СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
METHOD TO PRODUCE SULFATE CELLULOSE

Изобретение относится к области получения волокнистых полуфабрикатов и может быть использовано при получении сульфатной целлюлозы в варочных аппаратах периодического действия.
Известен способ получения сульфатной целлюлозы, включающий загрузку в варочный котел сырья и его уплотнение, подачу нагретого сжатого газа, подачу варочной жидкости, нагрев содержимого котла до рабочих параметров температуры и давления, выдержку при этих параметрах и выгрузку отработанной варочной жидкости и целлюлозной массы путем замещения ее сжатым газом, собранным в газгольдере. В качестве сжатого газа используют сдувки систем варки целлюлозы и регенерации отработанной варочной жидкости. Избыток сдувочных газов из газгольдера идет на сжигание, которое сопровождается выбросом в атмосферу (см. патент РФ №2079591, кл. D21C 3/01, 1997).
Недостатками данного способа являются значительные выбросы вредных летучих веществ в атмосферу, сложность аппаратурного оформления и низкая надежность работы системы.
Указанные недостатки обусловлены неполным сгоранием сдувочных газов, которые выделяются по мере заполнения газгольдера, а также наличием токсичных веществ в топочных газах и необходимостью работы системы под избыточном давлении.
Известен также способ получения сульфатной целлюлозы, включающий загрузку щепы в варочный котел, пропарку щепы, закачку щелоков, нагрев содержимого варочного котла глухим паром до заданных параметров температуры и давления, первичную сдувку, собственно варку, конечную сдувку, выдувку массы в выдувной резервуар, сбор несконденсировавшихся паров выдувки в баке-аккумуляторе (см. книгу Василев В.М., Иванов Ю.С. Материальный и тепловой баланс периодической сульфатной варки. - СПб.: СПбГТУРП, 2006. - 64 с.).
Недостатком данного способа являются значительные выбросы вредных дурнопахнущих серосодержащих соединений в атмосферу.
Указанный недостаток обусловлен тем, что в качестве охладителя используется свежая вода, при температуре которой некоторые летучие серосодержащие соединения не конденсируются и соответственно отводятся из бака-аккумулятора в вытяжную трубу, которая сообщена с атмосферой; накапливающаяся избыточная жидкость («сточная вода бака-аккумулятора»), которая также содержит значительное количество дурнопахнущих веществ и загрязнений, отводится из нижней части бака-аккумулятора в канализацию.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения сульфатной целлюлозы, включающий стадии загрузки сырья и его уплотнения, подачи варочной жидкости, повышения температуры и давления до рабочих параметров, выдержки содержимого котла при заданной температуре, выдувки массы в выдувной резервуар, отвода паров вскипания через трехступенчатую систему конденсации, отвода несконденсировавшихся паров осуществляется эжектированием.
Данный способ позволяет полностью исключить выбросы вредных дурнопахнущих веществ в атмосферу, извлечь нетоксичные и нелетучие соединения с целью получения ценных компонентов сульфат-целлюлозного производства и их дальнейшего рационального использования.
Недостатком данного способа являются большие энергетические затраты на конденсацию паров вскипания.
Целью настоящего изобретения является сокращение энергетических затрат.
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения сульфатной целлюлозы, включающем стадии загрузки сырья и его уплотнения, подачи варочной жидкости, повышения температуры и давления до рабочих параметров, выдержки содержимого котла при заданной температуре, выдувки массы в выдувной резервуар, отвода паров вскипания при выдувке через трехступенчатую систему конденсации в противоточном режиме, изоляции паров вскипания от окружающей среды механическим затвором в начале и гидравлическим затвором в конце, отвода несконденсировавшихся паров эжектированием, новым является то, что перед трехступенчатой системой конденсации производят смешение паров вскипания с отработанной щелочью в конденсаторе смешения и ее нагревание до 80-90°С, нагретую отработанную щелочь подают в варочный котел, находящийся на стадии загрузки, для предварительного нагрева технологической щепы.
Данный способ позволяет значительно сократить энергетические затраты.
Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлена функциональная схема установки для реализации данного способа получения сульфатной целлюлозы.
Установка состоит из бункера 1, варочного котла 2, находящегося на стадии выгрузки, трубопровода 3 для выдувки массы из котла, приемной горловины циклонного типа 4, выдувного резервуара 5, штуцера 6 для отвода целлюлозы на сортирование и промывку, трубопровода 7 для отвода паров вскипания при выдувке, трубопровода подачи 8 и отвода 9 охлаждающего агента, механических затворов 10, 11, вентилей для слива конденсата 12, 13, 14, кожухотрубчатых конденсаторов 15, 16, 17, эжекторного устройства 18, теплообменника 19, холодильника 20, центробежного насоса 21, линии отвода парогазовой смеси 22, гидравлического затвора 23, гидравлического затвора 24, выполненного в виде вертикальной трубы и емкости для сбора отработанного щелока, емкостей 25, 26, 27 для сбора улавливаемых компонентов, вентиля подачи оборотной воды 28, штуцер для подачи щелока 29, конденсатора смешения 30, центробежного насоса 31 для подачи отработанного щелока, вентиля подачи нагретого щелока 32, трубопровода 33, варочного котла 34, находящегося под загрузкой, линии отвода отработанной щелочи 35, емкости с отработанной щелочью 36.
Способ получения сульфатной целлюлозы осуществляется следующим образом. Из бункера 1 щепа загружается в варочный котел 2, куда заливают через штуцер 29 щелок, поступающий из баков-мерников с температурой 80-90°C. Время загрузки щепы и закачки щелоков занимает 60-90 минут. Щелок предварительно нагревают за счет конденсации паров вскипания, образующихся в выдувном резервуаре. После закачки щелоков котел герметизируют и начинают варку. За счет системы принудительной циркуляции щелоков через теплообменник осуществляется подъем температуры от начальной 70-80°C до конечной температуры варки 165-175°C, в течение 2-2,5 часов. По достижении конечной температуры содержимое котла выдерживают, то есть проводят собственно варку продолжительностью 2-2,5 часа. После окончания варки котел выгружают выдувкой целлюлозной массы в выдувной резервуар, для этого открывают сначала механический затвор 11, затем затвор 10, после чего целлюлозная масса по выдувному трубопроводу 3 поступает в приемную горловину циклонного типа 4 выдувного резервуара 5. Так как варочный котел до открытия клапана находится под избыточным давлением 1,2-1,4 МПа, а выдувной резервуар под небольшим разрежением, жидкий щелок, поступающий с целлюлозной массой за счет сброса давления, резко вскипает, вследствие чего происходит бурное парообразование с выделением летучих дурнопахнущих веществ, таких как сероводород, диметилсульфид, метилмеркаптан. Готовую целлюлозу через штуцер 6 подают на сортирование и промывку, а пары вскипания отводятся по трубопроводу 7 на конденсацию.
С целью сокращения энергетических затрат перед трехступенчатой конденсацией отработанную щелочь центробежным насосом 31 из емкости с отработанной щелочью 36 направляют в конденсатор смешения 30 одновременно с парами вскипания, отводимыми по трубопроводу 7, в результате чего происходит смешение двух компонентов. Сконденсировавшиеся отработанной щелочью пары вскипания изолируются от окружающей среды гидравлическим затвором 24 и собираются в емкости гидрозатвора. В результате конденсации происходит нагревание отработанной щелочи до 80-90°C. Разогретая щелочь из емкости гидрозатвора 24 путем открытия вентиля 32 поступает по трубопроводу 33 в варочный котел 34, находящийся на стадии загрузки, где происходит предварительный прогрев технологической щепы до температуры 70-80°C. Отработанный щелок снова поступает по линии 35 в емкость с отработанной щелочью.
Предварительная конденсация паров черного щелока позволяет значительно сократить требуемую поверхность конденсации в теплообменнике 15, в результате уменьшаются энергетические затраты на охлаждение рассола. Прогрев черного щелока за счет смешения с парами выдувки и его подача в варочный котел 34, находящийся на стадии загрузки, позволяют сократить энергетические затраты на прогрев технологической щепы за счет рекуперации тепла паров вскипания.
Несконденсировавшиеся пары (которые состоят из сероводорода, диметилсульфида и метилмеркаптана) поступают в трехступенчатый конденсатор против течения охлаждающего агента. На входе первой ступени температуру охлаждающего агента, в качестве которого используется раствор хлористого кальция, поддерживают в пределах 40-50°C, на входе второй ступени поддерживают температуру в пределах 17-27°C, на входе третьей ступени поддерживают температуру ниже 0°C; линию отвода паров вскипания изолируют от окружающей среды механическим затвором в начале и гидравлическим затвором в конце, отвод несконденсировавшихся паров осуществляется эжектированием.
2
Парогазовая смесь сероводорода, диметилсульфида и метилмеркаптана поступает в нижнюю часть кожухотрубчатого конденсатора 15. Одновременно в верхнюю часть конденсатора с помощью центробежного насоса 21 по трубопроводу подачи 8 подается охлаждающий агент - раствор хлористого кальция, который охлаждается в теплообменнике 19 с помощью холодильника 20. Сероводород является одной из составляющих парогазовой смеси и кипит при температуре 60,3°C. Чтобы провести полную конденсацию этого газа охлаждающим агентом, необходимо поддерживать температуру парогазовой смеси на входе в конденсатор 15 на оптимальном уровне 40-50°C, так как при температуре ниже 40°C необходимо увеличить энергетические затраты на охлаждение раствора CaCl, а при температуре выше 50°C уменьшается движущая сила процесса конденсации, которая должна компенсироваться увеличением поверхности конденсации. Несконденсировавшиеся при данной температуре пары диметилсульфида и метилмеркаптана отводятся по линии 22 в конденсатор 16, на входе которого аналогичным образом поддерживается температура в пределах 17-27°C, что обеспечивает полную конденсацию диметилсульфида, температура кипения которого составляет 37,3°C. Метилмеркаптан, кипящий при 6,8°C, поступающий по линии отвода 22, полностью улавливается в конденсаторе 17 при температуре раствора ниже 0°C. Сероводород, диметилсульфид и метилмеркаптан в жидком виде собираются в соответствующие емкости 25, 26, 27 путем открытия вентилей 12, 13, 14 соответственно. Отвод несконденсировавшихся паров осуществляется с помощью эжекторного устройства 18, куда подается оборотная вода через вентиль 28. Вся линия отвода паров вскипания изолируется от окружающей среды гидравлическим затвором 23, который позволяет удалить инертный газ, попавший в систему выдувки. По окончании выдувки прекращается подача охлаждающего агента отключением центробежного насоса 21 и закрываются вентили 12, 13, 14 и механические затворы 10, 11. Нагретый парами вскипания охлаждающий агент по линии 9 вновь поступает на охлаждение до заданной температуры в теплообменник 19.