ИТС 1-2023. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Целлюлозно-бумажное производство

(утв. Приказом Росстандарта от 26.12.2023 № 2795)

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)"
  n1 --> n2
  n0 --> n1
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 26 декабря 2023 г. № 2795

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Production of Pulp, Paper and Board

ИТС 1-2023

Дата введения 1 января 2024 года

Введение

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

Краткое содержание справочника

Введение. Представлено краткое содержание справочника НДТ.

Предисловие. Указаны 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, механической (древесной) и макулатурной массы и на их основе бумаги и картона, а также приведен краткий обзор экономических и 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 об удельном расходе древесного сырья и химических реагентов;
• вопросы удельного энерго- и водопотребления, водоотведения;
• количественный и качественный состав сбросов и выбросов загрязняющих веществ;
• методы очистки сточных и оборотных вод и газовых выбросов;
• сбросы и выбросы загрязняющих веществ, образование отходов и пути их утилизации.

В разделе 3 дана оценка потребления энергоресурсов и уровней эмиссий в окружающую среду, характерных для производства целлюлозы, механической (древесной) и макулатурной массы, бумаги и 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 23 августа 2019 года № 3134).

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

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

В разделе 6 приведены сведения о перспективных технологических и технических решениях, направленных на повышение энергоэффективности, ресурсосбережения, снижение выбросов и сбросов загрязняющих веществ, эффективное обращение с отходами, промежуточными и побочными продуктами, которые пока не применяются или реализованы на одном предприятии ЦБП России на момент подготовки справочника.

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 года № 1458).

1 Статус документа

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям «Целлюлозно-бумажное производство» (далее — справочник НДТ) является документом по стандартизации.

2 Информация о разработчиках

Справочник НДТ разработан технической рабочей группой «Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона» (ТРГ 1), состав которой утвержден приказом Минпромторга России от 15 марта 2022 года № 808 О создании технической рабочей группы «Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона» (в редакции приказа Минпромторга России от 25 июля 2022 года № 3097), и актуализирован экспертной группой «Целлюлозно-бумажное производство» (ЭГ 1), состав которой утвержден приказом Аналитического центра устойчивого развития промышленности Минпромторга России от 2 марта 2023 года № 180АЦ «О создании экспертной группы 1 „Целлюлозно-бумажное производство“ по проведению отраслевого бенчмаркинга удельных выбросов парниковых газов».

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, механической (древесной) и макулатурной 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, механической (древесной) массы, макулатурной массы, бумаги, картона в Российской Федерации.

5 Сбор данных

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах, методах, применяемых при производстве целлюлозы, механической (древесной) и макулатурной массы, бумаги, картона в Российской Федерации, была собрана в процессе разработки справочника НДТ в соответствии с Порядком сбора и обработки данных, необходимых для разработки и актуализации справочника НДТ, утвержденным приказом Минпромторга России от 18 декабря 2019 года № 4841.

6 Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ, разрабатываемыми (актуализируемыми) в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации от 10 июня 2022 года № 1537-р «Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям», приведена в разделе «Область применения». При этом следует учитывать, что межотраслевые («горизонтальные») справочники НДТ носят методический характер, не содержат технологических показателей и не могут быть использованы для определения технологических нормативов для видов деятельности, на которые распространяется действие настоящего справочника НДТ.

7 Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

Справочник НДТ утвержден приказом Росстандарта от 26 декабря 2023 г. № 2795.

Справочник НДТ введен в действие с 1 января 2024 года, официально опубликован в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru).

8 Взамен ИТС 1-2022

Область применения

Настоящий справочник НДТ распространяется на следующие основные виды деятельности: производство целлюлозы, механической (древесной) и макулатурной массы, бумаги, картона.

Вид деятельности включает следующие производства:

• производство целлюлозы (сульфатного и сульфитного способов варки), механической (древесной) и макулатурной массы;
• производство бумаги и (или) картона из целлюлозы (сульфатного и сульфитного способов варки);
• производство бумаги и (или) картона из полуцеллюлозы, целлюлозы высокого выхода, химико-механической и химико-термомеханической массы;
• производство бумаги и (или) картона из механической (древесной) массы и макулатурной массы.
• Справочник НДТ в рамках основного вида деятельности распространяется на следующие технологические процессы (производства):
• древесно-подготовительное производство;
• производство волокнистых полуфабрикатов из растительного сырья (древесины хвойных и/или лиственный пород), включая:

\cdot производство небеленой целлюлозы (сульфатного и сульфитного способов варки);

\cdot производство беленой целлюлозы (сульфатного и сульфитного способов варки);

\cdot производство растворимой целлюлозы;

\cdot производство полуцеллюлозы и целлюлозы высокого выхода;

\cdot производство древесной массы (ДМ);

\cdot производство химико-механической массы (ХММ);

\cdot производство термомеханической массы (ТММ);

\cdot производство химико-термомеханической массы (ХТММ), в том числе беленой химико-термомеханической массы (БХТММ);

\cdot производство макулатурной массы.

Справочник НДТ также распространяется на процессы, связанные с основными видами деятельности, которые могут оказать влияние на масштабы выбросов и сбросов загрязняющих веществ, образование отходов и ресурсную и энергетическую эффективность:

• процесс производства тепловой и электрической энергии на основе биотоплива и/или альтернативного топлива, образующихся в технологических процессах предприятий целлюлозно-бумажной промышленности;
• получение побочных продуктов сульфатцеллюлозного производства;
• получение побочных продуктов сульфитцеллюлозного производства;
• обращение со сточными водами (к сфере распространения справочника относится обращения с производственными сточными водами и сточными водами смешанного происхождения при условии, что объем сточных вод от основного вида деятельности составляет более пятидесяти процентов общего объема сточных вод).

Справочник НДТ может распространяться на следующие виды деятельности при условии использования для указанных видов деятельности сырья (полуфабрикатов, полупродуктов), полученных в технологических процессах собственного производства:

• производство бумаги и картона с покрытием или пропитанных;
• производство фильтровальной, крепированной бумаги;
• производство бумаги-основы (для обоев, печатной, санитарно-гигиенической продукции);
• производство специальных и технических видов бумаги и картона;
• производство изделий из волокнистых полуфабрикатов, включая макулатурную массу, бумаги, картона, включая:

\cdot санитарно-гигиенические и хозяйственно-бытовые изделия;

\cdot изделия тароупаковочные и агротехнического назначения;

\cdot канцелярские товары и изделия для сферы общественного питания;

\cdot обои;

\cdot прочие.

Дополнительные виды деятельности при производстве целлюлозы, механической (древесной) и макулатурной массы, бумаги, картона и соответствующие им справочники НДТ приведены в таблице 1. При необходимости могут использоваться и другие действующие справочники НДТ, при этом следует учитывать, что межотраслевые («горизонтальные») справочники НДТ носят методический характер, не содержат технологических показателей и не могут быть использованы для определения технологических нормативов для видов деятельности, на которые распространяется действие настоящего справочника НДТ.

Таблица 1

Дополнительные виды деятельности при производстве целлюлозы, механической (древесной) и макулатурной массы, бумаги, картона и соответствующие им справочники НДТ

Справочник НДТ не распространяется на:

• лесозаготовительные работы;
• процессы хранения сырья на (в) объектах;
• производство электрической и тепловой энергии для основного вида деятельности, включая хранение и подготовку топлива;
• подготовку к транспортированию и хранение продукции;
• вопросы, касающиеся исключительно обеспечения промышленной безопасности или охраны труда.

Сфера распространения настоящего справочника НДТ по кодам ОКПД и видам деятельности ОКВЭД представлена в таблице 2.

Таблица 2

Сфера распространения 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 ЦБП

Российская Федерация располагает огромной лесосырьевой базой. Площадь земель лесного фонда составляет 1,1 млрд га, запас древесины составляет 79 млрд кубометров (более 20% мировых запасов древесины), при этом лесной комплекс занимает незначительное место в экономике страны (данные за 2020 год):

• 0,75% — в ВВП;
• 2,4% — в объеме промышленного производства;
• 2,1% — в объеме экспорта;
• 2,9% — в мировой торговле лесоматериалами;
• 3,5% — в валютной выручке от экспорта.

Если в 1992 году Россия занимала 10 место в мире по выпуску бумаги и картона, то в 2014 году уже 14 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 место) увеличил объемы выпуска бумаги и картона в 4,8 раз. 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%.

Однако в 2020 году Россия занимала уже 9 место по объемам производства бумаги и картона (рисунок 1.1), продемонстрировав впечатляющий рост от 7,5 до 9,5 млн тонн (+ 27%). Это стало возможным благодаря интенсивному росту объемов сбора и переработки макулатурного сырья и увеличению производства макулатурных картонов для производства гофрокартона и транспортной тары. За это же время Китай нарастил объемы производства бумаги и картона на 12% (+ 12,3 млн тонн), Индия — на 70% (+ 7,1 млн тонн). Удельный вес российской продукции в мировом объеме производства бумаги и картона за 6 лет вырос с 1,9 до 2,4%.

Рисунок 1.1 — Производство бумаги и картона ведущими странами в 2020 году, млн тонн (источник — данные ФО ООН, ФТС России, РАО «Бумпром»)

1.1.2 Основные экономические показатели отраслей лесопромышленного комплекса

ЦБП является наиболее экономически эффективной подотраслью и основой устойчивого развития всего лесного комплекса, что подтверждается мировой практикой и данными многолетних статистических наблюдений. Продукция целлюлозно-бумажной промышленности является результатом глубокой механической и химической переработки древесины на наиболее сложном и дорогостоящем технологическом оборудовании в лесном комплексе, своевременное внедрение наилучших доступных технологий передовыми предприятиями отрасли позволяет максимально повысить энерго- и ресурсосбережение, минимизировать образование отходов, сократить удельные объемы сбросов и выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду. Работа на возобновляемом древесном сырье позволяет прогнозировать дальнейший рост потребления бумажно-картонной продукции в стране и в мире вследствие реализации глобальной стратегии перехода к зеленой и цикличной экономике.

Продукция ЦБП находит самое широкое применение во многих отраслях народного хозяйства — строительстве, пищевой, легкой, химической, мебельной промышленности, производстве транспортной тары и упаковки для различных потребительских товаров, сыпучих материалов и бытовой техники, поэтому ее роль в экономике страны значительно превышает удельные показатели по отрасли.

Таблица 1.1

Прибыль и рентабельность по предприятиям лесного комплекса в 2019 году, млрд рублей

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.

Вторичное (макулатурное) волокно используется в российской ЦБП для производства таких видов продукции, как: тароупаковочные и другие виды бумаги и картона, санитарно-гигиенические бумаги, бумага для строительных изделий, формованные изделия и др. Вторичным сырьем для получения макулатурных волокон считается только сортированная и маркированная макулатура в соответствии с ГОСТ 10700-97. Стадии подготовки и переработки макулатурного сырья включают в себя роспуск, сортирование, очистку и другие операции, последовательность и стадии которых зависят от вида и качества выпускаемой продукции и представлены в п. 2.6 настоящего справочника.

Характерной особенностью отрасли является применение технологии регенерации химикатов, которая позволяет предотвращать загрязнение окружающей среды щелоками, образующимися в процессе варки целлюлозы. Современные технологии позволяют использовать процесс регенерации черного щелока со сжиганием лигнина в качестве дополнительного источника энергии, что резко повышает экономическую и экологическую эффективность сульфатного способа производства целлюлозы.

Также на предприятиях ЦБП в качестве источника энергии используются кора, сучья, отбракованная технологическая щепа, низкосортная древесина, пораженная гнилью и вредителями, подвергшаяся термическому разложению во время лесных пожаров; избыточный ил очистных сооружений и другие виды биотоплива. В соответствии с международной системой классификации, данные виды источников энергии относятся к возобновляемым (ВИЭ) и не должны учитываться в общем объеме составе выбросов парниковых газов предприятиями целлюлозно-бумажной промышленности.

1.1.4 Выпускаемая продукция

Целлюлозно-бумажные предприятия производят продукцию из возобновляемого древесного сырья, спрос на которую в мире и 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, 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 (тыс. тонн).

Таблица 1.2

Производство ЦБП в 2019 — 2021 гг. в разрезе видов продукции (источник — данные Росстата)

Потребление бумаги и картона в России в 2001 — 2020 гг., тыс. т, приведено на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 — Потребление бумаги и картона в России в 2001 — 2020 гг., тыс. т (источник — данные Росстата, FAOSTAT DataBase, РАО «Бумпром»)

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

На рисунке 1.3. приведена структура потребления бумаги и картона в мире.

Рисунок 1.3 — Потребление бумаги и картона в мире в 2001 — 2020 гг., млн тонн (источник — ФТС, Росстат, РАО «Бумпром»)

1.1.5 Производство и потребление бумаги и картона в России

Баланс потребления бумаги и картона в 2001 — 2020 годах приведен на рисунке 1.4, сальдо внешнеэкономической деятельности по продукции ЦБП — на рисунке 1.5. За указанные период наблюдался рост производства, экспорта и внутреннего потребления бумаги и картона. Изменение объемов импорта носило разнонаправленный характер, в зависимости от экономической ситуации в России и связанной с этим покупательной способности населения, колебаний курса рубля по отношению к основным валютам — доллару США и евро, ввода импортозамещающих мощностей отечественными предприятиями ЦБП (по мелованным и ламинированным бумагам и картонам, потребительской упаковке, санитарно-гигиеническим изделиям и т.д.).

Рисунок 1.4 — Производство, экспорт, импорт и потребление бумаги и картона в России в 2001 — 2020 гг., тыс. тонн (источник — данные ФАО ООН, Росстата, ФТС России, РАО «Бумпром»)

Рисунок 1.5 — Сальдо внешней торговли по группе 48 ТН ВЭД (бумага, картон и изделия из них) в 2001 — 2020 гг., млн US$ (источник — данные ФАО ООН, Росстата, ФТС России, РАО «Бумпром»)

Тенденция роста отрицательного сальдо внешнеторгового баланса по бумаге и картону изменилась в 2012 — 2013 годах, когда существенно сократилось потребление импортных высококачественных товаров (прежде всего мелованной бумаги, код 4810 ТН ВЭД). Были введены мощности на ЦБК «Кама» и на филиале АО «Группа „Илим“ в г. Коряжме, благодаря чему продукция российских производителей за 2 года заняла около 25% внутреннего рынка. Одновременно с этим произошел скачок курса доллара и евро по отношению к рублю, из-за чего импорт в целом существенно сократился, однако экспортеры получили дополнительный стимул к продвижению своей продукции на внешние рынки.»

1.1.6 Структура экспорта и импорта целлюлозно-бумажной продукции

Структура экспорта и импорта продукции ЦБП приведена на рисунке 1.6.

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.

Рисунок 1.6 — Чистый экспорт целлюлозно-бумажной продукции в 2021 году, тыс. тонн (источник — данные ФТС, РАО «Бумпром»)

Необходимость развития ЦБП России, внедрения наилучших доступных технологий (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 1.7. На данном графике можно выделить три группы стран. Первая группа — со среднедушевым потреблением 125 — 200 кг/чел. по данным 2020 года — включает страны с развитой экономикой (США, Канаду, Японию, Финляндию и другие страны Европейского союза), для которых характерно снижение объемов потребления на протяжении последних лет. Вторая группа стран — потребление на уровне 35 — 85 кг/чел. (Китай, Россия, Латинская Америка), третья — Индия и страны Африки — на уровне 7 — 15 кг/чел. И эти страны располагают максимальным потенциалом для дальнейшего роста.

Рисунок 1.7 — Среднедушевое потребление бумаги и картона в мире, кг/чел. (источник — данные ФАО ООН, РАО «Бумпром»)

Таблица 1.3

Объемы и индексы среднедушевого потребления бумаги и картона в 2001 — 2020 гг. (источник — данные ФАО ООН, РАО «Бумпром»)

В настоящее время среднедушевое потребление бумаги и картона в России отстает от среднемирового уровня примерно на 4 кг/чел. Для обеспечения растущего спроса отечественного рынка до указанного уровня необходимо нарастить внутреннее потребление на 560 тыс. тонн бумаги и картона. Если ориентироваться на уровень развитых стран — около 100 кг/чел., то России необходимо, как минимум, в два раза увеличить внутреннее потребление, т.е. достичь показателя в 25 млн тонн бумаги и картона в год. Однако это возможно только при условии сбалансированного развития всех отраслей промышленности и экономики России в целом, и в первую очередь при условии непрерывного на протяжении ряда лет роста благосостояния и покупательной способности населения.

Увеличение объемов отечественного производства востребованных российским рынком видов бумажно-картонной продукции может стать логичным направлением реализации программы импортозамещения потребительской продукции в Российской Федерации.

1.2 Характеристика российских предприятий ЦБП

1.2.1 Техническое и технологическое состояние российских целлюлозно-бумажных предприятий

Для российской целлюлозно-бумажной промышленности характерна значительная неоднородность. В настоящее время из 223 целлюлозно-бумажных предприятий производством целлюлозы и механической (древесной) массы по основному виду деятельности занимаются всего 10 комбинатов и заводов большой единичной мощности, выпускающих суммарно более 8,8 млн тонн волокнистых полуфабрикатов, свыше половины объема бумаги и картона (6,2 млн тонн) и отдельные виды потребительской продукции (офисная бумага в листах, тароупаковочные виды бумаг и картонов, санитарно-гигиенические изделия). Около 50 предприятий производят бумагу и картон (всего около 4,2 млн тонн), как из первичного волокна, так и из собираемой и перерабатываемой макулатуры, выпускают гофрокартон, тару и упаковку, специальные и технические виды бумаг и картонов, ряд наименований потребительской продукции. Остальные 160 предприятий занимаются конвертингом, выпуская широкий спектр потребительской продукции, — обои, декоративные виды бумаг и картонов, канцелярские и бумажно-беловые товары, потребительскую упаковку, санитарно-гигиенические и хозяйственно-бытовые товары, фильтровальные материалы и т.д.

Наибольший объем инвестиций в развитие ЦБП осуществляют крупные интегрированные предприятия, в основном за счет собственных средств. Эти предприятия являются градообразующими, выполняют важные социальные и инфраструктурные функции по отношению к моногородам и регионам, в которых осуществляют свою деятельность, включены в Перечень системообразующих предприятий, реализуют приоритетные инвестиционные проекты. В последние годы получила большое развитие поддержка проектов со стороны государства из средств Фонда развития промышленности со сроком окупаемости до 5 лет. Реализация крупных «greenfield» проектов в целлюлозно-бумажной промышленности рассчитана на значительно более долгий срок, поскольку в отрасли используется наиболее крупнотоннажное, капиталоемкое и сложное импортное оборудование, а также самые современные технологии, применяемые в мировой практике крупнейшими машиностроительными корпорациями. Из-за нехватки финансовых средств на фоне ужесточения требований природоохранного законодательства большинство малых и часть средних предприятий за три прошедших десятилетия не смогли ликвидировать накопившуюся техническую и технологическую отсталость и прекратили свою деятельность. Им на смену пришли более современные производства, выпускающие востребованную, конкурентоспособную и экологичную продукцию, объединившиеся в группы компаний и холдинги.

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

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

Из-за своей удаленности от основных рынков, отсутствия необходимой инфраструктуры (лесных дорог, доступности магистрального энергообеспечения, развитых сетей железнодорожного транспорта) малоосвоенными остаются лесные ресурсы Восточной Сибири и Дальнего Востока (рисунок 1.8).

Рисунок 1.8 — Распределение производства волокнистых полуфабрикатов, бумаги и картона по федеральным округам в 2021 году, млн тонн

Основная часть предприятий, выпускающих целлюлозно-бумажную продукцию, находится в лесных районах Северо-Запада, центральной России, Поволжья, вблизи от крупных населенных пунктов со сформировавшимся потребительским спросом, а также крупных транспортных хабов для внешней торговли. Основная часть целлюлозы, производимой на предприятиях Сибирского ФО, экспортируется на рынки стран АТР.

Приоритетом развития предприятий лесного комплекса в XXI веке являются внедрение наилучших доступных технологий, снижение материалоемкости и энергоемкости производства, увеличение использования лесосечных, кородревесных материалов, побочных продуктов переработки древесины и других возобновляемых источников для производства энергии. Глобальная стратегия устойчивого развития перехода к модели «зеленой экономики» предполагает масштабное использование возобновляемых лесных ресурсов, и у российских предприятий лесного комплекса имеется огромный потенциал развития в данном направлении. Ведущие лесные компании России на протяжении трех десятилетий успешно адаптируют и внедряют наилучшие доступные технологии по модернизации действующего оборудования с целью повышения своей конкурентоспособности и удовлетворения растущего потребительского спроса на качественную и экологичную продукцию.

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

Таблица 1.4

Выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников в окружающую среду, их улавливание и обезвреживание (у/о), тыс. тонн

Удельный вес выбросов в атмосферу загрязняющих веществ в целлюлозно-бумажном производстве значительно ниже, чем по сбросам в водные объекты. В 2020 году доля целлюлозно-бумажной промышленности в выбросах по РФ составила 0,45%, а в обрабатывающих производствах — 1,9%. Объем уловленных и обезвреженных ЗВ в ЦБП превышает уровень выбросов в 4,8 раза, в то время как в целом по РФ этот показатель составляет 2,6 раза.

Снижение физических объемов выбросов по отрасли в 2020 году составило 12,6% по сравнению с 2018 годом и 15,7% по сравнению с 2013 годом (таблица 1.5).

Таблица 1.5

Сбросы загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты, млн куб. метров

Удельный вес объемов сбросов по целлюлозно-бумажной промышленности в 2020 году составили 37,3% по всем обрабатывающим производствам и 6,0% по России в целом. Снижение физических объемов сбросов по отрасли в 2020 году составило 14,4% по сравнению с 2019 годом и 12,2% по сравнению с 2018 годом.

Таблица 1.6

Образование отходов производства и потребления, их утилизация и обезвреживание (у/о), тыс. тонн

Таблица 1.7

Инвестиции в основной капитал, направленные на охрану окружающей среды, млн рублей (в фактически действовавших ценах)

Доля инвестиций в охрану окружающей среды на предприятиях ЦБП в 2020 году составила 7,2% от общего объема инвестиций по РФ, доля инвестиций ЦБП в природоохранные мероприятия среди обрабатывающих производств достигла 18%.

Рисунок 1.9 — Индексы производства продукции ЦБП, объемов сбросов и выбросов загрязняющих веществ предприятиями ЦБП, % к уровню 2005 г.

По итогам наблюдений в течение 15 лет отмечается заметное снижение негативного влияния предприятий целлюлозно-бумажной промышленности на окружающую среду. При росте объемов производства целлюлозно-бумажной продукции на 10% объемы выбросов загрязняющих атмосферу веществ предприятиями отрасли снизились на 32%, а объемы сбросов сточных вод — на 37% (рисунок 1.9). Причиной этого являются проведение предприятиями отрасли плановых модернизаций технологического оборудования в соответствии с долгосрочными стратегиями развития и повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции на внутреннем и мировых рынках, внедрение энерго- и ресурсосберегающих решений, оптимизация расхода воды, сырья и химикатов.

1.3 Основные проблемы российской ЦБП и пути их решения

Целлюлозно-бумажная промышленность является наиболее энерго-, материало- и капиталоемкой подотраслью лесного комплекса, выпускающей продукцию глубокой химической переработки древесины. Технологические процессы целлюлозно-бумажного производства отличаются непрерывностью, многооперационностью, исключительно точным взаимодействием сложных технологических схем. 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:

• гигантский, нерационально используемый потенциал лесных ресурсов Российской Федерации;
• неблагоприятный инвестиционный климат;
• несовершенное лесное и природоохранное законодательство;
• наличие разработанных и утвержденных отраслевых и межотраслевых (горизонтальных) справочников по наилучшим доступным технологиям, необходимость единой государственной политики по координации перехода на принципы НДТ в производстве и промышленной экологии предприятий;
• наличие высокоемких, быстрорастущих рынков лесной продукции в России и в странах АТР;
• влияние глобальных вызовов (борьба с изменением климата, сокращение антропогенных выбросов парниковых газов) и связанная с этим необходимость замены ископаемых энергоносителей возобновляемыми биоресурсами;
• устойчивое развитие лесной промышленности, замещение невозобновляемых продуктов новыми видами товаров из лесной биомассы становится приоритетным направлением в мире. Вопросы устойчивого развития приобретают все более важное значение и в российском ЛПК.

Развитие лесопромышленного комплекса страны осуществляется в основном за счет собственных средств крупных предприятий по глубокой механической и химической переработке древесины, которые для поддержания конкурентоспособности своих производств реализуют приоритетные инвестиционные проекты, связанные с модернизацией и техническим перевооружением своих производственных мощностей.

Пути решения проблем, стоящих перед целлюлозно-бумажной промышленностью России:

• создание для реализации приоритетных инвестиционных проектов условий гарантированного обеспечения древесным сырьем, энергоносителями, доступными кредитами отечественных банков;
• участие государства в совместном финансировании создания инфраструктуры крупных ПИП с выделением средств из федерального и региональных бюджетов в рамках единой стратегии развития лесного комплекса страны;
• создание условий для развития биотехнологий в ЛПК, включая производство биотоплива;
• кратное увеличение расходов на НИОКР в лесном комплексе, стимулирование разработки и внедрения инновационных технологий, направленных на снижение удельных затрат энергии, повышение экономической и экологической эффективности производства. Увеличение финансирования научно-технической деятельности по созданию и освоению массового производства востребованной, конкурентоспособной продукции в целях реализации программы импортозамещения;
• увеличение доли использования низкосортной древесины, степени переработки макулатуры для снижения удельного потребления качественного древесного сырья 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 продуктов лесохимии.

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

1.4 Данные по переработке макулатуры в России и в мире

Вторичное волокно является незаменимым сырьем для бумажной промышленности, отличается меньшей стоимостью по сравнению с соответствующими сортами товарной целлюлозы и пригодно для выработки широкого спектра продукции. Использование макулатурного сырья стало общей практикой ресурсосбережения и переработки отходов во многих странах.

Общее производство бумаги и картона в мире в 2020 год достигло 401 млн тонн, Среднемировой уровень вторичной переработки бумаги и картона — 59,7% (в Северной Америке — 68%, в Азии — 55,3%, Латинской Америке — 48,7%, Африке — 37,6%) <1>. Объем сбора и переработки отходов бумаги и картона в мире составил 228,5 млн тонн. Производство бумаги и картона из макулатуры — 198,7 млн тонн (рисунок 1.10).

<1> https://www.cepi.org/wp-content/uploads/2022/09/DRAFT_EPRC-Monitoring-Report-2021_20220909.pdf

Производство бумаги из вторичного сырья, тонн Производство бумаги, тонн

Доля бумаги из вторичного сырья, %

Рисунок 1.10 — Динамика производства бумаги из вторичного сырья в общем объеме мирового производства

Европейский уровень производства бумаги и картона — 99 млн тонн <2>. Объем образования отходов бумаги и картона составил 80 млн тонн (учитывающий объемы производства, экспорт, импорт, включая упаковку экспортируемых и импортируемых товаров). Объем сбора и переработки отходов бумаги и картона в Европе (Евросоюз + Норвегия, Великобритания, Швейцария) в 2021 году составил 57,1 млн тонн, уровень вторичной переработки — 71,4% <3>.

<2> Food and Agriculture Organization of the United Nations https://www.fao.org/home/en

<3> https://www.cepi.org/press-release-the-paper-value-chain-reached-a-71-4-recycling-rate-in-2021/

В качестве основных причин вторичной переработки бумаги и картона можно обозначить меньшую стоимость макулатурного сырья, экологичность технологии переработки, а также снижение расхода энергии на 30%, что обеспечивает сокращение затрат на производство бумажно-картонной продукции.

Переработка макулатуры в России

По данным Центра системных решений (ЦСР) <4> общий объем потребления бумаги и картона в РФ составляет 7,9 млн тонн в год, в том числе пригодные для переработки отходы бумаги и картона — 7,2 млн тонн в год (выбывают из оборота 0,7 млн тонн в год специальные виды бумаги и картона). Объем образования макулатуры в коммерческом сегменте (производство, торговля, офисы) составляет 4,3 млн тонн (60%) и 2,9 млн тонн (40%) домашние хозяйства (смешанные сорта макулатуры). Уровень сбора макулатуры в коммерческом сегменте превышает 95%, потери составляют 0,2 млн тонн, в то время как в сегменте домашних хозяйств сбор составляет не более 20%, потери составляют 2,4 млн тонн. Данный сегмент не привлекателен для заготовителей в силу слабого развития инфраструктуры раздельного сбора отходов — макулатура образуется в малых объемах, и требуется дополнительное накопление отходов бумаги и картона, при этом они смешиваются с другими видами отходов и приходят в негодность. Даже раздельно собираемые отходы бумаги и картона требуют дополнительной сортировки.

<4> Центр системных решений (ЦСР): аналитика в целлюлозно-бумажной отрасли России http://centr-sr.com/

По данным Центра системных решений на рисунке 11 представлено распределение сбора и потребления макулатуры в 2021 году по федеральным округам РФ. Основные мощности по сбору и предприятия по переработке макулатуры сосредоточены в Европейской части РФ — это Центральный, Северо-западный и Приволжский ФО.

ЦФО СЗФО ПФО СФО ЮФО ДВФО УФО СКФО

Рисунок 1.11 — Объемы сбора и потребления макулатуры по федеральным округам РФ, тыс. тонн

От собираемой в коммерческом сегменте 86% (3,8 млн. тонн) составляет макулатура марки МС-5Б, используемая для производства тароупаковочных видов картона и формованных изделий. Также к основным маркам макулатуры в этом сегменте относится макулатура марок МС-2А, МС-6Б, МС-7Б, МС-9В.

Макулатура марки МС-5Б является основной экспортируемой маркой, что обусловлено ее композиционным составом по волокну и малым количеством циклов переработки в целом. Растущий спрос на внутреннем рынке на макулатуру данной марки свел экспорт к минимуму и в 2021 году составил 26 тыс. тонн. Основными странами-экспортерами, на долю которых приходится 84% экспорта, являются Узбекистан, Казахстан, Вьетнам и Беларусь (данные ЦСР).

По данным Лиги переработчиков макулатуры <5> на 2022 год, дефицит предложения макулатуры всех марок в России превышает 1 млн тонн. Соотношение установленной мощности по переработке макулатуры и ее сбора по федеральным округам представлено на рисунке 1.12.

<5> Лига переработчиков макулатуры: https://www.liga-pm.ru/

Установленные мощности по переработке макулатуры

Сбор макулатуры

Рисунок 1.12 — Объемы сбора и мощностей по переработке макулатуры по федеральным округам РФ (данные ЦСР)

Импорт остается низким в силу технологических и законодательных барьеров, в 2021 году в Россию импортировалось 32 тыс. тонн. Основными странами-импортерами на долю которых приходится 78% импорта, являются Латвия, Беларусь, Эстония (данные ЦСР).

Цена тонны макулатуры марки МС-5Б в России выше, чем в ЕС. Изменение цен имеет схожую динамику (рисунок 1.13) (Анализ данных ЦИ ЦСР, RISI).

ТЛ (РФ), EXW TL-2 (ЕС), DDP TL-3 (ЕС), DDP OCC (ЕС), DDP МС-5Б (РФ), DDP

Рисунок 1.13 — Ценовые показатели тест лайнера (ТЛ) и макулатуры марки МС-5Б (ОСС)

Основным драйвером роста сбора макулатуры в РФ является неуклонный рост производства бумаги и картона из вторичного сырья. Динамика изменений начиная с 2000 года представлена на рисунке 1.14.

Рисунок 1.14 — Доля бумаги из макулатуры в российском производстве бумаги и картона (источник — FAO STAT <6>)

<6> Food and Agriculture Organization of the United Nations: https://www.fao.org/faostat/

По состоянию на 2022 год насчитывается 79 предприятий переработчиков макулатуры, крупнейшие из которых представлены в таблице 1.8.

Таблица 1.8

Перечень предприятий переработчиков макулатуры по сегментам выпускаемой продукции (по данным ЦСР, 2022 год)

Из макулатуры марок МС-1А, МС-3А производятся не только санитарно-гигиенические, но и упаковочные виды бумаг, на долю которых в общем объеме производства приходится около 19%. На изготовление писчепечатных видов продукции из макулатуры приходится менее 1% от общего объема производства в данном сегменте.

1.4.1 Классификация макулатурного сырья

В разных странах количество установленных сортов макулатурного сырья различно, что отражает конкретные условия производства бумажно-картонной продукции в стране, организацию ее сбора в виде макулатуры и глубину ее переработки, определяемую целью выпуска конкретных видов продукции.

В Российской Федерации в соответствии с Федеральным Законом от 14 июля 2022 года № 268-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон „Об отходах производства и потребления“ и отдельные законодательные акты Российской Федерации» введены термины «вторичные ресурсы и вторичное сырье».

Вторичный ресурс — это отходы, которые или части которых могут быть повторно использованы для производства товаров, выполнения работ, оказания услуг или получения энергии и которые получены в результате раздельного накопления, сбора или обработки отходов либо образованы в процессе производства.

Вторичное сырье — вид продукции, полученной из вторичных ресурсов непосредственно (без обработки) или в соответствии с технологическими процессами, методами и способами, предусмотренными документами в области стандартизации Российской Федерации, которая может использоваться в производстве другой продукции и (или) иной хозяйственной деятельности.

На основании данных терминов, а также на основании п. 1. ГОСТ 10700-97 макулатура, сортированная и классифицированная по маркам в соответствии с ГОСТ 10700-97, может являться вторичным сырьем.

В зависимости от композиционного состава, цвета, степени загрязненности и роспуска в соответствии с ГОСТ 10700-97 «Макулатура бумажная и картонная. Технические условия» (введен в действие Постановлением Госстандарта РФ от 23 августа 2002 года № 311-ст) макулатура делится на три группы: группа А — высокого качества (4 марки); группа Б — среднего качества (3 марки), группа В — низкого качества (6 марок), а в группах — на марки (таблица 1.9).

Таблица 1.9

Классификация марок макулатуры по ГОСТ 10700-97

В странах Евросоюза, согласно стандарта PN-EN 643 EN 643 «European List of Standard Grades of Paper and Board for Recycling», макулатура делится на 5 групп, включающих 57 марок <7>:

<7> Контроль качества макулатуры — традиции и направления развития. Дулькин Д.А., Дернова Е.В. Материалы межд. науч.-техн. конференции «Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов», 2021 г. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47448302&pff=1

Группа 1 — обычного качества (11 марок):

• Смесь различных сортов бумаги и картона без ограничения содержания короткого волокна.

Группа 2 — среднего качества (12 марок):

• Газеты, журналы, книги (без обложек) и другие виды бумаг, содержащие древесную массу.

Группа 3 — Высокого качества (19 марок):

• Белые, малозапечатанные виды бумаги и картона с ограниченным содержанием древесной массы.

Группа 4 — «крафт-качества» (8 марок):

• Продукция и отходы использованных и неиспользованных бумаги и картона, содержащих преимущественно сульфатную небеленую целлюлозу (гофрокартон, мешочная бумага, мешки и т.д.).

Группа 5 — специального качества (7 марок):

• Различные виды влагопрочной бумаги и картона, а также картонно-бумажная продукция с различными покрытиями.

Классификация, охватывающая широкий спектр макулатурного сырья для каждой категории макулатуры, также предложена FAO (Food and Agricultural Organisation) при Организации Объединенных Наций и делит макулатуру на четыре основные группы: газетно-журнальная; использованная картонная упаковка; бумага, не содержащая древесную массу и другие заменители целлюлозного волокна; смешанная макулатура.

Количество марок макулатурного сырья в целом обусловлено ростом видов бумажно-картонной продукции, которую необходимо утилизировать.

1.4.2 Проблемы в области переработки макулатуры в России и пути их решения

К основным проблемам можно отнести:

1 Дефицит макулатуры, который обусловлен сравнительно небольшим внутренним среднедушевым потреблением целлюлозно-бумажной продукции (ЦБП) — на уровне 50...55 кг в РФ, при этом в Германии — 241 кг, в США — 211 кг.

2 Слабая инфраструктура сбора макулатуры, особенно в сегменте домашних хозяйств. Низкий уровень экологического сознания потребителей.

3 Небольшой спрос на низкосортную и смешанную макулатуру вследствие повышенных затрат на ее сбор, сортирование, очистку и последующую переработку.

4 Отставание от мирового уровня существующих в стране производств по переработке макулатуры с получением белых видов бумаг и картона, что обусловлено почти полным отсутствием производственных мощностей для облагораживания вторичного целлюлозного волокна, включающего стадии обесцвечивания и отбелки.

5 Влияние логистического фактора: удорожание операций по сбору и транспортировке макулатуры для последующей переработки в отдаленных регионах страны.

Пути решения проблем требуют комплексного подхода к сбору и переработке макулатуры:

1 Разработка и внедрение комплексной государственной программы по развитию экологического сознания потребителей на основе принципов экономики замкнутого цикла.

2 Развитие инфраструктуры и логистики сбора и сортирования макулатуры во всех федеральных округах РФ, особенно в сегменте домашних хозяйств.

3 Увеличение доли целлюлозно-бумажной упаковки взамен одноразовой пластиковой, что приведет к повышению потенциала для ее сбора и переработки.

4 Наращивание производственных мощностей для переработки белых марок макулатуры используемых в производстве писче-печатных, санитарно-гигиенических, графических и т.п. видов бумаг с применением стадий облагораживания и отбелки при переработке макулатуры, что позволит расширить собираемость по маркам макулатуры и спектр применения выпускаемой продукции.

5 Создание отраслевых исследовательских, инжиниринговых центров и машиностроительных предприятий для развития потенциала наращивания производственных мощностей.

6 Повышение уровня автоматизации всех стадий сбора, сортирования и переработки макулатуры, в том числе с использованием робототехники.

7 Подготовка и привлечение высококвалифицированных кадров за счет повышения престижа рабочих и инженерных специальностей в отрасли.

Раздел 2 Технологические, технические решения и системы менеджмента, используемые в настоящее время в целлюлозно-бумажной промышленности

Производство первичных волокон

В России в производстве волокнистых полуфабрикатов доля сульфатной целлюлозы составляет 68,3%, доля сульфитной целлюлозы — 4,5% и древесной массы — 27,2% (данные Росстата).

На рисунке 2.1 приведена блок-схема производства сульфатной целлюлозы и НСЦ.

Рисунок 2.1 — Блок-схема производства сульфатной целлюлозы и НСЦ [4, 13]

2.1 Подготовка древесного сырья

На рисунке 2.2 приведена блок-схема производства щепы.

Рисунок 2.2 — Блок-схема производства щепы

2.1.1 Процесс подготовки щепы

Процесс подготовки древесного сырья может включать следующие технологические подпроцессы:

• распиловка древесины;
• окорка древесины;
• рубка древесины;
• хранение щепы;
• 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 бревен длиной 4,5 — 6 м, поэтому процесс распиловки древесины на современных предприятиях отсутствует или используются для трудноокариваемых пород (береза, лиственница).

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 способами. 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 многотопливных котлах.

2.1.4 Рубка древесины

Для обеспечения быстрого и однородного удаления лигнина из древесины бревна рубятся в щепу. Ширина щепы оказывает значительно меньшее влияние на процесс сульфатной варки и качество целлюлозы, чем толщина и длина. Наиболее важное значение имеет толщина щепы, что позволяет эффективно пропитывать (импрегнировать) все древесное вещество варочными химикатами. Длина также важна. Средняя длина волокна сокращается после рубительной машины и зависит от длины щепы. Рубка щепы проводится в рубительной машине или в измельчителе щепы. 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 бревен, до 4 — 6 м, что снизило потери древесины от предварительной распиловки на коротье 1,2 — 2,2 м, а также от сокращения образования опила из-за уменьшения числа размочаленных торцов после окорки и от исключения дополнительного измельчения щепы 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 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 и толстая щепа измельчается на специальных аппаратах и возвращается в общий поток на повторное сортирование. При использовании рубительных машин с верхней выгрузкой щепы для улучшения ее фракционного состава применяют специальные сортировки для выделения из щепы толстой фракции, которая направляется на обработку на специальном оборудовании для разрезания или раздавливания и далее уже измельченная подается в производство. Для рубительных машин с верхней выгрузкой щепы сортирование по толщине обеспечивает равномерность провара целлюлозы, тем самым повышая ее качество и выход.

Сортирование товарной щепы, поступающей от стороннего производителя

В случае поступления небольшого объема товарной щепы его подают на существующее оборудование для сортирования. При поступлении значительного объема товарной щепы дополнительно устанавливают сортирующий узел (табл. 2.1, п. 1.4).

Общая технологическая схема процесса подготовки древесного сырья приведена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 — Блок-схема подготовки технологической щепы

В таблице 2.1 представлены стадии технологического процесса и оборудование для подготовки щепы из круглого леса.

Таблица 2.1

Стадии технологического процесса и основное оборудование, используемое при подготовке щепы

Технологические характеристики оборудования процесса подготовки щепы из круглого леса представлены 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 является доминирующим химическим процессом для получения технической целлюлозы с высокими прочностными характеристиками, который позволяет перерабатывать древесину практически всех пород [4]. Сульфатный способ имеет эффективную и хорошо апробированную систему регенерации химикатов, в которой органические вещества отработанного черного щелока в виде биотоплива играют существенное значение в энергетическом балансе ЦБП. В России в 2019 году произведено 6,8 млн тонн сульфатной целлюлозы и при этом образуется 68 млн тонн черного щелока, который сжигается в энерготехнологических котлах. Это позволяет, во-первых, регенерировать 97% используемых на варку щелочных реагентов, что составляет 2,2 миллионов тонн щелочи, которая снова расходуется на варку целлюлозы, и во-вторых, попутно производится 34 миллиона тонн пара высокого давления, которого достаточно для выработки из возобновляемого источника энергии 5,4 млн кВт*ч электрической энергии, что в 4 раза больше мощности биоэнергетики России в 2021 году, которая составила 1,373 млн кВт [4].

Биотопливо в виде сухих веществ черного щелока совместно с кородревесными материалами на 35% покрывает потребность предприятий ЦБП в энергоресурсах.

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;
• кислородно-щелочная 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 2.4).

Рисунок 2.4 — 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, пропарка и пропитка щепы, породный состав древесины.

В результате варки хвойных пород древесины (ель, сосна) можно получить целлюлозу для отбелки с числом Каппа до 25 — 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 нее.

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

После загрузки в котел щепа пропитывается варочным щелоком, а температура повышается до 155 — 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 раздельные системы сбора и транспортировки подаются на термическое обезвреживание (сжигание в СРК или специальных печах) 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-процентной 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 поступают 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 Кислородно-щелочная делигнификация небеленой целлюлозы

Цель кислородно-щелочной 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 кислородно-щелочной 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 кислородно-щелочной делигнификации в технологической схеме — после промывки небеленой целлюлозы.

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

Перед кислородно-щелочной 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 кислородно-щелочной 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 кислородно-щелочной делигнификацией и ~ 8 — 10 — после.

Фильтрат от промывки целлюлозы после КЩО направляется на промывку целлюлозы после варки, таким образом щелочь, израсходованная на ступени КЩО, противотоком 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 вместо щелочи (NaOH).

Предотвращение деструкции хвойной целлюлозы в процессе кислородно-щелочной обработки, обусловленной влиянием металлов переменной валентности, обеспечивается введением в процесс соединений магния (обычно MgSO4). Уникальные стабилизирующие свойства соединений магния обусловлены сочетанием нескольких различных механизмов их действия. Вводимые в целлюлозную массу соединения магния в щелочной среде образуют осадок гидроксида, имеющий коллоидный характер. Осадок обладает развитой внутренней поверхностью и сорбирует гидроксиды и ионы переходных металлов, выводя их из сферы реакции. Второй возможный механизм действия магния — образование с переходными металлами координационных комплексных соединений, содержащих три или шесть атомов магния на один атом переходного металла. При молярном соотношении магния и железа менее семи эффект стабилизации значительно уменьшается, а при отношении менее трех — полностью исчезает.

На российских сульфат-целлюлозных заводах установки кислородно-щелочной делигнификации небеленой хвойной и лиственной целлюлозы эксплуатируются на 6 линиях: для хвойной целлюлозы предусмотрены установки двухступенчатой кислородно-щелочной 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 через систему 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 направляется 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, обеспечивающими требуемую для химических реакций продолжительность обработки целлюлозы;
• промывное оборудование для отделения использованных химикатов, растворенного лигнина и прочих растворенных веществ из массы целлюлозы (обычно промывные фильтры барабанного типа, промывные прессы, иногда диффузоры).

На российских сульфатцеллюлозных 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 оборотной водой. Нагретая оборотная вода в дальнейшем используется на производстве.

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, Д0, Д1 и Д2 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 гидроксид натрия 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 реагент + кислота \rightarrow 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 кипении под вакуумом, 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 диоксид хлора в основном производят на установках по методу Мэтисона. Кроме того, в настоящее время на предприятиях также для получения диоксид хлора используются технологии; HP-A по методу SVP-Classic (R-3), R-5 и Chemetics (R6).

Основным методом, по которому производится минимальное содержание свободного хлора в растворе диоксида хлора в виде побочного продукта, является процесс Мэтисона, SVP-HP, SVP-Lite, а более высокое — по методам R-5, SVP-Clasik.

Современные технологии позволяют при методе R6 (Chemetics) привести к минимальному содержанию свободного хлора в растворе диоксида хлора менее 0,5 г/л.

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

В таблице 2.6 приведены для сравнения стандартные 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

Принципиальная схема технологии Мэтисона и технологии HP-A представлена на рисунке 2.5, по интегрированной технологии Chemetics представлена на рисунке 2.6, характеристика основного и природоохранного оборудования по технологиям — в таблицах 2.7 и 2.8.

Рисунок 2.5 — Блок-схема получения диоксида хлора по технологии Метисона и технологии HP-A

Рисунок 2.6 — Блок-схема получения диоксида хлора по интегрированному методу Chemetics

Побочные продукты, содержащие натрий и серу, образующиеся при производстве диоксида хлора на целлюлозном заводе, стремятся полностью использовать, например, для регулирования pH в отбельном цехе, а также применяют при разложении сульфатного мыла в производстве таллового масла. Кроме того, для нейтрализации кислотных остатков от производства диоксида хлора по методу Метисона используют слабый черный щелок, поступающий на выпарную станцию. Следует заметить, что в кислотных остатках имеется порядка 0,5 г остаточного хлора/дм3, поэтому при съеме сульфатного мыла следы ХОС могут в нем присутствовать, оставаясь в получаемых талловых продуктах. Помимо этого, остаточный хлор попадает с органическими веществами черного щелока в топку СРК.

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 [6, 7] (рисунок 2.7):

• 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.

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 2.9.

Таблица 2.9

Описание подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной целлюлозы

Характеристика оборудования процесса регенерации химикатов представлена в таблице 2.10.

Таблица 2.10

Характеристика оборудования подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной целлюлозы

Характеристика природоохранного оборудования процесса регенерации химикатов представлена в таблице 2.11.

Таблица 2.11

Характеристика природоохранного оборудования подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной целлюлозы

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 температуры 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 температуры порядка 80 °C — 90 °C.

В процессе упаривания 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 сортирования целлюлозы, кислородно-щелочной делигнификации, выпарной станции, от растворителя плава, из щелоковых баков, 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.

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 2.12 и на рисунке 2.8.

Таблица 2.12

Основные источники дурнопахнущих газов производства небеленой сульфатной целлюлозы

Рисунок 2.8 — 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 происходят 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:

Na_{2}CO_{3} + Ca(OH)_{2} \leftrightarrow 2NaOH + CaCO_{3} .

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 температуре обжига 1000 — 1100 °C:

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. 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

При сульфатной варке древесины наряду с процессом делигнификации протекают реакции омыления смоляных и жирных кислот, основных компонентов экстрактивных веществ, которые переходят в варочный щелок в виде натриевых солей. В раствор также переходят неомыляемые (нейтральные) вещества и соли окисленных смоляных и жирных кислот. Поэтому черный щелок представляет собой сложную коллоидную систему, содержащую лигнин, натриевые соли жирных и смоляных кислот, продукты их окисления, неомыляемые и неорганические вещества, которые находятся в сложной равновесной системе (рисунок 2.9) как в молекулярно-растворенном состоянии, так и в виде мицеллярных агрегатов коллоидного раствора различной степени дисперсности.

Рисунок 2.9 — Образование в черном щелоке частиц экстрактивных веществ разной дисперсности в процессе мицеллообразования и коагуляции

На равновесие системы влияет концентрация сульфатного мыла, электролитов, pH щелока, температура, а также наличие других органических (диспергирующих) веществ. Так как плотность сухих веществ мыла меньше, чем плотность черного щелока, частицы мыла стремятся подняться к поверхности щелока. Скорость отделения и съема мыла зависит от количества сухих веществ в черном щелоке, от температуры и размера частиц мыла. Содержание сухих веществ в диапазоне 28 — 32% (весовые) является оптимальным для снятия мыла [8].

При отставании черного щелока происходит выделение только грубодисперсных частиц мыла, тогда как остальные смолистые вещества остаются в щелоке в виде молекулярной и коллоидно-растворенной формах. Поэтому для более полного съема сульфатного мыла равновесие требуется сдвинуть вправо, чтобы образовалось больше грубодисперсных частиц, а это зависит от полноты протекания процессов мицеллообразования, коагуляции и отстаивания. Выход сульфатного мыла зависит не только от содержания экстрактивных смолистых веществ в древесной щепе, поступающей на варку, но и от условий его выделения, которые влияют на величину потерь экстрактивных смолистых веществ (ЭСВ) во всей технологической цепочке производства. Выход мыла 87% в пересчете на СТМ, представленный на рисунке 2.10, является в Европе удовлетворительным выходом на хорошо работающем заводе. При этом оптимальным считается поступление остаточного СТМ в черном щелоке на сжигание в СРК не более 5 кг СТМ на 1 т в.с.ц.

Рисунок 2.10 — Получение сульфатного мыла

Для наиболее полного снятия мыла требуется снизить его молекулярную и коллоидную растворимость в черном щелоке, которая зависит от концентрации сухих веществ и содержания остаточной щелочности. Минимальная растворимость мыла наблюдается при концентрации сухих веществ 20 — 30% и составляет 3 — 8 кг сульфатного мыла на 1 т абсолютно сухих веществ. Минимальная растворимость также зависит от величины остаточной эффективной щелочности и при величине 7 — 8 г Na2O/дм3 минимальная растворимость составляет 0,15 — 0,3% СТМ к а.с.в. (рисунок 2.11), что уменьшает потери мыла вместе со щелоком, поступающим далее на выпарную станцию и СРК.

Рисунок 2.11 — Растворимость сульфатного мыла, % СТМ от абс. сухого вещества черного щелока, в зависимости от остаточной эффективной щелочи, г Na2O/л

Отстаивание черного щелока производят на выпарной станции в емкостях питательного щелока с объемом баков на 16 — 20 часов работы [9] и при оптимальной температуре 80 — 90 °C. С технологической точки зрения съем мыла необходим, чтобы избежать пенообразования и образования накипи на теплопередающих поверхностях выпарных аппаратов.

Периодический съем сульфатного мыла осуществляют, поднимая уровень жидкости в баке выше встроенного желоба, что обеспечивает перелив сульфатного мыла, которое самотеком сливается в бак. Для непрерывного съема используют установленную наверху баков механическую гребенку, счерпывающую лопастями мыло с поверхности.

Для контроля за съемом мыла используют датчики температуры. Поскольку температура мыла на ~ 5 °C ниже температуры щелока, то повышение температуры мыла сигнализирует о прекращении его съема, что исключает дополнительное попадание щелока в снятое мыло. Также используют датчики электропроводности либо на кабеле, помещенном непосредственно в бак, либо отдельной ячейкой на трубопроводе. За счет присутствия в мыле черного щелока меняется величина электрического сопротивления и процесс слива мыла останавливают. Это важно, поскольку снижается количество черного щелока в мыле, соответственно, снижается содержание лигнина, который при подкислении в производстве СТМ может до 20% увеличить потери за счет сорбции СТМ на поверхности образующейся лигниновой фазы. Следовательно, сокращение количества лигнина в мыле повышает его качество, как сырья для производства СТМ. При содержании лигнина в сульфатном мыле менее 1% образование лигнинной фазы в процессе разложения не наблюдается, увеличивается выход СТМ и стабилизируется процесс разложения.

Показатели качества сульфатного мыла из хвойных (марка С) и лиственных (марка Л) пород древесины представлены в таблице 2.13.

Таблица 2.13

Показатели сульфатного мыла регламентируются ТУ 13-028-1078-28-118-88

Массовая доля лигнина в хвойном мыле составляет 2 — 4% (в лиственном мыле до 6 — 12% лигнина). Еще в 1960-х годах отмечали необходимость перед стадией разложения сульфатного мыла производить его промывку подщелоченным солевым раствором (от установки разложения) для увеличения выхода сырого таллового масла на 5 — 10%, повышения его кислотного числа (на ~ 1,5 мг KOH/г) и снижения содержания лигнина на 30 — 50%. Это весьма существенное улучшение количества и качества получаемого СТМ, поскольку увеличение кислотного числа на единицу на 0,5% увеличивает выход талловой канифоли и жирных кислот и на 0,5% снижает выход таллового пека.

Массовая доля нейтральных веществ в мыле достигает 25 — 30% (к абс. сухим веществам), вызывает затруднения при получении высококачественных талловых продуктов. Поэтому использовали экстракцию сульфатного мыла, например, бензином в водно-спиртовом растворе со степенью очистки мыла от нейтральных веществ 70 — 84%. Выделенные нейтральные вещества идут для получения стеринов [10], а в процессе ректификации таллового масла с содержанием нейтральных веществ 5 — 6% увеличивается выход высокомаржинальных продуктов дистилляции на 10 — 15%.

Получение сырого таллового масла основано на обработке сульфатного мыла серной кислотой с оптимальным расходом 190 — 230 кг/т при pH = 3 — 4 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, для разложения применяется отработанная кислота.

Вязкость сульфатного мыла при 20 °C очень высокая — до 300 Па·с, что не позволяет обеспечить необходимого контакта мыла и кислоты. Поэтому процесс проводится при повышенной температуре — около 100 °C, при которой вязкость сульфатного мыла снижается в 6 — 35 раз, до 8 — 50 Па·с, что обеспечивает его хорошее перемешивание с серной кислотой при образовании реакционной смеси. В результате отстаивания реакционной смеси образуются три слоя: верхний — талловое масло, средний — лигниновый слой, нижний — раствор бисульфата натрия. Далее сырое талловое масло отбирают и дополнительно отстаивают.

При разложении сульфатного мыла реагируют не только соли жирных и смоляных кислот, но и компоненты черного щелока, увлеченного мылом: соли других органических кислот, едкий натр, сернистый натрий и др., поэтому реакция протекает с образованием сероводорода (H2S) и диоксида углерода (CO2) по реакции:

Na_{2}S + H_{2}SO_{4} \rightarrow H_{2}S + Na_{2}SO_{4} ,

Na_{2}CO_{3} + H_{2}SO_{4} \rightarrow Na_{2}SO_{4} + H_{2}O + CO_{2} .

Образующиеся парогазы направляют для очистки в скруббер, который орошают 10-процентным раствором NaOH. В результате сероводород преобразуется в сульфид натрия:

2NaOH + H_{2}S \rightarrow Na_{2}S + 2H_{2}O .

После этого очищенные парогазы могут быть выброшены в атмосферу.

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 для удаления остаточного лигнина 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.

Таблица 2.14

Сравнительные данные работы установок периодического и непрерывного действия

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

Таблица 2.15

Физико-химические показатели таллового масла из хвойного, смешанного и лиственного сульфатного мыла

Скипидарными называют летучие вещества, содержащиеся в хвойной древесине и отгоняемые водяным паром. Скипидары являются смесью монотерпеновых углеводородов с общей формулой C10H16 и небольшой примесью сесквитерпенов. В древесине сосны основные компоненты скипидара — терпены и терпеноиды: \alpha - и \beta - \text{пинен} , \Delta^{3} - \text{карен} . В скипидаре ели имеется некоторое количество \alpha - \text{пинена} (17 — 22%) и значительная доля \beta - \text{пинена} (12 — 23%) и \beta - \text{фелландрена} . Для древесины пихты характерна высокая доля \beta - \text{фелландрена} (43%).

Различия в составе монотерпенов в древесном сырье предопределяют состав промышленных продуктов и, соответственно, их практическое применение. Основная масса терпеновых углеводородов сульфатного скипидара представляет собой: \alpha - \text{пинен} (64 — 77 \beta - \text{пинен} (1 — 24%), \Delta^{3} - \text{карен} (3 — 12%), дипентен (2 — 8%). В незначительных количествах находят камфен, фелландрен, \beta - \text{мирцен} , n-цимол, \gamma - \text{терпинен} , терпинолен, \alpha - \text{терпинеол} . Кроме того, содержится 0,3 — 0,6% легколетучих сероорганических соединений, которые являются продуктами реакции компонентов варочного щелока с древесным веществом.

Выход скипидара-сырца определяется в основном массовой долей летучих веществ в хвойных породах древесины и режимом варки целлюлозы. Массовая доля летучих веществ в свежесрубленной древесине сосны 0,40 — 0,75%, кедра 0,34 — 0,60%, ели 0,10 — 0,20%, пихты и лиственницы 0,10 — 0,15% от абсолютно сухой древесины. В настоящее время на большинстве предприятий РФ перерабатывают смесь хвойных пород с добавкой 10% лиственной древесины, поэтому наибольшая доля скипидара в сырье содержится на предприятиях Сибири (до 0,5%, или около 11 кг на тонну целлюлозы), в европейской части страны наблюдают пониженную долю содержания летучих веществ — до 0,3%. Это связано с изменением структуры перерабатываемого древесного сырья в сторону использования еловой древесины. Кроме этого, при непрерывной варке целлюлозы из-за неполной конденсации парогазов и ненадлежащего охлаждения конденсата сбор скипидара составляет 1 — 2,5 кг/т в.с.ц.

Продолжительность хранения древесного сырья также приводит к существенной потере скипидара. Так, при кучевом хранении щепы в первые 3 месяца щепа в кучах разогревается до 60 — 64 °C. Снижение выхода скипидара при сроках хранения щепы 1, 2, 3, 4 и 5 месяцев составляет соответственно 40, 60, 70, 80 и 100%.

Скипидар выводится из варочной установки в сконденсированном виде с так называемым терпентинным конденсатом (~ 0,3 м3/т в.с. целлюлозы по варке), из которого он выделяется отстаиванием за счет меньшей плотности (860 кг/м3).

Основное преимущество периодического способа варки — отделять скипидар в одной производственной точке. При непрерывной варке на установке Камюр отсутствует пространство для паров, и терпентинная сдувка не производится. Поэтому скипидар распределяется со всеми материальными потоками, выходящими из котла, из которых его и выделяют.

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%.

На сульфатцеллюлозных предприятиях сбор скипидара производят как по экологическим причинам, так и для безопасного ведения производства. Это связано с тем, что на установках непрерывной варки отсутствует система терпентинной сдувки, поэтому скипидар частично выделяется с парогазами верхнего расширительного циклона, и частично остается в черном щелоке. Если скипидар не выделять, то появляется риск его накопления в трубопроводах, баках сбора конденсата или щелока, где его наличие и не предполагается. Это важно при проведении огневых работ на оборудовании, поскольку с воздухом он образует опасную смесь. В последние годы в России и в мире произошло несколько несчастных случаев при проведении работ на подобных резервуарах, при этом возможность наличия в них скипидара не учитывалась.

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.

Скипидар — ценное химическое сырье, из которого делают 100 видов продукции, и крупным перерабатывающим заводам в Индии и во Франции нужен скипидар, что и обусловило высокие цены. Отечественные предприятия по переработке скипидара простаивают из-за нехватки сырья.

Рисунок 2.12 — Блок-схема процесса регенерации химикатов

Основная информация о процессе производства регенерации химикатов, который используют в настоящее время в российской ЦБП, представлена на рисунке 2.12 и в таблице 2.16.

Таблица 2.16

Описание подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной целлюлозы

Характеристика оборудования процесса регенерации химикатов представлена в таблице 2.17.

Таблица 2.17

Характеристика оборудования подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной целлюлозы

Характеристика природоохранного оборудования процесса регенерации химикатов представлена в таблице 2.18.

Таблица 2.18

Характеристика природоохранного оборудования подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной целлюлозы

2.4 Процесс производства сульфитной целлюлозы

Удельный вес производства сульфитной целлюлозы в России в 1990-е годы составлял 23%, а в настоящее время он сократился до 4,5%. Сокращение выпуска сульфитной целлюлозы является общемировой тенденцией.

В 1960-е годы сульфитцеллюлозные заводы сбрасывали сточные воды без очистки в водные бассейны, загрязняя водоемы токсичными солями лигносульфоновых кислот, снижающими содержание растворенного кислорода, и делали их малопригодными для рыбного хозяйства.

В 1970 — 1980-е гг. мировая практика показала, что для утилизации сульфитных щелоков необходимо магниевое основание варочных щелоков с установками по их сжиганию и регенерации химикатов, благодаря чему бисульфитный способ варки становится практически экологически чистым.

В СССР также проводили техническое перевооружение сульфитных предприятий. В частности, в 1972 году началась реконструкция Светогорского ЦБК, и по завершении реконструкции он стал на самом современном оборудовании выпускать ацетатную и вискозную целлюлозу, лучшую в стране и востребованную в мире. По проекту сульфитные щелока на натриевом основании должны сжигаться вместе с сульфатными — так называемая перекрестная регенерация химикатов. В этом же году на Красноярском ЦБК внедрено сжигание отработанного сульфитного щелока на магниевом основании с регенерацией химикатов, в 1982 году — на Светлогорском ЦБЗ (ныне ОАО «Светлогорский ЦБК», Республика Беларусь). К сожалению, на обоих заводах возникли сложности с отечественным магний-регенерационным котлоагрегатом (МРК) 300 т а.с.в./сут., и технология регенерации не была доведена до логического конца по ряду проектных и конструктивных причин. В 1986 году из-за отсутствия очистных сооружений закрыт Приозерский ЦЗ, выпускающий 100 тыс. т вискозной целлюлозы, который был перепрофилирован на выпуск мебели. В 1989 году для реконструкции сульфитного производства на Архангельском ЦБК подписан контракт с австрийской фирмой «Фест Альпине» и финскими «Сунд» и «Альстрем». Однако произошел распад СССР, и переход к рыночной экономике привел к резкому сокращению объема производства продукции отрасли и краху всех планов технического перевооружения.

По разным причинам закрыли наукоемкое производство целлюлозы для химической переработки: в 1994 году — на Амурском ЦКК (вискозная целлюлоза — 100 тыс. т), в 1995 году — на Светогорском ЦБК с самым современным производством вискозной целлюлозы — 80 тыс. т и ацетатной целлюлозы — 30 тыс. т и в 2008 году — на Котласском ЦБК (вискозная целлюлоза — 100 тыс. т) (ныне «Филиал АО „Группа Илим“ в г. Коряжме»). Начиная с середины 1990-х годов предприятия, выпускающие сульфитную целлюлозу для бумаги, расположенные на о. Сахалин, выработав свой ресурс и не найдя средств на модернизацию, стали останавливать производство: Холмский ЦБЗ, Макаровский ЦБЗ, Долинский ЦБЗ, Чеховский ЦБЗ, Поронайский ЦБЗ и Томаринский ЦБЗ, а также Южно-Сахалинский ЦБК, Углегорский ЦБЗ.

По причине отсутствия очистных сооружений в 2001 году закрылся Калининградский ЦБК-1, в 2007 году — Вишерский ЦБЗ, в 2011 году — Калининградский ЦБК-2. В 2012 году после пожара остановлено производство на Красноярском ЦБК (последнее название — Енисейский ЦБК).

В настоящее время продолжают работу АО «Соликамскбумпром», Сясьский ЦБК, Кондопожский ЦБК, Туринский ЦЗ суммарной производственной мощностью 0,337 млн т в год.

Еще одной проблемой сульфитного способа является переработка малосмолистых древесных пород — ели и пихты, поскольку при кислотном процессе смолистые вещества не растворяются и вызывают так называемые «смоляные затруднения», тогда как сульфатный способ варки в щелочной среде лишен данного недостатка и перерабатывает любые древесные породы.

У сульфитной целлюлозы хуже бумагообразующие свойства, чем у сульфатной, волокна которой относительно меньше укорачиваются при размоле и дают более сомкнутый и менее прозрачный лист.

Продолжительность сульфитной варки на 2 — 3 часа больше, чем у сульфатной. Следовательно, оборот варочного котла при периодической сульфитной варке больше, и, соответственно, суточная и годовая производительность с 1 куб. м объема котла в два раза ниже, чем у сульфатной периодической варки. Этот показатель исключительно важен, поскольку производство целлюлозы капиталоемкое и более высокая производственная мощность имеет короче срок окупаемости проекта. Целлюлозно-бумажная промышленность является исключительно капиталоемким производством. Например, капитальные затраты на строительство нового завода в Европе, производящего 550 тыс. т беленой целлюлозы, составляют 1,1 млрд долл. США со сроком окупаемости 15 лет. Затраты на строительство завода в «зеленом поле» для производства 1,3 млн т/год беленой целлюлозы в Сибири составляют 2,5 млрд долл. США со сроком окупаемости 15 лет. Продолжительность жизни предприятий 30 — 40 лет служит гарантией окупаемости инвестиций в течение первых 15 лет, а в течение последующих 15 лет — получения прибыли на уровне выше инвестиций, но для этого требуется привлекать значительные средства на длительный период.

Поскольку перевод предприятия с технологической платформы 1980-х гг. на НДТ потребует строительства нового завода на существующей площадке с имеющейся инфраструктурой, можно оценить затраты на такую модернизацию в 1,1 млрд долл. США. Это одна из причин, делающих возможным использование современных НДТ для предприятий с производственной мощностью 500 — 800 тыс. т в год.

Изменение суточного производства сульфитной и сульфатной целлюлозы в XX веке и в начале XXI века на передовых предприятиях:

Мировое производство сульфитной целлюлозы от общего производства волокон в 2015-е годы составляет всего 4%, из которых производство сульфитной целлюлозы для химической переработки занимает одну треть и одну треть составляет производство нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы для получения тарного картона, остальное используют в производстве бумаг. Таким образом, сульфитное производство в XX веке уступило в конкурентной борьбе на рынке массовых видов бумаг, но осталось в важном сегменте целлюлозы, используемой в специальных видах бумаг, для получения вискозных волокон и более высоковязких (хлопкоподобных) видов целлюлозы для производства эфиров целлюлозы.

В России проблема модернизации небольших градообразующих целлюлозных предприятий (производительностью 30 — 100 тыс. т) назрела уже давно, и ее нужно планомерно решать, чтобы не вызвать социальной напряженности в регионах. За границей такие предприятия либо перепрофилируют, либо закрывают, либо строят современные большой мощности, чтобы окупить проект реконструкции для перехода на НДТ, обеспечивающие экономическую эффективность, экологическую безопасность производства и жизнь региона. Например, в Китае в 2011 году закрылись одновременно мощности по производству 8,2 млн т целлюлозы и бумаги, которые не соответствуют экологическим нормам. По производству волокон в их число вошли: производство древесной массы (менее 51 тыс. т в год); целлюлозы из недревесного растительного сырья (менее 34 тыс. т) и макулатурной массы (менее 10 тыс. т). В производстве бумажно-картонной продукции закрыты мощности бумагоделательных машин (БДМ) по производству бумаги для письма и печати с шириной сетки менее 1,76 м и скоростью ниже 120 м/мин и картоноделательные машины (КДМ), производящие картон лайнер и флютинг с шириной сетки менее 2 м и скоростью ниже 80 м/мин. Нужно отметить, что в Китае создан фонд, из которого дотируются компании, участвующие в модернизации отрасли.

Классификация сульфитных процессов производства целлюлозы в зависимости от pH и вида основания приведена в таблице 2.19.

Таблица 2.19

Основные сульфитные процессы, используемые в ЦБП

2.4.1 Технологический процесс получения сульфитной целлюлозы

На рисунке 2.13 представлена блок-схема производства сульфитной целлюлозы, входящего сырья и энергии и выходящей продукции побочных и основных продуктов сульфитного завода, а также эмиссий.

Рисунок 2.13 — 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. раздел 2.1);
• промывка и сортирование, очистка небеленой массы (см. раздел 2.2.2 и 2.2.3);
• сортирование и очистка беленой массы (см. раздел 2.2.6);
• отбелка (см. раздел 2.2.5);
• сушка (только для товарной целлюлозы) (см. раздел 2.2.7).

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 2.14.

Рисунок 2.14 — Основные технологические стадии производства небеленой и беленой сульфитной целлюлозы с использованием бисульфита натрия, аммония и магния

Таблица 2.20

Описание процесса получения сульфитной целлюлозы