Способ брикетирования гидролизного лигнина

 

Изобретение относится к переработке дисперсных промышленных отходов, в частности гидролизу растительного сырья и древесины, и может быть использовано при получении брикетов из технического гидролизного лигнина. Технический результат заключается в снижении взрывоопасности процесса и его вредного воздействия на окружающую среду. Это достигается тем, что в способе брикетирования гидролизного лигнина, включающем распульповывание исходного продукта, нейтрализацию и обогащение лигниновой пульпы, обезвоживание лигниновой пульпы, сушку обезвоженной лигниновой массы и ее последующее брикетирование, обогащенную лигниновую пульпу обезвоживают с получением лигниновых плит с остаточной влажностью не более 45%, последние затем высушивают воздействием электромагнитного поля токов высокой частоты, дезинтегрируют и подают полученную лигниновую массу на прессование брикетов. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к переработке дисперсных промышленных отходов, в частности деревообработке и лесохимии, и может быть использовано при получении брикетов из технического гидролизного лигнина.

Известен способ получения лигнинобрикетов, в котором сырой лигнин с исходной влажностью 65 - 70% сначала подсушивают газообразным теплоносителем при температуре 500 - 600^oC до влажности 12 - 18%, а затем полученную сушенку брикетируют при температуре не более 150^oC и давлении 100 - 150 МПа /Равич Б.М. и др. Комплексное использование сырья и отходов. М.: Химия, 1988 с 41 - 48/ В известном способе для приготовления брикетов используется технический гидролизный лигнин, образующийся при кислотном гидролизе древесины, содержащей до 2% серной кислоты и до 15% зольных примесей.

Наличие вредных примесей в лигнине ухудшает товарное качество лигнинобрикетов - снижает их органическую (полезную) массу и теплоту сгорания.

Кроме того, к недостаткам способа относится взрывоопасность термической сушки сырого лигнина вследствие легкой воспламеняемости лигниновой пыли, образующейся и накапливающейся в сушильных аппаратах, а также высокий расход топлива на сушку лигнина.

Известен также способ получения брикетов из гидролизного лигнина, включающий приготовления пульпы из исходного продукта, нейтрализацию и обогащение лигниновой пульпы, механическое обезвоживание обогащенной пульпы в фильтр-прессах с получением лигнина влажностью 50 - 55%, дезинтеграцию обезвоженного лигнина в молотковых дробилках, пневмогазовую сушку дробленной лигниновой массы при температуре теплоносителя 500 - 600^oC, отделение теплоносителя от высушенной лигниновой массы и последующее ее брикетирование /Разработки технологии и оборудования комплексной линии производства брикетов и коксобрикетов из гидролизного лигнина. Отчет о НИР рук. Е.А.Цыганов, ВНИИгидролиз. Л., 1986, ГР N 1860050304, с. 26 - 28/.

Известный способ является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и выбран в качестве прототипа.

Известный способ позволяет снизить концентрацию вредных примесей в лигниновой массе перед прессованием брикетов и тем самым повысить их качество за счет нейтрализации и обогащения лигниновой пульпы, а также почти на 50% снизить расход топлива на тепловую сушку лигнина благодаря механическому обезвоживанию лигниновой массы перед сушкой.

Однако в связи с тем, что пневмогазовая сушка лигниновой массы осуществляется в ее дисперсном состоянии, сохраняется опасность взрыва лигниновой пыли в процессе сушки и отделения высушенного лигнина от теплоносителя.

Кроме того, к недостаткам прототипа относится вредное воздействие процесса термической сушки лигнина на окружающую среду.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно снижения взрывоопасности процесса и уменьшение вредного воздействия на окружающую среду путем предотвращения пылеобразования в процессе сушки лигнина и исключения использования при его сушке газообразных теплоносителей.

Указанный технической результат достигается также тем, что в способе брикетирования гидролизного лигнина, включающем распульповывание исходного продукта, нейтрализацию и обогащение лигниновой пульпы, обезвоживание лигниновой пульпы, сушку обезвоженной лигниновой массы и ее последующее брикетирование, согласно изобретению обогащенную лигниновую пульпу обезвоживают с получением лигниновых плит влажностью не более 45%, последние затем высушивают воздействием электромагнитного поля токов высокой частоты, дезинтегрируют и подают полученную лигниновую массу на прессование брикетов.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения обогащенную лигниновую пульпу обезвоживают электромеханической обработкой при одновременном наложении давления отжима влаги 3 - 10 МПа, напряжение на электродах 100 - 125 В и вакуума 0,02 - 0,04 МПа.

Причем сушку лигниновых плит в электромагнитном поле токов высокой частоты ведут в потоке воздуха температурой не более 200^oC при скорости потока 0,2 - 1,0 м/с.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что обезвоживание лигниновой пульпы электромеханической обработкой с получением опрессованных плит обеспечивает возможность их сушки воздействием электромагнитного поля токов высокой частоты с последующей дезинтеграцией высушенных плит и брикетированием сухой лигниновой массы. В результате предотвращается образование лигниновой пыли при сушке лигнина и, как следствие, устраняется взрывоопасность процесса сушки. Кроме того, благодаря исключению пневмогазовой сушки дисперсной лигниновой массы снижается вредное воздействие на окружающую среду, энергозатраты на сушку и взрывоопасность процесса.

Способ осуществляется следующим образом.

Гидролизный лигнин из-под сцеж с исходной влажностью ≈ 65% распульповывают водой до влажности 90%. Полученную пульпу тщательно перемешивают, отмывая от вредных примесей, отделяют от посторонних механических включений и нейтрализуют 10% раствором щелочи до pH 7. Обогащенную таким образом лигниновую пульпу подвергают электромеханическому обезвоживанию с формированием лигниновых брикетов в виде плит толщиной до 25 мм при одновременном воздействии давления прессования 3 - 10 МПа, электрического поля в режиме осмоса напряжением 120 - 125 В и вакуума 0,02 - 0,04 МПа в течение 1,3 - 3,0 мин.

Удаленную в процессе обезвоживания воду, насыщенную сахарами, направляют в гидролизное производство для выделения сахаров, а обезвоживание до влажности 45% плиты подвергают сушке. Сушку плит осуществляют в электромагнитном поле токов высокой частоты в процессе теплообмена с воздухом, нагретым до температуры ≈ 200^oC при скорости циркуляции последнего 0,2 - 1,0 м/с.

Высушенные плиты дезинтегрируют, подвергая дроблению. Дробленую лигниновую массу крупностью минус 10 мм подают на брикетирование. Прессование лигнинобрикетов проводят в непрерывном потоке при комнатной температуре и давлении 100 МПа.

Примеры осуществления способа.

Пример 1 (по прототипу).

Исходный лигнин влажностью 65% из-под сцеж разбавляют водой до влажности 90%. Лигниновую пульпу перемешивают, отделяют от посторонних включений, нейтрализуют 10% раствором щелочи до pH 7.

Обогащенную пульпу подвергают механическому обезвоживанию в камерных автоматических фильтр-прессах.

Фильтрат, полученный после отжима влаги из пульпы, возвращают на распульповку исходного лигнина, избыток подают в гидролизное производство для отделения сахаров и/или приготовление известкового молока.

Обезвоженный лигнин с влажностью 50 - 55% дезинтегрируют и подают на пневмогазовую сушку.

Сушка лигниновой массы осуществляется до влажности 15% в потоке дымовых газов температурой ≈ 600^oC, полученных от сгорания природного газа или мазута. Высушенный лигнин температурой ≈ 120^oC отделяют от теплоносителя и подают на прессование.

Отработанный теплоноситель для улавливания твердой фазы подвергают мокрой очистке и сбрасывают в атмосферу. Шламовую воду подают на приготовление лигниновой пульпы.

Концентрация лигниновой пыли при этом составляет: - в воздухе производственных помещений 10 - 50 мг/м³; - в атмосферном воздухе 0,2 мг/м³.

Пример 2 (по предлагаемому способу).

Исходный лигнин влажностью 65% из-под сцеж распульповывают водой до влажности 90%. Полученную пульпу, аналогично примеру 1, отделяют от посторонних включений, очищают от примесей и нейтрализуют до pH 7.

Обогащенную пульпу (кислотность, в пересчете на серную кислоту 0,72%, зольность 1,6%) подвергают электромеханическому обезвоживанию с формированием лигниноплит при одновременном наложении в течение 1,5 мин давления прессования 4,0 МПа, электрического поля в режиме осмоса напряжением 125 В и вакуумного разряжения 0,04 МПа.

Влажность лигниновой массы в сформированных плитах составляет 40%, кислотность, в пересчете на серную кислоту - 0,59%, зольность 1,2%. Отжатую воду подают на приготовление лигниновой пульпы, а избыток подают в гидролизное производство для извлечения сахаров и/или на получение известкового молока.

Обезвоженные лигниновые плиты с объемной плотностью 0,9 г/см³ подвергают сушке до влажности 12% воздействием электромагнитного поля переменного тока с частотой колебаний 13,6 МГц. Скорость перемещения плит в электромагнитном поле поддерживают порядка 0,2 м/с. Пары воды, образующиеся в процессе нагрева лигниновых плит воздействием электромагнитного поля токов высокой частоты, удаляют из зоны сушки потоком горячего воздуха температурой 200^oC при скорости дутья 1,0 м/с. Высушенные плиты подвергают дроблению, полученную лигниновую массу крупностью минус 10 мм подают на прессование брикетов.

Прессование лигниноблоков осуществляют в валковом прессе при комнатной температуре и давлении 100 МПа.

Концентрация лигниновой пыли составляет: - в воздухе производственных помещений до 0,1 мг/м³; - в атмосферном воздухе до 0,1 мг/м³.

Экспериментально установлено, что при обезвоживании лигниновой пульпы с получением плит с остаточной влажностью до 45% электроосмотическое перемещение жидкости из влажного лигнина при одновременном механическом отжиме и вакуумировании лигниновой массы - в 2 раза интенсифицирует процесс обезвоживания.

При этом наибольшее снижение остаточной влажности лигниновых плит достигается при давлении прессования 3 - 10 МПа, напряжении на электродах 100 - 125 В (напряженности электрического поля 67 - 83 В/см) и вакуумном разрежении 0,02 - 0,04 МПа.

Увеличение напряжения на электродах более 125 В приводит к увеличению плотности тока и разрушению электродов. Уменьшение напряжения на электродах менее 100 В увеличивает продолжительность обезвоживания лигниновой массы до 50%.

Увеличивается продолжительность обезвоживания лигниновой массы в 2 раза, также происходит и снижение давления механического отжима менее 3 МПа.

Увеличение давления механического отжима более 10 МПа нецелесообразно, так как приводит к повышению эксплуатационных затрат.

Установлено также, что сушка лигниновых плит воздействием электромагнитного поля токов высокой частоты, обеспечивая нагрев и испарение влаги от внутренних слоев к наружным, препятствует пылеобразованию и тем самым способствует снижению взрывоопасности процесса и его вредного воздействия на окружающую среду.

При этом обдувка высушенных лигниновых плит потоком воздуха температурой 200^oC со скоростью потока 0,2 - 1,0 м/с препятствует конденсации испаряющейся влаги и орошение ею высушиваемых плит, что интенсифицирует процесс сушки плит и способствует повышению их механической прочности и транспортабельности.

Снижение скорости потока воздуха менее 0,2 м/с не обеспечивает удаление испаряющейся влаги из зоны сушки, а увеличение скорости потока воздуха более 1,0 м/с технологически нецелесообразно.

Таким образом, предлагаемый способ при промышленном использовании благодаря отличительным признакам, выполненным согласно изобретению, обеспечивает возможность предотвращения пылеобразования при сушке лигниновой массы и, тем самым, способствует повышению безопасности процесса изготовления лигнинобрикетов и снижению вредного воздействия его на окружающую среду.

Формула изобретения

1. Способ брикетирования гидролизного лигнина, включающий распульповывание исходного продукта, нейтрализацию и обогащение лигниновой пульпы, обезвоживание лигниновой пульпы, сушку обезвоженной лигниновой массы и ее последующее брикетирование, отличающийся тем, что обогащенную лигниновую пульпу обезвоживают с получением блоков в виде плит с остаточной влажностью не более 45%, последние затем высушивают воздействием электромагнитного поля токов высокой частоты, дезинтегрируют и подают полученную лигниновую массу на прессование брикетов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обогащенную лигниновую пульпу обезвоживают электромеханической обработкой при одновременном наложении давления отжима влаги 3 - 10 МПа, напряжения на электродах 100 - 125 В и вакуума 0,02 - 0,04 МПа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку лигниновых плит в электромагнитном поле высокой частоты ведут в потоке воздуха температурой не более 200^oС при скорости потока 0,2 - 1,0 м/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1