|
Современная целлюлозно-бумажная промышленность является важной и социально значимой отраслью экономики любой страны с высокими темпами развития.
Возрастающая потребность в продукции ЦБП, значительное расширение ее ассортимента и объемов производства обусловлены ростом культурного уровня населения, интенсивным развитием других отраслей промышленности, изменением структуры производства и потребления бумажной и картонной продукции. Все это оказывает влияние на расширение источников волокнистого сырья для ее изготовления.
Manufacture of pulp is practically absent in Ukraine. This article is dedicated to usage of one-year plants like hemp for
pulp manufacturing.
Важным фактором увеличения конкурентоспособности ЦБП любой страны является стабильно растущий спрос внутреннего и мирового рынка на продукцию отрасли. Однако значительная часть бумаги и картона отечественного производства уступает импортным аналогам. Многие освоенные за рубежом высокотехнологичные виды картонно-бумажной продукции в Украине не вырабатываются.
Такое состояние отрасли является следствием общего положения дел в экономике страны, низкого технического уровня производства, неустойчивого финансового положения большинства предприятий, слабой инвестиционной и инновационной активности, недостаточной конкурентоспособности вырабатываемой продукции, низкого уровня маркетинговых исследований и отсутствия в стране собственных волокнистых полуфабрикатов необходимого качества. Последнее вынуждает бумажную отрасль Украины ориентироваться в основном на производство такой продукции, для изготовления которой применяется вторичное сырье — макулатура.
В мировой бумажной промышленности используется большое количество волокнистых полуфабрикатов (целлюлоза, полуцеллюлоза, древесная масса, химико-термомеханическая масса), различающихся как по источникам сырья (древесина хвойных и лиственных пород, недревесные однолетние растения, химические волокна), так и по использованию и переработке (небеленые и беленые полуфабрикаты с широким диапазоном выхода, получаемые с применением механических, химических и комбинированных способов).
До тех пор, пока целлюлоза будет использоваться в качестве основного сырья в производстве бумаги и картона, будет продолжаться уничтожение экосистемы мировых лесов. Поэтому одним из наиболее многообещающих решений в улучшении данной ситуации является замена древесины при получении целлюлозных волокнистых полуфабрикатов недревесными материалами.
Исходя из этого, одним из реальных источников решения проблемы сырьевой базы в Украине, стране с ограниченными лесными запасами, является широкое использование однолетних растений и отходов переработки сельскохозяйственной продукции. Получение из них волокнистых полуфабрикатов — целлюлозы и химико-термомеханической массы (ХТММ) на основе прогрессивных достижений науки и техники является важной наукоемкой проблемой, имеющей большое значение для экономики страны.
В Украинском НИИ бумаги на протяжении многих десятилетий проводятся исследования по применению недревесного сырья для производства различных видов целлюлозно-бумажной продукции и накоплен значительный практический опыт по их переработке. Изучены специфические особенности морфологического строения, химического состава и использования волокнистых полуфабрикатов из наиболее перспективных видов недревесного сырья для производства различных видов бумаги и картона того или иного назначения.
Как показывают результаты этих исследований, анализа различных информационных источников и опыта производителей волокнистых полуфабрикатов в других странах, для расширения сырьевой базы бумажной отрасли Украины можно успешно использовать однолетние растения — солому злаковых культур, тростник, кенаф, лен, коноплю либо отходы их переработки, которые наиболее полно отвечают основным критериям пригодности для промышленной переработки, в том числе для получения различной высококачественной бумажной и картонной продукции. Ресурсы недревесных видов сырья, которые ежегодно возобновляются, достаточно велики, но в настоящее время для производства целлюлозы и других волокнистых полуфабрикатов не используются.
Особое место среди недревесных видов сырья для получения целлюлозы или ХТММ, культивируемых на территории Украины, занимает конопля. Результаты этих исследований показали пригодность и практическую возможность использования стеблей и отходов переработки (костры) безгашишной конопли в производстве волокнистых полуфабрикатов для картонно-бумажной продукции.
Для химической переработки (выбора способа и режимов варки) стеблей конопли в целлюлозу с учетом особенностей ее морфологического строения, химического состава и требований к качеству получаемого полуфабриката, ассортимента бумаги или картона были определены натронный (основной варочный реагент — NaOH) и нейтрально-сульфитный (основные реагенты — NaOH и Na2SO3) способы, как наиболее приемлемые.
Качественные показатели образцов целлюлозы из конопли, полученной с применением натронного и нейтрально-сульфитного способов варки, а также основные физико-механические характеристики бумаги, изготовленной из целлюлозы этих вариантов, приведены в таблице.
Таблица. Характеристика целлюлозы и бумаги на ее основе
|
Показатель
| Натронный
| Нейтрально-сульфитный
|
I
| II
| I
| II
|
ЦЕЛЛЮЛОЗА
|
Выход после промывки, %
| 61,8–64,8
| 60,8–64,2
| 64,6–66,4
| 64,0–71,9
|
Степень делигнификации, ед. Каппа
| 4,5–7,2
| 4,2–7,4
| 10,7–11,6
| 10,3–15,0
|
Степень помола, °ШР
| 58–60
| 63–80
| 75–79
| 78–85
|
Среднемассовая длина волокна, дг
| 88–89
| 47–52
| 145–132
| 124–82
|
Длина волокна, мм
| 1,87–1,89
| 1,16–1,24
| 2,41–2,35
| 2,30–1,78
|
БУМАГА
|
Плотность, г/см3
| 0,57–0,67
| 0,63–0,74
| 0,70–0,72
| 0,70–0,82
|
Разрывная длина, м
| 4400–5100
| 4400–5800
| 6230–7350
| 6300–6980
|
Абсолютное сопротивление раздиранию, мН
| 830–1100
| 600–1000
| 1350–2290
| 1280–1400
|
Абсолютное сопротивление продавливанию, кПа
| 210–250
| 200–250
| 350–370
| 340–390
|
Прочность на излом при многократных перегибах, число двойных перегибов
| 360–1300
| 400–1050
| 4000–5660
| 4080–4620
|
Белизна, % (без процесса отбелки)
| 46,4–47,9
| 44,3–46,3
| 55,5–55,9
| 53,0–54,2
|
Анализ результатов выполненных исследований показывает, что полученная из конопли целлюлоза (особенно полученная нейтрально-сульфитным способом) характеризуется высоким комплексом прочностных свойств. Так, целлюлоза с выходом выше 70% и степенью делигнификации 12–10 ед. Каппа характеризуется более высоким уровнем прочностных показателей по сопротивлению раздиранию (1200–1500 мН), сопротивлению излому (4000–5000 двойных перегибов) по сравнению с целлюлозой из хвойных пород древесины. Наблюдаемые незначительные колебания прочностных показателей будут устранены с применением соответствующего оборудования для размола и подготовки необходимого качества бумажной массы, промежуточного и конечного ее сортирования и очистки.
Высокие показатели физико-механических свойств полуфабриката из конопли, их размольных и бумагообразующих свойств можно объяснить не только морфологическим строением, размерами и прочностью элементарных волокон, но также их способностью к гидратированию и фибриллированию в процессе размалывания, образованию плотной и прочной структуры изготовленного из них бумажного или картонного листа. Выполненные исследования показали также, что, укомплектовав технологическую линию необходимым оборудованием, разработав технологию размола такого длинноволокнистого сырья и его сортирования, можно обеспечить более «мягкие» условия процесса варки (уменьшить расход варочных реагентов, температуру, сократить продолжительность варки) и снизить себестоимость получения целлюлозы из конопли.
Из костры (отходов, оставшихся после переработки конопли), как показали предварительные эксперименты, можно получить ХТММ, которая может служить волокнистым полуфабрикатом для производства плоских слоев гофрированного картона, тароупаковочных видов картона или другой продукции.
Таким образом, в результате выполнения комплекса исследований, направленных на получение и испытание целлюлозы из безгашишной конопли натронным и нейтрально-сульфитным способами, показано:
- полученные образцы целлюлозы при выходе 65–72% и степени делигнификации 3,8–15 ед. Каппа характеризуются более высокими показателями механической прочности по сравнению с целлюлозой из древесины;
- целлюлоза из луба конопли может быть использована в производстве многих видов бумаги и картона различного назначения с высокими специальными свойствами, в том числе банкнотных, фильтровальных, писче-печатных, архивных, жиро- и влагопрочных и др.
По результатам выполненных УкрНИИБом исследований разработана, смонтирована и будет запущена в текущем году в эксплуатацию технологическая линия опытно-экспериментальной установки получения из отходов (костры) переработки конопли целлюлозы и ХТММ для использования в производстве бумаги и картона.
Специалисты института обосновали свои не менее привлекательные предложения относительно включения в разрабатываемую Государственную комплексную программу производства дизельного биотоплива на основе рапса использование соломы, которая остается после сбора урожая семян и не применяется в сельскохозяйственном производстве, для получения волокнистых полуфабрикатов — целлюлозы и механической массы.
Наши расчеты по использованию соломы рапса в качестве сырья для производства целлюлозы показывают, что при условии выхода 3,5 тонн соломы с одного гектара и использования 400 тыс. га засеянных площадей рапсом в 2006 году, а также с учетом 30% отходов на стадиях его переработки будет получено 980 тыс. тонн соломы для переработки на целлюлозу.
Из этого количества соломы при условии 40%-ного выхода (реальный выход, как уже показано, значительно выше) может быть получено ежегодно 400 тыс. тонн целлюлозы, пригодной для изготовления бумаги или картона и в объемах, достаточных для удовлетворения потребности отечественной бумажной промышленности.
По данным Министерства аграрной политики посевы рапса в ближайшие 5 лет планируется увеличить до 1,3–1,5 млн. га.
Научно-техническое обеспечение и сопровождение Программы, которая должна включать мероприятия по разработке новейших ресурсосберегающих технологий и процессов производства волокнистых полуфабрикатов из однолетних растений, изготовления конкурентоспособных видов бумаги и картона с максимальным использованием вспомогательных материалов (химических соединений и веществ, наполнителей и связующих) отечественного производства, в т. ч. с очисткой оборотных и сточных вод, утилизацией отходов может осуществляться силами УкрНИИБ.
Картонно-бумажная продукция используется практически во всех отраслях экономики страны для обеспечения тех или иных потребительских или эксплуатационных функций. Особенно высоким спросом пользуется бумага и картон для печати различной полиграфической продукции, в том числе книг, учебников, изданий СМИ. Широко применяются специальные технические виды бумаги и картона для упаковки продукции с высоким содержанием жира и влаги, для фильтрации, очистки и стабилизации качества различных жидких продуктов.
Вследствие сложившейся ситуации в бумажной отрасли Украины, — полной зависимости ее предприятий от внешних поставщиков волокнистых полуфабрикатов, перспективным и важным является создание производственных мощностей и освоение серийного выпуска целлюлозы и ХТММ из однолетних растений и отходов переработки сельскохозяйственной продукции (солома злаковых культур, лен, конопля, рапс, канарник, кенаф и др.).
По имеющейся информации, ежегодный свободный ресурс только соломы составляет в Украине около 8 млн. тонн. Запасы льна и конопли, по самым скромным подсчетам, составляют более 0,5 млн. тонн ежегодно. При условии использования только 30–40% свободных ресурсов соломы можно производить около 2 млн. тонн ХТММ или более 1,0 млн. тонн целлюлозы.
Принимая во внимание актуальность проблемы создания собственной сырьевой базы для предприятий отрасли, исследования в данном направлении должны быть продолжены, включая этапы разработки технологического процесса, проектирования и создания оборудования, технологической линии, освоение производственного выпуска беленой целлюлозы и ХТММ.
Замена древесины, пусть не полностью, а частично, на недревесные альтернативные материалы для изготовления волокнистых полуфабрикатов является одной из реальных возможностей сохранить лесные запасы и экологию природной среды. Наука отрасли готова, со своей стороны, предложить пути решения проблемы обеспечения отечественной бумажной промышленности собственными волокнистыми полуфабрикатами из однолетнего растительного сырья. Но эти предложения остаются пока хронически невостребованными со стороны нашего государства.
|
