Окружающей среды и природопользования



страница9/31
Дата29.06.2015
Размер4,14 Mb.
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   31

Возможность применения и характеристика метода:

МСС-варка и ITC-варка обеспечить снижение числа Каппа (20-24 для хвойной древесины, 14-18 для лиственной) без потери качества продукции. Непрерывная варка требует большей мощности, что означает увеличение затрат.

При периодической варке проводится делигнификация посредством вытеснения и рециклинга черного щелока. Если мощность варочного котла достаточна, возможно его дооснащение. Для новых установок число Каппа достигает 12 для лиственной и 15-16 для хвойной древесины.

Достижимые уровни загрязнения окружающей среды/использования природных ресурсов: Меньшее содержание остаточного лигнина означает и меньшее его отведение от установки для отбеливания, и, следовательно, меньше не только органических веществ, но и питательных веществ в составе сточных вод. 1 единица Каппа соответствует приблизительно 0,15 % лигнина в целлюлозе.

Если число Каппа в варке целлюлозы с кислородной делигнификацией (см 4.1.6) можно уменьшить на единицу, уровень ХПК снизится примерно на 2 кг / т целлюлозы (нагрузка ХПК от TFC – отбеливания может составлять до 3 кг ХПК / единицу Каппа). Чтобы получить показатель общего объема выбросов от установки для отбеливания, надо учитывать также загрязняющие вещества, невымытые из закрытой части процесса (см 4.3.10).

Влияние на другие компоненты: Длительная варка оказывает влияние на следующие элементы процесса производства сульфатной целлюлозы:

- может незначительно увеличиться потребление щелочи (NaOH+Na2S)$

- возрастает количество растворенных органических веществ в системе рекуперации;

- увеличивается производство тепла в содорегенерационном котле;

- сокращается потребление отбеливающих веществ;

- после отбеливания в сточные воды попадает небольшое количество загрязняющих веществ;

- модифицированная периодическая варка сокращает потребление энергии и продувочного пара при варке, но увеличивает потребление пара при выпаривании черного щелока.

Важнейшее основание применения метода: Сокращение загрязнения сточных вод, сокращение потребления химических веществ.
4.3.3 Сортирование в замкнутом цикле

Описание метода: Система водоснабжения в сортировочной установке для непромытой целлюлозы может быть полностью замкнутая. Современные методы подготовки и варки древесины обеспечивают остаток щепок после варки менее, чем 0,5 %. Замкнутый цикл способствует сокращению содержания органических веществ в сточных водах, которые в конченом счете возвращаются и сжигаются в содорегенерационном котле. При данном подходе отделенные в противотоке волокна попадают в поток волокнистой массы, что увеличивает содержание волокон в щелоке [15], [16].

Возможность применения и характеристика метода: Закрытие цикла промывки может потребовать установки нового или замены существующих установок (их частей) новым оборудованием с целью достижения более низкого потребления воды и использования более коррозионно-стойких материалов. Иногда для наиболее эффективного закрытия циклов промывки может потребоваться увеличение мощности котла или содорегенерационного котла.

Достижимые уровни загрязнения окружающей среды\использования природных ресурсов: Закрытие системы промывки позволяет сократить количество органических веществ в сточных водах. Они возвращаются в систему и затем сгорают в содорегенерационном котле. Таким образом, сортировочная установка не требует отведения сточных вод.

Влияние на другие компоненты: В связи с увеличенным количеством выпариваемой жидкости, увеличивается потребление энергии.

Важнейшее основание применения метода: Сокращение объемов образования сточных вод.
4.3.4 Делигнификация кислородом

Описание метода: После варки древесной щепы, волокна содержат некоторое количество остаточного лигнина, который должен быть удален до окончательного отбеливания. Для того чтобы получить прочные волокна, лигнин должен удаляться особым методом с минимальной потерей целлюлозной части волокна и минимальной потерей выхода. Примерно половина оставшегося лигнина из неваренной целлюлозы может быть удалена и восстановлена за счет добавления кислорода к щелочной волокнистой суспензии.

При делигнификации кислородом в реакторе с целлюлозой смешиваются кислород, окисленный белый щелок и сульфат магния при высокой (25-30 %) или средней (10-15 %) плотности. При сохранении баланса натрия производитель применяет гидрооксидный варочный раствор, содержащий гидроксид натрия и сульфид натрия. Делигнификационный реактор находится под давлением, и температура в нем повышается до 100 ° С.

Делигнификация кислородом осуществляется в один (рисунок 8) или два (рисунок 9) этапа после варки и перед отбеливанием, степень делигнификации составляет 40-60 %. Эффективность двухступенчатой делигнификации составляет более чем 40 % . Щелочь вводится в противоток системе регенерации химических веществ [7], [15], [17].


Рисунок 8 – Одноступенчатая делигнификация кислородом


Рисунок 9 – Двуступенчатая делигнификация кислородом
Возможность применения и характеристика метода: Дополнительная потребность в паре для установки для выпаривания составляет 0 - 4% для систем с высокой плотностью и 4 - 10% для систем со средней плотностью. Общее дополнительное содержание сухого остатка хвойной древесины составляет 70 кг/т, для лиственной – 45 кг/т.

Достижимые уровни загрязнения окружающей среды\использования природных ресурсов: Основным преимуществом делигнификации кислородом является снижение потребления химических веществ для окончательного отбеливания, сокращение стоимости отбеливающих веществ, а также повторное использование вредных веществ в отбеливающей установке (ХПК и хлорорганические соединения от окончательного отбеливания в случае бесхлорного отбеливания). Современные предприятия используют модифицированную варку и делигнификацию кислородом. С точки зрения воздействия на окружающую среду (ХПК и АОХ) эти две технологии рассматриваются вместе.

В таблице 33 приведено число Каппа, достигаемое различными методами делигнификации и дается грубое сравнение уровня ХПК сточных вод с и без продолжительной делигнификации.


Таблица 33 - Число Каппа, достигаемое различными методами делигнификации


Метод делигнификации

Число Каппа для лиственных пород

Число Каппа для хвойных пород

Рассчитанное ХПК (кг/т) от отбеливающей установки

Листв.

Хвойн.

Обычная варка

14-22

30-35

28-44

60-70

Обычная варка+делигнификация кислородом

13-15

18-20

26-30

35-40

Продолжительная варка

14-16

18-22

28-32

36-44

Продолжительная варка+делигнификация кислородом

8-10

8-12

16-20

16-24

Снижение числа Каппа, сокращение органических веществ и потребления химических веществ при делигнификации кислородом зависит от эффективности промывки между стадиями. Упомянутая эффективность для окружающей среды недостижима без эффективной промывки (см. 4.3.10).



Влияние на другие компоненты: Этот метод приводит к увеличению повторно используемой энергии, но также к пониженной теплотворной способности черного щелока из-за содержания в нем неорганических веществ.

Важнейшее основание применения метода: Сокращение образования сточных вод.
4.3.5 Отбеливание озоном

Описание метода: Отбеливание озоном связано с производством ECF и TCF целлюлозы. Основной целью применения озона является увеличение эффективности делигнификации. Озон активирует в волокнах перекись, что приводит к более высокой степени отбеливания и пониженному потреблению перекиси.

Озон (О3) образуется путем подачи небольшого электрического разряда в поток кислорода. Из-за высокой стоимости генераторов озона и вспомогательных устройств отбеливание озоном имеет высокую инвестиционную стоимость. Так как концентрация озона в потоке кислорода составляет 14-16 %, необходимо большое количество кислорода. Поэтому эксплуатационные расходы высоки из-за высокой стоимости кислорода (также необходимого для образования озона) и высокого потребления энергии (порядка 10-15 кВтч/кг озона) [7], [15], [18].



Достижимые уровни загрязнения окружающей среды/использования природных ресурсов: При ECF-отбеливании сокращается применение диоксида хлора c дальнейшим сокращением АОХ. При TCF-отбеливании отбеливание озоном представляет собой обычную ступень отбеливания.

Влияние на другие компоненты: Существенных не имеется.

Важнейшее основание применения метода: Сокращение сбросов АОХ в составе сточных вод.
4.3.6 Метод частично бесхлорного отбеливания (ECF)

Описание метода: ECF-отбеливание (частично бесхлорное) состоит в серии отбеливаний с применением молекулярного хлора (хлорный газ, Cl2). В ECF-отбеливании обычно основным отбеливающим веществом является диоксид хлора. Удаление лигнина производится через большее количество этапов отбеливания. На первых двух этапах происходит выщелачивание лигнина, на последующих – удаление остаточного лигнина и окончательная обработка продукта. Отбеливающая установка состоит из последовательности разделенных этапов, на которых добавляются различные химические вещества или их смеси.

На первом этапе отбеливания элементарный хлор заменяется диоксидом хлора, так как диоксид хлора на каждый атом хлора имеет пятикратную способность окисления и практически аналогичные свойства селективного удаления лигнина. Усиление щелочной ступени экстракции за счет отбеливания кислородом и\или перекисью приводит к улучшению эффекта окислительного отбеливания, вследствие чего сокращается содержание остаточного лигнина в целлюлозе перед окончательным отбеливанием диоксидом хлора.

За счет увеличения применения диоксида хлора сокращается образование хлорорганических соединений и исключается образование полихлорированных бефенилов и фуранов.

Замена хлора диоксидом хлора требует изменений в процессе отбеливания, а также расширения на месте хлор-диоксидной установки.

Изучены различные технические решения и некоторые из них были выбраны для крупномасштабного применения. ECF-отбеливание для хвойной и лиственной древесины различны и на некоторых существующих предприятиях возможная ECF-концепция зависит от существующего процесса отбеливания.

В основном, достижение нужного этапа отбеливания лиственной древесины требует меньше химических веществ, чем хвойная, что, как правило, означает, меньшее количество этапов отбеливания.

В таблице 34 приведен ряд возможных вариантов. Например, «легкое» ECF-отбеливание (DZ) (EOP) D, (DQ) (PO),D (EOP) D (PO), которое, в зависимости от желаемой степени отбеливания, подходит для отбеливания, как лиственных, так и хвойных пород.
Таблица 34 – Возможные этапы ECF – отбеливания


ECF/хвойная древесина

ECF/лиственная древесина

D(EP)D

D(EOP)D(EP)D

DPDP

D(EO)D(EP)D

D(EOP)DD

D(EOP)DD

D(EO)D(EP)D

D(EO)DD

DQ(PO)

QDPZP

D(EOP)DED




D(EO)D(OP)




D(EOP)D(OP)




(OP)DQ(PO)




Примечание:

D-хлор диоксидный этап отбеливания с применением водного раствора хлор диоксида (ClO2);

E – этап щелочной экстракции с применением NaOH;

ЕО - этап щелочной экстракции с применением NaOH с подачей газообразного кислорода в качестве упрочняющего агента;

ЕР - этап щелочной экстракции с применением NaOH с подачей раствора H2O2 в качестве упрочняющего агента;

P - этап щелочной экстракции с применением водного раствора H2O2;

EOP –этап щелочной экстракции и отбеливания с применением NaOH с подачей кислорода и водного раствора H2O2 в качестве упрочняющего агента;

Q – этап окисления, для которого применяются хелатообразующий агент ЭДТА или ДТПА для удаления металлов;

Z –этап отбеливания озоном с применением газообразного озона О3;

РО – пероксидное отбеливание под давлением.


Хлор диоксид показывает под действием технических отбеливающих химических веществ самую высокую селективность. Если на первом этапе отбеливания проводится дополнительное отбеливание хлор диоксидом, это означает, что общее участие действующего хлора должно повышаться и кислород и перекись водорода должны применяться в качестве упрочняющих агентов.

Пример характеристики хлор диоксидного этапа (D):

Плотность целлюлозы: 10 %; Время реакции: 30 мин.; Температура: 60 ºС; ph в конце: 3,5.

Пример характеристики этапа щелочной экстракции и отбеливания с применением NaOH с подачей кислорода и водного раствора H2O2 в качестве упрочняющего агента (ЕОР):

Плотность целлюлозы: 12 %; Время реакции: 60 мин.; Температура: 60 - 70 ºС;

Количество щелочи: 10-20 кг/т целлюлозы; количество кислорода: 3-6 кг/т целлюлозы; дозировка пероксида водорода: 2-4 кг/т целлюлозы.

Перекись водорода может также применяться для:

- усиления первого «мягкого» кислородного этапа (в малой или средней дозировке);

- Усиления этапа щелочной экстракции (малая дозировка);

- Окончательного получения требуемой степени отбеливания (малая дозировка);

- Разделения этапов делигнификации/отбеливания (высокая концентрация);

- Разделения этапов делигнификации/отбеливания под давлением (высокая дозировка, PO). Преимуществом применения дополнительного PO-этапа в отбеливающей установке является том, что ECF-целлюлоза может также производиться и на существующих предприятиях, без необходимости дополнительного инвестирования в увеличение объемов хлора диоксида [4], [7], [15], [19].

Возможность применения и характеристика метода: Модернизация существующего предприятия в производство ECF-целлюлозы возможно, однако, требует производства хлор диоксида, которого должно быть достаточно для покрытия потребности в отбеливающих химических веществах. Существующие отбеливающие установки должны быть оснащены системами смешивания химических веществ.

Достижимые уровни загрязнения окружающей среды/использования природных ресурсов: Этот метод позволяет снизить уровень 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксина и 2,3,7,8-тетрахлордибензофурана до уровня, ниже уровня обнаружения. Исключение диоксинов из сточных вод от ECF-отбеливания зависит от числа Каппа и чистоты хлор диоксида. При высоком числе Каппа и неочищенном хлор диоксиде (например, с большой концентрацией Cl2) вероятность образования диоксинов возрастает. Образование АОХ до оочистки сточных вод снижается до уровня 0,2-1,0 кг/т целлюлозы.

Влияние на другие компоненты: Внедрение ECF-отбеливания для предприятий связано с повышенным применением альтернативных отбеливающих веществ (хлор диоксид, хлор фенол, перекись водорода), производство которых требует дополнительных энергозатрат.

Важнейшее основание применения метода: Сокращение сбросов АОХ в составе сточных вод.
4.3.7 Метод бесхлорного отбеливания (TCF)

Описание метода: Метод бесхлорного отбеливания (TCF-отбеливание) проводится при полном отсутствии хлорсодержащих химических веществ. Применение TCF- отбеливания требует существенных изменений в процессе производства целлюлозы. При TCF-отбеливании в качестве отбеливающих веществ применяется перекись водорода с озоном (Z) или надуксусная кислота (РА). При условии, что целлюлоза после длительной варки и делигнификации кислородом достигла требуемого низкого числа Каппа, и переходные металлы (например, Mn2+) удалены, возможно, достигнуть требуемой белизны применением только перекиси водорода. Это увеличивает стоимость отбеливания и снижает качество целлюлозы из-за низкой степени отбеливания.

Возможностью для сокращения потребления водорода служит применение озона в качестве этапа отбеливания перед применением пероксида (ZQP). Озон позволяет сократить количество пероксида, необходимого для достижения высокой степени отбеливания. Недостатком применения озона является то, что при высокой дозировке разрушаются волокна целлюлозы.

Надкислота доступна на рынке в виде надуксусной кислоты (РА). Это отбеливающее вещество является дополнением пероксида, и может применяться вместо озона.

Требуемая степень отбеливания может быть достигнута даже для небеленой целлюлозы с немного более высоким значением числа Каппа. Недостатком надкислоты является её высокая стоимость.


Примеры различных последовательностей TCF –отбеливания приведены в таблице 35.

Таблица 35 - Примеры различных последовательностей TCF –отбеливания

TCF (хвойная древесина)

TCF (лиственная древесина)

Q(EP)(EP)(EP)

QPZP

Q(OP)(ZQ)(PO)

Q(OP)(ZQ)(PO)

Q(EOP)Q(PO)

Q(EOP)Q(PO)

Q(OP)ZQ(PO)

Q(OP)ZQ(PO)

Примечание:

Q – этап окисления, для которого применяются хелатообразующий агент ЭДТА или ДТПА для удаления металлов;

ЕР - этап щелочной экстракции с применением NaOH с подачей раствора H2O2 в качестве упрочняющего агента;

EOP –этап щелочной экстракции и отбеливания с применением NaOH с подачей кислорода и водного раствора H2O2 в качестве упрочняющего агента;

ЕО - этап щелочной экстракции с применением NaOH с подачей газообразного кислорода в качестве упрочняющего агента;

P - этап щелочной экстракции с применением водного раствора H2O2;

Z –этап отбеливания озоном с применением газообразного озона О3;

РО – пероксидное отбеливание под давлением.


Пример характеристики этапа окисления (Q):

Этилендиаминуксусная кислота: 1-2 кг/т целлюлозы; рН: 5,7-6,2; Плотность целлюлозы: 10 %; Время реакции: 60 мин.; Температура: 90 ºС.

Пример характеристики Е-этапа (щелочной экстракции), кислородом и пероксидом:

NaOH: 10-20 кг/т целлюлозы; кислород: 3-6 кг/т целлюлозы; H2O2: 2-4 кг/т целлюлозы; рН: 11; Время реакции: 60 мин.; Температура: 60 - 70 ºС;

Пример характеристики Р-этапа:

H2O2: 20-40 кг/т целлюлозы; рН: 11-11,5; Время выдерживания: 4 ч.; Температура: 90 ºС/
Первый этап TCF-отбеливания заключается в применении перекиси в щелочной среде, что является отличительным признаком TCF-отбеливания.

Распад пероксида катализируется ионами определенных металлов, которые должны удаляться на этапе окисления до применения пероксида.

Пероксид водорода может также применяться для:


  • Усиления первого «мягкого» кислородного этапа (в малой или средней дозировке): ОР;

  • Усиления этапа щелочной экстракции (малая дозировка): ЕР;

  • Окончательного получения требуемой степени отбеливания (малая дозировка): Р;

  • Разделения этапов делигнификации/отбеливания (высокая концентрация): Р;

- Разделения этапов делигнификации/отбеливания под давлением (высокая дозировка): PO.

Предварительная обработка целлюлозы катионоидными средствами до отбеливания пероксидом позволяет «активизировать» волокна и улучшить реакцию с пероксидом. Такого эффекта можно добиться с помощью озона.

Основная цель использования озона заключается в усилении делигнификации. Озон активирует волокна для пероксида водорода, что обеспечивает более высокую степень отбеливания и более низкое потребление пероксида водорода. С другой стороны, селективность озона низкая. Высокая температура, высокая дозировка и другие условия могут привести к серьезному распаду целлюлозы. Озон должен применяться в кислой среде (рН=2-3). Селективность его ухудшается при высоких температурах (> 70 ºС). Высокое давление увеличивает во время отбеливания способность озона переходить в жидкую фазу (это происходит из-за того, что растворенный озон по отношению к углеводу менее агрессивен, чем озон в газообразной форме). Плотность целлюлозы при отбеливании озном является важным параметром. Установки для отбеливания озоном эксплуатируются при средней (8-15 %) и высокой (> 30 % плотности целлюлозы).

Эксплуатационная стоимость производства TCF-целлюлозы обычно выше, чем производство ECF-целлюлозы [4], [7], [15], [19].

.

Возможность применения и характеристика метода: На существующих предприятиях замена ECF-технологии на TCF требует обычно нового кислородного этапа и системы промывки. Если применяются перекись водорода и озон, требуется две новых белильной башни и фильтры. Отбеливание озоном требует озонатора и реактора. Для надкислоты также необходима белильная башня.

Достижимые уровни загрязнения окружающей среды/использования природных ресурсов: При TCF-отбеливании не образуются АОХ.

Влияние на другие компоненты: Потребление энергии и химических веществ существенно не отличается от ECF-отбеливания.

Важнейшее основание применения метода: Сокращение сбросов галогенорганических веществ в составе сточных вод и отсутствие хлорорганических соединений.
4.3.8 Частично замкнутый цикл отбеливания

Описание метода: Уровень загрязнения сточных воды перед стадией отбеливания лежит в границах допустимых норм. Если стадия отбеливания полностью или частично замкнута, это позволит сократить загрязнение сточных вод органическими веществами, металлами.

Первой предпосылкой создания замкнyтого цикла отбеливания является сокращение проходящих в установке для отбеливания потоков. Это можно достичь за счет обратной по отношению к течению процесса подачи жидкости от последней ступени отбеливания через промывочный фильтр-пресс на этапе дилигнификации кислородом к промывочному оборудованию (рисунок 11).


F1 - F6 = промывочный фильтр установки для отбеливания; PR1 + PR2 = промывочный пресс при отбеливании кислородом; UW = горизонтальная промывка как последняя ступень промывки непромытой целлюлозы

1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   31


База данных защищена авторским правом ©zubstom.ru 2015
обратиться к администрации

    Главная страница