Application du générateur d'ozone dans le blanchiment de la pâte à papier

1. Présentation

L'industrie papetière est un secteur fondamental et stratégiquement important, étroitement lié au développement économique national et aux moyens de subsistance de la population. Cependant, les procédés de blanchiment traditionnels à base de chlore génèrent des eaux usées contenant des polluants réfractaires et toxiques tels que les halogènes organiques adsorbables (AOX) et les dioxines, provoquant une grave pollution environnementale. Avec le durcissement des réglementations environnementales et les politiques nationales promouvant les économies d'énergie, la réduction des émissions et le développement vert et bas carbone, les technologies de blanchiment sans chlore élémentaire (ECF) et totalement sans chlore (TCF) ont été largement adoptées. Parmi celles-ci, le blanchiment à l'ozone suscite un intérêt croissant dans l'industrie papetière en raison de son processus court, de sa vitesse de réaction rapide, de son faible coût de blanchiment et de ses faibles rejets d'eaux usées.

2. Propriétés de l'ozone et mécanisme de blanchiment

L'ozone (O₃) est un oxydant puissant avec un potentiel d'oxydation de 2,07 eV, bien supérieur à celui du chlore (1,36 eV) et du dioxyde de chlore (1,5 eV). Dans l'industrie papetière, l'ozone est généralement produit sur site à partir d'oxygène en utilisant de l'énergie électriquevia un générateur d'ozone, avec une concentration d'ozone d'environ 8 % à 14 % en volume. La production de 1 kg d'ozone consomme environ 12,24 kWh d'électricité, ce qui est comparable à l'énergie et au coût de production du dioxyde de chlore.

Lors du blanchiment de la pâte, l'ozone réagit avec la lignine, brisant les liaisons carbone-carbone dans les cycles aromatiques des structures de lignine phénoliques et non phénoliques. Cette dégradation oxydative de la lignine permet la décoloration et le blanchiment de la pâte.

3. Avantages du blanchiment à l'ozone

Le blanchiment à l'ozone offre plusieurs avantages significatifs :

1. Respectueux de l'environnement – un procédé totalement sans chlore (TCF)
   Les effluents de blanchiment à l'ozone ne contiennent pas de composés organohalogénés adsorbables (AOX), ce qui les rend beaucoup plus respectueux de l'environnement. Comparé au blanchiment traditionnel à base de chlore, le blanchiment à l'ozone ne produit pas de composés organiques chlorés.

2. Excellente performance de blanchiment et blancheur élevée de la pâte
   En tant qu'oxydant puissant, l'ozone est très réactif. L'expérience pratique dans les usines à l'étranger montre que la blancheur de la pâte peut facilement atteindre 93 % ISO avec le blanchiment à l'ozone. Des études ont rapporté que dans des conditions de consistance de pâte de 40 % et d'un dosage d'ozone de 0,9 kg/(min·t), la blancheur de la pâte oxygène-alcali de bagasse peut passer de 58,6 % à 74,5 % ISO.

3. Coûts de blanchiment réduits
   Les recherches indiquent que 1 kg d'ozone a une capacité de blanchiment équivalente à 2–3 kg de dioxyde de chlore, alors que le coût de production de 1 kg d'ozone est à peu près le même que celui de 1 kg de dioxyde de chlore. Ainsi, le blanchiment à l'ozone peut réduire efficacement les coûts globaux de blanchiment.

4. Réduction des rejets d'eaux usées et de la charge polluante
   Le filtrat de l'étape de blanchiment à l'ozone ne contient pas d'ions chlorure et n'est pas corrosif. Il a une faible teneur en chlore et peut être recyclé après traitement. Avec le blanchiment à l'ozone, le rejet d'eaux usées par tonne de pâte peut être réduit à moins de 10 m³, et même jusqu'à 5 m³. Les AOX et la DCOcr dans l'effluent de blanchiment sont considérablement diminués.

5. Économies d'énergie et réaction rapide
   Le blanchiment à l'ozone fonctionne à basse température et ne nécessite généralement pas de chauffage à la vapeur de la pâte, économisant ainsi la consommation de vapeur. Parmi tous les agents de blanchiment de la pâte, l'ozone a la réactivité la plus forte et le temps de réaction le plus court, de sorte que le réacteur de blanchiment peut être très compact, réduisant considérablement l'investissement en capital.

6. Réduction de la réversion de blancheur et amélioration de la marchabilité de la machine à papier
   Le blanchiment à l'ozone réduit considérablement la tendance à la réversion de blancheur (jaunissement) de la pâte et réduit la teneur en extractibles de la pâte de 50 % à 75 %, ce qui contribue à améliorer la marchabilité de la machine à papier.

4. Défis et solutions dans le blanchiment à l'ozone

Malgré ses avantages, le blanchiment à l'ozone présente certains défis. Le principal problème est que l'ozone est un oxydant non sélectif – tout en réagissant avec la lignine, il peut également dégrader les glucides (cellulose et hémicellulose), entraînant une diminution de la viscosité de la pâte et une altération des propriétés de résistance.

Grâce à des recherches approfondies sur les procédés, ce problème peut être efficacement atténué par les mesures suivantes : contrôle du dosage d'ozone, ajustement du temps de réaction et ajout d'agents protecteurs (par exemple, l'acide oxalique). Des études ont montré que, dans des conditions de température de blanchiment de 10 °C, de concentration d'ozone de 80 g/Nm³ et de dosage d'acide oxalique de 1,0 %, la pâte d'eucalyptus peut atteindre une blancheur de 72,8 % ISO avec une viscosité de 678 mL/g, et le papier obtenu présente un indice de traction de 78,9 N·m/g, toutes les propriétés physiques répondant à des critères de performance satisfaisants.

5. État actuel et perspectives d'avenir

En 1992, l'usine Union Camp de Franklin, en Virginie, aux États-Unis, a été la première à commercialiser le blanchiment à l'ozone. En septembre 2011, 23 usines de pâte à papier dans le monde, avec un total de 26 lignes de production, utilisaient la technologie de blanchiment à l'ozone. La capacité de production de avancée générateur d'ozonea maintenant atteint 750 à 1 000 kg/h, suffisante pour répondre aux besoins de blanchiment d'une usine de pâte à papier d'une capacité annuelle de 650 000 tonnes.

En Chine, la recherche théorique sur le blanchiment à l'ozone a commencé dans les années 1980 et a jeté des bases solides. Ces dernières années, avec l'amélioration continue des générateur d'ozoneet des réacteurs par les fabricants d'équipements nationaux et internationaux, les entreprises chinoises de pâte et de papier montrent un intérêt croissant pour la technologie de blanchiment à l'ozone et l'adoptent.

6. Conclusion

La technologie de blanchiment à l'ozone, en tant que procédé de blanchiment de pâte à papier vert et efficace, offre des avantages remarquables en termes d'amélioration de la blancheur de la pâte, de réduction des émissions de polluants et de diminution des coûts de blanchiment. Avec des exigences environnementales de plus en plus strictes et les progrès continus dans la génération d'ozone, le blanchiment à l'ozone devrait devenir un procédé de blanchiment propre dominant dans l'industrie papetière, avec une application plus large à l'avenir.