СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЩЕЛОЧНОГО ЛИГНИНА Российский патент 1997 года по МПК C07G1/00 

Изобретение относится к способам получения лигнина из отработанных варочных растворов, образующихся при производстве целлюлозы по сульфатному и натронному методам, и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известны способы выделения лигнина из сульфатного черного щелока диоксидом углерода при атмосферном (А.с. СССР N 81886, кл. С 07 G 1/00, 1964 г. патент США N 2464828, кл. С 07 G 1/00) и повышенном (патент Швейцарии N 318820, кл. С 07 G 1/00) давлении, а также путем подкисления щелока минеральными кислотами, в частности, азотной (патент ГДР N 39864, кл. С 07 G 1/00), или серной (А.с. СССР N 173119, кл. С 07 G 1/00, 1964, патенты США N 2997466 и N 2976273, кл. С 07 G 1/00, патент Австралии N 231928, кл. С 07 G 1/00, патенты Японии N 35-8323 и N 49-3483, кл. С 07 G 1/00) с последующим отделением скоагулированного лигнина.

По известному способу (А.с. СССР N 173119, кл. С 07 G 1/00, 1965, 1964 г. ) черный щелок плотностью 1,15-1,30 г/см³ подкисляют в герметичном реакторе серной кислотой до рН 3-5 при температуре 70-85 ^o С и перемешивании. Подкисленный щелок в виде суспензии лигнина вместе с выделяющимися при подкислении газами отводят в герметичный дегазатор. Выделение газов обусловлено разложением присутствующих в щелоке карбоната и сульфида натрия и выделением в свободном состоянии диоксида углерода и сероводорода. Последний является высокотоксичным веществом. Поэтому после отделения в дегазаторе газы направляют в скруббер и обезвреживают путем их поглощения белым щелоком. Освобожденную от газов суспензию лигнина разделяют одним из известных методов: декантацией, фильтрованием либо фугованием.Отделенный от маточного раствора лигнин промывают водой. Гидромодуль промывки около 50.

Известен способ (Лигнины /Под ред. К.В.Сарканена и К.Х.Людвига. М. 1975. 630 с. ), по которому черный щелок сначала подкисляют диоксидом углерода до рН 9 и основную часть лигнина осаждают в виде натриевой соли, которую затем отделяют от маточного раствора. Отделенную соль лигнина, для перевода ее в свободную от натрия форму, смешивают с водой и подкисляют серной кислотой до рН 3. Этот процесс сопровождается выделением газов и требует их обезвреживания. Полученную суспензию разделяют и лигнин промывают водой.

Известен также способ /Uloth V.C. Wearing J.T. Kraft lignin recovery: Acid precipitation versus ultrafiltration: Part 2: Technology and economics// Pulp and Paper Canada 90:10. P. T357-T360/, по которому для начального осаждения лигнина в виде натриевой соли и для последующего получения свободного от натрия лигнина используют серную кислоту (прототип). Причем на первой стадии используют отработанную кислоту от производства диоксида хлора. Упаренный черный щелок при 80 ^o С подкисляют отработанной серной кислотой до рН 8. Полученную суспензию направляют в дегазатор, где отделяют образующиеся при подкислении щелока газообразные вещества, содержащие сероводород. Из дегазатора газы направляют в скруббер для улавливания их каустиком, а суспензию фильтруют для отделения натриевой соли лигнина. Полученный осадок промывают разбавленным раствором серной кислоты, поддерживая рН не более 4.

Изобретение направлено на решение проблемы удельного расхода кислоты, предотвращения выделения высокотоксичных газообразных отходов и повышения экологической безопасности процесса получения щелочного лигнина.

Для этого в предлагаемом способе, в отличие от прототипа, осаждение натриевой соли лигнина из черного щелока осуществляют при рН не ниже 8,7 и соль лигнина перед обработкой ее кислотой промывают нейтральным промывочным раствором (НПР), представляющим собой насыщенный раствор соли. Например, учитывая специфику сульфатно-целлюлозного производства, здесь наиболее целесообразно использовать насыщенный раствор сульфата натрия.

Подкисление черного щелока серной кислотой до рН не ниже 8,7, в отличие от прототипа, не вызывает разложение содержащихся в щелоке карбоната и сульфида натрия и на данной стадии получения лигнина предотвращает выделение высокотоксичных газов. В результате исключается необходимость тщательной герметизации оборудования, проведения дегазации подкисленного щелока, улавливания и обезвреживания газообразных отходов. Введение промежуточной стадии промывки осадка натриевой соли лигнина нейтральным промывочным раствором позволяет удалить из осадка остаточный маточный раствор. В результате на последующей стадии подкисления осадка до рН 4, в отличие от прототипа, расходуется меньше серной кислоты и также не происходит выделение токсичных газов, поскольку при промывке осадка из него с остатками маточного раствора удаляются содержащиеся в исходном щелоке соли минеральных и низкомолекулярных органических кислот, включая карбонат и сульфид натрия, способные разлагаться под действием серной кислоты при рН 4. Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет одновременно достичь снижения расхода серной кислоты на получение лигнина, предотвратить образование высокотоксичных газообразных отходов, содержащих сероводород и повысить экологическую безопасность всего процесса получения лигнина.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Черный щелок сульфатной или натронной варки целлюлозы при перемешиванииподкисляют серной кислотой до рН не ниже 8,7 при температуре 70-85 ^o С. Полученную суспензию натриевой соли лигнина разделяют путем фильтрования либо фугования. Отделенный осадок промывают насыщенным раствором сульфата натрия. Освобожденный от маточного раствора осадок натриевой соли лигнина затем обрабатывают небольшим количеством серной кислоты, расходуемой лишь на разложение соли лигнина, и суспензируют в воде, поддерживая рН суспензии равным 4. Полученную при этом суспензию лигнина разделяют и отделенный лигнин окончательно промывают водой.

На фиг. 1 приведен график зависимости выхода газообразных веществ от рН подкисления черного щелока; на фиг.2 график удельного расхода серной кислоты на получение лигнина.

П р и м е р 1. 5,4 г производственного черного щелока (сухой остаток - 36,2% ) разбавили 15 мл воды, при перемешивании титровали в герметичном аппарате 0,5 н. раствором серной кислоты и измеряли объем выделившихся газообразных веществ. Полученные при этом результаты приведены на фиг.1, из которого видно, что выделение газообразных веществ в процессе подкисления щелока происходит в достаточно узкой области рН, а именно при его снижении начиная от 8,7 до 5,2. При рН 5,2 выход газообразных веществ достиг максимума и составил 14,6 нсм³/г сухого остатка щелока.

П р и м е р 2. 10 г производственного черного щелока (сухой остаток - 36,2%) подкислили до рН 9,0 концентрированной серной кислотой при перемешивании в герметичном аппарате, снабженном устройством для отбора и измерения газов. Выделение газообразных веществ при подкислении щелока не обнаружено. Затем полученную суспензию нагрели до 80 ^o С, профильтровали, осадок промыли насыщенным раствором сульфата натрия, подкислили в герметичном аппаратедо рН 4 и промыли на фильтре водой. Выделение газов при подкислении осадка также не обнаружено.

П р и м е р 3. В условиях примера 2, но при подкислении черного щелока до различных рН и без измерения объема выделяющихся газов получен и проанализирован ряд образцов лигнина. Установлена зависимость удельного расхода серной кислоты от рН подкисления щелока, которая приведена на фиг.2. Из последнего видно, что минимальный удельный расход серной кислоты, равный 0,38 г моногидрата/г сухого лигнина, достигнут в случае подкисления щелока до рН 10. При других значениях рН этот показатель составил: в области рН 8,7-9,5 и 11-0,58, при рН 10,5-0,49 моногидрата/г сухого лигнина.

Для сравнения выделения лигнина из черного щелока провели по прототипу. А именно, 10 г нагретого щелока подкислили серной кислотой до рН 8. Выделившийся лигниновый осадок отделили фильтрованием от маточного раствора, подкислили до рН 4 и промыли подкисленной до рН 4 водой. При этом суммарный расход серной кислоты на подкисление щелока и лигнинового осадка, без учета расхода кислоты на подкисление промывной воды, составил 0,77 г моногидрата/г лигнина. Определен также суммарный объем газообразных веществ, образующихся в результате разложения присутствующих в щелоке сульфида и карбоната натрия во время подкисления щелока до рН 8 и последующего подкисления лигнинового осадка до рН 4, который составил 46 нсм³/г сухого лигнина.

Из сопоставления вышеприведенных результатов следует, что при получении щелочного лигнина по предлагаемому способу, в отличие от прототипа, расход серной кислоты на единицу получаемого продукта снижается в 1,3-2,0 раза и практически полностью исключается образование высокотоксичных газообразных отходов. Последнее позволяет исключить из технологической схемы получения лигнина узел улавливания и обезвреживания парогазовых выбросов и повысить экологическую безопасность технологического процесса.

Способ получения щелочного лигнина. Сущность изобретения: подкисление нагретых черных щелоков серной кислотой до рН не менее 8,7, отделение лигнинового осадка, промывка его нейтральным промывочным раствором, а затем водой. В качестве нейтрального промывочного раствора используют насыщенный раствор сульфата натрия. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения щелочного лигнина путем подкисления нагретых черных щелоков сульфатной или натронной варки целлюлозы серной кислотой при перемешивании, отделения лигнинового осадка и его промывки водой при рН не более 4,0, отличающийся тем, что подкисление щелоков ведут до рН не менее 8,7, а перед промывкой водой лигниновый осадок подвергают промыванию нейтральным раствором. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве промывочного раствора используют насыщенный раствор сульфата натрия.