Який тип газопостачання PSA потрібен паперовим фабрикам для виробництва

Целюлозно-паперова промисловість — це безперервний, енергоємний виробничий сектор, який працює 24 години на добу на більшості виробничих ліній. Від делігніфікації целюлози, відбілювання, очищення стічних вод до хімічного захисту при зберіганні та спеціального покриття паперу, багато процесів покладаються на стабільні джерела газу. Традиційні методи закупівлі газу, включаючи масове постачання рідкого кисню та рідкого азоту автоцистернами, мають очевидні недоліки, такі як високі витрати на транспортування, ризики безпеки зберігання та нестабільність поставок, що залежить від графіків логістики. За останні десятиліття на сучасних паперових фабриках широко поширена технологія генерації газу з адсорбцією під тиском (PSA) як рішення для виробництва газу на місці. Він генерує кисень або азот безпосередньо зі стисненого повітря за допомогою циклів фізичної адсорбції та десорбції, що відповідає характеристикам безперервного споживання газу заводами з виробництва паперу.

Вибір належної системи газопостачання PSA не може спиратися на універсальні специфікації. Паперові фабрики значно відрізняються за видами продукції, річним обсягом виробництва, технологічними маршрутами, місцевою екологічною політикою та умовами на місці. Оператори повинні уточнити сценарії споживання газу, технічні показники, правила конфігурації обладнання, плани технічного обслуговування та загальні експлуатаційні витрати перед остаточним проектуванням системи. У цій статті аналізуються практичні вимоги до газових систем PSA для паперових фабрик у різних сферах застосування та підсумовуються ключові принципи вибору для власників заводів та інженерних підрядників.

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

Кисневе відбілювання є основним процесом сучасного виробництва целюлози без елементарного хлору (ECF) і повністю без хлору (TCF). У вежах кисневої делігніфікації кисень реагує з лігніном під високою температурою та тиском, руйнуючи макромолекули лігніну, мінімізуючи пошкодження целюлозних і геміцелюлозних волокон. Цей процес зменшує попит на хлорвмісні відбілювачі, скорочує утворення органічних галогенних сполук і знижує навантаження забруднювачів целюлозної стічної води.

Для великих інтегрованих целюлозних заводів кисень, який використовується для відбілювання, становить понад 70% загального споживання газу заводом. Кисень, що виробляється системами PSA, подається в відбілювальні вежі після регулювання тиску. Постійна чистота газу та стабільний тиск безпосередньо впливають на однорідність яскравості пульпи та міцність волокна. Нестабільна подача кисню призведе до нерівномірних результатів відбілювання, підвищення відсотка браку та збільшення споживання хімікатів.

Стічні води виробництва паперу містять високі концентрації органічних речовин, зважених твердих речовин і біологічно розкладаних забруднюючих речовин. Більшість паперових фабрик використовують резервуари аеробної біохімічної обробки для розкладання ХПК і БПК. Збагачена киснем аерація покращує рівень розчиненого кисню у воді, активує аеробні мікроорганізми та прискорює розкладання органічних забруднювачів.

Порівняно з чистим киснем, який використовується для відбілювання, аераційний кисень має нижчі вимоги щодо чистоти. Середні та малі паперові фабрики, які виробляють гофрований папір-основу, крафт-лайнер і звичайний цигарковий папір, часто розгортаютьКисневі системи PSAспеціально для очищення стічних вод. Цей режим подачі кисню на місці дозволяє уникнути частого транспортування рідкого кисню та зменшує довгострокові витрати на експлуатацію.

Системи азоту PSAслужать багатьом цілям безпеки та виробництва на паперових фабриках. По-перше, азотне покриття застосовується для резервуарів для зберігання хімікатів. Відбілювачі, добавки для покриття та різна хімічна сировина, що зберігається в резервуарах, схильні до окислення або екзотермічних реакцій при контакті з повітрям. Азот заповнює верхній простір баків, щоб зменшити концентрацію кисню та запобігти погіршенню чи небезпечним хімічним реакціям.

По-друге, азот працює для контролю ризику пожежі. Паперові фабрики зберігають велику кількість легкозаймистих матеріалів: деревну тріску, рулони целюлози, рулони готового паперу та органічні допоміжні речовини. Для закритих складів сировини та олійних складів азот може пригнічувати горіння шляхом зниження вмісту кисню. По-третє, для функціонального виробництва спеціального паперу необхідний азот високої чистоти. Під час нанесення покриття та затвердіння копіювального паперу без вуглецю, термопаперу та бар’єрного пакувального паперу азот ізолює повітря, щоб запобігти окисленню функціональних покриттів, забезпечуючи ефективність покриття та стабільність готового продукту при зберіганні.

Для кисневої делігніфікації та відбілювання целюлози чистота кисню повинна підтримуватися між 85% і 93%. Вища чистота призведе до непотрібного споживання електроенергії та збільшення експлуатаційних витрат. Якщо чистота опускається нижче 85%, ефективність делігніфікації значно падає, що вимагає більшої кількості відбілювачів і призводить до непостійної якості целюлози. Тиск на виході кисню PSA для відбілювальних цехів зазвичай підтримується на рівні від 0,3 МПа до 0,5 МПа, а коливання тиску необхідно контролювати в межах ±0,02 МПа. Оскільки пульпопроводи працюють безперервно, раптові перепади тиску можуть викликати аварійний захист і тимчасове відключення.

Для аеробної аерації стічних вод норма чистоти кисню знижується до 60–80%. Основним показником замість високої чистоти стає стабільність потоку. Коливання потоку газу призведе до нестабільного розчиненого кисню в біохімічних басейнах, пригнічення мікробної активності та зниження ефективності очищення стічних вод, що може призвести до того, що завод не буде відповідати стандартам викидів.

Стандарти чистоти азоту визначаються типами застосування. Для покриття резервуарів загальних хімічних речовин і запобігання пожежі на складах сировини чистота азоту від 99,0% до 99,5% відповідає експлуатаційним потребам. Під час виробництва високоякісного спеціального паперу з покриттями, чутливими до окислення, чистота азоту повинна досягати 99,9% або вище, щоб усунути перешкоди від залишкового кисню. Тиск на виходіСистеми азоту PSAзазвичай встановлюється від 0,4 МПа до 0,7 МПа, що відповідає дальньому трубопроводу через зони заводу та параметрам тиску, що покриває резервуар.

Великі млини мають стабільний і величезний попит на газ, тому їм рекомендується використовувати кисневі та азотні установки PSA великої потужності з резервними модулями адсорбції. Резервна група забезпечує безперебійне обслуговування. Коли один набір адсорбційних веж потребує планового обслуговування або заміни молекулярного сита, резервний модуль може негайно взяти на себе подачу газу, уникаючи великих економічних втрат, спричинених зупинкою виробництва.

Конструкція системи також включає резервуари для буферного газу достатнього об’єму для компенсації миттєвих коливань потоку газу під час перемикання процесу відбілювання. Система керування підтримує віддалений моніторинг, завантаження даних у режимі реального часу та автоматичну сигналізацію щодо чистоти, тиску та несправностей обладнання.

Заводи середнього розміру зазвичай використовують схеми роздільної конфігурації. Незалежний кисневий блок PSA обслуговує секції відбілювання та очищення стічних вод, тоді як менший азотний блок PSA займається інертним захистом і виробництвом спеціального паперу. Ця роздільна конструкція запобігає взаємним перешкодам між трубопроводами кисню та азоту та полегшує незалежне технічне обслуговування відповідно до різних циклів обслуговування обладнання.

Перевага надається модульному обладнанню PSA, встановленому на салазках. Згодом його можна розширити, якщо завод модернізує виробничі потужності, без повної заміни всієї газової станції.

Малі паперові фабрики часто мають нестабільне споживання газу, а капітальні бюджети відносно обмежені. Модульне обладнання PSA – оптимальний вибір. Користувачі можуть додавати адсорбційні модулі крок за кроком разом зі збільшенням потужності, уникаючи надмірних початкових інвестицій в основні засоби. Деяким невеликим заводам потрібен лише кисень PSA для аерації стічних вод без азотного обладнання, що додатково оптимізує інвестиції.

Заводи з виготовлення паперу мають унікальні умови навколишнього середовища, які висувають особливі вимоги до конструкції обладнання PSA. Сировиною для систем PSA є стиснене повітря, витягнуте з заводського навколишнього повітря. Цехове повітря містить волокнистий пил, деревний порошок і летючі хімічні речовини. Тому передня установка попередньої обробки повітря повинна бути обладнана багатоступеневою фільтрацією пилу, холодильною осушкою та пристроями видалення масла.

Пил, водяна пара та масляний туман забруднюють молекулярно-ситовий адсорбент всередині адсорбційних веж. Забруднене молекулярне сито погіршить адсорбційні характеристики, скоротить термін служби, зменшить вихід газу та нестабільну чистоту. Крім того, температура навколишнього середовища в майстерні змінюється залежно від сезону. Висока температура влітку знижує адсорбційну здатність молекулярного сита. Інженерам необхідно зарезервувати запас охолодження під час проектування системи, щоб гарантувати стабільний вихід газу протягом усього року.

Обмеження простору є ще одним поширеним обмеженням. Більшість паперових фабрик після багаторічної реконструкції мають компактне планування цехів. Блоки PSA, що встановлюються на рамі, об’єднують повітряні компресори, компоненти попередньої обробки повітря, адсорбційні вежі, буферні резервуари та шафи керування на одній основі. Ця інтегрована структура економить площу, зменшує навантаження на цивільне будівництво та скорочує цикли встановлення та введення в експлуатацію.

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

Споживання енергії є основним економічним показником паперових фабрик. Обладнання PSA працює безперервно протягом усього року, і незначні зміни в одиничному споживанні електроенергії накопичуються у значних різницях у собівартості виробництва. Високоякісні системи PSA, налаштовані для виготовлення паперу, використовують оптимізовану логіку перемикання клапанів і технологію наповнення щільним молекулярним ситом, зменшуючи втрати стисненого повітря та скорочуючи споживання електроенергії.

Пневматичні перемикаючі клапани є ключовими зношуваними частинами блоків PSA. Вони здійснюють часте циклічне відкриття і закриття. Клапани, вибрані для обслуговування паперової фабрики, повинні мати гарну зносостійкість і тривалий термін служби. Регулярні роботи з технічного обслуговування включають заміну фільтруючого елемента, перевірку молекулярного сита, перевірку витоків трубопроводу та калібрування системи керування. Групи технічного обслуговування підприємства повинні розробити стандартизовані графіки технічного обслуговування. Своєчасна перевірка може запобігти раптовому зниженню продуктивності системи та продовжити термін служби адсорбуючих матеріалів.

Рівень автоматизації системи також впливає на ефективність роботи. Сучасні системи газопостачання PSA оснащені системою автоматичного керування PLC. Оператори можуть контролювати чистоту газу, тиск, потік і стан обладнання на панелі керування. Система може автоматично регулювати робочі параметри та запускати сигнали тривоги при виникненні ненормальних умов, знижуючи інтенсивність ручного керування та ризик людської помилки.

Багато власників паперових фабрик порівнюють рішення PSA з постачанням зрідженого газу перед тим, як інвестувати. Постачання зрідженого газу вимагає кріогенних резервуарів для зберігання, регулярної доставки автоцистерн і перевірки безпеки резервуарів. Ціна на скраплений газ коливається залежно від енергетичних ринків і відстані транспортування. Віддалені паперові фабрики стикаються з вищими витратами на доставку та ризиками перебоїв у постачанні через погану погоду чи контроль руху.

Виробництво газу на місці PSA в основному споживає електроенергію, а сире повітря доступне безкоштовно. Після одноразової інвестиції в обладнання довгострокова вартість одиниці газу є набагато нижчою, ніж скрапленого газу для установок зі стабільним безперервним попитом на газ. Однак системи PSA є менш економічно ефективними для заводів з періодичним використанням газу та низьким загальним споживанням. Таким чином, економічна оцінка повинна поєднувати обсяг споживання газу, річні години роботи та місцеву ціну електроенергії.

Паперовим фабрикам потрібні цільові рішення щодо газопостачання PSA відповідно до виробничих процесів, категорій продукції та масштабу підприємства. Кисень, що виробляється системами PSA, підтримує відбілювання целюлози та аерацію стічних вод, тоді як азот PSA відповідає інерційному захисту, пожежній безпеці та спеціальним вимогам виробництва паперу. Технічні показники, включаючи чистоту газу, тиск і стабільність потоку, повинні відповідати вимогам різних робочих ланок.

При проектуванні автозаправних станцій PSA оператори заводів повинні повністю враховувати особливості навколишнього середовища, такі як волокнистий пил, висока вологість і коливання температури. Конфігурація обладнання, схема автоматизації та план технічного обслуговування повинні бути визначені після комплексної оцінки капіталовкладень та довгострокової вартості енергії. Добре підібрана система газопостачання PSA може не тільки гарантувати стабільне виробництво паперу, але й зменшити витрати на газопостачання та підвищити загальний рівень безпеки всієї установки.