BR112014005055B1

BR112014005055B1 - processo para o tratamento de licor negro de madeira de folhosa e licor negro de madeira de folhosa tratado de acordo com o processo

Info

Publication number: BR112014005055B1
Application number: BR112014005055-4A
Authority: BR
Inventors: Mats NÄSMAN; Maria Björk
Original assignee: Stora Enso Oyj
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2021-01-12
Also published as: EP2753750A4; BR112014005055A2; PT2753750T; CN107503213A; ES2729110T3; EP2753750B1; CN103842582A; WO2013036190A1; EP2753750A1

Abstract

PROCESSO PARA O TRATAMENTO DE LICOR NEGRO DE MADEIRA FOLHOSA E LICOR NEGRO DE MADEIRA FOLHOSA TRATADO DE ACORDO COM O PROCESSO. Um processo para o tratamento de um licor negro de madeira folhosa da fabricação de polpa de madeira folhosa com a finalidade de precipitar compostos de cálcio presente no licor em que o processo compreende as etapas de; fornecer um licor negro de madeira folhosa da fabricação de polpa de madeira folhosa e tratar pelo menos uma parte de dito licor a uma temperatura acima de 160ºC em que os compostos de cálcio presentes no licor negro precipitarão. A invenção também se refere a licor negro de madeira folhosa sendo tratado de acordo com o processo.

Description

PROCESSO PARA O TRATAMENTO DE LICOR NEGRO DE MADEIRA DE FOLHOSA E LICOR NEGRO DE MADEIRA DE FOLHOSA TRATADO DE ACORDO COM O PROCESSO

Campo da invenção

[0001] A presente invenção se refere a um processo para o tratamento de um licor negro de madeira de folhosa com a finalidade de prevenir sujeira indesejada. A presente invenção também se refere a um licor negro de madeira de folhosa tratado de acordo com a invenção.

Antecedentes

[0002] Na indústria de fabricação de papel, lascas de madeira são tratadas em um sistema de digestão para separar as fibras celulose e para remover quantidades desejadas de lignina etc., que liga as fibras juntamente no estado natural de madeira, para a produção de polpa de papel. Digestão de lascas de madeira utilizando um licor alcalino é uma prática comum na indústria. Neste processo, comumente lascas de madeira e um licor de digestão alcalino são introduzidos a um digestor. Após o processo de digestões a polpa produzida e o licor negro de digestão são separados para ser adicionalmente tratados separadamente. O licor negro de digestão neste ponto point é retirado do digestor e então é ainda tratado com a finalidade de recuperar componentes utilizáveis e/ou para usar a energia do licor, preferivelmente queimando-o em um boi ler de recuperação.

[0003] O licor negro é evaporado até um teor de matéria seca mais elevado em uma planta de evaporação em múltiplos estágios, com a finalidade de aumentar a eficiência de etapas de recuperação subsequentes. Um problema comum em plantas de evaporação é a sujeira das superfícies de transferência de calor que diminui a eficiência da transferência de calor. Isto leva a perda de produtividade e maiores custos de operação. Com a finalidade das plantas de evaporação funcionares satisfatoriamente as superfícies de calor necessitam ser limpas de tempos em tempos.

[0004] Carbonato de cálcio tem mostrado que é um componente chave de sujeira nas superfícies nas plantas evaporação. A tendência a sujeira de cálcio em cozimento e/ou licor negro tem mostrado que diminui dramaticamente após o licor ter sido aquecido a ou próximo a temperaturas de cozimento completo típicas. Esta ação é, às vezes, referida no estado da técnica como desativação de cálcio por meio de tratamento térmico. Um exemplo de tal desativação de cálcio é descrito no documento EP 0313730 A1 que descreve aquecimento de licor de cozimento rico em cálcio a ou próximo a temperatura de cozimento completo, mantendo a esta temperatura em um vaso durante um período de tempo, tipicamente mais de dez minutos, e retornando o licor tratado quente, com cálcio "desativado", a um sistema de digestão. Devido às formas de sujeira nas superfícies deste vaso de "sacrifício", geralmente pelo menos dois vasos são necessários com a finalidade de manter operação contínua de desativação de cálcio, com pelo menos um vaso sendo em linha e um vaso sendo limpo de sujeiras. Esta tecnologia é provavelmente efetiva, mas requer adição de capital e custos de operação, e, portanto, não é amplamente praticado na indústria.

[0005] Outro exemplo de tratamento de um licor negro com a finalidade de inibir a sujeira é descrito no documento US 6.090.240 que descreve o tratamento térmico de um licor negro a uma temperatura de 110-145 °C durante um período de 1-20 minutos com a finalidade de reduzir a quantidade de cálcio no licor pela precipitação do cálcio do licor. Nesta patente o licor negro da digestão de madeira de resinosa é tratado.

[0006] Além disso, o tratamento de um licor negro é descrito em Frederick et al., “Preventing Calcium Carbonate Scaling in Black Liquor Evaporators”, Parte 2 de 2, Southern Pulp and Paper Manufacturer/Sep. 1979, pp. 22-29. O tratamento é realizado a 151°C.

[0007] O comércio e o uso de polpa de madeira de folhosa está crescendo devido a sua eficiência de custo superior e disponibilidade em muitos países. Consequentemente, a produção de licores negros de madeiras de folhosas estão também crescendo e assim também a necessidade de recuperação dos componentes e energia destes licores de uma maneira eficiente. Um problema com a recuperação de licor negro de madeira de folhosas é o alto teor de cálcio em algumas espécies de madeira de folhosa resultando em alto teor de cálcio no licor negro resultando em sujeira aumentada na planta de evaporação. Além disso, o tratamento térmico usual a temperaturas de 110-145 °C, como descrito no estado da técnica, não reduz a quantidade de sujeira quando licores negros de madeiras de folhosas são tratados. Além disso, a digestão de polpa de madeira de folhosa é normalmente feita a temperaturas de cozimento menores em comparação com a digestão de madeira de resinosa polpa. Como um resultado da menor temperatura de cozimento a quantidade de cálcio dissolvido no licor negro permanece alta. Durante a digestão de polpa de madeira de resinosa a maioria do cálcio irá desativar e a quantidade de cálcio solúvel no licor negro é assim reduzida. Temperaturas de cozimento durante a digestão de polpa de madeira de folhosa é mantida baixa uma vez que maiores temperaturas de cozimento, por exemplo, temperaturas acima de 155 °C, irão diminuir a rendimento durante o cozimento.

[0008] Existe assim uma necessidade de um processo melhorado para o tratamento de licores negros de madeiras de folhosas com a finalidade de reduzir os problemas com sujeira de compostos de cálcio, tal como carbonato de cálcio.

Sumário da invenção

[0009] É um objeto da presente invenção fornecer um processo para a redução dos problemas de sujeira durante a evaporação de licores negros de madeiras de folhosas.

[0010] Outro objeto é da presente invenção é fornecer um licor negro com tendência reduzida a sujeira.

[0011] Ainda outro objeto da presente invenção é fornecer um licor negro com viscosidade reduzida.

[0012] Estes objetos, bem como outros objetos e vantagens, são conseguidos por meio do processo de acordo com a reivindicação 1. A presente invenção se refere a um processo para o tratamento de um licor negro de madeira de folhosa da fabricação de polpa de madeira de folhosa com a finalidade de precipitar íons de cálcio presente no licor em que o processo compreende as etapas de: fornecer um licor negro de madeira de folhosa da fabricação de polpa de madeira de folhosa e tratar pelo menos uma parte de dito licor a uma temperatura acima de 160 °C em que os íons de cálcio presentes no licor negro precipitarão. Com a finalidade de inibir os componentes de sujeira de cálcio, tal como carbonato de cálcio, em superfícies indesejadas, tal como superfícies de transferência de calor em vasos de evaporação, quando recupera licores negros de madeiras de folhosas encontrou-se que o tratamento a temperaturas que superam 160 °C precipitarão os íons de cálcio no licor de uma maneira fácil e muito eficiente, tornando possível controlar onde a precipitação ocorre e assim prevenir sujeira indesejada, por exemplo, no aquecimento de superfícies em vasos de evaporação.

[0013] A madeira de folhosa usado para a fabricação de polpa é preferivelmente eucalipto, isto é, o licor negro é assim um licor negro de eucalipto. Encontrou-se que licor negro de eucalipto compreende uma grande quantidade de íons de cálcio livres, principalmente devido à baixa temperatura de cozimento, mas algumas espécies de eucalipto também compreende uma quantidade de cálcio aumentada. Consequentemente, o problema com sujeira indesejada é aumentado. Pelo tratamento de um licor negro de eucalipto a temperaturas que superam 160 °C encontrou-se que os íons de cálcio precipitavam e é assim possível controlar a localização para a precipitação e assim prevenir inclusive eliminar a sujeira nas superfícies indesejadas. A madeira de folhosa é ainda preferivelmente uma madeira à base de plantação.

[0014] A temperatura durante o tratamento é preferivelmente entre 160- 190 °C, mais preferivelmente acima de 165 °C e também então preferido entre 165- 185 °C, e ainda mais preferido entre 170-180 °C. Temperaturas baixas demais não precipitarão o cálcio em uma maneira satisfatória e temperaturas altas demais demandam muita energia e assim não é barato.

[0015] O tratamento preferivelmente dura por menos de 60 minutos, preferivelmente abaixo de 40 minutos. O tempo necessário depende do licor negro sendo tratado e na temperatura usada.

[0016] A temperatura é preferivelmente aumentada por contato direto com um meio de aquecimento, preferivelmente vapor de água ou vapor. Vapor de água ou vapor adequado pode ser vapor de água fresco de baixa pressão, vapor de água fresco de média pressão, vapor de água fresco de alta pressão ou vapor secundário proveniente do primeiro estágio de evaporação.

[0017] O tratamento é preferivelmente feito em um vaso de retenção, por exemplo, um vaso separado, uma parte inferior de um vaso de evaporador ou uma seção separada em um vaso de evaporação. Com esta disposição não haverá risco de sujeira de superfícies de aquecimento no vaso de evaporação. O meio de aquecimento pode ser adicionado antes do vaso de retenção, por exemplo, a um condensador separado localizado antes do vaso de retenção ou injetado a um cano localizado antes do vaso de retenção. É também possível adicional o meio de aquecimento diretamente no vaso de retenção.

[0018] É preferido tratar 20-100% do licor negro fornecido a uma temperatura acima de 160 °C. Pode não ser necessário tratar toda a corrente de licor negro a temperaturas aumentadas de acordo com a invenção. Em alguns casos poderia ser suficiente tratar uma parte menor do licor negro e ainda ser capaz de reduzir as tendências a sujeira.

[0019] O teor seco do licor negro a ser tratado é preferivelmente entre 30-45%.

[0020] A presente invenção ainda se refere a um licor negro madeira de folhosa tratado de acordo com o processo descrito acima de. Pelo tratamento de um licor negro de madeira de folhosa a temperaturas que superam 160 °C os íons de cálcio no licor precipitarão e formarão cristais de carbonato de cálcio. Também foi mostrado que a viscosidade do licor negro de madeira de folhosa tratado é reduzido a um dado conteúdo seco que facilita ainda o tratamento e manejo.

Descrição detalhada da invenção

[0021] Durante a recuperação de licor negro da fabricação de polpa de madeira de folhosa, por exemplo, a digestão de lascas de madeira de folhosa, existe um problema com sujeira indesejada nas superfícies dos vasos de recuperação, por exemplo, superfícies de transferência de calor de vasos de evaporação. Quando o licor negro de madeira de folhosa foi tratado de acordo com estado da técnica, por exemplo, a uma temperatura aumentada de menos de 145 °C, nenhuma precipitação de íons de cálcio ocorria, isto é, o cálcio ainda estava em forma dissolvida. Encontrou-se agora que é possível precipitar os íons de cálcio de licor negro de madeira de folhosa pelo tratamento do licor a temperaturas maiores, isto é, a temperaturas acima de 160 °C.

[0022] A polpa de madeira de folhosa é preferivelmente polpa kraft de madeira de folhosa. No entanto, outras polpas, tais como polpas de processos de formação de polpa livre de enxofre pode também ser usado.

[0023] Pode não ser necessário tratar com calor a totalidade da corrente de licor negro do processo de formação de polpa de polpa de madeira de folhosa. Pode ser suficiente tratar somente uma parte do licor negro e ainda ser capaz de reduzir as tendências a sujeira. É preferido tratar 20-100%, mais preferivelmente entre 30-90% do licor negro retirado do processo de formação de polpa. Em alguns casos é necessário tratar a totalidade da corrente, isto é, 100% do licor negro, a temperaturas que superam 160 °C.

[0024] Também foi mostrado que o licor negro de madeira de folhosa sendo tratado de acordo com o processo da invenção terão viscosidade diminuída a um dado conteúdo seco comparado com licores negros de madeiras de folhosas não sendo tratado a temperaturas que superam 160 °C. Isto é vantajoso uma vez que quaisquer tratamentos subsequentes do licor são facilitados, por exemplo, bombeamento do licor etc. Tratamento de líquidos com alta viscosidade é sempre mais difícil assim existe sempre um desejo de reduzir a viscosidade.

[0025] A madeira de folhosa usada para a fabricação de polpa de madeira de folhosa é preferivelmente eucalipto. Foi mostrado que os licores negros de eucaliptos compreendem grandes quantidades de íons de cálcio. Encontrou-se que temperaturas que superam 160 °C é necessário para que os íons de cálcio livres precipitem. No entanto, o licor negro da digestão de outras espécies de madeira de folhosa, tais como bétula, álamo tremedor, acácia ou choupo pode também ser tratados de acordo com o processo da invenção.

[0026] A temperatura durante o tratamento é aumentada a acima de 160 °C. É preferido que a temperatura seja entre 160-190 °C, mais preferido acima de 165 °C e assim também preferido entre 165-185 °C, mais preferido entre 170-180 °C. Temperaturas abaixo de ou a 150 °C não foram encontradas que sejam capazes de precipitar quaisquer íons livres de cálcio em um licor de madeira de folhosa de uma maneira satisfatória. Temperatura alta demais, por exemplo, temperaturas acima de 190 °C, também não são favoráveis uma vez que requer muita energia para aquecer muito o licor e é assim não é barato. É preferido que o vapor de água ou vapor ou uma mistura destes seja usado(a) com a finalidade de aumentar a temperatura do licor. Dependendo da temperatura do licor antes do tratamento e na temperatura necessária com a finalidade de precipitar os íons de cálcio do licor a ser tratado pode ser usado vapor de água com pressão diferente. Se for suficiente usar vapor de água de baixa pressão é obviamente a escolha mais eficiente energeticamente, no entanto, uma vez que as temperaturas necessárias são relativamente altas é mais provavelmente necessário usar vapor de água de média ou alta pressão. Vapor de água ou vapor adequado pode ser vapor de água fresco de baixa pressão, vapor de água fresco de média pressão, vapor de água fresco de alta pressão ou vapor secundário proveniente do primeiro estágio de evaporação.

[0027] É preferido reduzir a temperatura do licor negro após o tratamento por meio de uma ou várias etapas de flash. O flash irá gerar vapor de água que pode ser reusado e deste modo minimizar o consumo de energia global. Outra opção para reduzir a temperatura do licor negro após o tratamento é por esfriamento. O esfriamento irá gerar água morna que poderia ser de interesse, por exemplo, para um moinho que produz aquecimento de distrito.

[0028] É preferido manter o tempo de tratamento tão curto quanto possível. Foi mostrado que um tempo de menos de 60 minutos é suficiente com a finalidade de precipitar os íons de cálcio na forma de compostos de cálcio, tal como carbonato de cálcio, do licor. É preferido que o tempo de tratamento seja inferior a 40 minutos, preferivelmente entre 5-30 minutos. O tratamento pode também durar por menos de cerca de duas horas.

[0029] É preferido que o tratamento é feito em um vaso de retenção, por exemplo, um vaso separado, uma parte inferior de um vaso de evaporador, uma seção separada em um vaso de evaporação ou em um condensador separado localizado antes do vaso de retenção. O vaso de retenção não compreende quaisquer superfícies de transferência de calor que o cálcio precipitado pode causar sujeira em. O tratamento é tipicamente feito antes do segundo ou o terceiro efeito em uma planta de evaporação de contracorrente de sete estágios. O propósito da presente invenção é ter certeza de que a precipitação de cálcio não ocorre, por exemplo, as superfícies de transferência de calor de um vaso de evaporação, isto é, para controlar a precipitação com a finalidade de prevenir a sujeira indesejada.

[0030] O cálcio predominantemente irá precipitar na forma de carbonato de cálcio. Uma vez que os íons de cálcio se precipitaram não estão mais causando quaisquer problemas com a sujeira e o cálcio precipitado continuará juntamente com o licor para tratamento adicional na planta de evaporação.

[0031] O conteúdo seco do licor negro de madeira de folhosa a ser tratado é escolhido de modo que não seja alto demais uma vez que o carbonato de cálcio precipitará a conteúdos de sólidos secos maiores. Se o conteúdo seco for aumentado acima do limite para a precipitação de carbonato de cálcio não é possível controlar onde a precipitação ocorre. O tratamento de licor negro de madeira de folhosa com conteúdo seco baixo demais não é economicamente benéfico uma vez que requer mais energia para aquecer o licor às temperaturas requeridas. Pode ser preferido que o licor negro de madeira de folhosa a ser tratado de acordo com a invenção tenha um conteúdo seco de 30- 45%.

[0032] Pode ser esperado que o processo de desativação como exposto acima de (e também refletido pela reivindicação 1) pode ser diferente dependendo da matériaprima diferente usada no processo de formação de polpa uma vez que a matéria-prima pode ser diferente na composição química. A temperatura de tratamento requerida do licor negro deve que exceder a temperatura de cozimento projetada, mas não ser alta demais para afetar negativamente o equilíbrio de energia do moinho. Intervalos de temperatura de tratamento adequada de acordo com esta invenção é como exposto acima de 160-190 °C, e preferivelmente 165-185 °C. nos testes da parte de exemplo a seguir, eucalipto foi usado como matéria-prima, mas é esperado que resultados similares sejam conseguidos com outras madeiras de folhosas, por exemplo, álamo tremedor, choupo, acácia e bétula.

[0033] Características preferidas de cada aspecto da invenção são como para cada dos outros aspectos mutatis mutandis. Os documentos do estado da técnica mencionados no presente documento são incorporados em sua extensão mais completa permitida por lei. A invenção é ainda descrita nos seguintes exemplos que não limitam o escopo da invenção de qualquer maneira. Modalidades da presente invenção são descritas como mencionado em mais detalhe com a ajuda dos exemplos de modalidades, cujo único propósito é ilustrar a invenção e não são de nenhuma maneira pretendidos que limitem em sua extensão.

Exemplo 1

[0034] Licor negro do processo de cozimento kraft de eucalipto foi evaporado até 34,5 % de conteúdo de sólidos secos e tratado a temperaturas de 140 °C, 170 °C e 180 °C por um período de 30 minutos.

[0035] A Tabela 1 a seguir mostra os resultados de medição de cálcio solúvel no licor negro após tratamento térmico de acordo com a invenção.

[0036] O conteúdo de cálcio foi medido com espectrometria de emissão óptica de plasma acoplado indutivamente (ICP-AES).
Tabela 1: Comparação de cálcio solúvel em licor negro não tratado como referência e cálcio solúvel em licores negros tratados por 30 minutos a diferentes temperaturas.

[0037] Pode ser visto da tabela 1, a quantidade de cálcio solúvel é fortemente reduzida após um tratamento a 180 °C por um período de 30 minutos. Também pode ser visto da tabela 1 que a quantidade de cálcio solúvel não é afetada após o tratamento a 140 °C por um período de 30 minutos e que o tratamento a 170 °C é capaz de reduzir a quantidade de cálcio solúvel.

Exemplo 2

[0038] Licor negro do processo de cozimento kraft de eucalipto foi evaporado até 34,5 % do conteúdo de sólidos secos e tratado a 180 °C por períodos de 5, 10, 20 e 30 minutos.

[0039] A Tabela 2 a seguir mostra os resultados da medição de cálcio solúvel no licor negro após o tratamento térmico de acordo com a invenção.

[0040] O conteúdo de cálcio foi medido com espectrometria de emissão óptica de plasma acoplado indutivamente (ICP-AES).
Tabela 2: Comparação de cálcio solúvel em licor negro não tratado como referência e cálcio solúvel em licores negros tratados a 180 °C para diferentes períodos de tempo.

[0041] Como pode ser visto de Tabela 2, a quantidade de cálcio solúvel é reduzida após um tratamento a 180 °C. O tempo de tratamento eficaz é nivelado após 20 minutos, isto é, não é necessário para tratar este licor negro de eucalipto por mais de 20 minutos.

Exemplo 3

[0042] Os licores negros no exemplo 3 foram baseados em Eucalipto em que os resultados são refletidos na tabela 3 e 4. A Tabela 3 shows o efeito de tratamento térmico a 150 °C. A Tabela 4 mostra que o tratamento a 180 °C durante 2 horas deu um efeito drástico de cálcio dissolvido.
Tabela 3: Comparação de cálcio solúvel em licor negro não tratado como referência e cálcio solúvel em licores negros tratados a 150 °C para diferentes períodos de tempo.

Tabela 4: Comparação de cálcio solúvel em licor negro não tratado como referência e cálcio solúvel em licores negros tratados 2 horas a 180 °C.

[0043] Em vista do acima de descrição detalhada da presente invenção, outras modificações e variações se tornarão aparentes para os técnicos no assunto. No entanto, deve ser aparente que tais outras modificações e variações podem ser efetuadas sem se afastar do espírito e escopo da invenção.

Claims

Processo para o tratamento de um licor negro de madeira de folhosa proveniente da fabricação de polpa de madeira de folhosa, com a finalidade de precipitar íons cálcio presentes no dito licor, caracterizado por compreender as etapas de:
- − fornecer um licor negro de madeira de folhosa proveniente da fabricação de polpa de madeira de folhosa;
- − tratar pelo menos uma parte do dito licor a uma temperatura entre 165ºC e 185ºC, em que os compostos de cálcio presentes no licor negro precipitarão, predominantemente, na forma de carbonato de cálcio.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a madeira de folhosa é eucalipto, álamo tremedor, choupo, acácia ou bétula ou uma combinação destas.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a temperatura durante o tratamento está entre 170°C e 180°C.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o tratamento dura menos de cerca de duas horas, preferivelmente menos de 60 minutos, mais preferivelmente menos de 40 minutos, sendo especialmente preferido entre 5 minutos e 30 minutos.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o tratamento é feito em um vaso de retenção.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a temperatura é aumentada por contato direto com um meio de aquecimento, preferivelmente vapor de água ou vapor.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que 20% a 100% do licor negro fornecido é tratado a uma temperatura entre 165ºC e 185ºC.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o teor seco do licor negro a ser tratado está entre 30% e 45%.