.webp)
Как устроен целлюлозно-бумажный комбинат (ЦБК)?
Целлюлозно-бумажный комбинат (ЦБК) — это сложный многоэтапный производственный комплекс, где древесное сырьё превращается в высококачественную бумагу через ряд химических, термических и механических процессов. Каждый этап требует строгого контроля параметров, включая состав воздушной среды, поскольку многие операции сопровождаются выделением токсичных, взрывоопасных или коррозионно-активных газов.
На представленной изометрической схеме ЦБК выделены 8 основных технологических зон, каждая из которых имеет свои особенности с точки зрения безопасности и необходимости мониторинга газовой среды.
Технологические зоны ЦБК
Прием сырья и подготовка
Силосы для хранения щепы, конвейерные ленты, транспортирующие сырье.
Процесс: прием, хранение и подготовка древесного сырья. Древесина измельчается в щепу. Длинная конвейерная лента перемещает щепу от места разгрузки к накопителям. Щепа попадает в силосы, где хранится определенный запас сырья.
Газы: возможно присутствие пыли и летучих органических соединений (ЛОС) при хранении свежей щепы.
Варка
Высокие вертикальные аппараты (варочные котлы/дигестеры), сложная система трубопроводов.
Процесс: древесная щепа варится в растворе белого щелока (NaOH + Na₂S) под высоким давлением (0,8–1,2МПа) и температурой (~170°C). В результате разрушается лигнин, древесина распадается на волокна — образуется коричневая целлюлозная масса.
Контроль газов:
- щелочь NaOH, аэрозоль;
- H₂S — сероводород;
- CH₃SH, C₂H₅SH — метилмеркаптан и этилмеркаптан;
- скипидар C₁₀H₁₆ и терпеновые углеводороды.
Промывка и отжим
Горизонтальные вращающиеся барабаны (фильтры), емкости.
Процесс: после варки полученная целлюлоза (коричневая масса) содержит отработанный варочный раствор (черный щелок). Массу промывают водой с кислотами для удаления остатков реагентов и предотвращения повторного осаждения лигнина.
Контроль газов:
- щелочь NaOH;
- серная кислота H₂SO₄;
- сероводород H₂S;
- метилмеркаптан и этилмеркаптан CH₃SH, C₂H₅SH;
- неорганические соли Na₂CO₃, Na₂SO₄.
Отбелка
Вертикальные башни (реакторы) емкости для смешивания.
Процесс: целлюлоза отбеливается химическими реагентами (хлором, диоксидом хлора, кислородом или перекисью) в несколько стадий. Это придает массе белизну и чистоту. Между стадиями отбелки масса обычно снова промывается (промежуточные промывки).
В реакторе генерации для получения диоксида хлора из хлората натрия используется реакция:
2NaClO₃ + H₂SO₄ + SO₂ → 2ClO₂ + 2NaHSO₄
Используются окислители: ClO₂, O₃, H₂O₂, иногда Cl₂.
Регенерация и выпаривание
Большое здание (котельная/содовый котел), высокие колонны (выпарные станции).
Процесс: отработанный черный щелок (из зоны варки) сгущается в выпарных установках и сжигается в содовом котле. Это позволяет:
- Получить энергию (пар и электричество) для нужд комбината.
- Регенерировать (восстановить) химикаты для повторного использования в варке (замкнутый цикл).
Выпаривание
Визуально на схеме: группа высоких вертикальных колонн (выпарные аппараты), соединенных трубами.
Процесс: сюда поступает черный щелок (отработанный раствор из Зоны варки/промывки). Изначально он жидкий (содержит около 15% сухих веществ). В выпарных аппаратах из щелока выпаривают воду. На выходе получается густая масса — тяжелый черный щелок (концентрация сухих веществ 75–80%).
Сжигание
Визуально на схеме: большое высокое здание рядом с выпарными колоннами. Внутри находится содовый котел.
Процесс: густой черный щелок распыляют в топке огромного котла. Органическая часть (лигнин, остатки древесины) сгорает. Температура в топке достигает 1000°C. Выделяется огромное количество тепла, которое превращает воду в пар. Этот пар идет на турбины для выработки электричества и обогрева всего комбината. Неорганическая часть (соли натрия и серы) плавится и стекает на дно топки в виде расплава (смолта).
Растворение и каустификация
Визуально на схеме: емкости и реакторы рядом с котельной.
Процесс: расплав солей из котла растворяют в воде. Образуется зеленый щелок (содержит карбонат и сульфид натрия). Зеленый щелок смешивают с известью (оксид кальция). Происходит реакция замещения.
Результат: карбонат натрия превращается обратно в каустик (едкий натр). Теперь раствор снова называется белый щелок.
Регенерация извести
Процесс: при каустификации выпадает осадок — известковый шлам (карбонат кальция). Его промывают и отправляют во вращающуюся печь (известковую печь). При высокой температуре шлам обжигается, превращаясь обратно в оксид кальция (известь).
Контроль газов:
- CO — продукт неполного сгорания;
- SO₂, NOx — продукты горения сернистых и азотистых соединений;
- пыль;
- щелочь (NaOH);
- сероводород (H₂S).
Зона производства бумаги
Длинная производственная линия, накрывные кожухи (сушильные части), валы.
Процесс: отбеленная целлюлоза смешивается с водой и добавками, превращаясь в жидкую бумажную массу. Она подается на сетку бумагоделательной машины, где формируется бумажное полотно. Затем оно проходит через прессовую часть (отжим воды) и сушильную часть (сушка горячим воздухом), а затем накатывается в огромные рулоны.
Зона отделки и хранения
Готовые рулоны бумаги, паллеты с упакованной продукцией, погрузчики.
Процесс: готовая бумага нарезается на форматы, упаковывается, паллетируется и складируется на складе перед отгрузкой потребителям.
Зона хранения и дозирования агентов
Емкости разного размера, насосные станции, трубы.
Процесс: здесь хранятся и готовятся химические реагенты, необходимые для различных этапов производства: отбелки, проклейки бумаги, окраски и улучшения её свойств. Отсюда реагенты дозируются в технологический процесс.
Выделяющиеся газы:
- ClO₂, Cl₂ — в зоне хранения диоксида хлора и хлора;
- NH₃ — если используется аммиак;
- летучие органические соединения, растворители, добавки;
- аэрозоли кислот H₂SO₄, HNO₃ и щелочей NaOH.
Целлюлозно-бумажные комбинаты, как правило, относятся к опасным производственным объектам (ОПО) в соответствии с требованиями Федерального закона от 21 июля 1997 года №116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» и подчиняются требованиям в области промышленной безопасности. Приказом Минтруда РФ от 04.12.2020 №859н «Об утверждении Правил по охране труда в целлюлозно-бумажной и лесохимической промышленности» регламентируются меры по исключению или снижению до уровней допустимого воздействия токсических и раздражающих химических веществ, проникающих в организм человека через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожные покровы и слизистые оболочки. Ниже представлены наиболее токсичные вещества, подлежащие автоматическому непрерывному контролю по ПДК:
Перечень веществ для контроля
Щёлочи: гидроксид натрия (NaOH), гидроксид калия (KOH)
Техническое обоснование контроля:
Щелочные реагенты применяются в процессах щелочной варки целлюлозы (сульфатный и сульфитный способы). Аэрозоли и пары щелочей могут присутствовать в воздушной среде производственных помещений и вентиляционных выбросах.
- Коррозионное воздействие на металлоконструкции, контрольно-измерительные приборы и системы автоматики
- Раздражающее действие на слизистые оболочки и органы дыхания персонала при превышении ПДКрз
- Нарушение технологического баланса при отклонении концентрации реагентов от регламентных значений
Серная кислота (H₂SO₄)
Техническое обоснование контроля:
Серная кислота используется в кислых способах варки целлюлозы, в системах регенерации химикатов и в установках очистки газовых выбросов.
- Токсическое воздействие паров и аэрозолей кислоты на персонал
- Интенсивная коррозия оборудования при конденсации паров
- Формирование кислотных туманов в атмосферном воздухе на границе санитарной зоны
Скипидар (C₁₀H₁₆) и терпеновые углеводороды
Техническое обоснование контроля:
Скипидар выделяется при переработке хвойной древесины в процессах варки, промывки и сушки целлюлозы. Является смесью монотерпенов (α-пинен, β-пинен, Δ³-карен).
- Токсическое воздействие при ингаляционном поступлении
- Формирование вторичных загрязнителей атмосферы при фотохимических реакциях
Диоксид хлора (ClO₂)
Техническое обоснование контроля:
Диоксид хлора применяется в схемах отбелки целлюлозы как селективный окислитель лигнина.
- Высокая токсичность, раздражающее и сенсибилизирующее действие
- Взрывоопасность
- Коррозионная активность в отношении нержавеющих сталей и полимерных материалов
Необходимы высокочувствительные сенсоры с селективностью к хлору и хлорсодержащим соединениям. Газоанализаторы ГАНК-4 высокоселективны для точного определения ClO₂ в многокомпонентных газовых смесях.
Азот (N₂) и оксиды азота (NO, NO₂)
Техническое обоснование контроля: Азот применяется как инертная среда в системах пневмотранспорта и продувки оборудования. Оксиды азота образуются в процессах сжигания и регенерации.
- Асфиксия при вытеснении кислорода азотом в замкнутых пространствах
- Токсическое воздействие NO₂
- Вклад в формирование смога
Газоанализаторы ГАНК контролируют уровень соединений азота, что способствует снижению выбросов других вредных веществ и повышению общей эффективности предприятия по производству целлюлозы, бумаги и картона.
Дополнительно на комбинатах ЦБК требуется контроль следующих веществ:
| Вещество | Формула | Область применения / источник |
|---|---|---|
| Сероводород | H₂S | Варка целлюлозы, очистные сооружения |
| Меркаптаны | R–SH | Побочные продукты варки |
| Хлор | Cl₂ | Отбелка, системы водоподготовки |
| Диоксид серы | SO₂ | Сжигание топлива, регенерация |
| Формальдегид | CH₂O | Процессы сушки, связующие материалы |
| Аммиак | NH₃ | Системы водоподготовки, холодильные установки |
| Озон | O₃ | Современные методы отбелки |
| Летучие органические соединения (ЛОС), углеводороды | CₓHᵧ | Испарение растворителей, скипидара |
