WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 17 |

Построенные в России сульфитно-целлюлозные предприятия, как правило, имели цеха по переработке отработанного сульфитного щелока с получением из него этилового спирта, кормовых дрожжей, а из лигнина – лигносульфонатов. Но с начала 1990-х годов ситуация с утилизацией щелоков в России изменилась. Из-за значительного повышения стоимости топлива, что сказалось на удорожании энергоемких побочных продуктов и их невысокого качества повсеместно стали закрываться производства на комбинатах этилового спирта и кормовых дрожжей. Нависла угроза сокращения производства технических лигносульфонатов, что из-за обострения экологических проблем, неизбежно привело бы к снижению выпуска целлюлозно-бумажной продукции. Положение начало улучшаться, когда на ряде предприятий стали выпускать лигносульфонаты в порошкообразном состоянии, что способствовало увеличению спроса на них, стали проявлять интерес к увеличению доли жидких лигносульфонатов некоторые зарубежные фирмы. Для улучшения качества лигносульфонатов, например, для пластификации цемента, оказалось необходимым уменьшить содержание РВ, что удалось достичь при эксплуатации законсервированных было цехов по производству кормовых дрожжей.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Тем не менее, кардинальным решением экологической и экономической проблем утилизации отработанных сульфитных щелоков следует считать упаривание и сжигание их в специальных котлах с получением пара и последующей регенерацией затраченных на варку и содержащихся в отработанных сульфитных щелоках химикатов 3.2. Выпарка отработанного сульфитного щелока Выпаривание сульфитно-дрожжевой бражки в настоящее время осуществляют в основном в установках, включающих батарею из 5...6 рабочих и 1...2 резервных вакуум-выпарных аппаратов различного типа. В процессе выпаривания бражки могут проходить процессы, приводящие к термополимеризации лигносульфонатов и снижению их текучести при перекачке. Поэтому в процессе выпаривания бражки необходимо строго соблюдать температурный режим в выпарных аппаратах и применять свежий пар давлением не более 0,25...0,35 МПа.

На рис. 3.1. представлена технологическая схема выпарной станции предприятия MWPI (Иран), состоящая из 6 корпусов (один резервный), где выпарка сульфитного щелока производится методом падающей пленки. Схема выпарного аппарата изображена на рис. 3.2.

В процессе упаривания сульфитно-дрожжевой бражки и сульфитного щелока, а также сульфитно-спиртовой барды возможно образование минеральной и органической накипи, отлагающейся на стенках кипятильных трубок или каналов и циркуляционных труб выпарного аппарата.

Независимо от природы основания варочной кислоты в сульфитном щелоке всегда присутствует сульфат кальция, так как в древесной золе в среднем содержится 0,15 % CaO от массы древесины. При гидромодуле варки 5:1 только в результате связывания этого количества ионов кальция с образующейся при варке серной кислотой концентрация сульфата кальция в щелоке достигнет 0,7 г/л.

Растворимость сульфата кальция понижается с повышением температуры, причем при температуре свыше 130 °С относительно растворимая модификация - полугидрат CaSO4·1/2Н2О переходит в практически нерастворимую при этой температуре модификацию – ангидрит CaSO4.

Наиболее действенным приемом предотвращения отложения минеральной накипи является введение в сульфитно-дрожжевую бражку или барду в виде водной суспензии свежеприготовленных кристаллов сульфата кальция в дозировке 150-200 г/м3. В этом случае выделяющиеся при упаривании раствора кристаллы гипса или ангидрита осаждаются не на стенках трубок, а на затравочных кристаллах и выводятся в виде взвеси.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Рис. 3.1. Технологическая схема выпарки отработанного сульфитного щелока с использованием аппаратов, работающих по принципу падающей пленки.

Давление показано в барах (1 бар = 1105 Па = 0,98 кгс/см2), заполненность баков в процентах, расход щелока в л/мин Для очистки от минеральной накипи выпарные аппараты необходимо периодически промывать конденсатом соковых паров. Чем выше температура кипения в аппарате, тем чаще проводится эта операция. Эффективность такой промывки определяется величиной pH конденсата, которая должна быть не выше 2.

Основным источником образования органической накипи являются лигносульфонаты, легко полимеризующиеся в кислой среде, особенно при повышенной температуре, и мелкое волокно, особенно при варке лиственной древесины.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Рис. 3.2. Выпарной аппарат, работающий по принципу падающей пленки В связи с этим ограничивают температуру кипения в выпарной батарее при прямоточном питании 130 °С, а при противоточном питании, когда в корпусе с наибольшей температурой находится наиболее концентрированный раствор, целесообразно снизить предельную температуру кипения до 120-°С. Греющий пар увлажняют, допуская перегрев не более 20-30 °С сверх температуры насыщения при данном давлении.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ 3.3. Зависимость количества осадка в выпарных аппаратах от продолжительности работы чистого аппарата В цехе регенерации на заводе MWPI (Иран) с марта по август 2001 г.

российскими экспертами из ВНИИБ и СПбГТУРП вместе с сотрудниками фирмы Kvaеrner Pulping (инженер оперативного обслуживания СРК Juha Miettunen) было проведено исследование по образованию осадков в трубках аппаратов в зависимости от продолжительности работ после остановов станции и промывки аппаратов [4]. В ходе исследования определялось количество осадка, образующегося в трубках выпарных аппаратов, уменьшающего теплопередачу от греющего пара в межтрубном пространстве к выпариваемому в трубках щелоку и снижающего эффективность выпарки.



Образование осадка (снижение теплопередачи) оценивалось косвенным образом по разности температур между паром и щелоком.

В основу работы была положена эмпирическая формула фирмы Kvaerner:

A Ki F(S)i =, TDRi где F(S)i- осадочный фактор (scale factor), обозначающий величину, обратно пропорциональную условному количеству осадка в трубках аппарата;

А - текущий расход свежего пара на выпарку;

Ki - константа аппарата;

TDR i - разность температур между паром и щелоком в корпусе аппарата.

Для каждого аппарата формула выглядит следующим образом:

IA: F(S)=A*3,0/501TDR810;

IB: F(S)=A*3,0/501TDR820;

II: F(S)=A*4,2/501TDR830;

III: F(S)=A*4,2/501TDR840;

IV: F(S)=A*3,3/501TDR850;

V: F(S)=A*3,0/501TDR860.

Для сбора данных в программном обеспечении DCS были созданы тренды, фиксирующие расход свежего пара и разности температур (TDR) для каждого аппарата с периодом 24 мин. Данные фиксировались с периодом 2 ч и обсчитывались по вышеприведенным формулам. Результаты для аппарата IA представлены в виде графика (рис. 3.3). Вид графиков для аппарата IB – аналогичный.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ 2.1.1.0.0.0 5 10 15 20 Время после промывки, ч Рис. 3.3. Графики изменения количества осадка в первом аппарате после каждого пуска в работу:

, +,, - данные для различных периодов; - - - усредненные данные.

Как видно (рис. 3.3), после каждой промывки аппарата происходит довольно быстрое зарастание осадком. Уже через 12-14 ч работы фактор F(S) уменьшается примерно в 2 раза и, соответственно уменьшается эффективность работы этих аппаратов. Следует отметить также и некоторые отличия в работе аппаратов между собой. Аппарат IB промывается лучше и поэтому имеет более высокое начальное значение F(S) 2,1-2,6 против 1,8-2,1 для аппарата IA. Однако у аппарата IB забивание трубок осадком (снижение фактора F(S)) идет быстрее. После 12-14 ч работы фактор F(S) у обоих аппаратов становится примерно одинаковым, достигая средней величины 1,1. Дальнейшее снижение эффективности F(S) происходит более медленно, и нормальная работа аппаратов IA и IB возможна только при невысокой производительности или повышении расхода свежего пара.

Для поддержания эффективной работы выпарной станции следует проводить попеременную промывку аппаратов IA и IB кислым конденсатом через 12 ч работы, то есть 1-2 раза в сутки, с учетом времени на переключение аппаратов (3 ч). Такую частоту промывки можно обеспечить только при включении в состав программного обеспечения DCS специально разработанной программы автоматического управления циклом промывки по заданному графику, как это делается на передовых предприятиях отрасли, в том числе, и в России.

Для остальных выпарных аппаратов (2-5) определенной зависимости образования осадка в выпарных трубках от времени при продолжительной F(S) НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ работе не выявлено. Это, вероятно, связано с тем, что в этих аппаратах одновременно с образованием осадка идет процесс вымывания осадка из выпарных трубок циркуляционным щелоком; вымытый при этом осадок скапливается на распределительных досках аппаратов, забивая их. Аппараты периодически останавливаются для соответствующей прочистки. Промывка аппаратов 2-5 кислым конденсатом как способствует растворению осадка, так и облегчает его вымывание при работе. Вместе с тем, процесс образования осадка в трубках этих аппаратов превалирует над его вымыванием.

После механической очистки водой под высоким давлением аппаратов 2, 3 и 4 во время планово-предупредительного ремонта их эффективность возросла, на что указывает более высокое значение F(S), которое оставалось таким довольно длительное время. Механическая очистка не дала явного увеличения эффективности 5-го выпарного аппарата. Это связано с невысокой тенденцией образования осадка в этом аппарате, так как он работает при относительно низких температурах щелока и пара и более низкой концентрации щелока.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1) с помощью эмпирических зависимостей фирмы Kvaerner можно примерно оценить эффективность работы каждого выпарного аппарата;

2) наиболее быстрое снижение эффективности работы отмечено для аппаратов, работающих с наибольшей нагрузкой, IA и IB; через 12-14 ч работы она снижается вдвое (для поддержания высокой производительности этих аппаратов необходимо производить их промывку 1-2 раза в сутки, что требует специального программного обеспечения);

3) эффективность работы остальных аппаратов поддерживается на приемлемом уровне и обеспечивается соблюдением разработанного российскими специалистами графика промывки этих аппаратов кислым конденсатом;

4) на скорость образования осадка влияет очень высокое содержание мелкого волокна в отработанном щелоке иранского целлюлозного завода, которое превышает проектную норму в 5-8 раз.





Для сжигания отработанного сульфитного щелока в СРК без подсветки (добавления топочного мазута) его концентрация должна быть не ниже 65 %.

Для достижения такой концентрации щелок после выпарной станции пропускают через циклонный испаритель (рис. 3.4).

3.4. Сжигание щелоков на натриевом основании Сжигание упаренных сульфитных, бисульфитных моносульфитных щелоков на натриевом основании происходит в регенерационных котлоагрегатах такого же устройства, как и агрегаты для сжигания щелоков сульфатцеллюлозного производства. Раствор, получающийся при растворении выте НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ кающего из топки плава, по аналогии с сульфатным производством называется зеленым щелоком.

Рис. 3.4. Циклонный испаритель и смеситель щелока с уносом:

1 - подача щелока к форсункам; 2- переливной ящик; 3- циркуляционный насос; 4 - вход газов; 5 - нижний ряд спрысков; 6 - верхний ряд спрысков;

7 - выход газов в трубу; 8 - корпус испарителя; 9 - подача сгущенного щелока;

10 - подача уноса; 11 - черный щелок после смывки золы из зольников;

12 - смеситель щелока с уносом Теплота сгорания органического вещества натриевых сульфитных и бисульфитных щелоков от варки целлюлозы такая же, как магниевых и каль НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ циевых (около 21 000 кДж/кг), а моносульфитных и бисульфитных от варки полуцеллюлозы – несколько меньше (17000- 19000 кДж/кг) вследствие относительно меньшего содержания лигнина. В табл. 3.3 приведены данные, полученные в лаборатории кафедры целлюлозно-бумажного производства ЛТА.

Таблица 3.Состав и теплота сгорания сульфитных щелоков Щелок Сульфитный Бисульфитный Моносульфитный (полуцеллюлоза) (полуцеллюлоза) Состав сухого остатка щелока, % Зола 25,0 38,7 51,Органический остаток 75,0 61,3 48,Общая Na2O 14,2 4,6 2,Na2SO4 1,9 3,7 7,C 39,7 33,7 27,H 5,3 3,5 3,Теплота сгорания, кДж/кг Сухого остатка 15550 10550 Органического вещества 20750 17200 Термографический анализ сухого вещества щелоков (рис. 3.5) показывает последовательность стадий при их сжигании. Понижение тепловыделения (эндоэффект) в начальный период сжигания связано с испарением остатков воды из порошков; одновременно начинается термическое разложение и окисление органических веществ. Максимум экзоэффекта (выделения тепла) соответствует интенсивному окислению и воспламенению летучих и приходится на температуру 220-270 °С. По мере повышения температуры затраты тепла на газовыделение начинают преобладать над окислительными процессами, в результате чего появляется второй эндоэффект на термограмме, максимум которого соответствует температурам от 570 °С (сульфитный щелок) до 760 °С (моносульфитный щелок). Затем начинается выгорание кокса, и появляется резко выраженный экзоэффект при температурах от 730 °С (бисульфитный щелок) до 880 °С (сульфитный щелок). После этого наблюдается спад кривых вследствие плавления карбонатной и сульфатной золы и частичного восстановления сульфата в сульфид, так как это эндотермическая реакция. Вторичный экзоэффект на термограмме бисульфитного щелока при температуре 980 °С (рис. 3.5) можно объяснить остаточным догоранием кокса.

Далее процесс затухает.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Рис. 3.5. Термограмма процесса сжигания щелоков на натриевом основании:

1 - сульфитный щелок; 2 – бисульфитный; 3 - моносульфитный щелок В составе жидкого щелочного плава, получаемого в результате сжигания натриевых щелоков в восстановительной среде, обнаруживаются главным образом карбонат и сульфид натрия. Содержание сульфида (Na2S) обычно колеблется в пределах от 50 до 70 %, что значительно выше, чем в сульфатцеллюлозном производстве.

По сравнению с сжиганием сульфатных щелоков сжигание сульфитных, бисульфитных и моносульфитных щелоков в регенерационных агрегатах имеет некоторые особенности. Например, зола, уловленная в скрубберах или электрофильтрах, плохо смешивается со сгущенным щелоком, если концентрация его превышает 55 %. Поэтому смесительные бачки необходимо оборудовать устройством для интенсивного перемешивания. Трубопроводы для сгущения щелока довольно быстро забиваются осадками и требуют периодической промывки кислым конденсатом. Подачу первичного воздуха нужно регулировать очень тщательно. Нормальным условиям горения в восстановительной зоне соответствует коэффициент избытка воздуха 0,7...0,8.

При большем избытке воздуха возрастает содержание в плаве сульфата и тиосульфата. Содержание SO2 в газах, как и при сжигании магниевых щелоков, достигает 1,5 %.

Если SO2 из дымовых газов улавливается и используется в системе регенерации химикатов, перед абсорбером устанавливают скруббер для промывки газов от хлоридов. Каскадные и циклонные испарители для дополнительного упаривания сгущенного щелока могут устанавливаться без ограни НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ чений, так как выделения сероводорода в них (как при выпарке сульфатного щелока) не происходит.

Сульфитные и моносульфитные щелоки часто сжигают совместно с сульфатными щелоками (если предприятия расположены на одной площадке). При этом процесс сжигания происходит без осложнений при условии соблюдения pH смеси не менее 9,5-10 во избежание выпадения в осадок лигносульфонатов.

Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 17 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.