Przemysł papierniczy

 

 

Ozon w przemyśle celulozowo-papierniczym 

 

Zastosowanie ozonu jako środka bielącego rozważno od wielu lat. Pierwsze przemysłowe zastosowania pojawiły się prawie 15 lat temu i bielenie ozonowe przeszło taką samą drogę, jak delignifikacja tlenowa w latach 70.

 



 Ozon w przemyśle celulozowo papierniczym.pdf  

 
 
Bielenie ozonowe to wyraźny kamien milowy w rozwoju metod bielenia masy celulozowej. Łączy ono wysoką jasność i wytrzymałość masy z najniższymi właściwymi kosztami produkcji. Jest dobrym wyborem, w którym przyjazność dla środowiska jest zgodna z jakością i celami produkcyjnymi. 
 
W ponad 30 celulozowniach na całym świecie, ozon do bielenia celulozy jest uznawany za jedną z najlepszych dostępnych technologii spełniających zapotrzebowanie rynkowe na:
 
  • Wyższą jakość masy celulozowej
  • Niski koszt właściwy produkcji masy celulozowej
  • Wysoką niezawodność
  • Łatwe i bezpieczne zastosowanie
  • Przestrzeganie rygorystycznych przepisów ochrony środowiska

 

 

 

Dodatkowe zastosowania ozonu
 
  • Eliminacja ChZT w celu dotrzymania limitów emisji
  • Poprawa biodegradacji ("krakingu") w połączeniu z ciągłym oczyszczaniem biologicznym
  • Precyzyjna eliminacja określonych zanieczyszczeń (np. fenoli, azotynów, AOX, toksyn, itp.)
  • Ostatni stopień "doczyszczania" w celu usunięcia zapachu, koloru
  • Zastępowania biocydów (tj. do uzdatniania wody chłodzącej)
  • Poprawa wskaźnika objętości osadu
  • Zmniejszenie objętości osadu

 

 


Foto: © VIPDesign - Fotolia.com

 

Jak wytwarzać ozon ? 

Ozon można wytwarzać z powietrza lub tlenu. Jednak w przemyśle celulozowo-papierniczym zawartość ozonu powinna zazwyczaj wynosić 10-14% wagowych. Wartości te są dostępne tylko w przypadku tlenu, który jest również stosowany jako gaz nośny.

 

Konstruktorzy i użytkownicy końcowi zdecydowanie wybierają generatory ozonu WEDECO, gdy potrzebują niezawodnej i wydajnej produkcji dużych ilości ozonu. Do zastosowań w przemyśle celulozowo-papierniczym, nasze układy Z-Compact idealnie odpowiadają wymaganiom przez zapewnienie zdolności produkcyjnych ozonu w zakresie 15-205 kg/h na generator.

 

Wyjątkowa konstrukcja

Generatory WEDECO wyróżniają się spośród innych dwiema głównymi cechami: wyłączne zastosowanie elektrodowo/dielektrycznej technologii Effizon®evo i technologii zmiennej częstotliwości. Połączenie tych dwóch cech jest podstawą generatora ozonu o niezrównanej niezawodności, elastyczności produkcji i niskim właściwym zużyciu energii.

 

Technologia WEDECO Effizon®
We wnętrzu zbiornika generatora ozonu określona liczba rur jest przyspawana miedzy dwiema płytami, służąc jako uziemnione elektrody. W uziemionych rurach umieszczane są elektrody Effizon®evo, z których każda składa się z elektrody WN, siatki ze stali nierdzewnej i dielektrycznej rury szklanej. Ozon jest wytwarzany w szczelinach między uziemioną elektrodą, dielektrykiem i elektrodą WN. Firma Xylem udziela 10 lat gwarancji na elektrody WEDECO Effizon®evo.
 

Technologia WEDECO Effizon®evo

 

Wydajność każdego generatora ozonu zależy nie tylko od zespołu elektrod, lecz także optymalnej podaży energii do ogniwa generatora ozonu. Wykorzystując częstotliwość do regulacji stężenia ozonu i wydajności produkcji, zasilacze WEDECO umożliwiają precyzyjne i linearne sterowanie produkcją, jak również bardzo szeroki zakres regulacji (do 100:1). W przeciwieństwie do zasilaczy o zmiennym napięciu, napięcie pozostaje stałe w całym zakresie pracy. Dzięki temu nasze zasilacze o zmiennej częstotliwości utrzymuja bardzo wysoki współczynnik mocy (>0,98) w całym zakresie pracy.

 

W zależności od zapotrzebowania na chłodzenie wodne, technologia WEDECO do wytwarzania ozonu osiąga wskaźnik energetyczny od 8,5 do 11 kWh/kg ozonu.


 

Dlaczego warto używać ozonu ?

 

Ozon jest cząsteczką tlenu złożoną z trzech atomów, powstających z powietrza lub tlenu.

Jest najsilniejszym środkiem utleniającym, po fluorze (tab. 2.). To sprawia, że ozon reaguje bardzo szybko (od sekund do minut) z masą celulozową o ogranicza potrzebę dużych urządzeń z długim czasem reakcji.

W porównaniu do innych wybielających środków chemicznych, ozon jest prawdziwą alternatywą dla chloru w reakcji chemicznej ze strukturą ligniny (tab. 3.). W przeciwieństwie do dwutlenku chloru ozon nie tworzy kolorowych produktów ubocznych ale rozkłada te związki. Efekt ten jest interesujący, gdy jest zastosowany na końcu procesu wybielania do poprawy końcowej jasności masy i zmniejszenia kosztów środków chemicznych.

 

 

Wreszcie głównym produktem ubocznym reakcji ozonu jest tlen, który jest idealny do ograniczania produktów ubocznych chlorowania (AOX) powstających podczas konwencjonalnego procesu bielenia.

 

 

Technologia bielenia

 

Ozon jest stosowany jako środek bielący do mas celulozowych z drewna iglastego i liściastego. Nowoczesny proces bielenia masy celulozowej jest realizowany jako nieprzerwana sekwencja stopni bielenia wykorzystujących różne środki chemiczne i warunki działania.

 

Jednym ze stopni tego procesu jest "stopień Z". Ozon może być używany samodzielnie lub w połączeniu z dwutlenkiem chloru. Silna reaktywność ozonu ułatwia jego integrację z linią bielenia. Zaleznie od wymagań zakładu i realizowanej technologii bielenia, dostępne są zoptymalizowane układy mieszania do wprowadzania ozonu do masy.


Rys. 3: Masa celulozowa przed i po bieleniu


Zachowując taką samą skuteczność delignifikacji, ozon jest bardzo wydajny pod względem kosztów eksploatacyjnych , ponieważ każdy kilogram ozonu może zastąpić od 2 do 4 kg czystego dwutlenku chloru. Ponadto, filtraty ze stopnia Z można odzyskiwać w celu redukcji ilości oczyszczanych ścieków przemysłowych i zużycia świeżej wody. Ozon jest substancją chemiczną przyczyniającą się do powstawania zielonych technologi bielenia. 

 

 

 

Bielenie ozonem przy wysokim stężeniu (HC) 

 

 

Na stopniu HC bielenia ozonowego (rys. 4), masa jest zakwaszana przed zagęszczeniem do 38-40% stężenia, a następnie podawana do reaktora ozonowego (rys. 5).

 

Ozon w postaci​ gazowej jest podawany przeciwprądowo do strumienia masy i bieli masę nieco poniżej ciśnienia atmosferycznego. Przy wylocie masa bielona jest rozcieńczana i podawana do krótkiego stopnia ekstrakcyjnego lub prosto do następnego stopnia bielenia. Filtrat alkaiczny ze stopnia ekstrakcyjnego można zawrócić do stopnia mycia masy niebielonej w lini przetwarzania masy włóknistej.

 

Przykład zintegrowanego stopnia bielenia ozonowego o wysoki stężeniu z linią bielenia można znaleźć w zakładzie VCP w Jacarei w Brazylii (rys. 7).

 

Produkcja wynosi około 2500tps/d bielonej masy eukaliptusowej, a sekwencja bielenia po delignifikacji tlenowej to (Ze)DP. Przy dawce ozonu 5kg/tps, jest to największa działająca linia ozonowa (3 układy Z-Compact) o łącznej wydajności ozonu 525 kg/h (rys. 6).

 

Stopień (Ze) ma bardzo wysoką sprawność z Δ kappa/kg ozonu 1,2 i wylotową liczbą kappa około 5,5. W porównaniu do konwencjonalnej technologii ECF ilość ścieków i zużycie wody jest zredukowane o 30%, a ładunek ChZT o 40%.

 


Rys. 4: Szczegóły stopnia ozonowego HC


Rys. 5: Reaktor ozonowy HC


Rys. 6: Największy na świecie układ ozonowy

  

 
Rys. 7: Linia bielenia w VCP Jacarei, Brazylia

 

 

 

 

Bielenie ozonem przy średnim stężeniu (MC) 

  

 

Stopień ozonowy MC (stężenie 10-14%) składa się z pompy MC, jednego lub dwóch mieszalników, niewielkiej rury reakcyjnej i urządzenia wyładowawczego (rys 8.).

 

Po zakwaszeniu masa jest mieszana z ozonem pod ciśnieniem (8-12 barów). Strumień masy jest rozprężany, a pozostałość ozonu - odpowietrzana.

 

Stopień MC wymaga niewiele miejsca i można go łatwo zainstalować w istniejącym procesie bez dużych modyfikacji.

 

Celulozownia może na przykład połączyć zakwaszanie w wysokiej temperaturze (stopień A) z bieleniem ozonowym w sekwencji A(ZD)EopD po delignifikacji tlenowej (rys. 9.).

 

Utrzymując taką samą jakość masy celulozowej, zakład uzyskał spodziewane oszczędności dwutlenku chloru i wysoki poziom jasności. Ponadto istnieje zredukowana ilość ścieków, po dokonaniu niewielkiej inwestycji.

 

 





Rys. 8: Szczegóły stopnia ozonowego MC

 

 

 


Rys. 9: Linia bielenia ze stopniem ozonowym MC

 

 

  

Szczegóły stopnia Z


Rys. 10: Kompletny obiego ozonu

 

 

 

 

Układ WEDECO Z-Compact 

 

Szczególnie z myślą o zastosowaniach w branży celulozowo-papierniczej firma Xylem opracowała system Z-Compact, który mieści się w zaawansowanej, zwartej obudowie kontenerowej, idealnie dopasowanej do ograniczeń przestrzennych celulozowni i agresywnych czynników występujacych w otoczeniu.

 

Obudowa systemu Z-Compact zawiera kompletny układ ozonowy, w tym zbiornik generatora ozonu, zasilacze i układ PLC. Jest on izolowany, oświetlony, pomalowany i wyposażony w układ ogrzewania, układ wentylacji awaryjnej i klimatyzację w przypadku gorących warunków klimatycznych.

 


Zalety

  • Zminimalizowane zapotrzebowanie na miejsce (3,5 x 15 m)
  • Niskie właściwe zużycie energii
  • Wysoka niezawodność eksploatacyjna
  • Układy "plug & play" (bardzo krótki czas rozruchu na miejscu)
  • Bardzo łatwa i bezpieczna eksploatacja
  • Solidna konstrukcja do pracy w trydnych warunkach otoczenia
  • Certyfikowana próba fabryczna przed dostawą
  • Skuteczna redukcja hałasu
     

 

Oprócz układu Z-Compact, firma Xylem oferuje kompletne rozwiązania pod klucz w tym:

  • Układy wody chłodzącej
  • Układy sprężania gazu
  • Rozwiązanie dla ponownego zastosowania gazów odlotowych
  • Moduł neutralizacji ozonu (COD)
  • Systemy podawania i reakcji
  • Układy sterowania i monitoringu
  • Układ rozdziału mocy
  • Usługi obsługi i konserwacji

 

Rys. 20: Katalityczny neutralizator ozonu (COD)

 

Klienci zawsze mogą brac udział w próbach, aby przekonać się do urządzeń i otrzymać wstępne szkolenie w ich działaniu.


 

 

Wybrane referencje

 

 

 

  • 1 układ Z-Compact
  • Produkcja ozonu: 180 kg/h 
  • Rozruch: 2008
  • Surowiec: celuloza siarczanowa z drewna iglastego/liściastego
  • Bielenie: (OO)(Ze)DD
  • Produkcja masy celulozowej: 720 tps/d

 

 

 


  • 1 układ Z-Compact
  • Produkcja ozonu: 60kg/h
  • Rozruch: 2007
  • Surowiec: celuloza siarczynowa z drewna liściastego
  • Bielenie: OZEP
  • Produkcja masy celulozowej: 240 tps/d

 

  • 1 układ Z-Compact
  • Produkcja ozonu: 200 kg/h 
  • Rozruch: 2007
  •  Surowiec: celuloza siarczanowa z drrewna liściastego
  • Bielenie: (OO)(Ze)(DP) i (OO)(Ze)DEopD
  • Produkcja masy celulozowej: 400 tps/d i 300 tps/d
  •  

 

 

  • 3 układy Z-Compact
  • Produkcja ozonu 340 kg/h
  • Rozruch: 2004
  • Surowiec: celuloza siarczanowa z drewna iglastego/liściastego
  • Bielenie: (OO)ZEO(DnD)
  • Produkcja masy celulozowej: 1300 tps/d