Kakšno vrsto oskrbe s plinom PSA potrebujejo papirnice v proizvodnji

Celulozna in papirna industrija je stalen, energetsko intenziven proizvodni sektor, ki teče 24 ur na dan v večini proizvodnih linij. Od delignifikacije celuloze, beljenja, čiščenja odpadne vode do zaščite pri shranjevanju kemikalij in posebnega premazovanja papirja, številni procesi temeljijo na stabilnih virih plina. Tradicionalne metode nabave plina, vključno s tekočim kisikom in tekočim dušikom v razsutem stanju, dobavljenim s tovornjaki cisternami, imajo očitne pomanjkljivosti, kot so visoki transportni stroški, varnostna tveganja pri skladiščenju in nestabilnost dobave, na katero vplivajo logistični urniki. Tehnologija generiranja plina z nihanjem tlaka (PSA) kot rešitev za proizvodnjo plina na kraju samem se je v zadnjih desetletjih široko uveljavila v sodobnih papirnicah. Ustvarja kisik ali dušik neposredno iz stisnjenega zraka s cikli fizične adsorpcije in desorpcije, kar ustreza značilnostim neprekinjene porabe plina v obratih za izdelavo papirja.

Izbira ustreznega sistema za oskrbo s plinom PSA se ne more zanašati na univerzalne specifikacije. Papirnice se zelo razlikujejo po vrstah izdelkov, letni proizvodnji, procesnih poteh, lokalnih okoljskih politikah in pogojih na lokaciji. Operaterji morajo razjasniti scenarije porabe plina, tehnične kazalnike, pravila konfiguracije opreme, načrte vzdrževanja in skupne stroške delovanja, preden dokončajo načrtovanje sistema. Ta članek analizira praktične zahteve plinskih sistemov PSA za papirnice v različnih aplikacijskih povezavah in povzema ključna načela izbire za lastnike obratov in inženirske izvajalce.

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

Beljenje s kisikom je temeljni postopek za sodobno proizvodnjo celuloze brez elementarnega klora (ECF) in popolnoma brez klora (TCF). V stolpih za delignifikacijo s kisikom kisik reagira z ligninom pod visoko temperaturo in pritiskom, pri čemer razgradi makromolekule lignina, hkrati pa zmanjša poškodbe celuloznih in hemiceluloznih vlaken. Ta postopek zmanjša povpraševanje po belilnih sredstvih, ki vsebujejo klor, zmanjša nastajanje organskih halogenskih spojin in zmanjša obremenitev odpadne vode iz celuloze s onesnaževali.

V velikih integriranih tovarnah celuloze kisik, uporabljen pri beljenju, predstavlja več kot 70 % celotne tovarniške porabe plina. Kisik, ki ga ustvarijo sistemi PSA, se po prilagoditvi tlaka dovaja v belilne stolpe. Dosledna čistost plina in stabilen tlak neposredno vplivata na enakomernost svetlosti celuloze in trdnost vlaken. Nestabilna oskrba s kisikom bo povzročila neenakomerne rezultate beljenja, zvišanje stopnje zavrnitve in večjo porabo kemikalij.

Odpadna voda iz proizvodnje papirja vsebuje visoke koncentracije organskih snovi, suspendiranih trdnih snovi in biološko razgradljivih onesnaževal. Večina papirnic uporablja rezervoarje za aerobno biokemično obdelavo za razgradnjo KPK in BPK. Prezračevanje, obogateno s kisikom, izboljša raven raztopljenega kisika v vodi, aktivira aerobne mikroorganizme in pospeši razgradnjo organskih onesnaževal.

V primerjavi s čistim kisikom, ki se uporablja pri beljenju, ima prezračevalni kisik nižje zahteve glede čistosti. Srednje in majhne papirnice, ki proizvajajo valovit osnovni papir, kraft podlogo in navaden svileni papir, pogosto uporabljajoPSA kisikovi sistemiposebej za čiščenje odplak. Ta način oskrbe s kisikom na kraju samem se izogne pogostemu transportu tekočega kisika in zmanjša stroške dolgoročnega delovanja.

PSA dušikovi sistemislužijo številnim varnostnim in proizvodnim namenom v papirnicah. Prvič, dušikova obloga se uporablja za rezervoarje za shranjevanje kemikalij. Belilna sredstva, dodatki za premaze in različne kemične surovine, shranjene v rezervoarjih, so ob stiku z zrakom nagnjene k oksidaciji ali eksotermnim reakcijam. Dušik napolni zgornji prostor rezervoarjev, da zmanjša koncentracijo kisika in prepreči poslabšanje ali nevarne kemične reakcije.

Drugič, dušik deluje za nadzor tveganja požara. Papirnice hranijo velike količine vnetljivih materialov: lesne sekance, zvitke celuloze, končne papirne kolute in organske pomožne snovi. Za zaprta skladišča surovin in skladišča olja lahko dušik zavira izgorevanje z znižanjem vsebnosti kisika. Tretjič, za funkcionalno proizvodnjo posebnega papirja je potreben dušik visoke čistosti. Med premazovanjem in sušenjem kopirnega papirja brez ogljika, termičnega papirja in zaščitnega embalažnega papirja dušik izolira zrak, da prepreči oksidacijo funkcionalnih premazov, kar zagotavlja učinkovitost premaza in stabilnost končnega izdelka na policah.

Za delignifikacijo in beljenje celuloze s kisikom mora biti čistost kisika med 85 % in 93 %. Večja čistost bo povzročila nepotrebno porabo energije in povečala obratovalne stroške. Če čistost pade pod 85 %, se učinkovitost delignifikacije občutno zmanjša, kar zahteva več kemikalij za beljenje in povzroča nedosledno kakovost celuloze. Izhodni tlak kisika PSA za delavnice za beljenje se običajno ohranja pri 0,3 MPa do 0,5 MPa, nihanje tlaka pa je treba nadzorovati v območju ±0,02 MPa. Ker cevi za celulozo tečejo neprekinjeno, lahko nenadni padci tlaka sprožijo zaščito v sili in začasno zaustavitev.

Za aerobno prezračevanje odpadne vode se standard čistosti kisika zniža na 60–80 %. Stabilnost pretoka postane glavni pokazatelj namesto visoke čistosti. Nihajoč pretok plina bo povzročil nestabilen raztopljeni kisik v biokemičnih bazenih, zaviral mikrobno aktivnost in zmanjšal učinkovitost čiščenja odpadne vode, zaradi česar lahko tovarna ne bo spoštovala emisijskih standardov.

Standardi čistosti dušika so določeni glede na vrste uporabe. Za pokrivanje rezervoarjev splošnih kemikalij in preprečevanje požarov v skladiščih surovin, čistost dušika od 99,0 % do 99,5 % ustreza operativnim potrebam. Pri izdelavi posebnega papirja visoke vrednosti s premazi, občutljivimi na oksidacijo, mora čistost dušika doseči 99,9 % ali več, da se odpravijo motnje zaradi preostalega kisika. Izhodni tlak odPSA dušikovi sistemije običajno nastavljen od 0,4 MPa do 0,7 MPa, kar ustreza prenosu cevovoda na dolge razdalje med območji obrata in nastavitvam tlaka v rezervoarju.

Veliki mlini imajo stabilno in veliko povpraševanje po plinu, zato se jim priporoča uporaba kisikovih in dušikovih enot PSA velike zmogljivosti z adsorpcijskimi moduli v pripravljenosti. Standby skupina omogoča neprekinjeno vzdrževanje. Ko en sklop adsorpcijskih stolpov potrebuje rutinsko vzdrževanje ali zamenjavo molekularnega sita, lahko modul v pripravljenosti takoj prevzame oskrbo s plinom in se tako izogne velikim gospodarskim izgubam, ki jih povzroči zaustavitev proizvodnje.

Zasnova sistema vključuje tudi rezervoarje za vmesni plin z zadostno prostornino za izravnavo trenutnega nihanja pretoka plina med preklopom postopka beljenja. Nadzorni sistem podpira daljinsko spremljanje, nalaganje podatkov v realnem času in samodejni alarm za napake v čistosti, tlaku in opremi.

Srednje velike naprave običajno sprejmejo ločene konfiguracijske sheme. Neodvisna kisikova enota PSA služi oddelkom za beljenje in čiščenje odpadne vode, medtem ko manjša enota PSA za dušik skrbi za inertno zaščito in proizvodnjo posebnega papirja. Ta ločena zasnova preprečuje medsebojne motnje med cevovodi za kisik in dušik ter omogoča neodvisno vzdrževanje v skladu z različnimi servisnimi cikli opreme.

Prednostna je modularna oprema PSA, nameščena na drsnik. Kasneje se lahko razširi, če tovarna nadgradi proizvodne zmogljivosti, brez popolne zamenjave celotne plinske postaje.

Majhne papirnice imajo pogosto nestabilno porabo plina, kapitalski proračuni pa so relativno omejeni. Modularna oprema PSA je optimalna izbira. Uporabniki lahko dodajajo adsorpcijske module korak za korakom skupaj z rastjo zmogljivosti, s čimer se izognejo pretirani vnaprejšnji naložbi v osnovna sredstva. Nekateri majhni mlini potrebujejo le kisik PSA za prezračevanje odplak, brez opreme za dušik, kar dodatno optimizira naložbo.

Obrati za proizvodnjo papirja imajo edinstvene okoljske pogoje, ki postavljajo posebne zahteve za načrtovanje opreme PSA. Surovina sistemov PSA je stisnjen zrak, pridobljen iz tovarniškega okoljskega zraka. Delavniški zrak vsebuje vlaknasti prah, lesni prah in hlapne kemične snovi. Zato mora biti sprednja enota za predobdelavo zraka opremljena z napravami za večstopenjsko filtracijo prahu, hlajeno sušenje in odstranjevanje olja.

Prah, vodna para in oljna meglica bodo onesnažili adsorbent z molekularnimi siti znotraj adsorpcijskih stolpov. Onesnaženo molekularno sito bo utrpelo poslabšano adsorpcijsko zmogljivost, skrajšano življenjsko dobo, zmanjšan izpust plina in nestabilno čistost. Poleg tega se temperatura okolja v delavnici spreminja z letnimi časi. Visoka temperatura poleti zmanjša adsorpcijsko sposobnost molekularnega sita. Inženirji morajo med načrtovanjem sistema rezervirati rezervo za hlajenje, da zagotovijo stabilno proizvodnjo plina vse leto.

Omejitev prostora je še ena pogosta omejitev. Večina papirnic ima po letih rekonstrukcije kompaktne delavnice. Enote PSA, nameščene na drsnik, združujejo zračne kompresorje, komponente za predobdelavo zraka, adsorpcijske stolpe, vmesne rezervoarje in krmilne omare na eni podlagi. Ta integrirana struktura prihrani prostor, zmanjša delovno obremenitev civilne gradnje in skrajša cikle namestitve in zagona.

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

Poraba energije je osrednji ekonomski kazalnik za papirnice. Oprema PSA neprekinjeno deluje vse leto in manjše spremembe v porabi energije na enoto se kopičijo v znatne razlike v proizvodnih stroških. Visokokakovostni sistemi PSA, prilagojeni za izdelavo papirja, uporabljajo optimizirano logiko preklopa ventilov in tehnologijo polnjenja z gostim molekularnim sitom, kar zmanjšuje izgubo stisnjenega zraka in zmanjšuje porabo energije.

Pnevmatski preklopni ventili so ključni obrabni deli enot PSA. Izvajajo pogosto ciklično odpiranje in zapiranje. Ventili, izbrani za servis papirnice, morajo imeti dobro odpornost proti obrabi in dolgo življenjsko dobo. Redna vzdrževalna dela vključujejo zamenjavo filtrskega elementa, pregled molekularnih sit, preverjanje puščanja cevovoda in kalibracijo krmilnega sistema. Ekipe za vzdrževanje obrata morajo določiti standardizirane urnike vzdrževanja. Pravočasen pregled lahko prepreči nenaden upad delovanja sistema in podaljša življenjsko dobo vpojnih materialov.

Stopnja avtomatizacije sistema vpliva tudi na učinkovitost delovanja. Sodobni plinski sistemi PSA so opremljeni s PLC avtomatskim krmiljenjem. Operaterji lahko na nadzorni plošči spremljajo čistost plina, tlak, pretok in stanje opreme. Sistem lahko samodejno prilagodi parametre delovanja in sproži alarme, ko pride do nenormalnih pogojev, kar zmanjša intenzivnost ročnega delovanja in tveganja človeške napake.

Mnogi lastniki papirnic pred naložbo primerjajo rešitve PSA z oskrbo s tekočim plinom. Oskrba s tekočim plinom zahteva kriogene skladiščne rezervoarje, redno dostavo s cisternami in pregled varnosti rezervoarjev. Cena utekočinjenega plina niha z energetskimi trgi in razdaljo transporta. Oddaljene papirnice se zaradi slabega vremena ali nadzora prometa soočajo z višjimi stroški dostave in tveganjem prekinitve dobave.

Proizvodnja plina PSA na kraju samem večinoma porablja električno energijo, surovi zrak pa je na voljo brezplačno. Po enkratni naložbi v opremo je dolgoročni strošek plina na enoto veliko nižji od utekočinjenega plina za naprave s stalnim stabilnim povpraševanjem po plinu. Vendar so sistemi PSA manj stroškovno učinkoviti za tovarne z občasno uporabo plina in nizko skupno porabo. Zato mora ekonomska ocena združevati količino porabe plina, letne delovne ure in lokalno ceno električne energije.

Papirnice potrebujejo ciljno usmerjene rešitve PSA za oskrbo s plinom glede na proizvodne procese, kategorije izdelkov in obseg obrata. Kisik, ki ga proizvajajo sistemi PSA, podpira beljenje celuloze in prezračevanje odpadne vode, medtem ko dušik PSA izpolnjuje inertno zaščito, požarno varnost in posebne zahteve pri proizvodnji papirja. Tehnični indikatorji, vključno s čistočo plina, tlakom in stabilnostjo pretoka, morajo ustrezati zahtevam različnih delovnih povezav.

Pri načrtovanju bencinskih črpalk PSA bi morali upravljavci obratov v celoti upoštevati okoljske značilnosti lokacije, kot so vlaknasti prah, visoka vlažnost in temperaturna nihanja. Konfiguracijo opreme, shemo avtomatizacije in načrt vzdrževanja je treba določiti po celoviti oceni kapitalskih naložb in dolgoročnih stroškov energije. Dobro usklajen sistem za oskrbo s plinom PSA ne more le zagotoviti stabilne proizvodnje papirja, ampak tudi zmanjša stroške oskrbe s plinom in izboljša splošno raven varnosti celotnega obrata.