Способ кислотно-щелочной переработки черного щелока сульфатного производства целлюлозы


 


Владельцы патента RU 2617569:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров" (RU)

Изобретение относится к области сульфатного производства целлюлозы. Предлагается кислотно-щелочной способ регенерации химикатов, включающий выделение органических соединений из растворов черного щелока производства целлюлозы, обработку раствора серной кислотой до pH>1-5 с получением суспензии органических соединений (лигнин и др.), фильтрацию и промывку твердой фазы от раствора с последующей переработкой на товарный продукт. Полученный кислотный раствор обрабатывают солями щелочных металлов, например КОН, до pH>7 и выпаривают с кристаллизацией солей до 100-500 г воды на 100 г сухих солей. При этом маточный раствор солей после разделения твердой и жидкой фаз и корректировки раствора направляют на варку технологической щепы, а твердый продукт после его отделения и сушки выводят из процесса в качестве товарного продукта. Изобретение позволяет повысить эффективность производства на основе снижения энергозатрат на получение целлюлозы, обеспечения экологической безопасности процесса регенерации щелочей путем вывода из технологической цепочки энергоемких и экологически опасных процессов: сжигание черного щелока в содорегенерационном котле, декарбонизацию известняка, каустизацию содового раствора, снизить материальные потоки и расширить диверсификацию производства. 1 ил.

 

Изобретение относится к области сульфатного производства целлюлозы и может быть использовано для регенерации натриевых солей из раствора черного щелока.

Известен способ регенерации щелочей из черного щелока в содорегенерационном котле (СРК) - см. Непенин Ю.Н. «Производство сульфатной целлюлозы», т.2. - М.: Лесная промышленность, 1990, с.372-397. По данному способу черный щелок концентрируют до 70-80% абсолютно сухих веществ (а.с.в.). Под абсолютно сухими веществами понимают смесь органических и минеральных соединений (65-70% органических веществ и 30-35% минеральных). Укрепленный раствор сжигают в СРК с получением в остатке плава солей сульфидов и карбонатов натрия.

К недостаткам описываемого способа следует отнести:

1. Большую энергоемкость и экологическую опасность процессов в СРК, декарбонизации известняка и выпаривания растворов черного щелока.

2. Большое количество технологических переделов процесса переработки черного щелока: выпаривание, сжигание раствора черного щелока в СРК, декарбонизация известняка, каустизация содового раствора, характеризующихся высокими капитальными и эксплуатационными затратами.

Высокая энергоемкость процессов в СРК определяется следующими факторами:

- большой расход топлива (органических соединений в основном в виде лигнина и других его форм) при удалении влаги из черного щелока в СРК;

- перерасход топлива в СРК, обусловленный необходимостью восстановления сульфатов натрия до сульфидов. При этом лишь 30% сульфида натрия к восстановленному в СРК используется в процессе варки технологической щепы- см. Новикова А.И. «Производство волокнистых полуфарикатов»: Учебное пособие. - 2-е изд. / СПбГТУРП. СПб., 2006, с.32. Остальную часть окисляют до тиосульфатов воздухом, вводя специальный технологический передел;

- высокая (250-280°С) температура дымовых газов, отводимых в окружающую среду из-за высокой температуры точки росы.

Энергоемкость процесса декарбонизации известняка определяется следующими факторами:

- расход топлива на упаривание воды при сушке и декарбонизации известкового шлама в барабанных обжиговых печах;

- низкая регенерация теплоты дымовых газов и прокаленной извести.

Экологическая опасность процесса в СРК обусловливается следующими основными причинами:

- дымовые газы содержат большое количество водяных паров и серосодержащих соединений, приводящих при охлаждении к получению серной кислоты;

- большой унос технологической пыли;

- при охлаждении плава минеральных солей раствором белого или зеленого щелока могут образовываться взрывы.

Причинами экологической опасности процесса декарбонизации известняка являются:

- большой унос технологической пыли в количестве 5-15% в окружающую среду - см. Миловидова А.А., Севастьянова Ю.В., Комарова Г.В. и др. «Регенерация химикатов в производстве сульфатной целлюлозы (каустизация и регенерация извести)». Учебное пособие. Архангельск, 2010, с.75, 134.;

- отвод дымовых высокотемпературных (200°С) газов с высоким влагосодержанием и прокаленной запыленной известью (150°С) отводятся в окружающую среду - см. Миловидова А.А., Севастьянова Ю.В., Комарова Г.В. и др. «Регенерация химикатов в производстве сульфатной целлюлозы (каустизация и регенерация извести)». Учебное пособие. Архангельск, 2010, с.75, 134.

Известен гидрохимический способ регенерации натриевых щелочей - см. патент №2415984 от 10 апреля 2011 года, по которому раствор черного щелока подвергают карбонизации путем его обработки дымовыми газами печей декарбонизации с получением суспензии лигнина. После разделения суспензии лигнин направляют на переработку до получения товарного продукта, а маточный раствор лигнина направляют на выпаривание с кристаллизацией натриевых солей. После выпаривания полученную суспензию разделяют на содосульфатную смесь и маточный раствор содосульфатной смеси. Твердый продукт направляют на частичное восстановление сульфата до сульфида натрия, после чего смешивают с маточным раствором содосульфатной смеси и направляют на каустизацию. Раствор после каустизации корректируют по щелочам. Полученный оборотный раствор используют для варки технологической щепы.

В этом способе удается вывести из технологической цепи аппаратов СРК. Однако остальные недостатки, присущие классическому способу переработки черных щелоков, остаются: процесс обжига известняка, каустизация, большие капитальные и эксплуатационные расходы.

В качестве прототипа выбран способ выделения лигнина из части (10%) от общего потока черного щелока путем его обработки серной кислотой с образованием суспензии лигнина - см. - В.А. Демин. «Химия и технология сульфатных щелоков». Учебное пособие, Сыктывкар, СЛИ, 2013, с.96. После разделения суспензии лигнин перерабатывают на товарный продукт, а маточный раствор лигнина смешивают с основным потоком черного щелока, который перерабатывается по традиционной технологии.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков в процессе регенерации химикатов черного щелока.

Техническим результатом изобретения является исключение энергетических и эксплуатационных затрат в процессах сжигания черного щелока в СРК, обжига известняка, каустизации содового раствора, повышение эксплуатационной надежности оборудования и устранение экологической опасности этих процессов путем их вывода из технологической цепи аппаратов.

Технический результат достигается способом, включающим обработку черного щелока серной кислотой до pH>1-5, получение суспензии органических соединений, разделение твердой и жидкой фаз с переработкой твердой фазы в товарный продукт, отличающийся тем, что черный щелок после выделения органических соединений обрабатывают солями щелочных металлов до pH>7 и выпаривают до 100-500 г Н2О/100 г сухих солей с кристаллизацией этих солей из раствора; при этом полученную суспензию разделяют: твердый продукт направляют на переработку в товарный продукт, а оборотный раствор после корректировки - на варку технологической щепы.

На чертеже представлена упрощенная принципиальная схема предлагаемого способа и пример его реализации.

Раствор черного щелока после варки технологической щепы поступает в мешалку (1), где его обрабатывают раствором серной кислоты до pH=3. На этой стадии проходят реакции расщепления органических соединений, связанных со щелочью, и их выпадения в осадок. Кроме того, проходят химические реакции взаимодействия каустической щелочи и серной кислоты с образованием сульфатов. В полученной суспензии содержится до 90% от общей массы лигнина, содержащегося в растворе. Суспензия отфильтровывается на фильтре (2). Твердую фазу лигнина направляют на переработку в товарный продукт. Маточный раствор лигнина поступает в реактор (3). В реакторе раствор нейтрализуют едким кали (КОН) до pH>7, обеспечивающим эффективное последующее выпаривание раствора. Полученный раствор выпаривают до концентрации 150 г Н2О/100 г сухих солей в многоступенчатой выпарной установке (4). Это соотношение определяется технологическими возможностями выпаривания раствора в присутствии большого количества твердой фазы в продукционном корпусе выпарного аппарата. Полученную суспензию разделяют на фильтре (5): твердый продукт сульфата калия направляют на дальнейшую переработку в товарный продукт, а маточный раствор сульфата калия корректируют щелочными металлами - Na2O, Na2S, Na2SO4 (при необходимости) и разбавляют промывной водой. В откорректированном растворе концентрация активной щелочи в ед. Na2O составляет 100 г/л при сульфидности 30%. Полученный в мешалке для корректировки раствора (6) оборотный раствор направляют на варку технологической щепы.

По предлагаемому способу можно осуществить коренную модернизацию целлюлозного производства на основе энергосберегающей технологии регенерации химикатов при низких капиталовложениях.

Эффективность предлагаемого способа определяется снижением энергетических, капитальных и эксплуатационных затрат в процессе переработки черных щелоков. При этом обеспечивается экологическая безопасность процессов на основе вывода из технологической цепи аппаратов СРК, печей декарбонизации известняка и каустизации содовых растворов.

Реализация предлагаемого способа позволяет:

1. Упростить аппаратурно-технологическую схему и соответственно повысить эксплуатационную надежность работы установок процесса регенерации щелочей из черного щелока.

2. Исключить расход топлива на СРК и печи обжига известняка.

3. Снизить расход оборотной воды и соответственно снизить расход пара на выпаривание черного щелока.

4. Повысить энергетическую эффективность и снизить капитальные затраты на процесс выпаривания раствора сульфата калия.

5. Повысить экологическую безопасность процесса переработки черных щелоков путем исключения процессов сжигания черного щелока в СРК, процесса обжига известняка, каустизации содовых растворов, исключения ввода в процесс извести.

6. Исключить из процесса производства вывод в окружающую среду высокотемпературных парниковых газов.

7. Осуществить диверсификацию производства на основе расширения выпускаемой продукции (товарные продукты на основе лигнина и содопродукты).

Кислотно-щелочной способ регенерации химикатов, включающий выделение органических соединений из растворов черного щелока производства целлюлозы, обработку раствора серной кислотой до pН>1-5 с получением суспензии органических соединений (лигнин и др.), фильтрацию и промывку твердой фазы от раствора с последующей переработкой на товарный продукт, отличающийся тем, что с целью снижения энергетических и капитальных затрат, диверсификации производства и повышения экологической безопасности технологии, кислотный раствор обрабатывают солями щелочных металлов, например КОН, до pН>7 и выпаривают с кристаллизацией солей до 100-500 г воды на 100 г сухих солей, при этом маточный раствор солей после разделения твердой и жидкой фаз и корректировки раствора направляют на варку технологической щепы, а твердый продукт после его отделения и сушки выводят из процесса в качестве товарного продукта.



 

Похожие патенты:
Способы обработки воды и пульпы, используемых в процессе производства бумаги или картона. Регулируя количество кислорода и питательных веществ в воде или пульпе, можно контролировать уровень активности бактерий и не только удалять жирные кислоты и неприятный запах, но и способствовать образованию СО2, который действует в качестве буфера в процессе производства бумаги.

Способ очистки золы котла-утилизатора целлюлозного завода, используемый совместно с одностадийным или многостадийным способом выщелачивания золы, отличается тем, что, по меньшей мере, одно соединение кальция, наиболее предпочтительно оксид кальция (СаО) и/или гидроксид кальция (Са(ОН)2), используется в качестве добавки на одной или нескольких стадиях выщелачивания.

Настоящее изобретение относится к способу получения осажденного лигнина из черного щелока, в котором способ содержит следующие стадии: обеспечение потока черного щелока, обработка черного щелока при повышенной температуре и осаждение лигнина из термообработанного черного щелока.

Изобретение относится к способу непрерывного осаждения лигнина из черного щелока, в котором pH черного щелока понижают до точки осаждения лигнина и осажденный лигнин отделяют от черного щелока.

Изобретение относится к способу и устройству для обработки черного щелока целлюлозного производства для регенерации из него энергии и химических реагентов. Способ обработки черного щелока целлюлозного производства для регенерации содержащихся в нем химических реагентов и энергии включает стадии, в которых вводят черный щелок в пиролитический реактор, включающий по существу не содержащую кислород камеру, причем в пиролитическом реакторе поддерживают температуру в пределах диапазона от 400 до 600°C, подают в пиролитический реактор каустифицирующий материал, который состоит из оксида натрия (Na2O) и оксида металла (MxOy), содержащего по меньшей мере один из следующих оксидов металлов: оксид титана (TiO2), оксид железа (Fe2O3) и оксид марганца (Mn2O3), где упомянутый каустифицирующий материал нагрет в топочном устройстве, в котором поддерживается температура в диапазоне от 600 до 1000°C, в результате чего черный щелок подвергается газификации и образует газообразные компоненты и остаточное твердое вещество, направляют газообразные компоненты, образовавшиеся в пиролитическом реакторе, на дальнейшую утилизацию, транспортируют твердое вещество, образовавшееся в пиролитическом реакторе, в топочное устройство, где содержащееся в нем горючее вещество выгорает с помощью кислорода, содержащегося в воздухе, подводимом в топочное устройство, и остается каустифицирующий материал, состоящий из оксида натрия (Na2O) и оксида металла (MxOy), возвращают часть каустифицирующего материала, образовавшегося в топочном устройстве, в пиролитический реактор, и транспортируют часть в растворительный бак, где к нему добавляют воду, в результате чего образуются гидроксид натрия (NaOH) и оксид металла (MxOy), возвращают образовавшийся гидроксид натрия (NaOH) обратно в процесс варки целлюлозы и по меньшей мере основную часть оставшегося оксида металла (MxOy) в топочное устройство, где он формирует каустифицирующий материал с оксидом натрия (Na2O).

Изобретение относится к способу производства нанокристаллической целлюлозы, используемой в промышленности. Предложенный способ включает гидролиз беленой целлюлозы серной или хлористоводородной кислотой с последующим отделением нанокристаллической целлюлозы и разделением жидких отходов на фракции моносахаров и олигосахаридов с помощью пары селективных мембран.

Изобретение относится к интегрированному способу получения целлюлозы и по меньшей мере одного пригодного для повторного использования низкомолекулярного вещества.

Способ изготовления беленой целлюлозы включает контакт смеси небеленой массы с первым оборотным фильтратом для получения первой смеси массы, имеющей первую консистенцию; беление первой смеси массы для получения первой смеси беленой целлюлозы; отжим или обезвоживание первой смеси беленой целлюлозы для получения первой смеси беленой целлюлозы и второго фильтрата; направление части второго фильтрата во второе место первого контура оборотного фильтрата; контакт первой смеси отжатой беленой целлюлозы со вторым оборотным фильтратом, полученным из третьего места первого контура оборотного фильтрата, для получения второй смеси массы, имеющей вторую консистенцию, причем вторая консистенция выше, чем первая консистенция; беление второй смеси массы для получения второй смеси беленой целлюлозы; отжим или обезвоживание второй смеси беленой целлюлозы для получения второй смеси беленой целлюлозы и третьего фильтрата; направление части третьего фильтрата в четвертое место первого контура оборотного фильтрата; рециркуляцию по меньшей мере части третьего фильтрата в первом контуре оборотного фильтрата в первое место; для получения беленой целлюлозы.

Способ переработки целлюлозной массы с использованием холоднощелочной экстракции включает: делигнификацию органических материалов в автоклаве и обработку полученной небеленой целлюлозы для получения полуочищенной целлюлозной массы для использования в производстве растворимой целлюлозной массы; экстракцию полуочищенной целлюлозной массы щелочным раствором в ходе процесса холоднощелочной экстракции; промывку очищенной целлюлозной массы и сбор получаемой при этом отработанной промывочной жидкости, отделяя при этом раствор, содержащий гемицеллюлозу, от очищенной целлюлозной массы; объединение отработанной промывочной жидкости и раствора, содержащего гемицеллюлозу, с получением щелочного фильтрата; концентрирование щелочного фильтрата и использование, по меньшей мере, части сконцентрированного щелочного фильтрата в указанном автоклаве в связи с получением растворимой целлюлозной массы.

Настоящее изобретение описывает способ получения углеводородного исходного сырья для синтеза биотоплив из лигнина. Способ включает гидропереработку лигнинсодержащего исходного сырья с получением исходного сырья для биотоплив.
Наверх