Товарная целлюлоза

Товарная целлюлоза — это промышленный полуфабрикат, получаемый в результате химической или механической переработки растительного сырья (преимущественно древесины), предназначенный для дальнейшей переработки в различные виды бумаги, картона, химических волокон и производные целлюлозы. В отличие от целлюлозы, используемой непосредственно на целлюлозно-бумажном комбинате (ЦБК) для производства собственной продукции, товарная целлюлоза выпускается в виде сухих листов или рулонов и поступает в свободную продажу на внутренний и международный рынки.

Классификация

Товарная целлюлоза классифицируется по нескольким основным признакам: способу производства, степени очистки, виду исходного сырья и конечному назначению.

По способу производства

• Сульфатная целлюлоза (крафт-целлюлоза). Наиболее распространённый тип. Производится варкой древесной щепы в растворе гидроксида натрия и сульфида натрия (белый щёлок). Отличается высокой механической прочностью, особенно в небелёном виде. Используется для производства крафт-бумаги, мешков, гофрокартона, а также как сырьё для вискозных волокон.
• Сульфитная целлюлоза. Производится варкой щепы в растворе сернистой кислоты и её солей (бисульфитов). Даёт более мягкое и белое волокно, чем сульфатная, но менее прочное. Применяется для производства высококачественных видов бумаги (писчей, офсетной), искусственных волокон (вискозы) и эфиров целлюлозы.
• Натронная целлюлоза. Варится в растворе едкого натра без добавления серы. Используется реже, в основном для производства специальных видов бумаги и картона, а также для переработки в химические продукты.

По степени очистки (белизне)

• Небелёная целлюлоза. Имеет естественный тёмно-коричневый цвет (сульфатная) или светло-жёлтый (сульфитная). Содержит значительное количество лигнина (до 5-8%). Обладает высокой прочностью, но низкой белизной. Используется для производства упаковочных материалов, мешков, крафт-бумаги.
• Белёная целлюлоза. Проходит стадию отбеливания, в ходе которой удаляется остаточный лигнин и другие окрашивающие вещества. Белизна может достигать 90-92% по шкале ISO. Применяется для производства бумаги для печати, письма, санитарно-гигиенических изделий (туалетная бумага, салфетки).
• Высокобелёная целлюлоза. Имеет белизну свыше 92% ISO. Используется в производстве высококачественных видов бумаги (мелованной, офсетной, для цифровой печати) и в химической промышленности.
• Полуцеллюлоза (механическая целлюлоза). Получается путём механического истирания древесины с предварительной химической обработкой. Содержит много лигнина, не отбеливается. Используется в композиции газетной и некоторых видов картона.

По виду исходного сырья

• Хвойная целлюлоза. Производится из древесины сосны, ели, лиственницы, пихты. Волокна длинные (2-4 мм), прочные. Обеспечивает высокую механическую прочность бумаги и картона.
• Лиственная целлюлоза. Производится из древесины берёзы, осины, тополя, эвкалипта. Волокна короткие (0,5-1,5 мм), дают более гладкую и однородную поверхность. Улучшает печатные свойства бумаги, её пухлость и впитываемость.
• Целлюлоза из недревесного сырья. Используется в регионах с дефицитом древесины. Сырьё: солома злаковых, тростник, бамбук, хлопковый линт. Волокна короткие, менее прочные, но пригодны для производства некоторых видов бумаги и картона.

Технология производства

Производство товарной целлюлозы включает несколько последовательных этапов, которые могут незначительно различаться в зависимости от выбранного метода.

Подготовка сырья

1. Окорка и рубка. Древесина очищается от коры, затем рубится на щепу размером 15-30 мм.
2. Сортировка и промывка. Щепа сортируется по размеру, удаляются крупные и мелкие фракции, а также металлические включения. Щепа промывается для удаления песка и грязи.

Варка (делигнификация)

Щепа загружается в варочный котёл (непрерывного или периодического действия) вместе с варочным раствором (щёлоком). Варка происходит при температуре 150-180°C и давлении 0,8-1,2 МПа в течение 2-6 часов. В результате лигнин, связывающий волокна целлюлозы, растворяется, и волокна высвобождаются. Полученная масса называется целлюлозной массой (или целлюлозной суспензией).

Промывка и сортировка

После варки масса промывается для отделения отработанного щёлока (чёрного щёлока), который содержит растворённый лигнин и другие экстрактивные вещества. Затем масса сортируется на специальных ситах для удаления непроваренных кусочков древесины (сучков, щепы) и крупных волокон.

Отбеливание (при необходимости)

Для получения белой целлюлозы массу обрабатывают отбеливающими реагентами. Современные технологии отбеливания — многостадийные и используют хлор, диоксид хлора, кислород, озон, перекись водорода. Цель — удаление остаточного лигнина и придание волокнам стабильной белизны.

Сушка и формирование листов

Отбелённая или небелёная целлюлозная масса обезвоживается на сеточной части бумагоделательной машины (или специальной сушильной машины), затем проходит через прессовую и сушильную части. В результате получается непрерывное полотно, которое нарезается на листы или сматывается в рулоны. Влажность готовой товарной целлюлозы обычно составляет 8-12%.

Упаковка

Листы или рулоны упаковываются в водонепроницаемую бумагу или полиэтиленовую плёнку для защиты от влаги и загрязнений при транспортировке и хранении.

Применение

Товарная целлюлоза является универсальным сырьём для множества отраслей промышленности.

Целлюлозно-бумажная промышленность

• Производство бумаги и картона. Основное применение. В зависимости от типа целлюлозы и её смешивания с макулатурой или механической массой получают различные виды продукции: офсетная, мелованная, газетная, упаковочная бумага, гофрокартон, тетрадный картон.
• Производство санитарно-гигиенических изделий. Высокобелёная целлюлоза используется для изготовления туалетной бумаги, бумажных полотенец, салфеток, подгузников, гигиенических прокладок.

Химическая промышленность

• Производство химических волокон. Из целлюлозы (преимущественно сульфитной) получают вискозное волокно (искусственный шёлк), ацетатное волокно, лиоцелл (Tencel). Эти волокна используются в текстильной промышленности.
• Производство эфиров целлюлозы. Из целлюлозы получают нитраты целлюлозы (коллоксилин — для лаков, взрывчатых веществ), ацетаты целлюлозы (для киноплёнки, пластмасс, сигаретных фильтров), карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ — загуститель, стабилизатор в пищевой, нефтяной, строительной промышленности).
• Производство микрокристаллической целлюлозы (МКЦ). Используется в фармацевтике как наполнитель для таблеток, в пищевой промышленности как стабилизатор и эмульгатор.

Строительная промышленность

• Производство древесноволокнистых плит (ДВП, МДФ). Целлюлоза является одним из компонентов.
• Производство целлюлозной изоляции (эковаты). Измельчённая макулатура с добавлением целлюлозы.

Другие отрасли

• Производство взрывчатых веществ. Нитраты целлюлозы (пироксилин) используются в качестве основы для бездымных порохов.
• Производство пластмасс и лаков. Ацетаты целлюлозы и нитраты целлюлозы.
• Пищевая промышленность. КМЦ и МКЦ используются как загустители, стабилизаторы, эмульгаторы (например, в мороженом, соусах, майонезе).

Рынок и экономика

Россия является одним из крупнейших мировых производителей и экспортёров товарной целлюлозы. Крупнейшие производители в России: Группа «Илим» (Усть-Илимск, Братск, Коряжма), «Архангельский ЦБК», «Светогорский ЦБК», «Соликамскбумпром», «Монди СЛПК» (Сыктывкар). Основные рынки сбыта — Китай, страны Европы, Ближнего Востока, Юго-Восточной Азии.

Цены на товарную целлюлозу подвержены значительным циклическим колебаниям, зависящим от мирового спроса, объёмов производства, цен на энергоносители и логистических издержек. Основные биржевые индексы — PIX BHKP (для лиственной беленой целлюлозы) и PIX NBSK (для хвойной беленой целлюлозы).

Экологические аспекты

Производство целлюлозы является ресурсоёмким и потенциально опасным для окружающей среды процессом. Основные экологические проблемы:

• Загрязнение воды. Сточные воды содержат растворённый лигнин, хлорорганические соединения (при хлорном отбеливании), сульфиды, щёлочи. Современные предприятия используют замкнутые циклы водопользования и биологическую очистку.
• Выбросы в атмосферу. Включают диоксид серы, оксиды азота, сероводород, метилмеркаптан (характерный запах крафт-целлюлозных заводов).
• Потребление древесины. Для производства 1 тонны целлюлозы требуется 2,5-3,5 кубометра древесины. Устойчивое лесопользование и сертификация (FSC, PEFC) направлены на минимизацию ущерба лесным экосистемам.
• Утилизация отходов. Основной отход — чёрный щёлок, который сжигается в содорегенерационных котлах для получения энергии и регенерации химикатов. Зола используется в строительстве.

Источники

• Технология целлюлозно-бумажного производства. В 3 томах. — М.: Лесная промышленность, 1980-1990.
• Непенин Н. Н. Технология целлюлозы. — М.: Лесная промышленность, 1976.
• ГОСТ 3914-89 «Целлюлоза сульфатная беленая из хвойной древесины. Технические условия».
• ГОСТ 9571-89 «Целлюлоза сульфитная беленая из хвойной древесины. Технические условия».
• Данные Федеральной таможенной службы РФ (экспорт товарной целлюлозы).
• Обзоры рынка целлюлозы и бумаги (RISI, Fastmarkets).