EP1478803A2 - Procede d'ozonation d'une phase liquide contenant des particules solides - Google Patents

Procede d'ozonation d'une phase liquide contenant des particules solides

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Publication number
EP1478803A2
EP1478803A2 EP03718869A EP03718869A EP1478803A2 EP 1478803 A2 EP1478803 A2 EP 1478803A2 EP 03718869 A EP03718869 A EP 03718869A EP 03718869 A EP03718869 A EP 03718869A EP 1478803 A2 EP1478803 A2 EP 1478803A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contactor
liquid phase
ozone
solid particles
containing solid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03718869A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alain Trichet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP1478803A2 publication Critical patent/EP1478803A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
    • D21C9/10—Bleaching ; Apparatus therefor
    • D21C9/147—Bleaching ; Apparatus therefor with oxygen or its allotropic modifications
    • D21C9/153—Bleaching ; Apparatus therefor with oxygen or its allotropic modifications with ozone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/78—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with ozone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/26—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof
    • C02F2103/28—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof from the paper or cellulose industry

Definitions

  • the invention relates to a process for ozonating a liquid phase containing solid particles. It relates more particularly to a process for ozonating paper pulps.
  • Ozone is increasingly used in the treatment of paper pulp both virgin and from old paper to be recycled.
  • ozonation steps are introduced in the processes for manufacturing virgin paper pulps, in particular for the bleaching of these paper pulps.
  • Ozonation stages are also implemented in the waste paper treatment processes with a view to their recycling, for their bleaching, their defluorescence, their deinking, and the elimination of the microorganisms and enzymes brought in by the waste paper.
  • Both virgin and recycled paper pulp can be likened to a liquid phase containing solid particles, the solid particles being disintegrated paper.
  • a pulp ozonization process is known in which the pulp is ozonated while it has a solids concentration of between about 25 to 40% by weight relative to the total weight of the pulp.
  • mixers known in the stationery profession are used under the name of "dynamic mixer” which are in practice centrifugal pumps.
  • the reaction takes place here under pressure and the residence time is approximately a few seconds.
  • the paper fiber is also subject to significant mechanical stresses which can deteriorate it.
  • the reaction taking place under pressure it is necessary in this process to compress the ozone. Compressors are expensive to purchase and require significant maintenance.
  • Ozone is also used in many other areas of the industry to ozonate solids in a liquid phase. The same problems then arise.
  • the invention aims to overcome the drawbacks of the ozonation processes of the prior art by proposing a process for ozonization of a paste comparable to a liquid phase containing solid particles which makes it possible to limit the mechanical stresses exerted on the paste, to obtain a homogeneous ozonation of the dough and to reduce and even eliminate the stage of compression of the ozone.
  • the invention provides a process for ozonating a liquid phase containing solid particles by contacting with gaseous ozone, characterized in that it is implemented in a two-phase tubular contactor of the type gas-liquid operating in a co-current of liquid and gas and in that the liquid phase containing solid particles is introduced into the contactor at a solid concentration of between 0.5 and 5% by weight relative to the total weight of the liquid phase containing solid particles.
  • the liquid phase containing solid particles is introduced into the contactor at a solid concentration of between 0.5 and 3% by weight relative to the total weight of the liquid phase containing solid particles.
  • the ozone is introduced into the contactor in the form of a gaseous air-ozone or oxygen-ozone mixture.
  • the ozone is introduced into the contactor in the form of a gas mixture containing between 50 and 200 g of ozone per m 3 of gas mixture.
  • the ozone or the gaseous mixture is preferably introduced into the contactor at a speed greater than 0.5 m / s and less than or equal to 10 m / s.
  • the contactor is implemented in wave mode.
  • the contactor is implemented in plug mode.
  • the ozone or the gaseous mixture is introduced into the contactor at a speed of between 0.5 and 2 m / s and the liquid phase containing solid particles is introduced into the contactor at a speed of between 0.5 and 2 m / s.
  • the tubular contactor is a horizontal tubular stainless steel contactor having an internal diameter and a length allowing, given the pulp flow rate, to obtain the rates of introduction of the liquid phase and of the 'ozone or gas mixture between 0.5 and 2 m / s.
  • FIG. 1 schematically shows a sectional view of a two-phase tubular contactor of the gas-liquid type operating in segregated regime
  • FIG. 2 schematically represents a sectional view of a two-phase tubular contactor of the gas-liquid type operating in regime wave
  • FIG. 3 schematically represents a sectional view of a two-phase tubular contactor of the gas-liquid type operating in plug mode
  • FIG. 4 shows schematically a sectional view of a two-phase tubular contactor of the gas-liquid type operating in dispersed bubble regime.
  • ozone allows it to react quickly to most of the major functions of organic chemistry, and in particular to all the unsaturated benzene or phenolic groups often present, especially in waste paper.
  • ozone destroys microorganisms such as bacteria, fungi, yeasts, as well as enzymes like the catalase enzyme often present, especially in waste paper.
  • Ozone therefore finds a particular application during the manufacture of paper pulps, whether these are virgin or old paper to be recycled.
  • ozone can be used in many pulp manufacturing processes to whiten pulps, remove dyes, optical brighteners, adhesives and inks, as well as to sanitize the circuits of the facilities in which one puts implements the manufacturing processes.
  • the ozonation processes in particular pulp, whether these are virgin or from old paper, take place at a solids concentration of between 8 and 40 g of solids per 100 g of dough.
  • paper pulps can be assimilated to a liquid medium, in general an aqueous medium, in which solid particles, in particular of wood fibers, are in suspension, during the ozonation reaction, we are then in the case of a mixture which can be assimilated to a two-phase mixture: a gas phase and a liquid phase containing solid particles.
  • a mixture which can be assimilated to a two-phase mixture a gas phase and a liquid phase containing solid particles.
  • the chemical reaction of ozonation of solids being rapid, it is necessary to have a very rapid rate of dissolution of the gas in said liquid phase containing solid particles so that the ozone reacts rapidly with all of the solid particles and that the reaction is not limited by the rate of dissolution of ozone.
  • the terms “low consistency paper pulp” designate a paper pulp and by extension a liquid-solids mixture, the concentration of solid particles of which is between 0.5 and 5% by weight relative to the total weight of the liquid / solid mixture.
  • concentration of solid particles of the paste will be determined by the passage of the paste from a Newtonian behavior to a non-Newtonian behavior; this value depends on the type of wood.
  • very low consistency pulp denote pulp and by extension a mixture liquid-solids, the concentration of solid particles of which is approximately 1% by weight relative to the total weight of the liquid-solid mixture.
  • the ozonation process of the invention is therefore characterized in that it is implemented in a two-phase tubular contactor of the gas-liquid type and in that the liquid phase containing solid particles at low or very low is introduced consistency.
  • the tubular contactor for implementing the method of the invention can be a horizontal or vertical tubular contactor, or of any intermediate inclination, operating cocurrently with the liquid phase containing solid particles.
  • the gas can be introduced by a simple pipe or by a more sophisticated system, for example a static mixer.
  • the rate of dissolution of ozone in the liquid phase containing solid particles is a function of the gas-liquid mass transfer coefficients, the aim here is to obtain a good gas-paste emulsion.
  • the reactor will operate in segregated mode, in wave mode, in plug mode or in dispersed bubble mode.
  • FIG. 1 represents a diagrammatic section of a horizontal tubular contactor T operating in segregated regime in which the gas phase is denoted 1 and the liquid phase containing solid particles is denoted 3.
  • the interfacial area is represented by the contact surface between the gas phase 1 and the liquid phase 3.
  • This contact surface 2 when the tubular contactor is in segregated mode, as shown in FIG. 1, can be assimilated to a flat surface.
  • the interfacial area corresponding to the contact surface 2 is less important than in the cases represented in FIGS. 2 to 4 which will be discussed below. For this reason, the ozone dissolution rate is less favorable.
  • Such a segregated regime is obtained when the respective rates of introduction of the gas phase and of the liquid phase are less than 0.5 m / s.
  • the contact surface between the gas phase and the liquid phase containing solid particles is improved when, the contactor T operates in wave regimes, as shown in FIG. 2.
  • the contact surface denoted 2 ′ between the gas phase 1 and the liquid phase containing solid particles 3, forms waves.
  • the contact surface is increased in this area. The dissolution of the gas therefore takes place more quickly in this case than in the case shown in FIG. 1, that is to say in a segregated regime.
  • the gas phase 1 therefore has a contact surface denoted 2 "high with the liquid phase 3 when the contactor operates in such a plug regime.
  • the contactor T operates in wave mode or in plug mode when the respective introduction speeds of the gas phase and the liquid phase containing solid particles are between 1 and 2 m / s.
  • the contactor is in a dispersed bubble flow regime, as shown in FIG. 4.
  • the liquid phase 3 forms bubbles which are dispersed in the gas phase 1 and the contact surface 2 ' "between the gas phase 1 and the liquid phase containing solid particles 3 is very high.
  • Such a dispersed bubble regime is obtained for respective rates of introduction of the gas and of the liquid phase containing solid particles greater than 2 m / s and which can range up to 10 m / s.
  • the ozonation process of the invention can be implemented in the contactor T operating in segregated mode, in wave mode, in plug mode or in bubble mode dispersed, it will preferably be implemented in wave mode or in plug mode, that is to say with gas introduction speeds between 0.5 and 2 m / s and introduction speeds of the liquid phase containing solid particles between 0.5 and 2 m / s.
  • the introduction speeds mentioned above and in what follows are the speeds obtained when the contactor T is empty.
  • the gas introduction rate will be calculated as a function of the internal section of the contactor used so as to obtain a gas introduction speed of between 0.5 and 2 m / s when the contactor does not contain any phase. liquid containing solid particles.
  • the speed of introduction of the liquid phase containing solid particles will be calculated according to its rate of introduction into the empty contactor and according to the internal section of the contactor.
  • a gaseous mixture containing ozone and a carrier gas such as for example air or oxygen at high concentrations of ozone.
  • Ozone is very reactive, and the quantities of ozone required are generally low; for example, in the case of paper pulps, they are less than 20 kg / t of pulp. Thus, it has been determined that an ozone-air gas mixture containing between 50 and 200 g of ozone per m 3 of gas mixture is entirely suitable.
  • a horizontal stainless steel tubular contactor having an internal diameter of 4.5 cm and a length of 100 m is used.
  • the contactor is supplied with a virgin pulp having a consistency of 2.5%.
  • the flow rate of the paper pulp is calculated so as to obtain pulp speeds (in the empty contactor) of between 1 and 2 m / s.
  • the same speeds are used for the gas mixture consisting of a mixture of air and ozone having an ozone content of 100 g / m 3 of mixture. Under these conditions, the pressure drops are 2 to 3 bars.
  • the ozone transfer capacity is then 1.5 to 3 kg / t of pulp for a residence time of the order of one minute.
  • the pressure drops from 2 to 3 bars are low enough to be compatible with existing ozone compression systems, and even without a compressor, if the ozonator accepts a slight overpressure. Installation is therefore inexpensive and easy to use.
  • the method of the invention may be applied to the ozonation of all other phases comparable to a liquid phase containing solid particles and in particular papers to be recycled, as long as the solid content does not exceed
  • tubular contactor has been described as being of stainless steel, it may be of any other material compatible with wet ozone.
  • tubular contactor has been described as having an internal diameter of 4.5 cm and a length of 100 m, its dimensions may be different, the main thing being that its dimensions allow the dough to remain in the contactor for the time necessary for the completion of the ozonization reaction, taking into account the feed rate of the dough into the contactor.
  • gas mixture is generally an air-ozone or oxygen-ozone mixture
  • any other gas or gas mixture which does not react with ozone may be used as carrier gas

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)

Abstract

La demanderesse propose un nouveau procédé d'ozonation d'une phase liquide contenant des particules solides, notamment une pâte à papier. Selon ce procédé, la phase liquide (3), contenant de 0,5 à 5 % en poids de solide, et le gaz (1) contenant l'ozone sont introduits à cocourant dans un réacteur tubulaire (T).

Description

Procédé d'ozonation d'une phase liquide contenant des particules solides.
L'invention concerne un procédé d'ozonation d'une phase liquide contenant des particules solides. Elle concerne plus particulièrement un procédé d'ozonation de pâtes à papier.
L'ozone est de plus en plus utilisé dans le traitement des pâtes à papier aussi bien vierges que provenant de vieux papiers à recycler.
En effet, des étapes d'ozonation sont introduites dans les procédés de fabrication de pâtes à papier vierges, en particulier pour le blanchiment de ces pâtes à papier.
Des étapes d'ozonation sont également mises en œuvre dans les procédés de traitement de vieux papiers en vue de leur recyclage, pour leur blanchiment, leur défluorescence, leur désencrage, et l'élimination des microorganismes et des enzymes amenés par les vieux papiers. Les pâtes à papier aussi bien vierges que de papiers à recycler sont assimilables à une phase liquide contenant des particules solides, les particules solides étant le papier désintégré.
On connaît un procédé d'ozonation de pâte à papier dans lequel la pâte à papier est ozonée alors qu'elle a une concentration en solides comprise entre environ 25 à 40 % en poids par rapport au poids total de la pâte.
Dans ce procédé, on utilise des tours, dans lesquelles tombe la pâte, ou des systèmes du type à vis sans fin. Il est nécessaire, dans ce procédé, de concentrer au préalable la pâte sur des filtres-presses pour obtenir la bonne concentration, ce qui peut fragiliser les fibres papetières. Au surplus, ces fïltres- presses sont coûteux.
De plus, en raison de la grande réactivité de l'ozone, des risques de traitements hétérogènes existent à ces fortes concentrations en solides.
On connaît également un procédé d'ozonation d'une pâte à papier dans lequel on utilise une pâte à papier ayant une concentration en solides d'environ 8 à 12 % en poids par rapport au poids total de la pâte.
Dans ce procédé, on utilise des mélangeurs connus dans la profession de la papeterie sous le nom de "mixer dynamique" qui sont en pratique des pompes centrifuges. La réaction se fait ici sous pression et le temps de séjour est d'environ quelques secondes. La fibre papetière est là aussi soumise à des contraintes mécaniques importantes qui peuvent la détériorer. De plus, la réaction se faisant sous pression, il est nécessaire dans ce procédé de comprimer l'ozone. Les compresseurs sont coûteux à l'achat et nécessitent un entretien important.
L'ozone est également utilisé dans de nombreux autres domaines de l'industrie pour ozoner les solides contenus dans une phase liquide. Les mêmes problèmes se rencontrent alors.
L'invention vise à pallier les inconvénients des procédés d'ozonation de l'art antérieur en proposant un procédé d'ozonation d'une pâte assimilable à une phase liquide contenant des particules solides qui permet de limiter les contraintes mécaniques exercées sur la pâte, d'obtenir une ozonation homogène de la pâte et de réduire et même supprimer l'étape de compression de l'ozone.
A cet effet, l'invention propose un procédé d'ozonation d'une phase liquide contenant des particules solides par mise en contact avec de l'ozone gazeux, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre dans un contacteur tubulaire biphasique du type gaz-liquide fonctionnant à co-courant de liquide et de gaz et en ce qu'on introduit la phase liquide contenant des particules solides dans le contacteur à une concentration en solides comprise entre 0,5 et 5 % en poids par rapport au poids total de la phase liquide contenant des particules solides.
De préférence, on introduit la phase liquide contenant des particules solides dans le contacteur à une concentration en solides comprise entre 0,5 et 3 % en poids par rapport au poids total de la phase liquide contenant des particules solides.
Avantageusement, l'ozone est introduit dans le contacteur sous la forme d'un mélange gazeux air-ozone ou oxygène-ozone. De préférence, l'ozone est introduit dans le contacteur sous la forme d'un mélange gazeux contenant entre 50 et 200 g d'ozone par m3 de mélange gazeux.
Dans tous les cas, l'ozone ou le mélange gazeux est de préférence introduit dans le contacteur à une vitesse supérieure à 0,5 m/s et inférieure ou égale à 10 m/s. Dans un mode de mise en œuvre préféré, le contacteur est mis en oeuvre en régime à vagues.
Dans un autre mode de mise en œuvre préféré, le contacteur est mis en oeuvre en régime à bouchons.
Ainsi, de préférence, l'ozone ou le mélange gazeux est introduit dans le contacteur à une vitesse comprise entre 0,5 et 2 m/s et la phase liquide contenant des particules solides est introduite dans le contacteur à une vitesse comprise entre 0,5 et 2 m/s.
Dans un mode de mise en œuvre particulièrement préféré, le contacteur tubulaire est un contacteur tubulaire horizontal en acier inoxydable ayant un diamètre intérieur et une longueur permettant compte tenu du débit de pâte d'obtenir les vitesses d'introduction de la phase liquide et de l'ozone ou du mélange gazeux comprises entre 0,5 et 2 m/s.
Le procédé de l'invention est particulièrement approprié lorsque la phase liquide contenant des particules solides est une pâte à papier. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative qui va suivre faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 représente schématiquement une vue en coupe d'un contacteur tubulaire biphasique du type gaz-liquide fonctionnant en régime ségrégé, - la figure 2 représente schématiquement une vue en coupe d'un contacteur tubulaire biphasique du type gaz-liquide fonctionnant en régime à vagues,
- la figure 3 représente schématiquement une vue en coupe d'un contacteur tubulaire biphasique du type gaz-liquide fonctionnant en régime à bouchons, et
- la figure 4 représente schématiquement une vue en coupe d'un contacteur tubulaire biphasique du type gaz-liquide fonctionnant en régime à bulles dispersées.
La grande réactivité de l'ozone lui permet de réagir rapidement sur l'essentiel des grandes fonctions de la chimie organique, et en particulier sur tous les groupes insaturés benzéniques ou phénoliques souvent présents, notamment dans les vieux papiers.
De plus, l'ozone détruit les micro-organismes tels que les bactéries, les champignons, les levures, ainsi que les enzymes comme l'enzyme catalase souvent présents, notamment dans les vieux papiers.
L'ozone trouve donc une application particulière lors de la fabrication des pâtes à papier que celles ci soient vierges ou de vieux papiers à recycler.
Ainsi, l'ozone peut être utilisé dans de nombreux procédés de fabrication de pâtes à papier pour blanchir les pâtes, éliminer les colorants, les azurants optiques, les colles et les encres, ainsi que pour assainir les circuits des installations dans lesquels on met en œuvre les procédés de fabrication. A l'heure actuelle cependant, les procédés d'ozonation, en particulier des pâtes à papier, que celles ci soient vierges ou provenant de vieux papiers, se déroulent à une concentration en solides comprise entre 8 et 40 g de solides pour 100 g de pâte. Les pâtes à papier étant assimilables à un milieu liquide, en général un milieu aqueux, dans lequel des particules solides, en particulier de fibres de bois, sont en suspension, lors de la réaction d'ozonation, on est alors dans le cas d'un mélange que l'on peut assimiler à un mélange biphasique : une phase gaz et une phase liquide contenant des particules solides. La réaction chimique d'ozonation des solides étant rapide, il est nécessaire d'avoir une vitesse de dissolution du gaz très rapide dans ladite phase liquide contenant des particules solides pour que l'ozone réagisse rapidement avec l'ensemble des particules solides et que la réaction ne soit pas limitée par la vitesse de dissolution de l'ozone.
Lorsque l'on travaille à pression atmosphérique selon l'art antérieur, la forte concentration en solides de la pâte et la grande réactivité de l'ozone font que des risques de traitements hétérogènes existent. Un autre procédé de l'art antérieur propose alors, pour augmenter la vitesse de dissolution de l'ozone dans la phase liquide-solide, de conduire la réaction d'ozonation sous pression, ce qui nécessite de comprimer l'ozone. Ceci fait que la fibre papetière est soumise à des contraintes mécaniques importantes qui peuvent la détériorer; en outre, on doit pour comprimer l'ozone utiliser des compresseurs coûteux, à l'achat et à l'entretien.
On a maintenant découvert que tous ces inconvénients étaient surmontés lorsqu'on mettait en œuvre le procédé d'ozonation sur des liquides contenant des particules solides comme des pâtes à papier, mais ayant une faible concentration en solides, c'est-à-dire des pâtes à papier de basses ou très basses consistances.
Dans ce qui précède et dans ce qui suit, les termes "pâte à papier de basse consistance" désignent une pâte à papier et par extension un mélange liquide-solides, dont la concentration en particules solides est comprise entre 0,5 et 5 % en poids par rapport au poids total du mélange liquide/solides. En fait la limite supérieure de concentration de la pâte se déterminera par le passage de la pâte d'un comportement newtonien à un comportement non newtonien; cette valeur dépend du type de bois.
Dans ce qui précède et dans ce qui suit, les termes "pâte à papier de très basse consistance" désignent une pâte à papier et par extension un mélange liquide-solides dont la concentration en particules solides est d'environ 1 % en poids par rapport au poids total du mélange liquide-solides.
En effet, pour des phases liquides ayant de telles concentrations en solides, il est possible d'utiliser des contacteurs tubulaires biphasiques gaz-liquide permettant d'obtenir des valeurs très élevées de la vitesse de dissolution du gaz dans la phase liquide contenant des particules solides.
Le procédé d'ozonation de l'invention est donc caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre dans un contacteur tubulaire biphasique du type gaz-liquide et en ce qu'on introduit la phase liquide contenant des particules solides à basse ou très basse consistance.
Le contacteur tubulaire pour la mise en œuvre du procédé de l'invention peut être un contacteur tubulaire horizontal ou vertical, ou de toute inclinaison intermédiaire, fonctionnant à co-courant de la phase liquide contenant des particules solides. Le gaz peut être introduit par un simple tuyau ou par un système plus sophistiqué, par exemple un mélangeur statique.
La vitesse de dissolution de l'ozone dans la phase liquide contenant des particules solides est fonction des coefficients de transfert de masse gaz-liquide, le but est ici d'obtenir une bonne émulsion gaz-pâte. Selon les vitesses d'introduction respectives du gaz et de la pâte, le réacteur fonctionnera en régime ségrégé, en régime à vagues, en régime à bouchons ou en régime à bulles dispersées.
La figure 1 représente une coupe schématique d'un contacteur tubulaire T horizontal fonctionnant en régime ségrégé dans lequel la phase gazeuse est notée 1 et la phase liquide contenant des particules solides est notée 3. Dans la figure 1, l'aire interfaciale est représentée par la surface de contact entre la phase gazeuse 1 et la phase liquide 3.
Cette surface de contact 2, lorsque le contacteur tubulaire est en régime ségrégé, comme représenté en figure 1, est assimilable à une surface plane. Dans ce cas, l'aire interfaciale correspondant à la surface de contact 2 est moins importante que dans les cas représentés aux figures 2 à 4 qui seront discutés ci-après. Pour cette raison, la vitesse de dissolution de l'ozone est moins favorable. Un tel régime ségrégé est obtenu lorsque les vitesses respectives d'introduction de la phase gazeuse et de la phase liquide sont inférieures à 0,5 m/s.
La surface de contact entre la phase gazeuse et la phase liquide contenant des particules solides est améliorée lorsque, le contacteur T fonctionne en régimes à vagues, comme représenté en figure 2.
Comme on le voit en figure 2, la surface de contact notée 2' entre la phase gazeuse 1 et la phase liquide contenant des particules solides 3, forme des vagues. La surface de contact est augmentée dans ce domaine. La dissolution du gaz se fait donc plus rapidement dans ce cas que dans le cas représenté en figure 1, c'est-à-dire en régime ségrégé.
La vitesse de dissolution de l'ozone, et donc de la réaction de l'ozone avec les solides contenus dans la phase liquide est encore améliorée lorsque, comme représenté en figure 3, le contacteur tubulaire T fonctionne en régime à bouchons. Comme on le voit en figure 3, lorsque le contacteur tubulaire T fonctionne en régime à bouchons, la phase liquide 3 est animée d'un mouvement qui lui fait toucher les deux parois horizontales internes du contacteur.
La phase gazeuse 1 a donc une surface de contact notée 2" élevée avec la phase liquide 3 lorsque le contacteur fonctionne en un tel régime à bouchons. Le contacteur T fonctionne en régime à vagues ou en régime à bouchons lorsque les vitesses respectives d'introduction de la phase gazeuse et de la phase liquide contenant des particules solides sont comprises entre 1 et 2 m/s.
Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque le contacteur est en régime d'écoulement à bulles dispersées, comme montré en figure 4. Dans ce cas, la phase liquide 3 forme des bulles qui sont dispersées dans la phase gazeuse 1 et la surface de contact 2'" entre la phase gazeuse 1 et la phase liquide contenant des particules solides 3 est très élevée.
Un tel régime à bulles dispersées est obtenu pour des vitesses d'introduction respectives du gaz et de la phase liquide contenant des particules solides supérieures à 2 m/s et pouvant aller jusqu'à 10 m/s.
Cependant, pour obtenir un tel fonctionnement en régime à bulles dispersées, il est nécessaire d'utiliser des pressions de gaz très élevées et cela n'est pas préférable dans le procédé de l'invention, car il faut à nouveau utiliser un compresseur de gaz avec les coûts d'achat et d'entretien associés. De plus, l'inconvénient lié aux contraintes mécaniques exercées sur la phase liquide, et en particulier sur la fibre papetière, se retrouve ici.
Donc, pour les raisons exposées ci-dessus, et bien que le procédé d'ozonation de l'invention puisse être mise en œuvre dans le contacteur T fonctionnant en régime ségrégé, en régime à vagues, en régime à bouchons ou en régime à bulles dispersées, il sera de préférence mis en œuvre en régime à vagues ou en régime à bouchons, c'est-à-dire avec des vitesses d'introduction du gaz comprises entre 0,5 et 2 m/s et des vitesses d'introduction de la phase liquide contenant des particules solides comprises entre 0,5 et 2 m/s. Les vitesses d'introduction citées ci-dessus et dans ce qui suit sont les vitesses obtenues lorsque le contacteur T est vide. Autrement dit, on calculera le débit d'introduction du gaz en fonction de la section interne du contacteur utilisé de manière à obtenir une vitesse d'introduction de gaz comprise entre 0,5 et 2 m/s lorsque le contacteur ne contient pas de phase liquide contenant des particules solides.
De la même façon, la vitesse d'introduction de la phase liquide contenant des particules solides sera calculée en fonction de son débit d'introduction dans le contacteur vide et en fonction de la section interne du contacteur.
Pour appliquer une vitesse adéquate d'introduction du gaz, il est avantageux d'utiliser un mélange gazeux contenant de l'ozone et un gaz porteur tel que par exemple l'air ou l'oxygène à des concentrations élevées d'ozone.
L'ozone est très réactif, et les quantités d'ozone nécessaire sont en général faibles; à titre d'exemple, dans le cas des pâtes à papier, elles sont inférieures à 20 kg/t de pâtes. Ainsi, on a déterminé qu'un mélange gazeux ozone-air contenant entre 50 et 200 g d'ozone par m3 de mélange gazeux est tout à fait approprié.
Afin de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de mise en œuvre.
EXEMPLE
On utilise un contacteur tubulaire horizontal en acier inoxydable ayant un diamètre interne de 4,5 cm et une longueur de 100 m. Le contacteur est alimenté avec une pâte à papier vierge ayant une consistance de 2,5 %. Le débit de la pâte à papier est calculé de manière à obtenir des vitesses de pâte (dans le contacteur vide) comprises entre 1 et 2 m/s.
Les mêmes vitesses sont utilisées pour le mélange gazeux constitué par un mélange d'air et d'ozone ayant une teneur en ozone de 100 g/m3 de mélange. Dans ces conditions, les pertes de charge sont de 2 à 3 bars.
La capacité de transfert de l'ozone est alors de 1,5 à 3 kg/t de pâte pour un temps de séjour de l'ordre de une minute.
Les pertes de charge de 2 à 3 bars sont suffisamment basses pour être compatibles avec les systèmes de compression d'ozone existants, et même sans compresseur, si l'ozoneur accepte une légère surpression. L'installation est donc peu coûteuse et d'un emploi facile.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de mise en œuvre décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.
Ainsi, bien que l'invention ait été décrite en référence à une pâte à papier vierge, le procédé de l'invention pourra s'appliquer à l'ozonation de toutes autres phases assimilables à une phase liquide contenant des particules solides et en particulier des papiers à recycler, dès lors que la teneur en solide n'excède pas
5% en poids par rapport au poids total de la pâte.
De même, bien que dans ce qui précède le contacteur tubulaire ait été décrit comme étant en acier inoxydable, il pourra être en tout autre matériau compatible avec l'ozone humide.
De la même façon, bien que dans ce qui précède le contacteur tubulaire ait été décrit comme ayant un diamètre interne de 4,5 cm et une longueur de 100 m, ses dimensions pourront être différentes, l'essentiel étant que ses dimensions permettent à la pâte de séjourner dans le contacteur le temps nécessaire pour l'accomplissement de la réaction d'ozonation, compte-tenu du débit d'alimentation de la pâte dans le contacteur.
Par ailleurs, bien que le mélange gazeux soit généralement un mélange air-ozone ou oxygène-ozone, tout autre gaz ou mélange de gaz ne réagissant pas avec l'ozone pourra être utilisé comme gaz porteur
C'est dire que l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'ozonation d'une phase liquide contenant des particules solides par mise en contact avec de l'ozone gazeux, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre dans un contacteur tubulaire (T) biphasique du type gaz-liquide fonctionnant à co-courant de liquide et de gaz et en ce qu'on introduit la phase liquide contenant des particules solides (3) dans le contacteur (T) à une concentration en solides comprise entre 0,5 et 5 % en poids par rapport au poids total de la phase liquide contenant des particules solides.
2. Procédé d'ozonation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit la phase liquide contenant des particules solides (3) dans le contacteur (T) à une concentration en solides comprise entre 0,5 et 3 % en poids par rapport au poids total de la phase liquide contenant des particules solides.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ozone
(1) est introduit dans le contacteur (T) sous la forme d'un mélange gazeux air- oxygène ou oxygène-ozone.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ozone (1) est introduit dans le contacteur (T) sous la forme d'un mélange gazeux contenant entre 50 et 200 g d'ozone par m3 de mélange gazeux.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ozone (1) ou le mélange gazeux est introduit dans le contacteur (T) à une vitesse supérieure à 0,5 m/s et inférieure ou égale à 10 m/s.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre en régime à vagues.
7. Procédé selon l'une quelconques des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre en régime à bouchons.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ozone (1) ou le mélange gazeux est introduit dans le contacteur (T) à une vitesse comprise entre 0,5 et 2 m/s et en ce que la phase liquide contenant des particules solides (3) est introduite dans le contacteur (T) à une vitesse comprise entre 0,5 et 2 m/s.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contacteur tubulaire (T) est un contacteur tubulaire horizontal en acier inoxydable ayant un diamètre interne et une longueur permettant compte tenu du débit de phase liquide contenant des particules solides d'obtenir les vitesses d'introduction de la phase liquide et de l'ozone ou du mélange gazeux comprises entre 0,5 et 2 m/s.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la phase liquide contenant des particules solides (3) est une pâte à papier.
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