Введение к работе
Актуальность темы. Проблема утилизации отходов на предприятиях химической переработки древесины, основную часть из которых составляют технические лигнины, за последние годы чрезвычайно обострилась. Существующие в настоящее время направления переработки технических лиг-нинов, за исключением методов сжигания, не получили пока широкого промышленного распространения, в основном из-за нестабильности их качественных показателей. Поэтому разработка методов утилизации лигнинсоде-ржащих отходов, не зависящих от их состава и свойств, а также обеспечивающих рациональное и крупномасштабное их использование, задача весьма актуальная. Одним из таких методов является пиролиз, позволяющий наряду с выработкой тепловой энергии и регенерацией химикатов получать на-углероженные материалы.
При определенных условиях ведения процесса пиролиза возможно получение активных углей (АУ), остро необходимых во многих отраслях народного хозяйства, в том числе в целлюлозно-бумажной промышленности для очистки жидких и газовых выбросов. Имеющиеся в России производственные мощности вырабатывают АУ явно недостаточно как по объему, так и, в особенности, по номенклатуре.
При пиролизе последовательно решается задача регенерации химикатов, присутствующих в лигнинах. В отличие от существующих технологических решений по регенерации химикатов, в частности сжигания, пиролиз улучшает экологическую обстановку и безопасность труда на целлюлозно-бумажных предприятиях.
Работа выполнена по плану ГНТП «Комплексное использование и воспроизводство древесного сырья» (направление 5, тема 5.5.1.п. 1) и проходила координацию в Научном Совете по адсорбции РАН (тема 2.15.3.У).
Цель и задачи исследования. Целью работы являлось создание основ ресурсосберегающей технологии переработки технических лигнинов в углеродные адсорбенты с одновременной регенерацией варочных химикатов.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
1. Исследование термической переработки отработанных сульфитных щелоков в совмещенном процессе пиролиза-активации с определением оптимальных условий формирования пористой структуры и адсорбционных свойств АУ. Исследование влияния подачи водяного пара в зону пиролиза на состав отмываемых содопродуктов при ориентации их использования для приготовления сульфитного варочного раствора.
-
Исследование влияния режимных параметров на выход и свойства АУ, получаемых при пиролизе лигнинсодержащих отходов с использованием в качестве активирующих агентов сульфата, карбоната и гидроксида натрия. Исследование термического разложения технических лигнинов в присутствии соединений натрия с использованием термогравиметрического анализа.
-
Разработка наиболее целесообразных технологических решений получения углеродных адсорбентов из технических лигнинов, обеспечивающих комплексное и рациональное использование древесного сырья, улучшение экологических и экономических показателей предприятий химической переработки древесины.
Научная новизна. Разработаны концептуальные основы экологически безопасной ресурсосберегающей технологии переработки технических лигнинов с получением углеродных адсорбентов и регенерацией химикатов.
Впервые изучена термическая переработка технических лигносульфонатов на натриевом основании в совмещенном процессе пиролиза-активации в атмосфере водяного пара; выявлено влияние подачи водяного пара на выход и свойства активного угля и на регенерацию химикатов.
Определены оптимальные значения режимных параметров пиролиза технических лигнинов с использованием в качестве активирующих агентов сульфата, карбоната и гидроксида натрия. Впервые установлено, что предварительная термообработка лигносульфонатов и гидролизного лигнина позволяет снизить расход гидроксида натрия.
В результате исследования пористой и тонкой структуры полученных углеродных адсорбентов доказано, что в случае парогазовой активации технических лигнинов образуются преимущественно микро- и мезо-поры, а в случае химической активации - супермикропоры, являющиеся наиболее эффективными при адсорбции из водных растворов.
Методами дериватографического анализа установлено, что температурная область максимальной скорости потери массы технических лигнинов в присутствии сульфата и карбоната натрия соответствует оптимальному температурному режиму формирования пористой структуры активных углей и восстановления сульфата натрия до сульфида.
Практическая ценность. Предложены ресурсосберегающие технологические решения термической переработки технических лигнинов в режиме пиролиза, позволяющая наряду с полной регенерацией химикатов получать дефицитные, высококачественные углеродные адсорбенты многоцеле-
5 вого назначения, в том числе для очистки жидких и газовых выбросов предприятий.
Синтезируемые по предлагаемой технологии АУ обладают уникальными адсорбционными свойствами и развитой пористой структурой, и не выпускаются в настоящее время промышленностью России.
По исходным данным диссертационной работы Мосхимдрев (г.Москва) разработал рабочий проект опытно-производственной установки по переработке в активные угли 15 т/сутки технических лигносульфонатов (по сухим веществам) для Соликамского ЦБК.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждены на II Национальном симпозиуме «Синтез, исследование и применение адсорбентов» (г.Москва, 1995), на VIII Международной конференции «Теория и практика адсорбционных процессов» (г.Москва, 1996), на II Совещании «Лесохимия и органический синтез» (г.Сыктывкар, 1996), на III Национальном симпозиуме «Теоретические основы сорбционных процессов» (г.Москва, 1997) и на ежегодных научно-технических конференциях АГТУ (г.Архангельск, 1993 -1997гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ и 1 работа находится в печати.
Положения, выносимые на защиту:
концептуальные основы новых процессов ресурсосберегающей технологии переработки технических лигнинов с получением углеродных адсорбентов и регенерацией химикатов;
теоретические положения, объясняющие формирование пористой структуры и адсорбционных свойств углеродных адсорбентов в совмещенном процессе пиролиза-активации технических лигносульфонатов в атмосфере водяного пара;
результаты исследования влияния подачи водяного пара на регенерацию натриевых оснований при пиролизе технических лигносульфонатов;
экспериментальные данные по синтезу углеродных адсорбентов термохимической активацией технических лигнинов в присутствии сульфата, карбоната и гидроксида натрия;
рекомендации по реализации разработанных методов пиролиза технических лигнинов с получением углеродных адсорбентов и регенерацией химикатов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, списка литературы, содержащего 197 источни-
ков, и приложений. Работа изложена на 238 страницах машинописного текста, включая 72 рисунка и 27 таблиц.