Парогазовые установки электростанций. Планы внедрения парогазовых электростанций в россии

Целлюлозно-бумажная промышленность РФ является проблемной, но в то же время, и перспективной отраслью. На территории России действуют около 270 предприятий, которые распределены по экономическим районам:

• Северный — Карелия и Архангельская обл.;
• Уральский — Пермская и Свердловская обл.;
• Волго-Вятский — республика Мари Эл и Нижегородская обл.

Структурно промышленность поделена на пять групп: Группа Инвестлеспром, Группа Илим, Континенталь Менеджмент, Группа Титан и Северо-западная лесопромышленная компания. Порядка 40% активов этих групп принадлежит иностранным собственникам.

Технологические процессы

Технология производства целлюлозы считается достаточно «грязной». Щелочная, сульфитная или сульфатная варка, как технологический процесс, не изменились, но оборудование, основная часть которого было создано в 70-х годах, морально и физически устарело (износ 70-80%). Технологический процесс непрерывный, что предъявляет особые требования к оборудованию, обслуживанию и поставкам сырья. Глубина переработки исходного материала в 2,5-3 раза ниже, чем в Норвегии, Японии или США. Серьёзных научно-исследовательских работ (НИОКР) в этой области не проводилось.

Продукция

Базовыми единицами продукции отрасли считаются: товарная целлюлоза — 40%, бумага — 30%, картон — 20%, древесная масса — 10%. Импортируется, в основном, товарная целлюлоза и картон, т.к. качество бумаги не соответствует мировым стандартам. Следует отметить резкое увеличение номенклатурных единиц продукции за последние 20 лет — с 2.5 тыс. наименований до 20 тыс. (медико-гигиеническая продукция, целлюлозно-полимерная и др.), что позволило удержаться отрасли «на плаву», поставляя товарную целлюлозу за границу в виде сырья.

Положение в отрасли

Целлюлозно-бумажная отрасль занимает особое место в структуре промышленности РФ. Это связано со спецификой отрасли, которая имеет положительные и отрицательные компоненты.

Положительные:

• Высокий потенциал внутреннего рынка потребления. В настоящее время в РФ бумажной продукции потребляется порядка 50 кг на человека, в то время как в Европе — 160; США, Японии — 200.
• Высокий потенциал отрасли в части энергетических и сырьевых ресурсов. В РФ распложено около четверти мировых запасов возобновляемого сырья — древесины.
• Мощностей электрогенерирующих компаний достаточно для двукратного увеличения производства. Недостатка в водных ресурсах нет.
• Развитие ЦБП создает новые рабочие места. В пересчете на численность работников отрасли одно рабочее место требует участия 10-15 человек в смежных отраслях: от заготовки, транспортировки сырья и воспроизводства лесов до машиностроения.

Отрицательные:

Перспективы отрасли

В 2007 году Правительством РФ был принят ряд постановлений по модернизации ЦБП с целью повышения эффективности и снижения экологической нагрузки (в частности, закрытие Байкальского ЦБК). Предполагалось, что источниками финансирования будут: государство — 44% и частные инвестиции — 56%. Было сформировано 5 проектов, которые охватывали 17 крупных ЦБК. К началу 2012 осталось 5 ЦБК, т.к. остальные не смогли выдержать график модернизации из-за организационно-финансовых проблем, что не удивительно, зная владельцев активов. На сегодняшний день остался только проект лесоперерабатывающего комплекса на базе ОАО Ангара Пейпа.

Мировая конъюнктура рынка не вызывает оптимизма. После падения спроса на 29% в 2007-2008 годах годовой рост составляет 1,5-2%, что не делает благоприятными условия финансирования строительства новых производств и модернизации действующих. И это на фоне китайской экспансии на рынке целлюлозно-бумажной продукции, т.к. Китай за последние 10 лет увеличил производство в 3,3 раза на вновь созданных мощностях.

Часть первая. Производство целлюлозы

Целлюлозно-бумажная промышленность - одна из ведущих отраслей лесного комплекса - объединяет технологические процессы получения целлюлозы, бумаги, картона и бумажно-картонных изделий (писчей, книжной и газетной бумаги, тетрадей, салфеток, технического картона и др.). В России эта отрасль изначально возникла и развилась в Центральном районе, где было сосредоточено потребление готовой продукции и имелось необходимое текстильное сырье, из которого прежде делали бумагу (не случайно один из первых центров производства бумаги в стране получил название Полотняный Завод). В дальнейшем технология изготовления бумаги изменилась, для нее стало использоваться древесное сырье, и ареал размещения отрасли сдвинулся к северу, в лесоизбыточные районы.
Технологический цикл отрасли четко подразделяется на два процесса - получение целлюлозы и производство бумаги. Целлюлоза - распространенное в живой природе углеводное соединение класса полисахаридов. Волокна целлюлозы служат основой для бумаги.
Главное сырье для выработки целлюлозы - древесина хвойных пород, в которой содержание целлюлозы составляет 40-50% от всей массы. Для выделения целлюлозы из древесины применяется термохимическая обработка - варка. Технологически допустимо добавление при варке целлюлозы лиственных пород в количестве до 10%. На производствах чаще всего используют сульфитную, бисульфитную или сульфатную варку древесной щепы, поэтому для любого целлюлозного процесса необходимо использовать соединения серы, вредность которых для природы и человека широко известна.

Таблица 1

Лидирующие предприятия России по варке целлюлозы, 2003,
тыс. т

Древесина после распиловки поступает в рубительные машины, где из нее образуется щепа. Щепа подается в варочные котлы. При сульфитной варке древесину обрабатывают раствором, содержащим оксид серы. Одновременно с этим процессом происходит механическое истирание другой части древесины в шахтах на специальных устройствах - дефибрерах. Продуктом его является древесная масса (диаметр частиц всего 2-3 мм). На получение 1 т древесной массы расходуется 2,5 м 3 , а 1 т целлюлозы - 5 м 3 древесины. Для изготовления обойной или тетрадной бумаги целлюлоза и древесная масса берутся в равных соотношениях - по 50%, для газетной - 70% древесной массы и 30% целлюлозы.
Древесная щепа и варочная кислота поступают в варочный котел периодического действия. Варка целлюлозы ведется при 100-150 °С и давлении 6 атмосфер. После окончания варки в котле снижается давление и вытесняется щелок. Щелок пропускают через фильтр, где улавливаются волокна целлюлозы, затем щелок поступает на отдувочную колонну, где из него отдувается SO 2 . Далее щелок на многих предприятиях передается в спиртодрожжевой цех для дальнейшей утилизации растворенных в нем биологических веществ. В варочном котле остается целлюлоза. После варки целлюлозу пропитывают горячей водой, а затем тщательно истирают. Если целлюлозу используют для производства бумаги на этом же комбинате, то ее в полужидком виде направляют в бумажный цех. В том случае, если целлюлоза предназначается для отправки на другие предприятия, ее прессуют, сушат и превращают в более или менее плотные листы серого цвета - товарную целлюлозу .
Исходя из технологических особенностей производства целлюлозы, главными факторами размещения отрасли являются сырьевой (ориентация на лесодостаточные и лесоизбыточные районы) и водный (необходимость использования большого количества воды). В СССР некоторые производители целлюлозы располагались вне лесной зоны и работали на камышовом сырье (в Астрахани, Кзыл-Орде, Измаиле), но в современной России таких предприятий нет. В любом случае создание крупного целлюлозного предприятия возможно лишь вблизи крупного водотока или водоема. К таким гидрологическим объектам можно отнести Северную Двину (предприятия в Архангельске и Новодвинске), Вычегду (Коряжма), Ангару (Усть-Илимск и Братск), Волгу (Балахна и Волжск), Байкал (Байкальск), Онежское озеро (Кондопога), Ладожское озеро (Питкяранта и Сясьстрой). Ориентация на потребителя в целлюлозной отрасли вторична, поэтому значительная часть отечественной целлюлозы вырабатывается в относительно слабо заселенной Восточной Сибири.

Таблица 2

Крупнейшие российские производители товарной целлюлозы, 2003,
тыс. т

Выработка целлюлозы в России производится на целлюлозно-бумажных комбинатах (ЦБК), целлюлозно-бумажных заводах (ЦБЗ) и целлюлозно-картонных комбинатах (ЦКК). Почти на всех этих предприятиях целлюлоза в дальнейшем перерабатывается в бумагу или картон. Однако имеются исключения: в Усть-Илимске, Советском Выборгского района, Питкяранте стадия производства целлюлозы - завершающая, товарная целлюлоза, полученная здесь, идет на другие предприятия отрасли для дальнейшей переработки.
Целлюлозу в России выпускает около трех десятков предприятий. Производство целлюлозы размещено только в 14 регионах, прежде всего в Архангельской, Иркутской, Ленинградской, Калининградской, Пермской областях, республиках Коми и Карелия. Целлюлоза не производится в Центральном и Дальневосточном федеральных округах. Крайне невелики мощности по производству целлюлозы в Южном и Уральском округах. До недавнего времени целлюлоза еще выпускалась на Сахалине, в Хабаровском крае, Астраханской области, но по экономическим причинам от этих производств пришлось отказаться.
Любопытно, что повышенная концентрация целлюлозных предприятий, пусть и не очень крупных, отмечается в тех частях страны, которые еще относительно недавно - 60-70 лет назад - входили в состав территории экономически развитых соседей. Речь идет о Карельском перешейке, который был до 1940 г. финским (3 предприятия, до 90-х годов - 4, включая закрытый ныне завод в Приозерске); Калининградской области - части бывшей германской Восточной Пруссии (3 предприятия); Южном Сахалине (7 предприятий, к настоящему времени все закрыты), до конца Второй мировой являвшимся японским владением. Это не случайно, учитывая те обстоятельства, что, во-первых, указанные районы для своих стран были наиболее удобным местом развития отрасли, во-вторых, состояние полиграфии и книгоиздательства в Финляндии и Германии находилось и продолжает оставаться на более высоком уровне, нежели в нашей стране. К настоящему времени все доставшиеся в наследство от соседей ЦБК и ЦБЗ нуждаются в реконструкции, и во многом из-за этого значительная их часть уже закрыта.
Перспективы развития целлюлозной промышленности в России связаны с совершенствованием технологического процесса, более полным использованием лесных ресурсов на имеющихся предприятиях, а также со строительством новых ЦБК. В настоящее время проектируется создание комплексов по производству целлюлозы и бумаги в Александрове Владимирской обл., Нее Костромской обл., Туртасе Тюменской обл., Амазаре Читинской обл. Проводятся предпроектные изыскания в Кировской, Вологодской и Новгородской областях и некоторых других регионах.

В состав целлюлозно-бумажного производства входит по лучение волокнистых полуфабрикатов - целлюлозы и древес ной массы - и их переработка в различные виды бумаги и картона.

При варке измельченной древесины, т. е. обработке ее рас­твором химических реагентов (варочным раствором) при по­вышенных температуре и давлении, происходит ее делигнифи - кация - большая часть лигнина растворяется, клетки древе­сины разъединяются и получается волокнистая техническая целлюлоза.

Основными методами получения целлюлозы являются суль­фатный и сульфитный; применяют также бисульфитный, ней­трально-сульфитный, различные комбинированные и ступенча­тые методы варки. Перспективными являются окислительные методы - кислородно-содовый, кислородно-щелочной и др., которые не связаны с использованием серосодержащих реаген­тов и поэтому оказывают меньшее влияние на окружающую среду.

Путем соответствующего подбора реагентов и условий варки регулируют выход технической целлюлозы и ее свой­ства, в первую очередь остаточное содержание лигнина. Чем полнее удален лигнин при варке, тем волокно светлее, но вы­ход его меньше. Целлюлозу вырабатывают нормального вы­хода (40-50 % от массы абсолютно сухого сырья), которая подразделяется на жесткую (содержащую 3-8% лигнина), среднежесткую (1,5-3%) и мягкую (менее 1,5% лигнина) и высокого выхода (50-60 %) Получают также полуцеллю­лозу (выход 60-85 %), содержащую половину или более ис­ходного лигнина и требующую механического размола для превращения ее в волокнистую массу.

Техническая небеленая целлюлоза пригодна для изготовле­ния многих видов продукции - газетной и мешочной бумаги, тарного картона и др. Для получения высших сортов писчей и печатной бумаги, где требуется повышенная белизна, исполь­зуют среднежесткую и мягкую целлюлозу, которую отбели­вают химическими реагентами, например хлором, двуокисью хлора, гипохлоритом кальция или натрия, перекисью водорода.

Особо очищенную (облагороженную) целлюлозу, содержа­щую 92-97 % альфа-целлюлозы (т. е. фракции целлюлозы, нерастворимой в 17,5%-ном водном растворе едкого натра) используют для изготовления химических волокон, в том числе вискозного шелка и высокопрочного вискозного кордного во­локна для производства автомобильных шин.

Древесную массу получают механическим разделением дре­весины на волокна. Большое количество волокнистой массы вырабатывают из вторичного сырья - макулатуры, доля кото­рой в производстве бумаги и картона превышает 20% от всего используемого волокна. На некоторых предприятиях целлю­лозу получают из тростника.

Сырье для- производства волокнистых полуфабрикатов. Ос­новным видом сырья является древесина. Для производства сульфатной целлюлозы пригодна древесина любых пород; наи­более часто используют древесину сосны и лиственницы, од­нако все больше возрастает доля древесины лиственных пород. В то же время для производства сульфитной целлюлозы необ­ходима малосмолистая древесина, преимущественно ели и пихты. Поэтому дальнейшее развитие целлюлозного производ­ства происходит в основном за счет сульфатного, а также но­вых методов варки.

Древесина поступает на предприятия в основном в виде ба­лансов- бревен длиной 4,5 м и более (долготье), толщиной в верхнем отрубе 6-24 см или отрезков длиной 1,25-1,5 м (коротье), а также в виде технологической щепы. Такая щепа изготовляется на лесозаготовительных и лесопильно-деревооб - рабатывающих предприятиях из отходов основного производ­ства. Отдельные предприятия используют также крупные опилки.

Доставка древесины на предприятия производится сплавом (в баржах или плотах), железнодорожным и автомобильным транспортом. Щепа доставляется железнодорожными ваго­нами- щеповозами и специальными автощеповозами большой вместимости, 12-40 м3.

Лесные склады современных целлюлозно-бумажных пред­приятий хорошо оснащены механизмами для выгрузки сырья из транспортных средств, укладки его и подачи в производ­ство- вагонаопрокидывателями, мостовыми, кабельными и стреловыми кранами, конвейерами, кучеукладчиками (стаке­рами) и др. Хранят древесину в штабелях, кучах и в незамер­зающих рейдах на воде.

В кучи укладывают балансы в окоренном виде, используя для окорки корообдирочные (окорочные) барабаны или ротор­ные окорочные станки. Долготье предварительно разделывают на многопильных станках (слешерах). Окорка является очень важной операцией, так как кора плохо проваривается, а при сульфитном методе вовсе не проваривается, в результате чего снижается производительность варочного оборудования и цел­люлоза загрязняется частичками коры. Снятую кору исполь­зуют в качестве топлива, для приготовления сельскохозяйст­венных удобрений и др.

Щепу хранят в кучах по 150-250 тыс. м3, высота куч до 30 м. Насыпают щепу в кучу и подают ее в производство пре­имущественно пневмотранспортом.

Балансы и технологическую древесину измельчают на дисковых многоножевых рубительных машинах. Размеры щепы, мм: длина (вдоль волокон) 16-20, ширина 20-25, толщина 2-3. Более крупные щепки (в среднем 8 % от всей щепы) и мелочь (опилки, пыль - около 2%) отделяют от год­ной щепы на плоских щепосортировочных установках. Круп­ную щепу дополнительно измельчают в дезинтеграторах. От­ходы от измельчения и сортировки (суммарно около 3%) сжигают.

Производство сульфатной целлюлозы. Схема производства сульфатной целлюлозы приведена на рис. 2.1. Варят целлю­лозу с варочным раствором (сульфатным, или белым, щело­ком), содержащим едкий натр, сернистый натрий, небольшое количество карбоната и сульфата натрия.

/ - варочный котел; 2 - выдувной резервуар; 3 - сучколовитель; 4 ~ промывной фильтр; 5 - сборник щелока; 6 - сортировка; 7 - центриклннер; 8 - сгуститель; 9 - бассейн целлюлозы; 10 - сборник белого щелока; 11 - известерегенерационная печь; 12 - каус - тизатор; 13 - растворитель плава; 14 - содорегенерационный котлоагрегат; 15 - вы­парной аппарат; / - варочный цех; // - промывной цех; /// - очистный цех; IV - Цех регенерации

Едкий натр и сернистый натрий составляют активную часть белого щелока. Их суммарная концентрация в пересчете на Na20 колеблется от 70 до 120 г/л. Чем больше активной ще­лочи в варочном растворе и чем выше температура и давление в варочном котле, тем быстрее идет варка и полнее удаля­ется лигнин, но тем ниже выход волокна. Обычно температура варки 165-180 °С, давление в котле 0,7-1,2 МПа (1 МПа ра­вен 9,81, округленно 10 кгс/см2). Гидромодуль, т. е. объем жидкости в кубических метрах на 1 т абсолютно сухого сырья, составляет 4-f-4,5: 1.

Порядок варки целлюлозы в котлах периодического дейст­вия следующий. В котел загружают щепу в количестве 0,3- 0,35 м3 на 1 м3 вместимости котла, а при применении пропарки щепы или специальных уплотнителей - 0,4 м3 или даже больше. Затем заливают варочный раствор, закрывают котел и начинают нагревать его содержимое, для чего щелок непре­рывно прокачивают циркуляционным насосом через подогрева­тель. Температуру в котле поднимают до заданной конечной величины (этот период называют заваркой), потом следует стоянка при этой температуре (собственно варка). Заварку ведут медленно, чтобы щепа хорошо пропиталась варочным щелоком; в этот период для удаления воздуха и образующихся летучих продуктов (скипидара, метилового спирта и др.) про­изводят сдувку парогазовой смеси - терпентинную сдувку. Па­рогазовая смесь поступает в щелокоуловитель и далее подвер­гается дробной конденсации. От конденсата во флорентине от­деляют сырой сульфатный скипидар в количестве 8-12 кг из сосновой древесины, 1-2 кг из еловой древесины в расчете на 1 т выработанной целлюлозы.

При производстве вискозной и кордной целлюлозы щепу в котле сначала подвергают предгидролизу с целью удаления гемицеллюлоз. Для этого ее обрабатывают 0,3-0,5%-ной сер­ной кислотой при 120-130 °С или водой при 160-170 °С. Предгидролизат отбирают из котла и направляют на произ­водство дрожжей, после чего в котел заливают варочный рас­твор и начинают варку. По окончании варки, обычно не сни­жая давления в котле, целлюлозную массу выдувают из него в выдувной резервуар, осматривают котел и готовят к новой загрузке.

Полный оборот котла продолжается 5-8 ч, в том числе загрузка щепы и заливка щелока примерно 1-1,5 ч, заварка 2-4,5 ч, варка до 1 ч, конечная сдувка, выгрузка целлюлозы и осмотр котла около 1 ч.

Стационарный варочный котел (рис. 2.2) стальной, облицо­ван внутри легированной сталью. Общая высота 13-17 м, диа­метр цилиндрической части 3,6-4,5 м, загрузочной горловины 800 мм, выгрузочной - 700 мм, вместимость 100-200 м3. Ще­лок забирается из средней части котла и возвращается цирку­ляционным насосом в верхнюю и нижнюю его части.

/ - циркуляционный насос; 2 - корпус; 3 - всасывающий трубопровод; 4 - заборный па­трубок; 5 -сита; 6 - уровень щелока; 7 - щепа; 8 - сдувочный патрубок; 9 - бун­Кер; 10 - загрузочная горловина; // - кольцевой спрыск; 12 - колонки задвижек; 13 - Нагнетательные трубопроводы; 14 - подогреватель; 15 - изоляция; 16 - патрубок по­Дачи пара; 17 - выдувной вентиль; 18 - выгрузочная горловина

На многих заводах котлы периодического действия осна­щены автоматизированными системами управления технологи­ческими процессами (АСУ ТП), ведущими варку по заданной программе.

Выгруженную из котла целлюлозу промывают водой в диф­фузорах или на барабанных фильтрах и затем подвергают многоступенчатой очистке от сучков, непровара, частичек коры, песка и др. Сначала производят грубое сортирование на виб­рационных или центробежных сучколовителях, потом тонкое сортирование в центробежных сортировках, вихревых очисти­телях (центриклинерах) и др.

Варочный котел непрерывного действия «Камюр» (рис. 2.3) имеет общую высоту 45 м, диаметр 4,7 м, дает в сутки 450- 500 т целлюлозы (имеются также установки производитель­ностью 800-900 т/сут).

Щепу из бункера подают при помощи питателя низкого давления в пропарочную цистерну, где из щепы удаляются

Вода и скипидар. Пропаренная щепа перемещается винтовым конвейером к роторному питателю высокого давления, который подает ее в котел и одновременно служит запорным клапаном. Выходящая из питателя высокого давления щепа транспорти­руется щелоком к загрузочному устройству котла, оснащен­ному вертикальным вращающимся винтом. Варочный щелок подают насосом в верхнюю часть котла. Щепа опускается в котле под собственной тяжестью.

В верхней зоне котла идет заварка, в средней варка, в нижней частичная промывка целлюлозы слабым щелоком. Целлюлозная масса концентрацией 14-16%, охладившаяся до 80-85 °С, непрерывно выгружается и поступает в выдув­ной резервуар. Щепа в каждой зоне находится 1,5 ч, а всего 4,5 ч.

Для получения из древесины лиственных пород целлюлозы высокого выхода и полуцеллюлозы используют преимущест­венно непрерывнодействующую установку «Пандия» (рис. 2.4). Варку проводят в варочных трубах при 160-180 °С. Число труб от 2 до 8, они имеют диаметр 0,6-1,2 м, длину 6-12 м, оснащены винтами.

В установке «Пандия» нет зоны заварки, целлюлоза выгру­жается без промывки, поэтому время пребывания щепы в ап­парате сокращается до 15-60 мин, но выход волокна и его прочность несколько снижаются.

По окончании варки щелок (7-10 м3/т целлюлозы) имеет почти черный цвет, поэтому его называют черным щелоком. В щелок переходит большая часть лигнина древесины в виде щелочного лигнина, а также часть гемицеллюлоз, которые в щелочной среде гидролизуются и окисляются, образуя в ос­новном оксикислоты. Ацетильные группы древесины при варке отщепляются, образуя уксусную кислоту, находящуюся в ще­локе в виде уксусно-кислого натрия.

Черный щелок упаривают в многокорпусных вакуум-выпар­ных установках, добавляют сульфат натрия для возмещения потерь щелочи, происходящих в производстве (отсюда и на­звание способа), а затем щелок сжигают в топках специаль­ных паровых котлов - содорегенерационных котлоагрегатов (СРК). При этом сгорает органическая часть щелока, а суль­фат натрия превращается в сернистый натрий; едкий натр пе­реходит в углекислый натрий.

Плав растворяют в слабом белом щелоке или в воде и по­лучают зеленый щелок, который обрабатывают гашеной из­вестью для перевода углекислого натрия в едкий натр. Полу­чается белый щелок, который снова используют для варки целлюлозы.

Смоляные и жирные кислоты, содержащиеся в древесине, при варке превращаются в натриевые соли. Эти соли при от­стаивании собираются на поверхности черного щелока, обра­зуя сульфатное мыло.

Путем подкисления черного щелока серной кислотой или двуокисью углерода из него можно выделить щелочной лигнин, применяемый в производстве пластических масс, резинотехни­ческих изделий и др. Из черного щелока можно получить дру­гие лесохимические продукты. Например, из подкисленного упаренного черного щелока можно извлечь метилэтилкетоном уксусную и муравьиную кислоты, различные оксикислоты и др.

Производство сульфитной целлюлозы. Еловая или пихтовая щепа из хорошо окоренной древесины варится с сульфитной варочной кислотой в периодически действующих стальных фу­терованных или биметаллических варочных котлах вмести­мостью 160-400 м3.

Варочная кислота представляет собой водный раствор би­сульфита кальция, либо магния, натрия, аммония с большим избытком свободного сернистого ангидрида. Для получения варочной кислоты сжигают серу или серный колчедан в печах, печные газы очищают, охлаждают и пропускают через башни с известковым камнем, орошаемые холодной водой, либо че­рез абсорберы, орошаемые соответственно магнезиальным мо­локом, водным раствором карбоната натрия, гидроокиси ам­мония.

Готовая варочная кислота содержит при кальциевом осно­вании 3-4 % сернистого ангидрида, в том числе более поло­вины в свободном виде. При натриевом или аммониевом ос­новании содержание сернистого ангидрида достигает 8 % или более, в том числе свыше 3/4 в свободном виде.

Порядок варки следующий. В котел загружают щепу, про­паривают ее с целью полного удаления воздуха, затрудняю­щего пропитку щепы варочной кислотой, и одновременно за­качивают варочную кислоту. При заварке щепы температуру в котле повышают до 104-115 °С и поддерживают ее необхо­димое время. Заварка длится 2-6 ч. После этого температуру повышают до 130-155 °С и ведут варку при этой температуре. Чтобы давление в котле не превышало заданной величины (от 0,4 до 0,7 МПа), в процессе нагревания производят сдувку па­рогазовой смеси. Общая продолжительность оборота котла со­ставляет 6-10 ч.

На каждую тонну полученной целлюлозы приходится 6,5- 8 м3 сульфитного щелока. Часть щелока удаляют из котла после варки самотеком, часть вытесняют оборотным щелоком. Затем целлюлозную массу из котла вымывают оборотным ще­локом, щелок отделяют от массы. Такой ступенчатый способ позволяет использовать для дальнейшей переработки до 90 % всего щелока без значительного разбавления его водой.

Остающуюся в сцеже целлюлозу промывают, очищают, сор­тируют, отбеливают и облагораживают так же, как сульфатную целлюлозу. При одинаковой степени делигнификации, т. е. при одинаковом остаточном содержании лигнина, выход суль­фитной целлюлозы немного больше, чем сульфатной, а проч­ность немного меньше.

Скипидар, содержащийся в древесине, в процессе сульфит­ной варки сильно изменяется. Он улавливается из сдувочных газов и носит название сульфитного масла, или сульфитного скипидара, или сырого цимола. Сульфитное масло содержит до 80-85 % п-цимола, образующегося в процессе варки из терпеновых углеводородов, главным образом из пинена. Вы­ход сульфитного масла из еловой древесины 0,6-1 кг/т цел­люлозы.

Производство древесной массы. Существуют два основных способа получения древесной массы. Путем истирания еловых или пихтовых балансов длиной 1 -1,2 м дефибрерными кам­нями в дефибрерах получают дефибрерную древесную массу, а путем размола древесной щепы любых пород на дисковых мельницах (рафинерах)-рафинерную. Преимущественное развитие в последнее время получает производство рафинер­ной древесной массы. Качество ее значительно улучшается, если перед размолом щепу пропарить; получаемый продукт называют термомеханической древесной массой. Наиболее вы­сокое качество у химико-термомеханической древесной массы, для получения которой щепу перед размолом пропитывают не­которыми химикатами и пропаривают.

Выход обычной древесной массы 95-96 % от древесины, химико-термомеханической около 90 %. Древесная масса при­меняется при изготовлении большинства видов бумаги и кар­тона, составляя около 40 % от всех используемых волокнистых полуфабрикатов.

Производство бумаги и картона. Ассортимент бумаги н кар­тона очень широк - более 500 видов бумаги и 100 видов кар­тона. Для каждого вида бумаги и картона установлена опреде­ленная композиция, т. е. соотношение количества и вида волок­нистых полуфабрикатов и различных добавок (наполняющих, проклеивающих и других веществ). Например, в композицию по волокну газетной бумаги входит 25-30 % небеленой суль­фитной целлюлозы и 70-75 °/о древесной массы; в компози­цию типографской бумаги высшего качества -70-80 % суль­фитной беленой хвойный целлюлозы, 0-20 % сульфатной бе­леной хвойной целлюлозы и 10-20 % сульфатной беленой лиственной целлюлозы, а мешочной бумаги-100% сульфат­ной небеленой хвойной целлюлозы и т. д. Более 40 видов бу­маги и картона (в основном тароупаковочные материалы и санитарно-гигиенические изделия) содержат очищенную волок­нистую массу из макулатуры. В композицию некоторых спе­циальных видов бумаги входят асбестовые, стеклянные, синте­тические волокна.

Производство бумаги и картона начинается с приготовле­ния бумажной массы (суспензии волокна в воде). Сначала производят массный размол волокнистых полуфабрикатов в конических, цилиндрических и в последнее время преимуще­ственно в дисковых мельницах с целью повышения пластично­сти волокон и способности их к сцеплению между собой. Да­лее массу проклеивают гидрофобными (водоотталкивающими) веществами, главным образом канифольным клеем. Различают бурый клей, в котором смоляные кислоты нейтрализованы ще­лочью полностью, и белый клей, где часть смоляных кислот (обычно до 20%) остается в свободном виде. Готовый клей фильтруют, разводят водой в горячем виде в инжекторе или роторно-пульсационном аппарате для достижения тонкого эмульгирования, хорошо перемешивают и доводят холодной водой до требуемой концентрации (20-25 г/л).

Клей вводят в бумажную массу, перемешивают и осаждают частицы смолы на волокне с помощью коагулянтов (сульфата алюминия, алюмината натрия, квасцов), создающих кислую среду (рН 4,5-5). Расход канифоли 0,5-3,5% от массы во­локна, в зависимости от требуемой степени проклейки, однако многие виды бумаги вырабатывают без проклейки. Применяют

Также различные виды композиционного клея, например кани - фольно-парафиновый, синтал и др. Для проклейки некоторых видов картона, где допустим темный цвет, применяют более дешевые проклеивающие вещества - битумные и латексные эмульсии, клей из таллового пека и др. Для проклейки обер­точной бумаги используют также клеевые составы на основе сульфатного лигнина.

При изготовлении многих видов бумаги, особенно для пе­чати и письма, в массу вводят минеральные наполнители, чаще всего каолин, улучшающие белизну и печатные свойства бумаги. Для лучшего удержания наполнителя волокном до­бавляют полиакриламид или другие реагенты. В массу для выработки окрашенных сортов бумаги вводят также соответ­ствующие красители.

Изготовление бумаги производится на плоскосеточных бу­магоделательных машинах (рис. 2.5). Бумажная масса, раз­бавленная водой до концентрации волокна от 0,1 до 0,8% (в зависимости от ее состава и степени размола волокна) и очищенная от посторонних включений, поступает в напорный ящик сеточной части машины. Из него масса выливается на горизонтальную сетку, непрерывно движущуюся при помощи сетковедущего вала. Напорный ящик устроен так, что масса равномерно распределяется на сетке по всей ее ширине. Под сеткой расположены гидропланки и отсасывающие ящики, в ко­торых создается небольшое разрежение, способствующее по­степенному обезвоживанию массы и формированию бумажного полотна. Содержание сухого вещества в бумажном полотне (сухость) достигает 8-12%. Более значительно разрежение в отсасывающей камере гауч-вала, после которого сухость по­лотна доходит до 20-22%.

С сетки мокрое бумажное полотно с помощью вакуум-пе - ресасывающего устройства подхватывается движущимся прес­совым сукном и поступает в прессовую часть машины, где по­следовательно проходит между валами прессов и обезвожива­ется до сухости 30-40 %. Затем бумага пересасывается на су­шильное сукно и поступает в сушильную часть машины для окончательного обезвоживания на полых сушильных цилинд­рах, нагреваемых изнутри паром до 80-115 °С. Сушильная часть машины закрыта колпаком, что облегчает удаление во­дяного пара и улучшает условия труда работающих.

Далее бумажное полотно поступает в отделочную часть ма­шины. Проходя между шлифованными и полированными ва­лами машинного каландра, бумага приобретает повышенную прочность и гладкость. На накате ее сматывают в рулон, кото­рый разрезают на более узкие рулоны заданной ширины на продольно-резательном станке.

Некоторые бумагоделательные машины оснащены двумя сетками и формование бумажного полотна производится между ними.

Тарный картон также вырабатывают на плоскосеточных машинах, а переплетный, коробочный и другие виды много­слойного картона - на круглосеточных (цилиндровых) маши­нах. Сеточная часть таких машин состоит из нескольких ванн с сеточным цилиндром. В ваннах находится бумажная масса. В первой ванне на поверхности цилиндра формируется пер­вый элементарный слой массы, во второй ванне на него наслаи­вается второй элементарный слой и т. д. Многослойный кар­тон прочнее, чем однослойный такой же толщины, к тому же внутренние слои многослойного картона можно изготавливать из более дешевых полуфабрикатов.

На современных машинах отдельные ее части и даже от­дельные прессы в прессовой части, группы цилиндров в су­шильной части приводятся в движение индивидуальными элек­тродвигателями. Обеспечение постоянной скорости частей ма­шины при установившемся режиме ее работы осуществляется автоматизированной системой регулирования скорости машины и ее секций.

Производительность бумаго - и картоноделательных машин зависит от их скорости, обрезной ширины полотна и массы 1 м2 бумаги или картона. Большинство видов писчей и печат­ной бумаги имеет массу 60-80 г/м2, газетная бумага значи­тельно легче, 45-50 г/м2. Масса 1 м2 картона 170-250 г/м2.

Скорость машины определяется на накате и при выработке бумаги составляет 600-1000 м/мин и даже выше, при выра­ботке картона 200-800 м/мин. Обрезная ширина бумаги 1680- 10 500 мм, картона до 6300 мм.

Современные широкоформатные скоростные машины выра­батывают свыше 300 т/сут газетной бумаги, 800-900 т/сут тарного картона.

Бумагу получают также сухим способом, т. е. предвари­тельно высушенное волокно потоком воздуха подается на сетку машины.

Лесопромышленные комплексы. Весьма эффективной фор­мой организации производства являются лесопромышленные комплексы (ЛПК), представляющие собой крупные комби­наты, сочетающие химическую, химико-механическую и меха­ническую переработку древесины. Так, Усть-Илимский ЛПК будет согласно проекту перерабатывать в год 7 млн. м3 дре­весного сырья и вырабатывать 550 тыс. т целлюлозы, 250 тыс. м3 древесностружечных плит, 1200 тыс. м3 пиломатериалов, 44 тыс. т кормовых дрожжей, 12 тыс. т фурфурола и свыше 30 тыс. т талловых продуктов. На современных ЛПК в ре­зультате комплексной переработки будет использоваться до 94 % поступающей древесины и лишь 6 % составят отходы и потери.

Понятие и характеристика целлюлозной отрасли промышленности

Замечание 1

Одной из ведущих отраслей лесного комплекса является целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП). Она связана с механической обработкой и химической переработкой древесины и включает в себя производство целлюлозы, бумаги, картона и изделий из них.

По характеру производимой продукции предприятия (ЦБП) делятся на:

1. заводы, выпускающие полуфабрикаты (сульфитная и сульфатная целлюлозу, древесная масса);
2. фабрики, занимающиеся производством разнообразных видов и сортов бумаги;
3. специальные бумажные производственные компании, занимающиеся переработкой бумаги в пергаментную, фибровую и другие виды технической бумаги.

Основное сырьё, которое используется в целлюлозной отрасли, это древесная масса и целлюлоза из хвойных и лиственных пород дерева. Конечным продуктом производства считается бумага разнообразного качества, разнопланового картона с огромным количеством свойств, а также изделий из данных материалов. Кроме этого предприятия выпускают известные древесно-волокнистые плиты (ДВП) и изоляционно-волокнистое сырье. Как любая отрасль промышленности, целлюлозно-бумажная индустрия имеет и побочные результаты своей деятельности. Это могут быть некоторые химические элементы, скипидар, канифоль и кормовые дрожжи. Эти отходы активно применяются в гидролизной промышленности.

Отличительными чертами ЦБП являются: высокая материалоемкость; большая водоемкость; значительная энергоемкость.

На производство бумаги и других материалов тратится большое количество ресурсов. Кроме того данная отрасль – это крупный источник загрязнения атмосферы. Поэтому при строительстве крупных целлюлозных заводов ключевыми требованиями являются наличие лесных, водных ресурсов, условий для сброса сточных вод, обеспечение их очистки и соответственно чистоты воздуха.

Использование инновационных технологий при целлюлозном производстве позволяют комбинировать картон и бумагу с другими материалами. Результатом является расширенное производство прочных, легких и водонепроницаемых упаковочных материалов. Такие материалы применяются при хранении, транспортировке и реализации некоторых видов жидкостей. НТП не снижает спрос на бумагу, а наоборот способствует созданию экологически удобных и легко утилизируемых упаковочных материалов.

Особенности развития целлюлозно-бумажной промышленности в России

Одной их старейших и самых развитых отраслей промышленности в России считается целлюлозно-бумажная индустрия. Первый завод был открыт в период правления Петра I и назывался «Красносельская бумажная мануфактура» (1714 г.). С этого момента и началось развитие российского целлюлозно-бумажного производства. В настоящее время данная мануфактура носит название «Красногородский экспериментальный целлюлозно-бумажный завод».

Позже в 1718 году Петр I основал Полотняный завод – один из центров производства бумаги. В России целлюлозная отрасль развивалась в Центральном районе страны. Именно там и был спрос на готовую продукцию промышленности, и имелось необходимое текстильное сырье для производства бумаги. В дальнейшем с совершенствованием технологий изготовления, основным сырьем для бумажного производства стала древесина, и предприятия стали размещаться ближе к районам добычи леса.

Уже в СССР некоторые производственные предприятия функционировали вне лесных зон и работали на камышовом сырье (Астрахань, Измаил). Сейчас подобных заводов не существует. Но в любом случае при создании целлюлозно-бумажного комбината необходимо наличие поблизости водоема (река или озеро).

Замечание 2

Российская Федерация имеет больше 1/5 мировых запасов леса, что дает благоприятные возможности для развития. Но эти возможности используются нерационально и доля лесной промышленности составляет менее 1 % от ВВП.

Но наиболее эффективной подотраслью лесного комплекса считается именно целлюлозно-бумажная промышленность. Хотя на постоянный рост объемов производства продукции, экономические показатели деятельности предприятий оставляют желать лучшего. Данная отрасль привлекает инвесторов только из-за активов. В развитие отрасли значительных средств за последнее время вложено не было.

Целлюлозно-бумажная промышленность играет важную социальную роль. Это и выпуск необходимой для других отраслей и конечного потребителя продукции, и обеспечение занятости.

Проблемы и тенденции развития целлюлозной промышленности

На сегодняшний момент на российском рынке бумажной продукции действует порядка 40 производителей целлюлозы. Лидерами отрасли считаются «Монди Сыктывкарский ЛПК» и «Группа «Илим», Котласский ЦБК и Архангельский ЦБК. Многие предприятия входят в состав крупных лесопромышленных холдингов.

Рынок целлюлозы в основном находится в руках семи крупнейших предприятий, которые дают примерно 70% объема производства целлюлозы. Но наличие насыщенного рынка, рост цен на необходимые ресурсы и материалы приводят к появлению проблем в отрасли:

• высокий уровень изношенности оборудования;
• технологическое отставание;
• снижение стабильности в поставках древесного сырья;
• доминирование импортных сырья и материалов в процессе переработке древесины и т.д.

Отсюда следуют основные направления развития целлюлозно-бумажной промышленности:

1. рост производственных объемов;
2. оптимизация процесса производства;
3. повышение качества выпускаемой продукции для обеспечения ее конкурентоспособности на внутреннем и мировом рынках;
4. модернизация и обновления основных фондов;
5. расширение ассортимента производимой продукции;
6. импортозамещение;

Замечание 3

Неопределенность внешней среды и современное отношение к экологии требует создание новой стратегии развития целлюлозно-бумажной промышленности. Необходимо создать благоприятные условия для долгосрочных инвестиций, и координировать действия предприятий, ее поставщиков, партнеров и государства для дальнейшего развития данной отрасли промышленности.

Одной из старейших и самых развитых отраслей народного хозяйства любой страны, России, в частности, является целлюлозно-бумажная промышленность. На территории государства открытие первого завода указанного типа датируется эпохой правления Петра I. Данное предприятие носило название "Красносельская бумажная мануфактура". Именно там было положено начало развитию всей российской бумажной промышленности в целом.

На современном этапе данная фабрика именуется так: "Красногородский экспериментальный целлюлозно-бумажный завод". Если в давнее время производство и переработка материалов осуществлялись на зарубежном оборудовании, то теперь, благодаря развитию науки и внедрению новых технологий, заводы и фабрики используют машины и станки отечественной сборки.

Целлюлозно-бумажная промышленность базируется на выпуске бумаги разнообразного качества, разнопланового картона с огромным количеством свойств, а также изделий из данных материалов. (в народе известные как ДВП) и изоляционно-волокнистое сырье также являются основными продуктами данной сферы народного хозяйства. Как и любое производство, целлюлозно-бумажная промышленность России и всего мира имеет побочные результаты своей работы. Так, ими являются некоторые из класса этиленов и жирных кислот, скипидар, канифоль и прочее.

Ни для кого не секрет, что такие продукты, как бумага для газет и журналов, высочайшего сорта бумага и ее низкокачественный упаковочный аналог, различные типы обоев выпускаются посредством переработки древесины.

При этом во многих государствах лесное хозяйство насыщает своими материалами изначально такую отрасль, как целлюлозно-бумажная промышленность (порядка 70%), а затем и прочие. К таким странам относится в первую очередь Финляндия. При этом в данном государстве, да и в других тоже, распространена повторная переработка бумажного сырья - вторсырья или макулатуры.

Новейшие технологии, которые применяются на современном этапе, позволяют комбинировать картон и бумагу с прочими материалами. Результатом успешных опытов такого характера является расширенное производство водонепроницаемых, прочных и легких упаковочных материалов, которые применяются при транспортировке, хранении и реализации некоторых видов жидкостей.

Как правило, целлюлозно-бумажная промышленность использует для своих целей ель и некоторые лиственные породы деревьев. Целлюлозу получают вследствие сосны и березы.

Бумажная промышленность России и других стран использует для отбеливания бумажных страниц химическое вещество - хлор. В ходе применения данного элемента образуются агрессивные соединения, отрицательно воздействующие на окружающую среду. Защитники планеты в сотрудничестве с различными химическими компаниями ратуют за использование для данных целей кислорода, который никоим образом не влияет на загрязнение водоемов и воздуха. На сегодняшний момент огромное количество предприятий старается перейти именно на сберегающую экологию технологию.