187173. lajstromszámú szabadalom • Eljárás a cukorgyártás energetikai és technológiai folyamatának intenzifikálására
1 187 173 2 cukorgyári mészkemencéknél általában nem alkalmaznak önmagában földgázt a kalcium-karbonát hőbontásánál és a földgáz-koksz vegyes tüzelés megvalósítása során is számos nehézséggel küzdenek. összefoglalóan megállapítható volt tehát a közleményekbe], hogy a földgáztüzelés legfeljebb csak koksszal együtt alkalmazható, de a vegyes tüzelés esetén is jelentkezik a szén-monoxid káros hatása, továbbá így sem érhető él a szükséges széndioxid gázkoncentráció, következésképpen a szénsavazóknak nagymértékű a hülési vesztesége. Célul tűztük ki, hogy a fenti hátrányokat kiküszöbölve megoldjuk a kalcium-karbonátnak a lehetőleg kokszfelhasználás nélküli, csupán földgáz segítségével való hőbontását olyan paraméterekkel, amelyek révén lehetséges a cukorgyártás energetikai és technológiai folyamatának az intenzifikálása. Ezt a kitűzött feladatot a találmányi megoldásunk szerint úgy érjük el, hogy a cukorgyártás folyamán keletkező, mésszel kezelt nyerslé széndioxiddal történő szaturálásához - azaz a létisztítás végén a fölöslegben adagolt mésznek széndioxiddal való leválasztásához - szükséges szén-dioxidot részben a kalcium-karbonát - előnyösen koksztüzelés nélküli - hőbontásával és részben a kalciumkarbonát hőbontásához felhasznált, széndioxidban dús - 8 tf% feletti C02-tartalmú - földgáz elégetésével biztosítjuk. Ehhez a már több lelőhelyen nagy mennyiségben feltárt, egyéb célra nehezen is hasznosítható, előnyösen 10-60 tf% C02-t már eleve tartalmazó földgázt használjuk fel. Az így kapott széndioxid többlet egészének vagy egy részének megfelelően pótlólagos mennyiségű meszet is használhatunk a kalcium-karbonát hőbontásakor keletkezett mészmennyiségen kívül a nyerslé elő- és főderítéséhez. Egyébként a szokásosan használatos vezetékes földgáz C02-tartalma 0,025-2,0 tf% közt van. A találmány szerinti megoldás jobb ismertetésére összehasonlításként az 1. példában a szokásos koksztüzelés szerinti technológiát, majd a 2. és 3. példában a találmány szerinti eljárást közöljük. 1. példa Az egyik, 3000 t/nap répafeldolgozási kapacitású cukorgyár 120 m3 térfogatú mészkemencéjének a termelése koksztüzeléssel 60 t/nap égetett mész, ami a feldolgozott cukorrépa mennyiségének a 2%-a. Ez az érték jóval alatta van a technológia által megkívánt 2,3-2,4%-os értéknek. Ennek javítása érdekében még 3 t/nap mennyiségű vásárolt meszet is felhasználnak, de még így is csak 2,1% a cukorrépára számított mészfelhasználás. A mészkemencébe töltött koksz fűtőértéke 26 280 kJ/kg, a mennyisége 11,5 t/nap, a kiselejtezett koksztörmelék pedig kb. 1 t/nap. A mészkemencébe töltött mészkő mennyisége 120 t/nap, a keletkező mészkőtörmelék mennyisége kb. 8 t/nap. A hőbontáshoz alkalmazott légfelesleg tényezője 1,55. így az égetett meszet 5025 kJ/kg égetett mész fajlagos hőfelhasználással állítják elő. A keletkező füstgáz mennyisége 2,22 Nm3/kg égetett mész, míg az abszolút mennyisége 133 200 Nm3/nap, kb. 6500 Nm3/óra. A füstgáz széndioxid tartalma 29 tf%. A füstgázt 3 db 3000 m3/ óra névleges teljesítményű vízgyűrűs szivattyú szállítja a 4,2 m lészintű szénsavazó készülékbe. A lémagasság és a füstgáz l.tf%-os szén-monoxid tartalma következtében a szénsavazó gázkihasználási tényezője 68%. A nem-cukor anyagok és a nyerslé mennyiségének a változásai miatt a szénsavazóban kiszaturálandó mészmennyiség pillanatnyi értéke 5%-kal ingadozik az átlagos 63 t/nap érték körül. A sztöchiometrikus mennyiségekből következik, hogy 1 kg mész kiszaturálásához 0,397 Nm3 széndioxid szükséges. A fentiek alapján tehát az anyagmérleg: Megtermelve 133 200 Nm3/nap füstgáz 29 tf"„ széndioxid koncentrációval, azaz 38 628 Nm3/nap széndioxid. Felhasználva 60 + 3 = 63 t/nap mész, amelynek az elméleti széndioxid igénye (63 x 0,397 = ) 25 011 Nm3/nap. Figyelembe véve azonban a 68%-os gázkihasználási tényezőt, a szénsavazóba átlagosan bevézetendő széndioxid mennyisége (25 011 :0,68 = ) 36 780 Nm3/nap, illetve az 5%-os szabályozási veszteséggel is számolva (36 780x 1,05 = ) 38619 Nm3/nap a minimálisan szükséges szén-dioxid mennyisége. Az anyagmérlegből jól látható, hogy a termelt és felhasznált széndioxid mennyisége gyakorlatilag megegyezik és a cukorgyár a meglevő koksztüzelésű mészkemencével a technológia mészigényét nem tudja kielégíteni, mert a mésztermelés fokozására már nincs lehetőség és a pótmész adagolásának is határt szab a kemencében keletkező szén-dioxid mennyisége. Lehetséges lenne ugyan további pótmész adagolása, ha a kokszmennyiséget növelnék, de ez jelentős energiaköltség-növekedést jelentene. A szénsavazóból távozó gáz mennyiségének és a fellépő hőveszteségnek a számítása: Kilép (36 780-36 780 x 0,68 = ) 11 770 Nm3/nap szén-dioxid és (133 200 - 133 200 x 0,29) : : 1,05 = 90047 Nm3/nap egyéb gáz, azaz összesen 101 817 Nm3/nap gázmennyiség. Mivel a nyerslé az első szénsavazóba 88 *C hőmérséklettel lép be és 84 *C hőmérséklettel lép ki, majd a második szénsavazónál a nyerslé belépő hőmérséklete 98 ‘C és a kilépő hőmérséklete 94 °C. A répára számított 160, illetve 125%-os nyerslé mennyiségekkel számolva, a két szénsavazóban a •nyerslé hűtési vesztesége 4390 kJ/100 kg répa, azaz 1,94 kg gőz/100 kg répa. 2. példa Az 1. példában ismertetett cukorgyár mészkemencéjét átalakítva szén-dioxid tartalmú földgázzal való üzemeltetésre, a mészkemenóe kapacitása 15%-kal megnő, azaz (60 x 1,15 = ) 69 t mész/nap lesz. A termelt mész teljes mennyiségét a technológiába adják s így a cukorrépára számított mészfclhasználás az optimális 2,3%-ra emelkedik. A földgázt az orosházai és a battonyai földgázmezőkről származó földgáz keverésével állítják elő, amely keveréknek a szén-dioxid tartalma 18,9 tf% és a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
