Реологические свойства и объемная изотермическая расширяемость бамбукового крафтового черного щелока с высоким содержанием сухих веществ и низким содержанием лигнина

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2400 (2023) Цитировать эту статью

442 доступа

Подробности о метриках

В этом исследовании определенный процент лигнина в исходном бамбуковом крафт-черном щелоке (БКБЛ) был отделен, и ожидалось, что остаточный БКБЛ с низким содержанием лигнина будет подаваться в котел-утилизатор щелочи, чтобы снизить нагрузку по теплопередаче котла-утилизатора щелочи. . С уменьшением содержания лигнина изменяются реологические свойства/объемная изотермическая расширяемость (ИВЭ) БКБЛ. Когда содержание лигнина составляло 70%, остающееся в исходном БКБЛ, вязкость БКБЛ с низким содержанием лигнина близка к вязкости пассивированного БКБЛ при том же содержании твердых веществ, динамическая вязкоупругость выше, а VIE снижается на 57,2%. При содержании десиликатора 1,5 % вязкость БКБЛ с низким содержанием лигнина изменилась незначительно, а ВИЭ резко возросла и оказалась на 62,7 % выше, чем у пассивированного БКБЛ. Таким образом, сочетание процесса частичного отделения лигнина и процесса десиликата алюмината натрия может эффективно улучшить способность котла-утилизатора щелочи справляться с BKBL и уменьшить влияние «кремниевого вмешательства».

Текущая ситуация в китайской целлюлозно-бумажной промышленности является сложной, поскольку выбросы углекислого газа превышают целевой показатель, что затрудняет достижение цели достижения пика углерода и чистого нулевого уровня выбросов углерода1,2,3. Следовательно, крайне важно реализовать «интеграцию леса и целлюлозы». Однако «кремниевое вмешательство» в производство недревесной целлюлозы и противоречие между увеличением спроса на целлюлозу и недостаточной производительностью существующей системы регенерации щелочи ограничивают развитие интеграции целлюлозно-бумажной промышленности. Улучшение мощности производства целлюлозы является ключом к расширению возможностей очистки системы восстановления щелочи и снижению воздействия «кремниевых помех»4,5,6,7,8. Строительство новой системы регенерации щелочи является наиболее прямым и эффективным методом, но оно неизбежно приведет к увеличению производственных затрат на целлюлозном заводе. Если черный щелок с новой линии по производству целлюлозы будет использовать исходную систему восстановления щелочи с черным щелоком с существующих производственных линий, расширение мощностей по производству целлюлозы может стать реальностью. В бамбуковом материале содержится около 25% лигнина, который попадает в бамбуковый крафтовый черный щелок (BKBL) во время приготовления. В частности, лигнин (0,5 тонны) будет поступать в БКБЛ при производстве 1 тонны бамбуковой целлюлозы. Лигнин — это высококачественное возобновляемое сырье, которое можно использовать в качестве заменителя многих продуктов переработки нефти. Поэтому полезно отделять определенный процент лигнина от БКБЛ как побочного продукта9,10,11,12,13,14. Доход от реализации лигнина приносит целлюлозному заводу дополнительную экономическую выгоду, которую можно использовать для покрытия первоначальных инвестиций в строительство установки разделения лигнина. В то же время остаточный черный щелок все еще можно перекачивать в систему регенерации щелочи. Это может снизить теплообменную нагрузку котла-утилизатора щелочи и улучшить производительность очистки черного щелока15,16,17,18. Кроме того, он оказывает определенный эффект десиликации при отделении лигнина из-за адсорбции кремния лигнином, что помогает преодолеть «кремниевую интерференцию»19,20.

Проблема «кремниевого вмешательства» при производстве недревесной целлюлозы очень серьезна, и извлечение некоторого количества лигнина не может полностью ее решить. Учитывая сложившуюся ситуацию, наша исследовательская группа предложила процесс «десиликатизации зеленого щелока сжиганием БКБЛ». Десиликатор добавляется перед тем, как BKBL попадает в котел-утилизатор, и на стадии сгорания образуется вещество, нерастворимое в зеленом щелоке, нерастворимое в кремнии (GLSI). Цель обессиливания зеленого щелока может быть достигнута путем фильтрации вещества GLSI, а белый шлам с низким содержанием кремния может быть переработан. Система циркуляции рекуперации щелочи может образовывать замкнутый контур. Следовательно, необходимо также учитывать влияние десиликатора на реологические и изотермические свойства расширения БКБЛ. Экстрагированный лигнин полезен для потока и может ухудшить характеристики изотермического расширения (VIE) черного щелока21,22,23,24. Следовательно, доля экстрагированного лигнина очень важна и необходима для достижения баланса между реологическими свойствами и свойствами изотермического расширения. Необходимо предоставить конкретные экспериментальные данные, чтобы подтвердить, может ли он заменить секцию высокотемпературной пассивации или сократить время пассивационной обработки на основе снижения степени вязкости, а также можно ли допустить неблагоприятное воздействие на характеристики расширения в реальном производственном процессе.