Método y dispositivo para separar contaminantes de líquidos o vapores.

Un método para purificación de líquidos o vapores en una planta de evaporación

, caracterizado por la separación de contaminantes de los líquidos por agotamiento cuando un líquido enriquecido en contaminantes se pone en contacto directo con un vapor por pulverización o distribución del líquido en el vapor que fluye en un conducto de vapor o sobre superficies de pared en el conducto de vapor, reduciendo así el contenido de contaminantes del líquido pulverizado y produciendo un líquido más puro de tal modo que los contaminantes se enriquecen en el vapor, y recogida del líquido purificado, o

por la separación de contaminantes de los vapores por absorción cuando un líquido se pone en contacto directo con un vapor contaminado por pulverización o distribución de un líquido más puro de contaminantes en el vapor que fluye en un conducto de vapor o sobre superficies de pared en el conducto de vapor, aumentando así el contenido de contaminantes del líquido pulverizado y produciendo un vapor purificado, de tal modo que los contaminantes se enriquecen en el líquido, y recogida del líquido enriquecido en contaminantes.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FI2011/050905.

Solicitante: ANDRITZ OY.

Nacionalidad solicitante: Finlandia.

Dirección: TAMMASAARENKATU 1 00180 HELSINKI FINLANDIA.

Inventor/es: JAAKKOLA,HEIKKI, BERG,CARL-GUSTAV.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION D — TEXTILES; PAPEL > FABRICACION DEL PAPEL; PRODUCCION DE LA CELULOSA > PRODUCCION DE CELULOSA POR ELIMINACION DE SUSTANCIAS... > Regeneración de los líquidos residuales > D21C11/06 (Tratamiento de los gases de la pasta; Recuperación del calor de los gases)
  • SECCION D — TEXTILES; PAPEL > FABRICACION DEL PAPEL; PRODUCCION DE LA CELULOSA > PRODUCCION DE CELULOSA POR ELIMINACION DE SUSTANCIAS... > Regeneración de los líquidos residuales > D21C11/10 (Concentración de la lejía residual por evaporación)

PDF original: ES-2533976_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método y dispositivo para separar contaminantes de líquidos o vapores

Campo Técnico

La presente invención se refiere a un método y dispositivo para separar contaminantes de líquidos, tales como condensados, o vapores en una planta de evaporación.

Antecedentes De La Invención

El metanol (MeOH) es una de las causas más importantes de demanda química (COD) y biológica (BOD) de oxígeno en las corrientes de efluentes de biomasa o corrientes de lejía negra. El endurecimiento de las especificaciones ambientales hace esencial la segregación y el control del metanol activo. La cocción alcalina de las virutas de madera en las fábricas de pasta papelera produce normalmente 5-20 kg MeOH/t de pasta, y como consecuencia se encuentra metanol en cantidades variables en todas las corrientes residuales de la planta de cocción, siendo la más importante la corriente diluida de lejía negra. La lejía negra diluida es una corriente esencial para la producción de agua purificada reutilizable dado que constituye simultáneamente la fuente principal de energía en la fábrica de pasta papelera cuando la misma se concentra por evaporación para dar la denominada lejía negra de calcinación y se quema luego en la caldera de recuperación. El proceso de recuperación moderno puede producir en una fábrica de pasta papelera conforme a la técnica anterior un exceso tanto de calor como de electricidad.

El agua separada de la lejía negra diluida en la planta de evaporación puede contener una gran cantidad de compuestos volátiles como metanol, etanol, acetona, trementina y varios compuestos de azufre: la totalidad de estos componentes están contenidos luego parcialmente en la lejía negra de calcinación, pero la mayor parte de ellos se separan en condensados secundarios y gases residuales incondensables.

Los procesos modernos de separación en evaporadores tienen como objetivo segregar condensados secundarios de tal modo que la mayor parte del metanol se enriquece en una fracción de condensado relativamente pequeña (denominada a menudo condensado impuro) , que puede purificarse con costes aceptables. El metanol concentrado y otros compuestos orgánicos volátiles pueden quemarse luego en la caldera de recuperación, el incinerador específico de gas incondensable o en el horno de cal. Esto, a su vez, reduce el impacto ambiental del metanol basado en biomasa y asimismo la acumulación de metanol cuando se reduce el consumo de agua fresca.

Las fábricas de pasta papelera modernas tienen un alto grado de integración del proceso, y la evaporación de la lejía negra es una parte muy esencial de la circulación moderna de productos químicos, agua y energía. Esto ha sido demostrado también por las fábricas de pasta papelera modernas que tienen un tren evaporador de efectos múltiples en el centro de la fábrica de pasta papelera.

La planta de evaporación de lejía negra comprende típicamente una planta de evaporación de efecto múltiple con 3 a 7 efectos (Fig. 1) . La evaporación de efecto múltiple está siendo utilizada en la mayoría de las fábricas de pasta papelera al sulfato. La secuencia de vapor es directa aguas abajo. Este es casi siempre el caso. El vapor vivo procede del sistema de distribución de vapor a baja presión de la fábrica a una presión de 0, 35-0, 45 MPa (absoluta) .

Esto corresponde a una temperatura de saturación de 139º C-148º C. El vapor vivo se alimenta a los elementos calentadores del primer efecto (no representado en Fig. 1) . El vapor generado en el lado de lejía del efecto 1 se conduce por líneas 15 a los elementos calentadores del efecto 2 y de ahí al efecto 3, y así sucesivamente, como se indica por las líneas 16. Finalmente, el vapor procedente del último efecto 6 a una temperatura de 57º C-60º C se condensa en un condensador de superficie 8. En casi todos los casos, la secuencia de flujo del vapor se numera de tal modo que el mismo pasa desde el efecto 1 al efecto siguiente enumerado como efecto 2 y así sucesivamente, y la lejía negra fluye típicamente en la dirección opuesta. En Fig. 1, el elemento calentador de los evaporadores es una laminilla formada por dos placas unidas una a otra. El líquido a evaporar desciende por la superficie exterior de la laminilla, y un medio de calentamiento, tal como vapor, fluye por el interior de la laminilla. Esto se describe con mayor detalle en Fig. 2.

Existen varias posibilidades para disponer la secuencia de flujo de la lejía en la planta de evaporación. El número óptimo de efectos depende del balance de vapor de la fábrica con condiciones límite como la producción de electricidad, el precio de electricidad, etc. El ahorro de vapor no siempre es económico, y es necesario realizar cálculos de coste extendidos a toda la fábrica para encontrar la solución óptima caso por caso. La aplicación en la Figura 1 es típica para una fábrica de pasta papelera del norte que utiliza madera de coníferas como materia prima.

El efecto del concentrador 1 se divide usualmente en varias subunidades, que son paralelas en el lado del vapor y están dispuestas en serie en el lado de la lejía. Para el lado de la lejía, la secuencia típica es una secuencia de alimentación de retroceso o mixta. Si la temperatura de alimentación es mayor que la temperatura en el último efecto 65 y se prefiere el patrón de alimentación por retroceso, la lejía tiene que vaporizarse súbitamente antes de alimentarla al último efecto. El vapor producido súbitamente, procedente de la lejía diluida caliente se mezcla luego con flujos

adecuados de vapor secundario que proporcionan calor latente a los efectos más fríos. El flujo de lejía negra se indica en Fig. 1. La lejía negra diluida (u otra lejía residual de la pasta de celulosa) en la línea 10 se alimenta al efecto 4, donde se vaporiza súbitamente la lejía. Después de ello, la lejía se hace pasar por la línea 11 al efecto 5, donde aquélla se vaporiza de nuevo súbitamente. Desde el efecto 5, la lejía se hace pasar por la línea 12 al efecto 6

para evaporación. La lejía se evapora ulteriormente en los efectos 5, 4, 3, 2 como se indica por la línea 13. La lejía evaporada en la línea 14 se retira del efecto 2 y se alimenta al efecto 1 (no representado) , en el cual se forma el producto lejía para combustión en una caldera de recuperación.

La carga de BOD (Demanda Biológica de Oxígeno) y COD (Demanda Química de Oxígeno) para una planta de tratamiento de agua residual puede reducirse sensiblemente por purificación y segregación del condensado secundario adecuadamente dentro del sistema de evaporación. Y cuando la calidad del condensado secundario es suficiente, puede utilizarse la totalidad del condensado en los procesos de la fábrica reemplazando el consumo de agua fresca. Esto reduce notablemente la carga ambiental.

Gracias a la separación eficaz de las gotitas, el condensado secundario procedente de los evaporadores modernos contiene cantidades muy pequeñas de sales, típicamente 5-10 mg Na/L de entrada para aplicaciones de madera de frondosas. La totalidad de los componentes volátiles (metanol, compuestos de azufre total reducido es (TRS) ) de la lejía negra pueden separarse eficazmente del condensador secundario en la planta de evaporadores.

En los evaporadores modernos el condensado secundario puede fraccionarse en el interior de las laminillas en fracciones de condensado purificado y impuro (véanse Figuras 1 y 2) . El condensado impuro generado es procesado luego típicamente por agotamiento con vapor. Un proceso de agotamiento produce condensado agotado (purificado) y metanol líquido como combustible. El fraccionamiento en cada efecto se selecciona para maximizar la recuperación de metanol mientras que se minimiza el flujo del condensado... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para purificación de líquidos o vapores en una planta de evaporación, caracterizado por la separación de contaminantes de los líquidos por agotamiento cuando un líquido enriquecido en contaminantes se pone en contacto directo con un vapor por pulverización o distribución del líquido en el vapor que fluye en un conducto de vapor o sobre superficies de pared en el conducto de vapor, reduciendo así el contenido de contaminantes del líquido pulverizado y produciendo un líquido más puro de tal modo que los contaminantes se enriquecen en el vapor, y recogida del líquido purificado, o por la separación de contaminantes de los vapores por absorción cuando un líquido se pone en contacto directo con un vapor contaminado por pulverización o distribución de un líquido más puro de contaminantes en el vapor que fluye en un conducto de vapor o sobre superficies de pared en el conducto de vapor, aumentando así el contenido de contaminantes del líquido pulverizado y produciendo un vapor purificado, de tal modo que los contaminantes se enriquecen en el líquido, y recogida del líquido enriquecido en contaminantes.

2. Un método conforme a la reivindicación 1, caracterizado por que el líquido purificado o el líquido enriquecido en contaminantes se retira del conducto de vapor, o junto con el condensado de vapor del evaporador subsiguiente,

o el líquido purificado o el líquido enriquecido en contaminantes se retira tanto del conducto de vapor como del evaporador subsiguiente.

3. Un método conforme a la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que la separación de contaminantes se mejora por prolongación del tiempo de residencia del líquido en el conducto.

4. Un método conforme a la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado por que la separación de contaminantes por agotamiento se mejora por calentamiento del líquido enriquecido en contaminantes a la temperatura de saturación o 25 por encima de la temperatura de saturación del vapor antes de la pulverización.

5. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el líquido enriquecido en metanol y/o TRS a agotar se pulveriza en contracorriente o en paralelo.

6. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el condensado enriquecido en metanol y/o TRS se recoge en una planta de evaporación de una planta de biomasa, y el condensado se pulveriza en un conducto de vapor.

7. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el líquido enriquecido en metanol y/o TRS se purifica en procesos de evaporador que son plantas de efecto múltiple o plantas de efecto simple, tales como una planta de recompresión de vapor movida por un ventilador o eyector de vapor.

8. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho líquido a agotar es condensado y dichos contaminantes son al menos uno de metanol y TRS. 40

9. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el líquido purificado se utiliza como líquido de reemplazamiento para agua fresca en una fábrica.

10. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el punto de

recogida del condensado purificado en el conducto vertical está localizado después de una curva en el fondo de la salida de conducto de vapor.

11. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el agotamiento de los contaminantes del condensado de lejía residual en cualquier proceso de producción de pasta papelera 50 basado en biomasa.

12. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por la absorción de los contaminantes de las corrientes de vapor contaminadas en cualquier proceso de biomasa.

13. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el líquido o el vapor contaminados se tratan tanto a baja presión como a presión elevada del vapor.

14. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el líquido se pulveriza desde o a través de la superficie del conducto de vapor. 60

15. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el líquido se alimenta desde más de una tobera de pulverización.

16. Un método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el área del 65 film en el conducto se incrementa con elementos de conducto internos.

17. Un dispositivo para purificación de líquidos o vapores en una planta de evaporación que tiene al menos una vasija de evaporador equipada con un conducto de vapor, caracterizado por que el conducto de vapor está provisto de un dispositivo para pulverización o distribución de un líquido en el vapor que fluye en un conducto de vapor o sobre superficies de pared en el conducto de vapor a fin de poner el líquido en contacto directo con el vapor reduciendo así el contenido de contaminantes del líquido o el vapor.

18. Un dispositivo conforme a la reivindicación 17, caracterizado por que el dispositivo comprende un tubo de alimentación que se extiende a través de la pared del conducto de vapor hasta el conducto de vapor y que está provisto de al menos una tobera para pulverización del líquido.

19. Un dispositivo conforme a la reivindicación 17, caracterizado por que el dispositivo comprende aberturas en la pared del conducto para distribuir el líquido en el conducto de vapor.

20. Un dispositivo conforme a la reivindicación 17, 18 ó 19, caracterizado por que el conducto de vapor está 15 conectado a un conducto para separación del líquido.

21. Un dispositivo conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el conducto de vapor está dispuesto entre dos vasijas de evaporador de una planta de evaporación de efecto múltiple.

22. Un dispositivo conforme a la reivindicación 20, caracterizado por que el punto de recogida del líquido en el conducto vertical está localizado después de una curva en el fondo de la salida del conducto de vapor.

23. Un dispositivo conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo está conectado a un sistema de condensado de la planta de evaporación para conducir el condensado al 25 conducto de vapor.

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