Какой тип поставок газа PSA необходим бумажным фабрикам в производстве - Аналитика

Целлюлозно-бумажная промышленность представляет собой непрерывный энергоемкий производственный сектор, в котором большинство производственных линий работают 24 часа в сутки. От делигнификации целлюлозы, отбеливания, очистки сточных вод до химической защиты хранения и специального покрытия бумаги — множество процессов зависят от стабильных источников газа. Традиционные методы закупок газа, в том числе доставка нерасфасованного жидкого кислорода и жидкого азота автоцистернами, имеют очевидные недостатки, такие как высокие транспортные расходы, риски для безопасности хранения и нестабильность поставок, зависящая от графиков логистики. Технология генерации газа при переменном давлении (PSA), как решение для добычи газа на месте, за последние десятилетия получила широкое распространение на современных бумажных фабриках. Он генерирует кислород или азот непосредственно из сжатого воздуха посредством физических циклов адсорбции и десорбции, что соответствует характеристикам непрерывного потребления газа на бумажных заводах.

Выбор подходящей системы газоснабжения PSA не может основываться на универсальных спецификациях. Бумажные фабрики сильно различаются по типам продукции, годовому объему производства, технологическим маршрутам, местной экологической политике и условиям на производстве. Прежде чем завершить проектирование системы, операторы должны уточнить сценарии потребления газа, технические показатели, правила конфигурации оборудования, планы технического обслуживания и общие эксплуатационные расходы. В этой статье анализируются практические требования к газовым системам PSA для бумажных фабрик в различных сферах применения, а также обобщаются ключевые принципы выбора для владельцев предприятий и инженерных подрядчиков.

What Kind of PSA Gas Supply Do Paper Mills Need in Production

Кислородное отбеливание является основным процессом производства современной целлюлозы, не содержащей элементарного хлора (ECF) и полностью не содержащей хлора (TCF). В колоннах кислородной делигнификации кислород вступает в реакцию с лигнином при высокой температуре и давлении, разрушая макромолекулы лигнина и сводя к минимуму повреждение целлюлозных и гемицеллюлозных волокон. Этот процесс снижает потребность в хлорсодержащих отбеливателях, снижает образование органических галогенных соединений и снижает нагрузку загрязняющих веществ в сточных водах целлюлозы.

На крупных целлюлозных комбинатах кислород, используемый при отбеливании, составляет более 70% общего потребления газа. Кислород, вырабатываемый системами PSA, после регулировки давления подается в отбельные башни. Постоянная чистота газа и стабильное давление напрямую влияют на однородность белизны целлюлозы и прочность волокна. Нестабильная подача кислорода приведет к неравномерным результатам отбеливания, увеличению количества брака и увеличению расхода химикатов.

Сточные воды бумажного производства содержат высокие концентрации органических веществ, взвешенных веществ и биоразлагаемых загрязнителей. Большинство бумажных фабрик используют резервуары аэробной биохимической очистки для разложения ХПК и БПК. Аэрация, обогащенная кислородом, повышает уровень растворенного кислорода в воде, активирует аэробные микроорганизмы и ускоряет разложение органических загрязнителей.

По сравнению с чистым кислородом, используемым при отбеливании, кислород для аэрации предъявляет более низкие требования к чистоте. Средние и малые бумажные фабрики, производящие гофрированную бумагу-основу, крафт-лайнер и обычную папиросную бумагу, часто используютКислородные системы PSAспециально для очистки сточных вод. Этот режим подачи кислорода на месте позволяет избежать частой транспортировки жидкого кислорода и снижает долгосрочные эксплуатационные расходы.

Азотные системы PSAслужат многочисленным целям безопасности и производства на бумажных фабриках. Во-первых, для резервуаров для хранения химикатов применяется азотная подушка. Хранящиеся в резервуарах отбеливатели, добавки для покрытия и различное химическое сырье склонны к окислению или экзотермическим реакциям при контакте с воздухом. Азот заполняет верхнее пространство резервуаров, чтобы снизить концентрацию кислорода и предотвратить порчу или опасные химические реакции.

Во-вторых, азот помогает контролировать риск пожара. На бумажных фабриках имеются большие объемы легковоспламеняющихся материалов: древесная щепа, рулоны целлюлозы, рулоны готовой бумаги и органические вспомогательные вещества. Для закрытых складов сырья и нефтехранилищ азот может подавлять горение за счет снижения содержания кислорода. В-третьих, для производства функциональной специальной бумаги требуется азот высокой чистоты. Во время нанесения покрытия и отверждения безуглеродной копировальной бумаги, термобумаги и барьерной упаковочной бумаги азот изолирует воздух, предотвращая окисление функциональных покрытий, обеспечивая эффективность покрытия и стабильность готового продукта при хранении.

При кислородной делигнификации и отбеливании целлюлозы чистота кислорода должна поддерживаться на уровне 85–93%. Более высокая чистота приведет к ненужному расходу энергии и увеличению эксплуатационных расходов. Если чистота падает ниже 85%, эффективность делигнификации значительно падает, что требует большего количества отбеливающих химикатов и приводит к нестабильному качеству целлюлозы. Давление кислорода PSA на выходе отбелочных цехов обычно поддерживается на уровне от 0,3 МПа до 0,5 МПа, а колебания давления должны контролироваться в пределах ± 0,02 МПа. Поскольку линии целлюлозы работают непрерывно, внезапные перепады давления могут привести к срабатыванию аварийной защиты и временному отключению.

Для аэробной аэрации сточных вод норматив чистоты кислорода снижен до 60–80%. Стабильность потока становится основным показателем вместо высокой чистоты. Колебания потока газа вызывают нестабильность растворенного кислорода в биохимических резервуарах, подавляют микробную активность и снижают эффективность очистки сточных вод, что может привести к нарушению стандартов выбросов на заводе.

Стандарты чистоты азота определяются типом применения. Для защиты резервуаров от химикатов общего назначения и предотвращения пожаров на складах сырья оперативным потребностям соответствует чистота азота от 99,0% до 99,5%. При производстве высококачественной специальной бумаги с чувствительными к окислению покрытиями чистота азота должна достигать 99,9% или выше, чтобы исключить влияние остаточного кислорода. Выходное давлениеАзотные системы PSAобычно устанавливается в диапазоне от 0,4 МПа до 0,7 МПа, что соответствует параметрам передачи трубопровода на большие расстояния через зоны установки и настройкам давления поддува резервуара.

Крупные заводы имеют стабильную и высокую потребность в газе, поэтому им рекомендуется использовать кислородные и азотные установки КПА большой производительности с резервными адсорбционными модулями. Резервная группа обеспечивает непрерывное техническое обслуживание. Когда один комплект адсорбционных башен нуждается в плановом обслуживании или замене молекулярных сит, резервный модуль может немедленно взять на себя подачу газа, избегая больших экономических потерь, вызванных остановкой производства.

В конструкцию системы также входят резервуары с буферным газом достаточного объема, чтобы компенсировать мгновенные колебания расхода газа при переключении процесса отбеливания. Система управления поддерживает удаленный мониторинг, загрузку данных в режиме реального времени и автоматическую сигнализацию о чистоте, давлении и неисправностях оборудования.

Заводы среднего размера обычно используют схемы раздельной конфигурации. Независимая кислородная установка PSA обслуживает секции отбеливания и очистки сточных вод, а меньшая азотная установка PSA обеспечивает инертную защиту и производство специальной бумаги. Такая разделенная конструкция предотвращает взаимное влияние трубопроводов кислорода и азота и облегчает независимое обслуживание в соответствии с различными циклами обслуживания оборудования.

Предпочтительно использовать модульное оборудование PSA, смонтированное на раме. В дальнейшем его можно расширить, если завод модернизирует производственные мощности, без полной замены всей газогенерирующей станции.

Небольшие бумажные фабрики часто имеют нестабильное потребление газа, а капитальные бюджеты относительно ограничены. Модульное оборудование КЦА – оптимальный выбор. Пользователи могут добавлять адсорбционные модули шаг за шагом по мере роста мощности, избегая чрезмерных первоначальных инвестиций в основные средства. Некоторым небольшим предприятиям для аэрации сточных вод нужен только кислород PSA без азотного оборудования, что еще больше оптимизирует инвестиции.

Заводы по производству бумаги имеют уникальные условия окружающей среды, которые предъявляют особые требования к конструкции оборудования PSA. Сырьем систем PSA является сжатый воздух, полученный из окружающего воздуха завода. Воздух цеха содержит волокнистую пыль, древесную пыль и летучие химические вещества. Поэтому передняя установка предварительной подготовки воздуха должна быть оборудована многоступенчатой пылефильтрацией, устройствами рефрижераторной сушки и обезжиривания.

Пыль, водяной пар и масляный туман загрязняют адсорбент на основе молекулярных сит внутри адсорбционных башен. Загрязненные молекулярные сита ухудшают адсорбционные характеристики, сокращают срок службы, снижают выход газа и нестабильную чистоту. Кроме того, температура окружающей среды в мастерской меняется в зависимости от сезона. Высокая температура летом снижает адсорбционную способность молекулярного сита. Инженерам необходимо зарезервировать запас по охлаждению при проектировании системы, чтобы гарантировать стабильную подачу газа круглый год.

Ограничение пространства — еще одно распространенное ограничение. Большинство бумажных фабрик после многих лет реконструкции имеют компактную планировку цехов. Установки PSA, смонтированные на раме, объединяют воздушные компрессоры, компоненты предварительной обработки воздуха, адсорбционные башни, буферные резервуары и шкафы управления на одном основании. Эта интегрированная конструкция экономит площадь, снижает нагрузку на гражданское строительство и сокращает циклы установки и ввода в эксплуатацию.

What Kind of PSA Gas Supply Do Paper Mills Need in Production

Потребление энергии является основным экономическим показателем для бумажных фабрик. Оборудование PSA работает непрерывно в течение всего года, а незначительные изменения удельного энергопотребления приводят к существенной разнице в производственных затратах. Высококачественные системы PSA, адаптированные для производства бумаги, используют оптимизированную логику переключения клапанов и технологию заполнения плотных молекулярных сит, что снижает потери сжатого воздуха и снижает энергопотребление.

Пневматические переключающие клапаны являются ключевыми изнашиваемыми частями агрегатов PSA. Они выполняют частое циклическое открытие и закрытие. Клапаны, выбранные для эксплуатации бумажной фабрики, должны иметь хорошую износостойкость и длительный срок службы. Регулярные работы по техническому обслуживанию включают замену фильтрующего элемента, проверку молекулярных сит, проверку герметичности трубопровода и калибровку системы управления. Бригады по техническому обслуживанию предприятий должны установить стандартизированные графики технического обслуживания. Своевременная проверка может предотвратить внезапное снижение производительности системы и продлить срок службы адсорбирующих материалов.

Уровень автоматизации системы также влияет на эффективность работы. Современные системы газоснабжения PSA оснащены автоматическим управлением PLC. Операторы могут контролировать чистоту газа, давление, расход и состояние оборудования на панели управления. Система может автоматически регулировать параметры работы и подавать сигналы тревоги при возникновении нештатных условий, снижая интенсивность ручного управления и риски человеческих ошибок.

Многие владельцы бумажных фабрик перед инвестированием сравнивают решения PSA с подачей сжиженного газа. Для поставки сжиженного газа необходимы криогенные резервуары для хранения, регулярная доставка автоцистерн и проверка безопасности резервуаров. Цена на сжиженный газ колеблется в зависимости от энергетических рынков и расстояния транспортировки. Удаленные бумажные фабрики сталкиваются с более высокими затратами на доставку и риском перебоев в поставках из-за плохой погоды или контроля дорожного движения.

Производство газа на объекте PSA в основном потребляет электроэнергию, а сырой воздух предоставляется бесплатно. После единовременных инвестиций в оборудование долгосрочная стоимость единицы газа намного ниже, чем стоимость сжиженного газа для заводов со стабильной постоянной потребностью в газе. Однако системы PSA менее рентабельны для заводов с прерывистым использованием газа и низким общим потреблением. Таким образом, экономическая оценка должна учитывать объем потребления газа, годовые часы работы и местную цену на электроэнергию.

Бумажным фабрикам необходимы целевые решения по обеспечению газом PSA в соответствии с производственными процессами, категориями продукции и масштабами предприятия. Кислород, производимый системами PSA, поддерживает отбеливание целлюлозы и аэрацию сточных вод, а азот PSA отвечает требованиям инертной защиты, пожарной безопасности и специального производства бумаги. Технические показатели, включая чистоту газа, давление и стабильность потока, должны соответствовать требованиям различных рабочих звеньев.

При проектировании заправочных станций PSA операторы предприятий должны полностью учитывать особенности окружающей среды на площадке, такие как волокнистая пыль, высокая влажность и колебания температуры. Конфигурация оборудования, схема автоматизации и план технического обслуживания должны определяться после комплексной оценки капитальных вложений и долгосрочных затрат на электроэнергию. Хорошо подобранная система газоснабжения PSA может не только гарантировать стабильное производство бумаги, но также снизить затраты на поставку газа и повысить общий уровень безопасности всего завода.