Черный щелок - Black liquor

Образец черного щелока

В промышленная химия, черный щелок является побочным продуктом крафт-процесс при переваривании балансовая древесина в бумажная пульпа удаление лигнин, гемицеллюлозы и другие экстрактивные вещества из древесины, чтобы освободить целлюлоза волокна.[1]

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

Сочинение

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

Черный щелок представляет собой водный раствор остатков лигнина, гемицеллюлозы и неорганические химические вещества используется 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.[нужна цитата ], 35-45% лигнина и 10-15% других органических веществ.

В органическая материя черный щелок состоит из растворимых в воде / щелочах компонентов разложения древесины.[1] Лигнин разлагается на более короткие фрагменты с содержанием серы 1-2% и натрия около 6% от сухих веществ. Целлюлоза и гемицеллюлоза разлагается до мыла алифатических карбоновых кислот и фрагментов гемицеллюлозы. Экстрактивные вещества дают талловое масло мыло и сырье скипидар. 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

На ранних этапах производства крафт-целлюлозы черный щелок сбрасывался в водотоки. Черный щелок довольно токсичен для водных организмов и вызывает очень темный карамельный цвет в воде. Изобретение котел-утилизатор автор: G.H. Томлинсон в начале 1930-х годов стал важной вехой в развитии крафт-процесса.[4]

К 2000 г.[нужна цитата ] На лучших заводах по производству крафт-бумаги было извлечено 99,5% или более черного щелока, а остаток был очищен на установках биологической очистки, что снизило воздействие сточных вод на окружающую среду ниже научного уровня, за исключением, возможно, очень небольших потоков. 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,[нужна цитата ] 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.[нужна цитата ]

использование

Черный щелок содержит более половины энергетической ценности древесины, подаваемой в варочный котел завода по производству крафт-целлюлозы.[5] Обычно он концентрируется до 65-80% за счет мультиэффекта. испарители и сгорел в котел-утилизатор для производства энергии и восстановления химикатов для приготовления пищи. В вязкость увеличивается с повышением концентрации. Предел растворимости соли достигается при содержании твердого вещества примерно 50-55%.[6] Талловое масло это важный побочный продукт отделен от черного щелока скимминг до попадания в испарители или после первой ступени испарителя.

Источник энергии для целлюлозного завода

Целлюлозные заводы использовали черный щелок в качестве источника энергии по крайней мере с 1930-х годов.[7]Большинство заводов по производству крафт-целлюлозы используют котлы-утилизаторы для извлечения и сжигания большей части производимого ими черного щелока, генерируя пар и восстанавливая химикаты для приготовления пищи (едкий натр и сульфид натрия используется для отделения лигнина от 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 нулевым выбросом углерода в Соединенных Штатах, производя около 28,5 тераватт-часов электроэнергии в год.

Использование в качестве сырья для биотоплива

Газификация

Черный щелок, используемый для газификации

Новый превращение отходов в энергию разработаны методы извлечения и использования энергии черного щелока. Использование газификация черного щелока имеет потенциал для достижения более высоких общих энергоэффективность чем обычный котел-утилизатор, при этом вырабатывая синтез-газ из спиртного. Синтез-газ можно сжигать в газовая турбина комбинированный цикл для производства электроэнергии (обычно называемой BLGCC для комбинированного цикла газификации черного щелока; похожий на IGCC ) или преобразованы через каталитические процессы в химикаты или топливо, например метанол, диметиловый эфир (DME), или F-T дизель (обычно называется BLGMF по газификации черного щелока для моторных топлив). Эта технология газификации в настоящее время эксплуатируется на пилотной установке мощностью 3 МВт в г. Chemrec's[8] испытательный центр в Питео, Швеция. Этап синтеза DME будет добавлен в 2011 году в проект «BioDME», поддерживаемый Европейская комиссия с Седьмая рамочная программа (FP7) и Шведское энергетическое агентство.[9]

Маршрут газификации черного щелока, используемый для производства биотоплива, показал очень высокую эффективность преобразования и парниковый газ потенциал снижения.[10]

Гидротермальное ожижение

Гидротермальное ожижение подходит для преобразования черного щелока в передовое биотопливо из-за способности процесса выдерживать большие количества влаги.[11]

Извлечение лигнина

Где котел-утилизатор емкость ограничена и узкое место в целлюлозный завод то лигнин черный щелок может быть экстраординарным и экспортироваться или использоваться в качестве топлива на заводе печь для обжига извести, тем самым часто заменяя ископаемое топливо биотопливом.

Налоговый кредит США 2007–2010 гг.

Налоговый кредит, созданный Конгрессом США в 2005 году в рамках 2005 Highway Bill вознаградить и поддержать использование жидкости альтернативное топливо добыча углеводородов в транспортном секторе была расширена в 2007 году за счет немобильных видов использования жидкого альтернативного топлива, полученного из биомассы. 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 объявил в мае 2009 года, что он также добивается налоговой скидки.[13] Хотя некоторые[ВОЗ? ] критиковали право бумажной промышленности на получение налогового кредита на альтернативную топливную смесь на том основании, что она увеличивает использование ископаемого топлива, промышленность возражала, что добавление ископаемого топлива на самом деле является требованием закона и что, несмотря на это, это не приводит к чистый рост 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.

Рекомендации

  1. ^ а б 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 варки целлюлозы и производства 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. ^ Э. Шёстрём (1993). Химия древесины: основы и приложения. Академическая пресса.
  5. ^ Центр исследований бумажного бизнеса и промышленности (CPBIS)
  6. ^ Эмпи, Х. Джефф (2009). Основы процесса восстановления ремесла. США: Tappi Press. п. 7. ISBN  978-1-59510-186-0.
  7. ^ а б c Муфсон, Стивен (28 марта 2009 г.). "Производители бумаги копаются в законопроекте, чтобы заработать золото". Вашингтон Пост. Получено 2009-06-03.
  8. ^ Chemrec В архиве 2010-08-11 в Wayback Machine интернет сайт
  9. ^ Проект BioDME интернет сайт
  10. ^ Подробный анализ автомобильного топлива и силовых агрегатов будущего в европейском контексте В архиве 2011-03-04 на Wayback Machine Отчет EUCAR / Concawe / JRC Well-to-Wheels, версия 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. Дои:10.1002 / bbb.1578.
  12. ^ «International Paper предоставляет обновленную информацию о кредитах на альтернативное топливо». International Paper. 24 марта 2009 г. Архивировано с оригинал 14 июля 2012 г.. Получено 2009-06-03.
  13. ^ «Weyerhaeuser говорит, что подал заявку на квалификацию смесителя альтернативного топлива». CNBC. 5 мая 2009 г.. Получено 2009-06-03.[мертвая ссылка ]