Озоновое отбеливание целлюлозы — это современный и экологичный процесс, который широко применяется в производстве бумаги, вискозы и других продуктов. Мощность озоновой отбелки целлюлозы еще в 2018 году приближалась к уровню 10 миллионов тонн в год, что составляло 10 процентов мировых мощностей по отбелке химической целлюлозы.
Озоновое отбеливание может быть выполнено двумя способами: с высокой и средней консистенцией целлюлозы.
В первом случае озоновая отбелка целлюлозы с высокой консистенцией включает стадии озонирования и экстракции без промежуточной промывки. Подкисленная целлюлоза с pH 2,5–3 предварительно прессуется до консистенции 38–42 % и измельчается. Распушённая целлюлоза поступает из пресса в озоновый реактор, где озон подаётся противотоком к потоку массы и реагирует при атмосферном давлении в течение примерно одной минуты. Затем целлюлоза разбавляется щелочным раствором, что позволяет быстро растворить окисленный материал и сокращает этапы экстракции (5–10 минут) для целлюлозы из лиственных пород. Пресс удаляет растворимый материал из волокон при прессовании целлюлозы.
Преимущества этого метода включают быстрый доступ к волокнам благодаря высокой консистенции и быстрое удаление щёлочи с помощью пресса, что снижает потребность в длительной диффузии и инвестиции в экстракционную башню. Однако эффективность процесса снижается при низкой консистенции целлюлозы (ниже 35 %), когда волокна недостаточно распушены и озон не может реагировать равномерно.
Во втором случае используется насос, который подает целлюлозу обычно в два последовательно соединенных озоновых смесителя, реактор под давлением, используемый в основном в качестве буфера, и выдувную трубку. Этап сжатия озона необходим из-за большого количества газа, который необходимо впрыскивать, чтобы озон (и кислород) сжимался до давления 7–11 бар (изб.). Тем не менее, суспензия пульпы содержит около 30 процентов газа. Смесители обеспечивают высокую интенсивность турбулентности и хорошее рассеивание газа, поэтому вся реакция происходит внутри смесителей в течение максимум трех секунд.
Благодаря очень короткому времени реакции температура Z-ступени может достигать 80°C без заметного разложения озона; несколько мельниц работают в диапазоне 70-80°C. Для сравнения, работа Z-стадии с высокой консистенцией пульпы ограничена температурой 60°C. Дегазация пульпы, чтобы избежать кавитации в насосе, осуществляется в двух местах — в верхней части реактора и в верхней части выдувной трубы — чтобы обеспечить стабилизацию потока.
Оба метода являются эффективными и экологически безопасными, обеспечивая высокое качество продукции и минимизируя воздействие на окружающую среду.
Использование озона в целлюлозно-бумажной промышленности
Целлюлозные заводы всё чаще обращаются к озону как к экономичному и экологичному отбеливающему средству. Большинство заводов не корректируют дозировку озона в зависимости от изменений производства, используя озоновую установку на полную мощность.
Озон обладает рядом преимуществ перед другими отбеливающими химикатами, такими как диоксид хлора и перекись водорода. Он экономичен, так как требует меньше электроэнергии для производства, и эффективен в удалении загрязнений, не требуя дополнительной стадии хелатирования.
Стандартные последовательности отбеливания с использованием озона включают стадии Z/e-D-P при высокой консистенции целлюлозы и Z/D-Eop-D при средней консистенции. Установки отбелки с тремя шайбами, такие как Z/D-Eop-D и Z/e-D-P, являются конкурентоспособными по сравнению с традиционными установками с четырьмя шайбами D-Eop-D-D.
Спрос на TCF BEKP растёт, что подтверждается возобновлением производства Fibria в 2015 году. В настоящее время несколько заводов производят TCF BEKP с использованием озона или без него.
Качество целлюлозы и уникальные характеристики
Современные технологии отбеливания целлюлозы позволяют получать высококачественный продукт, соответствующий самым строгим стандартам экологической безопасности. Одним из таких методов является озоновая отбелка, которая обеспечивает высокие показатели прочности, гибкости и белизны целлюлозы.
Компания Mondi Ruzomberok, расположенная в Словакии, производит хвойную и лиственную целлюлозу, отбелённую озоном. Эти материалы характеризуются отличными прочностными характеристиками: разрывная длина составляет 11–12 км для хвойной целлюлозы и 7,8–8,5 км для лиственной. Индекс раздира также находится на высоком уровне — 9,5–10,5 Нм²/кг для хвойной и 5,8–6,5 Нм²/кг для лиственной целлюлозы. Жёсткость обоих видов материала составляет 125–135 мН.
Отбелённая озоном целлюлоза идеально подходит для производства санитарно-гигиенической бумаги благодаря своей объёмной способности и низкому содержанию органических галогенов (OX). Один из заводов сообщил о значительном снижении содержания пека с 0,1–0,3% до 0,05% благодаря использованию озоновой отбелки.
Важным преимуществом озоновой отбелки является её экологичность. Озон является более безопасным для окружающей среды, чем традиционные отбеливающие агенты, такие как диоксид хлора и перекись водорода. Он не образует побочных продуктов и не загрязняет водоёмы
Экологичный и экономичный выбор
В современном мире экологические аспекты играют важную роль при выборе технологий производства и обработки различных материалов. Озоновое отбеливание целлюлозы является одним из таких примеров.
Озон — это экологически безопасный и эффективный отбеливающий агент, который не образует побочных продуктов и не загрязняет окружающую среду. Его использование позволяет снизить выбросы опасных веществ, таких как диоксины и фураны, а также элементарного хлора, образующего АОХ.
Кроме того, применение озона способствует улучшению работы предприятия, так как позволяет лучше закрывать контур и направлять фильтраты отбелки в котёл-утилизатор. Это приводит к сокращению объёма сточных вод и выбросов ХПК и красителей.
Примеры успешного применения озонового отбеливания целлюлозы включают португальскую компанию Celtejo, использующую Z-стадию с высокой консистенцией целлюлозы, и австралийскую компанию Australian Paper, применяющую Z-стадию со средней консистенцией. Обе компании сообщают о снижении выбросов ХПК и красителей на своих отбелочных установках.
Выводы и перспективы
В последние годы озоновая отбелка целлюлозы становится всё более популярной благодаря своим экономическим, экологическим и качественным преимуществам. Эта технология позволяет снизить затраты на отбеливание, уменьшить нагрузку на сброс сточных вод и обеспечить более высокую стабильность белизны целлюлозы.
За последние 25 лет озоновая отбелка прошла путь от новой идеи до лучшей доступной технологии, используемой для производства более 10 миллионов тонн целлюлозы в год. Эта технология продолжает развиваться и адаптироваться к изменяющимся потребностям рынка, что делает её перспективным направлением для целлюлозно-бумажной промышленности.