Способ кислотно-щелочной переработки черного щелока сульфатного производства целлюлозы

Способ кислотно-щелочной переработки черного щелока сульфатного производства целлюлозы

Реферат

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.