活性炭在制浆白液氧化中的应用

发布时间:2021/9/15 9:01:50 浏览次数:75
文章来源:嵩山科技网络部 作者:嵩山科技小编

把牛皮纸浆蒸煮液白液中的硫化钠氧化成多硫化合物的白液氧化工艺中,使用活性炭作为催化剂,日本的7座工厂已对这种白液氧化工艺进行了工业性应用,获得了很好的应用效果。

多硫化合物是在白液中氧化羰基的有代表性的化合物之一,在白液中以多硫化钠(Na2SX,x=2~5)的形态存在。

白液氧化工艺是把白液中的硫化钠氧化生成多硫化合物的工艺,其工艺流程如图7-3所示。白液在过滤器中除去所含有的以碳酸钙为主要成分的SS(悬浊固体物质)以后,进入反应器,用活性炭作催化剂(以下简称催化剂),经过空气氧化,生成多硫化合物。反应以后,在反应器下部进行气液分离,多硫化合物蒸煮液经缓冲槽供给蒸煮工艺。另一方面,空气在除雾器中除去碱雾以后,排入大气中。含有多硫化合物的蒸煮液呈赤橙色,因此也叫做橙液。

图7-3 白液氧化工艺流程

硫化钠的氧化反应为伴有电子得失的逐级反应:

Na2S→Na2SX→Na2S2O3            (7-11)

(a)4Na2S+O2+2H2O→2Na2S2+4NaOH         (7-12)

(b)2Na2S2+3O2→2Na2S2O3           (7-13)

以上反应中,有催化剂存在时,式(7-12)的反应是主反应;无催化剂存在时,式(7-13)的反应为主反应,不生成多硫化合物。其反应原理可用气(空气)、液(白液)、固(催化剂)的反应模型表示,如图7-4所示。

图7-4 白液氧化的反应模型

多硫化合物(Na2SX)以氧化反应中间产物的形态获得。当被进一步氧化时,生成的多硫化合物变成硫代硫酸钠。氧化时,在较高氧分压条件下,按式(7-13)的反应,Na2S2的浓度下降。因此,氧化反应采用空气作为氧化剂,在常压下以气液并流的方式进行。

图7-5所示的是硫化钠的氧化率与各成分浓度之间的关系。为了抑制硫代硫酸钠的生成,进而提高蒸煮中有效多硫化合物的浓度,必 须把硫化钠的氧化率控制在50%~70%之间。氧化率作为液体的空间速度(LHSV)、气液比(G/L)以及反应温度(T)的函数,可以用下式表示:

氧化率=k(LHSV)-0.5(G/L)0.4(T)1.5       (7-14)

在实际操作中,液体的空间速度与反应温度是由工艺条件决定的。因此,可以通过调节G/L来进行对氧化率的控制。图7-6表示LHSV与G/L对氧化率的影响,图7-6中G/L的单位为空气(m3)/白液(m3)。由图7-6可见,在LHSV相同时,氧化率随着G/L的增加而上升。

          

在白液的氧化反应中,催化活性受到活性炭的比表面积、比孔容积、孔径分布等因素的影响。在硫化钠氧化反应中,催化剂活性起着至关重要的作用。该活性炭不受活性炭本身所具有的2nm附近的孔隙所支配,而与对反应成分扩散影响变小的10nm以上的比较大的孔隙有密切关系。活性炭孔径10nm以上的孔容积与反应性能之间的关系如图7-7所示。

经氧化处理后,过滤器中催化剂的表面上会有固体悬浊物质(SS)附着,白液的氧化率便随着运转时间的增加而逐渐下降。因此,需要对活性炭催化剂进行再生。为了将氧化率保持在50%~70%范围内,增加空气量以提高G/L时,空气鼓风机的出口压力上升,当出口压力达到允许值的上限时,用酸溶解附着在催化剂表面上的固体悬浊物质,进行催化剂的再生。图7-8表示随着运转时间的增加,氧化率与G/L之间的关系。

使用活性炭作为催化剂应注意以下问题。

(1)反应器的孔蚀 干燥的活性炭或者处于水中的活性炭没有腐蚀性。但当活性炭与氧气及水共同存在时,则就具有腐蚀性。特别是对没有保护膜的软钢,容易通过电化学腐蚀而产生孔蚀。据报道,其腐蚀速度可达到6.35mm/a。反应器中有些与空气、白液及活性炭接触的部分,处于容易发生孔蚀的状态。

 


因此,反应器的材质应该使用特殊的耐腐蚀性材料。 

  1. 催化剂的强度  随着运转时间的延长,当催化剂的压溃强度下降至其初始数值的50%~70%时,催化剂开始粉化,催化剂层的压力损失增加,运转变得困难。因此,催化剂应在开始粉化以前进行更换,其间隔期通常为3~4年。运转时间与催化剂压溃强度之间的关系如图7-9所示。

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