Способ выделения сероводорода из зеленого щелока целлюлозного производства Советский патент 1992 года по МПК D21C11/06 D21C11/08 

Изобретение может быть использовано в Целлюлозно-бумажной промышленности для выделения сероводорода из зеленого щелока, образующегося в результате растворения сульфидно-содового плава при сжигании отработанных сульфатных или сульфитных щелоков.

Известен способ выделения сероводорода из зеленого щелока, образующегося при совместном сжигании и регенерации сульфитных и сульфатных щелоков, включающий обработку исходного осветленного щелока в абсорбере газом, содержащим диоксид углерода, последующее выделение из него серы в виде сероводорода в присутствии бикарбоната при повышенной температуре под вакуумом. Выделение сероводорода проводят с использованием пара, причем одновременно зеленый щелок выпаривают до концентрации, при которой происходит образование

кристаллов карбоната натрия. Кристаллы отделяют, растворяют в воде и полученный раствор обрабатывают газами, содержащими С02, до образования кристаллов бикарбоната натрия. Кристаллический бикарбонат отделяют и подают на. стадию выделения сероводорода.

Недостатком такого способа является необходимость дважды выделять кристаллы и растворы, что усложняет аппаратурное оформление процесса и приводит к высоким эксплуатационным затратам.

Наиболее близким к изобретению является способ выделения сероводорода из зеленого щелока, согласно которому осветленный зеленый щелок обрабатывают в абсорбере топочными газами, содержащими диоксид углерода (карбонизация), процесс идет по реакции

О

сл

2Na2S + H20 + C02 2NaHS + Na2C03. (1) а затем проводят выделение сероводорода (десорбцию) при нагревании

№НЗ + №НСОз №2СОз+Н25т (2)

Для проведения десорбции сероводорода вводят бикарбонат натрия, полученный путем обработки топочными газами смеси обработанного диоксидом углерода зеленого щелока и зеленого щелока после десорбции из него сероводорода, т.е. по реакции

Ыа2СОз + С02 + Н20 2№НСОз (3)

При осуществлении процесса по тако- му способу карбонизация проходит в соотношении рН входящего и выходящего из абсорбера щелока 1,05 и концентраций бикарбоната натрия и карбоната натрия (0.05-0,1): 1.

Газы, содержащие диоксид углерода, используют вначале для получения бикарбоната натрия, затем подают в абсорбер на обработку исходного осветленного зеленого щелока и далее выбрасывают в атмосферу.

Однако последовательное использование содержащего диоксид углерода газа для получения бикарбоната и обработки исходного зеленого щелока приводит к тому, что газ, поступающий на обработку зеленого щелока в абсорбер, имеет низкую концентрацию диоксида углерода и содержит примеси сероводорода. В результате общее количество газа, которое необходимо подать на стадию обработки исходного зеленого щелока, чтобы обеспечить его контакт с определяемым стехиометрическими соотношениями количеством диоксида хлора, существенно возрастает. Соответственно увеличивается и количество газа, выбрасываемого в атмосферу из абсорбера. Поскольку выбрасываемый в атмосферу газ содержит некоторое количество сероводорода, определяемое условиями химического и фазового равновесия, увеличение количества поступающего в атмосферу газа неизбежно влечет пропорциональное повышение выбросов сероводорода. Дополнительные выбросы сероводорода в атмосферу вызывает также его присутствие в газе, поступающем в абсорбер со стадии получения бикарбоната.

Кроме того, необходимость получения бикарбоната натрия по реакции (3) приводит к усложнению технологической схемы и повышению эксплуатационных затрат.

Цель изобретения состоит в сокращении потерь сероводорода при одновременном упрощении процесса за счет исключения введения дополнительного количества бикарбоната.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выделения сероводорода из зеленого щелока, включающему карбонизацию щелока в абсорбере топочными газами, содержащими диоксид углерода с образованием гидросульфида натрия и бикарбоната натрия, и последующую десорбцию сероводорода из полученной смеси при нагревании паром, карбонизацию зеленого

0 щелока проводят в одну ступень при соотношении рН входящего и выходящего из абсорбера щелока (1,1-1,2):1 и соотношении концентраций бикарбоната.натрия и карбоната натрия в выходящем щелоке

5 (0,2-0,3): 1.

Процесс протекает по следующим реакциям:

№25 + С02 + Н20 №НЗ + №НСОз; (4) №2СОз+.С02 + Н20 2№НСОз. (5)

0 Сероводород выделяют в десорбере при реакции (2) в виде парогазовой смеси, которую направляют в конденсатор для отделения паров воды. Выходящий из конден- . сатора сероводород направляют на сжигание

5 до диоксида серы или элементарной серы. Из нижней части десорбера отводят освобожденный от избытка серы зеленый щелок.

Исследования показали, что незначительное изменение значений указанных соот0 ношений существенно влияет на достижение поставленной цели.

При изменении рН на 1 концентрация ионов водорода или гйдроксила меняется в 10 раз. При начальном рН зеленого щелока

5 13 и соотношении рН на входе и выходе с карбонизации 1,05 (способ-прототип) рН выходящего щелока равно 12.4, а при соотношении 1,1 равно 11,8. Разница в рН выходящего щелока составляет 0,6 (12,4-11,8), а

0 в концентрации ионов водорода- в 4 раза. Такое различие в концентрации ионов водорода значительно изменяет условия химического равновесия в системе и ход процесса в целом.

5 Соотношение бикарбоната к карбонату в выходящем со стадии предкарбонизации щелоке равно по предлагаемому способу (0,2 - 0,3): 1. По прототипу это соотношение не превышает 0,1, а обычно находится на

0 уровне 0.05. При этом бикарбоната, образовавшегося на предкарбонизации, не хватает для последующего выделения из зеленого щелока по реакции (2), и необходимо получать его специально по реакции (3),

5 что усложняет весь процесс.

При обработке исходного зеленого щелока по предлагаемому способу газами, содержащими диоксид углерода, в нем образуется количество бикарбоната, достаточное для последующего выделения сероводорода. При этом расход газа, подаваемого в абсорбер, и содержание сероводорода в выходящем из абсорбера газе, а следовательно, и количество выбросов сероводорода в атмосферу, находятся на минимально возможном уровне. Приведенные значения признаков наиболее полно учитывают специфику химического взаимодействия зеленого щелока с содержащим диоксид углерода газом. Равновесие и кинетические закономерности протекающих в зеленом щелоке химических реакций очень сложны, мало изучены и не прогнозируются известными теоретическими методами. Численные значения параметров процесса найдены экспериментальным путем.

Пример. Способ осуществляют на установке непрерывного действия, включающей насадочный абсорбер диаметром 100 мм и высотой 1200 мм и насадочный десорбер диаметром 200 мм и высотой 800 мм. Абсорбер и десорбер заполнены кольцами Рашига 5x5 мм. Исходный зеленый щелок термоста- тируют и подают в верхнюю часть абсорбера насосом-дозатором. Зеленый щелок имеет следующие характеристики: содержание общей щелочи 120,70 ед.; сульфидность 40,3%.

Приготавливают газовую смесь диоксида углерода и азота из баллонов с содержанием диоксида углерода 12% и затем подают в нижнюю часть абсорбера. Карбонизацию осуществляют в одну ступень, измеряют рН входящего и выходящего из абсорбера зеленого щелока и поддерживают это соотношение в пределах (1,1 - 1,2): 1, а также соотношение концентраций бикарбоната натрия и карбоната натрия в выходящем потоке (0,2 - 0,3): 1.

Указанные соотношения поддерживают изменением расхода подаваемого газа, содержащего диоксид углерода, и температуры зеленого щелока, значения которых представлены в таблице.

Полученную смесь из нижней части абсорбера с использованием гидрозатвора и

регулирующей арматуры подают в верхнюю часть десорбера, работающего под вакуумом. В десорбер также подают пар и выделяют сероводород в виде парогазовой

смеси, которую затем направляют в компенсатор для отделения воды.

В процессе опытов определяют общее количество образовавщегося сероводорода и количество выбрасываемого в атмосферу

сероводорода, рассчитывают их процентное соотношение. Проводят опыт № 9 по способу-прототипу, моделируя условия процесса, описанные в опыте № 2. После проведения карбонизации жидкость разделяют

на два потока в соотношении 1:3, одну часть вновь подают на стадию карбонизации, а остальное - на выделение сероводорода. При этом соотношение рН входящего и выходящего из абсорбера зеленого щелока составляет 1,05, а соотношение концентраций бикарбоната натрия и карбоната натрия в выходящем щелоке 0,1.

Результаты опытов, представленные в таблице, показывают, что отклонение параметров процесса приводит к увеличению выбросов сероводорода в атмосферу и усложняет процесс.

Формула изобретения

Способ выделения сероводорода из зеленого щелока целлюлозного производства путем карбонизации щелока, содержащего карбонат натрия и сульфид натрия, топочными газами, содержащими диоксид углерода, с образованием бикарбоната натрия и последующей десорбции сероводорода из полученной смеси при нагревании, отличающийся тем, что, с целью сокращения потерь сероводорода при одновременном

упрощении процесса, карбонизацию проводят в одну ступень при соотношении рН входящего и выходящего щелока (1,1 - 1,2): 1 и соотношении концентраций бикарбоната натрия и карбоната натрия в выходящем

щелоке (0,2-0,3): 1.

Изобретение относится к технологии выделения сероводорода из зеленых щелоков целлюлозного производства и позволяет сократить потери сероводорода и упростить процесс. Зеленый щелок, содержащий карбонат натрия и сульфид натрия, подвергают в абсорбере карбонизации топочными газами, содержащими диоксид углерода, с образованием бикарбоната натрия в одну ступень при соотношении рН входящего и выходящего из абсорбера щелока (1,1-1,2):1 и соотношении бикарбоната натрия и карбоната натрия в выходящем щелоке (0,2- 0,3):1. Затем осуществляют десорбцию сероводорода из полученной смеси при нагревании. 1 табл. СЛ С