Способ удаления лигноуглеводного комплекса из черного щелока производства сульфатной целлюлозы (3 варианта)
METHOD FOR REMOVING LIGNIN-CARBOHYDRATE COMPLEX FROM BLACK LIQUOR IN SULFATE CELLULOSE PRODUCTION (3 VARIANTS)

Предлагаемое изобретение относится к области производства целлюлозы и может быть использовано при удалении из черного щелока производства сульфатной целлюлозы лигноуглеводного комплекса.
Известен способ получения щелочного лигнина / Патент №2338821, МПК D21C 11/00 C07G 1/00, опубл. 20.11.2008. Аким Э.Л., Смирнов Μ.Н., Мандре Ю.Г., Калчев Р./
Суть способа заключается в том, что сульфатный или натронный щелок с температурой 40-95°С и концентрацией 7-40% по сухому веществу обрабатывают под давлением 3,0-7,0 атм жидкостью, насыщенной диоксидом углерода. Обработку осуществляют в дросселирующем устройстве, преимущественно в эжекторе, с получением на выходе вспененного щелока. Выделившийся щелочной лигнин (общеизвестно, что это лигноуглеводный комплекс (ЛУК), состоящий из смеси органических веществ фенольной природы) отделяют от жидкой фазы с флотопеной. В качестве жидкости, насыщенной диоксидом углерода, может быть использован отработанный щелок от сульфатной или натронной варки целлюлозы с концентрацией 14-17% или сточная вода с концентрацией сухих веществ 3-7% от промывки целлюлозы сульфатной или натронной варки. Используют газовую смесь, содержащую диоксид углерода, в количестве от 3,0 до 99,9% от общего состава. Диоксид углерода отбирают из потока вспененного щелока при его выходе из эжектора и используют повторно. Предлагаемый способ позволяет исключить из процесса отстаивания щелока после обработки его углекислотой и фильтрования осадка щелочного лигнина, а также обеспечивает возможность использования оборудования проточного действия.
К недостаткам описываемого способа следует отнести:
- не достаточная фильтруемость получаемого осадка. Получают тонкодисперсный желатинообразный осадок, студнеобразного состояния, в результате этого осажденный продукт получается в виде пленки, которую необходимо перерабатывать (полученный осадок коагулируют при нагревании, охлаждают, фильтруют, промывают, сушат, распыливают в тонкий порошок) для дальнейшего использования в виде порошка;
- процесс осаждения ЛУК обладает недостаточной стабильностью из-за трудно управляемого процесса фазового разделения при осаждении ЛУКа, связанного с разделением по спинодальному механизму;
- температура щелока, который обрабатывают диоксидом углерода, достаточно высокая до 95°С, а, как известно, с повышением температуры раствора растворимость диоксида углерода снижается;
- для отделения лигнина от жидкой фазы применяют флотацию, что усложняет процесс осаждения лигнина из отработанного щелока.
Технической задачей данного изобретения является устранение указанных недостатков, а именно получение продукта за счет упрощения технологии выделения ЛУКа из черного щелока благодаря уменьшению времени обработки диоксидом углерода, исключению флотации при одновременном улучшении фильтрации из-за управляемого процесса фазового разделения, с получением хорошо фильтруемого осадка.
Поставленная задача достигается тем, что в способе удаления ЛУКа из черного щелока производства сульфатной целлюлозы, включающем обработку щелока с температурой до 95°С и концентрацией 7-40% по сухому веществу жидкостью, насыщенной диоксидом углерода под давлением 3,0-7,0 атм, отделение лигнина от жидкой фазы с флотопеной, причем черный щелок обрабатывают жидкостью, насыщенной диоксидом углерода при температурах 20-40°С до рН 7-8 и содержащей дополнительно в качестве осадителя высокодисперсные частицы твердой фазы минерального происхождения, природный и переосажденный карбонат кальция, и органического происхождения, древесную муку, декантируют жидкую фазу от твердой, фильтруют образовавшиеся хлопья лигноуглеводного комплекса с получением готового продукта.
Существенным отличием заявляемого способа является неразрывная совокупность действий, изложенная в формуле изобретения, что позволяет достигнуть технический результат, заключающийся в упрощении схемы удаления лигноуглеводного комплекса из щелока (3 варианта) за счет упрощения технологии выделения ЛУКа из черного щелока благодаря уменьшению времени обработки диоксидом углерода, исключению флотации при одновременном улучшении фильтрации из-за управляемого процесса фазового разделения, с получением хорошо фильтруемого осадка. Известно использование природного карбоната кальция и переосажденного карбоната кальция на целлюлозно-бумажном производстве в качестве пигмента при производстве мелованных бумаг и для создания композиционных материалов, древесную муку получают из опилок, которые на производстве используют в многофункциональных котлах.
Отработанный черный щелок после варки целлюлозы с концентрацией 10-50% по сухим веществам, температура которого 20-40°С, обрабатывают жидкостью, насыщенной диоксидом углерода под давлением 5-7 атм до рН 7,0-8,0 и содержащей дополнительно в заявляемых вариантах высокодисперсные частицы твердой фазы органического или минерального происхождения, такие как древесная мука, природный и переосажденный карбонат кальция, находящиеся в порошкообразном состоянии, которые используют в качестве осадителей, затем образовавшийся осадок органических соединений декантируют, отделяя жидкую фазу от твердой. После этого фильтруют образовавшиеся хлопья и высушивают. Осадители – это вещества органического или минерального происхождения, добавление которых в черный щелок облегчает процесс осаждения ЛУК. В результате получают твердый продукт в виде порошка, который можно использовать в различных областях, например в химической, кожевенной, целлюлозно-бумажной промышленностях, при производстве резины, латексов, в сельском хозяйстве.
Пример 1.
3
Черный щелок после варки целлюлозы с концентрацией 30% по сухим веществам, температура которого 20-40°С, обрабатывают жидкостью, через сопла, содержащей 0,5 г/дм древесной муки, которую подают в жидкость в сухом виде, с влажностью 10-15%, и насыщенной диоксидом углерода под давлением 3-7 атм до рН 7,0-8,0 в течение 10 минут, после этого жидкую фазу декантируют, с получением фильтрата и хорошо фильтруемого осадка. Хорошо фильтруемый осадок отделяют и высушивают до постоянной массы. После высушивания осадок получается в виде порошка, который готов для дальнейшего использования без предварительной обработки. Из 1 т целлюлозы получают 142, 5 кг ЛУКа.
Достигаемый эффект – осаждение лигноуглеводного комплекса осуществляется за счет регулируемого процесса осаждения. Применение в качестве осадителя древесной муки позволяет увеличить выход ЛУКа, не повышая его зольность. Полученный порошок можно использовать в известерегенерационной печи в качестве биотоплива, что позволяет уменьшить отходы производства и упростить аппаратурно-технологическую схему
Пример 2.
3
Черный щелок после варки целлюлозы с концентрацией 30% по сухим веществам, температура которого 20-40°С, обрабатывают жидкостью, через сопла, насыщенной диоксидом углерода под давлением 3-7 атм до рН 7,0-8,0 в течение 10 минут и содержащей дополнительно высокодисперсные частицы твердой фазы минерального происхождения высокодисперсного природного карбоната кальция в количестве 0,5 г/дм, который подают в виде раствора, после этого жидкую фазу декантируют, с получением фильтрата и хорошо фильтруемого осадка. Хорошо фильтруемый осадок отделяют и высушивают до постоянной массы. После высушивания осадок получается в виде порошка и готов для дальнейшего использования без предварительной обработки. Из 1 т целлюлозы получают 169, 3 кг ЛУКа.
Достигаемый эффект – применение в качестве осадителя высокодисперсных частиц твердой фазы минерального происхождения, природного карбоната кальция, позволяет достигнуть максимального количества осажденного ЛУКа, получить хорошо фильтруемый продукт, с высокой теплотой сгорания, которая сравнима с теплотой сгорания древесного угля.
Пример 3.
3
Черный щелок после варки целлюлозы с концентрацией 30% по сухим веществам, температура которого 20-40°С, обрабатывают жидкостью, через сопла, насыщенной диоксидом углерода под давлением 3-7 атм до рН 7,0-8,0 в течение 10 минут и содержащей дополнительно высокодисперсные частицы твердой фазы минерального происхождения – переосажденного карбоната кальция в количестве 0,5 г/дм, который подают в виде раствора, после этого жидкую фазу декантируют, хорошо фильтруемый осадок отделяют и высушивают до постоянной массы. После высушивания осадок получается в виде порошка и готов для дальнейшего использования без предварительной обработки. Из 1 т целлюлозы получают 145, 7 кг ЛУКа.
Достигаемый эффект – регулируемое образование осадка, хорошо осаждаемого и фильтрующегося. Таким образом, совокупность действий позволяет повысить воспроизводимость технологического процесса осаждения ЛУКа.
Реализация предлагаемого способа позволяет:
- получить больший выход органических веществ из черного щелока при производстве сульфатной целлюлозы, за счет применения осадителя при удалении лигноуглеводного комплекса;
- осаждение органических веществ жидкостью, насыщенной диоксидом углерода до рН 7,0-8,0 и содержащей дополнительно в качестве осадителя высокодисперсные частицы твердой фазы органического или минерального происхождения, позволяет получить осадок, который хорошо отделяется;
- применение осадителей для доосаждения органических веществ из отработанного щелока упрощает управление технологической схемой и повышает воспроизводимость процесса;
- позволяет полученный ЛУК подавать в известерегенерационную печь, что позволит уменьшить отходы производства, за счет использования ЛУКа в качестве биотоплива, уменьшить «карбоновый след» от производства за счет частичной замены ископаемого топлива на биотопливо.