大型工厂硫酸生产一体化与工厂化学平衡

传统上，NCG被仔细收集并在回收锅炉/动力锅炉/石灰窑或单独的NCG锅炉中焚烧。在许多情况下，烟气中的氧化硫不能回收，从而增加了工厂的排放水平。

与Metsä集团合作，Valmet开发了一种新的解决方案，用于纸浆厂过程中的硫控制。凭借数十年解决工厂化学平衡问题的经验，Valmet的团队设计了一种解决方案，使用NCG作为主要来源来生产硫酸，所产生的酸可用于纸浆厂工艺。该解决方案适用于各种类型的化学纸浆厂。

内部生产的硫酸可以在工厂内的几个位置取代购买的酸。Valmet酸工厂的交付、技术和运营经验表明，该工厂是任何中等规模到大型工厂的必备品。维美德的硫酸工厂技术离实现未来生物炼制概念又近了一步。

该类型的第一家硫酸工厂于2017年启动，并一直在Metsä集团位于芬兰的Äänekoski生物制品工厂持续运行。2020年，维美德与Metsä集团达成了预先协议，为计划中的Kemi生物制品工厂提供类似的解决方案。

发展动力

含硫(S)和钠(Na)为主要元素的活性化学品在化学纸浆厂发挥着至关重要的作用。在任何给定的研磨工艺中，Na/S以不同化学形式的组合存在。纸浆厂的效率是由它通过保持活跃的化学回收过程来生产纸浆的数量来确定的。

作为一种常见的做法，纸浆厂正在净化富硫流，例如回收锅炉灰和中和二氧化氯工厂的废酸。一些纸浆厂在氧脱木质素时使用氧化白液来维持ph值以减少钠的摄入。回收锅炉灰主要含有Na2SO4，这导致在控制s水平时钠也大量流失。由于电潜泵灰中钠的损失，必须向系统中添加无硫钠。因此，通常氢氧化钠添加到过程中，增加了操作成本。

环境和经济的力量一直在减少清灰和淡水的消耗。此外，改进的纸浆清洗减少了纸浆离开洗衣机时化学物质的损失。由于钠被吸附在离开封闭液循环的纤维上，减少洗涤过程中的钠损失更难以实现。虽然这些方法已在一些现代钢厂得到应用，但仍面临控制硫磺的困难。

硫酸盐制浆的发展趋势之一是从该过程中产生有价值的侧流。在许多情况下，这种河流是由硫酸的初级酸化形成的。例如高油生产和木质素提取。这些过程产生的硫增加了磨机回收循环中的硫负荷，因此内部生产的硫酸将关闭磨机的化学平衡，酸可用于灰分浸出、塔尔油生产或二氧化氯生产。

硫酸装置的启动和运行

位于Äänekoski生物产品工厂的第一个瓦尔美硫酸厂由CNCG焚化炉、催化转化器、冷凝塔和亚硫酸氢盐洗涤器(包括产品储罐)组成。该工厂的生产能力约为每天35吨硫酸，它可以生产更多的数量取决于输入的不凝性气体的硫含量。这是世界上第一个在纸浆厂运行的大型硫酸厂。该厂生产高质量的硫酸，可用于工厂的任何部分。

由于SO3和H2SO4的腐蚀性和危险性质，在纸浆厂启动新的硫酸工厂具有挑战性。因此，在工厂的设计阶段，必须充分了解这些化学品的性质和工艺条件。此外，由于其在纸浆厂的多功能作用，该工艺要求与所有其他工厂工艺一致。所生产的酸可用于漂白、二氧化氯生产工厂、塔尔油生产、pH控制和废水处理工厂。内部生产的硫酸降低了外部购买酸的成本，增加了环境优势，并有助于关闭工厂的化学平衡。硫酸厂离实现未来生物炼制的概念又近了一步。

硫酸厂Metsä集团生物产品厂，Äänekoski，芬兰

硫酸装置对轧机化学平衡的影响

在旧的和新的纸浆厂，钠损失高于输入纸浆厂化学回收循环。需要额外的钠来弥补损失，在大多数情况下，氢氧化钠被用作弥补。对于硫磺，情况正好相反，即输入硫高于输出硫，由于这个原因，通过清洗回收锅炉的ESP灰，将多余的硫从回收过程中去除，这一行为增加了环境负荷。ESP灰主要含有Na2SO4。因此，除硫的同时也除Na。每千克S/ADt剩余就需要1.4千克Na/ ADt(= 2.5千克NaOH/ ADt)，在大多数情况下，NaOH是昂贵的补剂。为了避免硫净化造成的钠损失，用内源(如NCG)生产硫酸，并在纸浆厂代替外购酸使用确实是有益的。

节省的成本来自于降低的氢氧化钠成本、外部采购的酸成本、环境效益以及离实现关闭纸浆厂化学循环又近了一步。

结论

从纸浆厂的不凝性气体生产硫酸，使生物制品厂几乎成为自给自足的硫酸使用。硫酸装置带来了显著的环境优势，其中之一是减少了工厂污水处理厂的硫酸盐铅量，并大幅度降低了附近水道的硫酸盐负荷。CNCG焚烧厂可作为备用锅炉，通过焚烧CNCG、高脂沥青和/或液态甲醇生产工艺蒸汽。该创新装置可根据需要同时生产硫酸和亚硫酸氢盐。

作者:Tero Juutilainen, Pilvi Uurinmäki, Asta Humalajoki, Guilhermo Magalhaes和Thomas Timmer

本文是一篇论文的摘要，这篇论文将在国际化学品回收大会将于2021年在巴西举行．演讲内容将包括NCG焚烧硫酸生产、环境优势、财务收益、运营经验、与硫酸厂关闭化学平衡的策略以及化学平衡管理的进一步改进。