ИТС 1-2015. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона

(утв. Приказом Росстандарта от 15.12.2015 № 1571)

ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ АКТОВ

flowchart LR
  n0["ИТС 1-2015"]:::rst
  click n0 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-its-1-2015" "ИТС 1-2015. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона (утв. Приказом Росстандарта от 15.12.2"
  n1["ИТС 1-2022"]:::rst
  click n1 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-its-1-2022" "ИТС 1-2022. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Целлюлозно-бумажное производство (утв. Приказом Росстандарта от 27.12.2022 N 3282)"
  n2["ИТС 1-2023"]:::doc
  click n2 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-its-1-2023" "ИТС 1-2023. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Целлюлозно-бумажное производство (утв. Приказом Росстандарта от 26.12.2023 N 2795)"
  n0 --> n1
  n1 --> n2
classDef rst fill:#FFEBEB,stroke:#8B0000,color:#000;
classDef doc fill:#EBFFEB,stroke:#006400,color:#000;
classDef notEnt fill:#FFFFEB,stroke:#FF8C00,color:#000;

Утвержден Приказом Росстандарта от 15 декабря 2015 г. № 1571

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ПРОИЗВОДСТВО ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ, БУМАГИ, КАРТОНА

Manufacture of pulp, paper and board

ИТС 1-2015

Дата введения 1 июля 2016 года

Введение

Настоящий справочник НДТ является документом по стандартизации, разработанным в результате анализа технологических, технических и управленческих решений, применяемых при производстве целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона.

Краткое содержание справочника

Введение. Представлено краткое содержание справочника НДТ.

Предисловие. Указана цель разработки справочника НДТ, его статус, законодательный контекст, краткое описание процедуры создания в соответствии с установленным порядком, а также взаимосвязь с аналогичными международными документами.

Область применения. Описаны основные виды деятельности, на которые распространяется действие справочника НДТ.

В разделе 1 представлена информация о состоянии и уровне развития в Российской Федерации производства целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона, а также приведен краткий обзор экологических аспектов.

В разделе 2 представлены сведения о технологических процессах, применяемых в ЦБП на отдельных технологических участках, содержащие:

• краткое описание работы основного и вспомогательного оборудования;
• информацию о расходе сырья и химикатов;
• вопросы энерго- и водопотребления, водоотведения;
• количественный и качественный состав сбросов и выбросов загрязняющих веществ;
• методы очистки сточных и оборотных вод и газовых выбросов;
• образование эмиссий, отходов и пути их утилизации.

В разделе 3 дана оценка потребления энергоресурсов и уровней эмиссий в окружающую среду, характерных для производства целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона в Российской Федерации.

Раздел подготовлен на основе данных, представленных предприятиями Российской Федерации в рамках разработки справочника НДТ, а также различных литературных источников.

В разделе 4 описаны особенности подходов, примененных при разработке данного справочника НДТ и в целом соответствующих Правилам определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям (постановление Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 года № 1458) и Методическим рекомендациям по определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии (приказ Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 31 марта 2015 года № 665).

В разделе 5 приведено краткое описание НДТ для производства целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона, включая:

• системы экологического и энергетического менеджмента, контроля и мониторинга технологических процессов;
• технические и технологические решения для повышения энергоэффективности, ресурсосбережения, снижения эмиссий загрязняющих веществ, методы обращения с отходами и побочными продуктами производства.

В разделе 6 приведены доступные сведения об экономических аспектах реализации НДТ на предприятиях Российской Федерации.

В разделе 7 приведены сведения о новых технологических и технических решениях (не применяемых в России на момент подготовки справочника), направленных на повышение энергоэффективности, ресурсосбережения, снижение эмиссий загрязняющих веществ, эффективное обращение с отходами, промежуточными и побочными продуктами.

Заключительные положения и рекомендации. Приведены сведения о членах технической рабочей группы, принимавших участие в разработке справочника НДТ. Рекомендации предприятиям по дальнейшим исследованиям экологических аспектов их деятельности.

Библиография. Приведен перечень источников информации, использованных при разработке справочника НДТ.

Термины, определения и сокращения, используемые в настоящем справочнике НДТ, составлены в соответствии с [1], [2] и приведены в приложении А.

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки справочника НДТ установлены порядком определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям (постановление Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 1458).

1 Статус документа

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям «Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона» (далее — справочник НДТ) является документом по стандартизации.

2 Информация о разработчиках

Справочник НДТ разработан технической рабочей группой № 1 (ТРГ-1) «Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона», состав которой утвержден приказом Росстандарта от 17 июля 2015 г. № 827 «О технической рабочей группе „Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона“.»

Перечень организаций и их представителей, принимавших участие в разработке справочника НДТ, приведен в разделе «Заключительные положения и рекомендации».

Справочник НДТ представлен на утверждение Бюро наилучших доступных технологий (далее — Бюро НДТ) (www.burondt.ru).

3 Краткая характеристика

Справочник НДТ содержит описание применяемых при производстве целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, в том числе позволяющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, водопотребление, повысить экономичность, конкурентоспособность, энергоэффективность, ресурсосбережение. Из описанных технологических процессов, оборудования, технических способов, методов определены решения, являющиеся наилучшими доступными технологиями (НДТ). Для НДТ в справочнике установлены соответствующие технологические показатели.

4 Взаимосвязь с международными, региональными аналогами

Справочник НДТ разработан с учетом справочника Европейского союза по НДТ «Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона» (European Commission. Best Available Techniques (BAT), Reference Document for the Production of Pulp, Paper and Board, 2015) [3] и особенностей производства целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона в Российской Федерации.

5 Сбор данных

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах, методах, применяемых при производстве целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона в Российской Федерации, была собрана в процессе разработки справочника НДТ в соответствии с Порядком сбора данных, необходимых для разработки справочника НДТ и анализа приоритетных проблем отрасли, утвержденным приказом Росстандарта от 23 июля 2015 г. № 863.

6 Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ, разрабатываемыми в соответствии с распоряжением Правительства от 31 октября 2014 г. № 2178-р, приведена в разделе «Область применения».

7 Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

Справочник НДТ утвержден приказом Росстандарта от 15 декабря 2015 г. № 1571.

Справочник НДТ введен в действие с 1 июля 2016 г., официально опубликован в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru).

Область применения

Настоящий справочник НДТ распространяется на следующие основные виды деятельности:

• древесно-подготовительное производство (ДПП);
• производство сульфатной целлюлозы (СФА);
• производство сульфитной целлюлозы (СФИ);
• производство механических видов древесной массы:
• дефибрерная древесная масса (ДДМ);
• термомеханическая масса (ТММ);
• химико-механическая масса (ХММ);
• химико-термомеханическая масса (ХТММ);
• производство бумаги, в том числе с использованием регенерированного волокна из макулатуры;
• производство картона, в том числе с использованием регенерированного волокна из макулатуры.

Справочник НДТ также распространяется на процессы, связанные с основными видами деятельности, которые могут оказать влияние на объемы эмиссий или масштабы загрязнения окружающей среды:

• подготовка сырья;
• хранение и подготовка топлива (черный щелок, коро-древесные отходы);
• производственные процессы вспомогательных производств (приготовление химикатов для отбелки, регенерация известкового шлама, очистка сточных вод).

Справочник НДТ не распространяется на:

• производство упаковки из бумаги и картона;
• процессы лесозаготовительных работ.

Дополнительные виды деятельности при производстве целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона и соответствующие им справочники НДТ (по распоряжению Правительства Российской Федерации от 31 октября 2014 г. № 2178-р) приведены в таблице 1 (при условии, что установленная мощность котельных установок относится к предприятиям 1-й категории).

Таблица 1

Дополнительные виды деятельности

Область применения настоящего справочника НДТ по кодам ОКПД и видам деятельности ОКВЭД представлена в таблице 2.

Таблица 2

Область применения настоящего справочника НДТ

Раздел 1. Общая информация о российской целлюлозно-бумажной промышленности

1.1. Анализ хозяйственной деятельности

1.1.1. Положение отрасли в мировом производстве продукции целлюлозно-бумажной промышленности

Располагая огромной лесосырьевой базой (около четверти мировых запасов древесины), российский лесопромышленный комплекс и ЦБП занимают незначительное место в экономике страны: 0,8% — в ВВП, 3% — в объеме промышленной продукции и 2,5% — в объеме экспорта. Если в 1992 году Россия занимала 10-е место в мире по выпуску бумаги и картона, то в 2014 году — уже 14-е место, пропустив вперед такие страны, как Южная Корея, Бразилия, Индия и Индонезия. За указанный период объемы производства в данных странах выросли в 2, 2, 3 и 5 раз соответственно. За это же время Китай (1-е место) увеличил объемы выпуска бумаги и картона в 4,8 раза (см. рисунок 1.1). Рост производства бумаги и картона в России за четверть века составил 25%, удельный вес российской продукции в мировом объеме производства бумаги и картона снизился с 2,3% до 1,9%.

Рисунок 1.1 — Производство бумаги и картона ведущими странами в 2014 году, млн т (по данным РАО «Бумпром»)

1.1.2. Основные экономические показатели отраслей лесопромышленного комплекса

Несмотря на постоянно растущую конкуренцию на мировых рынках лесных товаров, ЦБП по-прежнему является наиболее эффективной основой устойчивого развития всего российского лесопромышленного комплекса.

Народнохозяйственный эффект от работы ЦБП в экономике России превышает внутриотраслевую прибыль более чем в 3 раза, поскольку продукция ЦБП находит самое широкое применение во многих отраслях народного хозяйства — строительстве, пищевой, легкой, химической, текстильной, мебельной промышленности, производстве упаковки для различных потребительских товаров и бытовой техники, создавая добавочную стоимость по всему ассортименту продукции, выпускаемой смежными производствами (см. таблицу 1.1). Поэтому оценка удельного веса ЦБП в объеме валового внутреннего продукта России, исходя только из производственных показателей отрасли, является значительно заниженной.

Таблица 1.1

Основные экономические показатели отраслей лесопромышленного комплекса в 2013 — 2014 годах (источник: данные Росстата, обработка РАО «Бумпром»)

1.1.3. Основные промышленные технологические процессы в целлюлозно-бумажной промышленности

В России производство бумаги и картона основано на использовании волокнистых полуфабрикатов, получаемых химическими, механическими, термомеханическими и химико-термомеханическими методами переработки растительных полимеров (древесина, камыш, злаковая и рисовая солома и др.).

Различают сульфатный, сульфитный, нейтрально-сульфитный способы производства целлюлозы, а также механический, термомеханический, химико-термомеханический способы получения древесной массы. Кроме того, в процессе подготовки бумажной массы в композиции с первичным волокном активно используется регенерированное волокно, получаемое при переработке макулатуры.

Характерной особенностью отрасли является применение технологии регенерации химикатов, которая позволяет предотвращать загрязнение окружающей среды щелоками, образующимися в процессе варки целлюлозы. Использование щелоков в качестве дополнительного источника энергии с применением современных технологий позволяет резко повысить эффективность сульфатного процесса.

1.1.4. Выпускаемая продукция

Целлюлозно-бумажные предприятия производят продукцию с высокой добавленной стоимостью, спрос на которую в России неуклонно растет на протяжении последних 18 лет. Значительно изменилась структура отечественного потребления бумаги и картона сократились объемы реализации на внутреннем рынке газетной бумаги, технических и специальных бумаг. Более чем в два раза вырос спрос на тароупаковочную, санитарно-гигиеническую и хозяйственно-бытовую продукцию, появились и сразу же стали востребованными мелованные и ламинированные бумаги, высококачественные офисные бумаги, значительно расширился ассортимент бумажно-беловых изделий.

В таблице 1.2 приведен основной ассортимент продукции целлюлозно-бумажных предприятий России.

Таблица 1.2

Основной ассортимент продукции целлюлозно-бумажных предприятий России (тыс. т) (Источник — данные Росстата)

Потребление бумаги и картона в России в 1992 — 2013 годы, тыс. т приведено на рисунке 1.2.

	Газетная бумага		Продукция санитарно-гигиенического и хоз.-бытового назначения (тисью)
	Мелованная бумага
	Тароупаковочные виды бумаги и картона		другие виды бумаги и картона

Рисунок 1.2 — Потребление бумаги и картона в России в 1992 — 2013 годы, тыс. т (Источник: данные Росстата, FAOSTAT DataBase, обработка РАО «Бумпром»)

Несмотря на свой огромный потенциал, отечественный лесопромышленный комплекс не входит в число приоритетных отраслей экономики. В России ощущается острая нехватка мощностей по производству потребительских товаров из бумаги и картона, а возросший спрос на них удовлетворяется в основном за счет импорта.

1.1.5. Производство и потребление бумаги и картона в России

Баланс потребления бумаги и картона, сальдо внешнеэкономической деятельности по продукции ЦБП в 2006 — 2014 годах приведен на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 — Баланс потребления бумаги и картона, сальдо внешнеэкономической деятельности по продукции ЦБП в 2006 — 2014 годах (Источник: ФТС, Росстат, обработка РАО «Бумпром»)

За последние 10 лет существенных изменений в объемах производства и экспорта российской продукции ЦБП не наблюдалось. Практически весь рост внутреннего потребления бумаги и картона произошел за счет роста импорта, в основном продукции высоких ценовых категорий, не производимой в России или выпускаемой в недостаточных объемах.

Существующий дисбаланс между растущим внутренним спросом российского рынка и отставанием по объемам и ассортименту производимой российскими предприятиями бумажно-картонной продукции привел к значительному увеличению объемов импорта на протяжении последних двадцати лет. В 2006 году сальдо внешней торговли целлюлозно-бумажными товарами ЦБП стало отрицательным и продолжает стремительно расти, превысив в 2014 году значение в 2,2 млрд долларов США.

1.1.6. Структура экспорта и импорта целлюлозно-бумажной продукции

Структура экспорта и импорта приведена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 — Чистый экспорт целлюлозно-бумажной продукции в 2014 году, млн долларов США (Источник: данные ФТС, обработка РАО «Бумпром»)

Главным объектом экспорта являются товары низких ценовых категорий: волокнистые полуфабрикаты, газетная бумага, крафт-бумага и крафт-лайнер. Импортируются в основном бумага и картон с мелованием, покрытием и пропиткой, санитарно-гигиенические изделия, обои, высококачественная потребительская упаковка.

Необходимость развития ЦБП России, внедрение НДТ и биотехнологий определяется большим потенциалом роста отечественного среднедушевого потребления бумаги и картона.

1.1.7. Среднедушевое потребление бумаги и картона в России

Среднедушевое потребление бумаги и картона приведено на рисунке 1.5.

Среднедушевое потребление бумаги и картона в мире, кг/чел.

Рисунок 1.5 — Среднедушевое потребление бумаги и картона в мире, кг/чел. (Источник: данные ФТС, обработка РАО «Бумпром»)

На данном графике можно выделить три группы стран. Первая группа — со среднедушевым потреблением 150 — 250 кг/чел — включает страны с развитой экономикой (США, Канаду, страны Евросоюза, Японию и Южную Корею). Для них характерно снижение объемов потребления на протяжении последних лет (за исключением Южной Кореи). Вторая группа стран — потребление на уровне 45 — 55 кг/чел. (включает и Россию), третья — Индия и страны Африки — на уровне 10 — 15 кг/чел. И эти страны располагают максимальным потенциалом для дальнейшего роста.

Таблица 1.3

Объемы и индексы среднедушевого потребления бумаги и картона в мире в 2000 — 2013 гг. (Источник — данные ФАО ООН, обработка РАО «Бумпром»)

В настоящее время среднедушевое потребление бумаги и картона в России отстает от среднемирового уровня примерно на 8 кг/чел. Для обеспечения растущего спроса отечественного рынка до указанного уровня необходимо нарастить внутреннее потребление на 1,12 млн т бумаги и картона. Увеличение объемов внутреннего производства востребованных российским потребителем видов бумажно-картонной продукции может стать логичным направлением реализации программы импортозамещения в Российской Федерации.

1.2. Характеристика российских предприятий целлюлозно-бумажной промышленности

1.2.1. Техническое и технологическое состояние российских целлюлозно-бумажных предприятий

Для российской ЦБП характерна значительная неоднородность. Из 212 предприятий, производящих целлюлозно-бумажную продукцию, всего 17 предприятий высокой единичной мощности (более 100 тыс. т товарной продукции в год) выпускают 79,9% от общего объема. Средние предприятия (14 единиц, годовая мощность 50 — 100 тыс. т) производят 9,5% продукции. Оставшиеся 10,6% выпускаемых бумаги, картона и изделий из них приходятся на долю 181 предприятия.

Это говорит о систематическом многолетнем недостатке инвестиций в развитие отрасли. Из-за нехватки средств большинство предприятий не способны ликвидировать техническую и технологическую отсталость, складывавшуюся на протяжении многих десятилетий.

Введенные в эксплуатацию в первой половине прошлого века предприятия ЦБП располагают устаревшим низкопроизводительным оборудованием с высокими затратами энергии, сырья, трудовых ресурсов. Средний возраст бумаго- и картоноделательных машин, установленных на российских комбинатах и фабриках, составляет 40 лет при средней единичной годовой мощности 65 тыс. т продукции (см. рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 — Средний возраст и средняя единичная мощность БДМ и КДМ по странам и регионам (по данным РАО «Бумпром»)

Более 60% бумагоделательных и картоноделательных машин в российской ЦБП вступили в действие в период индустриализации (1920 — 1930-е годы) прошлого века. Их отличает малая обрезная ширина (до 2,5 м), низкие скорости, высокие удельные расходы энергии, сырья, химикатов.

Около 30% БДМ и КДМ были смонтированы и введены в послевоенный период (1950 — 1960-е годы). Эти машины были более экономичны и производительны (их обрезная ширина достигала 4,2 м), многие из них работают и сейчас после модернизации отдельных узлов (замены промышленной автоматики АСУТП).

Всего ₈,5% действующих в настоящее время машин (обрезной шириной свыше 4,5 м) были введены в 1960 — 1980-е годы, именно на них производится около 80% всей бумаги и картона в стране.

Структура предприятий ЦБП России и производство продукции в 2014 году приведена на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 — Структура предприятий ЦБП и производство продукции в 2014 году, тыс. т (по данным РАО «Бумпром»)

1.2.2. Крупнейшие российские целлюлозно-бумажные предприятия

В таблице 1.4 приведен перечень крупных целлюлозно-бумажных предприятий, определяющих структуру производства целлюлозно-бумажной продукции в России. Многие из них являются крупными интегрированными производствами и предприятиями полного цикла, выпускающими широкий ассортимент лесобумажной продукции.

Таблица 1.4

Производство товарной продукции ведущими предприятиями ЦБП России (годовой мощностью свыше 100 тыс. т) в 2014 году, тыс. т (по данным РАО «Бумпром»)

Большинство малых производств являются монопредприятиями. Они производят одно-два наименования готовой потребительской бумажно-картонной продукции из закупаемого сырья. Многие из них используют физически и морально изношенное оборудование, устаревшие технологии и остро нуждаются в модернизации.

1.2.3. Географическое положение российских целлюлозно-бумажных предприятий и вопросы освоения лесосырьевой базы

Географическое расположение предприятий на карте страны говорит об основных приоритетах при его выборе — доступности сырьевой базы, энергии, водных ресурсов.

Из-за своей удаленности от основных рынков, отсутствия необходимой инфраструктуры и, прежде всего, лесных дорог, малоосвоенными остаются лесные богатства Восточной Сибири и Дальнего Востока (см. рисунок 1.8).

Рисунок 1.8 — Объемы производства продукции ЦБП в 2014 году по федеральным округам, тыс. т (по данным РАО «Бумпром»)

Основная часть указанных предприятий находится в лесных районах Северо-Запада, Центральной России, Поволжья, вблизи от крупных населенных пунктов со сформировавшимся потребительским спросом (см. рисунок 1.9).

Рисунок 1.9 — Ведущие предприятия ЦБП России (с объемами производства товарной продукции свыше 100 тыс. т/год) (по данным РАО «Бумпром»)

Большинство из указанных предприятий успешно осуществили и продолжают проводить модернизацию в рамках государственной программы поддержки приоритетных инвестиционных проектов (ПИП). Крупнейшие компании на своих комбинатах приступили к реализации программы внедрения НДТ, начата подготовка к применению биотехнологий по российской лесной технологической платформе программы «БиоТех-2030» (см. рисунок 1.10).

Рисунок 1.10 — Карта приоритетных инвестиционных проектов в ЦБП РФ, целевые показатели до 2020 года

В последние годы основная часть инвестиций направлялась на модернизацию основного технологического оборудования (в соответствии с Перечнем приоритетных инвестиционных проектов, включающим 145 объектов лесопромышленного комплекса). Объем инвестиций составляет 428 млрд. рублей, в т.ч. 13 объектов по ЦБП с объемом финансирования 241 млрд. рублей. Предусмотренное в ПИП увеличение мощностей, объемов выпуска и потребления бумаги и картона в РФ соответствует «Прогнозу развития российского ЛПК до 2030 года», подготовленному по заказу ФАО ООН российским экспертным сообществом.

В основу «Прогноза развития российского ЛПК до 2030 года» были заложены темпы роста ВВП, прогнозируемые Минэкономразвития России и определяющие три варианта развития целлюлозно-бумажного производства в России (см. рисунок 1.11).

Рисунок 1.11 — Производство и потребление бумаги и картона в РФ, прогноз до 2030 года

В соответствии с «Прогнозом развития российского ЛПК до 2030 года» к 2030 году производство бумаги и картона планировалось увеличить:

• по инновационному сценарию — до 25,5 млн. тонн (и потребление — до 20 млн. тонн);
• по умеренному сценарию — 18,8 млн. т (и 16,8 млн. т);
• инерционному — 14,7 млн. т (и 13,9 млн. т).

При составлении Прогноза основным приоритетом для достижения намеченных показателей считалось создание преимущественно в лесоизбыточных районах новых мощностей по производству высококачественных сортов бумаги, современных упаковочных материалов, санитарно-гигиенических изделий, ориентированных, в первую очередь, на внутренний рынок. Однако наступивший кризис негативно повлиял на реализацию этих планов, и в условиях стагнации российской экономики развитие отечественного лесопромышленного комплекса фактически идет по инерционному сценарию.

Формирование новых тенденций в мировой экономике вызвало необходимость развития промышленных биотехнологий на базе возобновляемых ресурсов, и у российского ЛПК появился очередной шанс использовать свои конкурентные преимущества в виде огромных неиспользуемых запасов древесины, доступной энергии, растущего внутреннего рынка.

Из анализа представленной информации можно сделать вывод о том, что ЦБП России располагает устаревшим низкопроизводительным оборудованием с высокими удельными затратами энергии, сырья, трудовых ресурсов на единицу готовой продукции, поэтому не может в полной мере реализовать богатый потенциал, которым располагает Россия — более 83 млн. м3 лесных запасов, доступная электроэнергия, полезные ископаемые, водные ресурсы и т.д.

Приоритетом развития в настоящее время становится внедрение наилучших доступных технологий, снижение материалоемкости и энергоемкости производства, увеличение использования отходов и других возобновляемых источников для производства энергии.

В рамках Государственных программ (поддержки ПИП, развития промышленности и повышения ее конкурентоспособности, Стратегии развития лесопромышленного комплекса и других), ряд ведущих компаний (предприятия ОАО Группа «Илим» в Коряжме и Братске, комбинат ЗАО «Интернешнл Пейпер» в Светогорске, АО «Монди Сыктывкарский ЛПК», Архангельский ЦБК и другие) приступили к внедрению наилучших доступных технологий по модернизации и реконструкции действующего оборудования с целью повышения своей конкурентоспособности и удовлетворения растущего потребительского спроса на качественную и экологичную продукцию.

1.2.4. Влияние деятельности предприятий ЦБП на окружающую среду, сформировавшиеся тенденции и перспективы

Таблица 1.5

Основные показатели охраны окружающей среды в 2012 — 2014 годах (Источник: данные Росстата, обработка РАО «Бумпром»)

Рисунок 1.12 — Объемы сбросов загрязняющих веществ в водные объекты в 2014 г., млн. м3

Удельный вес объемов сбросов по ЦБП, издательской деятельности и полиграфической промышленности в 2014 году составили 34,1% по всем обрабатывающим производствам и 5,8% по России в целом. Снижение физических объемов сбросов по отрасли в 2014 году составило 5% по сравнению с 2012 и 5,1% по сравнению с 2013 годами.

Рисунок 1.13 — Объемы выбросов в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных источников в 2014 г., тыс. тонн

Рисунок 1.14 — Индексы производства продукции ЦБП, объемов сбросов и выбросов загрязняющих веществ предприятиями ЦБП, % к уровню 2005 г.

На протяжении последних 10 лет наблюдается заметное снижение негативного влияния предприятий целлюлозно-бумажной промышленности на окружающую среду. При росте объемов производства целлюлозно-бумажной продукции на 9,0%, объемы выбросов загрязняющих атмосферу веществ предприятиями отрасли снизились на 30,9%, а объемы сбросов сточных вод — на 27,4%. Отвечая на глобальные вызовы ответственного отношения к экологии, окружающей среде, борьбы с глобальными изменениями климата и максимальным повышением энергоэффективности в рамках так называемой «Зеленой экономики», ведущие компании ЦБП России осуществляют модернизацию действующих и создание новых высокоэффективных производств.

1.2.5. Основные проблемы российской ЦБП и пути их решения

Целлюлозно-бумажная промышленность является наиболее энерго-, материало- и капиталоемкой подотраслью лесопромышленного комплекса, выпускающей продукцию с высокой добавленной стоимостью в результате глубокой химической переработки древесины в ходе многооперационных, непрерывно протекающих процессов, взаимодействия сложных технологических схем. Поэтому для оборудования ЦБП характерны высокая стоимость, трудоемкость его проектирования, монтажа и наладки, долгие сроки окупаемости вложенных средств и необходимость долгосрочного планирования экономических результатов от его запуска и модернизации.

Факторы, непосредственно влияющие на развитие российской ЦБП:

• устаревшие производственные фонды;
• неблагоприятный инвестиционный климат;
• назревшая необходимость перехода на новое природоохранное законодательство, направленное на внедрение наилучших доступных технологий;
• наличие высокоемких, быстрорастущих рынков продукции ЦБП в России и в азиатском регионе;
• влияние глобальных вызовов (проблемы изменения климата и связанная с этим необходимость замены ископаемых энергоносителей возобновляемыми биоресурсами);
• устойчивое развитие лесопромышленного комплекса становится приоритетным направлением в мире. Вопросы устойчивого развития приобретают все более важное значение и в российском ЛПК.

Развитие лесопромышленного комплекса страны ограничено рамками крупных действующих предприятий, которые для поддержания конкурентоспособности своих производств реализуют приоритетные инвестиционные проекты, связанные с модернизацией и техническим перевооружением своих производственных мощностей.

Пути решения проблем, стоящих перед ЦБП России:

• создание для реализации приоритетных инвестиционных проектов условий гарантированного обеспечения древесным сырьем, энергоносителями, доступными кредитами отечественных банков;
• софинансирование создания инфраструктуры крупных ПИП с выделением средств из федерального и региональных бюджетов;
• увеличение финансирования научно-технической деятельности по созданию и освоению массового производства востребованной, конкурентоспособной продукции в целях реализации программы импортозамещения;
• создание условий для развития биотехнологий в ЛПК, включая производство биотоплива;
• стимулирование внедрения инновационных технологий, направленных на снижение удельных затрат энергии, повышение экологической эффективности производства;
• увеличение доли использования низкосортной древесины, степени переработки макулатуры для снижения удельного потребления сырья и материалов в основном производстве;
• совершенствование структуры лесопромышленного производства за счет освоения выпуска инновационных видов продукции в рамках технологической платформы «БиоТех-2030», в том числе бумаги и картона с экологически безопасными барьерными покрытиями, композиционных материалов с использованием технологий переработки побочных продуктов ЦБП и вторичных продуктов лесохимии.

Для развития лесопромышленного комплекса в масштабах всей страны необходима прозрачная, скоординированная, долгосрочная, неукоснительно проводимая государственная лесная политика. Освоение лесных богатств в необжитых районах, строительство новых современных предприятий возможно только при непосредственном участии государства в создании необходимой инфраструктуры при реализации крупных инвестиционных проектов, связанных с глубокой переработкой древесины.

Раздел 2. Описание технологических процессов, используемых в настоящее время в российской целлюлозно-бумажной промышленности

Рисунок 2.1 — Блок-схема производства сульфатной целлюлозы и НСПЦ [4, 5, 6]

2.1. Подготовка древесины

Общая технологическая схема процесса подготовки древесного сырья

Рисунок 2.2 — Блок-схема подготовки древесного сырья

Основная информация о процессе подготовки древесного сырья, который используют в настоящее время в российской ЦБП, представлена в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Информация об этапах технологического процесса подготовки древесного сырья

2.1.1. Процесс подготовки древесного сырья

Процесс подготовки древесного сырья может включать следующие технологические подпроцессы:

• распиловка древесины;
• окорка древесины;
• рубка древесины;
• сортирование щепы.

2.1.2. Распиловка древесины

Древесное сырье на переработку может поступать в виде хлыстов, длинника и коротья.

В России наибольшее распространение получили барабаны для окорки коротья 1,2 — 2,2 м, которые требовали предварительного распила длинномерной древесины на слешере на указанные отрезки. В настоящее время созданы и используются барабаны для окорки древесины длиной 4,5 — 6 м, поэтому процесс распиловки древесины на современных предприятиях отсутствует.

2.1.3. Окорка древесины

Древесное сырье может окариваться на различном окорочном оборудовании. При групповом способе — в окорочных барабанах, при индивидуальном — окорка на роторных станках.

Барабаны предназначены для окорки мокрым, полусухим и сухим способом. В процессе мокрой окорки древесины используется большое количество воды, так как конструкция барабана помещается в ванну, заполняя барабан водой на 1/3 диаметра. При полусухом способе окорки горячая вода подается в глухую секцию барабана, что создает условия для размораживания (в зимнее время) и увлажнения коры, обеспечивая хорошую окорку любой древесины.

В последние годы на многих предприятиях стала применяться сухая окорка в барабанах. Вода используется только для промывки бревен и их размораживания. Размораживание достигается с помощью подачи пара в барабан или горячей воды на специальный конвейер, установленный перед барабаном.

Используемая в процессе вода рециркулирует при минимальном образовании сточных вод и количестве загрязняющих веществ.

Кора получается при сухой окорке с низким содержанием воды, что приводит к более выгодному энергобалансу предприятия.

Кора после окорочного барабана подается на измельчитель и, если она влажная, отжимается на прессе для последующего сжигания. В некоторых случаях она продается другим предприятиям, но при больших объемах предпочтительно сжигание на самом предприятии в специальных котлах.

2.1.4. Рубка древесины

Для получения целлюлозы окоренные круглые лесоматериалы измельчаются в щепу на рубительной машине. В основном применяются дисковые рубительные машины. По способу подачи балансов различают машины с наклонным и горизонтальным питающим патроном. В настоящее время наибольшее распространение получили рубительные машины с горизонтальной подачей древесины в машину и нижним выбросом щепы. Это обусловлено увеличением длины поступающей на рубку древесины до 4 — 6 м и снижением потерь древесины, так как исключается ее измельчение за счет удара лопаток при выбросе вверх.

2.1.5. Сортирование щепы

Получение щепы однородного размера необходимо для повышения эффективности процесса варки и обеспечения высокого качества целлюлозы. После рубительной машины щепа сортируется (сегодня гирационные) для удаления нестандартной по размеру щепы и опилок. Мелкую фракцию щепы желательно варить в специальном варочном котле либо сжигать вместе с опилками и корой. Крупная щепа измельчается на специальных аппаратах и возвращается в общий поток на повторное сортирование. Для улучшения качества щепы применяют сортировки для выделения из щепы толстой фракции, которая направляется на обработку на специальное оборудование и далее подается в производство. Сортирование по толщине обеспечивает равномерность провара целлюлозы, тем самым повышая ее качество и выход.

Характеристика оборудования процесса подготовки древесного сырья представлена в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Характеристика оборудования процесса подготовки древесного сырья

Таблица 2.3

Природоохранное оборудование процесса подготовки древесного сырья

2.2. Процесс производства сульфатной целлюлозы

В настоящее время сульфатный способ производства целлюлозы с эффективной и хорошо апробированной системой регенерации химикатов является доминирующим химическим процессом, наиболее эффективным и экономичным способом получения технических целлюлоз с высокими прочностными характеристиками, позволяющим перерабатывать древесину практически всех пород [4, 5, 6].

На целлюлозно-бумажных предприятиях России вырабатывается:

• сульфатная беленая хвойная и лиственная целлюлоза (товарная и для производства печатных бумаг);
• товарная сульфатная небеленая хвойная целлюлоза;
• сульфатная небеленая хвойная целлюлоза для производства картона, флютинга, мешочных и упаковочных бумаг;
• нейтрально-сульфитная лиственная полуцеллюлоза (НСПЦ) и сульфатная лиственная полуцеллюлоза с зеленым щелоком.

Производство сульфатной целлюлозы включает следующие основные технологические блоки:

• подготовка древесного сырья;
• получение сульфатной небеленой и беленой целлюлозы;
• регенерация химикатов и энергии, получение побочных продуктов;
• отбелка, приготовление химикатов для отбелки;
• система очистки производственных сточных вод на внеплощадочных очистных сооружениях.

Технологический процесс получения беленой и небеленой сульфатной целлюлозы может включать следующие подпроцессы:

• варка целлюлозы;
• горячий размол, промывка и сортирование небеленой целлюлозы, сортирование и размол отходов;
• кислородная делигнификация и отбелка целлюлозы;
• очистка беленой целлюлозы;
• сушка, упаковка и хранение беленой и небеленой целлюлозы.

Комбинация подпроцессов, их аппаратурное оформление и размещение в технологической схеме процесса производства сульфатной целлюлозы зависят от конкретного вида вырабатываемой продукции и технологии ее получения (см. рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 — Блок-схема технологического процесса получения сульфатной целлюлозы

Основная информация о процессе получения сульфатной целлюлозы, который используют в настоящее время в российской ЦБП, представлена в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Описание процесса получения сульфатной целлюлозы

2.2.1. Варка целлюлозы

В процессе сульфатной варки целлюлозы древесина обрабатывается варочным щелоком в течение нескольких часов при высокой температуре (обычно 170 °C).

Конкретные условия варки зависят от состава варочного раствора и определяются назначением вырабатываемой технической целлюлозы: для получения бумаги и картона или для химической переработки.

Сульфатный варочный щелок в качестве активных компонентов содержит NaOH и Na2S, а также примеси карбоната, тиосульфата, сульфата и полисульфидов натрия, наличие которых связано с реакциями, протекающими в процессе регенерации варочных компонентов.

В условиях сульфатной варки все компоненты древесины вступают в реакции с варочными реагентами, в результате которых большая часть лигнина, некоторая часть углеводов и экстрактивные вещества в виде продуктов деструкции переходят в раствор и образуют отработанный (черный) щелок.

Процесс варки целлюлозы сопровождается образованием летучих серосодержащих веществ, таких как метилмеркаптан, диметилсульфид, диметилдисульфид, сероводород, обладающих характерным неприятным запахом, вследствие чего их называют дурнопахнущими. Причиной образования дурнопахнущих соединений является присутствие в варочном щелоке сульфида натрия и в древесине — метоксильных групп.

Основными факторами, влияющими на процесс сульфатной варки, являются: расход щелочи и ее концентрация, температура и продолжительность варки, сульфидность щелока, пропитка щепы, порода древесины.

В результате варки хвойных пород древесины (ель, сосна) можно получить целлюлозу для отбелки с числом Каппа до 30 — 35, поддерживая при этом приемлемые прочностные показатели целлюлозы. Для древесины лиственных пород (осина, береза) получают целлюлозу с числом Каппа 14 — 22.

Варка может проводиться на варочных установках периодического или непрерывного действия.

Периодическая варка осуществляется в стационарных варочных котлах с системой принудительной циркуляции щелока и непрямым нагревом.

Основными операциями традиционной периодической варки являются: загрузка котла щепой и варочным щелоком (в течение загрузки щепа уплотняется паром), заварка (подъем температуры в котле до конечной температуры варки, терпентинные сдувки (удаление газов и воздуха), варка при конечной температуре, конечные сдувки для снижения давления (если выдувка массы не производится с полного давления варки).

Общий оборот котла составляет от 4 до 6 ч.

Применение современной «модифицированной» технологии периодической сульфатной варки с холодной выгрузкой массы из котла и рекуперацией тепла черного щелока позволяет: сократить расход пара на варку (до 50% — 60%), сократить оборот варочного котла, снизить расход химикатов на варку на 5% — 10%, увеличить выход целлюлозы, сократить количество непровара, повысить прочность целлюлозы на 10% — 15%, улучшить промывку целлюлозы за счет стадии промывки в котле, значительно сократить газовые выбросы.

Варочные установки непрерывного действия системы Камюр подразделяются на однососудные или двухсосудные, гидравлического типа или с паровой фазой, с зоной противоточной диффузионной промывки или без.

Щепа перед загрузкой в котел для непрерывной варки предварительно пропаривается для удаления воздуха, который препятствует пропитыванию щепы химикатами.

После загрузки в котел щепа пропитывается варочным щелоком, а температура повышается до 155 °C — 175 °C.

Время варки при максимальной температуре составляет 1 — 2 ч.

На российских предприятиях практически все варочные установки — непрерывного действия.

Три варочные установки работают по технологии LoSolids, одна установка — по технологии Compact Cooking G2.

Отработанный варочный раствор (черный щелок), содержащий остаточные варочные химикаты и перешедшие в раствор органические вещества древесины, после отделения целлюлозного волокна, направляется на выпарные станции, входящие в состав системы регенерации химикатов варки.

Выделяющиеся в процессе вскипания черного щелока и пропарки щепы ДПГ вместе с паром подаются в систему пропарки щепы, откуда направляются на конденсацию.

Неконденсированные высоко- и низкоконцентрированные дурнопахнущие газы (ВК ДПГ и НК ДПГ) через отдельные системы сбора и транспортировки подаются на термическое обезвреживание или выбрасываются в атмосферу после обезвреживания на газоочистной аппаратуре.

Скипидаросодержащий (терпентинный) конденсат от конденсаторов паров вскипания черного щелока и пропарочного бункера направляется на производство побочных продуктов для выделения скипидара-сырца.

Подскипидарная вода от отстаивания терпентинного конденсата и конденсат от промывки и охлаждения ДПГ на газоочистном скруббере направляются для очистки в стриппинг-колонну (в системе выпарной станции или отдельно стоящую).

2.2.2. Промывка небеленой целлюлозы

Целью промывки является максимальное отделение от целлюлозного волокна растворенных минеральных и органических веществ черного щелока для увеличения степени регенерации химикатов варки, сокращения расхода отбеливающих химикатов и снижения сброса загрязнений со сточными водами отбельной установки, сушильной или бумагоделательной машины.

Эффективность промывки небеленой целлюлозы зависит от количества ступеней промывки, эффективности используемого оборудования, концентраций входящей на промывку и промытой массы, расхода промывной воды и т.д.

Для современных промывных установок эффективность промывки оценивается по степени отбора сухих веществ и должна составлять не менее 99%.

Современные промывные устройства (диффузоры, фильтры и прессы) разработаны для промывки диффузией, отжимом и вытеснением или объединением этих трех принципов.

На российских сульфат-целлюлозных заводах применяется закрытая, противоточная промывка небеленой целлюлозы в 3 — 5 ступеней (включая ступень диффузионной промывки в варочном котле), с использованием в качестве промывной жидкости горячей воды, очищенного конденсата выпарной станции или промывного щелока с последующей ступени, в том числе фильтрата от ступени КЩО.

Основные типы промывного оборудования на предприятиях России — барабанные фильтры, промывные прессы, атмосферные диффузоры и диффузоры давления.

2.2.3. Сортирование небеленой целлюлозы

Цель сортирования небеленой целлюлозы — отделение сучков и непровара, пучков неразделенных волокон, коры, луба, смолы и песка от основного потока кондиционной целлюлозы с помощью различного сортирующего оборудования.

Схема сортирования целлюлозы, а также выбор оборудования зависят от вида исходной целлюлозы, ее назначения и требований, предъявляемых ГОСТ, ТУ или потребителем по остаточной сорности.

Сортирование небеленой целлюлозы, как правило, включает следующие операции:

• грубое сортирование небеленой целлюлозы (отделение сучков, непровара и тяжелых включений) на комбинированной сортировке, напорном сучколовителе, промывателе сучков, вибрационной сортировке и гидроциклоне (магноклинере);
• тонкое сортирование небеленой целлюлозы (отделение костры, коры, песка и других мелких включений) на комбинированной сортировке, сортировках давления, промывателе отходов, вихревых очистителях.

В зависимости от вида вырабатываемой целлюлозы и конкретных условий производства:

• выделенные в процессе грубого сортирования, сучки и непровар, после отделения волокна и обезвоживания ~ до 30%-ной концентрации могут направляться на повторную варку, на утилизацию в многотопливный котел или вывозиться на полигон промышленных отходов;
• отходы сортирования после отделения волокна и обезвоживания также могут подаваться на сжигание в многотопливный котел или вывозиться на полигон промышленных отходов;
• волокнистые отходы сортирования (костра и непровар) могут фибриллироваться на специальной размалывающей аппаратуре и возвращаться в основной поток массы или использоваться в картонно-бумажном производстве и т.д.

При производстве небеленой целлюлозы для выработки картона, флютинга, мешочных и упаковочных бумаг сучки и непровар обычно не отделяются, вся масса после варки подвергается горячему размолу, не размолотая фракция отделяется на сортировке и возвращается на повторный размол. Отсортированная размолотая масса возвращается в основной поток.

Оборудование для сортирования чаще всего размещается до промывки целлюлозы (горячее сортирование). Возможно также проводить сортирование после КЩО.

Сточная вода от оборудования установок промывки и сортирования, основное количество которой составляют слабощелочные воды от негерметичного уплотнения элементов, узлов оборудования, смыва полов, промывки оборудования перед ремонтным обслуживанием, случайные утечки, поступает в производственную канализацию и далее на очистные сооружения.

Щелокосодержащие воды, образующиеся при опорожнении оборудования и трубопроводов при проведении планово-предупредительных ремонтов и при аварийных ситуациях, возвращаются в процесс или подаются на выпарную станцию для последующей регенерации совместно с черным щелоком.

Источником выделения газовых выбросов на установках промывки и сортирования небеленой целлюлозы является емкостное и промывное оборудование.

Объединенные парогазовые выбросы направляются в систему сбора и транспортировки НК ДПГ и далее на обезвреживание или выбрасываются в атмосферу без очистки.

2.2.4. Кислородная делигнификация небеленой целлюлозы

Цель кислородной делигнификации — снижение числа Каппа целлюлозы перед отбельной установкой, сокращение расхода химикатов на отбелку, снижение сброса загрязняющих веществ на очистные сооружения и, соответственно, снижение воздействия отбелки на окружающую среду.

Удаление лигнина в процессе кислородной делигнификации осуществляется за счет обработки небеленой целлюлозы кислородом и щелочью в реакторах при повышенной температуре под избыточным давлением.

Процесс кислородной делигнификации проводится в одну или в две ступени при средней концентрации массы.

Двухступенчатая делигнификация обеспечивает степень делигнификации для хвойной целлюлозы 60% — 70%, одноступенчатая — около 40%.

Размещение оборудования кислородной делигнификации в технологической схеме — после промывки небеленой целлюлозы.

Для обеспечения селективной делигнификации требуется эффективная промывка целлюлозы перед и после КЩО.

Перед кислородной делигнификацией требуется эффективная промывка от черного щелока, так как при высоком остаточном содержании в массе растворенных органических веществ и сульфида резко увеличиваются расходы кислорода и щелочи и снижаются механические свойства целлюлозы.

Содержание ХПК в целлюлозной массе, поступающей на КЩО, не должно превышать 100 кг/в.с.т.

Промывка целлюлозы после кислородной делигнификации также должна быть как можно более глубокой, так как качество промывки определяет величину потерь химикатов.

Эффективность промывки по фактору Norden должна составлять ~ 15 перед кислородной делигнификацией и ~ 8 — 10 — после.

Фильтрат от промывки целлюлозы после КЩО направляется на промывку целлюлозы после варки, таким образом щелочь, израсходованная на ступени КЩО, возвращается в цикл регенерации.

Для сохранения баланса натрия и серы в системе регенерации химикатов варки в качестве щелочного реагента кислородной делигнификации предусматривается использование окисленного белого щелока.

Предотвращение деструкции хвойной целлюлозы в процессе кислородно-щелочной обработки, обусловленной влиянием металлов переменной валентности, обеспечивается введением в процесс соединений магния (обычно MgSO4).

На российских сульфат-целлюлозных заводах установки кислородной делигнификации небеленой хвойной и лиственной целлюлозы эксплуатируются на 6 линиях: для хвойной целлюлозы предусмотрены установки двухступенчатой кислородной делигнификации, для лиственной целлюлозы — в основном, одноступенчатые установки.

Газовые выбросы от выдувного резервуара установки O2-делигнификации содержащие в основном водяной пар, углекислый газ и непоглощенный кислород, а также некоторое количество окиси углерода и летучих органических соединений, направляется без очистки в атмосферу.

Использование окисленного белого щелока в качестве щелочного реагента предусмотрено на 2 заводах. Окисление проводится по разным технологиям:

• воздухом при атмосферном давлении;
• кислородом при повышенном давлении.

Парогазовая смесь от реактора окисления белого щелока, содержащая аэрозоль щелочи и остаточный кислород, после очистки на циклоне-сепараторе направляются в атмосферу.

2.2.5. Отбелка целлюлозы

Отбелка предназначена для окончательной делигнификации и придания целлюлозе белого цвета с удалением лигнина, экстрактивных и других веществ, содержащих хромофорные группы, придающие ей темный цвет, при минимальном снижении показателей механической прочности.

Число Каппа беленой целлюлозы — менее единицы.

Отбельная установка состоит из последовательности отдельных ступеней, на которых используются различные химикаты.

На каждой ступени отбелки имеются:

• смеситель целлюлозы с химикатами;
• смеситель целлюлозы с паром;
• отбельный реактор (башня) с наружной или внутренней колонками или без них, с направлением потока снизу вверх или сверху вниз, обеспечивающие требуемое для химических реакций время обработки целлюлозы;
• промывное оборудование для отделения использованных химикатов, растворенного лигнина и прочих растворенных веществ от целлюлозы (обычно промывные фильтры барабанного типа, промывные прессы, иногда диффузоры).

На российских сульфат-целлюлозных заводах отбелка хвойной и лиственной целлюлозы осуществляется по следующим схемам:

На 4 предприятиях отбелка проводится по технологии ECF (без применения молекулярного хлора), основные отбеливающие химикаты — диоксид хлора, кислород, пероксид водорода.

На 2 предприятиях для отбелки применяются хлор и гипохлорит натрия.

Для промывки целлюлозы между ступенями отбелки используются в основном вакуум-фильтры. На одном предприятии установлен промыватель DDW после ступени Д0, на другом предприятии — промывные прессы на всех ступенях отбелки.

Потребление горячей воды для промывки сокращено за счет применения частичного противотока фильтратов.

Избыточные кислые и щелочные фильтраты от промывки целлюлозы, содержащие остаточные химикаты и растворенные органические вещества, направляются на сооружения биологической очистки комбината. Перед сбросом в производственную канализацию сточные воды, как правило, охлаждаются.

На 1-м предприятии предусмотрено улавливание волокна из кислых и щелочных сточных вод отбельной установки. Уловленное волокно возвращается в процесс отбелки.

Сточные воды от отбельных установок не направляются в цикл регенерации химикатов, поскольку они могут увеличить накопление хлоридов и прочих нежелательных неорганических элементов, вызывающих коррозию, образование накипи и другие проблемы в системе регенерации.

Хлорсодержащие газовые выбросы от оборудования ступеней Х/Д, D0, D1 и D2 перед выбросом в атмосферу обезвреживаются на газоочистной аппаратуре. В качестве обезвреживающих реагентов используется охлажденный щелочной фильтрат или раствор бисульфита натрия.

2.2.6. Сортирование беленой целлюлозы

После отбелки иногда проводится окончательное сортирование целлюлозы. Вторичное сортирование проходит на оборудовании того же типа, что и сортирование небеленой целлюлозы. Могут использовать центриклинеры, радиклоны (прямые и обратные), особенно для лиственной целлюлозы.

2.2.7. Сушка целлюлозы

Для получения товарной беленой или небеленой целлюлозы используют сушильные машины, на которых целлюлоза обезвоживается до воздушно-сухого состояния.

Конструкция сушильной машины аналогична конструкции бумагоделательной машины.

Состав сушильной машины:

• сеточная часть с обезвоживающими элементами и формующим устройством;
• прессовая часть;
• сушильная часть.

Высушенное целлюлозное полотно после сушильной части подается на листорезку для резки полотна на листы и формирования кип. Сформированные кипы упаковываются и формируются в транспортные пакеты.

2.2.8. Производство химикатов для отбелки

На российских сульфат-целлюлозных заводах наиболее широко используемыми химикатами для отбелки целлюлозы являются хлор, диоксид хлора, кислород, пероксид водорода, гипохлорит натрия.

Диоксид хлора, гипохлорит натрия, кислород производятся на промышленной площадке предприятия.

Пероксид водорода, хлор и гидроксид натрия в основном доставляются на завод от производителей.

На одном предприятии хлор и диоксид хлора производятся на промплощадке.

2.2.8.1 Получение диоксида хлора

В связи с термодинамической неустойчивостью диоксид хлора обычно производится на месте потребления.

На целлюлозных заводах диоксид хлора получают восстановлением хлорат-иона (ClO3-) в кислой среде. Источником получения хлорат-иона, используемым в промышленном масштабе, является хлорат натрия.

Большое значение имеет выбор восстановительных реагентов с точки зрения экономичности процесса и получаемых при этом побочных продуктов. В качестве восстановителя для получения диоксида хлора на отечественных предприятиях используют диоксид серы, пероксид водорода или хлорид-ионы. На зарубежных предприятиях применяют также метанол.

В общем виде процесс получения диоксида хлора можно представить в виде формулы:

хлорат + восстанавливающий агент + кислота -> диоксид хлора + побочные продукты

Развитие технологий в течение многих лет было направлено на то, чтобы максимально увеличить выход диоксида хлора из хлората, минимизировать образование побочных продуктов при гарантированно устойчивом и легком управлении процессом. Добиваются этого работая при стехиометрическом избытке кислоты и восстанавливающих агентов (см. таблицу 2.5).

В технологиях, которые идут при кипящих вакуумных условиях, потребление кислоты меньше, поскольку единственным выделением из реакционного раствора является газ ClO2, который в дальнейшем поглощается водой в абсорбционной башне, и побочный продукт — кислый реакторный остаток (соль натрия и серной кислоты), который формируется в реакционном растворе, после чего выводится из процесса.

В процессах, которые ведут под атмосферным давлением, соли побочных продуктов смешиваются с избыточной кислотой и выводятся из процесса вместе с «отработанной кислотой».

В таблице 2.5 приведены наиболее значимые современные мировые технологии производства диоксида хлора.

Таблица 2.5

Наиболее распространенные технологии получения диоксида хлора

На российских предприятиях двуокись хлора в основном производят на установках по методу Метисона. Кроме того, в настоящее время на одном предприятии диоксид хлора производится по технологии HP-A, на другом — по методу SVP-Classic и еще на одном — по интегрированной технологии Chemetics R6.

В таблице 2.6 приведены показатели потребления сырья и образования побочных продуктов при разных способах производства диоксида хлора (в т/т ClO2).

Таблица 2.6

Потребление сырья и выход побочных продуктов при получении двуокиси хлора по наиболее распространенным технологиям

Основным методом, по которому производится минимальное содержание свободного хлора в растворе диоксида хлора в виде побочного продукта, является процесс Метисона, а более высокое — по методам серии R, например, R8, R10, R11, HP-A или процессам SVP.

Образование побочных продуктов важно и для экономики процесса и по качеству произведенного ClO2.

В таблице 2.6 приведены для сравнения показатели потребления сырья и образования побочных продуктов при разных способах производства диоксида хлора (в т/т ClO2). Эта таблица также показывает, что главным методом, который производит минимальное содержание свободного хлора в растворе диоксида хлора в виде побочного продукта, является процесс Метисона, а более высокое — методы серии R, например: R8, R10, R11, HP-A или процессы SVP.

Принципиальная схема технологии Метисона и технологии HP-A представлена на рисунке 2.4 и в таблице 2.7, характеристика основного и природоохранного оборудования технологии по технологиям — в таблице 2.8.

Рисунок 2.4 — Блок-схема получения двуокиси хлора по технологии Метисона и технологии HP-A

Принципиальная схема по интегрированной технологии Chemetics представлена на рисунке 2.5 и в таблице 2.7, характеристика основного и природоохранного оборудования технологии по технологиям в таблице 2.8.

Рисунок 2.5 — Блок-схема получения двуокиси хлора по интегрированному методу Chemetics

Побочные продукты, содержащие натрий и серу, образующиеся при производстве диоксида хлора на целлюлозном заводе, стремятся полностью использовать, например, добавлять к концентрированному черному щелоку перед подачей его на сжигание в содорегенерационном котле, используют для регулирования pH в целлюлозном производстве или при разложении мыла в производстве таллового масла.

Описание применяемого технологического оборудования

Таблица 2.7

Характеристика основного оборудования

Таблица 2.8

Природоохранное оборудование

2.3. Процесс регенерации химикатов варки в производстве сульфатной целлюлозы

Процесс регенерации химикатов может включать следующие технологические подпроцессы [4, 5, 6]:

• выпарка черного щелока;
• сжигание упаренных щелоков в СРК с образованием сульфида натрия и карбоната натрия;
• каустизация карбоната натрия с целью превращения карбоната в гидроксид;
• обжиг известкового шлама в известерегенерационной печи;
• получение побочных продуктов;
• сбор и подача на обезвреживание неконденсированных дурнопахнущих газов.

2.3.1. Выпарка черного щелока

Перед выпариванием осуществляется подготовка щелока:

• фильтрация слабого черного щелока для отделения мелкого волокна. Уловленное волокно возвращается в варочный цех;
• укрепление слабого черного щелока с массовой долей а.с.в. 12% — 18% полуупаренным щелоком (48% а.с.в.) до оптимальной массовой доли сухих веществ (20% а.с.в.);
• извлечение из черного щелока сульфатного мыла продолжительным отстаиванием укрепленного и полуупаренного черного щелока (от 8 до 12 ч) в баках.

В черном щелоке, отбираемом из котла после варки, содержание сухого остатка (органических и неорганических соединений) обычно составляет 12% — 18%. Неотъемлемой частью сульфатного способа производства целлюлозы является регенерация химикатов, в которой предусматривается сжигание упаренного щелока. Таким образом, в цикл производства возвращаются химикаты, производство обеспечивается паром и электроэнергией, предотвращается сброс загрязняющих веществ. Перед сжиганием в СРК необходимо увеличить содержание сухих веществ в черном щелоке до 65%...75%. Упаривание щелоков производится на многокорпусных выпарных установках. Количество корпусов выпарной станции может варьироваться от 5 до 7. Каждый корпус работает при определенной температуре и давлении.

В многокорпусной выпарной станции происходит постепенное снижение температуры кипения щелока. Снижение температур в корпусах обеспечивается созданием вакуума с помощью специальной вакуумной системы.

Для обогрева первого корпуса используют соковый пар от паровых турбин давлением 0,25 — 0,4 МПа, а в щелоковом пространстве последнего корпуса создают вакуум, соответствующий абсолютному давлению 8 — 15 кПа. В результате по всей выпарной установке устанавливается общая разность температур порядка 80 °C — 90 °C.

В процессе упаривания щелоков из щелока в соковый пар выделяются летучие серосодержащие дурнопахнущие газы с низкими температурами кипения. При конденсации соковых паров последнего корпуса большая часть этих продуктов попадает в грязный конденсат, а неконденсируемые газы направляются на очистку или сжигание.

Конденсаты обычно содержат ДМДС, ДМС, ММ, H2S и различаются по степени загрязненности этими продуктами. Наиболее загрязненные конденсаты — конденсаты первых по ходу щелока корпусов — обрабатываются в стриппинг-колонне, обычно входящей в состав выпарной станции. В этой колонне проходит отдувка конденсатов с использованием свежего или вторичного пара, что делает возможным повторно использовать их для промывки небеленой целлюлозы, шламов зеленого щелока в отделе каустизации.

2.3.2. Сбор и подача на обезвреживание неконденсированных дурнопахнущих газов

Неконденсированные дурнопахнущие газы (ДПГ), образующиеся на варочной установке, установках промывки и кислородной делигнификации, выпарной станции, характеризуются высоким содержанием сернистых соединений (в основном ДМС, ММ, H2S и скипидар).

Неконденсированные ДПГ являются взрывопожароопасными и делятся на 2 группы:

• высококонцентрированные дурнопахнущие газы (ВК ДПГ) с содержанием загрязняющих веществ выше верхнего концентрационного предела воспламенения, объемное содержание кислорода — менее 10%, транспортируются с водяными парами;
• низкоконцентрированные дурнопахнущие газы (НК ДПГ) с содержанием загрязняющих веществ ниже нижнего концентрационного предела воспламенения, объемное содержание кислорода — до 20%, транспортируются с воздухом.

ВК ДПГ транспортируются паровым эжектором, НК ДПГ — вентилятором.

Перед подачей в систему транспортировки, НК ДПГ от каждого технологического участка охлаждаются с целью отделения влаги на собственных скрубберах.

ВК ДПГ сжигаются в отдельной топке, или в известерегенерационной печи, или, чаще всего, в СРК. В топке дурнопахнущие газы окисляются до диоксида серы.

Дымовые газы от процессов сжигания в отдельной топке или в известерегенерационной печи очищаются в газопромывном скруббере, а отработанный раствор из скруббера направляется в цех каустизации.

Дымовые газы от процессов сжигания в СРК направляются на очистку на электрофильтры. При концентрации сухих веществ в черном щелоке, подаваемом на сжигание в СРК, превышающей 72%, диоксид серы обычно сорбируется щелочными пылевыми частицами в СРК, и поэтому никакой дополнительной химической очистки дымовых газов не требуется.

На некоторых предприятиях, в той или иной степени, производится сбор НК ДПГ, выделяющихся в процессе предварительной пропарки щепы, промывки и сортирования целлюлозы, от растворителей плава, из щелоковых баков и т.д.

Для обеспечения безопасности сжигания ДПГ организуются раздельные системы сбора и транспортировки ВК и НК ДПГ.

На периоды аварийного останова СРК предусмотрено обезвреживание ВК ДПГ на специальной факельной установке с применением вспомогательного топлива, НК ДПГ направляются в атмосферу без очистки.

На российских сульфат-целлюлозных заводах предусмотрено обезвреживание ВК ДПГ:

• в СРК — на 2 предприятиях;
• в ИРП — на 1 предприятии;
• в отдельном котле-утилизаторе — на 2 предприятиях;
• обезвреживание НК ДПГ (полное или частичное) в СРК — на 4 предприятиях.

Основные источники дурнопахнущих газов производства небеленой сульфатной целлюлозы представлены в таблице 2.9 и на рисунке 2.6.

Таблица 2.9

Основные источники дурнопахнущих газов производства небеленой сульфатной целлюлозы

Рисунок 2.6 — Основные источники дурнопахнущих газов производства небеленой сульфатной целлюлозы

2.3.3. Сжигание упаренных щелоков в СРК с образованием сульфида натрия и карбоната натрия

В процессе сжигания черного щелока в СРК происходит процесс пиролиза органических веществ, сопровождаемый карбонизацией щелочи и выжигом углерода, протекающим совместно с восстановлением сульфата натрия.

В составе минеральной части черного щелока в основном содержится связанная щелочь, которая в процессе пиролиза и выжига органических веществ подвергается карбонизации по реакции:

2NaOH + CO2 = Na₂CO3 + H2O.

В процессе пиролиза щелока выделяются различные органические и серосодержащие летучие соединения, которые в большей части сгорают в топочном пространстве. Реакция восстановления сульфата протекает в присутствии углерода по следующим реакциям:

Na₂SO₄ + 2C = Na₂S + 2CO2;

Na2SO4 + 4C = Na2S + 4CO

Образующийся плав состоит в основном из карбоната (Na2CO3 — 70%), и сульфида натрия (Na2S — 20% — 25%). Из СРК плав поступает в бак-растворитель, где растворяется слабым белым щелоком, образуя зеленый щелок.

2.3.4. Каустизация зеленого щелока

Процесс каустизации — это превращение карбоната натрия в гидроксид путем обработки карбоната негашеной известью — завершающий этап в цикле регенерации химикатов для варки сульфатной целлюлозы.

Зеленый щелок из растворителя плава подается на осветление в отстойники или фильтры различной конструкции. Шлам зеленого щелока (черный шлам) после промывки и обезвоживания направляется на полигон для размещения отходов. А слабый зеленый щелок после промывки шлама поступает в баки слабого белого щелока.

Для проведения каустизации осветленный зеленый щелок поступает в гасители — классификаторы, в которые непрерывно подается негашеная известь или оксид кальция. В гасителях происходит гашение извести и отделение примесей (песка, мелких камней), в том числе непогасившейся извести, от реакционной смеси.

Осадок тяжелых примесей (шлам) после промывки вывозится на полигон размещения отходов.

Реакция каустизации проходит две стадии. Первая стадия — гашение извести протекает по следующей формуле:

CaO + H2O = Ca(OH)2 + 270 ккал/кг

Образующийся гидроксид кальция реагирует с карбонатом натрия зеленого щелока по следующей обратимой реакции:

Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3

Реакция протекает медленно, начинается в гасителе и продолжается в каустизаторах, пока не достигнет равновесия. Продолжительность процесса в каустизаторах — 1,5 — 2 ч.

Полнота реакции определяется степенью каустизации:

NaOH x 100/(NaOH + Na2CO3)

Значение степени каустизации находятся в диапазоне 75% — 86%.

В процессе реакции каустизации образуется суспензия шлама в белом щелоке. Для отделения крепкого белого щелока суспензия подается на отстаивание (либо фильтрацию). В процессе отстаивания и промывки отбирается крепкий белый и слабый белый щелоки. Они направляются в баки-сборники для хранения. Далее крепкий белый щелок из баков-сборников поступает в варочный отдел на варку целлюлозы, а слабый — в цех СРК, где используется в качестве растворителя плава.

Известковый шлам подается на промывку, обезвоживание и затем на обжиг.

Основные технологические показатели работы цеха — степень каустизации зеленого щелока, а также полнота очистки белого щелока от шлама.

2.3.5. Регенерация известкового шлама в известерегенерационной печи

Каустизационный (белый) шлам, после отделения от крепкого белого и слабого белого щелоков и сгущения, направляется во вращающиеся известерегенерационные печи для обжига.

Процесс получения извести основан на реакции разложения карбоната кальция, протекающей при высоких температурах:

CaCO3 = CaO + CO2 — 42 ккал.

Степень регенерации извести составляет 85% — 95%. Потери ее пополняются добавкой в печь дробленого известняка, который обжигается вместе с каустизационным шламом. Температура обжига извести — 1000 °C — 1100 °C. Обожженная известь охлаждается воздухом в рекуператорах.

Топливом для обжига могут быть мазут, газ, ВКДПГ, метан, талловое масло, биогазы. Основными выбросами от ИРП являются серы диоксид, окислы азота, пыль, суммарная восстановленная сера (СВС).

В подпроцессах каустизации и регенерации извести осуществляются следующие технологические операции:

• фильтрация зеленого щелока;
• промывка и сгущение шлама зеленого щелока;
• гашение извести и каустизация;
• промывка и сгущение известкового (белого щелока) шлама;
• обжиг извести;
• подача негашеной извести на каустизацию.

2.3.6. Получение побочных продуктов

2.3.6.1 Получение сырого таллового масла

Сырое сульфатное мыло — это смесь натриевых солей смоляных и жирных кислот, входящих в состав балансовой древесины. Чтобы избежать пенообразования и образования накипи в выпарных аппаратах сульфатное мыло должно быть удалено из процесса регенерации щелоков. Отделение мыла производится отстаиванием черного щелока в баках питательного и полуупаренного щелока или сепарацией.

Получение сырого таллового масла основано на обработке мыла кислотой и может осуществляться следующими способами:

• периодически — в реакторах периодического действия;
• непрерывным методом с разделением масла с помощью центрифуги;
• непрерывным методом и разделением путем декантации.

Для разложения мыла используется серная кислота на предприятиях, в состав которых входит цех по производству диоксида хлора, в качестве реагента применяется отработанная кислота.

Недостатком периодического способа получения масла являются низкий выход, высокое потребление серной кислоты (250 — 300 кг серной кислоты/т масла), трудность автоматизации. Эффективность промывки сульфатного мыла и способ получения (периодический или непрерывный) являются основными факторами, оказывающими воздействие на интенсивность выделения дурнопахнущих соединений. При периодическом способе получения сырого таллового масла происходят пиковые выбросы сероводорода при непрерывном способе поток газов от реактора намного меньше. Газовые выбросы очищаются в скруббере каустиком.

Выход и качество таллового масла определяется породой древесины, системой съема мыла, способом получения масла. Выход сырого таллового масла составляет от 10 до 70 кг на тонну целлюлозы.

2.3.6.2 Получение скипидара сырца

Выход скипидара-сырца определяется в основном массовой долей летучих веществ в древесине и режимом варки целлюлозы. Наибольшее содержание экстрактивных летучих веществ — в древесине сосны (до 0,55%), древесина лиственницы и ели относятся к породам с низким содержанием летучих веществ (не более 0,12%).

Скипидар выводится из системы в сконденсированном виде с так называемым терпентинным конденсатом, из которого выделяется отстаиванием за счет меньшей плотности (860 кг/м3).

При варке целлюлозы в варочных котлах периодического действия может быть извлечено скипидара от его массы в древесине — до 75%, при варке целлюлозы непрерывным способом в аппаратах «Камюр» — не более 20%.

При непрерывной варке большая часть скипидара оказывается в черных щелоках, и единственная возможность его извлечь — дезодорация сильнозагрязненных конденсатов.

Для выделения и сбора сульфатного скипидара при непрерывной варке предусматривается:

• установка циклона-щелокоуловителя на линии отвода парогазов из расширительного циклона;
• ступенчатая дробная конденсация паров от расширительного циклона;
• узел выделения скипидарной фракции на установках очистки грязного конденсата.

Рисунок 2.7 — Блок-схема процесса регенерации химикатов

Основная информация о процессе производства регенерации химикатов, который используют в настоящее время в российской ЦБП, представлена в таблице 2.10.

Таблица 2.10

Описание подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной целлюлозы

Характеристика оборудования процесса регенерации химикатов представлена в таблице 2.11.

Таблица 2.11

Характеристика оборудования подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной целлюлозы

Характеристика природоохранного оборудования процесса регенерации химикатов представлена в таблице 2.12.

Таблица 2.12

Характеристика природоохранного оборудования подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной целлюлозы

2.4. Процесс производства сульфитной целлюлозы

Объем производства сульфитной целлюлозы меньше, чем объем производства сульфатной целлюлозы. Сульфитная целлюлоза преимущественно используется для производства бумаги, а не в качестве товарного продукта на рынке целлюлозы.

По сравнению с сульфатной сульфитная целлюлоза имеет ряд преимуществ: более высокий выход из древесины, повышенную способность к отбелке и размолу, лучшие оптические и деформационные свойства, высокую белизну — и поэтому в массовых видах бумаги (например, газетной) может быть использована в небеленом виде; в атмосферу не поступают ДПГ.

Процесс производства сульфитной целлюлозы характеризуется большей гибкостью по сравнению с процессом производства сульфатной целлюлозы. Использование сульфитного способа производства позволяет изготавливать целлюлозы с широким спектром свойств, в том числе для химической переработки с получением вискозных волокон и нитей, а также продукции специального назначения.

Классификация сульфитных процессов производства целлюлозы в зависимости от pH и вида основания приведена в таблице 2.13.

Таблица 2.13

Основные сульфитные процессы, используемые в ЦБП

2.4.1. Технологический процесс получения сульфитной целлюлозы

На рисунке 2.8 представлена блок-схема производства сульфитной целлюлозы, входящего сырья и энергии, и выходящей продукции побочных и основных продуктов сульфитного завода, а также эмиссий.

Рисунок 2.8 — Блок-схема технологического процесса получения сульфитной целлюлозы

Сульфитный варочный процесс основан на использовании водных растворов диоксида серы (SO2) и основания — кальция, натрия, магния или аммония. Специфика используемого основания будет влиять на выбор способа регенерации химикатов и энергии, а также и на водопользование. Из отработанного сульфитного щелока возможно получение побочных продуктов — лигносульфонатов технических. Углеводы, содержащиеся в щелоке кислой сульфитной варки, можно посредством биохимической переработки превращать в этанол и дрожжи.

2.4.2. Применяемые процессы и технологии

Производство сульфитной целлюлозы состоит из трех основных блоков:

• производство целлюлозного волокна;
• утилизация сульфитных щелоков;
• регенерация химикатов и энергии (за исключением варки на кальциевом основании, при которой регенерация невозможна, но при этом отработанный сульфитный щелок можно выпарить, а его компоненты использовать для других целей). Поскольку регенерация на натриевом, аммониевом (или смешанном) основаниях экономически невыгодна, ее целесообразность рассматривается для каждого конкретного завода индивидуально;
• очистка сточных вод на внеплощадочных очистных сооружениях.

Как и при производстве сульфатной целлюлозы, некоторые вспомогательные системы, такие как переработка отходов, производство отбеливающих химикатов и генерирование дополнительной энергии, соединены с основными отделами. Во многих отношениях процессы получения сульфатной и сульфитной целлюлозы подобны, но различны по внутрицеховым и внеплощадочным мерам по снижению эмиссий в окружающую среду. Благодаря некоторому сходству процессов описаны подробно только некоторые технологические стадии сульфитной варки. Для тех стадий, которые идентичны производству сульфатной целлюлозы, даются ссылки на соответствующие параграфы:

• Подготовка и обработка древесины (см. пункт 2.1);
• Промывка и сортирование, очистка небеленой массы (см. пункт 2.1.5);
• Сортирование и очистка беленой массы (см. пункт 2.1.8);
• Сушка (только для товарной целлюлозы) (см. пункт 2.1.9).

Для этих разделов приводятся только некоторые различия, имеющие место между сульфатным и сульфитным производствами. Имеющиеся различия приводят к разному уровню эмиссий, а также к некоторым различиям в технологиях, применяемых для их снижения. Основные технологические стадии производства целлюлозы с использованием бисульфита натрия, аммония и магния представлены на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 — Основные технологические стадии производства беленой сульфитной целлюлозы с использованием бисульфита натрия, аммония и магния

Таблица 2.13.1

Описание процесса получения сульфитной целлюлозы

2.4.3. Варка и делигнификация небеленой целлюлозы

При производстве обычной небеленой целлюлозы лигнин выделяется из древесины варочным раствором, в основном содержащим бисульфит магния (натрия, кальция, аммония) в качестве активного компонента, а также диоксид серы, если реализуется кислая сульфитная варка. На стадии варки древесная щепа и варочный раствор загружаются в варочный котел, где варка проводится при повышенной температуре и давлении. Когда достигается желаемое содержание остаточного лигнина (измеряемое как число Каппа), содержимое периодического котла выдувается в выдувной резервуар или вымывается в вымывной резервуар и цикл варки повторяется. Варка также может проводиться в непрерывном варочном котле (принципы работы те же, они описаны в пункте 2.2). При кислой сульфитной варке число Каппа целлюлозы находится между 14 — 22 для хвойных пород древесины и 10 — 20 для лиственных. Число Каппа и далее можно снизить с помощью кислородной делигнификации перед отбелкой. При двухступенчатой сульфитной варке число Каппа можно снизить до 10 и ниже. Варку можно проводить и глубже, если необходимо получить специальную растворимую целлюлозу, но это будет сопровождаться значительной потерей выхода.

Из выдувного и вымывного резервуара целлюлоза перекачивается в отдел сортирования, а затем на промывку (в ряде схем промывка предшествует сортированию).

2.4.4. Сортирование и промывка небеленой целлюлозы

После варки целлюлоза промывается в промывных установках, состоящих из вакуум-фильтров, барабанных фильтров давления или сдвоенных барабанных прессов, и сортируется на сучколовителях и, как правило, на центробежных сортировках, работающих под давлением, а затем очищается на центриклинерах. Цель сортирования и очистки массы — отделить непровар, сучки и пучки волокон, костру и минеральные включения (песок) от основного потока целлюлозы (см. 2.3). Отработанный сульфитный щелок, содержащий остатки варочных химикатов и растворенные компоненты древесины, отделяется от целлюлозы при противоточной промывке, в результате чего получается щелок, направляемый на выпарку и сушилки. При экономической целесообразности щелок может направляться в регенерационный котел для регенерации химикатов и тепла. Отходы сортирования, в основном в виде сучков, обезвоживаются и сжигаются в корьевом котле или могут использоваться при получении оберточной бумаги или картона. После сортирования целлюлоза может отбеливаться.

2.4.5. Кислородная делигнификация

В Европе существует несколько сульфитных заводов, использующих эту технологию, снижая тем самым число Каппа примерно на 10 единиц. Ограниченное использование кислородной делигнификации объясняется тем, что вследствие легкой белимости сульфитной целлюлозы даже без кислородной делигнификации для достижения ее высокой белизны достаточна короткая схема отбелки. Есть и другое препятствие. Используемое при кислородной делигнификации основание должно быть совместимо с основанием, используемым при варке, т.е. при наличии магний-бисульфитной варки для кислородной делигнификации в качестве щелочного агента желательно использовать MgO. Только в этом случае органические вещества, растворенные при кислородной делигнификации, могут быть в составе щелока, получаемого в данном процессе, направлены в общую систему регенерации химикатов без значительных изменений в технологии производства. На одном заводе в Германии использовали данную технологию, несколько теряя при этом в белизне целлюлозы. В данном случае была продемонстрирована возможность концентрировать жидкости от кислородной ступени ультрафильтрацией и сжигать концентрат в корьевом котле. Снижение ХПК в сточных водах после кислородной делигнификации составило при этом примерно 50%.

2.4.6. Отбелка, сортирование, очистка и сушка

В Европе на заводах, производящих сульфитную целлюлозу, отбелка выполняется без использования молекулярного хлора, а на многих и без диоксида хлора, т.е. имеет место отбелка вообще без использования соединений хлора (TCF-отбелка). Как правило, в качестве отбеливающих химикатов используются кислород, гидроксид натрия и пероксид водорода. ЭДТК добавляется в качестве комплексообразователя (0,5 — 2 кг/т).

Основные схемы отбелки, применяемой на европейских сульфитных заводах, представлены в таблице 2.14.

Таблица 2.14

Примеры схем отбелки, используемых на европейских сульфитных заводах и сбросы органических веществ от отбельного цеха, измеряемые как ХПК

После отбелки, как правило, проводится окончательное сортирование целлюлозы, отходы от которого сжигаются в котельной. Целлюлоза, выпускаемая как товарная, сушится, а остальная масса перекачивается на фабрику для производства бумаги разного назначения. Заводы по производству сульфитной целлюлозы в основном являются интегрированными предприятиями (комбинатами), производящими бумагу на месте.

2.4.7. Система регенерации химикатов и энергии

Регенерация варочных химикатов проводится в основном при варке на магниевом основании. Степень регенерации химикатов (серы и магния) колеблется по разным данным в пределах до 90% — 95% (с учетом степени отбора щелоков 98% — 99,5%).

Регенерация химикатов, используемых в процессах производства небеленой целлюлозы, состоит, обычно, из следующих основных элементов:

• выпарка щелока, получаемого из системы промывки небеленой целлюлозы;
• сжигание концентрированных щелоков (биотопливо) в регенерационном котле, в результате чего производится значительное количество пара, а в ряде случаев и электроэнергии;
• в процессе сжигания образуется твердый оксид магния (зола) и газообразный диоксид серы. Оксид магния отделяется от дымовых газов чаще в электрофильтрах, и растворением в воде превращается в суспензию гидроксида магния;
• эта суспензия используется для абсорбции диоксида серы из дымовых газов, поступающих из регенерационного котла, а также из сдувочных газов варочных котлов, из газов от промывных и выпарных аппаратов в многоступенчатой установке (обычно 3 — 4 ступени) Вентури. Получаемый при этом раствор, в основном содержащий бисульфит магния, осветляется (осаждением или фильтрацией) и донасыщается диоксидом серы, поступающим либо от сжигания элементарной серы в серной печи, либо при добавлении жидкого диоксида серы. Свежеприготовленная варочная кислота перекачивается в варочный отдел после отделения взвешенных веществ.

Общее представление о круговороте химикатов представлено на рисунке 2.10, иллюстрирующем основные стадии процесса и их назначение.

Рисунок 2.10 — Цикл регенерации для сульфит-целлюлозного завода на магниевом основании

В результате регенерации варочных химикатов в регенерационном котле получается пар. Получаемый пар подается в турбины с противодавлением, где производится электроэнергия.

2.4.8. Процесс Магнефит

При Магнефит-процессе уровень pH выше (pH = 3 — 5), чем при кислом бисульфитном процессе, который проводится при значении pH = 1 — 2. Это приводит к более мягким условиям варки с повышенными прочностными свойствами целлюлозы и несколько увеличенным выходом по сравнению с кислым бисульфитным процессом. В Европе для обоих процессов магний используется в качестве главного основания. Существуют два основных технических различия, которые необходимо рассмотреть. В Магнефит-процессе при приготовлении щелока значение pH = 4 можно получить без избытка SO2 в свежем варочном растворе. Следовательно, нет необходимости в эксплуатации бака варочного раствора под давлением. SO2 в варочном щелоке находится в форме бисульфита, поэтому следующие стадии технологического процесса производства бисульфитной целлюлозы подобны производственным стадиям при кислом сульфитном процессе. Число Каппа небеленой целлюлозы для производства бумаги после варки по способу Магнефит выше, чем после кислой сульфитной варки — от 21 до 26, тогда как при кислом сульфитном способе варки можно достичь число Каппа 12 — 16. Как следствие, белимость бисульфитной целлюлозы несколько хуже, чем кислой сульфитной целлюлозы. Поэтому необходимы более длинные схемы отбелки, чтобы получить высокую степень белизны. Это приводит к несколько более высокой величине ХПК и БПК в сточных водах после отбелки. Магнефит-процесс используется на четырех целлюлозно-бумажных предприятиях в Европе (Nymolla и Ustansjo (Швеция); Hundsfos, (Норвегия); Gratkorn, (Австрия).

2.4.9. Процесс производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы

Полуцеллюлоза, являющаяся промежуточным полуфабрикатом между древесной массой и целлюлозой высокого выхода, используется в производстве крафт-лайнера и бумаги для гофрирования.

В настоящее время в России в составе интегрированных предприятий, включающих сульфат-целлюлозные производства, эксплуатируется две установки по производству полуцеллюлозы по разным технологиям: нейтрально-сульфитная лиственная полуцеллюлоза (НСПЦ) и сульфатная полуцеллюлоза с зеленым щелоком.

Рисунок 2.11 — Блок-схема схема процесса производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы

Процесс получения НСПЦ заключается в сочетании неглубокой химической варки и механического размола щепы с получением полуфабриката высокого выхода и включает операции пропарки, пропитки и варки щепы, двух ступеней размола и промывки.

В качестве сырья используется береза и осина в качестве варочного раствора — сульфит натрия с буферной добавкой (например, кальцинированной соды).

Выход НСПЦ из древесины — около 80%.

Предварительная пропарка щепы под атмосферным давлением обеспечивает хорошую пропитку ее варочным раствором, способствует увеличению выхода полуцеллюлозы, ускорению варочного процесса.

Применение размола щепы после варки под давлением улучшает характеристики волокна и обеспечивает условия для возможности применения при промывке полуфабриката высокоэффективного промывного оборудования.

Использование для промывки полуцеллюлозы современных промывных прессов позволяет достичь высокой эффективности отделения растворенных веществ от волокна при низком расходе промывной воды, обеспечивает минимальный унос растворенных веществ с промытой массой.

Отработанный варочный щелок направляется на упаривание для получения товарного продукта — технических лигносульфонатов. Регенерация химикатов экономически нецелесообразна.

Основная информация о процессе производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы, который используют в настоящее время на одном из предприятий России, представлена в таблице 2.15.

Таблица 2.15

Описание процесса производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы

Таблица 2.16

Основное оборудование процесса производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы

В Европе существует лишь несколько компаний, производящих растворимую сульфитную целлюлозу. В принципе, процесс получения такой целлюлозы очень похож на производство сульфитной целлюлозы для производства бумаги. Используются те же химикаты, что и в обычном магниево-бисульфитном процессе. Поэтому система регенерации энергии и химикатов аналогична. Основные различия наблюдаются в параметрах процесса варки и отбелки. Цель варки при производстве растворимой сульфитной целлюлозы заключается в достижении заданной низкой вязкости, т.е. в уменьшении длины молекулярной цепи целлюлозы и в более полном удалении из древесины гемицеллюлоз и лигнина.

2.4.11. Производство технических лигносульфонатов

Сульфитный щелок упаривают в многокорпусной батарее (обычно 5 — 6 корпусов). Технические лигносульфонаты выпускаются жидкие (с содержанием сухих веществ в различных марках продукта не менее 46, 47 и 50%, плотность 1,2 — 1,3 кг/л) или порошкообразные (с содержанием сухих веществ 76% — 96%).

2.5. Процессы получения механических видов древесной массы

В производстве массовых сортов бумаги и картона механические виды древесной массы являются основными волокнистыми полуфабрикатами, обеспечивающими необходимые физико-технические свойства продукции, ее высокую рентабельность, экологичность и высокий выход с единицы используемого древесного сырья [3, 4].

Механические виды древесной массы в России, как и во всем мире, получают с использованием двух основных типов оборудования, давших название соответствующим технологическим процессам:

• дефибреров (технология производства древесной массы из балансовой древесины: классическая дефибрерная масса (ДДМ), дефибрерная древесная масса под давлением (ДДМД), термодефибрерная древесная масса (ТДДМ);
• рафинеров (технология производства древесной массы из щепы на рафинерах: рафинерная древесная масса (РДМ), термомеханическая древесная масса (ТММ), химико-термомеханическая древесная масса (ХТММ) и химико-механическая масса (ХММ).

Основным процессом при получении любого из перечисленных видов массы является процесс механического разделения древесины на волокна — будь то размол щепы в рафинерах (получение ТММ, ХТММ, ХММ) или процесс дефибрирования непосредственно бревен (балансов) в дефибрерах (получение ДДМ, ДДМД).

Классификация процессов получения различных видов древесной массы представлена на рисунке 2.12.

Рисунок 2.12 — Классификация различных видов древесной массы (цит. Технология ЦБП. В 3 т. Т. 1. Ч. 3. — Производство полуфабрикатов. — СПб: Политехника, 2004. — С. 8)

Механическая масса подразделяется на два типа (см. рисунок 2.12).

К первому типу относятся различные виды механической массы, получаемой без использования химических реагентов и имеющей выход 93%...98% (чисто механическая масса — Pure Mechanical Pulp). К чисто механической массе относятся:

ДДМ — традиционная дефибрерная древесная масса с выходом 93%...98%, получаемая истиранием древесины на дефибрерных камнях (SGW-StoneGroundWood) дефибреров различных типов: цепных, прессовых, винтовых и т.д.; ДМД или ДМД/Д — механическая масса, полученная истиранием древесины на дефибрерных камнях под давлением на двухпрессовом дефибрере (PGW — Pressurized Ground Wood) и ее разновидности (ДМД-Супер, ДМД-70 и т.д.);

ДМД или ДМД/Д — механическая масса, полученная истиранием древесины на дефибрерных камнях под давлением на двухпрессовом дефибрере (PGW — Pressurized Ground Wood) и ее разновидности (ДМД-Супер, ДМД-70 и т.д.);

РММ или РДМ — рафинерная механическая или рафинерная древесная масса (RMP — RefinerMechanicalPulp), полуфабрикат, получаемый в результате механической обработки щепы в дисковых мельницах при атмосферном давлении;

ТММ — термомеханическая масса (TMP — Thermomechanical Pulp), получаемая в результате термогидролитической обработки (пропарки) (P = 100...300 кПа; T = 100 °C...130 °C) и размола щепы в 1 — 3 ступени на дисковых мельницах; размол осуществляется под давлением.

Ко второму типу механической массы относятся различные виды химико-механической массы (Chemimechianical Pulp), т.е. механической массы, получаемой с применением химических реагентов. Механическая переработка древесного сырья (размол) — основная операция в процессе их производства.

Химико-механическая масса в свою очередь подразделяется на четыре вида.

1. Масса, получаемая путем «легкой обработки щепы химическими реагентами (до 10%, к массе а.с. древесины).»

ХТММ — химико-термомеханическая масса, получаемая путем совместной химической и термогидролитической обработки и размола щепы в две ступени под давлением (CTMP — Chemithermomechanical Pulp).

2. Химически модифицированная масса, (Chemically Modified Pulps), к которой относятся полуфабрикаты или их отдельные фракции, подвергнутые обработке химическими реагентами:

ТМХМ — термомеханохимическая масса (TMCP — Thermomechanical Chemi Pulp), при получении которой химические реагенты добавляются после 1-й ступени размола под давлением, в процессе размола или после размола;

ХММо — химико-механическая масса из отходов сортирования или для длинноволокнистой фракции всех видов механической массы (LFCMP — Long Fiber Chemimechanical Pulp или CTLF — Chemically Treated Long Fiber).

Технология производства полуфабриката состоит из отделения отходов сортирования (длинноволокнистой фракции) механической массы, обработки их при температуре 80 °C...180 °C сульфитом натрия и размола.

3. Химико-механическая масса высокой степени сульфирования (ХММ), получаемая путем интенсивной обработки щепы химическими реагентами (при расходе 10%...1% и выше). Размол осуществляется при атмосферном давлении в две ступени; УРЭ при изготовлении ХММ, как правило, свыше 1000 кВт ч/т;

СХММ — сульфированная химико-механическая масса (SCMP Sulfonated ChemimechanicalPulp); БПОВВ — бисульфитный полуфабрикат очень высокого выхода (VHYBS — VeryHighYieldBisulfite).

БХММ — бисульфитная химико-механическая масса (BCMP — BisulfiteChemimechanicalPulp);

СВВ — сульфитная масса высокого выхода (HYS — High-yieldSulfite), получаемая при интенсивной обработке щепы бисульфитом;

ССВВ — сульфитная масса сверхвысокого выхода (UHYS — UltraHigh-YieldSulfite);

ОВВСМ — сульфитная масса очень высокого выхода (VHYSP — VeryHigh-YieldSulfitePulp).

4. Бессернистая химико-механическая масса, получаемая бессернистым способом:

ЩПММ — щелочная пероксидная механическая масса (APMP — Alkaline Peroxide Machanical Pulp); этот полуфабрикат получают путем одно-, двух- или трехступенчатой обработки щепы щелочным раствором пероксида водорода и размола; в качестве древесного сырья может быть использована щепа древесины лиственных и хвойных пород, а также их смесь; М-процесс отбелки щепы (M-Chip Bleaching process) и БХММ — беленая ХММ (BCMP — Bleaching CMP) — процессы, весьма близкие по технологии и оборудованию процессу производства ЩПММ; в качестве древесного сырья используется древесина лиственных пород;

ХЩ — холодно-щелочной полуфабрикат (CS — Cold Soda), который в основном применяется при переработке древесины лиственных пород; щепа пропитывается содой при температуре ниже 100 °C и размывается при атмосферном давлении; выход — 85%...90%

Основные оборудование, сырье, химикаты, выход продукции и область применения указанных полуфабрикатов приведены в таблице 2.17.

Таблица 2.17

Основное оборудование, сырье и химикаты при производстве механических масс, их выход и область применения

Основные фазы производства механических масс показаны на рисунке 2.13.

Рисунок 2.13 — Основные фазы производства механических масс

Таким образом, существует два основных процесса производства механической древесно-волокнистой массы. В первом из них:

• при производстве дефибрерной древесной массы (ДДМ) или дефибрерной древесной массы под давлением (ДДМД);
• волокнистая масса получается в результате прижима бревен к вращающему цилиндрическому камню при одновременной подаче воды в зону его вращения. Во втором процессе рафинерная древесно-волокнистая масса (РДМ) и термомеханическая масса (ТММ) получаются в процессе размола (рафинирования) древесной щепы между дисками рафинеров. Механическое воздействие на древесину в процессе получения массы при дефибрировании оказывает абразивная поверхность камня дефибрера, грани выступающих зубцов которой играют роль ножей на стальном диске рафинера во втором процессе.

На характеристики массы могут повлиять повышение температуры процесса и, в случае применения процесса рафинирования, химическое воздействие на щепу. И то и другое требует повышенного расхода энергии. При этом содержание загрязняющих веществ в сточных водах растет вследствие уменьшения выхода массы. Химико-термомеханический процесс производства массы (ХТММ), в котором древесина перед размолом пластифицируется (особенно лигнин межклетника) с использованием химических реагентов, обычно относится к химико-механическим (или механохимическим) процессам, поскольку лигнин в данном случае не растворяется, как в процессе варки при получении целлюлозы, а лишь пластифицируется с разрывом некоторых связей в его макромолекуле.

Волокнистая масса используется в производстве бумаги и картона. Основная цель замены части целлюлозы на такую массу, например, в композиции печатной бумаги — снижение расхода дорогой целлюлозы, позволяющее существенно снизить себестоимость бумаги, а также увеличение коэффициента непрозрачности и ее печатных свойств.

2.5.1. Процесс получения дефибрерной древесной массы (ДДМ)

Производство ДДМ включает линию производства волокна, сортирование и вспомогательные системы — хранение химических реагентов и производство пара и энергии.

Основные процессы производства ДДМ показаны на рисунок 2.14. Производство дефибрерной древесной массы обычно сочетается с производством бумаги, и поэтому обычно массу не сушат.

Рисунок 2.14 — Процесс производства дефибрерной древесной массы

Благодаря некоторому сходству процессов описаны подробно только некоторые отличительные технологические стадии производства механической массы. Для тех стадий, которые идентичны производству сульфатной целлюлозы, даются ссылки на соответствующие параграфы:

• Подготовка и обработка древесины (см. пункт 2.1.1 - 2.1.3).
• Сортирование, очистка небеленой массы (см. пункт 2.1.5).

Для этих разделов приводятся только некоторые различия, имеющие место между сульфатным и производствами механической массы.

2.5.1.1 Дефибрирование балансов

Первичное измельчение древесины на волокна происходит в дефибрерах, в которых бревна прижимаются к вращающимся абразивным камням. При этом волокна древесины должны быть параллельны оси вращения камня. Получается масса с концентрацией примерно 2%. Как правило, используются керамические камни, и они должны периодически «насекаться» специальными аппаратами для восстановления режущей способности истирающей бревна поверхности камня.

Большая часть энергии, используемой в процессе размола, трансформируется в тепло. Древесина разогревается, и за счет присутствия достаточного количества воды лигнин размягчается, и волокна высвобождаются в месте контакта древесины с камнем. Абразивные камни охлаждают и очищают от волокон, застрявших между зернами истирающей поверхности, водой, которую также используют в процессе размола и перекачки массы на следующие стадии обработки. Присутствие воды в процессе является важным, поскольку она способствует отводу тепла из зоны дефибрирования, равномерному его распределению, процессу пластификации древесины в зоне контакта с камнем и снижению трения между волокнами.

Удельный расход энергии (в кВт·ч/т) — УРЭ, в процессе производства древесной массы является важным параметром. Так, например, увеличение УРЭ всегда связано с повышением прочности древесной массы, но при этом и с увеличением степени ее помола.

Необходимость повышения прочности механических масс явилась следствием дальнейшего усовершенствования обычного процесса дефибрирования. Был разработан процесс производства дефибрерной древесной массы под давлением (ДДМД), в котором размол происходит при повышенном давлении (до приблизительно 0,3 МПа). Это позволяет применить процесс, в котором достигается температура оборотной воды 95 °C, а температура в ванне дефибрера — 125 °C. Более интенсивная пластификация лигнина вследствие воздействия высоких температур дает массу с улучшенными свойствами (повышенная прочность), но технические и финансовые проблемы при этом значительно возрастают. При декомпрессии массы получается пар низкого давления, используемый в основном для подогрева воды.

Другим, относительно недорогим способом получения древесной массы с улучшенными свойствами, является процесс термодефибрирования, в котором потери тепла вследствие испарения воды из зоны дефибрирования минимизируются за счет создания дополнительного водного слоя в шахте дефибрера, и применяется автоматизированный контроль процесса.

2.5.1.2 Сортирование и очистка

В массе, полученной механическим способом, содержатся нежелательные компоненты, такие как крупные, недостаточно измельченные фрагменты древесины и пучки волокон. Последние должны быть удалены, так как они снижают прочность и качество печатной бумаги.

Сортирование включает несколько ступеней, чтобы полнее выделить из массы относительно крупные фрагменты и пучки волокон, рафинировать (размолоть) их и после дополнительного сортирования вернуть в основной поток отсортированной массы, сведя количество окончательных отходов к минимуму. Удалить крупные частицы можно легко, но удаление пучков волокон требует более сложного оборудования. Содержание пучков волокон в несортированной древесной массе может достигать 5%, в зависимости от вида процесса. Схема сортирования и очистки древесной массы, предназначенной для получения наиболее качественной бумажно-картонной продукции, описана ниже. Когда к качеству древесной массы предъявляются менее строгие требования по чистоте, схема сортирования может быть проще.

Крупные включения удаляются из потока древесной массы на плоских вибрационных сортировках, снабженных вибрирующими перфорированными пластинами. Отделенные крупные фрагменты измельчаются в дезинтеграторах и вместе с массой основного потока направляются на первую ступень сортирования, которая осуществляется на центробежных сортировках с цилиндрическими перфорированными ситами. Основной поток массы после сортирования сгущается и аккумулируется в бассейне, откуда подается на бумажное или картонное производство. Отходы первой ступени сортирования подаются на сортировки второй ступени сортирования, из которых хорошая масса смешивается с основным потоком перед первой ступенью сортирования, а отходы от сортировок второй ступени размалываются в дисковой мельнице и подаются на сортировку отходов. Хорошая масса с этой сортировки после очистки в центриклинерах соединяется с основным потоком очищенной массы (перед ее сгущением), а отходы возвращаются для повторного размола (рафинирования) на дисковую мельницу. В результате реализации такой схемы сортирования и очистки массы, от отходов еще до их размола удается отделить все качественное волокно (чтобы избежать его неоправданного повреждения при размоле вместе с отходами и увеличения УРЭ), а всю волокнистую часть пучков волокон и других относительно крупных волокнистых фрагментов превратить в хорошее волокно. Окончательными отходами при такой схеме сортирования и очистки являются только очень небольшое количество отходов со ступени центриклинеров. Эти отходы представляют собой неволокнистые включения, а из компонентов древесины — костру, наличие которой крайне нежелательно в композиции бумажной массы, поскольку она препятствует связеобразованию волокон в бумажном листе, приводит к дефектам на стадии прессования, а мелкая ее часть существенно увеличивает показатель сорности бумаги. В зависимости от вида и качества древесного сырья, техники и технологии дефибрирования, типа используемых сортировок и схемы сортирования, содержание отходов, отделяемых от основного потока для переработки, может составлять от 5% до 30%. В процессе производства дефибрерной древесной массы потребляется достаточно большая энергия на процесс сортирования, сгущения и дополнительного сортирования — до 25% от общего потребления энергии.

Основное оборудование для производства ДДМ (Цепные дефибреры)

На отечественных предприятиях установлены цепные дефибреры фирмы Фойт V величины типа «2В-Европа» и отечественные дефибреры типа ДЦ: ДЦ-01, ДЦС-02, ДЦ-03, ДЦ-04 (см. таблицу 2.18). Производительность этих дефибреров 40 — 45 т/сут. для одиночных и 80 т/сут — для спаренных.

Таблица 2.18

Техническая характеристика цепных дефибреров типа ДЦ

Головной моделью является дефибрер ДЦ-04-1, основными отличиями которого от эксплуатируемых на предприятиях других марок являются: повышенная окружная скорость камня, большая мощность главного двигателя, большая скорость рабочих цепей — мощная система спрысков. Это обеспечивает производительность дефибрера ДЦ-04-1 на 35% — 40% большую, чем дефибрера ДЦ-03 и «2В-Европа» при одинаковой массе и занимаемой производственной площади.

2.5.2. Рафинерные древесные массы (РДМ)

Целью процесса рафинирования (размола) является процесс пластификации лигнина и всего древесного матрикса в зоне размола, ослабления межволоконных связей и разволокнение щепы без чрезмерного повреждения клеточной стенки волокон при требуемой степени их укорочения.

В процессе получения механических масс щепа подвергается размолу между стальными дисками рафинера. В зависимости от необходимого качества массы, размол проводится в одну, две, а иногда даже в три ступени. Ножи дисков, воздействующие на щепу, размельчают ее, и получаются отдельные волокна, пучки волокон, частицы древесины. В процессе обработки также меняется поверхность волокон. Большая часть энергии, расходуемой на размол (преимущественно на трение) переходит в тепло, которое высвобождает часть влаги, содержащейся в щепе. Чтобы избежать возгорания древесины и для разбавления массы, в зону размола подается охлаждающая вода. На выходе из рафинеров обычно получается масса высокой концентрации (25% — 50%). Большое количество пара, образующегося в процессе размола, обычно улавливается для дальнейшего использования.

В первоначальном варианте технологии производства РДМ, который редко используется в наши дни, щепа размалывалась при атмосферном давлении. Из-за низкой температуры процесса получалось большое количество поврежденных волокон, но оптические свойства РДМ были относительно неплохими. Для улучшения качества получаемой массы процесс модифицировали с целью повышения в зоне размола пластичности лигнина межклеточного пространства, волокон в целом и т.д., чтобы процесс разделения щепы на волокна мог идти с минимальным их повреждением. Для этого стали применять предварительный нагрев щепы или повышение давления в рафинере. Эти технологии позволили производить рафинерную массу большей прочности и с пониженным содержанием пучков, но почти с теми же оптическими свойствами.

Термомеханический процесс производства массы позволяет получать массу с еще большей прочностью и меньшим содержанием пучков. В нем используется как нагрев щепы перед размолом (пропарка), так и давление в рафинере.

Незначительная предварительная химическая обработка щепы способствует еще большей пластификации древесины и улучшению качества массы, получаемой в процессе рафинирования при атмосферном давлении (ХМРМ — химико-механическая рафинерная масса) или под давлением (ХТММ).

В процессе более глубокой химической обработки и размола при атмосферном давлении получается масса с еще большей прочностью, как из хвойных, так и лиственных пород древесины. Такая масса — химико-механическая масса (ХММ) — сравнима по свойствам с целлюлозой. Характеристика различных видов механической массы приведена в таблице 2.19.

Таблица 2.19

Сравнение свойств различных видов механической массы и сульфатной целлюлозы

2.5.2.1 Термомеханическая масса (ТММ)

Термомеханический процесс производства волокнистой массы включает линию получения волокна и вспомогательные системы. Последние включают, например, хранение некоторых химических реагентов и выработку энергии. Основные производственные процессы термомеханической технологии представлены на рисунке 2.24.

Ниже подробно описываются, главным образом, особенности процесса производства ТММ, отличающие его от производства дефибрерной древесной массы. Сортирование, промывка, переработка отходов, сгущение механических масс аналогично целлюлозным процессам. Отбелка механических масс рассматривается в 2.5.3.

В термомеханическом процессе (ТММ) промытая и отсортированная древесная щепа подвергается термической обработке, а затем процессу размола с применением дисковых мельниц, работающих при повышенном давлении.

Определенное количество древесины может поступать также в виде щепы, являющейся отходом лесопильных и лесоперерабатывающих производств. Эта поступающая извне щепа сортируется и затем поступает на хранение. Если используется баланс в коре, то он подвергается окорке, а затем превращению в щепу в рубительной машине. Древесина для ТММ не должна содержать камни, песок, металлические включения или другие твердые включения, которые могут привести к повышенному износу или повреждению дисков рафинера. Поэтому в большинстве процессов получения ТММ посторонние включения предварительно удаляются, а щепа промывается в специальном аппарате, в результате чего получается загрязненная вода.

Затем щепа пропаривается, после чего размалывается в одну или две ступени при повышенной температуре и давлении. Размол отходов обычно происходит на отдельном рафинере. Часть органических веществ, содержащихся в древесине, растворяется в воде и направляется на очистные сооружения комбината от производства ТММ, или из технологического потока бумагоделательной машины.

Рисунок 2.15 — Принципиальная схема производства ТММ и выбросы

Большая часть высокого расхода электроэнергии, требуемой на размол, трансформируется в тепловую энергию в виде пара, который получается из влаги, содержащейся в древесине, и воды, подаваемой для разбавления массы в рафинер. Поскольку процесс проходит при давлении до 0,5 МПа, на многих предприятиях значительное количество пара может быть регенерировано и использовано после его очистки в теплообменниках с получением чистого технологического пара для использования, например, при сушке бумаги. Часть энергии пара может использоваться для нагрева воды. После размола выбрасываемая из рафинера масса разгружается через циклон, разбавляется, проходит через сортирование, сгущается и хранится в массном бассейне высокой концентрации.

Поскольку в механическом процессе производства ТММ, вода имеет существенное значение, свежесрубленная древесина является предпочтительным сырьем. Если древесина для ТММ хранится на складе, то необходимо избегать ее подсушивания, для чего древесину следует хранить либо в воде, либо орошать водой балансы. Для этого на бирже может потребоваться система сбора воды, которая позволит избежать попадания органических веществ, содержащихся в этой воде, в окружающую среду.

Поскольку потери древесины в термомеханическом процессе очень малы и большая часть древесного сырья превращается в волокнистую массу, теплосодержание сточных вод от установки по производству ТММ слишком мало, чтобы их можно было использовать так же, как черный щелок при получении целлюлозы. Это означает, что в системе завода по производству ТММ необходимо предусматривать очистку сточных вод.

Производство ТММ почти всегда сочетается с производством бумаги или картона. В этих случаях избыточное тепло, образуемое при размоле, можно продуктивно использовать на бумажно-картонном производстве, обеспечивая тем самым высокую степень утилизации вторичного тепла. Производство же товарной ТММ, когда необходимо иметь процесс сушки волокна, встречается не очень часто.

2.5.2.2 Химико-термомеханический процесс

Добавление химикатов в процессе рафинирования стало важным фактором улучшения процесса, так как древесина может быть легко ими пропитана. Легкая предварительная обработка сырья химикатами способствует процессу пластификации древесины и улучшает свойства массы, получаемой в процессе ее размола при атмосферном давлении (ХММ) или повышенном давлении (ХТММ). В большинстве случаев предварительная обработка древесины (щепы) химикатами приводит к дополнительному сбросу со сточными водами загрязняющих веществ. Это является следствием снижения выхода массы в результате химической обработки, а также следствием использования химикатов. Для различных пород древесины используется разная обработка, и свойства ХТММ могут значительно варьироваться, если дозировка и вид используемых химикатов будут различными. В химико-термомеханическом процессе получается полуфабрикат достаточной прочности и приемлемых оптических свойств. Его можно использовать в качестве основного волокнистого компонента для производства печатной бумаги, упаковочного картона и туалетной бумаги.

Производство ХТММ включает линию получения волокнистого материала и вспомогательные системы. К последним относятся, например, хранение химикатов и системы выработки энергии. Стадии производства ХТММ приведены на рисунке 2.16.

Рисунок 2.16 — Схема процесса производства ХТММ

Процесс производства ХТММ включает производство термомеханической массы и использование химикатов для предварительной пропитки щепы или массы между ступенями размола. Ниже описаны только основные процессы, которые отличают получение ХТММ от процессов производства термомеханической массы. Процессы сортирования и промывки, переработки отходов, сгущения и отбелки волокнистой массы рассматриваются в соответствующих разделах.

После окорки балансов, их рубки в щепу, ее промывки и сортирования, щепа пропитывается в башне путем погружения в щелочной раствор. Сульфит натрия (Na2SO3) в основном используется для хвойных пород древесины. В последнее время для лиственных пород древесины используются в основном щелочные растворы пероксида водорода. После пропитки щепу пропаривают, и затем ее температура еще повышается при размоле на рафинерах в 1 — 2 ступени. Это приводит к размягчению лигнина и ослаблению межволоконных связей. Полученная масса разбавляется оборотной водой, которую также используют при размоле и транспортировке древесной массы на следующие стадии производства.

Получение химико-механической массы (ХММ) является дальнейшим развитием процесса производства ХТММ. В процессе более глубокой обработки химикатами и размола при атмосферном давлении щепы как из хвойных, так и из лиственных пород получается масса с улучшенными прочностными свойствами. После пропитки химикатами древесная масса варится при температуре 70 °C — 170 °C от 15 мин до 2 час. Для различных пород древесины используют разные варианты технологии. Оптические свойства ХММ значительно ниже, чем у других механических масс. Поэтому этот полуфабрикат без отбелки может быть лишь ограниченно использован для производства печатной бумаги.

Выход ХММ может составлять даже ниже 90%, следствием чего является повышенное содержание в сточных водах как органики, так и химикатов, используемых для более глубокой, чем при получении ХТММ, химической обработки древесины.

Иногда ХММ производят в виде товарного продукта. В этих случаях ее сушат в специальной сушилке до сухости 90%.

Характеристика основного размалывающего оборудования для процессов ТММ/ХТММ приведена в таблице 2.20.

Таблица 2.20

Характеристика основного размалывающего оборудования для процессов ТММ/ХТММ

2.5.3. Отбелка механических масс

Поскольку спрос на бумагу и картон с повышенной белизной растет, все чаще используется процесс отбелки механических и химико-механических масс. Их отбелка в принципе отличается от процесса отбелки химической целлюлозы, так как в его основе лежит принцип сохранения лигнина, а не его удаление, как при варке или отбелке целлюлозы. Отбелка древесной массы реализуется путем перевода хромофорных групп лигнина в бесцветную форму. Таким образом, при повышении белизны снижение выхода волокна минимально. Эффект от такой отбелки не является постоянным, и бумага со временем желтеет (происходит реверсия белизны). Поскольку стабильной белизны при отбелке таких полуфабрикатов достичь невозможно, их лучше использовать для производства газетной и журнальной бумаги, а не для производства книг или архивных документов. Процесс отбелки с сохранением лигнина происходит в 1 — 2 этапа, в зависимости от того, какой белизны нужна масса. Процессы отбелки отличаются друг от друга в зависимости от того, какой используется реагент.

2.5.3.1 Восстановительная отбелка с использованием дитионита натрия (Na2S2O4)

При отбелке дитионитом (гидросульфитом: условное обозначение — S) органическая часть древесины фактически не растворяется. Обычно используется от 8 до 12 кг дитионита/т в.с. массы. Это позволяет добиться минимальных потерь выхода продукции, а белизна может быть повышена на 12 единиц от начального ее уровня — от 58% — 70% ISO до 70% — 76% ISO. При этой отбелке pH процесса составляет от 5,6 до 6,5, а температура до — 70 °C. Разложение остаточного дитионита в массе может привести к коррозии металлических деталей оборудования, используемого на последующих стадиях производства. Во избежание этого на большинстве предприятий используются хелаты (например, натриевые соли этилендиаминтетра или пентауксусной кислоты, ЭДТК или ДТПК), предотвращающие разложение дитионита. Концентрация массы при обычной гидросульфитной отбелке — 3% — 5%. Однако появление насосов средней концентрации (МС), способных перекачивать массу при концентрации 10% — 12%, позволило при этой же концентрации проводить и гидросульфитную отбелку, что привело к повышению ее эффективности.

2.5.3.2 Окислительная отбелка с использованием пероксида водорода (H2O2)

Снижение выхода продукции при отбелке пероксидом (условное обозначение — P) составляет приблизительно 2%. Это происходит в основном из-за щелочной среды, сохраняемой в процессе отбелки и приводящей к возрастанию количества растворимого органического вещества древесины, что приводит к увеличению нагрузки на очистные сооружения.

Отбелка пероксидом влияет на свойства массы — кроме большей белизны, повышается ее прочность, содержание экстрагируемых веществ снижается и водный баланс улучшается. Если использовать максимально допустимое с экономической точки зрения количество пероксида, то можно повысить белизну на 20 единиц — до 78% — 84% ISO. При наличии в системе ионов тяжелых металлов процесс отбелки заканчивается с меньшей белизной и требует более высокого расхода пероксида в результате его частичного разложения. Поэтому до отбелки добавляют хелаты (например, ЭДТК, ДТПК), чтобы образовать стабильные комплексы с тяжелыми металлами (Fe, Mn, Cu, Cr). Это позволяет избежать снижения белизны массы и деструкции пероксида. ЭДТК и ДТПК содержат азот, который в их составе появляется в сточной воде. Использование ступени промывки небеленой массы перед ее отбелкой является эффективным методом снижения в ней содержания упомянутых металлов и, таким образом, позволяет снизить расход дорогостоящих хелатов. Отбеленная масса затем подкисляется серной кислотой или двуокисью серы до pH = 5 — 6. Современный процесс отбелки пероксидом проходит при концентрации массы 25% — 35%.

Два процесса отбелки могут комбинироваться. Более высокая конечная белизна получается при отбелке пероксидом, чем при использовании дитионита, но непрозрачность массы в последнем случае меньше. Окончательная белизна полуфабриката зависит от белизны небеленой массы, которая, в свою очередь, зависит от сырья и вида отбелки. На белизну конечного продукта влияет также порода древесины и степень помола массы.

2.6. Процесс производства бумаги и картона

На целлюлозно-бумажных предприятиях России вырабатывается большое многообразие видов бумаги и картона [4, 5].

Основным сырьем для производства различных видов бумаги и картона являются первичные волокнистые полуфабрикаты, получаемые из растительного сырья (целлюлоза, полуцеллюлоза, различные виды механической массы) и вторичные, регенерируемые из макулатуры. В настоящее время композиция бумаги и картона определяется больше, чем когда-либо, стоимостью отдельных составляющих. Состав сырья, используемого для производства бумаги, существенно влияет на общие производственные расходы, качество продукции и окружающую среду.

Несмотря на большое разнообразие выпускаемых видов бумаги и картона, а также различные технологические схемы производства, все они включают следующие основные подпроцессы:

• Массоподготовка;
• Система короткой циркуляции;
• БДМ/КДМ в составе:
• напорный ящик — обеспечивает равномерность напуска массы на сетку, однородность ее концентрации по профилю полотна и постоянство расхода по ширине машины;
• сеточная часть — на ней происходит формование бумажного полотна и его обезвоживание до 20% сухости;
• прессовая часть — удаляется вода из полотна за счет уплотнения под действием нагрузки до сухости порядка 50%;
• сушильная часть — обезвоживание бумажного полотна происходит за счет его нагрева. Сухость полотна после сушильной части — 93% — 96%;
• накат — осуществляется наматывание бумаги в рулон.

В зависимости от видов бумаги/картона используется дополнительное технологическое оборудование, такое как: крепирующее и микрокрепирующее устройства, клеильный пресс, меловальная установка, лощильный цилиндр, каландры.

Рисунок 2.17 — Блок-схема процесса производства бумаги и картона

Таблица 2.21

Описание процесса получения бумаги/картона

2.6.1. Прием, хранение и сгущение

На интегрированных предприятиях волокнистый полуфабрикат на бумаго/картоноделательную машину поступает жидким потоком с целлюлозного завода.

Волокнистый полуфабрикат подается на сгуститель, где отделяется избыточное количество воды, а сгущенный волокнистый полуфабрикат поступает на стадию размола.

При использовании привозных полуфабрикатов, поступающих на предприятие в кипах, начальной стадией подготовки бумажной массы является роспуск в гидроразбивателях различной конструкции.

2.6.2. Размол

Назначение процесса размола — придать волокну определенные структуру и размеры по длине и толщине, сделать волокна гибкими и пластичными, за счет внешней и внутренней фибрилляции волокна. В зависимости от вида выпускаемой продукции и вида исходного сырья используется различное оборудование и различные режимы размола.

Наибольшее применение в настоящее время имеют дисковые мельницы — однодисковые, сдвоенные. Однако на ряде предприятий используются также модифицированные конические мельницы.

При использовании различных видов полуфабрикатов, как правило, осуществляется раздельный роспуск и размол. При составлении композиции бумажной массы добавляются оборотный брак и при необходимости наполнители, красители, проклеивающие вещества, вспомогательные химические вещества.

Процесс размола является очень энергоемким, расход энергии составляет от 100 до 500 кВт·ч/т для большинства видов бумаг и картона.

2.6.3. Очистка и сортирование

Готовую бумажную массу далее разбавляют водой до требуемой концентрации и очищают от нежелательных включений, которые удаляют из массы при очистке и сортировании.

В центробежных очистителях удаление волокнистых включений из массы осуществляется под действием центробежных сил. Различают очистители для тяжелых и легких частиц. Центробежные очистители обычно устанавливают в несколько ступеней (до 6 ступеней).

Масса от установки вихревых очистителей поступает в деаэратор, где происходит удаление воздуха из массы. Далее деаэрированная масса поступает на сортировки со щелевыми или круглыми отверстиями.

От степени очистки бумажной массы зависят качество вырабатываемой бумаги и работа бумаго/картоноделательных машин: загрязнения являются одной из причин обрывов бумажного полотна.

2.6.4. Бумаго/картоноделательная машина. Формование, прессование, сушка

На бумаго/картоноделательной машине производится отлив, формование полотна и формирование большинства свойств бумаги и картона.

В напорном ящике масса принимает форму плоской струи, являющейся основой для отлива полотна. Из напорного ящика масса попадает на сетку, где из разбавленной массы осаждаются волокна и образуются бумажное/картонное полотно. В последнее время для формования полотна используется машины со сдвоенной сеткой, которые представляют современный технический уровень бумагоделательного оборудования. В формерах со сдвоенной сеткой волокнистая суспензия проходит между двумя сетками, и вода удаляется с обеих сторон. Существуют комбинации длинносеточных машин и машин со сдвоенной сеткой (гибридные формующие устройства).

Далее полотно подвергается прессованию. В процессе прессования вода удаляется из полотна в результате его уплотнения под действием внешней нагрузки. Прессовая часть машины состоит обычно из нескольких различных прессов, через которые последовательно проходит бумажное полотно. После прессовой части сухость бумаги обычно составляет 28% — 40%.

Дальнейшее обезвоживание до конечной сухости (92% — 95%) происходит на сушильной части бумаго/картоноделательной машины за счет испарения влаги из полотна.

Основными методами сушки являются контактная (применяется для сушки бумаги и картона) и воздушная (применяется для сушки картона).

Сушильная часть машины является, как правило, самой затратной частью машины, на которую приходится около 65% стоимости энергии, потребляемой бумажным производством.

Сушильная часть закрыта колпаком для снижения потерь тепла и повышения эффективности процесса, а также имеет установки для регенерации тепла, в которые поступает горячий влажный воздух из-под колпака. Температура воздуха составляет обычно 80 °C — 85 °C, влажность — 140 — 160 г H2O/кг сухого воздуха. Часть влаги (около 1 — 1,5 м3/т бумаги) выбрасывается в атмосферу. По экономическим соображениям все бумажные предприятия устанавливают системы регенерации тепла.

Рисунок 2.18 — Схема регенерации тепла

В большинстве случаев в состав БДМ/КДМ входят различные узлы, которые необходимы для придания бумаге потребительских свойств. Например, в сушильной части устанавливается клеильный пресс для поверхностной проклейки, меловальная установка, крепирующее или микрокрепирующее устройство. Составы для поверхностной обработки наносятся на поверхность бумаги с помощью валов, шабером и т.д., после чего полотно поступает на сушку в короткую досушивающую часть.

Для повышения лоска, гладкости бумаги, а также придания бумаге равномерной толщины по ширине полотна после сушильной части устанавливается каландр.

Наматывание бумаги в рулоны производится на накате.

Для получения товарной продукции готовую бумагу/картон на продольно-резательном станке разрезают на рулоны. Ролевую бумагу/картон упаковывают и в виде рулонов отправляют на склад. Для выработки листовой продукции рулоны бумаги/картона направляют в листорезательный цех, где происходит резка бумаги/картона на требуемые форматы, сортирование, укладка в стопы/кипы, упаковка. Готовая листовая продукция отправляется на склад.

2.6.5. Очистка избыточной оборотной воды

В процессе производства бумаги/картона на машине происходит непрерывное удаление воды.

С целью экономии волокна и сокращения расхода свежей воды воду, удаляемую в процессе формования полотна на машине, используют как оборотную в технологическом процессе.

В зависимости от места образования и содержания взвешенных и растворенных веществ оборотную воду разделяют на три потока (цикла).

Первый поток образует регистровая вода из зоны формования бумажного полотна сеточной части, обогащенная волокном, наполнителями. Эта вода без осветления направляется на разбавление в массоподготовительный отдел и в поток бумаго/картоноделательной машины.

Вода второго потока (из отсасывающих ящиков, гауч-вала, прессовой части, промывки сеток) содержит в два-три раза меньше взвешенных частиц, чем регистровая вода. Эта вода отправляется на локальную внутрицеховую очистку, после чего осветленную воду используют в технологическом процессе вместо свежей воды.

Уловленное волокно от локальной очистки возвращается в поток.

Вода третьего потока содержит избыточную оборотную воду из вторичного цикла (от очистителей, сортировок и др.). Из-за высокой степени загрязненности ее, как сточную воду, направляют на химико-механическую и (или) биологическую очистку на очистные сооружения предприятия.

Рисунок 2.19 — Упрощенная схема водного и массного потоков бумажной фабрики

2.6.6. Проклейка

В технологии производства массово выпускаемых видов бумаги (писчепечатных, в том числе для офисной оргтехники) и картона важную роль играет процесс проклейки. Основное назначение проклейки — обеспечение получения прочной и сомкнутой поверхности листа, что обеспечивает пригодность бумаги для письма и нанесения печати.

Различают два способа проклейки бумаги и картона — проклейка в массе и поверхностная проклейка.

При проклейке в массе проклеивающие вещества добавляются непосредственно в бумажную массу. В настоящее время для проклейки бумаги применяют различные проклеивающие вещества и способы проклейки — кислый, нейтральный и псевдонейтральный. В России реализуются все три варианта проклейки в массе.

При кислом способе проклейки в качестве гидрофобизирующего вещества (клея) используют продукты различной степени омыления живичной, талловой канифоли или их модификаций, в качестве осадителя клея на волокно применяют сернокислый алюминий. Проклейку ведут в кислой среде при pH 4,3 — 5,5. Для повышения pH проклейки в качестве осадителя используют алюминат натрия, pH проклейки, при этом, составляет 5,5 — 6,0.

При применении высокосмоляных, дисперсионных канифольных клеев (например, торговой марки «Сакоцелл») проклейку осуществляют при pH, близких к нейтральным (6,0 — 6,5). Такую проклейку называют псевдонейтральной проклейкой. Осадителем клея в этом случае также является сернокислый алюминий или полиоксихлорид алюминия. Псевдонейтральная проклейка позволяет минимизировать расходы сульфата алюминия — с 25 — 40 кг/т до 7 — 21 кг/т и канифольного клея — с 9 — 25 кг/т до 6 — 16 кг/т.

В последние десятилетия наибольшее распространение получила проклейка в среде, близкой к нейтральной (pH 6,5 — 8,5), — нейтральная проклейка. В качестве клея применяют водные дисперсии реакционноспособных синтетических веществ на основе димеров алкилкетенов жирных кислот, ангидрида алкилянтарной кислоты или их модификаций. Активные группы этих веществ взаимодействуют с гидроксильными группами волокон целлюлозы, а их гидрофобные радикалы блокируют поверхность волокон, придавая бумаге гидрофобность. Для закрепления клея на волокне и ускорения реакции взаимодействия используют катионные добавки (крахмалы, полиамидэпихлоргидринные смолы, полиакриламид (ПАА), полиэтиленимин (ПЭИ), полиэлектролиты и др.).

Применение проклейки в нейтральной среде дает ряд преимуществ. Процесс производства становится экологически более чистым, отсутствуют сточные воды с кислой средой. Повышается качество бумаги, и снижаются затраты на ее производство. Улучшаются показатели механической прочности бумаги, ее белизна, сохранность при долговременном хранении, устойчивость к термическим воздействиям. При нейтральной проклейке достигается высокий эффект проклейки при малых расходах проклеивающего вещества (от 0,8 до 1,5 кг/т по сухому веществу), устойчивость к воздействию как кислых, так и щелочных сред.

В производстве печатных видов бумаги важную роль играет поверхностная проклейка, которая обеспечивает бумаге требуемую степень впитываемости печатных красок, снижает пылимость и выщипывание при нанесении печати, улучшает структурно-механические свойства бумаги, повышает устойчивость бумаги к деформации во влажном состоянии. Для поверхностной проклейки печатных видов бумаги наиболее часто применяют крахмал, модифицированный химическим или физико-химическим способами. Порядка 60% от всего объема потребляемых модифицированных видов крахмалов приходится на долю окисленного. Существуют различные схемы процесса получения окисленного крахмала. При окислении крахмала получают высокодисперсные коллоидные растворы с пониженной вязкостью, обладающие высокой адгезией, которые глубже проникают в поры бумаги, лучше склеивают волокна, дают более прочную пленку. Поэтому окисленный крахмал часто применяют в качестве основного связующего при поверхностной проклейке бумаги.

При поверхностной проклейке бумажное полотно пропускается между валами клеильного пресса, установленного перед последней группой сушильных цилиндров сушильной части БДМ. Проклеивающий раствор в жале валов клеильного пресса подается на бумагу с одной или двух сторон. Количество наносимого проклеивающего вещества зависит от концентрации проклеивающего раствора и линейного давления в жале валов клеильного пресса. Как правило, количество нанесенного проклеивающего вещества составляет 0,3 — 0,5 г/м2.

Использование для поверхностной проклейки бумаги клеильного пресса усовершенствованной конструкции — пленочного клеильного пресса — обеспечивает существенные преимущества по сравнению с традиционной конструкцией пресса, где полотно обильно увлажнялось между двумя валами, что создавало определенные проблемы с равномерностью нанесения проклеивающего вещества по ширине полотна бумаги. Конструкция клеильного пресса пленочного типа позволяет наносить регулируемое количество проклеивающих веществ и обеспечивает равномерное распределение его по ширине полотна бумаги. Технология нанесения проклеивающего состава на бумагу при использовании пленочного пресса принципиально отличается от традиционной, так как при этом проклеивающий состав наносится первоначально на наносящий вал, образуя ровный по толщине пленочный слой, который затем переносится на бумажное полотно. Вода, содержащаяся в проклеивающем составе, удаляется при прохождении влажного бумажного полотна по последней группе сушильных цилиндров БДМ.

При использовании в технологии производства писчих, печатных видов бумаги только поверхностной проклейки бумажного полотна значительно снижаются затраты на очистку сточных вод предприятия.

2.6.7. Мелование

Технология производства высококачественных видов бумаги книжно-журнальной и картона мелованного для изготовления складных коробок с многокрасочной печатью включает специальную обработку поверхности бумаги или картона, так называемый процесс мелования (нанесение на поверхность бумаги или картона меловальной пасты), который можно отнести к одному из видов поверхностной проклейки, обеспечивающей улучшение печатных свойств поверхности бумаги и картона.

Меловальная паста — водная суспензия, содержащая белые пигменты, связующие и различные вспомогательные вещества. В качестве пигментов применяют каолин, тальк или карбонат кальция. Состав меловальной пасты зависит от требований к качеству поверхности бумаги, определяемых используемым методом печати. Подготовка меловальной пасты производится на так называемой кухне — отделе подготовки пасты, где осуществляется подготовка и смешение в определенном соотношении компонентов пасты. Перед подачей на меловальную установку меловальную пасту фильтруют.

Производят одно- или многократное покрытие бумаги меловальной пастой. Двукратное покрытие, как правило, происходит в два этапа: сначала один слой меловальной пасты наносится на бумагу на встроенной в БДМ меловальной установке, а затем — на отдельно стоящей меловальной установке. Масса первого слоя, наносимого в режиме онлайн непосредственно на БДМ, — 4 - 6 г/м2. Масса второго слоя, который наносится на отдельно стоящей меловальной установке, — 20 — 25 г/м2 (иногда до 40 г/м2).

Включение установок для мелования в состав БДМ стало возможным после разработки валкового устройства пленочного типа, с помощью которого покровную пасту наносят одновременно на обе стороны бумажного полотна при сохранении контурного профиля бумаги. Новые конструкции меловального устройства имеют два вала, к каждому из которых примыкает дозирующий вал, вращающийся со скоростью, отличающейся от скорости наносящего вала, благодаря чему в пленке наносимого покровного состава возникают усилия сдвига, обеспечивающие стабильность пленки при высокой скорости.

Существуют конструкции БДМ, которые позволяют выполнять двойное покрытие бумаги меловальной пастой в едином технологическом процессе. При этом второе покрытие может наноситься на высушенное первое (метод «влажным по сухому») или прямо на влажное (метод «влажным по влажному»). Бумага после мелования имеет матовую поверхность, которая после каландрирования приобретает лоск.

Мелование подразделяется на легкое, полное и литое. При различных видах обработки не только варьируется количество наносимой меловальной пасты, но и изменяется характер ее проникновения в структуру бумажного полотна. Глубина проникновения может быть, как значительной, так и небольшой. Среди методов (способов) мелования бумаги наиболее перспективным является метод шторного мелования. В устройстве для его осуществления отсутствуют механические элементы для разравнивания пасты по поверхности полотна. Паста вытесняется через узкую щель напускной камеры и под действием силы тяжести падает на полотно в виде шторы. В точке соприкосновения с полотном штора изменяет направление движения и растягивается, образуя на поверхности бумажного полотна тонкую пленку, которая высушивается воздухом. Недостатком метода шторного мелования является то, что покрытие наносится только на одну сторону полотна.

Отдельно стоящие меловальные установки включают оборудование для размотки рулона бумаги (раскат), узел или узлы мелования, сушильную часть (инфракрасную сушку, сушку теплым воздухом и нагреваемые цилиндры) и накат. Для управления работой установки используются различные системы управления и контроля.