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1 氧漂是清潔生產(chǎn)技術(shù)
用無(wú)氯漂白（TCF）或無(wú)元素氯漂白（ECF）取代CEH三段漂白，是解決制漿造紙工業(yè)對(duì)環(huán)境污染的清潔生產(chǎn)技術(shù)之一。
氧漂成為發(fā)展清潔漂白工藝的必需工藝段，由于氧無(wú)毒，本身對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，經(jīng)氧脫木后，后段的漂白劑和漂白廢水量可降低50%。近年來(lái)，鑒于對(duì)環(huán)境 保護(hù)的要求，國(guó)內(nèi)對(duì)氧漂的興趣與日俱增。瑞典政府把氧脫木素作為新建漂白紙漿廠控制污染的一種措施。已證明氧漂白可大大降低漂白廢水中的BOD、COD色 度和總有機(jī)氯的含量，它對(duì)減少現(xiàn)代紙漿漂白廢水的污染起了重要的作用。氧漂白還可以節(jié)省其他化學(xué)藥品的消耗，與有氯漂白劑漂白紙漿相比，可以提高紙漿得 率。氧漂白液可用于黑液提取，進(jìn)入堿回收系統(tǒng)，或合并到后序工段的一般廢水處理。
2 國(guó)內(nèi)紙漿企業(yè)制氧設(shè)備的應(yīng)用
國(guó)內(nèi)氧氣漂白工藝由上世紀(jì)90年代才開(kāi)始大量應(yīng)用。最初的氧源選擇只有小型空氣深冷設(shè)備，較為先進(jìn)的工藝流程為中壓帶透平膨脹機(jī)的克勞特循環(huán)?？諝?從大氣中吸入空壓機(jī)，被壓縮到所需的壓力，再經(jīng)末級(jí)冷卻器冷卻后進(jìn)氟里昂預(yù)冷機(jī)組，被冷卻至35℃左右進(jìn)入純化器，在其中除去水分、二氧化碳、碳?xì)浠衔?等物質(zhì)，進(jìn)入分餾塔。經(jīng)純化后的壓縮空氣進(jìn)入分餾塔的主換熱器（上），與主換熱器（下）來(lái)的氧、氮分餾分氣進(jìn)行熱交換后經(jīng)節(jié)流閥與膨脹機(jī)出來(lái)的冷空氣匯合 于下塔底部的蒸發(fā)器，在下塔進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)過(guò)程。液空在下塔預(yù)分后，再節(jié)流到上塔進(jìn)一步分餾，在塔頂?shù)玫郊兊獨(dú)?，上塔中部抽出之餾分氣經(jīng)上換熱器回收冷量 后作為純化器再生炊冷用，產(chǎn)品純氮?dú)馔ㄟ^(guò)管道輸往用戶。產(chǎn)品氧氣在輸氧管路旁接水封器后導(dǎo)入貯氣囊通往氧壓機(jī)。
小深冷空分配套高壓氧氣壓縮機(jī)和氧氣灌充站作為標(biāo)準(zhǔn)配置，投資高，能耗高，運(yùn)行維護(hù)量大，開(kāi)車時(shí)間一般要十幾個(gè)小時(shí)，運(yùn)行周期6-12個(gè)月。深冷設(shè) 備越大技術(shù)越先進(jìn)，能耗越低，而紙廠用氧規(guī)模都不大。對(duì)于紙漿企業(yè)來(lái)說(shuō)，作為漂白配套用設(shè)備，深冷空分設(shè)備開(kāi)停不便，運(yùn)行維護(hù)成本高，并不是理想的氧氣源 選擇。
目前國(guó)內(nèi)用于紙漿漂白的最大深冷設(shè)備是海南金海漿紙業(yè)有限公司KDON（Ar）-2770/3200/60型空分設(shè)備，氧氣產(chǎn)量2770Nm3/h,2004年投產(chǎn)。選擇深冷設(shè)備，除了適用年產(chǎn)100萬(wàn)t漂白木漿的規(guī)模，當(dāng)?shù)貧庑菔袌?chǎng)空白，對(duì)氧、氮、氬有大量需求也是主要原因。
我國(guó)變壓吸附法制氧的研究始于20世紀(jì)70年代初，到20世紀(jì)90年代才實(shí)現(xiàn)了小型裝置的工業(yè)化。變壓吸附制氧的基本原理是利用空氣中的氮?dú)夂脱鯕庠诜惺肿雍Y（ZMS）上因壓力不同而吸附性能的差異來(lái)進(jìn)行氧氮分離。
最初用于國(guó)內(nèi)紙漿漂白的變壓吸附制氧機(jī)都為加壓吸附（PSA）型小型設(shè)備，產(chǎn)量在100Nm3/h 以下，能耗和小深冷相當(dāng)，大約1.0-1.3 kWh/Nm3而且工藝并不成熟，大多為實(shí)驗(yàn)型設(shè)備。產(chǎn)量和純度不能長(zhǎng)期穩(wěn)定，分子篩性能和裝填工藝不合格，在產(chǎn)品氣中常有粉末，大多設(shè)備投而未用或是用而不久，影響了氧漂在國(guó)內(nèi)造紙行業(yè)的推廣。
VPSA流程是國(guó)外普遍采用的較為先進(jìn)的變壓吸附制氧流程。國(guó)內(nèi)正式投于工業(yè)化應(yīng)用是上世紀(jì)90年代后期，并很快應(yīng)用于國(guó)內(nèi)紙漿漂白領(lǐng)域。其氧氣純度93%，能完全滿足紙漿漂白工藝要求，能耗0.4～0.5 kWh/Nm3,與全低壓大深冷空分相當(dāng)，開(kāi)車時(shí)間只要幾分鐘，能隨時(shí)開(kāi)停車，無(wú)論在設(shè)備投資還是在操作成本方面都具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
云景林紙股份有限公司是國(guó)內(nèi)第一家采用ECF四段無(wú)素氯漂白工藝生產(chǎn)的制漿企業(yè)，所生產(chǎn)的紙漿具有白度、潔凈度高，綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。采用芬蘭AHLSTROM三段壓力篩、氧脫木素和四段漂工藝，配套國(guó)產(chǎn)VPSAO-360型變壓吸附制氧機(jī)，年產(chǎn)10t漂白木漿。
四川永豐紙業(yè)股份有限公司無(wú)氯漂白制漿生產(chǎn)線，年制漿能力8萬(wàn)t ,竹漿全無(wú)氯潔白的代表，配套VPSAO-260型變壓吸附制氧機(jī)為VPSAO-210型。
目前國(guó)內(nèi)最大的用于紙漿漂白的變壓吸附制氧設(shè)備是山東亞太森博漿紙有限公司為年產(chǎn)22萬(wàn)t漂白硫酸鹽木漿配套的VPSAO-700型變壓吸附制氧機(jī)。
目前國(guó)內(nèi)草漿比重很大，但氧漂在草漿上的應(yīng)用還是空白。草漿進(jìn)行氧脫木素，在技術(shù)上是可行的，但經(jīng)濟(jì)上是合理的。由于草漿木素含量低，麥草漿的含氧 漂白具有更好的選擇性，紙漿黏度高，強(qiáng)度好，比木漿更容易實(shí)惠TCF漂白。利用工廠現(xiàn)在的降流式堿處理塔或次氯酸鹽漂白塔，僅需增加少量輔助設(shè)備，即可實(shí) 施，對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)漂白工藝的改造和減少環(huán)境污染具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
3 氧漂用VPSA制氧設(shè)備介紹
VPSA制氧系統(tǒng)主要由鼓風(fēng)機(jī)、真空泵、切換閥、吸附器和氧氣緩沖罐組成。原料空氣經(jīng)吸主口過(guò)濾器除掉灰塵顆粒后，被羅茨鼓風(fēng)機(jī)增壓至 30-50Kpa而進(jìn)入其中一只吸附器內(nèi)。吸附器內(nèi)裝填吸附劑，其中水分、二氧化碳及少量其他氣體組分在吸附器入口處被填于活性氧化鋁上部的沸石分子篩所 吸附。而氧氣（包括氬氣）非吸附組分從吸附器頂部出口處作為產(chǎn)品氣排至氧氣緩沖罐。當(dāng)該吸附器吸附到一定程度，其中的吸附劑將達(dá)到飽和狀態(tài)，此時(shí)通過(guò)切換 閥利用真空泵對(duì)之進(jìn)行抽真空（與吸附方向相反），真空度為65-75Kpa。已吸附的水分、二氧化碳、氮?dú)饧吧倭科渌麣怏w組分被抽出并排至大氣，吸附劑得 到再生。VPSA的每個(gè)吸附器都交替執(zhí)行吸附-解吸-沖壓步驟。這三個(gè)基本的工藝步驟由PLC和切換閥系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
VPSA制氧裝置流程簡(jiǎn)單，設(shè)備數(shù)量少，基建費(fèi)用少，對(duì)廠房要求也不高，基建費(fèi)用僅占設(shè)備總投資的5%～10%。
VPSA裝置能全看動(dòng)無(wú)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，且停車后，吸附塔內(nèi)氣氛穩(wěn)定，重新開(kāi)車后幾分鐘就能出產(chǎn)品。簡(jiǎn)單的啟動(dòng)及停車能避開(kāi)用電高峰運(yùn)行，降低生產(chǎn)成本。
VPSA裝置本身很簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)器數(shù)量少，動(dòng)設(shè)備為羅茨鼓風(fēng)機(jī)和羅茨真空泵，因其工作原理都為容積式，無(wú)油，常溫常壓下操作，維修保養(yǎng)工作量少，費(fèi) 用低。年設(shè)備開(kāi)車率98%左右，且其中有50%是因?yàn)楣收贤＼?，如冷卻少供應(yīng)故障及電力故障等。設(shè)備正常維修保養(yǎng)停車約每年5d，由于風(fēng)機(jī)真空泵注油，動(dòng) 設(shè)備的定期維修保養(yǎng)和操作人員負(fù)責(zé)空氣過(guò)濾器之無(wú)紡布的定期更換（周期為1-2月）等。分子篩使用壽命10a以上，切換閥門閥座一般2-3a方更換一次， 真空泵軸承及油封在正常使用條件下壽命為3-5a.
4 VPSA制氧設(shè)備是廉價(jià)適用的氧氣源
VPSA制氧設(shè)備工藝成熟，目前國(guó)內(nèi)兩塔流程水平已和國(guó)際同步，一般能耗0.4-0.5 kW.h/Nm3，純度91%～92%，全看上去控制，單位氧成本0.4元/Nm3左右（當(dāng)?shù)赜秒妰r(jià)格差異）而目前市場(chǎng)單位氧氣價(jià)格為大約1元/Nm3.
深冷空分目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的是第六代產(chǎn)品,除采用規(guī)整填料塔和全精餾制氬這兩項(xiàng)核心技術(shù)外,并應(yīng)用高效率高壓增壓透平膨脹機(jī)、液體內(nèi)壓縮流程、大截面 在規(guī)格板式換熱器和常溫分子篩凈化等技術(shù)，空分裝置氧提取率達(dá)到97%-99%，氬提取率達(dá)到75%-88%，制氧電耗降到至0.40-0.42 kW.h/Nm3.但自動(dòng)化控制，停留在上世紀(jì)80年代中期的水平上且設(shè)備產(chǎn)量一般在6000 Nm-3。h-1以上，目前國(guó)內(nèi)紙廠規(guī)模都不適用。
深冷制備一般可產(chǎn)氧氮兩種產(chǎn)品，紙漿企業(yè)氮?dú)馐情g隙用氣，且用量不大，如果儲(chǔ)運(yùn)銷售，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)，大部分都是放空浪費(fèi)。氧氣產(chǎn)量調(diào)節(jié)也較為困難，調(diào)節(jié)時(shí)間要1h，配置灌充平臺(tái)，產(chǎn)量不大，市場(chǎng)銷售也不經(jīng)濟(jì)。
加工處理的原料空氣中的氧氣并不能被完全提取。PSA加壓吸附制氧機(jī)，原料空氣先加壓0.4Mpa吸附制取氧氣，再靠常壓放空解吸。其特點(diǎn)是分子篩要求低，設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，但能耗較高。一般產(chǎn)量100Nm3/h以下，較為經(jīng)濟(jì)。因其較高的產(chǎn)品出口壓力，目前較多應(yīng)用于污水純氧曝氣，富氧水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域。
目前國(guó)內(nèi)制漿企業(yè)用氧規(guī)模在幾百個(gè)立方米，紙漿氧漂壓力一般為0.8Mpa。VPSA變壓吸附制氧設(shè)備，低壓吸附制氧，抽真空解吸，產(chǎn)品氧氣根據(jù)用戶需要配置增壓氧壓機(jī)，再送用戶使用，能耗低，制漿企業(yè)配置更為經(jīng)濟(jì)。