ozono

1. R e v i s t a C e l u l o s a & P a p e l
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Encuentro Técnico
Hipólito Escalona Inostroza,
Sub Gerente Química y Ambiente,
AGA Linde-Gas.
Desde su introducción en 1970, el oxígeno se ha convertido en un insumo
de gran importancia para la producción de pulpa química blanqueada.
El uso de tecnologías que utilizan al oxígeno como principal insumo para
la remoción de lignina desde las fibras permite la disminución e incluso
la eliminación del cloro, en estado elemental, desde las secuencias de
blanqueo.
El cloro elemental es un químico que ha sido utilizado ampliamente en la
industria de la celulosa y el papel, pero se ha comprobado su negativo
impacto sobre los ecosistemas que rodean a las plantas de producción
de celulosa, lo que ha llevado a su reemplazo y eliminación gradual de
los procesos de producción actuales, utilizando de preferencia el oxígeno
y productos derivados de este (OZONO), para trabajar bajo estándares
ambientales adecuados.
Principios Básicos y Formas de Producción.
El ozono de origen natural se crea de las reacciones de la luz solar con
los óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre que contaminan la atmósfera.
Se podría decir que hay cientos de fuentes distintas que producen estos
dos tipos de contaminantes, algunas son los vapores de gasolinas, los
solventes químicos y la combustión de diversos compuestos.
El ozono es una molécula formada por 3 átomos de oxígeno y es una
forma alotrópica del oxígeno, es un gas de color azul pálido y al licuarse
forma un líquido azul oscuro.
Químicamente es muy activo, es un oxidante muy fuerte por lo que
se usa como germicida (mata organismos infecciosos), diluido se usa
para esterilizar el agua, purificar el aire y llevar a cabo reacciones de
oxidación en química orgánica. Se descompone rápidamente en oxígeno
a temperaturas mayores a 100º C y a temperatura ambiente en presencia
de catalizadores como el dióxido de manganeso, MnO2
.
El ozono industrial (y en plantas de celulosa donde se utiliza como agente
de blanqueo) se produce, principalmente, utilizando descargas eléctricas
sobre un flujo de aire u oxígeno puro en un generador. Durante este
proceso, se logran descomponer las moléculas de oxígeno, liberando
a los átomos para que formen moléculas de ozono. Esta reacción es
endotérmica, por ello la necesidad de energía, estequiométricamente se
requieren 145 kJ para producir un mol de ozono.
EL OZONO
Derivado del Oxígeno Aplicado en la Industria de la
Celulosa.
El método más utilizado industrialmente en la actualidad, consiste en
hacer pasar aire u oxígeno puro a través de unos tubos de vidrio u otro
material adecuado con superficies metalizadas dispuestos de forma
concéntrica (ozonizadores) entre los que se aplica una descarga de alta
diferencia de potencial (unos 15 kV) y alta frecuencia (50 Hz) que actúa
sobre las moléculas de oxígeno (O2
), fraccionándolas y provocando
la formación del ozono molecular. Posteriormente se puede separar
el ozono por destilación fraccionada. De esta forma se obtiene ozono
mezclado con el aire u oxígeno en concentraciones que varían, según el
generador, entre un 2 % (en presencia de aire) a un 16% (en presencia
de oxígeno) en términos másicos.
Es muy importante señalar que la producción de ozono resulta mucho
más eficiente al utilizar oxígeno puro, especialmente por dos motivos:
Capacidad Productiva: La generación de ozono a partir de una corriente
de oxígeno puro es seis veces mayor comparado con igual sistema que
utilice aire ambiental.
Impacto Ambiental: La generación de ozono a partir de aire ambiental
puede generar NOx, ya que las descargas eléctricas al interior del
generador también generan la ruptura de las moléculas de nitrógeno,
cuyos átomos se pueden unir con átomos de oxígeno generando NOx.
Además, la humedad ambiental en presencia de átomos de oxígeno
y nitrógeno, puede generar ácido nítrico (HNO3
), el cual es altamente
corrosivo y genera gases nocivos para la salud.
Evolución del Uso de Ozono en la Industria de la Celulosa.
El ozono es un producto que gradualmente está siendo utilizado en la
industria de la celulosa, particularmente para disminuir o eliminar el uso
de los derivados del cloro en las secuencias de blanqueo, obteniendo con
ello secuencias ECF o incluso TCF, cumpliendo con ello las regulaciones
ambientales a las cuales se somete la industria en una serie de países
donde opera.
Es particularmente llamativo que la evolución de las tecnologías de
blanqueo ligadas al uso de ozono sigan un patrón de desarrollo similar al
que tuvieron las tecnologías de deslignificación con oxígeno, las cuales
empezaron a consolidarse en las plantas de celulosa después de un
periodo de 15 años de incubación, desde su introducción a principios de
los años 70.

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A su vez, los costos de producción del ozono han disminuido y la capacidad de generación y eficiencia de los equipos existentes en el mercado han
aumentado, logrando con esto que el uso de ozono en la industria de la celulosa, que basa su generación de utilidades en la optimización de costos,
no sea prohibitivo.
Referencias Mundiales en la Industria de la Celulosa.
Una prueba fehaciente de la penetración de las tecnologías de blanqueo que utilizan ozono como agente oxidante, son las 28 diferentes plantas de
celulosa en el mundo, que al año 2006, han implementado alguno de los sistemas de blanqueo que existen en el mercado y que utilizan al ozono como
principal agente de blanqueo, eliminando cualquier tipo de derivado del cloro.
En Sudamérica, existen 5 plantas de celulosa (todas ubicadas en Brasil) que han adoptado este tipo de secuencia de blanqueo ECF. Es importante
destacar la experiencia que la empresa WEDECO, quien mantiene un joint venture con AGA Linde en este tipo de instalaciones, ha generado en la
planta de Jaccarei de la empresa Votorantim (tabla 1).
Figura 1, Sistema ZeTracTM
– Metso.
En esta planta de celulosa se utiliza oxígeno puro, proveniente de la
planta on site ubicada al interior de las instalaciones de Jaccarei, para
producir 500 kg/h de ozono con una concentración del 12 % en peso,
el cual se inyecta en la primera etapa (Ze – stage) del sistema Ze Trac
desarrollado por METSO, todo en media consistencia (MC) en términos
de las características del flujo de pulpa que recibe el agente oxidante.
Panorámica de los tres generadores de ozono, a partir de oxígeno puro,
instalados en VCP Jaccarei – Brasil.
El Ozono (Z) Comparado con Secuencias de Blanqueo
Convencionales: Resultados Prácticos.
Tabla1, Plantas en
Sudamérica que utilizan
ozono en secuencias
de blanqueo ECF.
Al comparar, en términos prácticos, las secuencias de blanqueo
convencionales que se utilizan en las plantas de celulosa con aquellas
que utilizan ozono, es importante destacar tres aspectos:
a. Costos específicos de la secuencia de blanqueo.
b. Efectos sobre las propiedades mecánicas de la pulpa blanqueada.
c. Efecto ambiental de la secuencia.
WEDECO, empresa líder en el mundo en tecnologías de generación
de ozono, estudió y analizó tres secuencias de blanqueo para pulpa de
fibra corta (eucaliptos), dos de ellas convencionales y presentes en gran
parte de las industrias de celulosa del mundo y la tercera, una secuencia
basada en el ozono.

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Impacto Ambiental:
En comparación a una secuencia convencional con una etapa de dióxido
“caliente”, a igual blancura, la generación de AOX y OX es menor.
De igual forma, al comparar la secuencia con ozono, con una secuencia
de dióxido caliente, los parámetros de consumo de agua y polución
de esta son menores, por lo que se demuestra que el ozono es una
alternativa viable y factible de aplicar en la industria de la celulosa.
De los resultados anteriormente expuestos, se confirman las vent
ajas económicas y ambientales del uso de ozono en las secuencias de
blanqueo de eucaliptos. Además, se aprecia que no existen mayores
efectos sobre las propiedades físico mecánicas de la pulpa, por lo que el
uso del ozono es claramente una alternativa real para optimizar las líneas
de fibra en la actualidad.
Las propiedades de la pulpa de referencia, previo a las etapas de
blanqueo estudiadas, son las siguientes:
Los resultados fueron:
Costo Específico:
Respecto de la secuencia de blanqueo de referencia - D(OP)DD –
convencional, se aprecia que el costo relativo es un 23% menor y que es
un 9% inferior a una secuencia de blanqueo que considera una etapa de
dióxido de cloro “caliente”.
Estos valores no cambian significativamente si se busca un nivel de
blancura inferior al 92% ISO del grafico de referencia.
Kappa number
Brightness, % ISO
Viscosity, ml/g
HexA, mmol/kg
18,4
42,8
1380
56
9,9
63,6
1170
Unbleached (OO)
Propiedades Mecánicas:
Respecto de la secuencia de blanqueo de referencia - D(OP)DD – y a
una secuencia de blanqueo que considera una etapa de dióxido de cloro
“caliente”, las propiedades físico mecánicas de las pulpas obtenidas no
difieren mayormente. Por lo anterior, el uso de ozono no tiene mayores
efectos negativos sobre la fibra de eucaliptos.
Brightness, % ISO
AOX, kg/ADt
OX, g/ADt
92
0.1
54
92
0.2
144
(Ze)DD DHT
(OP)DD
Total water consumption*
m3
/ADt.
Total effluent flow,
m3
/ADt.
Total COD
discharge, kg/ADt.
10
7
14
13
10
23
(Ze)DD DHT
(OP)DD