Совершенствование технологий получения целлюлозы для химической переработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.03, кандидат технических наук Балакшин, Павел Николаевич

• Балакшин, Павел Николаевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Балакшин, Павел Николаевич

Введение.

Глава 1. Анализ особенностей и основных направлений развития целлюлозно-бумажной промышленности на современном этапе.

1.1. Характеристика мировых тенденций развития ЦБП.

1.2. Анализ особенностей и основных направлений развития целлюлозно-бумажной промышленности России.

1.3. Современное состояние производства целлюлозы для химической переработки.

1.4. Получение растворимой целлюлозы.

1.5. Цели и задачи исследования.

Глава 2. Варка целлюлозы для химической переработки.

2.1. Лабораторные и опытно-промышленные варки вискозной целлюлозы.

2.1.1. Лабораторные исследования.

2.1.2. Опытно-промышленные комбинированные варки вискозной целлюлозы.

2.2. Исследование возможности получения сульфитной вискозной целлюлозы из древесины с повышенным содержанием коры.

2.3. Влияние степени кисловки и промывки целлюлозы на содержание золы в вискозной целлюлозе.

Глава 3. Отбелка целлюлозы для химической переработки

3.1. Отработка технологических режимов отбелки вискозной целлюлозы

3.1.1. Отработка режима первой ступени отбелки вискозной целлюлозы с использованием двуокиси хлора.

3.1.2. Способ отбелки сульфитной целлюлозы для химической переработки.

3.2. Исследование влияния подмола небеленой целлюлозы на показатели ее качества.

3.2.1. Лабораторные исследования влияния факторов подмола.

3.2.2. Отбелка вискозной целлюлозы с подмолом.

3.3. Способ отбелки натронной или сульфатной целлюлозы для химической переработки.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологий получения целлюлозы для химической переработки»

90-е гг. закончившегося столетия были в России годами больших политических и экономических реформ, которые внесли значительные изменения в устройство, производственную и хозяйственную деятельность целлюлозно-бумажной промышленности.

Шоковые» реформы, которые вызвали гиперинфляцию и потерю оборотных средств, долги предприятий, неудачи с приватизацией многих предприятий; неспособность многих руководителей работать в новых условиях, ликвидация государственных систем снабжения и сбыта и другие проблемы привели многие предприятия в критическое состояние.

Потери целлюлозно-бумажной отрасли за прошедшие 10 лет огромны:

- резко снизились объемы производства товарной целлюлозы, бумаги и картона и потребление этой продукции в России на душу населения;

- безвозвратно потеряны значительные производственные мощности;

- отсутствие необходимых капитальных вложений привело к дальнейшему устареванию производственных фондов;

- за прошедшее десятилетие в России не начато строительство ни одного целлюлозно-бумажного предприятия.

Самый низкий уровень производства продукции в отрасли был в 1996 г., в процентах к 1988 г.: по варке целлюлозы. 38,4 по бумаге.45,9 по картону.35,1

В 1997 - 1998 гг. спад производства приостановился, а с 1999 г. началось восстановление производства.

В 1999 г. рост натурального производства, т.е. сумма выработки товарной целлюлозы, бумаги и картона, составил 25,6%; в 2000 г. прирост производства относительно показателя 1999 г. - 11,6%, в 2001 г. - 16,6% к показателю 2000 г., в 2002 г. - 15% к показателю 2001 г.

К сожалению, при наличии общего роста производства в целом по отрасли прирост выпуска продукции отмечается на 61% предприятий, а на 39% - небольшой спад.

В результате указанных негативных процессов навсегда выведены из работы значительные мощности по производству растворимой целлюлозы. Так, закрыты сульфитцеллюлозные заводы Архангельского ЦБК, Амурского ЦБК, Светогорского ЦБК, завод в Питкяранте и др. В настоящее время лишь ОАО «Котласский ЦБК» и ОАО «Байкальский ЦБК» вырабатывают целлюлозу для химической переработки.

Главной причиной закрытия сульфитцеллюлозного производства были экологические проблемы, связанные с несовершенством технологии варки и отбелки целлюлозы, и как следствие - с загрязнением окружающей среды.

При варке сульфитной растворимой целлюлозы основными причинами повышенного воздействия на окружающую среду, главным образом на водоемы,- являются, ограниченность сбыта технических лигносульфонатов (упаренных щелоков) и отсутствие систем регенерации химикатов и тепла из отработанных щелоков. Серьезные экологические проблемы создает используемый, до настоящего времени, процесс отбелки с применением элементарного хлора, когда образуется значительное количество хлорорганических соединений, включая диоксины, а органические вещества, перешедшие в раствор, не утилизируются. Такое положение дел ставит отечественные сульфитцеллюлозные предприятия в крайне сложное положение, как с точки зрения экологии, так и экономики.

Экономическая ситуация в стране не позволяет в настоящее время рассчитывать на значительные объемы капитальных вложений. Наиболее приемлемым направлением считается модернизация существующих схем варки и отбелки, при котором следует использовать технологические решения, позволяющие за счет минимальных вложений обеспечить конкурентоспособных российских производителей.

Поэтому целью диссертационной работы является разработка технологических решений по совершенствованию основных процессов (варка, отбелка), получения целлюлозы для химической переработки.

Заключение диссертации по теме «Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины», Балакшин, Павел Николаевич

Выводы

1. Способ отбелки натронной или сульфатной целлюлозы для химической переработки, включающий операции хлорирования, холодного облагораживания, горячего облагораживания, добелки хлорсодер-жащими реагентами и кисловки целлюлозной массы, отличающийся тем, что, с целью повышения реакционной способности целевого продукта, снижения расхода химикатов и предотвращения смоляных затруднений при отбелке, операции холодного и горячего облагораживания проводят перед хлорированием.

2. Холодное облагораживание необходимо проводить при концентрации щелочи в массе 30 -70 г/л (в ед. Ка20) и температуре 15 - 35°С в течение 5 — 60 минут, а горячее облагораживание — при концентрации массы 10 - 12%, температуре 90 - 100°С в течение 1,5-2 часов.

Глава 4. Общие выводы

1. На основе результатов комплексных исследований технологических процессов производства целлюлозы для химической переработки разработаны и внедрены на действующих целлюлозно-бумажных предприятиях современные технологии варки и отбелки, позволившие повысить качественные показатели целевых продуктов при уменьшении экологической нагрузки на окружающую среду. Приоритетность и важность разработок подтверждена авторскими свидетельствами на изобретение и Государственной премией за разработку новых высокопроизводительных технологий.

2. Разработана и внедрена технология получения вискозной целлюлозы методом комбинированной сульфит-натронной варки хвойных и лиственных пород древесины с облагораживанием целлюлозы в варочном котле. При степени отбора органических веществ сульфитных щелоков 45% и расходе щелочи на облагораживание 18% ИаОН от массы а. с. волокна, прирост альфа-целлюлозы составляет 7% (абс) (87,1-94,1).

3. Изучено влияние содержания коры в щепе и степени кисловки и промывки целлюлозы на! качественные показатели вискозной целлюлозы. Установлено, что повышение массовой доли коры в щепе до 5%- увеличивает химические потери при отбелке на 1,2 - 1,3%. Глубокая кисловка до рН 2,0 не дает нужного эффекта снижения зольности целлюлозы и приводит к загазованности в производственных помещениях и коагуляции смолы. Нижнее значение рН при кисловке должно быть 3,0 - 3,5. Разработаны и внедрены на ОАО «Котласский ЦБК» практические рекомендации по оптимизации технологических процессов.

4. Разработан и внедрен способ отбелки целлюлозы для химической переработки путем обработки исходной целлюлозы окислителем -диоксидом хлора с последующей одновременной щелочной и гипохлоритной обработками (расходы щелочи 0,6 - 1,5% и гипохлорита 0,5 — 2,0% от массы а. с. волокна) в присутствии неионогенного вещества, позволяющий снизить химические потери волокна на 6,8-5,5%.

5. Установлено, что использование подмола перед отбелкой вискозной целлюлозы приводит к уменьшению химических потерь волокна и расхода отбеливающих реагентов в технологическом процессе при повышении качества целлюлозы (сорность и смолистость снижаются на 25-30%). Разработаны и внедрены в производство технологические регламенты.

6. С целью повышения реакционной способности целлюлозы (на 2035%), предотвращения смоляных затруднений при отбелке, снижения расхода химикатов (на 10-25%) разработан и внедрен способ отбелки натронной или сульфатной целлюлозы для химической переработки, включающий стадии окислительной обработки хлорсодержащими реагентами, холодного и горячего облагораживания, отличающийся тем, что холодное облагораживание проводят при концентрации щелочи в массе 30 — 70 г/л (в ед. Ыа20) и температура 15 - 35°С в течение 5 — 60 минут, а горячее облагораживание осуществляют при концентрации массы 10 - 12%, температуре 90 — 100°С в течение 1,5-2,0 часов.

Разработанный способ защищен авторским свидетельством на изобретение № 861447 Д21С9/10 (опублик. 07.09.81, Бюл. изобрет. №33) и внедрен на ОАО «Котласский ЦБК».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Балакшин, Павел Николаевич, 2004 год

1. Мировая ЦБП: Страны и регионы: Информ. справка № 1009. / Гипробум.-2001. — 11 с.

2. Джевитт К. и др. Мировая ЦБП в 2000 г. // Pulp and Paper International.-2001.-№7.-P. 5-74.

3. Основные направления развития лесной промышленности / Мин-во пром-сти, науки и технологий РФ; Мин-во эконом, развития и торговли РФ. М., 2002. - 54 с.

4. Боголицын К.Г., Резников В.М. Химия сульфитных методов делигнификации древесины. — М.: Экология, 1994. 288 с.

5. Экологические риски: проблемы, решения / Под ред. К.Г. Боголицына, B.C. Кузнецова. Архангельск: Изд-во АГТУ, 2003. - 270 с.

6. Боголицын К.Г. Экоаналитический контроль в целлюлозно-бумажной промышленности. // Экоаналитика 2003: Тез. докл. V Всерос. конф. по анализу объектов окружающей среды - СПб., 2003. - С.25-26.

7. Боголицын К.Г. Разработка научных основ экологически безопасных технологий комплексной химической переработки древесного сырья. // Изв. вузов. Лесн. журн. 1998. - № 2 - 3. - С.40-53.

8. Никитин Я.В. Будущее сульфитной целлюлозы в России // Достижения и проблемы варки и отбелки целлюлозы: Тез. докл. науч.-практ. семинара. СПб., 2003. - С. 13-15.

9. Химия древесины / Пер. с фин. Р.В. Заводова; Под ред. М.А. Иванова.- М.: Лесн. пром-сть, 1982. 400 с.

10. Пазухина Г.А. Содово-сульфитный метод производства целлюлозы: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Л., 1982.

11. Способ получения целлюлозы для химической переработки: Пат. 2018558 / Н.В Балакшина, Н.Р. Богданова; Опубл. 30.08.94, Бюл. № 16.

12. Сульфатная вискозная целлюлоза из лиственной древесины / A.A. Дыбцын, Н.В. Балакшина, А.Т. Олейник и др. // Бумаж. пром-сть.- 1983.-№4.-С.12-14.

13. Косая Г.С. Производство сульфатной вискозной целлюлозы. — М.: Лесн. пром-сть, 1966. 181 с.

14. Лиственная древесина в производстве целлюлозы для химической переработки / Г.С. Косая, В.Д. Кошелева, М.А Прокопьева, А.Б. Никандров // Бумаж. пром-сть. 1981. - № 6. — С. 10-11.

15. Дауранова O.A., Шарков В.И. Исследование возможности получения целлюлозы для химической переработки с высоким содержанием альфа-целлюлозы // Химия и технология древесины, целлюлозы и бумаги: Межвуз. сб. науч. тр. Л., 1976. - Вып. 3. - С 139-145.

16. Девятова А.П. Исследование методов облагораживания еловой сульфитной целлюлозы путем удаления из нее гемицеллюлоз: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Л., 1970.

17. Влияние гемицеллюлоз на качество облагороженной целлюлозы / H.A. Добрынин, Н.М. Бирбровер, Л.И Столярова, Е.Ф. Крюкова // Бумаж. пром-сть. 1972. - № 5. - С. 6-7.

18. Звездина Л.К. Отбелка сульфатной целлюлозы для химическойпереработки из лиственной древесины: Дисканд. техн. наук. Л.,1981.-164 с.

19. Иванов М.А. Новые способы получения целлюлозы для химической переработки из лиственной древесины // Бумаж. пром-сть». 1981 — № 10.-С 19-21.

20. Макова Л.И., Балакшина Н.В. Совершенствование процессов отбелки и облагораживания сульфитной вискозной целлюлозы // Целлюлоза, бумага и картон. — 1981. — № 17 — С. 14.

21. Новые технические решения и поиск путей создания экологически безопасного производства беленых полуфабрикатов / A.M. Кряжев, В.М. Васильев, В.И. Захаров и др. // Целлюлоза. Бумага. Картон. -1993.-№4.-С.' 16-19.

22. Хинпинен П. Программа ВАТ и охрана окружающей среды // European Papermaker. 2000. - № 1. - P. 18-20.26с Kovach I. // International nonchlorine leaching conference proceedings, -1995.-P. 229-254.

23. Троянская А.Ф. Влияние процессов переработки растительного сырья на образование и распределение хлорорганических соединений в окружающей среде: Дис. . канд. хим. наук. Архангельск, 1999. — 163 с.

24. Технология целлюлозы: В 3 т. Т.1. Непенин H.H. Производство сульфитной целлюлозы. — М.: Лесн. пром-сть, 1996. 624 с.

25. Технология целлюлозы: В 3 т. Т.З. Непенин H.H., Непенин Ю.Н. Очистка, сушка и отбелка целлюлозы. Прочие способы получения целлюлозы. М.: Экология, 1994. — 592 с.

26. Рэпсон У.Г. Отбелка целлюлозы // TAPPI. 1968 - № 27.- 250 с.

27. Аввакумова A.B., Бирбровер Н.М., Быстрова Т.А. Новые схемы отбелки натронной целлюлозы для химической переработки из лиственной древесины // Целлюлоза, бумага и картон: Экспресс-информ / ВНИПИЭИлеспром. М, 1981. - Вып. 60. - С. 1-9.

28. К вопросу о получении сульфитной вискозной целлюлозы / JI.E. Аким, Т.Г. Бамдас, Н.А Мельчакова, С.Л. Талмуд // Журн. приклад, химии. 1960. -№ 7. - С. 1867.-1874.

29. Предварительная окислительная обработка сульфатной целлюлозы из лиственных пород древесины / В.Н. Ананьина, Н.В. Балакшина, Н.Р. Богданова и др. // Целлюлоза, бумага и картон: Экспресс-информ. /ВНИПИЭИлеспром. -М., 1981.-Вып. 49.-С. 10-12.

30. Анджелини. Производство лиственной сульфитной целлюлозы для химической переработки: Докл. // Использование полуфабрикатов из лиственных пород древесины в композиции различных видов бумаги и картона: Сов.-итал. симпоз, Москва, 3-4 дек. 1980 г.

31. Древесина (химия, ультраструктура, реакции) / Пер. с англ. Д. Фенгел, Г. Вегенер; Под ред. д-ра хим. наук, проф. A.A. Леоновича. М.: Лесн. пром-сть, 1988. - 512 с.

32. Гётце К. Производство вискозных волокон. — М.: Химия, 1972. -600 с.

33. Производство сульфитной вискозной целлюлозы / H.A. Добрынин, Л.Е. Де-Милло, Л.И. Макова, З.Н. Наумова / ВНИПИЭИлеспром. -М.,1980.-Вып. 15.-40 с.

34. Пазухина Г.А., Аввакумова A.B. Реагенты для отбелки целлюлозы. -СПб., 2002.- 110 с.

35. Оптимизация технологии отбелки целлюлозы из древесины / Т.А. Бондарева, М.Г. Мутовина, Н.Е. Самсонов и др. // Бумаж. пром-сть. 1987. - № 1. - С.7-9.

36. Способ получения целлюлозы для химической переработки: A.c. 1379381 / Ю.Н. Непенин, Г.А. Пазухина, А.П. Тимофеев и др.; Опубл. 07.03.88, Бюл. № 9.

37. Способ получения целлюлозы для химической переработки: A.c. 1557228 / Н.В Балакшина, Е.П Барминская, Т.А Южакова и др.; Опубл.15.04.90, Бюл.№ 14.

38. Способ получения целлюлозы для химической переработки: A.c. 1587095 / Н.В. Балакшина, Н.Ф. Измайлова, В.В. Мазалев, Н А Рябов; Опубл. 23.08.90, Бюл. № 31.

39. Измайлова Н.Ф., Балакшина Н.В., Кокшаров A.B. Исследование режимов КЩО растворимой целлюлозы // Целлюлоза, бумага, картон. 1992. — № 12. - С. 19-20.

40. Способ отбелки сульфатной целлюлозы: Пат. 2173741 / Н.В. Балакшина, М.Ю. Балакшин, Н.Ф. Измайлова и др.; Опубл. 20.09.2001, Бюл. №26.

41. ГОСТ 16932-93. Полуфабрикаты волокнистые целлюлозно-бумажного производства. Методы определения влажности.

42. ГОСТ 19318-73. Целлюлоза. Подготовка проб к химическим анализам.

43. ГОСТ 1007-74. Целлюлоза и полуцеллюлоза. Метод определения числа Каппа.

44. ГОСТ 6841-77. Целлюлоза. Метод определения смол и жиров.

45. ГОСТ 12523-77. Целлюлоза, бумага, картон. Метод определения pH водной вытяжки.

46. ГОСТ 11960-79. Полуфабрикаты волокнистые и сырье из однолетних растений для ЦБП. Метод определения лигнина.

47. ГОСТ 18461-93. Целлюлоза. Метод определения содержания золы.

48. ISO 5351/1. Целлюлоза в разбавленных растворах. Определение предельного числа вязкости. 4.1. Метод с применением этилендиамина и меди.

49. ГОСТ 6840-78. Целлюлоза. Метод определения а-целлюлозы.

50. ГОСТ 9105-74. Целлюлоза. Метод определения средней степени полимеризации.

51. Оболенская A.B., Ельницкая З.П., Леонович A.A. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы: Учеб. пособие для вузов. -М.: Экология. 1991. - 134 с.

52. Переработка на волокнистые полуфабрикаты неокоренной древесины лиственных пород / М.Г. Мутовина, Т.А. Бондарева, А.Т. Олейник, Н.В. Балакшина // Целлюлоза, бумага и картона Экспресс-информ. / ВНИПИЭИлеспром. М., 1985. - Вып. 18. - С.2-6.

53. Балакшина Н.В., Богданова Н.Р., Ермилова Т.И. Уменьшение зольности вискозной целлюлозы // Целлюлоза, бумага и картон. -1977.-№31.-С. 4-5.

54. Отбелка целлюлозы / Под ред. Ф.П. Комарова // TAPPI. 1957. -№ 10. — С.65-68; С. 160-163.

55. А. с. 717197 СССР. MKHD 21 с 9/10, 1977.

56. Способ получения беленой целлюлозы: A.c. 1276703 / Н.Ф. Измайлова, Н.В. Балакшина, Р.И. Кишик и др., Опубл. 15.12.86, Бюл. № 46.

57. Что было что будет? // Мир бумаги. - 2003. - № 2 (38). - С. 4-7.

58. Б Л Л Л К Ш II И У Павлу Цшшлаошшу1. МОСКВА

59. Ученый секретарь Комитета по Ленинским и Государственным премиям СССР * области науки и техники при Совете Министров СССР1. В. ЧЕТВЕРИКОВ?

60. НОСГЛИОМЕИНЕМ ЦЕНТРАЛЬНОГО КОМИТЕТА КПСС И СОВЕТА МИНИСТРОВ СССР от 28 октября 1982 года ПРИСУЖДЕНА.