Nghiên cứu ứng dụng giai đoạn PO (peroxyt oxy) trong quy trình ECF cho nguyên liệu gỗ cứng

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ ************************ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2009 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIAI ĐOẠN (PO) (PEROXYT -OXY) TRONG QUY TRÌNH ECF CHO NGUYÊN LIỆU GỖ CỨNG Cơ quan chủ quản : Bộ Công Thương Cơ quan chủ trì : Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô Chủ nhiệm đề tài : ThS. Cao Văn Sơn 7622 12/01/2010 Hà nội 1/2010 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ECF Elemental chlorine – free, Công nghệ tẩy trắng bột giấy không dùng clo nguyên tố TCF Totally chlorine – free, Công nghệ tẩy trắng bột giấy không sử dụng clo O Oxygen-alkali deligninfication stage, Giai đoạn tách loại lignin bằng oxy trong môi trường kiềm A Acid stage. Giai đoạn axit hóa nhằm tách loại các kim loại chuyển tiếp, axit HexA hoặc cả hai. Axit thường dùng là H 2 SO 4 C Chlorination stage Giai đoạn tẩy trắng bằng khí Clo (clo hóa) H Hypoclorite stage, Giai đoạn tẩy trắng bằng dung dịch muối natri hypoclorit D Chlorine dioxide stage, Giai đoạn tẩy trắng bằng dung dịch chứa nước đioxyt clo (ClO 2 ) D h High temperature Chlorine dioxide stage, Giai đoạn tẩy trắng bằng dung dịch đioxyt clo ở nhiệt độ cao D N Chlorine dioxide stage followed by neutralization, Giai đoạn tẩy trắng bằng dung dịch đioxyt clo ở môi trường trung tính E Alkaline extraction stage, Giai đoạn trích ly sử dụng NaOH (EO) Alkaline extraction reinforced with oxygen, Giai đoạn trích ly sử dụng NaOH cùng với sự có mặt của oxy (O 2 ) (EOP) Alkaline extraction reinforced with oxygen and hydrogen peroxide, Giai đoạn trích ly sử dụng NaOH cùng với sự có mặt của O 2 và hydro peroxyt (H 2 O 2 ) (EP) Alkaline extraction reinforced with hydrogen peroxide, Giai đoạn trích ly sử dụng NaOH cùng với sự có mặt của H 2 O 2 (PO) Pressurised stage using H 2 O 2 with O 2 (low peroxide charge), Giai đoạn tẩy trắng ở áp suất cao sử dụng H 2 O 2 và O 2 (mức dùng H 2 O 2 thấp) P Hydrogen peroxide stage, Giai đoạn tẩy trắng bằng H 2 O 2 (ở áp suất thường) Paa Peracetic acid (CH 3 COOOH) stage, Giai đoạn tẩy trắng bằng peracetic axit (CH 3 COOOH) Pxa Stage with mixture of peracids, Giai đoạn tẩy trắng bằng hỗn hợp peraxit Q Chelation stage, Giai đoạn chelat hóa nhằm tách loại các ion kim loại chuyển tiếp X Xylanase treatment stage, Giai đoạn xử lý bột bằng enzym Z Ozone stage, Giai đoạn tẩy trắng sử dụng khí ozon (O 3 ) AOX Absorbable organic halides, Hợp chất halogen hữu cơ (chủ yếu là hợp chất clo hữu cơ sinh ra trong quá trình tẩy trắng bột bằng Clo và các hợp chất của Clo) HexA Hexenuronic acid, Axit hecxauronic ADt Tấn khô gió (air dry tonne) BDt Tấn khô tuyệt đối (bone dry tonne) ISO International Organization for Stadardization DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ tẩy tới độ trắng của bột kraft gỗ mềm Scandinavian sau giai đoạn QP và Q(PO) Hình 1.2. Ảnh hưởng của mức dùng H 2 O 2 tới độ trắng bột kraft gỗ cứng (Brich) sau giai đoạn Q(PO) Hình 3.1. Độ trắng bột sau tẩy với các quy trình khác nhau Hình 3.2. Độ nhớt bột sau tẩy đối với các quy trình tẩy khác nhau Hình 3.3. Chỉ số hồi màu bột sau tẩy của các quy trình tẩy khác nhau Hình 3.4. Hiệu suất quá trình tẩy trắng của các quy trình khác nhau DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số điều kiện công nghệ tách loại lignin bằng oxy – kiềm đối với bột kraft Bảng 1.2. Ảnh hưởng của thời gian tẩy trong giai đoạn P và (PO)tới kết quả tẩy trắng sau QP và Q(PO). Bảng 1.3. Mối quan hệ giữa nhiệt độ, áp lực tới độ trắng của bột trong giai đoạn (PO) của bột gỗ mềm và gỗ cứng tại các tr ị số kappa khác nhau của bột. Bảng 1.4. Ảnh hưởng của áp lực trong giai đoạn (PO) tới chất lượng bột. Bảng 1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ, áp lực khí trong giai đoạn (PO) Bảng 2.1 Các điều kiện công nghệ cho quy trình D h (PO)D Bảng 2.2 Các điều kiện công nghệ cho quy trình D h (EOP)D Bảng 2.3 Các điều kiện công nghệ cho quy trình (A h Q)(PO)D Bảng 2.4 Các điều kiện công nghệ cho quy trình (D h Q)(PO) Bảng 2.5 Các điều kiện công nghệ cho quy trình (D h Q)(PO)D Bảng 2.6 Các điều kiện công nghệ cho quy trình D h E P Q(PO) Bảng 2.7 Các điều kiện công nghệ cho quy trình ECF thông thường (D 0 E 0 D 1 ED 2 ) Bảng 2.8 Chọn nồng độ dung dịch đo độ nhớt Bảng 2.9 Ma trận thực nghiệm thep phương pháp Box – Wilson Bảng 3.1 Tính chất vật lý của gỗ keo tai tượng và bạch đàn Urophylla Bảng 3.2. Thành phần hoá học của gỗ keo tai tượng và bạch đàn Bảng 3.3 Tỷ lệ chất tan của gỗ keo tai tượng và bạch đàn trong một số dung môi Bảng 3.4 Kết quả phân tích bột sau nấu Bảng 3.5 Kế t quả phân tích bột sau oxy – kiềm Bảng 3.6 Chỉ số độ bền cơ lý bột sau tẩy trắng đối với các quy trình tẩy khác nhau. Bảng 3.7 Các điều kiện công nghệ cho quy trình (D h Q)(PO)D Bảng 3.8 Mã hóa các biến thí nghiệm thực nghiệm theo quy trình (D h Q)(PO)D Bảng 3.9 Kết quả tẩy trắng của các mẫu thực nghiệm với nguyên liệu là bạch đàn theo quy trình (D h Q)(PO)D Bảng 3.10 Các số liệu thực nghiệm trên mô hình, đối với nguyên liệu là bạch đàn theo quy trình (D h Q)(PO)D Bảng 3.11 Các số liệu tính toán trên mô hình, đối với nguyên liệu bạch đàn Bảng 3.12 Ma trận thực nghiệm tối ưu theo phương pháp tiến lên, đối với nguyên liệu bạch đàn theo quy trình (D h Q)(PO)D Bảng 3.13 Kết quả tẩy trắng của các mẫu thực nghiệm với nguyên liệu là keo tai tượng theo quy trình (D h Q)(PO)D Bảng 3.14 Các số liệu thực nghiệm trên mô hình, đối với nguyên liệu là keo tai tượng theo quy trình (D h Q)(PO)D Bảng 3.15 Các số liệu tính toán trên mô hình, đối với nguyên liệu keo tai tượng Bảng 3.16 Ma trận thực nghiệm tối ưu theo phương pháp tiến lên, đối với nguyên liệu keo tai tượng theo quy trình (D h Q)(PO)D Bảng 3.17 Các điều kiện công nghệ cho quy trình ECF rút gọn (D h Q)(PO)D Bảng 3.18 So sánh một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các quy trình ECF rút gọn với quy trình ECF thông thường Bảng 3.19 Chỉ số độ bền cơ lý của bột khi ứng dụng quy trình ECF mới. Bảng 3.20 Hàm lượng AOX trong nước thải của các quy trình tẩy khác nhau MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẨY TRẮNG ECF VÀ ECF CÓ SỬ DỤNG GIAI ĐOẠN (PO) 3 I.1. Công nghệ tẩy trắng ECF 4 I.1.1. Tách loại lignin bằng oxy trong môi trường kiềm (O) 5 I.1.2 Tẩy trắng bột giấy bằng đioxyt clo (D) 8 I.1.3. Giai đoạn trích ly kiềm (E) 11 I.1.4. Tẩy trắng bột giấy bằng peroxyt hydro (P) 13 I.1.5. Tẩy trắng bột giấy bằng ozon (Z) 15 I.2. Ứng dụng giai đoạn (PO) trong quy trình tẩy trắng bộ t giấy ECF 16 I.2.1. Tẩy trắng bằng H 2 O 2 trong môi trường áp suất cao (PO) 16 I.2.2. Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới hiệu quả tẩy trắng của giai đoạn (PO) 17 I.2.3. Một số quy trình ECF sử dụng giai đoạn (PO) 22 CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 II.1 Đối tượng nghiên cứu 26 II.2 Hóa chất 26 II.3 Thiết bị nghiên cứu 26 II.4 Phương pháp nghiên cứu 27 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 III.1 Thành ph ần hóa -lý của nguyên liệu 37 III.2 Nấu bột giấy và tách loại lignin bằng oxy – kiềm 38 III.3 Nghiên cứu thăm dò một số quy trình ECF sử dụng giai đoạn (PO) 40 III.4 Xác định điều kiện tối ưu cho quy trình tẩy (D h Q)(PO)D 45 III.4.1 Nguyên liệu là bạch đàn 47 III.4.2 Nguyên liệu là keo tai tượng 51 III.5 Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật và môi trường 56 III.5.1. So sánh một số chỉ số tiêu hao hóa chất chính trong các quy trình tẩy ECF 56 III.5.2 So sánh một số chỉ tiêu chất lượng bột giữa các quy trình ECF sử dụng giai đoạn (PO) và quy trình ECF thông thường 58 III.5.3. So sánh các yếu tố ảnh hưởng tới môi trường 58 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây các yêu cầu về bảo vệ môi trường ngày càng trở nên khắt khe đối với các ngành công nghiệp bột giấy và giấy đặc biệt là các nhà máy sản xuất bột hóa học tẩy trắng. Phần lớn các nhà máy sản xuất bột hóa học tẩy trắng trên thế giới đều sử dụng công nghệ tẩy trắng ECF với các cải tiến vượ t bậc về công nghệ cũng như về thiết bị nhằm giảm tới mức tối đa lượng dùng tác nhân tẩy đioxyt clo và giảm thải lượng AOX trong nước thải của các công đoạn tẩy. Một trong các hướng đi mới trong công nghệ tẩy ECF là rút ngắn các giai đoạn tẩy trắng, tối ưu các điều kiện tẩy trong từng giai đoạn tẩy và tìm các tác nhân tẩy phù h ợp để thay thế một phần hay hoàn toàn đioxyt clo trong các giai đoạn tẩy trắng. Hydrogen peroxyt được biết đến và sử dụng từ rất lâu, tuy nhiên chủ yếu là dùng trong sản xuất bột cơ học. Mãi tới những năm 70 của thế kỷ 20 H 2 O 2 mới được phát hiện có khả năng tách loại lignin trong quá trình sản xuất bột kraft tẩy trắng. Với các quy trình truyền thống H 2 O 2 thường được sử dụng kết hợp trong các giai đoạn trích ly kiềm (E), song trong những năm gần đây trước các đòi hỏi nghiêm ngặt về môi trường thì H 2 O 2 đã và đang được nghiên cứu và sử dụng như một giai đoạn tẩy độc lập với các cải tiến về chế độ công nghệ. Trong hơn thập kỷ qua, đất nước chúng ta đã có những bước phát triển vượt bậc về kinh tế - xã hội và đời sống của nhân dân không ngừng được nâng cao. Bên cạnh các thành tựu về kinh tế thì vấn đề về ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên trầm trọng và đang được cả xã hội quan tâm. Ngành giấy Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển với hàng loạt các dự án xây mới và mở rộng nhà máy, đặc biệt là các nhà máy sản xuất bột giấy thì nhất thiết phải ưu tiên lựa chọn công nghệ tiên tiến, hiện đại và thân thiện với môi trường. Để có nhiều sự lựa chọn cho các chủ đầu tư, ứng dụng các thành t ựu khoa học trong nước, năm 2009 Bộ Công thương đã giao cho Viện Công nghiệp Giấy 2 và Xenluylô thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng giai đoạn PO (peroxyt - oxy) trong quy trình ECF cho nguyên liệu gỗ cứng ”. Mục tiêu của đề tài: Xác lập quy trình tẩy trắng ECF sử dụng giai đoạn PO nhằm giảm 40% lượng dùng đioxyt clo, 25% lượng AOX trong nước thải so với quy trình ECF truyền thống và chất lượng bột sau tẩy trắng tương đương nhau. Nội dung nghiên cứu bao gồm: * Tổng hợp tài liệu, nghiên cứ u so sánh một số quy trình tẩy trắng ECF cải tiến có sử dụng giai đoạn PO như: D h E P Q(PO); D h (PO)D; (AQ) h (PO)D;(D h Q) (PO)D; D h (EOP)D tới tính chất của bột nấu sunphát từ nguyên liệu là gỗ keo tai tượng và bạch đàn gồm: + Độ trắng của bột sau tẩy, %ISO + Hiệu suất tẩy, % + Độ nhớt của bột, cm 3 /g + Tính chất cơ lý của bột sau tẩy : độ bền xé, độ bền kéo * Trên cơ sở đó lựa chọn ra một quy trình khả quan nhất để nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ (nhiệt độ, thời gian và mức dùng hóa chất) tới hiệu quả của giai đoạn tẩy trắng (PO) và đưa ra quy trình tẩy trắng với các điều kiện tối ưu nhấ t. * Đánh giá sơ bộ về hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và lượng thải AOX trong nước thải khi tẩy bằng quy trình mới. [...]... H2O2 [51,52] I.2.3 Mt s quy trỡnh ECF s dng giai on (PO) Cú rt nhiu cỏc nghiờn cu ng dng giai on (PO) vo quy trỡnh ECF Boman v cỏc cng s [52] ó khỏ thnh cụng vi 2 quy trỡnh cho g mm l ODQ (PO) v O(DQ) (PO) , bt sau ty cho trng rt cao (trờn 90%ISO), gim c mc dựng ClO2 (50%) v lng AOX trong nc thi Mt nhúm nghiờn cu khỏc cng khỏ thnh cụng i vi quy trỡnh O(DQ) (PO) D v OD(EOP)D (PO) cho 22 bt t nguyờn liu l... sỏnh cỏc quy trỡnh ECF theo hng rỳt gn v cú s dng giai on (PO) vi cựng mt mc dựng tng clo hot tớnh Mt s quy trỡnh c la chn gm: [4, 9, 10, 11, 19, 22, 30, 31] + Dh(EOP)D + (AhQ) (PO) D + (D hQ) (PO) D + Dh (PO) D + (DhQ )PO + DhEpQ (PO Mu bt c ty trong tỳi nilon buc kớn v gia nhit trong b n nhit Cỏc giai on (EO), (EOP), (PO) c tin hnh trong thit b ty oxy kim 5lớt Gia cỏc giai on cú tin hnh ra bng nc sch, giai on... (DQ)h (PO) D; (AQ)h (PO) DBt sau ty u t trng t 89 90%ISO, hi mu khụng ỏng k Hay nh quy trỡnh Dh (PO) D ca Luiz cng rt kh quan: trng t 88%ISO [19, 28] Mt s nh mỏy cng ó ng dng giai on (PO) vo dõy chuyn ty ca mỡnh nh: + Nh mỏy Votorantim celulose e Papel (VOCP), Jacarei, Brazin, dõy chuyn B t nm 2000 s dng quy trỡnh ECF: (O/O)AZD (PO) + Nh mỏy Stora Enso - Skoghall s dng quy trỡnh ECF: O- (PO) -(DQ) (PO) cho g mm +... trng giai on Do trong iu kin nhit cao (85 95oC, 90 120 phỳt nng bt 10 -15%) Vi vic s dng D trong iu kin nhit cao khụng nhng hn ch c tỏc hi ca HexA m cũn cho phộp rỳt gn cỏc quy trỡnh ty ECF v gim lng dựng ClO2 [28,29,30] Hu ht cỏc nh mỏy mi ci to v xõy mi u ó v ang s dng giai on Dh I.1.3 Giai on trớch ly kim (E) Vic s dng giai on trớch ly kim trong cỏc quy trỡnh ty trng xut hin t nm 1789 Trong. .. hnh trong mụi trng nhit cao v cú ỏp lc Trong iu kin ny s lm tng tc v hiu qu ca phn ng tỏch loi lignin Trong giai on (PO) , ỏp sut ca oxy v nhit cao cho phộp ngn cn s hỡnh thnh pha hi hay núi cỏch khỏc l ngn tr s di chuyn ca dung dch trong hn hp bt nc ra khi bt Hn th na di ỏp sut cao cho phộp ngn cn s to thnh cỏc dũng khớ khi oxy c sinh ra trong quỏ trỡnh phõn hy H2O2 Vi vic s dng giai on (PO) cho. .. sau giai on QP v Q (PO) [46] i vi g cng thỡ do hm lng Mn thp hn nờn trng ca bt sau ty cao hn Mt kt qu nghiờn cu khỏc [43,44] cho thy t cựng mt trng thỡ giai on (PO) tin hnh nhit 1100 cn thi gian l 120 phỳt trong khi nhit 850C phi cn ti 360 phỳt nh hng ca thi gian ty ti kt qu ty trng c a ra trong bng 1.2 18 Bng 1.2 nh hng ca thi gian ty trong giai on P v (PO) ti kt qu ty trng sau QP v Q (PO) Giai. .. cỏc quy trỡnh ECF truyn thng Vi s phỏt trin khụng ngng ca khoa hc, giai on (PO) ang c cỏc nh khoa hc v sn xut quan tõm Nú ang dn tr thnh mt giai on ty c lp thay th mt giai on ty bng ClO2 Hn th na nú ang c ng dng v kt hp thnh cỏc quy trỡnh ty ECF rỳt gn nhm gim ti a mc dựng ClO2 v gim thiu lng AOX thi ra mụt trng Cụng trỡnh mi nht i vi g bch n l ca M.Ragnar vi mt lot cỏc quy trỡnh: (DQ)h (PO) ; (DQ)h (PO) D;... ban u rt quan trong i vi giai on (PO) Nu trng ban u cao thỡ trng tng thờm trờn mt n v dựng H2O2 s thp trng ban u ca bt vo ty tt nht l 60 65%ISO [42,46,47] e p lc ty trng giai on (PO) Quỏ trỡnh tin hnh ty ỏp sut cao cho phộp trỏnh c hin tng bc hi ca dch ty khi tin hnh ty nhit cao hn nhit sụi ca dung dch 20 (1000C) Kt qu kho sỏt ca Devic cho thy ỏp lc trong giai on (PO) tt nht l trong khong 5... trng, gim ti cho cụng on x lý nc thi ca nh mỏy Mc dự vy, t c hiu qu cao trong quỏ trỡnh ty trng thỡ giai on ty trng bng H2O2 v oxy ó cú nhng thay i v ci tin nht nh nh: ty trng trong mụi trng ỏp sut v nhit cao I.2.1 Ty trng bng H2O2 trong mụi trng ỏp sut cao (PO) Thc cht giai on (PO) l s kt hp gia 2 tỏc nhõn tỏch loi lignin l H2O2 v oxy vo trong cựng 1 giai on ty m bo kh nng ty trng nh mt giai on c... 27.1 mPa.s, trng 57.4 ISO; Giai on Q: 10%, 70C, 60 phỳt, pH 6, 0.5% EDTA; Giai on (PO) : 10%, 120 phỳt., 2.5% H2O2, 1.3% NaOH, 0.05% MgSO4 p lc trong giai on (PO) cú th to ra bng khớ oxy, nit hoc khụng khớ nhng oxy thng c dựng hn c vỡ trong nh mỏy sn xut bt luụn cú sn phõn xng sn xut oxy phc v cho giai on oxy kim nờn vic cung cp khỏ thun li Hn na oxy cũn l tỏc nhõn tham giai vo quỏ trỡnh ty khỏ hiu . - oxy) trong quy trình ECF cho nguyên liệu gỗ cứng ”. Mục tiêu của đề tài: Xác lập quy trình tẩy trắng ECF sử dụng giai đoạn PO nhằm giảm 40% lượng dùng đioxyt clo, 25% lượng AOX trong nước. BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2009 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIAI ĐOẠN (PO) (PEROXYT -OXY) TRONG QUY TRÌNH ECF CHO NGUYÊN LIỆU GỖ CỨNG Cơ quan chủ quản : Bộ Công Thương. của nguyên liệu 37 III.2 Nấu bột giấy và tách loại lignin bằng oxy – kiềm 38 III.3 Nghiên cứu thăm dò một số quy trình ECF sử dụng giai đoạn (PO) 40 III.4 Xác định điều kiện tối ưu cho quy trình