VPSA變壓吸附製氧機在紙漿（jiāng）企業的應用

VPSA變壓吸附製氧機（jī）在紙漿企業（yè）的應用

造紙工業是發達國家國民經濟十大（dà）支柱性產業之一，而目前我國造紙行業發（fā）展步（bù）入快速增（zēng）長期，紙業也已成（chéng）為我國經濟（jì）發展的一個（gè）熱門行業。造紙工業是（shì）一個產量大、用（yòng）水多、汙染嚴重的輕工業。采（cǎi）用氧漂白是（shì）為了環境保護。VPSA變壓吸附製氧（yǎng）機操作（zuò）方便，維護簡（jiǎn）單，投資相對少，運行費用低，在國內越來越多的紙漿企業得以推廣。

◇ 氧漂白是清潔生（shēng）產（chǎn）技術

造紙工業是發達國家（jiā）國民經濟十大支柱性產業之一，而目（mù）前我國造紙（zhǐ）行（háng）業發展步入快速（sù）增長期，紙業也已成為我國經濟發展的一個熱門（mén）行業。造（zào）紙工業是一個產量大、用水多、汙染嚴重的輕工業；水汙染在（zài）各種工業中，名列前茅（máo）；廢氣、固體廢棄物及噪（zào）聲等汙染，也（yě）很嚴重。今後國家將繼續對造紙排（pái）汙大戶（hù）實行關（guān）、停、並（bìng）、轉、遷，對（duì）生產規模不（bú）經濟、技術落後、經營分散、汙染嚴重而又（yòu）無（wú）力治汙或無法穩定達標的造紙企業予以淘汰。造紙廠汙染最嚴重的要算含氯漂白廢液的排（pái）放，廢液中不但含有COD和BOD，而且還含有其它劇（jù）毒物質。用無氯漂白（TCF）或少氯漂白（ECF）紙漿的（de）新技術取代CEH三段漂白（bái）紙漿的傳統方法，是解決製漿造（zào）紙工業對環境汙染的清潔生產技術。氧漂白（bái）成為發展清潔漂白工藝的必需工藝段，采用氧漂白是為了環（huán）境保護。由於氧無毒（dú），本身對環境（jìng）沒有汙染，經氧脫（tuō）木素後，後段的漂白劑和（hé）漂白廢（fèi）水量可降低50%。近年來，鑒於對環境保（bǎo）護的要求（qiú），國內外對氧漂白的興趣與日俱增。瑞典政府把氧脫木素作為新建漂白紙漿廠控製汙染的一種措施。已證明氧（yǎng）漂白可大大降低漂白廢水（shuǐ）中的BOD、COD色度和總有機氯的含量，它對減少現代紙漿漂白廢水的汙染起了重（chóng）要的作（zuò）用（yòng）。氧漂白還可以（yǐ）節省（shěng）其他化學藥（yào）品的消耗，與有氯漂白劑漂白紙漿相比，可以提高紙（zhǐ）漿得率。氧（yǎng）漂白廢液可合並到堿回收係統的黑液提（tí）取段，進入堿回收係統，或（huò）合並到後序工段的一般廢水處理。 
       ◇ 國內紙漿企業製氧（yǎng）設（shè）備的應用（yòng）

國內氧氣漂白（bái）工藝由上世紀（jì）90年代才開始大量應用。最初的（de）氧源選擇隻有小型空分深冷設備，較為先進的工藝流程為中壓帶透平膨（péng）脹（zhàng）機的克勞特循環。空氣從大氣中吸入空壓機，被壓縮到所需的（de）壓力，再經末級冷卻器（qì）冷卻後進入（rù）氟裏昂預（yù）冷機組（zǔ），被冷卻至5℃左右進入純化器，在其中除去水份、二氧化碳、碳氫（qīng）化合物等物質，進入分餾塔。經純化後的（de）壓縮空氣進入分餾塔的主換熱器（上（shàng）），與主換熱器（qì）（下）來（lái）的氧、氮及餾份氣進行熱交換後經節流閥與膨脹機出來的冷空氣會合（hé）於下（xià）塔底部的蒸發器，在下塔進行（háng）傳熱、傳質過程。液空在下塔預分後，再節流到上塔（tǎ）進一步分餾，在塔頂得到純氮氣，上塔中（zhōng）部抽出之餾份氣經上換熱器回（huí）收冷（lěng）量後作為純化器再生吹冷用，產品（pǐn）純氮氣通（tōng）過管道輸往用戶。產品氧（yǎng）氣在輸氧管路旁接水封器後導入貯氣囊通往氧壓（yā）機。小深冷空（kōng）分配（pèi）套高壓氧氣壓縮機和氧氣灌充（chōng）站作為標準配置，投資高、能耗高、運行維護量大，開車時間一般要十幾個小時，運行（háng）周期6-12個月。深冷設備越大技術越先進（jìn），能耗（hào）越低，而紙廠用氧（yǎng）規模都不大。對於紙漿企業來說，作（zuò）為漂白配套用設備，深冷空分設備開停（tíng）不便，運行維護成本高，並（bìng）不是理想的氧氣源選擇。

目前國內用於紙漿漂白的最大深冷設備（bèi）是海南金海漿紙業（yè）有限公司（sī）KDON(Ar)-2770／3200／60型空分設備，氧氣（qì）產（chǎn）量2770Nm3/h，投（tóu）產日期2004年。選（xuǎn）擇深冷設備，除了適用年產100萬噸（dūn）漂白木漿的規模，當地氣體（tǐ）市場空白，對氧氮氬有（yǒu）大量需求（qiú）也是主要原因。我國變壓吸附法製氧的研究始於20世紀70年代初，到20世紀90年代初才實現了小型裝置的工（gōng）業化。變壓吸附製氧的基（jī）本原理是利用空氣中（zhōng）的氮氣和氧氣（qì）在沸石分子篩（ZMS）上因壓力不同而吸附性能的（de）差異來進行氧氮分離。最初用（yòng）於國內紙（zhǐ）漿漂白的變壓吸附製氧機（jī）都為加壓吸附（PSA）型（xíng）小設備，產（chǎn）量在100Nm3/h以下，能耗和小深冷（lěng）相當，大約0.9～1.3 KWh/ Nm3，而且（qiě）工藝並不成熟，大多為實驗型設備。產量和純度不能長（zhǎng）期穩（wěn）定，分子（zǐ）篩性能（néng）和裝（zhuāng）填工藝不（bú）合格，在（zài）產（chǎn）品氣中常有粉末，大多設備投而未用或（huò）是用而不久，影響了氧漂在國內造紙行業（yè）的推廣。VPSA流程是國外普遍采用的較為先進（jìn）的變壓吸附製氧流程。國內正式投於工業化應用是（shì）上世紀90年代後期，並很快應用於國內紙漿漂（piāo）白領域。其氧氣純度93%，能（néng）完全滿足紙漿漂白工藝要求，能耗（hào）0.38～0.45KWh/ Nm3 ，比全低壓大（dà）深冷空分低，開車時間隻要幾分（fèn）鍾，能隨時開停（tíng）車，無論在（zài）設備投（tóu）資，還是在操作成本方麵都具（jù）有很強的競爭力。雲（yún）景（jǐng）林紙股（gǔ）份有限公司是（shì）國內第一家林紙（zhǐ）一體化的企業和國內第一家采（cǎi）用 ECF四段無元素氯漂白工藝生產的製（zhì）漿企業（yè），所生產的紙漿具有白度高、潔淨度高、綠色環保等優點。采用（yòng）芬蘭AHLSTROM三段壓力篩、氧脫木素、C/D-E/O-D1-D2四段漂工藝，配套國產VPSAO-360型變壓吸（xī）附製氧機,年產（chǎn）10萬（wàn）噸漂白木漿。四川永豐紙業股份有限公司擁有先進的無氯漂白（bái）製漿生產線，年製漿能力8萬噸，是竹漿全無氯漂白的代表，配套VPSAO-260型變壓吸附製氧機。目前國內最大（dà）的用於紙漿漂白的變壓吸附製氧（yǎng）設備（bèi），目前國內草漿比重還很（hěn）大（dà），但氧漂在草漿上的應用還是空白。草漿進行氧脫（tuō）木質素，在技術上是（shì）可行的（de），在經濟上是合理的。由於草漿木素（sù）含量紙，麥草漿的含氧漂白具有更好的選擇性，紙漿粘度高、強（qiáng）度好，比木漿更容（róng）易實現TCF漂白。據相關研究，采用（XQ）Pht、EApPht、ApPhtY、Ap(PO)等（děng）漂序可漿麥草本色漿（jiāng）漂至80%SBD白度以上，是實現Soda- AQ麥草漿短流程高白度TCF漂白的可行漂白流程。利用工（gōng）廠現有的降流式堿處理（lǐ）塔或次氯酸（suān）鹽漂白塔，僅需增加少（shǎo）量輔助設備，即可實施，對我（wǒ）國傳統漂白（bái）工藝的改造和減少環境（jìng）汙染（rǎn）具有重要的現實意（yì）義。

◇ 氧漂（piāo）用VPSA製氧設備的介紹

VPSA製氧係（xì）統主要由鼓風機、真空泵、切換閥、吸附器和氧氣緩衝罐組成。原料空氣經吸入口過濾器除掉灰塵顆粒後,被羅茨鼓風機增壓至0.5barg而進入其（qí）中一隻吸附（fù）器內（nèi）。吸（xī）附器內裝填吸附劑,其中（zhōng）水分、二氧化碳、及少量其它氣體組分在（zài）吸附器入口處被裝填於（yú）底部的活性氧化鋁所吸附,隨後氮氣被裝填於活性氧（yǎng）化鋁上部的沸石分子（zǐ）篩所吸附。而氧氣(包括氬氣)為非吸附組分從吸附器頂部出口處作為產品氣排至氧氣緩衝罐。當該吸附器吸附（fù）到一定程度,其中的吸附劑將達到飽和狀態,此時通過切換閥利用真空泵對（duì）之進行抽真空 (與吸附方向相反),真空度為0.55barg。已吸附的水分、二氧（yǎng）化碳、氮氣及少量其它氣體組分被抽出並排（pái）至大氣（qì）,吸附劑得到再生。

VPSA的每個吸附器都交替執行以下步驟:---吸附---解吸---衝壓（yā）。

上述三個基本的工藝步驟由PLC和切換閥係統來實現自動（dòng）控製。VPSA製氧裝置流程簡單（dān），設（shè）備數量少，基建費用少，對廠房（fáng）要求也不高，基建費用僅占設備總投資的5～10%。VPSA裝置（zhì）能全自動無（wú）負荷的運轉，且停（tíng）車後，吸附塔內（nèi）氣氛穩定（dìng），重新（xīn）開車後幾分種就能出產品。簡單的起動及停車（chē）能避開用電（diàn）高峰運行（háng），降低生產成（chéng）本。VPSA裝置本身很簡單，運轉機器（qì）的數（shù）量少（shǎo），動設備為羅茨鼓風機（jī）和羅茨真空泵，因其工作原理都為容積式、無油，常溫常壓下操作，維修保養工作量少，費用（yòng）低。年（nián）設備開（kāi）車率98%以上，且其中有50%是因為（wéi）故障停車，如冷卻水供應故障及電力故障等。設備正常（cháng）維修保養停車約每年5天，用於風機真空泵注油（yóu），動設備的定期維修保養（yǎng）和（hé）操作人員負責空氣（qì）過濾器之無紡布的定期更換（周期為一月至二月）等。分子篩使用壽命10年以上（shàng），切換（huàn）閥門閥（fá）座三年才更（gèng）換一（yī）次（cì），真空泵軸（zhóu）承及（jí）油封在正常使用條件下壽命為五到拾年。紙漿企業的工作重點應（yīng）是紙漿的產量和質量，作為漂白的輔助設備----製氧機（jī），工作的穩定可靠能長期保證供應滿足工藝要求（qiú）的氧（yǎng）氣是關鍵，並且（qiě）操作要方便，維護要簡單，投資相對要少，運行費用要低。VPSA變壓吸附製氧機正好滿足了各（gè）方麵要求，所以在國內越來越多的紙漿企業得以推廣。

◇ VPSA製氧（yǎng）設備是廉價適用的氧（yǎng）氣源

VPSA製氧設（shè）備（bèi）工藝（yì）成（chéng）熟，目前國內兩塔（tǎ）流程水平已和國際同步，一（yī）般能耗在0.38-0.45 KWh/Nm3，純度93%，全自動控製，單位氧成本0.4元左右（因當地用電價格差異），而目前市場單位氧氣價格為大約（yuē）1元（yuán）（因附近氧產量和需求差異）。深冷空分（fèn）目前國內最先進的（de）是第六（liù）代產（chǎn）品，除采用規整填料塔和全精餾製氬這兩項核（hé）心技術外（wài），並應（yīng）用高效率（lǜ）高壓（yā）增壓透平膨脹（zhàng）機、液體內壓縮（suō）流程、大（dà）截麵大規格板式換（huàn）熱器和常溫分子篩（shāi）淨化等（děng）技術（shù），空分裝置氧（yǎng）提取率達到97%—99%，氬提取率達到75%—88%，製氧（yǎng）單位電耗降至0.40—0.42kWh/m3。但自動化（huà）控製，停（tíng）留在80年代（dài）中期的水平上且設備產量一般在6000Nm3/h以上，目前國內紙廠規模都不適用。深冷設備一般（bān）可產氧氮兩種產品，紙漿企業氮氣是間隙用氣，且用量不大，以其規（guī）模，如果儲運銷（xiāo）售，市場競爭力不（bú）強，大部分（fèn）都是（shì）放空浪費。氧氣產量調節也較為困（kùn）難，調節時間要一個小時，配置灌充平台，產量不大（dà），市場銷（xiāo）售也不經濟。加工處理的（de）原料空氣中的氧氣並不能被完全提取。PSA加壓吸附製氧機，原（yuán）料空氣先加壓0.4MPa吸附製取氧氣，再靠常壓放空解吸。其特點是分子（zǐ）篩要求低，設備相對簡單（dān），但能耗較（jiào）高。一般（bān）產量100Nm3/h以下，較為經濟。因其較高的產品（pǐn）出口壓力，目（mù）前較多應用於汙（wū）水純氧曝氣、富氧水產（chǎn）養殖等（děng）領域。目前國內製漿企業用氧規（guī）模在幾（jǐ）百立方（fāng），紙漿氧漂壓力（lì）一般為0.8MPa。VPSA變壓吸附製氧設備，低壓吸附製氧，抽真空解吸，產（chǎn）品氧（yǎng）氣根據用戶需要配置增壓（yā）氧壓機，再送用戶使用，能耗低，製漿企業配置更為經濟。

         ◇ 響應中國綠色（sè）紙業倡議

中國紙業環保高層論壇上專家指出，中國造（zào）紙行業汙染防治工作已初見成效。

近年來，經（jīng）過各方的努力，造紙行業（yè）汙染防（fáng）治工作已初見（jiàn）成效。造紙業萬元產值化學需氧量排放強度近七年大幅降低。由於製漿造紙（zhǐ）企（qǐ）業環境治理力度加大，造紙工業環境汙染得到初步緩解，正朝良性方向發展。國家（jiā）環境保護總局將一直將造紙汙染防治作（zuò）為重中之重的工（gōng）作。

以（yǐ）金東紙業、昆山（shān）鈔票紙廠等為首（shǒu）的中國優秀造紙企（qǐ）業的代表們（men）聯合發起“中國綠色紙業倡議”，號召全國的紙業企業走（zǒu）可（kě）持續發展和保護環境之路，在發展生產的同時，肩負起崇高（gāo）的社會（huì）責（zé）任，實現企業、環境‘多贏（yíng）’的綜合目標，促進（jìn）人與自然的和諧發展。

根據國際漂（piāo）白技術在環保方麵取得的新成就，以及國內造紙環保政策的發（fā）展（zhǎn）方向，對造紙行業廢水實施更為嚴（yán）格的排放標（biāo）準是大勢所趨。同時（shí），化工產品價格大幅度上揚使傳統的漂白工藝成本增加。因此利用廉價的氧氣進一步（bù）脫除紙漿中的木（mù）質素，對後續（xù）漂白工藝節省化學藥品、減少廢水汙染負荷，對（duì）企業三個效益（yì）的同步提升具有積（jī）極的促進作用。