Разрабатываемые технологии

В настоящее время разрабатываются новые перспективные технологии, связанные с созданием улучшенных природоохранных технологий для производства высококачественной целлюлозно-бумажной продукции, которые приводят к снижению выбросов и экономии энергии.

Газификация черного щелока. Газификация является многообещающей технологией, удобной для использования на целлюлозных заводах, и направленной на образование избытка электроэнергии. Производство горючего газа из различного топлива (уголь, отходы древесные, черный щелок) возможно с помощью различных вариантов газификации. Принцип газификации черного щелока заключается в пиролизе концентрированного черного щелока с образованием неорганической и газовой фаз посредством взаимодействия щелока с кислородом (воздухом) при высоких температурах. Было предложено несколько вариантов процесса газификации черного щелока. Концептуально они делятся на два вида. Первый – газификация при относительно низких температурах. При этом газификатор работает при температуре ниже точки плавления неорганических солей (700-750°С). Псевдоожиженные слои годятся для процесса низкотемпературной газификации и применяются во всех низкотемпературных процессах, находящихся в стадии разработки. Второй вид процессов газификации – это процессы, которые реализуются при температурах выше точки плавления, и в которых используется вода для охлаждения и растворения расплавленных солей натрия. Ниже описан один пример процесса такой газификации (процесс Сhemrec).

Черный щелок после выпарной установки нагревается до 130-135 °С при использовании непрямого нагрева. Сухость упаренного черного щелока составляет примерно 65 %. Нагретый щелок далее поступает в первую часть процесса Сhemrec, которая осуществляется в газификаторе.

Черный щелок поступает в газификатор (рис.48), где распыляется воздухом под высоким давлением (12 бар), и впрыскивается в верхнюю часть реактора. Основная часть воздуха необходимого для процесса, предварительно нагретая с 80 до 500°С и подается самостоятельно под давлением в 0, 5 бар. В свободном объеме камеры температура примерно 950 °С, и распыленный черный щелок образует маленькие капли, которые частично сгорают. Неорганические соединения черного щелока превращаются в мельчайшие капли расплавленного карбоната натрия, и этот туман падает в нижнюю часть реактора, где расположен гаситель-холодильник, являющийся частью реактора. Органические соединения превращаются в горючий газ, содержащий оксид углерода, метан и водород.

Расплавленные капельки и горючий газ разделяются, когда они одновременно приводятся в непосредственный контакт с охлаждающей жидкостью в гасителе-холодильнике, в котором температура быстро снижается до 95°С. Расплавленные капли растворяются, превращаясь в слабый раствор зеленого щелока, который откачивается в бак под регенерационным котлом. Некоторое количество зеленого щелока рециркулирует, будучи подаваема опять в гаситель. До насоса установлена сетка для улавливания небольших частиц и нерастворенных расплавленных капель.

Расплавленные капельки и горючий газ разделяются, когда они одновременно приводятся в непосредственный контакт с охлаждающей жидкостью в гасителе-холодильнике, в котором температура быстро снижается до 95 °С. Расплавленные капли растворяются, превращаясь в слабый раствор зеленого щелока, который откачивается в бак, расположенный под содорегенерационным котлом. Некоторое количество зеленого щелока рециркулирует, т.е. подаётся обратно в гаситель. До насоса установлена сетка для улавливания небольших частиц и нерастворенных расплавленных капель.

Рис.48. Процесс Сhemrec с газификатором и теплогасителем-растворителем для получения зеленого щелока и со скруббером, орошаемым слабым щелоком для очистки газа от сероводорода.

Одна из наиболее интересных возможностей, связанных с процессом газификации черного щелока, представляет собой работу газовой турбины в сочетании с паровой турбиной в объеденном цикле, как показано на рис.49. Трудность, которую следует преодолеть, заключается, прежде всего, в чистоте газа, необходимой для предотвращения повреждений в газовой турбине.

Первая демонстрационная установка газификации черного щелока с использованием принципа Сhemrec была введена в эксплуатацию на заводе Frovifors в Швеции в 1991 году. Показательный, работающий под давлением газификатор подобного типа также эксплуатировался в Стокгольме. Данный тип процесса уже используется в промышленном масштабе в США с 1997 года.

Рис.49. Объединенный цикл для производства энергии посредством газовой турбины и паровой турбиной противодавления с хвостовой конденсационной турбиной

1 – перегретый пар; 2 – регулируемый отбор пара; 3 – пар противодавления; 4 – паровой котел; 5 – турбина противодавления с регулируемым отбором пара; 6 – хвостовая конденсационная турбина; 7 – генератор; 8 – процессы, потребляющие пар; 9 – конденсатор; 10 – охлаждающая вода; 11 – возвращенный конденсат; 12 – горючие газы; 13 – питательная вода, 14 – генерированный газ; 15 – воздух; 16 – газовая турбина; 17 – компрессор.

Возможные преимущества газификаторов черного щелока:

• Повышение производства энергии посредством использования

объединенного цикла (газовая турбина плюс паровая турбина). Теоретические расчеты баланса показывают, что утилизация черного щелока на основе этой технологии может привести к повышению энергетической эффективности, рассчитанной, исходя из теплотворной способности черного щелока, примерно на 30%. Это можно сравнить с повышением на 12-13 % эффективности обычного содорегенерационного котла. Однако, в то же время, общая эффективность (электроэнергия + пар) снизится примерно на 5 % до показателя около 75%. Таким образом, производство технологического пара снижается. В ситуации, когда имеется избыток пара, данный вариант является интересным при необходимости повышенного производства электроэнергии, например, для использования вне предприятия.

• Низкие выбросы в атмосферу.