DE10251862A1 - Verfahren zur Behandlung von Kondensaten - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Kondensaten, die sich leichter als Wasser verflüchtigende Verbindungen enthalten, in einer Verdampfungsanlage, wo Flüssigkeit, wie etwa Ablauge einer Zellstoff- oder Papierfabrik in mehreren Stufen verdampft wird und wo bei der Verdampfung entstandene Kondensate in einer Dampf-Strippkolonne entspannt und gereinigt werden. Bei dem Verfahren werden die Kondensate aus zumindest zwei Verdampfungsstufen zusammengeführt und zusammen entspannt, und der bei der Entspannung entstandene Dampf wird mit einem zu reinigenden Kondensatstrom in einer Strippkolonne kontaktiert, aus der der die Verunreinigungen enthaltende Dampf und der gereinigte Kondensatstrom abgeleitet werden.

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Verdampfungskondensaten, die Verbindungen enthalten, die sich leichter als Wasser verflüchtigen. Bei dem Verfahren wird das Kondensat mit Dampf kontaktiert, wobei im Kondensat enthaltene flüchtige Verunreinigungen auf den Dampfstrom übergehen. Das Verfahren wird als Strippen bezeichnet. Der Erfindung zufolge wird als Strippdampf Dampf verwendet, der beim Entspannen von Verdampfungskondensaten anfällt. Die Erfindung bezieht sich auf Verdampfungsanlagen, wo die einzudampfende Flüssigkeit, wie etwa Schwarzlauge und Abwasser, Verbindungen enthält, die sich leichter als Wasser verflüchtigen.
• Die anorganischen Bestandteile der beim Aufschluss von Zellstoff entstehenden Schwarzlauge werden daraus zurückgewannen, und der organische Teil wird als Brennstoff verwendet. Zwecks Rückgewinnung wird die Schwarzlauge in einer Mehrstufenverdampfungsanlage auf einen hohen Trockengehalt (70-85%) eingedampft. Meistens arbeitet die Verdampfungsanlage so, dass der im Verdampfer mit dem höchsten Druck produzierte Dampf zur Beheizung der Verdampfungsstufe mit dem nächsthöchsten Druck verwendet wird, wobei trauge im Gegenstrom zum Heizdampf fließt. Typisch hat eine Verdampfungsanlage 5-7 Stufen. Eine Verdampfungsstufe umfasst eine oder mehrere Verdampfereinheiten, die ein und dieselbe Heizdampfquelle benutzen.
• Wenn Sulfid- und Wasserstoffsulfidionen mit den Methoxylgruppen von Lignin oder Ligninfragmenten reagieren, fallen beim Sulfataufschluss von Zellstoff organische übel riechende Schwefelverbindungen, wie Methylmerkaptan, Dimethylsulfid und Dimethyldisulfid an. Beim Aufschluss entsteht auch reichlich Methanol. Schwefelverbindungen und Methanol enthaltende Dämpfe werden in großer Menge zum Beispiel beim Eindampfen von Schwarzlauge freigesetzt, wobei die oben erwähnten Verbindungen herausdestilliert werden und zu den Kondensaten der Mehrstufenverdampfungsanlage kondensieren. Methanol ist die bedeutendste der flüchtigen Komponenten von Schwarzlaugekondensaten, denn wegen seines hohen Gehalts trägt es größtenteils zum COD-Wert (COD chemical oxygen demand, chemischer Sauerstoffverbrauch) bei. Wegen Umweltauflagen und zur Erhöhung des Wiederverwertungswerts von Kondensaten wird Methanol aus den Kondensaten entfernt.
• Die Kondensate sollen derart behandelt werden, dass ein Aufkonzentrieren der oben genannten flüchtigen Komponenten in einer möglichst kleinen Schmutzkondensatmenge erreicht wird, die in der Regel durch Dampfstrippen gereinigt wird. Zum Beispiel durch bestimmte Konstruktion der Wärmeübertragungselemente des Verdampfers lassen sich die Kondensate in reines und zu reinigendes Kondensat trennen. Beim US-Patent 4,878,535 wird solch eine Konstruktion dargestellt. Je nach den Anforderungen des Betreibers an die Reinheit des Reinkondensats kann die Menge des Schmutzkondensats in den, durch die Formgebung des Elements gesetzten Grenzen frei variieren. Normalerweise beläuft sich die Menge auf 10-20% von der Gesamtmenge der Kondensate der Verdampfungsanlage.
• Für die Wärmewirtschaft der Fabrik ist es wichtig, dass die Wärme des Sekundärkondensats verwertet wird. Deshalb wird in der Regel das aus einer Verdampfungsstufe kommende Kondensat jeweils in die, in Dampfströmungsrichtung nächste Stufe entspannt, wo die Wärme des Entspannungsdampfes verwertet wird. Auch bei der Entspannung wird die Menge des Kondensats an flüchtigen Verunreinigungen verringert.
• Das Schmutzkondensat wird meistens durch Dampfstrippen gereinigt. Normalerweise wird die Schmutzkondensat-Strippkolonne in die Verdampfungsanlage integriert, um den Wärmeverbrauch beim Strippen zu minimieren. Zum Strippen wird entweder bei der Verdampfung anfallender Dampf oder im Rückverdampfer mit Hilfe von Frischdampf aus dem gestrippten Kondensat erzeugter Dampf verwendet. Bei Anordnung des Schmutzkondensatstrippers zwischen den Verdampfungsstufen 1 und 2 wird der den Stripper verlassende, Verunreinigungen enthaltende Dampf als Heizdampf in die zweite Stufe, in den Vorwärmer für Schwarzlauge oder beides geleitet. Die zurückbleibenden Strippergase werden durch einen Nachkondensator zur Verbrennung oder Methanolverflüssigung geleitet.
• Im Allgemeinen werden in Fabriken, wie etwa Zellstoff und Papierfabriken, immer geschlossenere Prozesse zur Verringerung der Emissionen angestrebt. Ein geschlossener Wasserumlauf hat zur Folge, dass die Verunreinigungen zur Konzentration geneigt sind und in den Prozessen der Fabrik Störungen hervorrufen können. Deshalb müssen zum Beispiel die Kondensate dem Bedarf entsprechend gereinigt werden, bevor sie zum Beispiel als Prozesswasser wiederverwendet werden. Durch die Zunahme der Menge von Kondensaten, die eine Reinigung erfordern, sind größere Strippkolonnen und größere Dampfmengen notwendig, wodurch unter anderem die Energiewirtschaft der Fabrik verschlechtert wird. Durch die vorliegende Erfindung sollen diese Probleme minimiert und ein Verfahren vorgesehen werden, das auf einfache und wirtschaftliche Weise die Menge des in der Verdampfungsanlage anfallenden Schmutzkondensats reduziert und somit den Reinigungsbedarf von Kondensaten vermindert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird im Wesentlichen geruchloses, reines Kondensat erzeugt, das sich ohne zusätzliche Reinigung auf der Produktionsanlage an Stelle von Frischwasser verwenden lässt.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Kondensaten in einer Verdampfungsanlage, wo zum Beispiel Ablauge von einer Zellstoff oder Papierfabrik in mehreren Stufen verdampft wird und wo bei der Verdampfung entstandene Kondensate gereinigt werden. Für das Verfahren ist es charakteristisch, dass nicht entspannte Kondensate aus zumindest zwei Stufen zusammengeführt und zusammen entspannt wenden und dass der bei der Entspannung entstandene Dampf mit einem zu reinigenden Kondensatstrom in einer Strippkolonne kontaktiert wird, aus der der Verunreinigungen enthaltende Dampf und der gereinigte Kondensatstrom abgeleitet werden. Die erfindungsgemäße Strippkolonne wird in der Folge als Entspannungsdampfstripper bezeichnet.
• Normalerweise werden Verdampfungskondensate zwischen den Verdampfungsstufen entspannt, und der entstandene Dampf wird in der nächsten Stufe zur Verdampfung verwendet. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung werden die Kondensate nicht zwischen jeder Stufe getrennt entspannt, sondern vor der Entspannung werden Kondensate zusammengeführt und die somit vereinigten Kondensate werden an gewünschter Stelle entspannt, und der Entspannungsdampf wird dem unteren Teil des. Entspannungsdampfstrippers zugeführt. Auf diese Weise wird dazu beigetragen, dass eine genügende Menge zum Strippen benötigten Dampfes erzeugt wird. Die zur Entspannung zu leitenden Kondensate müssen reiner als das zu reinigende Kondensat sein, um den erwünschten Reinigungseffekt im Entspannungsdampfstripper zu erreichen. Zum Beispiel in einer sechsstuflgen Verdampfungsanlage, wo sich der erfindungsgemäße Stripper zwischen den Verdampfungsstufen 4 und 5 befindet, ist die Menge des bei der Entspannung von Reinkondensaten anfallenden Dampfes circa 15% von der Menge des dem Entspannungsdampfstripper zugeführten zu reinigenden Kondensats.
• Bei der Entspannung gehen aus dem Kondensat flüchtige Verunreinigungen auf den Entspannungsdampf über. Das auf diese Weise entspannte Kondensat ist ohne zusätzliche Behandlungen oft rein genug, um als Prozesswasser verwendet zu werden. Somit können das entspannte Kondensat und der im Entspannungsdampfstripper gestrippte Dampf zwecks Weiterverwendung zusammengeführt werden. Will man das entspannte Kondensat und das gestrippte Kondensat vereinigen, kann die Entspannung im unteren Teil des Entspannungsdampfstrippers vorgenommen werden, wobei ein getrenntes Entspannungsgefäß nicht notwendig ist. Hierbei wird das aus den vorhergehenden Verdampfungsstufen erhaltene Verdampfungskondensat in den unteren Teil des Entspannungsdampfstrippers geleitet, wo durch die Druckreduzierung Dampf zur Verwendung als Strippdampf entsteht.
• Der Entspannungsdampf fließt vom Boden der Strippkolonne durch die Austauschböden oder Füllkörper in den obere Teil der Kolonne, von wo der Dampf der nächste Verdampfungsstufe zugeführt wird. Am vorteilhaftesten ist es, die Entspannung und den Entspannungsdampfstripper vor der Verdampfungseinheit anzuordnen, von wo das zu strippende Kondensat der Strippkolonne zugeführt wird. Dabei weist das zu strippende Kondensat eine dem Druck der Strippkolonne entsprechende gesättigte Temperatur auf, womit kein Strippdampf zur Aufheizung des Kondensats verbraucht wird. Ist die Menge des Strippdampfes 15% von der Menge des zu reinigenden Kondensats, lassen sich circa 75% vom Methanol des zu reinigenden Kondensats bei einem Druck von 40 kPa abtrennen. Wärmewirtschaftlich ist es vorteilhaft, dass der aus dem oberen Teil des Entspannungsdampfstrippers erhaltene Schmutzdampf der auf den Stripper folgenden Verdampfungsstufe als Heizdampf zugeführt wird. In der Verdampfungseinheit, der der Stripperdampf zugeleitet wird, muss entweder eine Auftrennung des Kondensats in reines und schmutziges Kondensat oder eine bedeutende Entgasung stattfinden, damit das aus der Einheit erhaltene Kondensat durch den Stripperdampf nicht verunreinigt wird. Der Stripperdampf kann auch einem getrennten Dampfteil in der Verdampfungseinheit oder einem getrennten Kondensator zugeführt werden, wobei der aus dem oberen Teil des Strippers gewonnene Schmutzdampf unter Bildung einer eigenen Fraktion kondensiert und zum Beispiel im Schmutzkondensatstripper gereinigt werden kann.
• Im folgenden wir die Erfindung mit Verweis auf die beigefügte Fig. 1 und 2 beschrieben, die einige vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung darstellen.
• In Fig. 1 sind zwei hintereinander angeordnete Stufen A und C einer Mehrstufenverdampfungsanlage dargestellt, die mit Wärmeübertragungselementen B und D ausgestattet sind. Als Wärmeübertragungselemente können auch andere als die in Fig. 1 dargestellten Lamellen, zum Beispiel Rohre, in Frage kommen.
• Der Stufe A wird aus der vorhergehenden Verdampfungsstufe in Leitung 1 Sekundärdampf zugeführt, der sich in den Wärmeübertragungselementen B niederschlägt. Das entstandene Kondensat in Leitung 5 zusammen mit dem aus der vorhergehenden Stufe oder den vorhergehenden Stufen eingesammelten, in Leitung 2 fließenden Kondensat wird über Leitung 6 einer Strippkolonne E zugeführt, die zwischen den Verdampfungsstufen A und C angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform sollen das entspannte Kondensat und das gestrippte Kondensat vereinigt werden, weshalb die Entspannung im unteren Teil des Entspannungsdampfstrippers E vorgenommen wird. Das aus den vorhergehenden Verdampfungsstufen erhaltene Verdampfungskondensat 6 wird dem unteren Teil der Strippkolonne E zugeführt, wo durch dis Druckreduzierung Dampf entsteht.
• Der Dampf fließt durch die Austauschsäule in den Kopf von Kolonne E, von wo der Dampf in Leitung 8 dem Wärmeübertragungsabschnitt D der nächsten Stufe C zugeleitet wird. Das zu reinigende Kondensat 11 der Verdampfungsstufe C wird in den oberen Teil der Kolonne E geleitet, von wo das Kondensat durch die Austauschsäule auf den Baden der Kolonne herabfließt. Das entspannte Kondensat Und das gereinigte Kondensat vermischen sich im unteren Teil der Kolonne, und das vereinigte Kondensat wird vom Boden der Kolonne über die Leitung 9 herausgeleitet.
• Das Wärmetauschelement D von Stufe C ist in seinem Inneren mit einer Trennwand versehen, wie zum Beispiel im US-Patent 4,878,535 dargestellt ist. Entsprechend kann die Auftrennung in reines und schmutziges Kondensat über eine Trennwand im Rohrverdampfer erfolgen. Dem Wärmetauschelement D werden der Entspannungsdampf 8 in Leitung 10 sowie der in Stufe A gebildete Sekundärdampf in Leitung 4 zugeführt. Der innere Teil des Lamellen- Wärmeübertragungselements, dem Sekundärdampf als Heizmittel zugeführt wird, ist durch eine geneigte Trennwand in eine obere und untere Abteilung unterteilt. Der Dampf wird in die untere Abteilung des Elements gespeist, wo sich natürlich die leichter kondensierbaren Komponenten niederschlagen, wie etwa Wasserdampf. Bei dem, in dieser Abteilung entstandenen Kondensat handelt es sich um relativ reines Wasser, das jedoch in gewissem Maße Methanol enthält, und zur Reinigung wird es auf die oben beschriebene Weise in den Entspannungsdampfstripper E geleitet. Aus der unteren Abteilung fließt der Dampf weiter in die obere Abteilung, wo also der prozentuell mehr flüchtige Verunreinigungen enthaltende Dampf fließt, wobei sich dort das zum Schmutzkondensatstripper (nicht dargestellt) zu leitende, einer Reinigung bedürfende Schmutzkondensat 13 bildet.
• In den Leitungen 3, 7 und 14 fließt die einzudampfende Flüssigkeit.
• Um das entspannte Kondensat und das gestrippte Kondensat getrennt zu halten, erfolgt bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die Entspannung des Kondensats in einem getrennten Entspannungsgefäß F. In Fig. 2 wurden, soweit zutreffend, die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 angewandt.
• Das aus den vorhergehenden Verdampfungsstufen erhaltene Verdampfungskondensat in Leitung 6 wird in ein getrenntes Entspannungsgefäß F geleitet, das über eine Dampfleitung 15 mit dem Entspannungsdampfstripper verbunden ist. Der entspannte Dampf wird in Leitung 15 dem unteren Teil der Strippkolonne E zugeführt, von wo der Dampf durch die Austauschsäule in den Kolonnenkopf und weiter in den Wärmeübertragungsteil D der nächsten Stufe C fließt. Das zu reinigende Kondensat 11 von Verdampfungsstufe C wird in den oberen Teil der Kolonne E geleitet, von wo das Kondensat durch die Austauschsäule auf den Boden der Kolonne hinabfällt. Das entspannte Kondensat 16 und das gereinigte Kondensat 9 werden in getrennten Leitungen herausgeführt.
• Weil die Sekundärkondensate vereinigt entspannt werden, ist bei der erfindungsgemäßen Schaltung die Dampfwirtschaft, d. h. das Verhältnis zwischen Gesamt-Verdampfung und verbrauchtem Frischdampf kleiner als bei einer entsprechenden Anlage, wo das Sekundärkondensat zwischen jeder Verdampfungsstufe entspannt wird. Die Verschlechterung der Dampfwirtschaft ist jedoch ziemlich gering. Bei einer sechsstuflgen Verdampfungsanlage mit einem Stripper zwischen den Stufen 4 und 5 ist die Dampfwirtschaft bei der erfindungsgemäßen Schaltung ungefähr 1,5% kleiner als bei einer entsprechenden Anlage, wo die Sekundärkondensate zwischen jeder Verdampfungsstufe entspannt werden.
• Durch die erfindungsgemäße Schaltung lässt sich die Menge des Schmulzkondensats von der Verdampfungsanlage reduzieren. Werden die Verdampfungskondensate in drei Fraktionen aufgetrennt - reines, mittelreines und schmutziges Kondensat - ist bei einer erfindungsgemäßen Schaltung die Menge des Schmulzkondensats circa 25% kleiner als bei einer Schaltung, vor das reine Sekundärkondensat getrennt zwischen jeder Stufe entspannt wird, wenn der Abscheidegrad von Methanol ins Schmutzkondensat und der Methanolgehalt des Reinkondensats in den beiden Fällen gleich sind. Unter dem Abscheidegrad von Methanol ins Schmutzkondensat versteht man das Verhältnis zwischen der Methanolmenge des Schmulzkondensats und der Methanolmenge in Speiselauge der Verdampfungsanlage. Der Dampfverbrauch im Schmutzkondensatstripper geht fast im gleichen Verhältnis zurück wie die Menge des Schmutzkondensats von der Verdampfungsanlage. Bei Reduzierung der Menge von Schmutzkondensat und der Menge des zum Strippen benötigten Dampfes lässt sich die zur Reinigung von Schmutzkondensat benutzte Strippkolonne bedeutend verkleinern. Das erfindungsgemäße Verfahren ist wirtschaftlich rentabel, weil die Einsparung durch den kleineren Schmutzkondensatstripper und den Wegfall der Entspannungsgefäße größer ist als die Mehrkosten durch einen kleinen Entspannungsdampfstripper.
• Bei Nutzung einer Schaltung gemäß Fig. 1, wo das entspannte und gestrippte Sekundärkondensat zusammengeführt werden, lässt sich die Menge des am vorderen Ende des Verdampfersatzes anfallenden reinen Sekundärkondensats erhöhen. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung ist die Menge des reinen Sekundärkondensats sogar 30% größer als bei einer entsprechenden sechsstufigen Verdampfungsanlage, wo das Sekundärkondensat getrennt zwischen jeder Verdampfungsstufe entspannt wird, wobei der Methanolgehalt des Sekundärkondensats in den beiden Fällen gleich ist.
• Obwohl oben nur einige vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, werden von der Erfindung sämtliche solchen verschiedenen Modifikationen und Variationen erfasst, die in dem durch die beigefügten Patentansprüche festgelegten Schutzumfang eingeschlossen sind.

Claims (9)

1. Verfahren zur Behandlung von Kondensaten, die sich leichter als Wasser verflüchtigende Verbindungen enthalten, in einer Verdampfungsanlage, wo Flüssigkeit, wie etwa Ablauge einer Zellstoff und oder Papierfabrik in mehreren Stufen verdampft wird und wobei bei der Verdampfung entstandene Kondensate gereinigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensate aus zumindest zwei Verdampfungsstufen vereinigt und zusammen entspannt werden, und dass der durch die Entspannung entstandene Dampf mit einem zu reinigenden Kondensatstrom in einer Strippkolonne kontaktiert wird, von wo der die Verunreinigungen enthaltende Dampf und der gereinigte Kondensatstrom abgeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Strippkolonne zu reinigende Kondensat aus der auf die erwähnten zumindest zwei Verdampfungsstufen folgenden Stufe stammt, die einen niedrigeren Dampfdruck als die erwähnten zumindest zwei Stufen hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der die Verunreinigungen enthaltende Dampf von der Strippkolonne in derjenigen Verdampfungsstufe kondensiert wird, aus der das zu reinigende Kondensat stammt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Entspannen und Strippen in verschiedenen Gefäßen solcherart vorgenommen werden, dass die Entspannung in einem Entspannungsgefäß vor der Strippkolonne erfolgt, der der Entspannungsdampf zugeführt wird.

5. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der entspannte Kondensatstrom aus dem Entspannungsgefäß abgeleitet und als Prozesswasser verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannung im unteren Teil der Strippkolonne erfolgt, das zu reinigende Kondensat dem oberen Teil der Strippkolonne zugeführt wird, wobei beim Abwärtsfließen das Kondensat mit dem Entspannungsdampf kontaktiert wird und dass das entspannte Kondensat und das gestrippte Kondensat vereint aus dem unteren Teil der Strippkolonne abgeleitet werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Strippkolonne stammende Dampf in einer Verdampfungsstufe kondensiert wird, wobei die Entgasung derart erfolgt, dass das entstehende Kondensat nicht wesentlich durch die Verunreinigungen des Stripperdampfs verschmutzt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verunreinigungen enthaltende Dampf von der Strippkolonne in einem getrennten Kondensator kondensiert wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verunreinigungen enthaltende Dampf von der Strippkolonne zu einem ersten und zweiten Kondensat-Teilstrom kondensiert wird, wobei der erste, volumenmäßig größere Strom durch den Entspannungsdampf in der Strippkolonne und der zweite, volumenmäßig kleinere Strom den Großteil der Verunreinigungen enthält und in der Schmutzkondensat- Strippkolonne gereinigt wird.