СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИСПОЛЬЗОВАННОГО ПРОМЫВОЧНОГО РАСТВОРА В ПРОЦЕССЕ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЛИГНИНА Российский патент 2018 года по МПК D21C11/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Лигнин может извлекаться из использованного щелочного варочного раствора (черного щелока) посредством первоначального подкисления щелока и последующего отделения образующегося в результате осадка лигнина. Отделенный материал обычно промывается в целях получения твердого продукта, состоящего, главным образом, из лигнина и имеющего обоснованно низкий уровень примесей. По меньшей мере, одна стадия промывания обычно осуществляется в кислой среде. Настоящий способ включает обработку использованного промывочного раствора, который, как правило, присутствует в форме одного или нескольких фильтратов. Производимый лигнин может использоваться в качестве топлива, в качестве материала или в качестве химического реагента в разнообразных потенциальных приложениях.

Уровень техники

Наиболее часто применяемый способ извлечения обоснованно чистого лигнина из использованного щелочного варочного раствора, обычно называемого термином «черный щелок», включает следующие стадии:

1. Подкисление щелока до уровня pH, находящегося, как правило, в интервале от 9 до 10 (значение при 25°C), с использованием кислоты, такой как диоксид углерода (CO₂) или серная кислота (H₂SO₄)

2. Отделение твердых частиц, осаждаемых таким способом, например, посредством фильтрования суспензии.

3. Промывание отделенного материала, обычно отфильтрованного осадка, при низком уровне pH, составляющим, как правило, приблизительно pH 2 (значение при 25°C), с использованием подкисленного водного раствора.

4. Дополнительное промывание отделенного материала по мере необходимости.

Черный щелок, остающийся после отделения твердых веществ на стадии 2 и часто называемый термином «обедненный лигнином черный щелок», неизменно возвращается в испарительную установку целлюлозного завода. Обедненный лигнином черный щелок, таким образом, концентрируется в испарительной установке, и затем сжигается в регенерационном котле целлюлозного завода вместе с черным щелоком, который не направлялся в процесс извлечения лигнина. Так называемый зеленый щелок образуется в результате растворения неорганических соединений, которые выходят в форме плава из котла. Зеленый щелок направляется на обработку путем подщелачивания, в процессе которой гидроксид кальция (Ca(OH)₂), образующийся в результате гашения негашеной извести (CaO), реагирует с карбонатом натрия (Na₂CO₃), образуя известняк (CaCO₃) и гидроксид натрия (NaOH). CaCO₃ отделяется, промывается, обезвоживается и превращается обратно в CaO в печи для обжига извести. Щелок, называемый термином «белый щелок», который остается после отделения CaCO₃, содержит один или несколько активных химических реагентов для варки целлюлозы и направляется на стадию варки целлюлозы. В случае варки крафт-целлюлозы активные химические реагенты представляют собой NaOH и сульфид натрия (Na₂S). Поток отделенного известнякового материала называется термином «известковый шлам». Таким образом, посредством возвращения обедненного лигнином черного щелока в испарительную установку извлекаются использованные химические реагенты для варки целлюлозы, содержащиеся обедненном лигнином щелоке, в то время как значительное количество органического материала, которое все еще остается в обедненном лигнином щелоке, используется в качестве источника энергии в регенерационном котле.

Использованные промывочные растворы, которые образуются на стадиях 3 и 4, как правило, присутствуют в форме одного или нескольких фильтратов. Другими словами, фильтр используется в сочетании со стадиями промывания. Когда промывание осуществляется в противоточном режиме, свежая промывочная среда, как правило, технологическая вода или конденсат, вводится на последней стадии промывания, в то время как использованный промывочный раствор от первой стадии промывания, представляет собой единственный поток использованного промывочного раствора, который выходит из процесса.

Аналогично обедненному лигнином черному щелоку, использованный промывочный раствор содержит как неорганические, так и органические соединения, источником которых является черный щелок, который поступает в установку извлечения лигнина. Кроме того, использованный промывочный раствор содержит соединения, источником которых является кислота, используемая на одной или нескольких стадиях промывания кислотой. Как правило, для этой цели используется серная кислота (H₂SO₄), и в таком случае использованный промывочный раствор содержит в значительном количестве сульфат натрия (Na₂SO₄), в котором источником сульфата является кислота. В целом, использованный промывочный раствор, очевидно, содержит растворенный материал в меньшем количестве, чем обедненный лигнином черный щелок.

Существуют два известных способа обработки использованного промывочного раствора. Первый способ представляет собой простую утилизацию раствора, который выпускается с целлюлозного завода. Этот способ описывает, например, британский патент № GB 664811 A. Второй способ, который, по понятным причинам, становится основным в последние годы, соответствует способу обработки обедненного лигнином черного щелока после стадии 2. Другими словами, использованный промывочный раствор также возвращается в основной поток черного щелока, как правило, на место в испарительной установке целлюлозного завода, хотя это место не обязательно должно быть таким же, как место для обедненного лигнином черного щелока после стадии 2. Например, согласно способу, который представляют в своей статье P. Tomani и др., «Удаление лигнина из различных черных щелоков», материалы Четвертой Скандинавской конференции по биологической переработке древесины, Хельсинки, Финляндия, Научно-технический центр VTT, отчет 53, 2012 г., с. 227-238, как обедненный лигнином черный щелок (из фильтратного резервуара 1 на фиг. 1 данной статьи), так и использованный промывочный раствор (из фильтратного резервуара 2 на фиг. 1 данной статьи) направляются в испарительную установку, в первом случае на более позднее место в последовательности испарения и во втором случае на более раннее место в последовательности испарения. Следует отметить, что в этой же статье предполагается, что в некоторых случаях использованный промывочный раствор можно было бы использовать для промывания небеленой или делигнифицированной кислородом целлюлозы, в то время как в патентной заявке США № US 2008214796 предполагается, что использованный промывочный раствор можно было бы использовать на стадии подкисления мыла на основе таллового масла. Эти способы представляют собой видоизменения известного способа возвращения использованного промывочного раствора в основной поток черного щелока; т. е. в этих случаях использованный промывочный раствор также попадает, в конечном счете, в черный щелок, который направляется в испарительную установку.

Испарение воды из использованного промывочного раствора в испарительной установке имеет значительную стоимость. Кроме того, вода, которая испаряется из использованного промывочного раствора, создает увеличение суммарного расхода энергии при испарении по сравнению с энергией, которая расходовалась до применения процесса извлечения лигнина. Следует отметить, что концентрирование обедненного лигнином черного щелока в испарителе не приводит к увеличению расхода энергии аналогичным образом. Из обедненного лигнином черного щелока должно испаряться приблизительно такое же количество воды, как количество воды, которое ранее испарялось из черного щелока, поступающего в установку извлечения лигнина. С другой стороны, источником воды в использованном промывочном растворе является, главным образом, вода в свежем промывочном растворе, который вводится специально для потребностей процесса извлечения лигнина. Другими словами, при отсутствии процесса извлечения лигнина эта вода не вводилась бы в цикл регенерации химических реагентов целлюлозного завода. Дополнительный расход энергии при испарении воды в результате впуска воды в составе свежего промывочного раствора может ограничивать применение процесса извлечения лигнина. Например, начнем с того, что если испарительная установка работает на максимальном уровне мощности, очевидно, для осуществления извлечения лигнина требуется одновременное увеличение размеров испарительной установки.

Еще один неблагоприятный аспект известного способа обработки использованного промывочного раствора заключается в том, что капиталоемкость и трудоемкость прямо пропорциональны количеству свежего промывочного раствора, используемого в процессе промывания. Чистота конечного производимого лигнина, естественно, зависит от количества свежего промывочного раствора, вводимого в процессе промывания. Таким образом, когда ужесточаются требования к чистоте производимого лигнина, становятся еще более выраженными неблагоприятные аспекты известного способа обработки использованного промывочного раствора.

В свете предшествующего уровня техники, существует очевидная потребность в альтернативном способе обработки использованного промывочного раствора, причем данный способ (1) не должен вызывать значительные расходы, связанные с испарением воды из раствора, и (2) не должен приводить к увеличению общей нагрузки на испаритель.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ, который может удовлетворить данную потребность.

Описание изобретения

Настоящее изобретение представляет собой новый способ обработки использованного промывочного раствора, образующегося в результате промывания лигнина, который подвергается осаждению, а затем отделяется от использованного щелочного варочного раствора, посредством, по меньшей мере, одной стадии промывания, которая осуществляется в кислой среде. Согласно новому способу, по меньшей мере, часть использованного промывочного раствора вводится в цикл регенерации химических реагентов на месте после регенерационного котла, но перед стадией промывания целлюлоза. Более конкретно, использованный промывочный раствор вводится на месте той части цикла, которая начинается на стадии растворения плава, включая эту стадию, и заканчивается на стадии варки целлюлозы, включая эту стадию. Для целей настоящего изобретения, стадия варки целлюлозы определяется как заканчивающаяся непосредственно выше по потоку относительно первой операции промывания целлюлозы, которая может, по существу, осуществляться в том же резервуаре, в котором осуществляется стадия варки целлюлозы. Стадия варки целлюлозы, как правило, включает питающую систему для целлюлозного волокнистого органического материала, такого как древесные стружки, и, по меньшей мере, один резервуар для обработки, такой как варочный резервуар, в котором белый щелок используется для изготовления целлюлозы. Использованный промывочный раствор может добавляться в исходный материал в питающей системе и/или в резервуаре для обработки перед какой-либо стадией промывания.

Обработка зеленого щелока включает отделение твердых примесей и отстоя от зеленого щелока и обработку отстоя для надлежащей утилизации. Отстой подвергается промыванию. Изготовление белого щелока включает гашение и подщелачивание зеленого щелока, который превращается в белый щелок, а также отделение твердой извести и белого щелока друг от друга, как правило, в процессе фильтрования. Известковый шлам подвергается промыванию и обезвоживанию.

Согласно предпочтительным вариантам осуществления нового способа, впуск дополнительной воды и/или водного раствора в цикл регенерации химических реагентов после регенерационного котла регулируется таким образом, что, вследствие введения использованного промывочного раствора, количество воды в белом щелоке, который поступает на линию варки целлюлозы, существенно не увеличивается. Другими словами, вода, которая добавляется с использованным промывочным раствором, предпочтительно замещает в значительной степени воду, которая в ином случае вводилась в цикл регенерации в связи с изготовлением белого щелока. Например, использованный промывочный раствор используется, чтобы замещать (1) часть воды и/или водного раствора, которые используются для растворения извлекаемого из котла плава, и/или (2) часть воды и/или водного раствора, например, конденсата, которые используются для изготовления разбавленной суспензии известкового шлама перед заключительным промыванием и обезвоживанием известкового шлама. Другими словами, среди прочих, два предпочтительных места добавления использованного промывочного раствора представляют собой (1) резервуар для растворения плава и (2) место, где разбавляется непромытый известковый шлам. Следует отметить, что, в случае добавления в резервуар для растворения плава использованный промывочный раствор может добавляться через вентиляционный газовый скруббер резервуара.

Настоящий способ, включающий добавление использованного промывочного раствора в цикл регенерации химических реагентов после регенерационного котла, не был предложен на предшествующем уровне техники. Кроме того, по ряду причин специалист в данной области техники не мог бы считать данный способ очевидным на основании предшествующего уровня техники. Далее приводятся три такие причины.

1. Общая практика работы на целлюлозных заводах заключается в том, что потоки отходов, в которых содержаться в значительных количествах компоненты черного щелока, возвращаются в цикл регенерации через испарительную установку и, таким образом, сжигаются с основным потоком концентрированного черного щелока в регенерационном котле. Введение в цикл после регенерационного котла, например, в резервуар для растворения плава, не применялось на практике, помимо прочего, вследствие, неблагоприятных свойств определенных органических соединений черного щелока в операциях, осуществляемых ниже по потоку относительно регенерационного котла.

2. Вообще говоря, введение дополнительного раствора отходов в цикл регенерации после регенерационного котла должно осуществляться таким образом, что количество воды в белом щелоке, который поступает на стадию варки целлюлозы, не увеличивается. Таким образом, если дополнительный раствор отходов должен добавляться в резервуар для растворения плава, сначала должно уменьшаться количество воды или водного раствора, которые в настоящее время добавляются в резервуар для растворения. На многих целлюлозных заводах осуществление этого оказывается затруднительным или даже невозможным. Вообще говоря, в настоящее время отсутствуют препятствия для замещения части впускаемой воды для разбавления известкового шлама, при том условии, что (1) новый впуск не вводит неблагоприятные примеси в известковый шлам, который поступает в печь для обжига извести, и (2) новый впуск не ухудшает в значительной степени фильтруемость разбавленной суспензии известкового шлама. Вообще говоря, растворы, содержащие компоненты черного щелока, не соответствуют ни одному из данных условий. Таким образом, даже если бы допускалось присутствие компонентов черного щелока в потоках зеленого щелока и белого щелока, на основании предшествующего уровня техники считалось бы невероятным, что раствор отходов, содержащий эти компоненты, можно было бы впускать без увеличения количество воды в потоке белого щелока.

3. Поскольку, по меньшей мере, одна из стадий промывания осуществляется в кислой среде, в целом использованный промывочный раствор имеет низкое значение pH, как правило, составляющее приблизительно 2. Предположительно еще одно фактор, который препятствует добавлению этого кислого раствора в цикл после регенерационного котла, заключается в том, что в таком случае кислый раствор нейтрализовал бы щелочь, которая предназначается для использования в качестве активного химического реагента для варки целлюлозы.

В документах предшествующего уровня техники было уделено недостаточное внимание (1) подробному составу использованного промывочного раствора и (2) значению этого состава для последующей обработки раствора такими способами, которые отличаются от ранее известных способов.

Использованный промывочный раствор определенно содержит соединения, источником которых является черный щелок, но в нем не содержится полный набор соединений черного щелока. По существу, оказывается неожиданным, что только одна группа органических соединений и только одна неорганическая соль присутствуют в значительных количествах в использованном промывочном растворе.

В процессе извлечения лигнина удаляется значительная часть лигнина, который содержится в черном щелоке, поступающем в процесс извлечения лигнина. Отделенный твердый материал после стадии 2 содержит в значительном количестве увлеченный обедненный лигнином черный щелок в качестве примеси. Основная функция процесса промывания лигнина заключается в том, чтобы удалять этот увлеченный черный щелок. Еще одна функция заключается в том, чтобы высвобождать ионы натрия, все еще связанные с органическими соединениями. Для этой цели кислота используется, по меньшей мере, на одной стадии промывания. Увлеченный обедненный лигнином черный щелок все еще содержит лигнин. Однако в результате высвобождения ионов натрия в течение стадии промывания кислотой почти весь этот увлеченный растворенный осадок лигнина удаляется в течение процесса промывание и увеличивает выход лигнина в данном процессе. Другую основную группу органических соединений в увлеченном обедненном лигнином черном щелоке составляют алифатические карбоновые кислоты. Две основные подгруппы этих кислот составляют (1) так называемые летучие кислоты, такие как муравьиная кислота и уксусная кислота, и (2) оксикислоты, такие как гликолевая кислота, молочная кислота, оксимасляная кислота и глюкоизосахариновая кислота. В увлеченном черном щелоке эти кислоты присутствуют в форме солей, но они затем, в основном, высвобождаются из соответствующих солей на стадии промывания кислотой. Высвобождающиеся кислоты остаются в растворенной форме в промывочном растворе.

За исключением Na₂SO₄, неорганические соли в увлеченном черном щелоке, в основном, реагируют с кислотой на стадии промывания кислотой. Например, увлеченный обедненный лигнином черный щелок после крафт-процесса содержит гидросульфид натрия (NaHS), который реагирует, высвобождая сероводород (H₂S), а также Na₂CO₃ и бикарбонат натрия (NaHCO₃), которые одновременно реагируют, высвобождая диоксид углерода (CO₂). Соль, которая образуется в этих реакциях, естественно, зависит от используемой кислоты. Предпочтительная кислота представляет собой H₂SO₄, которая реагирует с содержащими натрий соединениями, образуя Na₂SO₄.

Таким образом, когда используется предпочтительная кислота H₂SO4, соединения, которые присутствуют в значительных количествах в использованном промывочном растворе, представляют собой только (1) Na₂SO₄ и (2) алифатические карбоновые кислоты. Количества других соединений являются незначительными. Эти другие соединения можно игнорировать при рассмотрении вариантов обработки использованного промывочного раствора. Таким образом, хотя источником значительной части соединений, растворенных в использованном промывочном растворе, действительно является черный щелок, состав использованного промывочного раствора существенно отличается от состава разбавленного черного щелока. Следовательно, ограничения, которые распространяются на обработку раствора отходов, содержащий черный щелок, по существу, не обязательно должны распространяться на использованный промывочный раствор. Следует отметить, что в документах предшествующего уровня техники не представлена в явном виде информация в отношении основных компонентов использованного промывочного раствора.

Согласно настоящему изобретению, использованный промывочный раствор может вводиться в цикл регенерации после регенерационного котла. Это оказывается неожиданным на основании документов предшествующего уровня техники. При этом возникают расходы, но они, как правило, составляют лишь долю расходов известного способа. Согласно новому способу, в котором H₂SO₄ используется в качестве предпочтительной промывочной кислоты, содержание Na₂SO₄ в использованном промывочном растворе создает дополнительную нагрузку на линии изготовления белого щелока и на линии варки целлюлозы (в то время как увеличение нагрузки, связанной с на возвращением в испаритель на испарительной линии, является одинаковым в случае нового способа известного способа). Когда алифатические карбоновые кислоты вступают в контакт со щелочным раствором, например, таким как зеленый щелок, они реагируют со щелочью таким образом, что образуются соли соответствующих кислот. Следует отметить, что при pH на уровне 2 в использованном промывочном растворе может присутствовать небольшой избыток H₂SO₄. Однако количество щелочи, которое требуется для нейтрализации такого избытка H₂SO₄, очевидно, составляет менее чем количество, которое требуется для нейтрализации алифатических карбоновых кислот. Соли этих кислот дополнительно увеличивают нагрузку на линии изготовления белого щелока и варки целлюлозы.

Один из неожиданных отличительных признаков нового способа заключается в том, что, несмотря на добавление кислого использованного промывочного раствора на месте после регенерационного котла, отсутствует существенное различие чистого расхода щелочи по сравнению с известными способами обработки, по меньшей мере, когда неорганическая кислота, такая как H₂SO₄, используется в процессе промывания лигнина. Применение процесса извлечения лигнина производит значительное воздействие на баланс элементов на целлюлозном заводе. Например, когда H₂SO₄ представляет собой кислоту, которая используется в процессе промывания лигнина, при добавлении 1 моль H₂SO₄ требуется, грубо говоря, выводить 1 моль Na₂SO₄ из цикла и дополнительно вводить 2 моль NaOH (или 1 моль Na₂CO₃). Баланс не зависит от места, в котором добавляется NaOH/Na₂CO₃. Таким образом, например, NaOH/Na₂CO₃ можно было бы добавлять в обедненный лигнином черный щелок перед тем, как щелок возвращается в испарительную установку, или, в случае нового способа, они могли бы добавляться в использованный промывочный раствор перед тем, как раствор вводится в цикл после регенерационного котла. Количество дополнительного NaOH/Na₂CO₃ является более чем достаточным для нейтрализации кислого использованного промывочного раствора. Более подробные исследования балансов серы на целлюлозных заводах в различных случаях, в которых осуществляются разнообразные варианты обработки использованного промывочного раствора, когда NaOH/Na₂CO₃ добавляются в различных местах, подтверждают представленный выше вывод, а именно, чистый расход щелочи является в значительной степени независимым от использования известного способа или нового способа для обработки использованного промывочного раствора.

С точки зрения основных воздействий, различие между известным способом на основе возврата в испаритель и новым способом может, таким образом, кратко выражаться следующим образом. По сравнению с известным способом, новый способ увеличивает нагрузку на линиях изготовления белого щелока и варки целлюлозы, но при том условии, что использованный промывочный раствор может вводиться без значительного увеличения количества воды в белом щелоке, причем новый способ устраняет необходимость испарения воды из использованного промывочного раствора. Расходы, связанные с увеличением нагрузки в новом способе, как правило, составляют лишь долю расходов, связанных с испарением воды в известном способе. Кроме того, в новом способе расходы являются относительно нечувствительными к количеству свежего промывочного раствора, который используется в процессе извлечения лигнина. Если количество свежего промывочного раствора удваивается, в большинстве случаев расходы изменяются незначительно. В этом заключается очевидное отличие по сравнению с известным способом, в котором удвоение количества свежего промывочного раствора будет, в лучшем случае, приводить к приблизительному удвоению технологических расходов. Наилучшим является случай, в котором мощность существующей испарительной установки является достаточной для обработки дополнительного использованного промывочного раствора. Очевидно, что расходы будут увеличиваться более резко, если потребуется увеличение размеров испарительной установки.

Один важный отличительный признак нового способа согласно настоящему изобретению заключается в том, что соединения, источником которых является использованный промывочный раствор, представляющие собой Na₂SO₄ (когда H₂SO₄ используется в качестве промывочной кислоты) и соли алифатических карбоновых кислот, не воздействуют каким-либо существенным образом, на основные реакционные процессы на линии изготовления белого щелока и на линии варки целлюлозы. Их воздействие преимущественно заключается в том, что увеличивается нагрузка оборудования.

Как обсуждается выше, при том условии, что использованный промывочный раствор (1) не оставляет неблагоприятные примеси в известковом шламе, который поступает в печь для обжига извести, и (2) не ухудшает в значительной степени фильтруемость разбавленной суспензии известкового шлама, становится возможным замещение части воды, которая используется для разбавления непромытого известкового шлама, использованным промывочным раствором. Растворы отходов, в которых содержится черный щелок, по существу, не являются подходящими для введения таким способом. Использование растворов, в которых содержится полный ассортимент компонентов черного щелока от крафт-процесса, как правило, должно одновременно увеличивать концентрации, в которых «проблематичный натрий» и «проблематичная сера» присутствуют в конечном известковом шламе, направляемом в обжиговую печь. «Проблематичный натрий» представляет собой натрий, который может высвобождаться в высокотемпературных зонах печи для обжига извести и, таким образом, может приводить к образованию щелочных паров. «Проблематичная сера» представляет собой серу, которая присутствует в восстановленной форме, как правило, в форме сульфидных или гидросульфидных ионов, и которая легко служит в качестве источника выбросов восстановленных серных газов из обжиговой печи. Когда используется предпочтительная промывочная кислота, то есть H₂SO₄, в использованном промывочный растворе одновременно содержатся в незначительных количествах «проблематичный натрий» и «проблематичная сера». Из Na₂SO₄ не высвобождается натрий или сера, когда воздействуют нормальные температуры сгорания. В алифатических карбоновых кислотах не содержится ни натрий, ни сера. Таким образом, когда используется использованный промывочный раствор в качестве части среды для разбавления известковый шлам, это не будет воздействовать существенным образом на содержание проблематичных примесей в известковом шламе, который направляется в обжиговую печь.

Вообще говоря, на фильтруемость разбавленной суспензии известкового шлама будет производиться неблагоприятное воздействие, если в использованном промывочном растворе содержатся мелкие частицы, или если мелкие частицы выпадают в осадок из использованного промывочного раствора, когда он используется в качестве части водной среды для разбавления непромытого известкового шлама. По существу, использованный промывочный раствор не является проблематичным с этих точек зрения. В итоге, в процессе осаждения и промывания лигнина значение pH снижается от очень высокого уровня, составляющего приблизительно 13,5, до низкого уровня, составляющего приблизительно 2. Количество щелочи, которое увлекается в непромытый известковый шлам, составляет на порядок больше, чем количество, которое требуется для нейтрализации использованного промывочного раствора. Таким образом, использованный промывочный раствор становится сильнощелочным, когда с ним смешивается непромытый известковый шлам. Тот факт, что в процессе осаждения, значение pH снижается от очень высокого уровня, означает, что практически весь материал, растворенный в кислом использованным промывочным раствором, также является растворимым в щелочной растворе. Таким образом, мелкие частицы не выпадают в осадок из использованного промывочного раствора в какой-либо существенной степени, когда с данным раствором смешивается непромытый известковый шлам. Использованный промывочный раствор может содержать в некотором количестве частицы лигнина, которые проходят через фильтровальную ткань в течение операции промывания лигнина, но эти частицы будут полностью растворяться повторно в высокощелочном растворе.

Можно сделать вывод, что благодаря конкретному составу использованного промывочного раствора повышается вероятность того, что дополнительное введение воды в одном или нескольких местах в цикл регенерации после регенерационного котла может уменьшаться таким образом, что количество воды в белом щелоке, который поступает на линию варки целлюлозы, существенно не увеличивается. Среди прочих, два предпочтительных места добавления использованного промывочного раствора представляют собой (1) резервуар для растворения плава и (2) место, где разбавляется непромытый известковый шлам.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, часть фракции алифатических карбоновых кислот извлекается из использованного промывочного раствора перед тем, как данный раствор вводится в цикл регенерации химических реагентов целлюлозного завода.

Новый способ согласно настоящему изобретению обсуждается далее со ссылкой на чертежи на фиг. 1-3. Фиг. 1 иллюстрирует типичный процесс извлечения лигнина, в то время как каждый из фиг. 2 и 3 иллюстрирует предпочтительное место для введения использованного промывочного раствора в цикл регенерации согласно новому способу.

Условные номера и буквы на фиг. 1 означают следующие потоки и технологические стадии:

1. Исходный черный щелок

2. Диоксид углерода

3. Первичная суспензия лигнина

4. Обедненный лигнином черный щелок (фильтрат от фильтрования первичной суспензии)

5. Первичный отфильтрованный осадок

6. Серная кислота

7. Промывочный фильтрат после второй стадии промывания (промывки вытеснением на фильтре)

8. Суспензия лигнина после первой стадии промывания (промывания кислотой вторичной суспензии)

9. Использованный промывочный раствор (фильтрат от фильтрования суспензии лигнина после первой стадии промывания)

10. Вода и/или водный раствор (свежая промывочная среда)

11. Отфильтрованный осадок, состоящий, в основном, из влажного лигнина

A. Реактор для подкисления черного щелока

B. Фильтр-пресс

C. Реактор для стадии промывания кислотой вторичной суспензии

D. Фильтр-пресс.

Типичный процесс извлечения лигнина для применения на заводах по производству крафт-целлюлозы проиллюстрирован на фиг. 1. Часть (1) потока черного щелока целлюлозного завода подкисляется CO₂ (2) до pH на уровне 10 (значение при 25°C) в реакторе подкисления (A) в процессе перемешивания. Лигнин осаждается, и в результате этого образуется первичная суспензия лигнина (3), которая затем фильтруется с использованием фильтр-пресса (B). После этой стадии фильтрат (4), так называемый обедненный лигнином черный щелок, возвращается в испарительную установку. Первичный отфильтрованный осадок (5) из фильтр-пресса (B) поступает в резервуарный реактор (C) с мешалкой. Серная кислота (6) и фильтрат (7) после второй стадии промывания также вводятся в этот реактор (C), и здесь осуществляется первая стадия промывания кислотой, и вторичная суспензия образуется при pH приблизительно на уровне 2 (значение при 25°C). Суспензия лигнина (8), которая образуется на данной стадии, фильтруется с использованием фильтр-пресса (D). Фильтрат (9), который образуется в результате фильтрования суспензии лигнина (8), представляет собой использованный промывочный раствор от процесса извлечения лигнина. Вторая стадия промывания представляет собой вытеснительное промывание на фильтре (D). На данной стадии используется свежая промывочная среда (10), присутствующая, как правило, в форме технологической воды или конденсата, и фильтрат (7), который образуется таким способом, возвращается в реактор (C) для промывания кислотой. Сухое вещество отфильтрованного осадка (11), которое выходит из фильтр-пресса (D), содержит лигнин и некоторые остаточные примеси.

Условные номера и буквы на фиг. 2 и 3 означают следующие потоки и технологические стадии:

9. Использованный промывочный раствор из установки извлечения лигнина

12. Плав из регенерационного котла

13. Слабый белый щелок для растворения плава (также известный как слабый белый щелок)

14. Вода или водный раствор

15. Неочищенный (нефильтрованный) зеленый щелок

16. Суспензия отстоя

17. Профильтрованный зеленый щелок

18. Промытый и обезвоженный отстой

19. Промывочная вода

20. Фильтрат от промывания и обезвоживания отстоя

21. Фильтрат от промывание и обезвоживания отстоя

22. Негашеная известь

23. Суспензия известняка и белого щелока

24. Отфильтрованный осадок известкового шлама

25. Промывочная вода

26. Белый щелок

27. Вода и/или водный раствор для разбавления (промывания)

28. Разбавленная суспензия известкового шлама

29. Промытый и обезвоженный известковый шлам

30. Промывочная вода

31. Слабый белый щелок для растворения плава (также известный как слабый белый щелок)

E. Резервуар для растворения плава

F. Фильтр для зеленого щелока

G. Фильтр для суспензии отстоя

H. Линия гашения и подщелачивания

I. Фильтр для суспензии известняка и белого щелока

J. Фильтр для суспензии известняка и слабого белого щелока

Вариант осуществления нового способа согласно настоящему изобретению проиллюстрирован на фиг. 2. Более конкретно, фиг. 2 представляет упрощенную диаграмму установки для изготовления белого щелока с использованием плава из регенерационного котла (печь для обжига извести не проиллюстрирована на чертеже), показывая также одно предпочтительное место для введения использованного промывочного раствора в цикл регенерации согласно новому способу. Поток (9) использованного промывочного раствора из установки извлечения лигнина проиллюстрирован как двойная линия для выделения. Потоки, которые проиллюстрированы одиночными линиями, представляют собой потоки традиционного процесса изготовления белого щелока. Сначала будет описан традиционный процесс. Плав (12) из регенерационного котла (не проиллюстрированный на чертеже) поступает в резервуар (E) для растворения, в который также вводятся слабый белый щелок (13) и, возможно, дополнительная вода или водный раствор (14). Плав растворяется, образуя неочищенный (нефильтрованный) зеленый щелок (15), который затем поступает на фильтр (F). Профильтрованный зеленый щелок (17) поступает на линию гашения и подщелачивания (H), в то время как суспензия отстоя (16) поступает на фильтр (G). Промытый и обезвоженный отстой (18) выводится из процесса, в то время как фильтрат после этой стадии возвращается как зеленый щелок (20) и/или как слабый белый щелок (21) в зависимости от его качества. На линии гашения и подщелачивания (H) негашеная известь (22) сначала подвергается гашению в зеленом щелоке, и после этого зеленый щелок подщелачивается в результате реакции с Ca(OH)₂. Суспензия (23) известняка и белого щелока, которая образуется в результате этого, поступает на фильтр (I). Фильтрат (26) после этой стадии представляет собой белый щелок, который используется на стадии варки целлюлозы. Вода и/или водный раствор, такой как конденсат, (27) добавляется для разбавления отфильтрованного осадка известковый шлам (24), который выходит из фильтра (I), и разбавленная суспензия известкового шлама (28) поступает на фильтр (J). Промытый и обезвоженный известковый шлам (29) направляется в печь для обжига извести в целях повторного обжига, в то время как фильтрат (31) после этой стадии представляет собой, в основном, слабый белый щелок, который возвращается в резервуар для растворения плава.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, который проиллюстрирован на фиг. 2, использованный промывочный раствор (9) из установки извлечения лигнина, вводится в резервуар для растворения плава (E). Чтобы количество воды в белом щелоке сохранялось приблизительно на таком же уровне, как раньше, величина потока воды и/или водного раствора, который поступает как поток 14 в резервуар для растворения, должна уменьшаться соответствующим образом. На многих целлюлозных заводах поток 14 является относительно небольшим или даже совсем отсутствует. Таким образом, на многих целлюлозных заводах оказывается невозможным применение данного варианта осуществления без увеличения количества воды в белом щелоке.

Еще один вариант осуществления нового способа согласно настоящему изобретению проиллюстрирован на фиг. 3. По существу, процесс, проиллюстрированный на фиг. 3, отличается от процесса, проиллюстрированного на фиг. 2, только выбором иного места для введения использованного промывочного раствора. Согласно варианту осуществления, который проиллюстрирован на фиг. 3, использованный промывочный раствор (9) из установки извлечения лигнина используется для замещения части воды и/или водного раствора (27), используемого для разбавления известкового шлама перед его заключительным промыванием и обезвоживанием. Другими словами, в сочетании с добавлением использованного промывочного раствора, количество воды, которое вводится в поток 27, уменьшается таким образом, что суммарное количество воды для разбавления остается приблизительно одинаковым. Данный вариант осуществления, вероятно, имеет универсальное применение, потому что новый впуск в форме использованного промывочного раствора не вносит существенный вклад в концентрации проблематичных примесей в конечном известковом шламе, а также не производит значительное неблагоприятное воздействие на фильтруемость разбавленной суспензии известкового шлама.

Пример

Технология извлечения лигнина применяется на целлюлозном заводе, который производит 2000 тонн воздушно-сухой целлюлозы (2000 тонн воздушно-сухого продукта в сутки). 20% суммарного потока черного щелока целлюлозного завода поступает в установку извлечения лигнина. Содержание сухих твердых веществ в щелоке, который поступает в установку, составляет 30%. Производство лигнина составляет 140 тонн в сутки в расчете на сухое вещество. В установке извлечения лигнина лигнин, который осаждается и затем отделяется от черного щелока, промывается на двух стадиях, сначала кислым водным раствором, а затем конденсатом (свежей промывочной средой). Серная кислота представляет собой кислое соединение, используемое на первой стадии промывания. Из установки извлечения лигнина в сутки выходит приблизительно 620 тонн использованного промывочного раствора. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, использованный промывочный раствор используется для замещения некоторой части воды и/или водного раствора, ранее используемого для разбавления известкового шлама перед заключительным промыванием и обезвоживанием известкового шлама. Количество воды в конечном белом щелоке, который используется на стадии варки целлюлозы, не изменяется в значительной степени. На данном целлюлозном заводе суммарное количество воды и/или водного раствора, которое используется для разбавления известкового шлама, составляет 6500 тонн в сутки, что на порядок превышает количество использованного промывочного раствора. Преобладающие компоненты, растворенные в использованном промывочном растворе, представляют собой Na₂SO₄ и алифатические карбоновые кислоты. Эти компоненты содержатся в использованном промывочном растворе в следующих концентрациях:

Na₂SO₄: 6.9 мас.%

Алифатические карбоновые кислоты: 2,4 мас.%

Состав использованного промывочного раствора является таким, что данный раствор может использоваться для разбавления известкового шлама (1) без существенного воздействия на содержимое проблематичных примесей в конечном известковом шламе, который поступает в печь для обжига извести, и (2) без существенного ухудшения фильтруемости разбавленной суспензии известкового шлама.

Варианты осуществления настоящего изобретения не ограничиваются теми вариантами, которые упоминаются или описываются в данном документе.

Предмет настоящего изобретения представляет собой новый способ обработки использованного промывочного раствора, получаемого в результате промывания лигнина, который подвергается осаждению, а затем отделяется от использованного щелочного варочного раствора. По меньшей мере, часть использованного промывочного раствора вводится в цикл регенерации химических реагентов на месте той части цикла, которая начинается на стадии растворения плава, включая эту стадию, и заканчивается на стадии варки целлюлозы, включая эту стадию. Согласно предпочтительным вариантам осуществления, впуск дополнительной воды и/или водного раствора в цикл регенерации химических реагентов после регенерационного котла регулируется таким образом, что, вследствие введения использованного промывочного раствора, количество воды в белом щелоке, который поступает на линию варки целлюлозы, существенно не увеличивается. Среди прочих, два предпочтительных места введения использованного промывочного раствора представляют собой (1) резервуар для растворения плава и (2) место, где разбавляется непромытый известковый шлам. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ обработки использованного промывочного раствора (9), получаемого в результате промывания лигнина, который подвергся осаждению, а затем отделению от использованного щелочного варочного раствора на целлюлозном заводе, причем в данном способе отделенный лигнин промывается, по меньшей мере, на одной стадии промывания, которая осуществляется в кислой среде, причем, по меньшей мере, часть использованного промывочного раствора (9), по меньшей мере, от одной стадии промывания вводится в цикл регенерации химических реагентов целлюлозного завода на месте той части цикла, которая включает стадию растворения плава, обработку зеленого щелока, изготовление белого щелока и стадию варки целлюлозы, которая включает питающую систему для целлюлозного волокнистого органического материала, такого как древесные стружки, и, по меньшей мере, один резервуар для обработки, такой как варочный резервуар, и оканчивается непосредственно выше по потоку относительно первой операции промывания целлюлозы.

2. Способ по п. 1, в котором впуск дополнительной воды и/или водного раствора (14) в цикл регенерации химических реагентов в той части цикла, которая начинается на стадии растворения плава, включая эту стадию, и заканчивается на стадии варки целлюлозы, включая эту стадию, регулируется таким образом, что вода, добавляемая с использованным промывочным раствором, замещает воду, которая в ином случае вводилась бы в цикл регенерации в связи с изготовлением белого щелока, таким образом, что количество воды в белом щелоке, который поступает на линию варки целлюлозы, не увеличивается.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором серная кислота представляет собой кислоту, используемую, по меньшей мере, на одной стадии промывания.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором использованный промывочный раствор (9) вводится в качестве части водной среды, используемой для растворения плава (12), который образуется в котле для регенерации химических реагентов.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором использованный промывочный раствор (9) вводится в качестве части водной среды, используемой для изготовления разбавленной суспензией известкового шлама (29) перед заключительным промыванием и обезвоживанием известкового шлама.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором, по меньшей мере, часть фракции алифатических карбоновых кислот, растворенных в использованном промывочном растворе (9), извлекается из раствора, прежде чем данный раствор вводится в цикл регенерации химических реагентов целлюлозного завода.