Технология щелочной варки целлюлозы с применением синтезированных антрахинонсодержащих катализаторов - Автореферат

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наукШироко распространенный сульфатный способ производства целлюлозы обладает не только достоинствами (способность перерабатывать любое растительное сырье, в том числе и сельскохозяйственные отходы, совершенная система регенерации химикатов, высокая механическая прочность целлюлозы и некоторые другие), но и имеет ряд существенных недостатков, в частности, низкий выход и темный цвет целлюлозы, повышенные расходы химикатов на отбелку, загрязнение окружающей среды соединениями серы. Применение технологии щелочной варки целлюлозы с использованием в качестве катализатора делигнификации древесины антрахинона в значительной мере нивелирует эти недостатки. Тема диссертации направлена на решение важной научно-технической проблемы квалифицированной переработки растительного сырья в целлюлозно-бумажной промышленности за счет применения наукоемких технологических решений по синтезу высокоэффективных антрахинонсодержащих катализаторов (АХК) делигнификации растительного сырья из отходов коксохимического производства переработки каменного угля, а также активации промышленных образцов антрахинона и разработки технологии варки целлюлозы с их использованием. Для достижения цели решались следующие задачи: - разработка и научное обоснование способов окисления антраценсодержащих отходов коксохимического производства для получения антрахинонсодержащих продуктов с целью их использования в качестве катализаторов делигнификации растительного сырья; установлено, что разработанные способы повышения каталитической активности технических антрахинонов придают им новые свойства и открывают возможности для получения дополнительных эффектов при щелочных способах делигнификации растительного сырья (сокращение продолжительности варки, увеличение выхода технической целлюлозы, уменьшение продолжительности размола при сохранении показателей механической прочности).Сделан анализ перспективных направлений для повышения эффективности применения катализатора щелочной делигнификации в отечественной промышленности включающий: обоснование сырьевой базы и получение недорогих антрахинонсодержащих продуктов из отходов коксохимического производства при переработке каменного угля; определение критериев каталитической активности и вариантов ее повышения для технических антрахинонов. В качестве сырья использовали антраценовую фракцию Нижне-Тагильского металлургического комбината (основные компоненты: антрацен 5,3, фенантрен 14,8, карбазол 2,5 %) и «сырой» антрацен Челябинского металлургического завода (основные компоненты: антрацен 36,8, фенантрен 14,1, карбазол 22,9 %), а также обогащенный антрацен с содержанием основного вещества 93,0 %. Для определения окислительной способности антрахинона в гомогенной среде использовали реакцию восстановления антрахинона дитионитом натрия в водно-щелочной среде, моделирующую начальные условия варки. Поскольку реакция восстановления антрахинона протекает на границе раздела фаз, при расчете энергии активации учитывалась удельная поверхность его частиц. Варки проводили при следующих условиях: расход щелочи 18 %, расход АХК-90 0,05…0,1 % от массы а. с. древесины, сульфидность 30 %, гидромодуль 6 : 1, подъем температуры до 170 °С - 90 мин, продолжительность варки при 170 °С - 210 мин.Показана целесообразность использования спектрофотометрического метода для оценки каталитической активности технического антрахинона с учетом механизма его действия в условиях гомогенно-гетерогенного катализа. Разработаны способы повышения каталитической активности технических антрахинонов с помощью УЗ обработки и механического размола в среде «белого» или «черного» щелока, обеспечивающие улучшение седиментационных и реологических характеристик дисперсий, а также способы подготовки, хранения и подачи катализатора в варочную систему апробированные в промышленных условиях. Установлено, что применение АХК и активированных в УЗ поле технических антрахинонов при щелочных варках древесины и недревесного растительного сырья, в зависимости от выбранных условий, увеличивает выход целлюлозы на 1,2…4,5 %, повышает прочностные характеристики технической целлюлозы, снижает расход катализатора в два раза, химикатов на варку в 1,2…1,3 раза, позволяет уменьшить сульфидность варочного раствора и перейти на натронный способ. Внедрение разработанных технологий обеспечит ресурсо-, энергосберегающий и экологически надежный способ производства целлюлозы и будет способствовать импортозамещению катализаторов делигнификации на основе антрахинона. При переходе на сульфатно-антрахинонный способ с пониженной сульфидностью (на 10 %) платежи за выброс серосодержащих соединений в атмосферу сокращаются на 10 млн. рублей в год, а предотвращенный экологический ущерб на - 150 млн. рублей в год.

2. Краткое содержание работы