УСОВЕРШЕНСТВОВАНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА БЕЛЁНОЙ ЦЕЛЮЛОЗЫ

Анисимов А.П., Бухтеев Б.М., Грудинин А.В., Грудинин В.П.
НПО "ИМПУЛЬС".

1998 Международная конференция и выставка по охране окружающей
среды в целлюлозно-бумажной промышленности
5-8 апреля, 1998
Ванкувер, Канада.

           Любая технология производства белёной целлюлозы является определённым компромиссом между экономикой и экологией. Этот компромисс на сегодня должен строиться на основе соблюдения целого ряда условий. Важнейшим из них является отсутствие хлора как отбельного реагента. Соблюдение этого условия гарантирует отсутствие в конечной продукции и окружающей среде диоксинов - чрезвычайно токсичных и опасных для здоровья человека соединений. Другое условие, к выполнению которого мы должны стремиться, это создание замкнутой технологической схемы производства белёной целлюлозы. Что в точности означает замкнутый отбельный цех, может быть предметом дискуссий. Однако основным принципом создания такого производства должно быть отсутствие каких либо выбросов или отходов от отбельного цеха, опасных для окружающей среды и здоровья человека. Необходимость выполнения первого условия привела к появлению ECF и TCF процессов отбелки и, в ряде технологических вариантов, к переходу к удлинённой варке. Стремление выполнить второе условие заставляет искать пути максимально возможного снижения объёмов стоков, образующихся в процессе отбелки, экономичные и экологически безопасные методы утилизации осадка избыточного активного ила, образующегося при биологической обработке этих стоков.
           Стремление максимально снизить затраты при переходе к бесхлорной отбелке, с одной стороны, и одновременно выполнить жёсткие природоохранные нормативы с другой, лежит в основе довольно острых дебатов между сторонниками ECF и TCF методов отбелки. Следует иметь в виду, что разработка как ECF так и TCF методов лежит изменение химии процесса, связанного с переходом от традиционного отбельного реагента, каким являлся хлор, к другим отбельным реагентам: двуокиси хлора, кислороду, озону, перекисям и.т.д. На этом пути возможности совершенствования процесса отбелки практически исчерпаны. С другой стороны никаких шагов не было сделано по совершенствованию отбелки путём изменения физики процесса. Такое совершенствование предполагает интенсификацию реакций отбелки путём изменения физических условий их протекания.
           Мы предлагаем новый этап совершенствования любых известных на сегодня вариантов бесхлорной отбелки, заключающийся в изменении не химии процесса, а физических условий его протекания, именно:
a)создание условий для резкого увеличения поверхности волокон целлюлозы, доступной для реакций отбелки;
b) проведение отбелки при концентрации массы 20 - 50%, в отличие от 5 - 10%, характерных для любого из применяемых на сегодня бес хлорных методов.
           Замкнутый характер работы отбельного цеха обеспечивается не только путём существенного сокращения объёмов фильтрата, как следствие работы с массой очень высокой концентрации, но и за счёт полного использования в системе регенерации химикатов всей органической массы избыточного активного ила, образующегося при обработке этих фильтратов.
Схематично этапы развития бесхлорной отбелки представлены на Рис.1.

         Возможность физической интенсификации процессов отбелки обеспечивает очень простое и дешёвое устройство, представляющее собой сочетание специально сконструированного массного насоса-смесителя и трубного реактора.
Специальный массный насос-смеситель показан на Рис 2.

         Одним из существенных аспектов совершенствования физических условий проведения процесса является замена воды как транспортного агента на газ (кислород или озон, например). Газ как транспортный агент позволяет обрабатывать массу при концентрации 20 - 50% в отличии от 5 - 10% при обычной бесхлорной отбелке, применяемой в настоящее время. Иначе говоря, мы можем избежать разбавление массы водой перед отбелкой. Более низкое содержание воды в обрабатываемой целлюлозе, более легкий доступ окислителей к поверхности волокна, обеспечивают образование меньшего количества и более концентрированных фильтратов, поступающих на выпаривание. Как видно на Рис.2. для интенсификации процессов отбелки целлюлоза дополнительно распушается и смешивается с окислителями, которые выполняют одновременно роль транспортного агента. Эти два процесса осуществляются в одной камере. Затем, распушённая целлюлоза проходит через трубчатый реактор при помощи того же газообразного окислителя. В процессе транспортировки те или иные окислители могут вводиться в трубу, осуществляя таким образом различные этапы бесхлорной отбелки. Время отбеливания (в нашем случае мене 1 минуты) можно регулировать длиной трубы.
Вся установка показана на Рис.3.

         Схема работы всего отбельного цеха, выпускающего TCF - целлюлозу в условиях физической интенсификации процесса, представлена на Рис. 4.

         На Рис.5. показан процесс эволюционного развития этапов совершенствования процесса получения белёных целлюлоз и то место, которое занимает в этой последовательности предложенная Вашему вниманию технология.

Следует обратить внимание на еще одно усовершенствование.

Вся биомасса избыточного активного ила, образовавшаяся на станции биологической очистки фильтратов цеха вводится в варочный котёл через систему регенерации соды (для производства сульфатной целлюлозы) или через систему приготовления сырой варочной кислоты (для производства сульфитной целлюлозы). Здесь использован принцип щелочного/кислотного гидролиза биомассы ила. Кроме полной утилизации всего ила это даёт возможность вводить новые варочные реагенты (производные аминов и протеинов) в систему варки целлюлозы. Эти реагенты действуют как ингибиторы, противодействующие нежелательным процессам образования свободных радикалов, являющихся причиной деструкции углеводной части древесины в процессе варки. Другими словами, присутствие в варочном котле продуктов щелочного/кислотного гидролиза избыточной биомассы ила приводит к заметному увеличению выхода целлюлозы по варке. Образующийся при этом чёрный щёлок имеет большую теплотворную способность, чем щёлок от обычной варки.
Принципиальная схема введения биомассы избыточного активного ила в варочную систему представлена на Рис.6., Рис.7.

            Итак волокнистый полуфабрикаты высокой концентрации (30 - 50 % а.с.в.) следовало бы отбеливать при описанных условиях. И в то же время избыточный активный ил можно утилизировать, используя его в качестве дополнительного варочного реагента.
           Таким образом в настоящее время целлюлозно-бумажная промышленность может перестать быть источником диоксинов и при этом иметь затраты сравнимые со стандартными процессами