Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Образец черного щелока

В промышленной химии , черный щелок является побочным продуктом из процесса сульфатного при переваривании балансовой древесины в бумажную массу удаления лигнина , гемицеллюлозы и другие экстрактивных веществ из древесины , чтобы освободить целлюлозные волокна. [1]

Эквивалентный материал в сульфитном процессе обычно называют коричневым щелоком, но также используются термины красный щелок, густой щелок и сульфитный щелок.

Состав [ править ]

При производстве одной тонны целлюлозы производится около 7 тонн черного щелока. [2]

Черный щелок представляет собой водный раствор остатков лигнина, гемицеллюлозы и неорганических химикатов, используемых в процессе. Черный щелок содержит 15 мас.% Твердых веществ, две трети которых составляют органические химические вещества, а остальное - неорганические. [3] Обычно органические вещества в черном щелоке составляют 40-45% мыла [ необходима цитата ] , 35-45% лигнина и 10-15% других органических веществ.

Органическое вещество в черном щелоке состоит из воды / щелочной растворимых компонентов из разложения древесины. [1] Лигнин разлагается на более короткие фрагменты с содержанием серы 1-2% и натрия примерно 6% от сухих веществ. Целлюлоза и гемицеллюлоза разлагаются до мыла алифатических карбоновых кислот и фрагментов гемицеллюлозы. Экстракты дают мыло талловое и скипидар-сырец . Мыло содержит около 20% натрия.

Остаточные компоненты лигнина в настоящее время служат для гидролитической или пиролитической конверсии или только для сжигания. Гемицеллюлоз может также подвергаться процессам ферментации.

История [ править ]

На ранних этапах производства крафт-целлюлозы черный щелок сбрасывался в водотоки. Черный щелок довольно токсичен для водных организмов и придает воде очень темный карамельный цвет . Изобретение GH Tomlinson в начале 1930-х годов котла-утилизатора стало важной вехой в развитии крафт-процесса. [4]

К 2000 г. [ цитируется ] лучшие крафт-фабрики извлекли 99,5% или более черного щелока, а остаток очистили на установках биологической очистки, уменьшив воздействие сточных вод на окружающую среду ниже уровня научного значения, за исключением, возможно, очень небольших потоки. Даже в 21 веке оставалось несколько небольших заводов по производству крафт-бумаги (производящих не более нескольких тонн целлюлозы в день), которые сбрасывали весь черный щелок. Однако они быстро исчезают. Некоторые крафт-фабрики, особенно в Северной Америке, [ цитата необходима ]в 2007 году по-прежнему было извлечено менее 98% черного щелока, что может вызвать некоторое загрязнение окружающей среды, даже при биологической обработке. Общая тенденция заключается в модернизации или остановке таких устаревших заводов. [ необходима цитата ]

Использование [ править ]

Черный щелок содержит более половины энергетической ценности древесины, подаваемой в варочный котел завода по производству крафт-целлюлозы. [5] Обычно он концентрируется до 65-80% с помощью многофункциональных испарителей и сжигается в котле-утилизаторе для выработки энергии и восстановления химикатов для приготовления пищи. Вязкость увеличивается по мере увеличения концентрации идет вверх. Предел растворимости соли достигается при содержании твердого вещества примерно 50-55%. [6] Талловое масло является важным побочным продуктом, отделяемым от черного щелока с помощью обезжиривания перед тем, как он попадет в испарители или после первой ступени испарителя.

Источник энергии для целлюлозного завода [ править ]

Целлюлозные заводы использовали черный щелок в качестве источника энергии по крайней мере с 1930-х годов. [7] Большинство из крафта - целлюлозные заводы используют котлы восстановления для восстановления и сжечь большую часть черного щелока , который они производят, производство пара и извлечение для приготовления пищи химических веществ ( гидроксид натрия и сульфид натрия используется для отделения лигнина из целлюлозных волокон , необходимых для производства бумаги). Это помогло бумажным фабрикам уменьшить проблемы с выбросами в воду, сократить использование химикатов за счет рекуперации и повторного использования и стать почти самоокупаемыми, производя в среднем 66 процентов своей собственной потребности в электроэнергии на месте.

В Соединенных Штатах бумажные компании потребляли почти весь черный щелок, который они производили с 1990-х годов. [7] В результате лесная промышленность стала одним из ведущих производителей возобновляемой энергии с нейтральным выбросом углерода в Соединенных Штатах, производя около 28,5 тераватт-часов электроэнергии в год.

Использовать в качестве сырья для биотоплива [ править ]

Газификация [ править ]

Черный щелок, используемый для газификации

Были разработаны новые методы преобразования отходов в энергию для рекуперации и использования энергии черного щелока. Использование газификации черного щелока имеет потенциал для достижения более высокой общей энергоэффективности, чем обычный котел-утилизатор, при одновременном генерировании богатого энергией синтез - газа из щелока. Синтез-газ можно сжигать в комбинированном цикле газовой турбины для производства электроэнергии (обычно называемого BLGCC для комбинированного цикла газификации черного щелока ; аналогично IGCC ) или преобразовывать с помощью каталитических процессов в химические вещества или топливо, такие как метанол , диметиловый эфир (DME) илиДизельное топливо FT (обычно называемое BLGMF для газификации черного щелока для моторного топлива). Эта технология газификации в настоящее время эксплуатируется на экспериментальной установке мощностью 3 МВт на испытательном полигоне Chemrec [8] в Питео , Швеция . Синтеза ДМЭ шаг будет добавлен в 2011 году в рамках проекта «BioDME», при поддержке Европейской комиссии «с седьмой рамочной программы (FP7) и энергетического агентства Швеции . [9]

Было показано, что используемый для производства биотоплива способ газификации черного щелока имеет очень высокую эффективность преобразования и потенциал сокращения выбросов парниковых газов . [10]

Гидротермальное ожижение [ править ]

Гидротермальное сжижение подходит для преобразования черного щелока в усовершенствованное биотопливо из-за способности процесса выдерживать высокие поступления влаги. [11]

Извлечение лигнина [ править ]

Там , где котел - утилизатор мощность ограничиваются и узкое место в целлюлозном лигнин в черном щелоке , может быть чрезвычайным и экспортировать или использовать в качестве топлива в мельнице в печи для обжига извести , в результате чего часто замены на основе ископаемого топлива биотоплива.

Налоговый кредит США 2007–2010 гг. [ Править ]

Налоговая льгота, созданная Конгрессом США в 2005 году как часть законопроекта о дорожном движении 2005 года для поощрения и поддержки использования жидкого альтернативного топлива, полученного из углеводородов, в транспортном секторе, была расширена в 2007 году и теперь включает использование жидкого альтернативного топлива, полученного из биомасса. Это изменение означало, что, помимо предприятий по переработке рыбы, обработки животных и упаковщиков мяса, производители крафт-целлюлозы получили право на налоговую скидку в результате производства и использования черного щелока для производства энергии. Для одной крупной компании ( International Paper ) это может составить до 3,7 млрд долларов прибыли. [7] [12] Weyerhaeuser объявила в мае 2009 года, что она также добивается налоговой скидки. [13]Хотя некоторые [ кто? ] раскритиковали право бумажной промышленности на получение налоговой льготы на альтернативный топливный баланс на том основании, что она увеличивает использование ископаемого топлива, промышленность возражает, что добавление ископаемого топлива на самом деле является требованием закона и что, несмотря на это, это не приводит к в чистом увеличении использования ископаемого топлива, поскольку компании просто заменяют существующее ископаемое топливо, которое они уже смешивают с черным щелоком - природным газом, - одним из трех видов топлива, определенных законом: бензином, керосином или дизельным топливом. Кредит на биотопливо на черный щелок закончился 1 января 2010 года.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Стениус, Пер, изд. (2000). «2». Химия лесных товаров . Бумажная наука и технология. 3 . Хельсинки, Финляндия: Fapet OY. С. 62–78. ISBN 978-952-5216-03-5.
  2. ^ Бирманн, Кристофер Дж. (1993). Основы производства целлюлозы и бумаги . Сан-Диего: Academic Press, Inc. ISBN 978-0-12-097360-6.
  3. ^ Справочник по производству целлюлозы и бумаги SE, 1996, ISBN 0-12-097362-6 
  4. ^ Е. Sjöström (1993). Химия древесины: основы и приложения . Академическая пресса .
  5. ^ Центр бумажного бизнеса и промышленных исследований (CPBIS)
  6. ^ Эмпи, Х. Джефф (2009). Основы процесса восстановления ремесла . США: Tappi Press. п. 7. ISBN 978-1-59510-186-0.
  7. ^ a b c Муфсон, Стивен (28 марта 2009 г.). «Изготовители бумаги глубоко копают в законопроекте, чтобы добыть золото» . Вашингтон Пост . Проверено 3 июня 2009 .
  8. ^ Chemrec Архивировано 11 августа 2010 г. навеб-сайте Wayback Machine.
  9. ^ Веб- сайт проекта BioDME
  10. ^ Анализ будущего автомобильного топлива и силовых агрегатов в европейском контексте. Архивировано 4 марта 2011 г.в Wayback Machine EUCAR / Concawe / JRC Well-to-Wheels Report Version 2c, март 2007 г.
  11. ^ Косинкова, Яна; Рамирес, Джером; Нгуен, Дженни; Ристовски, Зоран; Браун, Ричард; Лин, Кэрол; Рейни, Томас (10 сентября 2015 г.). «Гидротермальное сжижение жома с использованием этанола и черного щелока в качестве растворителей» (PDF) . Биотопливо, биопродукты и биопереработка . 9 (6): 630–638. DOI : 10.1002 / bbb.1578 .
  12. ^ «International Paper предоставляет обновленную информацию о кредитах на альтернативное топливо» . International Paper . 24 марта 2009 года Архивировано из оригинального 14 июля 2012 года . Проверено 3 июня 2009 .
  13. ^ "Weyerhaeuser говорит, что подал заявку на квалификацию смесителя альтернативного топлива" . CNBC . 5 мая 2009 . Проверено 3 июня 2009 .[ мертвая ссылка ]