diesem Fall würde nur durch die Entzündung und Verbrennung des Rückstandes selbst eine Flamme in der Retorte entstehen. Oder man kann die strahlende Wärme durch die Verbrennung eines Brennstoffes im Innern der Retorte oder des Ofens selbst erzeugen.

Um dabei Oxydationswirkungen zu vermeiden und die große strahlende Wärme des glühenden Kohlenstoffes, die auch bei der Verbrennung der organischen Bestandteile des Rückstandes selbst zur Wirkung kommt, auszunutzen, kann man den eingeführten Brenn-. stoff einer unvollständigen Verbrennung unterwerfen, so daß er in der Retorte eine leuchtende Flamme liefert. Durch die leuchtende Flamme wird weniger Sauerstoff für die Verbrennung benötigt, und ähnlich der leuchtenden Lötrohrflamme eine Reduktionswirkung erzielt, und gleichzeitig werden die Wandungen der Retorte oder des Ofens durch die Strahlung weit höher erhitzt, als dies durch nicht leuchtende Flammen erzielt werden kann. Auch durch die bloße unvollständige Verbrennung des in die Retorte eingeführten Abfallproduktes wird die reduzierende Leuchtflamme erzielt.

Die eingeführte, zweckmäßigerweise vorher verdickte Abfallauge wird in fein verteiltem Zustande vorteilhafterweise schräg nach oben gespritzt. Dadurch wird erreicht, daß die Masse der vollen Wärmewirkung der glühenden Ofendecke unterliegt, welche heißer' ist als die sich am Boden des Ofens ansammelnde verkohlte Masse. Ferner wird dadurch der Weg der einzelnen Teilchen verlängert und ihre Wiedervereinigung besser als beim Abwärtsspritzen verhindert. Dabei überzieht sich die Decke des Ofens oder der Retorte, die wie die ganzen Innenwandungen mit feuerfestem Material, wie Magnesia 0. dgl., das eine große Glühwirkung ausübt, überzogen sein kann, mit einer deren Zerstörung verhindernden ■ Schutzschicht. Die Zerstäubung der zu behandelnden Masse kann durch Luft, Dampf o. dgl. geschehen, doch ist die Verwendung von Luft vorzuziehen, weil Luft eine geringere

spezifische Wärme als Dampf oder sonst zur Zerstäubung geeignete' Gase besitzt. Durch von oben durch den Retortenraum herabsinkende Flocken von Kohlenstoff bzw. von brennender Abfallauge wird die strahlende Wärme weiterhin vermehrt.

Die verkohlte Masse sammelt sich auf dem Boden der Retorte oder des Ofens bzw. auf dem etwa darin angebrachten Rost an, wobei,

ίο falls es sich um Alkalisalze handelt, diese durch die Hitze unter Reduktion schmelzen und aus dem Ofen in einen Lösebottich fließen können. Man kann dabei den Kohlenstoff der aufgehäuften Masse zum Teil oder ganz verbrennen, wodurch eine Kohlenoxydatmosphäre in diesem unteren bzw. vorderen Teil des Ofens entsteht, die eine Reduktionswirkung in der oben dargelegten Weise ausübt. Infolge der Mischung mit dem Kohlenstoff wird Sublimation der Alkalisalze verhindert. Die Flamme des eingeführten Brennstoffes wird gegen diesen vorderen und unteren Teil des Ofenraumes gerichtet, so daß die Alkalisalze ausgeschmolzen werden und die Flammengase bzw. der Brennstoff die Reduktion unterstützen kann. Etwaige sich wieder oxydierende Anteile von Schwefelnatrium werden auf diese Weise ebenfalls, bevor sie in den sich unmittelbar an die Retorte anschließenden Lösebottich gelangen, wieder reduziert werden. Durch Luft- oder Dampfstrahlen kann man die sich anhäufende Masse auflockern, so daß sie an dem zweckmäßigerweise geneigten Retortenboden ständig herabsinken kann; zur Verbrennung der herabsinkenden Materialnocken können oberhalb der Reduktionsflamme noch besondere ■ Luftstrahlen in die Retorte oder den Ofen eingeführt werden.

Bei dem Sulfatzellstoffverfahren kann man

das zur Aufrechterhaltung des Prozesses nötige Sulfat sowohl der zu behandelnden Abfallauge zusetzen als auch nachträglich in den Ofen, etwa durch eine Öffnung in der Ofendecke., einführen und dadurch der verkohlenden bzw. verkohlten Masse zufügen und mit dieser dann gleichzeitig reduzieren. Der etwa benutzte Brennstoff kann sowohl von flüssigen als auch von festen oder gasförmigen Erzeugungsquellen geliefert werden.

Die Ausführung des Verfahrens kann in Anlagen geschehen, wie sie in der Zeichnung als Ausführungsbeispiele schematicsh verdeutlicht sind. *

Fig. ι zeigt schemätisch beispielsweise eine Sulfatzellstoff anlage.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine der Retorten mit den vor diesen angeordneten Düsen.

Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht einer mehrfachen Ofenanlage.

Fig. 4 zeigt eine beispielsweise Mineralöl als Brennstoff benutzende Anlage.

Fig. 5 veranschaulicht eine festen Brennstoff benutzende Anlage.

Das Rohmaterial, z. B. Holzspäne, gelangt aus dem Behälter 11 (Fig. 1) in den Kochkessel 10, dem durch das Rohr 12 die Kochlauge und durch die Leitung in, 94, 85, 86 der zum Kochen benötigte Dampf aus dem Dampfkessel 109 zugeführt wird. Die erhaltene Faser gelangt in bekannter Weise aus dem Kochkessel 10 durch die Rohrleitungen 15, 16, 17 zusammen mit der Abfallauge in die mit den üblichen durchlochten falschen Böden versehenen Waschbottiche 13,14, in die das Waschwasser von der Rohrleitung 26 aus durch den Kondensator 25, die Leitung 27, Behälter 28, Pumpe 29 und die Leitungen 30, 31, 32 gelangt.

Der gewaschene Zellstoff wird in den Bottich 18 entleert, während die Abfallauge in die durch die Rohrleitung 36 verbundenen Bottiche 34, 35 und von dort mittels Pumpe 39 und Leitung 40 in die durch Leitung 86, 43 mit Dampf versehenen und durch die Leitung 41 verbundenen Verdampfkörper 37, 38 gelangen kann, während der aus den Waschbottichen 13, 14 entweichende Dampf durch Leitung 19 in den Abscheider 20 strömt, wo er mitgerissenen Zellstoff absetzt, der in den Behälter 21 entleert wird und dann weiter durch die gegebenenfalls mit der durch Hahn verschließbaren Auspuffleitung 23 versehene Leitung 22 in den Oberflächenkondensator 25 strömen kann, der das Waschwasser liefern kann.

Die Verdampfungskörper 37, 38, von denen wie von den Kochkesseln und Waschbottichen eine beliebige Anzähl vorhanden sein kann, sind mit Luftauslaßventilen 48, Kondenswasser ableitungen 49 nebst Dampfabscheidern 50 und Pumpen 51 0. dgl. versehen. Der aus dem letzten Verdampf körper 37 austretende Dampf geht durch die Leitung 45 in den mit der Vakuumpumpe 47 verbundenen Kondensator 46. Die eingedickte Lauge wird mittels der Pumpe 100 und der Leitung 101 in den geschlossenen Vorratsbehälter 102 oder mehrere solcher Behälter befördert, von wo die Lauge durch die Leitung 108 in das Mischgefäß 121 und von hier, durch ein mittels Leitung 135 und Hahn 136 in den Vorratsbehälter 102 einströmendes Druckmittel, beispielsweise durch Hochdruckluft, die 11.0 beispielsweise unter einem Druck von etwa 130 Atm. stehen kann, und durch die Pumpe 124 (Fig. 2 und 3) in die Zerstäuberleitungen 123, 125 und in den Zerstäuber 127 gelangen kann. Etwa nicht zerstäubte Lauge kann durch die Leitung 126 in das mit dem Mischer 122 versehene Mischgefäß 121 zurückgelangen.
■ Die Lauge wird zweckmäßigerweise dem Zerstäuberspeiserohr im Überschuß zugeführt, so daß durch die infolgedessen erzielte Geschwindigkeit Absetzen der in der Lauge enthaltenen Salze verhindert wird.

Als Druckmittel zur Zerstäubung dient beispielsweise unter hohem Druck von etwa 135 Atm. stehende, durch die Leitungen 135, 12g zugeführte und durch die Düse 128 unterhalb der Zerstäuberdüse 127 austretende Luft. Die Anordnung ist derart, daß die fein zerstäubte, in den oberen Teil der Retorte oder des Ofens 103, der hier zur Heizung des Dampfkessels 109 dienen kann, eingeführte Masse nach oben und nach hinten gegen die Retortenwölbung und gegen den zweckmäßigerweise geneigten Boden der Retorte geworfen wird.

Die verkohlte, sich am Boden aufhäufende Masse kann durch Brenner 116, die aus dem Vorratsbehälter oder der Leitung 114, 115 mit Brennstoff, beispielsweise mit unter Druck stehendem Brenngas, Generatorgas u. dgl., und durch die aus dem Vorratsbehälter 117 kommenden Leitungen 118, 120 mit unter niederem Druck von etwa 6^x/₂ Atm. stehender Brennluft gespeist werden können, verbrannt werden und in der oben beschriebenen Weise eine sehr heiße Leuchtflamme liefern, die man gegebenenfalls noch dadurch verstärken kann, daß man auch die Brenner 116 Leuchtflammen liefern läßt.

. Eine von der Luftleitung 118 abzweigende Leitung 120 ist mit einer abwärts gerichteten Düse verbunden, die oberhalb der Brennermündung endet und den Zweck hat, den Brennstoff und die Flamme nach unten gegen den vorderen Teil der verkohlten und teilweise veraschenden bzw. schmelzenden Masse zu richten.

Die den Leitungen 119, 120 zugeführte Luftmenge ist derart bemessen, daß sie eine Oxydation der Salzmasse möglichst nicht bewirken kann und zweckmäßigerweise auch den Brennstoff nicht vollkommen verbrennt.

Die geschmolzene Salzmasse gelangt auf den Sumpf 105 und fließt von hier durch die Öffnung oder die Düse 106 unmittelbar in den Lösebottich 107.

Wird die Retorte gleichzeitig zur Dampferzeugung mittels des Dampfkessels 109 benutzt, so kann von hier der Dampf durch die Leitungen in, 85 und Verteilerleitung 94 den verschiedenen Fabrikationsbedürfnissen zugeführt werden.

Der aus der Retorte 103 führende Schornstein 110 ist zweckmäßigerweise mit einem Ventilator I12 und einem Wascher 113 versehen, um die aus der Retorte kommenden Gase zu waschen und etwa mitgerissene oder übersublimierte Anteile von Salzen zurückzuhalten. Man kann außerdem in den vorderen Teil des Ofens oder der Retorte Luftemlaßdüsen 130 einführen (Fig. 3), welche mit Luft unter niederem Druck von etwa 6 V₂ Atm. gespeist werden können. Die daraus austretenden Luftstrahlen werden ganz oder zum Teil gegen den sich auf ■ der Ofensohle ansammelnden Haufen gerichtet und lockern diesen auf und bewirken, daß das Material nicht festliegen kann, sondern nach

vorn rückt bzw. in einzelnen Klumpen herabgleitet. Gleichzeitig wird durch diese Luftstrahlen die Verbrennung der im Ofen schwebenden bzw. durch ihn hindurchgehenden Flocken teilweise verkohlter Masse sowie des organischen Bestandteiles der sich aufhäufenden Masse am Boden der Retorte oder eines Teiles derselben herbeigeführt. Da diese Luftstrahlen 130 gegen den oberen Teil des Haufens gerichtet sind, so können sie eine schädliche Oxydation nicht herbeiführen. Gleichzeitig, werden durch diese Luftstrahlen 130 ständig Anteile von halb verkohltem Material nach aufwärts gegen die glühende Ofendecke geblasen.

In der Ausführungsform der Anlage gemäß Fig. 4 kann man beispielsweise flüssigen Brennstoff, Erdöl, Rohpetroleum 0. dgl., als Brennstoff benutzen, der aus dem Behälter 141, der Leitung 142 in die Heizvorrichtung 145 fließen kann, um hier vorgewärmt zu werden, die durch bei 147 eintretenden und bei 148 austretenden Dampf geheizt werden kann und zum Durchfluß des Brennstoffes mit den Röhren 146 mit einem die Feststellung der Gegenwart von Wasser im Öl ermöglichenden Standrohr 149 und einem Wasserabflußrohr 150 sowie mit dem Mantel 143 versehen sein kann. Durch die Brennerleitung 144 gelangt hier das Öl in den mit der vorspringenden Nase 151 versehenen Brenner 140, der aus den Leitungen 129, 152 zur Zerstäubung des Brennstoffes und zur Verbrennung dienende Hochdruckluft erhält. Der Brenner befindet sich nahe der Ofensohle, so daß der flüssige Brennstoff gegen die ausfließende geschmolzene Salzmasse ge- ίσο richtet wird und diese mit Kohlenstoff und Wasserstoff zwecks Reduktion von Sauerstoffsalzen, insbesondere von Natriumsulfat, versieht.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei weleher fester Brennstoff zur Verwendung gelangt, der zweckmäßigerweise so fein gepulvert ist, daß er durch ein Sieb der Maschenweite 200 hindurchgeht. In diesem Zustande kann der Brennstoff, wofern Kohle oder Koks benutzt wird, beim Zusammentreffen mit dem aus der oben erwähnten Hochdruckluftleitung 129 durch die Leitung 159 der Düse 158 ■ zugeführten Luftstrom sofort im vorderen unteren Teile des Ofens oder der Retorte entzündet werden, wobei eine sehr stark leuchtende Flamme entsteht. Der fein gepulverte Brennstoff kann aus dem mit dem Schieber 155 und der abwärts gerichteten Ausflußrinne 154 versehenen Trichter 153, dem man durch einen mittels Sternrad 157 ο. dgl. in Tätigkeit gesetzten Klopfer 156 eine Scliütteibeweguiig mit-

teilen kann, oberhalb der Luftdüse 158 in den Ofen 103 eingeführt werden.

Man kann den gegebenenfalls geneigten Boden des Ofens oder der Retorte 103 in der Querrichtung konkav gestalten, wodurch nicht allein das Herabsinken des sich auf der Sohle ansammelnden Gutes befördert, sondern durch die so erzeugte hohlspiegelartige Wirkung auch die strahlende Wärme erhöht und damit der Erfolg wesentlich unterstützt wird.

Statt eines einzigen Brenners für jede Retorte kann man eine größere Anzahl von Bren-. nern und drehbare oder schwingende Düsen anwenden, so daß sowohl die Flamme als auch die zerstäubten Rückstände seitlich innerhalb der Retorte bewegt und auf verschiedene Stellen des Innenraumes gerichtet werden können. Dadurch wird auch eine weitere Möglichkeit der Regelung des Verbrennungsvorganges bzw. der . ao Reduktionswirkung gegeben.

Um das Reinigen der Anlage zu erleichtern, können beliebige Teile der einzelnen Leitungen biegsam sein, so daß die Brenner, Düsen und Luftzuführungsformen leicht außer Tätigkeit gesetzt werden können.

Die Erfindung läßt sich allgemein zur Behandlung aller organischen, Mineralbestandteile enthaltenden Rückstände verwenden, bei welchen die Löslichkeit sowie sonstige Behandlung erschwerendes Festbrennen sowie Sublimation und übermäßige Oxydationswirkungen vermieden und Reduktionswirkungen herbeigeführt werden sollen.

Claims

Patent-Ansprüche:

I. Verfahren zur Gewinnung der mineralischen Bestandteile der Abfallaugen der Zellulosefabrikation und anderer organischer, insbesondere flüssiger oder halbflüssiger Rückstände, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstände durch strahlende Wärme verbrannt und darüber hinaus gegebenenfalls bis zum Schmelzen etwaiger Alkalibestandteile erhitzt werden.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die möglichst die Oxydation ausschließende strahlende Wärme durch die unvollständige Verbrennung des verkohlten Rückstandes oder durch Leuchtflammen oder durch die unvollständige Verbrennung von sehr starker Wärmeentwicklung fähigen Brennstoffen er* zeugt wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich aus der unvollständigen Verbrennung ergebende Brennstoffflamme gegen den vorderen Teil des sich auf der Ofensohle anhäufenden, zunächst gegen die Ofendecke zwecks vorgängiger Trocknung geschleuderten Rückstandes gerichtet wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich am Boden des Erhitzungs- oder Verbrennungsraumes anhäufende verkohlte Rückstand durch Luftstrahlen o. dgl. aufgelockert wird.
5. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegebenenfalls abgeschrägte Boden des Verbrennungsraumes ganz oder zum Teil konkav gestaltet ist.
6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner- und Zer- ⁷^ stäuber- bzw. Ausströmungsdüsen drehbar oder schwingbar angeordnet sind, um das ausströmende Agens seitlich auf alle Teile des Innenraumes des Verbrennungsraumes richten zu können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.