Целлюлозно-бумажная промышленность 2

Целлюлозно-бумажная промышленность

Характеристика отрасли

Целлюлозно-бумажная промышленность – одна из наиболее важных отраслей РФ. Она составляет 1,24% от объема промышленной продукции России и около 2%  от мирового производства. Но обладая такими возможностями и потенциалами, как в нашей стране, эти цифры должны быть на уровне 12 – 15 %. 

Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) – наиболее сложная отрасль лесного комплекса, связанная с механической обработкой и химической переработкой древесины. Она включает производство целлюлозы, бумаги, картона и изделий из них.

Эта отрасль отличается:

Высокой материалоёмкостью: для получения 1 т целлюлозы необходимо в среднем 5-6 куб. древесины;

Большой водоёмкостью: на 1 т целлюлозы расходуется в среднем 350 куб.м. воды;

Значительной энергоёмкостью: 1 т продукции требует в среднем 2000 кВт/ч.

При строительстве крупных ЦБП очень важным условием является наличие надежного источника водоснабжения, хороших условий сброса сточных вод, их очистка и обеспечение чистоты воздушного бассейна.                                                                                                      

ЦБП является высококонцентрированной отраслью промышленности. На 8 предприятиях производится более 70 % российской целлюлозы и бумаги, а также более 50 % картона.

    Состояние ЦБП России характеризуется высокой степенью износа оборудования, значительным количеством небольших предприятий, оснащенных устаревшим оборудованием небольшой единичной мощности, производящих продукцию ограниченного спроса. На многих предприятиях используются энергоемкие и экологически устаревшие технологии с высоким потреблением древесного сырья, химикатов, энергоресурсов, воды. Не созданы благоприятные условия для значительного вовлечения в переработку вторичного бумажного сырья. Назрела настоятельная необходимость в значительном техническом переоснащении действующих производств отрасли.



Технология основного производства

В зависимости от того, в каком растворе варят щепу, различают сульфитный и сульфатный методы производства целлюлозы. Если в растворе сернистой кислоты или сернистокислого кальция (гидросульфита кальция) под давлением 7-8 атм и при температуре 140ºС, то это сульфитный способ варки. Но на  многих комбинатах целлюлозу варят со щелочами – получают сульфатную целлюлозу.

Табл. 2.1. Сравнительная характеристика 

сульфатного и сульфитного способа варки



Сульфатная целлюлоза

Сульфитная целлюлоза

Положительные

Возможна переработка практически любой древесины; бумага имеет более высокую прочность, термостойкость, долговечность, непрозрачность; обладает более высокими диэлектрическими свойствами, поэтому она используется для производства электротехнической бумаги (кабельную, конденсаторную, телефонную); из нее готовят мешочную и оберточную бумаги, картонную тару, бумажный шпагат.

Более высокий выход из древесины обеспечивает повышенную способность к размолу, лучшие оптические  и деформационные свойства, высокую белизну, что позволяет использовать ее в массовых видах бумаги, типа газетной, в небеленом виде; высокая способность к отбелке, в том числе без применении хлора; при получении в атмосферу не поступают метилмеркаптаны, сероводород и дурнопахнущие летучие вещества, а в сточных водах отсутствуют сульфиды; бумага с повышенной пухлостью и впитываемостью, поэтому ее чаще применяют для производства санитарно – гигиенических видов.





Отрицательные

Волокна более гибкие и они, труднее размалываются; волокна бурого цвета; без регенерации сульфатный способ технологически не может функционировать; содержит дурнопахнущие серосодержащие вещества



Проблема утилизации отработанных щелоков, которые загрязняют окружающую среду. При варке происходит повышенное воздействие на окружающую среду (водоемы), в основном, из-за ограниченности сбыта технических лигносульфонатов (упаренных щелоков), а также отсутствие систем регенерации химикатов и тепла из отработанных щелоков, утилизируется лишь 30 – 40 % сухих веществ щелока; высокий расход серы и варочного основания; не используются вторичные тепловые ресурсы органических веществ щелока; щелока при разбавлении становятся хорошими питательным субстратом для многих микроорганизмов, вызывая сильное обрастание подводных сооружений.



В основном в ЦБП России применяют сульфатный способ производства целлюлозы  и тенденция развития этого способа сохраняется. Сульфитный способ стал вполне конкурентоспособным, однако до сих пор не получил заметного роста.

Рис 2.1. Технология производства бумаги



Освобождение бревен от коры, грязи, промывка водой.

Рубильная машина– получение щепы

Варочный  цех

Промыв и очистка хлором

Бассейны для изготовления бумажной массы

Размол

Проклейка Наполнение



Крашение 

Очистка бумажной массы

Бумагоделательная машина                     1. Отлив                            2. Прессование                  3. Сушка бумаги               4. Машинная отделка

Отделка бумаги вне машины

1. Бревна поступают в окорочные вращающиеся барабаны, где древесина за счет трения друг о друга и ребристую поверхность стенок барабана освобождаются от коры и грязи, и бревна промываются водой.  Длинник распиливают на высокопроизводительных машинах – сленгерах на балассы (длиной до 1,5 м). 

2. Конвейер несет их к рубильным машинам, где получают технологическую щепу. Щепа по конвейеру поступает в варочный цех. 

3. В варочном цеху щепа варится в растворе сернистой кислоты и сернистокислого кальция (гидросульфита кальция) – получают сульфитную целлюлозу или варят со щелочами – получают сульфатную целлюлозу.

4. Полученную целлюлозу выдувают за счет давления пара, тщательно промывают водой в сцежах, очищают от оставшихся крохотных сучков, мелких непроваренных кусочков древесины и отбеливают хлором. Отбелка производится в особых башнях. 

5. Промытую, очищенную и отбеленную целлюлозу по трубам перекачивают в бассейны для изготовления бумажной массы. Из бассейнов она попадает на специальную мельницу для размола.

6. Размол. Цель – подготовить полуфабрикаты к отливу; сделать волокна гибкими, пластичными; увеличить их поверхность с целью эффективного связеобразования, от которого зависит прочность бумажного листа; придать бумаге требуемую структуру и физические свойства.   Производят размол в специальных аппаратах – роллах, дисковых и конических мельницах. В настоящее время на всех предприятиях ЦБП размол ведется в аппаратах непрерывного действия.

7. Проклейка бумаги. Цель – придать ей водостойкость; при этом уменьшается ее впитывающая способность и увеличивается пригодность для письма и печати. Водостойкость придают: канифольный клей, парафин, пек. Дополнительно еще придают механическую прочность: крахмал, животный клей.

8. Наполнение бумаги.

Цель – экономия волокнистых полуфабрикатов, повышение белизны, впитывающей способности, гладкости. Применяются: каолин, тальк, мел, гипс.

Введение наполнителей снижает прочность бумаги и затрудняет ее проклейку.

9.  Крашение бумаги.

Около 90%  бумажной продукции вырабатывается с применением красителей. 

Способы окраски:

краситель добавляют в бумажную массу (наиболее часто);

добавляют краситель на поверхность бумажного полотна.

10. Очистка бумажной массы.

В бумажную массу вместе с волокнистыми  полуфабрикатами, суспензии красителей, наполнителя и клея попадают частицы коры, луба, сучков, песка, смолы, и др. загрязнений. Нежелательным является и присутствие воздуха в массе.

Получение массы высокой чистоты связано с образованием значительного получения отходов, использование которых определяется экономической необходимостью. 

11. Изготовление бумаги на бумагоделательной машине.

Современная бумагоделательная машина позволяет со скоростью 2000 м/мин и выше осуществлять непрерывный процесс переработки жидкой массы концентрацией 0,1 – 0,3 % в листовой материал – бумагу, с влажностью 4 – 8 %.

Воздействие отрасли на окружающую среду

Загрязнение атмосферы

Производство целлюлозы – крупный источник загрязнения атмосферы, характер которого обусловлен двумя основными способами производства целлюлозы – сульфитным и сульфатным. Другие способы по характеру выбросов близки к основным.  

Больше всего загрязняют атмосферный воздух предприятия, производящие целлюлозу по сульфатному способу. Основная причина выделения вредных газовых соединений – это использование в технологическом процессе сульфида натрия, что приводит к образованию серосодержащих соединений сероводород, метилмеркаптана, диметилсульфида, диметилдисульфида, сернистый и сетный ангидрид. Все эти соединения выделяются через неплотности из большого количества аппаратов, баков и через вентиляционные трубы эти соединения выбрасываются в атмосферу.

Сульфитно – целлюлозное производство загрязняет атмосферу заметно меньше. Главным загрязнителем атмосферы здесь является сернистый ангидрид, который используется для приготовления варочной кислоты. 

С загрязнением атмосферы связаны процессы отбелки как сульфитной, так и сульфатной целлюлозы. Причина – применение для отбелки целлюлозы газообразного хлора и двуокиси хлора. При получении хлора и двуокиси хлора образуются такие токсические соединения, как хлористый водород, пары ртути, сернистый ангидрид, щелочные аэрозоли.

Значительным источником загрязнения атмосферы являются тепловые электростанции, необходимые для снабжения производства паром и электроэнергий. При сжигании топлива, угля, щепы дымовые газы содержат частицы золы. При сжигании высокосернистого мазута атмосферный воздух загрязняется сернистым ангидридом.

Загрязнение объектов гидросферы

Целлюлозно-бумажная промышленность одна из наиболее водоемких отраслей промышленного производства. Она расходует около 9,2 млн. м3 воды ежесуточно. Кроме большого количества воды отрасль использует различные химикаты и топливо, которые частично в виде потерь и отходов попадают в производственные сточные воды.

Количество и степень загрязнения производственных сточных вод зависят от вида вырабатываемой продукции, мощности предприятия, совершенства технологического процесса и схемы производства.

Сточные воды предприятий ЦБП содержат огромные количества взвешенных и растворенных веществ как органического, так и неорганического происхождения. Взвешенные вещества состоят из кусочков коры, волокна, наполнителей. Растворенная органика представляет собой компоненты древесины – сахара, углеводы, лигнин, и другие. Взвешенные вещества, попадая со сточными водами в водоемы, отлагаются на дне в месте спуска сточных вод и накапливаются в огромных количествах, иногда занимая в водоеме большие площади.

Действие на биоту водоемов

Органические вещества, осевшие на дно (кора, волокно), в анаэробных условиях загнивают, выделяя вредные газы (СО2, СН4, Н2S), и тем самым образуют очаги вторичного загрязнения. Продукты гниения и распада веществ придают воде водоемов неприятный вкус, отравляют атмосферный воздух. При высокой концентрации газов в водоеме могут погибнуть растительность, микроорганизмы и рыбы. 

Неосевшие взвешенные вещества засоряют жабры рыб, что приводит к их гибели. Сточные воды, содержащие щелока, имеют темно – коричневый цвет, что придает воде водоемов темную окраску, препятствует проникновению света на глубину, тормозит процесс фотосинтеза, уменьшает прирост органических соединений, уменьшает кормовую базу для рыб.   

Происходит нарушении кислородного баланса водоемов. Растворенные в сточной воде вещества (хлор, углекислый газ, сернистый ангидрид, сероводород, метилмеркаптан), попадая в водоем, придают свежей воде неприятный запах и привкус, который сорбируется мясом рыб, и рыба становится непригодной для пищи. Летучие газы, десорбируясь из воды водоемов, загрязняют атмосферный воздух, губительно действует на окружающую растительность и здоровье человека. 

Особую опасность для водоемов представляет ртуть (сточные воды хлорного завода), присутствие которой в ничтожно малых концентрациях (менее 0,001%) способствует подавлению и полному прекращению биологических процессов и делает невозможной очистку воды на сооружениях биологической очистки и в естественных водоемах. Ртутные соединения накапливаются в рыбе.   

Образование твердых отходов

Долгое время кора являлась отходом и ее отвозили в отвал, на что тратились значительные средства, а для отвалов требовались большие площади. Так на одном из предприятий ЦБП под свалку коры при высоте слоя ее 5-6 м был занят участок около20 га. При постройке в настоящее время мощных предприятий, количество коры на отдельных из них достигает 250 м3/час и больше. В этих условиях перевозка коры в отвал как по затратам, так и из-за невозможности выделения огромных территорий совершенно недопустима. Также твердыми отходами являются зола от сжигания топлива, шлаковые отходы.











Техника защиты окружающей среды

Очистка от пылегазовых выбросов

Выбор метода для очистки газообразных примесей определяется в первую очередь химическими и физическими свойствами этой примеси, также оказывает влияние характер производства.

В целлюлозно-бумажной промышленности имеется достаточный выбор эффективных жидких поглотителей, что определяет широкое применение метода абсорбции для очистки от газообразных примесей.

Для очистки промышленных выбросов от вредных газообразных компонентов можно использовать различные процессы: абсорбцию, адсорбцию, химическое превращение вредных газообразных компонентов безвредные соединения.

Абсорбция

В ЦБП для поглощения газовых примесей служат, как правило, водные растворы химикатов, используемых в цикле производства, в некоторых случаях – чистая вода, а иногда и другие поглотители. Выбор поглотителя в каждом конкретном случае определяется свойствами по отношению к абсорбируемому компоненту и в основном – условиями равновесия компонента над поглотителем.

Адсорбция

Наиболее распространенные адсорбенты: активный уголь, силикагель, алюмогель, цеолиты, минеральные адсорбенты.

Адсорбционные установки непрерывного действия бывают с движущимся поглотителем и с неподвижным его слоем. Адсорбер непрерывного действия представляет собой колонну, в которой сверху вниз под действием силы тяжести движется адсорбент. Он проходит зоны охлаждения, поглощения, нагрева и десорбции.

Окислительные процессы

К ним относятся сухие и мокрые окислительные процессы, а также процессы каталитического превращения. Очень часто окислительные процессы используют для очистки газов от сернистых соединений.

Очистка сточных вод

Методы обезвреживания и очистки СВ:

очистка и повторное использование воды; 

обезвоживание ила и шлама; 

выпаривание СВ; 

осаждение, флокуляция, фильтрование твердых частиц; 

нейтрализация кислых или щелочных СВ; 

использование очищенных СВ в сельском хозяйстве; 

	денитрификация СВ.	

Очистка сточных вод ЦБП



Внутренние методы очистки

	Фильтры

	Отстойники

	Седифлоторы

	Осветлители

	Скрубберы



Внеплощадочные методы очистки

. Механическая очистка

Решетки 

Радиальные отстойники

. Биологическая очистка

В естественных условиях (почва или в водоеме)

Аэротенки 

. Химическая очистка



















Утилизация твердых отходов

Сжигание коры и щелоков существенным образом сокращает расход натурального топлива и позволяет около 30% потребного для предприятий пара получать от их сжигания. Каждая тонна влажной коры при сжигании по тепловому эффекту заменяет 0,2-0,25т условного топлива. Кору можно использовать для процесса пиролиза и получать на выходе биотопливо. Кора используется также в качестве фильтрующего материала при изготовлении дешевых сорбентов, строительных материалов и изделий с применением вяжущих и клеевых веществ, для получения дубильных веществ.  Производство из коры топливных брикетов включает в себя ее измельчение, обезвоживание и брикетирование. Технико-экономические расчеты показывают, что производство из древесной коры топливных брикетов экономически целесообразно. Кора – это ценное сырье для получения дубильных экстрактов. Ее надо правильно хранить и быстро отправлять на переработку, пока дубильные вещества не разрушились под воздействием микроорганизмов.

Перспективы экологического развития

В ЦБП неизбежным является образование отходов, для устранения которых необходима модернизация и реконструкция производств с доведением до стандартов экологических показателей действующих в ЕС.  

ЦБП России нуждается в развитии наукоемких технологий продукции.    Необходим переход на технологию бесхлорной отбелки целлюлозы. 

Предприятия ЦБП должны начать производство биотоплива в виде энергетической щепы для собственного потребления и на экспорт; в виде энергопеллет. 

Экологически целесообразным будет способ производства многослойного картона для плоских слоев гофрированного картона и бумаги на основе композиции макулатуры (это может покрыть потребность в волокон  на 25 – 50 %. Это реальная экономия древесины и является решением утилизации многотоннажного отхода). Перспективно применение золя шлам – лигнина в качестве сорбента для извлечения из сточных вод широкого спектра загрязнений. 

Необходима корректировка действующего российского природоохранного законодательства, так как экологические нормативы не базируются на принципах применения наилучших существующих технологий.

Улучшение качества продукции и экологических характеристик производства может быть достигнуто путем обеспечения единства методов контроля, как качества продукции, так и промышленных сбросов и выбросов загрязняющих веществ.