Наши партнеры. Составляющие подотрасли целлюлозно - бумажной промышленности

Итоги показали, что те предприятия, которые проводят комплексную переработку древесины, оказались более успешными и устойчивыми к переменам в экономике, чем однопрофильные предприятия. Несмотря на невысокий рост развития, целлюлозно-бумажная сфера приносила больше дохода и показала экономические показатели выше, если сравнить с остальными сферами лесного сектора.

После предыдущего кризисной времени целлюлозно-бумажная промышленность в основном восстанавливалась модернизации организаций, занимающихся этой отраслью. Поскольку у предприятий нет возможности получать недорогой кредит на долгий срок, мероприятия, планируемые для того, чтобы повысить конкурентоспособность продукции в данной отрасли, внедрять новые технологии, снижать потребление энергии, улучшить экологию технологических процессов. Именно это является причиной, наряду с пассивными участием государства в развитии необходимых инфраструктур для новостроек, тому, что новых организаций в данной сфере немного. Эти факторы не самым лучшим образом сказываются на развитии целлюлозно-бумажной сферы в нашей стране и роста уровня конкурентоспособности отечественных предприятий на внешнем рынке.

Перспективы развития целлюлозно-бумажной сферы в нашей стране

Несмотря на все вышесказанное, работая в условиях кризиса, организации смогли выжить, выявляя главнейшие приоритеты в работе. Ниже представлены самые важные из них:

• Необходимость оптимизировать процесс производства
• Повысить качество производимой продукции для того, чтобы та стала конкурентоспособной на внутреннем и мировом рынке
• Внедрение новых технологий для модернизации производственного процесса
• Расширение и обновление ассортимента производимой продукции

Развитие и восстановление отечественной целлюлозно-бумажной сферы в большей мере зависит от ситуации в рынке волокна и бумаги для газет. Эти рынки освоены отечественными предприятиями.

Однако данная перспектива не приносит положительные плоды, поскольку есть ряд проблем, связанных с расширением продукции, выпуском производимой продукции, которая сможет заменить импортную, поиском неосвоенных рынков для сбыта.

Неопределенная экономическая ситуация и современное отношение к экологии требуют создание новой стратегии, которая будет идеально подходить к современным реалиям и будет соответствовать таким требованиям, как:

• Создание условий для того, чтобы у инвесторов появился стимул делать долгосрочные инвестиции
• Координация усилий в дальнейшем развитии отрасли

Судя по результатам Министерства экономики развития Российской Федерации за последние несколько лет индекс промышленного производства - 104 процента. Из всей целлюлозы по варке, которая производится в стране, приблизительно 63 процента производители целлюлозы используют с целью производить продукцию более высшей переделки, такую как бумага, картон и другие изделия. 37 процентов составляет товарная целлюлоза как для потребления внутри страны, так и для внешнего рынка.

Если сравнить итоги нескольких последних лет, то можно увидеть, что производство картона стало больше, а производство бумаги, наоборот, сократилось. Большую долю составляет производство газет и книг - пятьдесят один и десять с половиной процентов соответственно.

Внешняя экономическая деятельность

В период кризиса из отечественного производства целлюлозно-бумажная сфера не отступила от своих позиций и была рентабельной. Экономические показатели по целлюлозно-бумажной сфере были гораздо выше, чем остальные отрасли лесного сектора.

В сегодняшнее время в нашей стране функционируют примерно сорок предприятий, которые производят целлюлозу. В основном они являются частью лесопромышленного холдинга. Семь самых крупных предприятия обеспечивают примерно семьдесят процентов всего объема производимой целлюлозы. Такими предприятиями являются, к примеру, Архангельский целлюлозно-бумажный комплекс, Котласский целлюлозно-бумажный комплекс и другие. Большая часть предприятий являются частью зарубежных организаций.

Восемьдесят процента товарной целлюлозы и пятьдесят процентов картона и бумаги, которая производится в нашей стране, экспортируется. Это главный резерв для успешного развития этой сферы.

В Соединенных Штатах Америки с расчетом на год на 1 человека приходится 347 килограммов потребляемой бумажной продукции, в Бельгии - триста двадцать один килограмм. В нашей стране эта цифра составляет только 18,2 килограмма. Раньше Россия была на четвертом месте на планете по объему производимой бумаги и картона, однако с 2003 года ее позиция снизилась до восемнадцатого места.

Отечественные предприятия обладают всеми необходимыми преимуществами - и с позиции себестоимости сырья, и с позиции себестоимости энергетического компонента. Хвойное сырье в России в три раза дешевле главных стран-конкурентов. Что касается лиственной древесины, то она стоит еще дешевле.

Приблизительно на треть дешевле обходится электроэнергия, если сравнить с основными конкурентными странами. Разница между стоимостями топлива, необходимого для того, чтобы получать пар и генерировать электричество, в Российской Федерации и других странах-конкурентах составляет примерно шестьдесят шесть процентов. Помимо всего прочего, в нашей стране расходы на персонал в целлюлозно-бумажной промышленности ниже, чем в других странах.

Причины невысокой конкурентоспособности

При всех вышеуказанных преимуществах есть и ряд недостатков, из-за чего конкурентоспособность отечественных предприятий находится на невысоком уровне.

• предприятия терпят большие потери из-за высокого удельного расхода ресурсов
• организация производства не является эффективной

Из-за указанных причин конкурентоспособность падает. Большинство отечественных предприятий не модернизировали технологии и оборудование. Они используют оборудование прошлого столетия, что не самым положительным образом влияет на эффективность производства и качество производимой продукции. Также остро чувствуется недостаточность инвестиций в данную сферу, что помогло бы предприятиям усовершенствовать оборудование и, как следствие, технологию производства и качество производимой продукции.

Конечно же, российские предприятия все еще имеют конкурентное преимущество в виде небольшой себестоимости производства, однако данное преимущество с каждым годом теряет свою актуальность. В современное время, в особенности во время кризисной и посткризисной экономической ситуации отечественной целлюлозно-бумажной промышленности нужно более тщательно анализировать все преимущества, которые повышают конкурентоспособность отрасли, и по итогам анализа построить новую стратегию, отвечающую стандартам современной реалии.

Несмотря на все вышесказанное, инвестиций в данной отрасли не хватает. Основными причинами этого являются:

• неразвитая начальная инфраструктура в тех регионах России, где много лесов - транспортные пути, необходимые для перевозки, электричество, коммуникации
• государство принимает неактивное участие в решение проблем, существующих в данной отрасли

Именно по данным трудноразрешимым причинам инвесторы не желают делать долгосрочные инвестиции в лесной сфере. Для примера: чтобы производить коробочный картон, которые необходим для внутреннего и внешнего рынка, объемом в 1 миллион 360 тысяч тонн нужно инвестировать минимум 1 миллиард 350 миллионов долларов США.

Прогнозы Министерства экономики развития Российской Федерации также не обнадеживают. К 2020г. произойдет снижение роста производства в целлюлозно-бумажной отрасли, издательской и полиграфической деятельности примерно на три процента.

Ситуация в сфере производства картона и бумаги

Если анализировать ситуацию с потреблением картона и бумаги в нашей стране, то на человека в год приходится 53,8 килограммов (для примера, в Соединенных Штатах Америки эта цифра - 347 килограммов, а в Финляндии - четыреста тридцать два килограмма).

Как показывает статистика, основанная на опыте шестидесяти стран на Земле, когда ВВП страны на душу населения растет на один процент, объем потребления картона и бумаги растет приблизительно на 1,4 процента при условиях одинаковой численности населения страны.

Инвестиции и производственные технологии

В настоящее время объем потребления среднегодовой мощности в целлюлозно-бумажной сфере составляет приблизительно восемьдесят процентов, в сфере производства картона любого типа - приблизительно от восьмидесяти пяти до девяноста процентов. Однако по различным отдельно взятым продукциям, к примеру тарного картона, данные цифры гораздо выше. На данный момент объем потребления снова растет. Есть предприятия, где данная цифра достигла от девяносто двух до девяносто пяти процентов.

Проблемой остается технологическое оборудование отечественных предприятий. Большинство оборудования (от семидесяти до девяноста процентов) покупалось заграницей более чем пятнадцать лет назад. С тех пор ни разу оборудование не модернизировалось. Многие варочные установки непрерывного действия (приблизительно восемьдесят процентов) эксплуатируются более двадцати пяти лет, а пятьдесят процентов варочных котлов периодического действия - более сорока пяти лет. Современным стандартам соответствует лишь десять процентов основного производственного оборудования.

Если и в ближайшие несколько лет будет острая нехватка инвестирования в современные производственные оборудования, то отечественные предприятиям грозят серьезные проблемы, которые будут тормозить производство в целлюлозно-бумажной сфере и повлияют на понижение конкурентоспособности производимой продукции в этой сфере.

В последние несколько лет благодаря действиям руководства страны целлюлозно-бумажная отрасль снизила экспорт сырья, это сразу же привлекло внимание иностранных инвесторов. Такой интерес мог бы стать началом успешного развития отрасли и решения всех проблем с технологическим оборудованием, однако в этому году экономический кризис стал помехой этому.

Но, несмотря на это, некоторые иностранные компании по производству картона и бумаги все же вышли на отечественный рынок. К примеру, такие лидер в данной отрасли, как американская компания International Paper, который наполовину контролирует 4 больших холдинга по производству продукций целлюлозно-бумажной отрасли - Котласский, Братский, Усть-Лимский и Санкт-Петербургский целлюлозно-бумажные комплексы.

Существует свыше 5000 сортов или типов бумаги, которые обычно делят на три основных класса: 1. собственно бумага (оберточная, гигиеническая, писчая и печатная) 2. картон (используемый для производства бумажной тары) 3. строительный (изоляционный, облицовочный) картон, применяемый главным образом в строительстве

Бумагоделательные машины Существует два типа машин для изготовления бумаги и картона – плоскосеточные (столовые) и круглосеточные (цилиндровые). Плоскосеточные используются для изготовления однослойной бумаги, цилиндровые – многослойного картона. Созданы многочисленные механизмы и приспособления к указанным базовым машинам для получения различных сортов бумаги и картона.

Плоскосеточная машина Секция отлива бумажного полотна плоскосеточной машины представляет собой натянутую равномерную проволочную сетку длиной 15 м и более. Взвешенные в воде волокна наливаются на переднюю часть движущейся сетки через устройство, называемое напорным ящиком. Большая часть воды дренирует через сетку в процессе ее движения, а волокна сбиваются в слабое влажное полотно. Это полотно перемещается шерстяными сукнами между несколькими наборами валов, которые отжимают воду. После этого полотно бумаги поступает в сушильную часть бумагоделательной машины. Далее бумажное полотно поступает в отделочную часть. Здесь один или несколько каландров гладят бумагу. При движении между валами сверху вниз полотно становится более гладким, плотным и равномерным по толщине. Затем полотно разрезается на полосы нужной ширины и наматывается в рулоны.

Цилиндровая машина Цилиндровая (круглосеточная) машина отличается от плоскосеточной тем, что в ней секция отлива бумаги представляет собой цилиндр, обернутый сеткой. Этот цилиндр вращается в ванне, заполненной суспензией волокон. Вода дренирует через сетку, оставляя своеобразный мат из волокон, который снимается шерстяным сукном при контакте с верхней частью цилиндра. Помещая несколько ванн в ряд и используя то же самое сукно для удаления собранных в мат волокон от каждой ванны последовательно, можно получить слоистую структуру; толщина этого листа, или картона, лимитируется числом цилиндров и мощностью сушки. Остаточная вода удаляется пропусканием полотна через прессовые и сушильные секции, аналогичные используемым на плоскосеточной машине. Центробежное действие вращающегося цилиндра стремится сбросить находящиеся на нем волокна. Это вынуждает ограничивать скорости работы 150 м/мин. Получающееся при этом бумажное полотно после резки пригодно для высококачественной печати.

Сырьем для бумажной массы служат древесина и другие богатые целлюлозой материалы. Нередко предприятия по производству целлюлозы и бумаги составляют одно целое. Перерабатывающие цеха или заводы превращают бумажную массу в бумагу и картон, из которых изготавливаются такие предметы, как конверты, вощеная бумага, упаковка для пищевых продуктов, наклейки, коробки и многое другое.

Подготовка бумажной массы Процесс отбеливания не зависит от процесса получения бумажной массы. Хлор в той или другой форме является основным отбеливающим реагентом. Перекиси и бисульфиты используются для осветления при механическом получении бумажной массы. До и после отбеливания эта масса просеивается и промывается в разной последовательности до тех пор, пока не будет состоять полностью из отдельных волокон, свободных от следов химикатов. После этого полученная масса, особенно если она содержит продукты, полученные из тряпья и сульфитной бумажной массы, должна быть дополнительно расплющена. Далее добавляются красители, минеральные пигменты и органические материалы (клеи), которые придают влагопрочность, водонепроницаемость и облегчают адгезию типографской краски.

Источники сырья для получения бумажной массы Все шире используется макулатура; предварительно из нее удаляются типографская краска и другие примеси. Затем ее обычно смешивают со свежей целлюлозой, чтобы придать дополнительную прочность на случай использования для изготовления более высоких сортов бумаги, например книжной; без обесцвечивания макулатуру используют главным образом при производстве картона для коробок и другой тары. В некоторой степени используются также отходы тряпья, что позволяет получить высокосортную писчую бумагу, бумагу для облигаций и денежных знаков, пигментную бумагу и другие специальные ее виды. Грубый картон делается из соломенной целлюлозы. В специальных изделиях могут быть применены асбест и натуральные и синтетические волокна, такие, как лен, пенька, искусственный шелк, нейлон и стекло.

Изготовление бумаги из древесной массы Очищенные балансы подаются в рубильную машину, где превращаются в мелкую щепу. Щепа варится в варочном котле примерно три с половиной часа, после чего поступает в продувочный бассейн. Распыленная древесная масса пропускается через промывочный агрегат и разбрызгивается; в распределительной ванне древесные волокна, пригодные для изготовления бумаги, через фильтровальные сетки поступают в отбеливающий бассейн. Древесная масса расплющивается, а затем подвергается трепанию в рафинере, так что волокна прочнее сцепляются вместе. Суспензия примерно 99,5% воды и 0,5% массы из машинного бассейна равномерно наносится на сетку плоскосеточной бумагоделательной машины. Вода стекает через сетку в отсасывающий ящик, а вальцовые прессы и сушильные цилиндры осуществляют дальнейшее уменьшение влажности. В конце сушильного отделения при намотке на бобину бумага проглаживается каландрами. Рулон последовательно разрезается на части нужных ширины и веса и перематывается. Смотанный рулон готов к транспортировке.

Процессы получения бумажной массы из древесины Поскольку бумага может быть сделана почти из любого волокнистого материала, существует много разнообразных методов получения бумажной массы, которые различаются в соответствии с требованиями к конечному продукту. Известны, однако, три основных процесса превращения древесины в бумажную массу: механический, химический и полу химический. Бревна, поступающие на завод в неочищенном виде, должны быть очищены от коры (окорены). Затем заготовка пропускается через рубильную машину, которая разрубает ее на куски размером 6-7 см (щепу), чтобы подготовить древесину к химической обработке (это не обязательно для получения бумажной массы механическим способом).

Механический процесс В механическом процессе очищенные от коры бревна измельчают. При этом не происходит никакого химического изменения, и полученная древесная масса содержит все компоненты исходной древесины. Она отбеливается перекисями, но остается при этом нестабильной и со временем портится. Поскольку операция измельчения не идеально разделяет волокна, приводя к комкованию, бумага из массы, полученной механическим способом, оказывается относительно слабой. Поэтому такая древесная масса используется вместе с бумажной массой, полученной посредством химических процессов. Применение механически изготовленной массы ограничено такими продуктами из бумаги и картона, как газетная бумага и макулатурный картон, где высокие качества и прочность несущественны.

Сульфитный процесс Приготовление бумажной массы путем проведения сульфитного процесса требует обработки щепы в варочной жидкости, содержащей ионы бисульфита в комбинации с кальцием и (или) магнием, аммиаком или натрием. Комбинация кальций-магний применяется по преимуществу на целлюлозных заводах. Среди лесоматериалов предпочтение отдается ели и западному гемлоку. Получаемая древесная масса легко отбеливается и устойчива к механическому истиранию. Неотбеленная масса используется для картона, из которого изготавливают упаковку, в смеси с механически получаемой массой - для газетной бумаги, а отбеленная - для всех сортов белой бумаги, например для книг, облигаций, бумажных салфеток и высококачественной оберточной бумаги. В качестве реагента для производства бумажной массы можно использовать нейтральный сульфит натрия. Он дает бумажную массу, сходную с той, что получается при кислотно-сульфитном процессе. Однако из-за дороговизны и сложности утилизации его применение в производстве высококачественной бумажной массы химическим способом было незначительным. Более широко он используется при получении массы полу химическим способом, которая идет на изготовление гофрированного картона.

Содовый и сульфатный процессы Содовый процесс представляет собой один из видов щелочных процессов. Щепа варится в растворе каустической соды, или едкого натра (NaOH). Содовая бумажная масса изготавливается главным образом из твердых пород дерева, таких, как осина, эвкалипт и тополь. Она используется по преимуществу в смеси с сульфитной массой для изготовления печатных сортов бумаги. Сульфатный процесс также относится к щелочным. В варочную жидкость, представляющую собой раствор каустика, добавляют серу, которая ускоряет процесс изготовления массы, позволяет уменьшить рабочее давление и расход тепла и действует эффективно на все виды древесины. Сульфатный процесс применяется там, где нужна прочность продукта, например для изготовления высококачественной оберточной бумаги и картона. Среди используемых в этом процессе пород дерева доминирует сосна, имеющая длинные сильные волокна. Хотя сульфатная древесная масса отбеливается труднее, чем сульфитная, получающийся белый продукт может отличаться высоким качеством.

Полухимический процесс Этот процесс представляет собой комбинацию химического и механического процессов обработки. Древесина нагревается с небольшим количеством химикатов настолько, чтобы связи между волокнами ослабли. Одной из разновидностей этого процесса является холодный содовый процесс, при котором щепа подвергается слабой обработке раствором едкого натра при атмосферных давлении и температуре. После этого щепа, сохраняющая свои свойства при такой обработке, подается на истирающее устройство, которое разделяет волокна. Степень «чистоты» бумажной массы зависит от глубины химической обработки. В зависимости от используемых химикатов этот процесс подходит к любым породам дерева; химические требования здесь ниже, чем при химическом процессе, а выход – вес массы на корд древесины – выше. Поскольку клубочки волокон удаляются не полностью, качество получаемой таким способом бумажной массы при увеличении выхода снижается до качества массы, получаемой в механическом процессе.

Целлюлозно-бумажная промышленность объединяет производства, выпускающих целлюлозу, бумагу, картон. Особенность этих производств - измельчение древесины до размера волокна и изготовление из волокна необходимой продукции. Основные химические компоненты древесины (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин) является высокомолекулярными соединениями, которые соединены между собой не только межмолекулярными, но и некоторыми химическими связями. Поэтому обычными способами разделения органических веществ и отделение их невозможно. Этого можно достичь только в результате определенных химических реакций, которые позволяют перевести один или несколько компонентов в водорастворимый состояние.

Целлюлозное производство

Основное сырье производства - специально подготовленная (балансовая) древесина и отходы лесозаготовок, лесопиления, деревообработки.

Главные составные части древесины:

Целлюлоза - 40-50% (клетчатка, полисахарид, образованный остатками глюкозы: (C6H10O6) n, где n = 5000-20000; главная составная часть клеточных стенок растений, обусловливает их механическую прочность и эластичность растительных тканей, в хлопчатника - 95-98 %, в льне - 80-90%, в джуте - 75%);

Лигнин - 20-30% (аморфное вещество, органический полимер, состоящий из различных ароматических спиртов, содержится в клеточных оболочках растений, вызывает их одеревениння)

Гемицеллюлозы - 17-33% (геми... - полу, полисахариды, имеющих разветвленные цепи и степень полимеризации меньше, чем в полисахаридах - η = 100-200)

Волокна целлюлозы в древесине связаны между собой лигнином. Для удаления лигнина и освобождения от него целлюлозы проводят варку древесины в присутствии реагентов, разрушающих или растворяют нецеллюлозные компоненты.

Перевести в водорастворимый состояние лигнин значительно труднее, поскольку он является полимером сетчатой строения, имеющий ароматические ядра и небольшое количество гидрофильных групп (ОН, СООН). Для этого необходимо провести частичную химическую деструкцию макромолекул лигнина с одновременным введением в его структурные единицы достаточного количества гидрофильных групп.

Процессы перевода лигнина в водорастворимый или растворим в органических соединениях состояние и выделения его из древесины называют делигнификации древесины. Процессы делигнификации древесины, которые сопровождаются переводом в растворимое состояние вместе с лигнином большей части гемицеллюлозы, используют для получения целлюлозы и называют варкой целлюлозы.

В результате процессов варки получают технические целлюлозы, которые в зависимости от условий варки и назначения, содержат еще определенное количество лигнина, гемицеллюлозы и экстрактивных веществ. По содержанию в них нецеллюлозные материалов технические целлюлозы разделяют на:

Полуцеллюлозу;

Целлюлозу высокого выхода;

Небеленой целлюлозы.

Технические целлюлозы используют для производства картона, бумажных мешков, оберточной бумаги и тому подобное. Небеленой целлюлозы преимущественно подвергают дополнительной очистке от нецеллюлозные компонентов, в первую очередь от лигнина, процесс состоит из двух операций - отбеливание и облагораживания целлюлозы.

Отбеливание осуществляется в несколько этапов последовательной действием на диспергированных в воде целлюлозную массу различных окислителей: газообразного хлора хлорной воды; гипохлоритов; оксидов хлора пероксида водорода; кислорода в щелочной среде.

Отбеленного целлюлозу используют для производства печатной бумаги, бумаги для тетрадей и тому подобное.

Облагораживания отбеленной целлюлозы осуществляют обработкой ее раствором гидроксида натрия - 0,5 - 2% раствором при температуре 95 - 135 ° С или 4 - 10% раствором при температуре 15-25 ° С. Облагорожена целлюлоза используется для получения химических волокон, пленок, лаков, пластических масс, бездымного пороха и др.

После очистки целлюлозы около 50% массы химических компонентов древесины становятся водорастворимыми и переходят в варочные растворы. Для достаточно полного их удаления на отмывание целлюлозы расходуется значительное количество воды. Например, на производство одной тонны отбеленной целлюлозы - 200 - 300 м3, а на одну тонну облагороженной целлюлозы - 285-500 м3.

Сточные воды содержат значительное количество различных органических веществ - от 100 до 500 кг для производства одной тонны целлюлозы (в зависимости от способа варки и очистки целлюлозы), поэтому их очистки требует значительных капиталовложений, которые составляют 15-40% от стоимости производства.

В настоящее время используют преимущественно три способа варки целлюлозы - щелочная, сульфатный и сульфитной.

Щелочная варка иелюлозы. Первый технический способ выделения целлюлозы из древесины был разработан в 1854 году К. Ватт и Г. Бургессом. Он заключался в нагревании древесины под давлением с раствором гидроксида натрия (каустическая сода), за что получил название щелочного. Варки проводят в автоклавах. В них помещают деревянные щепки лиственных пород, заливают 4-6% раствор NaOH и нагревают до температуры 165-175 ° С - в течение 2-6 часов. В этих условиях в автоклаве создается давление около 1 МПа. После варки целлюлозную массу отделяют от отработанного варочного раствора, называют натронной лужайкой, очищают от механических примесей и отмывают водой. Получают техническую целлюлозу, которая содержит до 2% лигнина, 20% пентозанов и примерно 78% - целлюлозы. Ее главным образом используют для производства топографического бумаги, хлопковой целлюлозы.

Отработанный варочный раствор, содержащий формальдегиды, каустическую соду и т.п., как правило, испаряют, а вещества, содержащиеся в нем, сжигают для регенерации гидроксида натрия.

Сульфатный варки иелюлозы. Сульфатный способ удаления целлюлозы из древесины также модификацией щелочного способа варки. Основными реагентами варочного раствора в этом способе есть гидроксид и сульфат натрия.

Изобретателем сульфатного варки считают Даля (1884 г.). Даль предложил для компенсации щелочи при натронной варки использовать сульфат натрия, который был в то время промышленным отходом. Это и обусловило название метода. Суть метода заключается в том, что отработанному натронной лужайке во время его сжигания добавляют сульфат натрия.

Сульфатный варки проводят в аппаратах непрерывного действия, в которые подают технологическую щепу любых пород древесины или тростника и варочные растворы, содержащие 4 - 8% NaOH и NaSH. В течение 2-4 часов поднимают температуру до 165-180 ° С. Целлюлозную массу отделяют от отработанного варочного раствора (который называют черным лужайкой) и промывают. Иногда, перед сульфатной варкой, проводят предварительный гидролиз древесины разбавленными кислотами (0,3 - 0,5% H2SO4 или 0,5 - 1,0% НСl при температуре 100-125 ° С в течение 2-5 часов) или водой (при температуре 140 - 180 ° с в течение 0,5 - с часов) с целью выделения из нее гемицеллюлозы. С черного лужайке выделяют сульфатный мыло. Сульфатный мыло представляет собой смесь натриевых, смоляных и высших жирных карбоновых кислот, сложных эфиров, высших спиртов и др. В процессе сульфатной варки хвойных пород древесины с варочного раствора испаряются терпеновые углеводороды, конденсацией которых получают сульфатный скипидар.

Сульфатный способ варки целлюлозы наиболее распространенный в мире, так как позволяет перерабатывать на целлюлозу все виды древесины, а также другие целлюлозосодержащих природные материалы (тростник, солома и т.д.), с экологической точки зрения для приготовления варочного раствора используются относительно токсичные вещества - сульфат натрия и известь. С их помощью получают больше половины всей целлюлозы.

Сульфитной варки целлюлозы. Сульфитный способ варки целлюлозы был внедрен в производство впервые в Швеции - 1874 В отличие от щелочных способов, сульфитной варки целлюлозы проводят в кислой или нейтральной среде. Изобретателем метода считают Ф.Тильгмена, который в 1866 предложил использовать раствор диоксида серы в воде в присутствии солей, серной кислоты. В процессе растворения SO2 в воде образуется сернистая кислота. Как слабая кислота, в водном растворе, она разлагается преимущественно с образованием гидрид-аниона (бисульфит- аниона):

SO 2 + H 2 O → H 2 SO 3

H 2 SO 3 Û H + + HSO 3

Сульфитной варки проводят в варочных котлах, изготовленных из кислотостойкого материала и оборудованных принудительной циркуляцией варочного раствора, в которые подают технологическую щепу (преимущественно хвойных пород древесины) и варочный раствор. В течение 1,5-4 часов постепенно поднимают температуру до 100-110 ° С. Выдерживают, при этой температуре древесину 1-2 часа, а затем температуру повышают до 135 - 150 ° С и выдерживают еще 1-4 часа. Полученную небеленой целлюлозы отделяют от отработанного варочного раствора, называют сульфитным лужайкой, и отмывают.

При производстве одной тонны целлюлозы получают 8-9 м3 сульфитного лужайке, содержащий различные вещества, а именно: углеводороды (С - 4,5%), Альдоны кислоты (0,6 - 0,8%), сернистой кислоты и ее соли, муравьиную и уксусную кислоты и др. Поскольку сульфитный лужайка содержит значительное количество моносахаридов, его подвергают биохимической или химической переработке.

Биохимической переработкой сульфитного лужайке преимущественно получают кормовые белки, этиловый спирт, антибиотики и многоатомные спирты. На одну тонну полученной переработкой лужайке целлюлозы получают 100 -110 кг кормовых белков, или 80 - 100 литров этилового спирта, а также 1,0 - 1,2 тонн концентрата сульфитоспиртовои барды.

Химической переработкой сульфитного лужайке получают ванилин, фенолы, ароматические кислоты. В мире этим способом получают около 30% древесной целлюлозы, используемой для производства различных сортов бумаги и картона.

Краткая история бумаги и картона на примере нескольких примечательных событий

Несколько фактов

Для получения 1 тонны целлюлозы необходимо в среднем 5-6 кубометров древесины

На 1 тонну целлюлозы расходуется в среднем 350 куб. м воды

1 тонна продукции требует в среднем 2000 кВт/ч

История развития ЦБП России

В 1709 году в Красном Селе в долине реки Дудергофки Петр I сам выбрал место для бумажной мельницы. К строительству ее приступили в 1714 году. В Красном Селе впервые начали делать опыты по использованию соломы для производства бумаги. Здесь были созданы и оригинальные роллы-приспособления для разламывания бумажной массы. Бумажная мануфактура некоторое время была в ведении административной коллегии Адмиралтейства, поскольку ее продукция шла на нужды русского флота - из специального сорта бумаги делались мешочки для орудийных зарядов. Уже в начале своего существования Красносельская мельница вырабатывала ежегодно 5000 стоп бумаги и давала до 25,5 тысячи рублей прибыли. Здесь выделывались все сорта бумаги - от гербовой до технической. Около трех четвертей продукции составляла писчая бумага. В первые годы работы бумажной мельницы значительная часть ее продукции в виде полуфабриката поступала для окончательной обработки на Петербургскую мельницу, созданную примерно в одно время с Красносельской. В 1727 году Петербургская мельница (она использовала энергию ветра, отчего часто простаивала) была ликвидирована, а рабочие (около 120 человек) переведены в Красное Село. Красносельская мануфактура стала по производству бумаги одним из ведущих предприятий. В 1730 году мельница была отдана в аренду компании петербургских купцов Маслова, Солодовникова и Фейфера, а затем в 1753 году графу Сиверсу, который обещал расширить производство и "уступать" казне по 10 копеек с каждой стопы. Сиверсу была дана своеобразная монополия: все государственные предприятия Петербурга обязаны были покупать бумагу только в Красном Селе и сдавать туда на переработку сырье - старую бумагу, отходы канатного и парусного производства, тряпье и пр. Воспользовавшись предоставленными привилегиями, Сиверс устранил неугодных ему конкурентов. С 1768 по 1785 год мануфактура монопольно выпускала бумагу для ассигнаций. В то время на ней работало 120 человек.

В 1811 году император Александр I своим указом запретил пользоваться в Сенате и Департаментах привозной, заграничной бумагой. Но своей бумаги не хватало. Позже, в тридцатых годах ввоз иностранной бумаги был вообще ограничен лишь наиболее высокосортными, дорогими видами бумаг. Это поощряло русских купцов и негоциантов к строительству писчебумажных фабрик в России. В 1840 году созданное на паях в Санкт-Петербурге предприятие английского негоцианта Джона Гобера и известного комиссионера А.И. Варгунина выпустило первый лист писчей бумаги. С этого дня началась история одного из старейших предприятий отрасли "Невской писчебумажной фабрики Варгунина" - "Бумажной фабрики им. Володарского" - Ленинградского производственного объединения "Бумага" - Открытого акционерного общества .

К 1861 г. в России работало 60 небольших фабрик, а к началу ХХ в. - уже 200 фабрик и вырабатывалось свыше 100 тыс. т бумаги. В отрасли работало 25 тыс. человек, а доля России в мировом промышленном производстве бумаги составляла 2,6%.

Мировое промышленное производство бумаги в начале ХХ века

Страна	Тыс. т/год
Германия
Великобритания
Австро-Венгрия
Россия
Всего в мире

Целлюлозно-бумажное производство дореволюционной России (1913 г.) в структуре промышленности

Российская ЦБП была сосредоточена в Прибалтийском, Привислинском, Северном и Северо-Западном районах. После Октябрьской революции почти треть целлюлозных предприятий оказалась вне пределов РСФСР. В 1921 г. осталось всего 137 фабрик, из которых работало 56. Численность занятых сократилась до 21 тыс. человек. Выпуск продукции упал почти в 10 раз.

За время Великой Отечественной войны и в восстановительный период целлюлозная промышленность почти не развивалась. С 1940 по 1945 г. производство целлюлозы сократилось в 1,7 раза, с 444 до 264 тыс, т. Лишь к 1950 г. объем варки достиг 1 млн т в год.

В период с 1940 по 1950 г. доля СССР в мировом выпуска целлюлозно-бумажной продукции оценивалась всего в 0,8 - 1,5%.

К 1987 г. по производству целлюлозы и волокнистых полуфабрикатов СССР вышел на третье место в мире (после США и Канады), а по выпуску бумаги и картона - на четвертое место (после США, Канады и Японии). Тем не менее доля СССР в мировом производстве целлюлозно-бумажной продукции и удельный вес отрасли в структуре промышленного производства страны был меньше, чем в дореволюционный период.

Целлюлозно-бумажное производство в структуре промышленности СССР (1985 г.)

Целлюлозно-бумажная промышленность страны в 1913 и 1985 гг.

Показатели
Производство целлюлозы, млн т
Доля в мировом производстве целлюлозно-бумажной продукции, %
Доля отрасли в общем объеме промышленной продукции страны, %
Число работающих в отрасли, тыс. чел
Доля работников отрасли в общей численности занятых в промышленности %
Годовая выработка целлюлозы на одного работающего, т

Сибирь

К началу ХХ в. на всю Сибирь существовала лишь одна небольшая бумажная фабрика Щербакова в Тобольске. С 1897 г. при содействии Переселенческого управления проводится активная политика создания в крае лесоперерабатывающих предприятий. В короткий срок Сибирь покрывается сетью лесопильных производств, организуются показательные смолокуренные и скипидарные заводы, в 1911 г. начинается первая промышленная выработка пихтового масла и древесного спирта, а к 1914 г. в Томске вводится еще одна, вторая в крае, бумажная фабрика.

Ввод мощностей по производству целлюлозы на предприятиях Сибири (по варке)

Предприятие	Срок ввода	Мощность, тыс. т в год
	1-я очередь 1960
	2-я очередь 1969
	1-я очередь 1966
	2-я очередь 1973

Часть первая. Производство целлюлозы

Целлюлозно-бумажная промышленность - одна из ведущих отраслей лесного комплекса - объединяет технологические процессы получения целлюлозы, бумаги, картона и бумажно-картонных изделий (писчей, книжной и газетной бумаги, тетрадей, салфеток, технического картона и др.). В России эта отрасль изначально возникла и развилась в Центральном районе, где было сосредоточено потребление готовой продукции и имелось необходимое текстильное сырье, из которого прежде делали бумагу (не случайно один из первых центров производства бумаги в стране получил название Полотняный Завод). В дальнейшем технология изготовления бумаги изменилась, для нее стало использоваться древесное сырье, и ареал размещения отрасли сдвинулся к северу, в лесоизбыточные районы.
Технологический цикл отрасли четко подразделяется на два процесса - получение целлюлозы и производство бумаги. Целлюлоза - распространенное в живой природе углеводное соединение класса полисахаридов. Волокна целлюлозы служат основой для бумаги.
Главное сырье для выработки целлюлозы - древесина хвойных пород, в которой содержание целлюлозы составляет 40-50% от всей массы. Для выделения целлюлозы из древесины применяется термохимическая обработка - варка. Технологически допустимо добавление при варке целлюлозы лиственных пород в количестве до 10%. На производствах чаще всего используют сульфитную, бисульфитную или сульфатную варку древесной щепы, поэтому для любого целлюлозного процесса необходимо использовать соединения серы, вредность которых для природы и человека широко известна.

Таблица 1

Лидирующие предприятия России по варке целлюлозы, 2003,
тыс. т

Kотласский ЦБK	912,5
Архангельский ЦБK	770,7
Братский ЦKK	737,2
Усть-Илимский ЛПK	650,0
ОАО «Нойзидлер Сыктывкар»	505,6
ОАО «Светогорск»	369,0
Сегежский ЦБK	243,2
Соломбальский ЦБK	211,9
Байкальский ЦБK	171,4
ОАО «Kондопога»	105,4
Россия	5752

Древесина после распиловки поступает в рубительные машины, где из нее образуется щепа. Щепа подается в варочные котлы. При сульфитной варке древесину обрабатывают раствором, содержащим оксид серы. Одновременно с этим процессом происходит механическое истирание другой части древесины в шахтах на специальных устройствах - дефибрерах. Продуктом его является древесная масса (диаметр частиц всего 2-3 мм). На получение 1 т древесной массы расходуется 2,5 м 3 , а 1 т целлюлозы - 5 м 3 древесины. Для изготовления обойной или тетрадной бумаги целлюлоза и древесная масса берутся в равных соотношениях - по 50%, для газетной - 70% древесной массы и 30% целлюлозы.
Древесная щепа и варочная кислота поступают в варочный котел периодического действия. Варка целлюлозы ведется при 100-150 °С и давлении 6 атмосфер. После окончания варки в котле снижается давление и вытесняется щелок. Щелок пропускают через фильтр, где улавливаются волокна целлюлозы, затем щелок поступает на отдувочную колонну, где из него отдувается SO 2 . Далее щелок на многих предприятиях передается в спиртодрожжевой цех для дальнейшей утилизации растворенных в нем биологических веществ. В варочном котле остается целлюлоза. После варки целлюлозу пропитывают горячей водой, а затем тщательно истирают. Если целлюлозу используют для производства бумаги на этом же комбинате, то ее в полужидком виде направляют в бумажный цех. В том случае, если целлюлоза предназначается для отправки на другие предприятия, ее прессуют, сушат и превращают в более или менее плотные листы серого цвета - товарную целлюлозу .
Исходя из технологических особенностей производства целлюлозы, главными факторами размещения отрасли являются сырьевой (ориентация на лесодостаточные и лесоизбыточные районы) и водный (необходимость использования большого количества воды). В СССР некоторые производители целлюлозы располагались вне лесной зоны и работали на камышовом сырье (в Астрахани, Кзыл-Орде, Измаиле), но в современной России таких предприятий нет. В любом случае создание крупного целлюлозного предприятия возможно лишь вблизи крупного водотока или водоема. К таким гидрологическим объектам можно отнести Северную Двину (предприятия в Архангельске и Новодвинске), Вычегду (Коряжма), Ангару (Усть-Илимск и Братск), Волгу (Балахна и Волжск), Байкал (Байкальск), Онежское озеро (Кондопога), Ладожское озеро (Питкяранта и Сясьстрой). Ориентация на потребителя в целлюлозной отрасли вторична, поэтому значительная часть отечественной целлюлозы вырабатывается в относительно слабо заселенной Восточной Сибири.

Таблица 2

Крупнейшие российские производители товарной целлюлозы, 2003,
тыс. т

Выработка целлюлозы в России производится на целлюлозно-бумажных комбинатах (ЦБК), целлюлозно-бумажных заводах (ЦБЗ) и целлюлозно-картонных комбинатах (ЦКК). Почти на всех этих предприятиях целлюлоза в дальнейшем перерабатывается в бумагу или картон. Однако имеются исключения: в Усть-Илимске, Советском Выборгского района, Питкяранте стадия производства целлюлозы - завершающая, товарная целлюлоза, полученная здесь, идет на другие предприятия отрасли для дальнейшей переработки.
Целлюлозу в России выпускает около трех десятков предприятий. Производство целлюлозы размещено только в 14 регионах, прежде всего в Архангельской, Иркутской, Ленинградской, Калининградской, Пермской областях, республиках Коми и Карелия. Целлюлоза не производится в Центральном и Дальневосточном федеральных округах. Крайне невелики мощности по производству целлюлозы в Южном и Уральском округах. До недавнего времени целлюлоза еще выпускалась на Сахалине, в Хабаровском крае, Астраханской области, но по экономическим причинам от этих производств пришлось отказаться.
Любопытно, что повышенная концентрация целлюлозных предприятий, пусть и не очень крупных, отмечается в тех частях страны, которые еще относительно недавно - 60-70 лет назад - входили в состав территории экономически развитых соседей. Речь идет о Карельском перешейке, который был до 1940 г. финским (3 предприятия, до 90-х годов - 4, включая закрытый ныне завод в Приозерске); Калининградской области - части бывшей германской Восточной Пруссии (3 предприятия); Южном Сахалине (7 предприятий, к настоящему времени все закрыты), до конца Второй мировой являвшимся японским владением. Это не случайно, учитывая те обстоятельства, что, во-первых, указанные районы для своих стран были наиболее удобным местом развития отрасли, во-вторых, состояние полиграфии и книгоиздательства в Финляндии и Германии находилось и продолжает оставаться на более высоком уровне, нежели в нашей стране. К настоящему времени все доставшиеся в наследство от соседей ЦБК и ЦБЗ нуждаются в реконструкции, и во многом из-за этого значительная их часть уже закрыта.
Перспективы развития целлюлозной промышленности в России связаны с совершенствованием технологического процесса, более полным использованием лесных ресурсов на имеющихся предприятиях, а также со строительством новых ЦБК. В настоящее время проектируется создание комплексов по производству целлюлозы и бумаги в Александрове Владимирской обл., Нее Костромской обл., Туртасе Тюменской обл., Амазаре Читинской обл. Проводятся предпроектные изыскания в Кировской, Вологодской и Новгородской областях и некоторых других регионах.