гидрохимический способ регенерации натриевых щелочей

Формула изобретения

1. Гидрохимический способ регенерации натриевых щелочей в производстве сульфатной целлюлозы, включающий выпаривание черного щелока и получение раствора соды, сульфата и сульфида натрия, отличающийся тем, что перед выпариванием из черного щелока выделяют лигнин, маточник лигнина подвергают политермическому выпариванию до 200-300 г Н₂О/100 г сухих солей натрия при температуре 60-150°C с получением содосульфатной смеси, при этом часть сульфата натрия восстанавливают до сульфида натрия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс выпаривания ведут дробной кристаллизацией до 230-300 г Н₂О/100 г сухих солей натрия, а затем до 200-230 г Н₂О/100 г сухих солей натрия.

Описание изобретения к патенту

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

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 натриевых солей сульфидов и карбонатов натрия.

К недостаткам описываемого способа следует отнести:

1. Большую энергоемкость процесса в СРК;

2. Экологическая опасность процесса в СРК.

Высокая энергоемкость процесса в СРК определяется следующими факторами:

- большой расход топлива (лигнина) при выпаривании жидкой фазы черного щелока в СРК, составляющий 120 кг у.т./т целлюлозы;

- перерасход топлива в СРК против необходимого при восстановлении сульфатов натрия до сульфидов. При этом лишь 30% сульфида натрия к восстановленному в СРК используется в процессе варки технологической щепы. Остальную часть окисляют до тиосульфатов воздухом, вводя специальный технологический передел;

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

Экологическая опасность процесса в СРК обуславливается следующими основными причинами:

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

- большой унос технологической пыли;

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

В качестве прототипа выбран способ регенерации щелочей с предварительным получением лигнина из черного щелока от варки сосны и березы по сульфатному способу и по натронному способу с добавкой антрохинона при давлении CO₂ 0,8 МПа и при температуре 80°C - см. Непенин Ю.Н. Производство сульфатной целлюлозы. Т. 2. М.: Лесная промышленность. 1990, с.569. Несмотря на решение некоторых вопросов по повышению эффективности процесса в СРК по способу-прототипу, основные недостатки, связанные с процессом в СРК, не устранены.

Задача изобретения - устранение недостатков в процессе регенерации щелочей.

Техническим результатом изобретения является исключение энергозатрат на процесс в СРК и устранение экологической опасности этого процесса путем вывода из технологической цепочки СРК.

Технический результат достигается способом, включающим выпаривание черного щелока и получение раствора соды, сульфата и сульфида натрия. Перед выпариванием из черного щелока выделяют лигнин, маточник лигнина подвергают политермическому выпариванию до 200-300 г H₂O/100 г сухих солей натрия при температуре 60-150°C с получением содосульфатной смеси, при этом часть сульфата натрия восстанавливают до сульфида натрия. Процесс выпаривания может быть проведен последовательной дробной кристаллизацией с концентрированием раствора до 230-300 г H ₂O/100 г сухих солей натрия, а затем до 200-230 г H ₂O/100 г сухих солей натрия.

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

Раствор черного щелока при концентрации 20% а.с.в. поступает в карбонизатор (1) под давлением 0,8 МПа и температуре 80°C. Раствор карбонизируется в присутствии антрохинона дымовыми газами печей декарбонизации в течение 60 минут. Полученная суспензия содержит до 70% от общей массы лигнина в растворе черного щелока. Суспензия отфильтровывается в фильтре (2). Твердая фаза лигнина отводится из технологического процесса и далее используется в виде высококалорийного экологически безопасного энергетического топлива либо в виде химического сырья для его переработки на продукты, имеющие потребительский спрос. Маточный раствор лигнина поступает в мешалку (3). Из мешалки раствор поступает в многостадийную многоступенчатую выпарную установку (4), где концентрируется до 200-300 г H₂ O/100 г сухих солей натрия при температуре 60-150°C. Полученная суспензия поступает в сгуститель (5). Маточный раствор содосульфатной смеси смешивают с черным щелоком, поступающим в карбонизатор (1). Твердая фаза содосульфатной смеси выходит из сгустителя (5) и делится на два потока: один поступает в мешалку (6), другой на восстановление сульфатсодержащих соединений до сульфида натрия в печь (7). Количественно этот поток определяется требованиями к приготовлению варочного раствора по сульфиду натрия (1/3-1/2 части к получаемому в СРК по способу-прототипу).

Восстановление сульфатсодержащих соединений ведут лигнином, адсорбированным содосульфатной смесью в процессе кристаллизации при выпаривании. При необходимости количество лигнина корректируется лигнином, полученным после карбонизации. Поток содосульфидной смеси после печи отводится в мешалку (6). В качестве растворителя используют конденсат вторичного пара из выпарных батарей выпарной станции. Раствор, полученный в мешалке представляет зеленый щелок, который далее используется по способу-прототипу.

Модификация этого способа заключается в том, что с целью повышения серосодержащих соединений в содосульфатной смеси, направляемой на восстановление до сульфида натрия, процесс кристаллизации из насыщенных растворов ведут в двухстадийной выпарной батарее.

На первой стадии концентрирование раствора ведут до 230-300 г H₂ O/100 г сухих солей натрия. На этой стадии содосульфатная смесь в основном представлена сульфатом натрия и беркеитом (2Na ₂SO₄·Nа₂СО₃). На второй стадии концентрирования его выпаривают до 200-230 г H ₂O/100 г сухих солей натрия. Этот поток содосульфатной смеси обогащен содой и его направляют в мешалку (6). Часть потока после первой стадии выпаривания, обогащенной сульфатом натрия, направляют в восстановительную печь. Количественно этот поток определяется требованиями к приготовлению варочного раствора по сульфиду натрия. Содосульфидную смесь, полученную после печи восстановления, и оставшуюся вторую часть потока содосульфатной смеси, обогащенного сульфатами, направляют в мешалку (6).

По предлагаемому способу можно осуществить коренную модернизацию целлюлозного производства на основе энергосберегающей технологии регенерации солей натрия. Эффективность предлагаемого способа определяется снижением энергозатрат на получение целлюлозы и обеспечением экологической безопасности процесса регенерации щелочей на основе вывода из технологической цепочки содорегенерационного котлоагрегата.

Реализация предлагаемого способа позволяет:

- снизить расход топлива не менее чем на 140 кг у.т./т целлюлозы;

- решить проблему экологической безопасности в процессе регенерации щелочей, связанную с высокотемпературной обработкой раствора черного щелока в СРК;

- осуществить замкнутый растворный цикл в процессе регенерации щелочей;

- исключить из процесса декарбонизации известняк природного газа, заменив его получаемым в процессе лигнином;

- исключить из процесса производства целлюлозы вывод парниковых газов в окружающую среду.