Описание технологического процесса и основного оборудования. Основы процесса регенерации черного щелока в СРК

1.2. Описание технологического процесса и основного оборудования

Основы процесса регенерации черного щелока в СРК.

Сульфатный черный щелок образуется в процессе варки и промывки целлюлозы и состоит из органической части, перешедшей в раствор варочного щелока из древесины, и минеральной, которая была затрачена на варку с перегруппировкой составляющих в результате  ряда химических реакций. После упаривания полученного щелока в выпарных станциях он поступает на сжигание в СРК, где в условиях  топочного процесса образуется:

-  плав, раствор которого в слабом белом щелоке и скруббер ной жидкости представляет зеленый щелок, являющийся полупродуктом для получения варочного крепкого щелока в цехе каустизации;

-  перегретый водяной пар давлением 3,9±0,1 МПа (39±1 кгс/см²) и температуре  440±5 ºС, который поступает в турбинный цех в качестве  энергоносителя для выработки электроэнергии и теплоносителя для других цехов производства.

Процесс сжигания черного щелока условно разделяют на стадии:

-  подсушка щелока;

-  пиролиз, коксование и возгонка органических веществ,

-  выжигание кокса и горение продуктов пиролиза (возгонки) с образованием плава и одновременным восстановлением сульфата до сульфида.

Время подсушки определяется: содержанием а.с.в. в щелоке, его температурой перед форсунками, качеством распыления и температурой  в области пода топки.

В результате реакций, происходящих на первой стадии и определяемых взаимодействием щелока с дымовыми газами, образуется карбонат, сульфат и тиосульфат натрия. Сульфат и сульфит  могут образовываться за счет щелочи, связанной с органикой:

2NaOH+CO₂=Nа₂СО₃+Н₂О

2NaOH+SO₂=Nа₂SO₃+H₂O

2NaOH+SO₃=Nа₂SО₄+H₂O

Na₂S+СO₂+Н₂О=Nа₂СО₃+H₂S

2Na₂S+2SO₂+O₂ =2Na₂S₂O₃

Na₂S+SO₃+H₂O=Na₂SO₄+H₂S

2RСОONа+SO₂+H₂O=Nа₂SО₃+2RCOOH

Во время пиролиза органической части щелока образуются метиловый спирт, фенолы, сероводород, метилмеркаптаны, метилсульфид  и другие соединения. Большая часть этих продуктов сгорает в зоне  окисления, образуя продукты полного сгорания: СО₂, SO₂, Н₂O и О₃ . Незначительная часть несгоревших компонентов уходит в  атмосферу, определяя химическую неполноту горения топлива и  придавая дымовым газам специфический запах.

Из минеральных  соединений, остающихся после пиролиза, основную часть составляет карбонат натрия, образующийся в  результате разрушения и окисления органических соединений, а также  в результате указанных выше реакций щелочи с дымовыми газами.

Возгонка органических веществ, выжигание кокса, образование плава и восстановление сульфата происходит в восстановительной  среде, т.е. при недостатке кислорода, т.к. полное выгорание углерода  является основной причиной низкого восстановления сульфата, превращение которого в сульфид требует значительного  избытка углерода по отношению к стехиометрическому (примерно 3-4 к 1). Для обеспечения этих условий, воздух, необходимый для полного сгорания органических веществ черного щелока, подается в топку на различных уровнях от пода. При этом количество первичного воздуха, подаваемого в зону восстановления, составляет 40-60 % от общего, а остальное количество направляется в зону окисления в качестве вторичного и третичного.

При восстановлении сульфата одновременно происходят следующие реакции:

Nа₂SO₄ + 2С=Nа₂S + 2СО₂

Nа₂SO₄ + 4C = Na₂S + 4CO       

Na₂SO₄ + 4CO = Na₂S + 4CO₂

Помимо избытка углерода на степень восстановления сульфата влияют: качество перемешивания сульфата со щелоком, гранулометрический  состав сульфита, температура в зоне реакций и время контакта сульфата с  углеродом.

Восстановление сульфата начинается при температуре 600-650 ºС, когда сульфат находится еще в твердом состоянии и значительно ускоряется с повышением температуры до 1050-1100 ºС, при которой происходит плавление всех минеральных составляющих щелока. Повышение  температуры более 1100 ºС (включение мазутной "подсветки") нежелательно, так как вызывает испарение натрия и резко увеличивает  унос химикатов из топки.

Конечным продуктом третьей стадии сжигания черного щелока является плав, состоящий из углекислого натрия (Nа₂СО₃) и сульфида натрия (Nа₂S),  являющихся его основными компонентами.

Отсутствие в плаве других компонентов является следствием неудовлетворительного топочного процесса, низкой степенивосстановления  сульфата, неполной карбонизации NaOH и наличием механического недожога  кокса.

Для получения зеленого щелока СРК оборудованы баками растворителями  плава, в которые плав при температуре 850 – 900ºС поступает через три (на каждом СРК)  летки, охлаждаемые химически очищенной водой, циркулирующей в замкнутом контуре.  Перед контактом с зеленым щелоком струя плава на выходе из леток раздробляется струей зеленого щелока из сопел рециркуляции и соплами парового распыла.