Перспективные малотоннажные заводы переработки балансов и отходов лесопиления в высокорентабельную химико-термомеханическую массу для бумаги и картона

Ковернинский Иван Николаевич, доктор технических наук, профессор, Академик Российской Академии Естественных наук

Прокопенко Кирилл Дмитриевич, ассистент

ООО Промышленный парк «Уссурийский», научный консультант

по целлюлозно-бумажному производству, Россия, Приморский край,

г. Уссурийск, Раковское шоссе, д.1, тел. +7 916 7533182, е-mail: kovern@list.ru

Проблемы переработки низколиквидных ресурсов древесины

В 2018 году Правительство РФ утвердило «Стратегию развития лесного комплекса до 2030 года» (далее Стратегия) [1]. В документе, как и во многих разноуровневых за прошедшие десятилетия, констатируется известный факт, что лесной фонд России является богатейшим в мире и, что его нужно развивать. Далее, по основным направлениям комплекса дается анализ состояния и контрольные цифры предполагаемых немалых достижений к 2030 году. К сожалению, не указаны источники финансирования и инновационные средства решения задач для достижения цели, то есть, не обеспечивается материальная база для развития. И этот подход вызывает сомнение в достижении цели. В подтверждение обратимся к предмету статьи - переработке древесины в волокно для бумаги и картона. Оценим реалистичность Стратегии только по увеличению производства целлюлозы. Предусмотрен прирост на 12,5 млн. т, за счет которого повысить производство тарного картона на 0,6, санитарно-гигиенических изделий (СГИ) на 0,6, писчепечатной бумаги на 0,2 и дополнительно экспортировать 10,6 млн. т/год. Если по факту за 2016 г. в России произведено целлюлозы 8,2 млн. т, то за 11-12 лет планируется прирост еще 12,5 млн. т/г. По сути, планируется более двух раз превысить существующие мощности, сформированные за всю историю развития целлюлозно-бумажной промышленности СССР и России. Известно, что для постройки только одного целлюлозного завода мощностью 1 млн. т/г требуется не менее 2 млрд. $ США, 7-10 лет и 5 млн. м³ плотной (пл. м³) древесины. Не трудно подсчитать, что по Стратегии потребуется 12-13 заводов? Очевидно, что очередной путь Правительства России по данному направлению вполне реалистичен, но, где-нибудь, к концу текущего столетия.

В то же время, цель и задачи ставятся правильные. Рациональное использование древесины - уникального лесного ресурса России, в настоящем и будущем является неисчерпаемой материальной базой весомой прибыли в Казну и реального улучшения жизни работников лесозаготовительных и лесопильных предприятий.

Если оценить объемы древесины, предусмотренные к заготовке по Стратегии (балансов 55 млн. м³ – это 40 пл. м³, пиловочника 34 млн. м³, из которых пригодных отходов 10 млн. пл. м³, а всего - 50 млн. пл. м³), то этих ресурсов достаточно для производства целлюлозного волокна, или/или:

- целлюлозы - 10 млн. т. (50 млн. пл. м³/5 пл. м³);

- химико-термомеханической массы (ХТММ), также ценного первичного волокна для бумаги и картона - 17 млн. т (50 млн. пл. м³/3 пл. м³).

Балансы и отходы относятся к побочному продукту, неизбежно сопровождающего заготовку и переработку пиловочника. Как правило, данный продукт проблемный для предприятий, так как и рентабельность, и законодательство требуют его безусловной утилизации, а это – либо продажа балансов и технологической щепы, либо создание собственных производств переработки в топливо (пеллеты, брикеты и др.). Оба направления используются, если имеются на то возможности. Но большинство предприятий, особенно в лесоизбыточных регионах Сибири и Дальнего Востока, возможностями не располагают.

С точки зрения, объемов образования балансов и отходов к 2030 г. 50 млн. пл. м³, это ежегодный прирост примерно на 5 млн. пл. м³, которые с легкостью переработал бы 1 построенный целлюлозный завод. Но, данные 5 млн. м³ сырья будут образовываться суммарно не в регионе лесосырьевой базы завода, а рассредоточено по лесным регионам России большими или меньшими долями множества леспромхозов. Постройка целлюлозного завода мощностью, например, 0,5-1,0 млн. т волокна в год никак не поможет решить проблему утилизации побочных ресурсов древесины этих лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятий.

Решение проблемы

Решить проблему предлагается созданием малотоннажных заводов переработки балансов и отходов лесопиления в волокно - химико-термомеханическую массу для бумаги и картона. Такие заводы оснащаются технологическими линиями мощностью 20, 50, 100 и 200 т волокна в сутки. Могут быть созданы на предприятиях, имеющих достаточно для конкретной мощности сырья, исходя из расхода 3 пл. м³ древесины на 1 т волокна, соответственно, 60, 150, 300 и 600 пл. м³ в сутки. Можно создавать совместные заводы для ряда предприятий, способных обеспечить сырьем определенную мощность.

Оборудование производственных линий выпускается китайской фирмой. Технология превращения древесины в виде щепы в волокно коренным образом отличается от традиционных способов – осуществляется в многофункциональном двухвинтовом экструдере. А технология получила название экструзивная.

Таким образом, используя экструзивную технологию, многие лесоперерабатывающие предприятия могут создать свой малотоннажный завод (цех) по производству волокна, за счет чего существенно повысить долю полезного использования древесины и рентабельность. Об экономике ниже.

Очень важно, что инвестиции для постройки завода сопоставимы с созданием, например, основного лесопильного производства – от 1 до 20 млн. $ США. В отличие от проблем с созданием завода на 1 млн. т в год, можно легко и быстро (1,5-2 года) создать 30-35 безпроблемных малотоннажных заводов той же общей мощностью.

Сравнительная экономика способов переработки древесины

Образование и накопление балансов и отходов лесопиления «в глубинке» России было и остается неразрешимой проблемой, лишающей леспромхозы суммарной высокой доходности от переработки пиловочника в пиломатериалы, балансов и отходов – в целлюлозное волокно. В подтверждение проведем простые расчеты (по данным одного из предприятий Иркутской обл.).

При выходе пиломатериалов 50% из 1 пл. м³, получают 0,5 пл. м³ пиломатериалов и 0,5 пл. м³ составляют отходы, из которых 0,4 пл. м³ в виде технологической щепы пригодные для получения волокна. Если для получения 1 т волокна требуется 3 пл. м³ древесины, то это обеспечивается переработкой 7,5 пл. м³ (3/0,4). Из них производится 3,75 м³ пиломатериалов с прибылью, например, 50 $ м³, всего -188 $. Дополнительная прибыль от переработки 3 пл. м³ отходов в 1 т волокна, при реализации, как и пиловочника в Китай, находится в пределах 150-200 $. Как видно, данные сопоставимы лишь с той «маленькой» разницей, что прибыль получена из отходов. Если отходы продать в виде технологической щепы, например, по 600 руб. за 1 пл. м³, то получим 1800 руб. (27 $). Чувствуется ли разница? Но, это еще не все, остались балансы, которых на 1 т волокна также требуется 3 пл. м³. Их соотношение к пиловочнику на вырубке очень различно, но примем, например 40%. Тогда на 1 пл. м³ пиловочника 0,7 пл. м³ или 7,5 пл. м³ заготавливаемого пиловочника 5,25 пл. м³ балансов. Из них можно получить 1,75 (5,25/3) т волокна и прибыль в пределах 263-350 $. Таким образом, прибыль от реализации 3,75 м³ пиломатериалов составляет 188 $, волокна из отходов 150-200 $, (среднее значение 175 $), а из балансов 263-350, (среднее значение 307 $). В сумме по волокну 175+307=482 $. В пересчете на 1 пл. м³ заготовленного пиловочника, прибыль, соответственно, от пиломатериалов -25 $, от волокна – 23 (отходы) + 44 (балансы)=67 $. Очевидно, что прибыль от переработки отходов и балансов в волокно превышает прибыль от пиломатериалов в 2,68 раза, а общая прибыль, вместо 25 $, составляет 92 $.

Цена пеллетов у производителя примерно 128-130 евро/т, на которую расходуется 2,4-2,7 пл. м³ древесины (сопоставимо с расходом на 1 т волокна). Прибыль может быть до 50 евро/т и она близка прибыли от реализации 1 м³ пиломатериалов. Важно, что это дополнительная прибыль от переработки отходов и баланса. В то же время, она существенно уступает прибыли от 1 т волокна – 50 евро против -175 $.

С учетом приведенных расчетов, наличие возможности создания заводов или цехов экструзивной технологии получения волокна – это объективная реальность, которой необходимо воспользоваться.

Основные данные по заводу экструзивной технологии

Назначение. Завод предназначен для производства одного из ценных для производства бумаги и картона видов целлюлозного волокнистого полуфабриката (ЦВП) – химико-термомеханической массы. Масса может производиться в небеленом (для тарного картона, включая основу гофротары) и беленом (для СГИ, писче-печатной бумаги) виде. По своим механическим и оптическим свойствам является широко востребованным видом волокна.

Экструдер, принцип работы и продукты превращения древесной щепы. Экструдер двухвинтовой является основным многофункциональным аппаратом в технологической линии, обеспечивающим все достоинства экструзивного способа. Перерабатываемая щепа, внешний вид и габаритные размеры экструдера показаны на рис. 1.

Рис.1. Щепа для переработки и общий вид двухвинтового экструдера

Рабочими элементами экструдера являются два продольно расположенных винта определенного диаметра, шага и длины. Расчет конструкции и размеров рабочих винтов экструдера в сочетании с конструкцией и размерами корпуса выполнены так, что при вращении винтов щепа одновременно подвергается многофункциональному воздействию. Это: большие физические силы скручивания, трения, многоцикличного сжатия и упругого саморасширения; умеренно высокая температура, как результат трения – 85-95 ⁰С; размягчение и управляемое растворение химического вещества древесины химическими реагентами. Сложное сочетание всех воздействующих факторов на увлажненную щепу, по мере ее продвижения, проявляется в постепенной экстракции части вещества древесины (преимущественно смол, лигнина), расщепления древесной ткани на волокноподобную костру. Она выходит с влажностью 60-65%. Одновременно с образованием в экструдере, костра может отбеливаться перекисью водорода.

Экстрагированная часть вещества древесины является отходами и удаляется из экструдера в концентрированном виде коричневого цвета (55-60% паста) и называются «лигнин». Выход волокнистой костры регулируется соотношением «костра-лигнин» и может быть 85-75%. Очевидно, что лигнина может быть, соответственно, 15-25%. В порядке перечисления вид беленой костры, лигнина и готового волокна (беленой ХТММ) представлены на рис. 2.

Рис. 2. Беленая костра, лигнин и волокно (беленая БХТММ)

1. Достоинства технологии:

а) в зависимости от количества сырья, можно создавать высокорентабельные цехи по переработке отходов с градацией производительности 20, 50, 100 или 200 т/сут.

б) оборудование и технологические линии в целом компактны;

в) отходы производства: это лигнин (смесь выделяемых из сырья веществ); при переработке древесного сырья – это 15-20%, что составляет 150-200 кг/1 т сырья;

г) утилизация отходов: отходы выходят из двухвинтового экструдера в пастообразном (высококонцентрированном) виде, влажностью 50-60%; при этой влажности отходы можно сжигать напрямую в котлах утилизаторах или теплогенераторах для получения тепла;

д) вредные дурно пахнущие газопылевые выбросы отсутствуют, за исключением дымовых газов котлов или теплогенераторов, паровоздушных выбросов из реакторных бассейнов и сушильного шкафа при применении сушки;

е) требуется малое количество свежей воды 3-5 м³/т массы; вода на 100% используется в виде оборотной; свежая вода нужна для компенсации потерь пара, удаляемого в виде паровоздушной смеси из реакторных бассейнов; потребность в воде может обеспечить скважина;

ж) не требуется громоздких и сложных очистных сооружений для очистки воды; необходима локальная очистка оборотной воды при промывке щепы и при обезвоживании массы на ленточном прессе; хозбытовые стоки направляются в действующую канализацию предприятия или города.

2. Удельные расходы, на 1 т массы:

2.1. Древесного сырья в виде щепы – 1250 кг в абсолютно сухом состоянии. Если, например, древесина сосны влажностью 40%, то требуется 3 пл. м³. Сырье требуется чисто окоренным, без содержания коры.

2.2. Воды технической (чистой) – 3-5 м³.

2.3. Химикаты в пересчете на сухую массу, кг:

- щелочь -50, если производится небеленое волокно;

- щелочь -50, перекись водорода- 50, жидкое стекло -30, ЭДТА натрия (Трилон Б), если производится беленое волокно;

2.4. Электроэнергия:

- на работу всей технологической линии требуется, кВт/т: 1000 - при собственной подготовки щепы из баланса;

- 750 – при работе на привозной технологической щепе.

2.5. Тепловая энергия для сушки волокна, ГДж (МВт) -8 ГДж (2,2 МВт•ч)

3. Требуемые производственные площади на 100 т/сут.

- для хранения сырья – 4000-5000 м²;

- цех для производства (отапливаемый), м: высота -8, ширина -16, длина -120 м (всего площадь примерно 2000 м²); нужно добавить площадь для теплогенераторов, сушильной машины – 1500 м², склада готовой продукции, не менее, на 1000 т (работа в течение 10 дней); материального склада (запчасти и др. материалы); итого – 5000 м².

Заключение

Экструзивная технология – это реальный вариант завода (цеха), призванный существенно повысить рентабельность лесопромышленного предприятия в любом регионе России, за счет вовлечения в экологически чистую переработку низколиквидной древесины.

Практическую помощь по всему кругу вопросов экономического обоснования и организации конкретного производства окажет автор данной статьи.

Литература

1. Стратегия развития лесного комплекса Российской Федерации до 2030 года: постановление Правительства Рос. Федерации. Распоряжение от 20 сентября 2018 №1989-р. - М. – 77 с. 2. Оборудование для подготовки целлюлозно-бумажной массы. Оборудование для очистки сточных вод/материалы фирмы -2018. -11 с