BR112015013578B1

BR112015013578B1 - método para produção de celulose a partir de material contendo lignocelulose

Info

Publication number: BR112015013578B1
Application number: BR112015013578-1A
Authority: BR
Inventors: Steffen Fischer; Christian Bãurich; Stefan Erren; Dieter Schonhaber; Martin Schachtl
Original assignee: Basf Se; Tchnische Universitãt Dresden
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2021-07-06
Also published as: RU2649301C2; CA2892725A1; BR112015013578A2; AU2013357649A1; PL2931968T3; ZA201504934B; JP6290244B2; PT2931968T; KR20150093825A; TW201428031A; AR093929A1; CN104838065A; AU2013357649B2; WO2014090609A1; CL2015001406A1; RU2015127891A; ES2708216T3; PH12015501255A1; TWI607041B; EP2931968B1

Abstract

MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE CELULOSE A PARTIR DE MATERIAL CONTENDO LIGNOCELULOSE E USO DOS SAIS DO ÁCIDO DITIÔNICO PARA REDUÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS MALCHEIROSAS Método para produção de celulose a partir de material contendo ignocelulose por meio da digestão de sulfeto ou da digestão de sulfato na presença de um sal do ácido ditiônico, caracterizado pelo fato de que o sal do ácido ditiônico é usado em uma quantidade na faixa de 0,1% a 4,0% em peso em relação à quantidade de material contendo lignocelulose seco em forno.

Description

[001] A presente invenção diz respeito a um método para produção de celulose a partir de material contendo lignocelulose por meio da digestão de sulfito ou da digestão de sulfato, conforme definido nas reivindicações.

[002] Os métodos para obtenção de celulose (também chamada, no presente relatório e no âmbito técnico, de “polpa de celulose”) a partir de material contendo lignocelulose, tal como a madeira, são conhecidos e descritos, por exemplo, na Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie, 4a edição, volume 17, “Papier, Faserrohsstoffe”, páginas 531-576, Verlag Chemie Weinheim, New York (1979). Convencionalmente, a celulose é obtida por meio de processos químicos de digestão a partir do material contendo lignocelulose, por exemplo, madeira. Tais métodos químicos de digestão são, por exemplo, a digestão de sulfito utilizada para este fim ou a digestão de sulfato igualmente conhecida. Digestão de sulfito e digestão de sulfato são descritas, por exemplo, na literatura citada acima (Ullmann).

[003] Dito de forma simplificada, material contendo lignocelulose é tratado como a seguir em ambos os processos citados a fim de se obter celulose.

[004] No caso do método com sulfito (também chamado, no presente relatório, de “digestão de sulfito”), material contendo lignocelulose, geralmente madeira, é tratado em meio ácido ou neutro na presença de sulfitos (sais do ácido sulfuroso H2SO3) com um assim chamado licor de cozimento, em que a lignina normalmente é sulfonada e solúvel em água e, com isso, pode ser removida das fibras para abandonar a polpa de celulose.

[005] Existem diversos tipos de processo da digestão de sulfito, os quais se diferenciam, dentre outros fatores, pelo valor de pH de sua solução de cozimento. Estes são, por exemplo: a) a digestão ácida de bissulfito com sulfito de dihidrogênio de magnésio (também chamado, a seguir, de “Mg(HSO3)2”)e dióxido de enxofre, SO2 bem como água como componentes do licor de cozimento; b) a digestão de bissulfito com Mg(HSO3)2 como componente do licor de digestão; c) a digestão de sulfito neutro com sulfito de dissódio (também chamado, a seguir, de “Na2SO3”) e carbonato de sódio (também chamado, a seguir, de “Na2CO3”) como componentes do licor de cozimento e d) a digestão de sulfito alcalino com Na2SO3 e hidróxido de sódio (também chamado, a seguir, de “NaOH”) bem como água como componentes do licor de cozimento.

[006] Via de regra, magnésio na forma de óxido de magnésio (MgO) é utilizado como base quando da digestão ácida de bissulfito, o magnésio sendo então convertido em sulfito de dihidrogênio. Em vez do magnésio (Mg), cálcio (Ca), sódio (Na) ou amônia também podem ser utilizados, quando da digestão ácida de bissulfito, como base para a solução de cozimento, um dos quais sendo então empregado analogamente ao magnésio como óxido ou hidróxido correspondente. Esses metais, até mesmo o cálcio, também podem ser empregados, convencionalmente, de maneira análoga quando da digestão de bissulfito.

[007] No caso do método com sulfito, atualmente o método ácido com bissulfito de magnésio é o mais utilizado.

[008] Como material contendo lignocelulose estão em questão, para o método com sulfito, madeiras de coníferas, tais como madeira de abeto, madeira de tília e a madeira da cicuta. Além destas também se adequam alguns tipos de madeira dura, tais como faia, álamo e bétula. A madeira preferencial no método com sulfito é a madeira de abeto.

[009] Os diferentes tipos de processo citados acima do método com sulfito normalmente trabalham a pressões respectivas na faixa de 0,1 a 10 bar e, de modo geral, em faixas determinadas de valor de pH. A digestão ácido de bissulfito a) normalmente a um valor de pH na faixa de 2 a 3, a digestão de bissulfito b) normalmente a um valor de pH na faixa de 3 a 5, a digestão de sulfito neutro c) normalmente a um valor de pH na faixa de 6 a 9 e a digestão de sulfito alcalino d) normalmente a um valor de pH em torno de 11.

[010] Correspondentemente à faixa de pH, as temperaturas de digestão se diferenciam no caso do método com sulfito. Portanto, a faixa de temperatura da digestão ácido de bissulfito a) fica, via de regra, entre 120 °C a 150 °C, a da digestão de bissulfito b) fica na faixa dos 150 °C a 160 °C e a da digestão de sulfito de sódio c) ou também a da digestão do sulfito alcalino d), via de regra, entre 160 °C a 180 °C.

[011] O licor de cozimento do método com sulfito normalmente contém o assim chamado dióxido de enxofre livre (SO2), o qual está presente como SO2, e ácido sulfuroso (também indicado, a seguir, por “H2SO3”) e SO2 ligado, o qual está ligado a um cátion (base). SO2 livre e SO2 ligado são indicados, via de regra, como SO2 total. O licor de cozimento do método com sulfito se compõe, no geral, de acordo com:

[012] M2SO3 + H2SO3 + SO2 + H2O,

[013] a partir do que o M2SO3 e o SO2 são atribuídos ao SO2 livre e o M2SO3 é atribuído ao SO2 ligado. No presente contexto, M é a respectiva assim chamada base, por exemplo, magnésio.

[014] A fração da base e do SO2 no licor de cozimento é indicado, nesse caso, em percentual em peso. Assim, um licor de cozimento com um teor de SO2 total de 80 g por litro contém, por exemplo, 8% de SO2 total. A fração de base é novamente indicada como sua respectiva forma oxida, tal como MgO, CaO e Na2O.

[015] A produção de um licor de cozimento normalmente ocorre por meio de uma absorção de SO2 em água e em veículos base. A equação a seguir deve servir como exemplo para o princípio da produção de licor de cozimento da digestão de bissulfito com magnésio como base (bissulfito de magnésio).

[016]

[017] No método com sulfato (também designado, no âmbito técnico, como “digestão de força” ou “digestão de sulfato”), celulose normalmente é obtida a partir de material contendo lignocelulose, por exemplo, a partir da maneira de árvores ou também a partir de plantas anuais, por exemplo, junco, grão (palha), cana de açúcar (bagaço), milho.

[018] Convencionalmente, no método com sulfato, aquecem-se lascas do material contendo lignocelulose, por exemplo, madeira ou talos herbáceos fragmentados, em vasos de pressão por várias horas, por exemplo, de 3 a 6 horas, à temperatura elevada, por exemplo, na faixa de 7 a 10 bar, normalmente em uma mistura a partir de solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH aquoso), sulfito de sódio (Na2S) e sulfato de sódio (também designado, a seguir, como “Na2SO4”) e eventualmente carbonato de sódio (também designado, a seguir, como “Na2CO3”).

[019] Nesse caso, surge a assim chamada “solução negra” (lignina alcalina solúvel), a qual é separada da polpa de celulose por meio de filtragem.

[020] A celulose pode ser separada da lignina com os métodos por sulfito e sulfato citados; no entanto, continua sendo válido elevar o rendimento em polpa de celulose, e isso especialmente com teor de lignina simultaneamente baixo da polpa de celulose.

[021] Conhece-se que durante digestão da madeira para polpa de celulose há uma relação entre o assim chamado “grau de digestão”, expresso, por exemplo, pelo número kappa, e o rendimento em polpa de celulose. O número kappa é uma medida para o teor de lignina da polpa de celulose. Um número kappa muito baixo, portanto, teor de lignina muito baixo na polpa de celulose, correlaciona-se normalmente com um baixo rendimento de polpa de celulose. A saber, geralmente quando da digestão progressiva, não apenas a lignina é removida cada vez mais e mais, mas sim (componentes) polpa de celulose (predominantemente hemicelulose) a partir da madeira se diluem no licor de cozimento ou na solução de cozimento. Em função disso surge como resultado uma baixa quantidade de polpa isolada de celulose em relação à madeira empregada.

[022] Uma desvantagem da digestão da polpa de celulose de acordo com o método com sulfato é o surgimento de substâncias malcheirosas, tais como mercaptano, especialmente metilmercaptano.

[023] A adição de ditionito de sódio (também designado, a seguir, por “Na2S2O4) no processo de produção de polpa de celulose é basicamente conhecido a partir da literatura.

[024] G. Jayme e G. Worner descrevem uma digestão alcalina com sulfito da madeira de abeto em temperatura de 170 °C, por 24 horas, em que em 100 cm3 da solução de digestão 3 g de NaOH, 1,56 g de ditionito de sódio (Na2S2O4) e 4,69 g de Na2SO3 estavam contidos (G. Jayme, G. Worner, Papier, 6. Jahrgang, Heft 11, páginas 220-222 (1952)). Nesse caso, quantidades relativamente grandes de ditionito de sódio, em relação à madeira a ser tradada, são descritas indiretamente por meio da tabela quantitativa dos produtos químicos bem como da “relação de soluções” (página 221, coluna esquerda, tabela numérica e o parágrafo subsequente).

[025] Além disso, Jayme e Worner descrevem em Holz als Roh- und Werkstoff 10 (1952) 6, páginas 244 - 249, o uso de quantidades relativamente grandes de ditionito de sódio (Na2S2O4) em um licor de sulfato (65% de NaOH, 25% de Na2S e 10% de Na2CO3) na digestão de sulfato da madeira de abeto. A quantidade de ditionito de sódio, com base na madeira a ser tratada, também é descrita aqui indiretamente via tabela quantitativa de produtos químicos e também via “proporção de licor” (página 246, coluna à esquerda, de “Effect of sodium hypodisulfite in sulfate pulping liquors” ao longo da tabela 2). A “proporção de licor” de 1 : 75 descrita aí indica que 7,5 partes em massa de licor de cozimento foram usadas por 1 parte em massa de madeira.

[026] O problema abordado pela presente invenção foi o de obter um alto rendimento de polpa de celulose associado a um conteúdo simultaneamente baixo de lignina na parte da polpa na digestão de material lignocelulose, à medida em que reduz a criação de emissões malcheirosas no processo de sulfato, em particular.

[027] O problema foi resolvido ao se adicionar pequenas quantidades de um sal de ácido ditiônico (também chamado, adiante, de “H2S2O4”) ao processo de sulfito ou sulfato e, do contrário, conforme descrito nas reivindicações.

[028] Celulose é conhecida e descrita, por exemplo, na “Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie”, 4a edição, volume 17, “Paper, fibrous raw materials”, Verlag Chemir Weinheim, New York (1979), no capítulo 1. Material contendo lignocelulose, no presente relatório, é qualquer material, preferencialmente material natural, que compreende lignina e celulose.

[029] Material contendo lignocelulose preferencial compreende madeira, incluindo madeiras em lascas, tais como cortes de madeira a partir de serrarias.

[030] Madeiras bem adequadas são as madeiras de coníferas, preferencialmente abeto ou pino ou madeira de lei, tal como faia.

[031] Material contendo lignocelulose, no presente documento, compreende, adicionalmente, gramíneas e plantas anuais, por exemplo, palha, junco, grama agulha, bambu e bagaço, embora estes não sejam, normalmente, digeridos usando-se o processo com sulfito, mas preferencialmente usando-se os processos alcalinos de digestão ou o processo com sulfito neutro.

[032] Digestão com sulfito e digestão com sulfato para obter celulose são conhecidas e estão descritas no início e mais detalhadamente na Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie, 4a edição, volume 17, “Paper, fibrous raw materials”, Verlag Chemie Weinheim, New York (1979), páginas 535 - 549, no capítulo 14.

[033] Sais de ácido ditiônico (H2S2O4), no presente relatório, são quaisquer sais de metal ou sais de amônia não substituídos (NH4+) ou substituídos (NR4+) desse ácido.

[034] Sais de metal alcalino, sais de metal alcalino terroso, sais de metais do grupo 12 da tabela periódica e também sais de amônia (NH4+) são sais muito úteis do ácido ditiônico.

[035] Sais preferenciais de ácido ditiônico são ditionito de sódio (Na2S2O4), ditionito de potássio (K2S2O4), ditionito de cálcio (CaS2O4), ditionito de zinco (ZnS2O4), ditionito de amônia (NH4)2S2O4).

[036] Sais de ácido ditiônico, incluindo aqueles preferenciais acima, também compreendem, conforme se perceberá, aqueles tipos que compreendem água de cristalização e/ou aditivos, estes para estabilização, por exemplo.

[037] O produto de ditionito de sódio comercializado pela BASF SE como Blankit® ou Blankit® é um sal muito útil do ácido ditiônico.

[038] Qualquer versão do processo com sulfito conforme descrita no início e na Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie, 4a edição, volume 17, “Paper, fibrous raw materials”, páginas 531 - 576, Verlag Chemie Weinheim, New York (1979) é adequada, a princípio, para o método da presente invenção.

[039] A temperatura da polpa de celulose na digestão com sulfito normal geralmente fica na faixa de 100 °C a 160 °C.

[040] O processo com bissulfito com Mg(HSO3) como um componente do licor de cozimento é um processo com sulfito muito útil do método da presente invenção e será descrito adiante mais detalhadamente.

[041] O material contendo lignocelulose usado compreende madeira de coníferas, mais preferencialmente como lascas. Lascas são tipicamente usadas no estado de recém-saída da floresta (isto é, com um teor de matéria seca em cerca de 50% em peso). A quantidade usada é computada como substância seca por forno a fim de que o rendimento da polpa de celulose possa ser subsequentemente determinado, por exemplo.

[042] O licor de cozimento pode ser preparado ao se suspender carbonato de magnésio (também chamado, a seguir, de “MgCO3) em água e ao se passar SO2 para a suspensão, geralmente até que a suspensão tenha se tornado numa solução clara, a qual tem um pH de cerca de 3,8, por exemplo. Nesse estágio, normalmente é o caso em que toda a substância inteiramente dissolvida esteja presente substancialmente como Mg(HSO3)2. Em introdução continuada de SO2, o pH continuará a diminuir à medida que a proporção de ácido sulfuroso aumenta.

[043] Cozinhar o assim chamado material contendo lignocelulose com o licor de cozimento ocorre em fornos convencionais, em lotes ou mesmo continuamente. O tempo total de cozimento fica na faixa de 400 a 600 minutos.

[044] Um perfil de temperatura é preferencialmente usado para cozimento nos processos com bissulfito citados no presente documento, preferencialmente o processo com bissulfito com Mg(HSO3) como um componente do licor de cozimento.

[045] Um perfil de temperatura muito útil é o seguinte: Primeira fase: aquecimento a partir de uma temperatura na faixa de 15 °C a 30 °C até uma temperatura na faixa de 100 °C a 110 °C, dentro de 60 a 120 minutos; Segunda fase (fase de impregnação): pausa de 60 a 90 minutos a uma temperatura na faixa dos 100 °C a 110 °C; Terceira fase: aquecimento a partir de uma temperatura na faixa dos 100 °C a 110 °C até uma temperatura na faixa dos 150 °C a 160 °C, dentro de 45 a 90 minutos; Quarta fase (tempo de pronto-cozimento): pausa de 150 a 250 minutos a uma temperatura na faixa dos 150 °C a 160 °C; Quinta fase: resfriamento a uma temperatura na faixa dos 100 °C a 90 °C.

[046] O sal de ácido ditiônico, preferencialmente ditionito de sódio (Na2S2O4), ditionito de cálcio (CaS2O4), ditionito de zinco (ZnS2O4), mais preferencialmente ditionito de sódio, é adicionado à mistura de material contendo lignocelulose, preferencialmente as lascas de madeira de coníferas e o licor de cozimento, conforme descrito acima, a uma quantidade de 0,1% a 4,0% em peso, preferencialmente de 1,0% a 2,0% em peso, tudo com base no material contendo lignocelulose seco a forno, preferencialmente as lascas secas a forno de madeira de conífera.

[047] A princípio, o sal do ácido ditiônico pode ser adicionado a qualquer estágio durante o processo de cozimento ou mesmo depois. Os regimes de dosagem que vêm a seguir são preferenciais, contudo: a) no início da 2a fase b) no início da 4a fase c) aproximadamente a metade através da 4a fase.

[048] Preferencialmente, o sal do ácido ditiônico é adicionado no início da 2a fase, isto é, a fase de impregnação.

[049] Um processo com sulfato, o qual é muito útil para o método da presente invenção, será descrito agora.

[050] Madeiras, tais como madeiras de lei, ou, preferencialmente, de coníferas, mais preferencialmente de abeto, preferencialmente na forma de lascas, são usadas como material contendo lignocelulose.

[051] O licor de cozimento usado pode, a princípio, ser a familiar mistura de processo com sulfato de solução de hidróxido de sódio (NaOH aquoso), sulfito de sódio (Na2S) e sulfato de sódio (também chamado, a seguir, de “Na2SO4”) e opcionalmente carbonato de sódio (também chamado, a seguir, de “NaCO3”), misturado com o saldo do ácido ditiônico, preferencialmente selecionado a partir do grupo consistindo em ditionito de sódio, ditionito de zinco e ditionito de cálcio, numa quantidade de 0,1% a 4% em peso, com base na quantidade de material contendo lignocelulose seco ao forno.

[052] Um licor de cozimento que é muito adequado ao método com sulfato da presente invenção será descrito agora.

[053] O licor de cozimento para o processo com sulfato normalmente compreende NaOH e sulfito de sódio (Na2S) como agente químico ativo de cozimento. A soma total das duas substâncias (expressas como NaOH) em relação ao material contendo lignocelulose, preferencialmente madeira (seca ao forno), é a taxa alcalina. Essa taxa normalmente fica na faixa de 20% a 24% em peso.

[054] A concentração na qual essas substâncias devem estar presentes no licor de cozimento normalmente depende da assim chamada “taxa de licor”. Uma pessoa versada na técnica entende que se refere às frações de massa de licor de cozimento em relação às frações de massa de material de lignocelulose, preferencialmente madeira (seca ao forno). No caso de madeiras de coníferas, por exemplo, abeto e pino, a taxa de licor geralmente fica na faixa de 4 : 1 a 4,5 : 1, por exemplo, 4,2 : 1, normalmente de acordo com a densidade de enchimento de madeira no forno. Portanto, a concentração de álcali ativo no licor de cozimento fica na faixa de 45 a 60°g/l, por exemplo. A proporção total de álcali ativo total que é considerada pelo sulfito de sódio (Na2S) é a sulfidez (reportada em %). Sulfidez geralmente fica na faixa de 30% a 38%, por exemplo, 30%.

[055] O licor de cozimento para o método com sulfato da presente invenção compreende um sal de ácido ditiônico, preferencialmente selecionado a partir do grupo consistindo em ditionito de sódio, ditionito de zinco e ditionito de cálcio, numa quantidade de 0,1% a 4% em peso, com base na quantidade de material contendo lignocelulose seco ao forno.

[056] O pH do licor de cozimento para o método com sulfato da presente invenção normalmente fica em cerca de 14 no início do processo de cozimento.

[057] Cozinhar o material contendo lignocelulose com o licor de cozimento para o método com sulfato da presente invenção ocorre em etapas ou continuamente em fornos convencionais.

[058] Tempo total de cozimento para o método com sulfato da presente invenção normalmente fica na faixa de 200 a 400 minutos, preferencialmente de 240 a 300 minutos.

[059] A temperatura de cozimento para o método com sulfato da presente invenção fica na faixa de 160 °C a 185 °C, por exemplo, 170 °C.

[060] O sal do ácido ditiônico, preferencialmente selecionado a partir do grupo consistindo em ditionito de sódio, ditionito de zinco e ditionito de cálcio, mais preferencialmente ditionito de sódio, é adicionado, no processo com sulfato da presente invenção, à mistura de material contendo lignocelulose e licor de cozimento numa quantidade de 0,1% a 4,0% em peso, preferencialmente 1,0% a 2,0% em peso, com base no material contendo lignocelulose seco ao forno.

[061] A princípio, o sal do ácido ditiônico pode ser adicionado em qualquer estágio durante o processo de cozimento do método com sulfato de acordo com a presente invenção.

[062] O sal de ácido ditiônico é preferencialmente adicionado na fase de impregnação, na fase final de digestão ou na fase principal de digestão no método com sulfato da presente invenção, mais preferencialmente na fase final de digestão ou na fase principal de digestão no método com sulfato da presente invenção.

[063] O método que a presente invenção provê para produção de celulose a partir de material contendo lignocelulose por meio de digestão de sulfito ou digestão de sulfato fornece polpa de celulose em alto rendimento, combinado com boa deslignificação do material contendo lignocelulose. Há uma melhoria no brilho da polpa crua.

[064] A adição de um sal do ácido ditiônico no método com sulfato da presente invenção reduz a concentração da substância malcheirosa, preferencialmente do mercaptano, no gás de purga do processo de cozinhar o sulfato. EXEMPLOS (1) Digestão de sulfito por meio do processo com bissulfito com Mg(HSO3)2 como um componente do licor de cozimento. A) material contendo lignocelulose:

[065] Lascas de madeira de abeto pré-selecionadas e pré-secas no ar ambiente por 2 a 3 dias antes de se cozinhar, conteúdo de água variando de 2,4% a 33,2% em peso, com média em cerca de 30% em peso. B) licor de cozimento:

[066] Aritmeticamente, 2,7% em peso de MgO por litro. pH antes de se cozinhar (pH inicial) 3,8. 1100 g de MgCO3 foram suspensos em 17 litros de água deionizada para obtenção de uma concentração aritmética de MgO de cerca de 2,7% em peso. Dióxido sulfuroso gasoso (SO2) foi passado para a suspensão até que o pH fosse de 3,8. C) Cozimento:

[067] 3200 g (contados em secagem ao forno) de lascas de madeira de abeto com um teor original de água conforme descrito em A) e 16 litros do licor de cozimento a partir de B) foram colocados em fornos de banho com capacidade para 25 litros, correspondendo a uma proporção de mistura de 5 : 1 para licor de cozimento: madeira seca ao forno. O forno foi equipado com um recirculador de licor, um aquecedor elétrico do tipo manta, um controlador de temperatura, um manômetro, um sensor de temperatura, um eletrodo de pH e um sistema de processamento de dados eletrônico conectado.

[068] O seguinte programa de aquecimento foi implementado: 1a fase: tempo de 105 minutos de aquecimento a partir da temperatura ambiente (23 °C) a 105 °C; 2a fase: tempo de 90 minutos de conservação (fase de impregnação) a 105 °C; 3a fase: tempo de 60 minutos de aquecimento a temperatura de pronto cozimento a 155 °C. 4a fase: tempo de 195 minutos de pronto-cozimento à temperatura de pronto-cozimento de 155 °C. 5a fase: tempo de cerca de 60 minutos sem gás (sem aquecimento ao atingir o tempo de cozimento) até uma temperatura abaixo de 100 C.

[069] Tempo de digestão totalizado em 510 minutos (8h30 min.). A pressão no forno no final do tempo de pronto-cozimento ficou na faixa de 8 a 9 bar.

[070] Ditionito de sódio (Blankit®S, da BASF SE) foi adicionado na forma de uma solução em água à mistura no forno dentro de 10 minutos por meio de bombeamento dosado, especificamente a 32 g de Na2S2O4 (1% em peso de Na2S2O4 com base na madeira empregada recontada em secagem por forno) e/ou 64 g de Na2S2O4 puro (2% em peso de Na2S2O4 com base na madeira empregada recontada em secagem por forno).

[071] Os tempos de adição para o ditionito de sódio foram os seguintes, por experimento: no início do tempo de manutenção (fase de impregnação), cerca de 105 minutos após início do experimento ou a partir do início do tempo de pronto-cozimento, cerca de 255 minutos após início do experimento ou metade através do tempo de pronto-cozimento, cerca de 360 minutos após início do experimento.

[072] No caso do experimento W 16, as lascas foram impregnadas com solução aquosa suficiente de ditionito de sódio (Blankit®S, da BASF SE) para corresponder a 1% em peso de Na2S2O4 puro, com base na madeira empregada recontada em secagem por forno, imediatamente antes da digestão.

[073] Ao término da digestão, a polpa de celulose foi removida, misturada com água e desfibrilizada com um agitador. A polpa de celulose desfibrilizada foi vertida em uma peneira, lavada com água e reenxaguada em uma centrífuga. D) Inventário e Avaliação:

[074] A Tabela 1 mostra os experimentos: TABELA 1

[1] Os valores denotam números de minutos após início do experimento, isto é, começo do primeiro aquecimento [2] Ditionito de sódio Na2S2O4

[075] Os resultados dos experimentos na Tabela 1 são coletados na Tabela 2: TABELA 2

[076] As definições a seguir se aplicam a isso:

[077] Rendimento de matéria é a quantidade de polpa de celulose obtida (sem rejeições/lascas) como uma proporção da madeira usada; foi determinado ao se pesar e se medir o teor de matéria seca.

[078] O número kappa indica a dureza da polpa e foi determinado de acordo com a ISSO 302. Dito de forma simples, o consumo de permanganato de potássio (consumo de KMnO4) é medido para determinar o número kappa em uma suspensão de polpa aquosa em um meio ácido sob condições definidas. Quanto mais alto for o teor de lignina da polpa, maior o consumo de permanganato de potássio e, portanto, maior o número kappa. Quanto maior for o número kappa, maior o teor residual de lignina da polpa e mais dura, no geral, é a polpa.

[079] Brilho 9R457) denota refletância a 457 nm e foi determinado em um Elrepho® da Datacolor, de acordo com a ISO 2470.

[080] A viscosidade foi determinada de acordo com a ISO 5351/1 (International Standard ISO 5351/1, Cellulose in dilute solutions - Determination of limiting viscosity number, Part 1: Method in cupri-ethylene- diamine (CED) solution, primeira edição, 01/12/1981). É preparada uma solução de celulose em solução de diamina-etileno-cobre. A concentração do solvente é um valor fixo. A concentração de celulose na solução é decidida de acordo com a amostra a ser determinada. O que é medido é o tempo de fluxo tanto do solvente como da solução de celulose através de um viscômetro capilar a 25 °C. O número de viscosidade limite é computado a partir dos resultados da determinação e a concentração conhecida da solução de celulose de acordo com a equação de Martin. A medição foi realizada de acordo com a alternativa A do método de determinação (International Standard ISO 5351/1, Cellulose in dilute solutions - Determination of limiting viscosity number, Part 1: Method in cupri-ethylene-diamine (CED) solution, primeira edição, 01/12/1981). Uma baixa concentração é empregada para a celulose e a mesma capilaridade é usada para medição dos tempos de fluxo do solvente e da solução de celulose.

[081] É aparente que adicionar auxiliar, particularmente quanto é adicionado no início da fase de impregnação, fornece uma combinação melhorada de rendimento com número kappa/brilho. (11) Digestão com sulfato A) Material de lignocelulose:

[082] Lascas de pinos/abeto misturadas com uma proporção de 7 : 3 pino / abeto, não secos, teor de água a 57%. B) Licor de cozimento:

[083] O licor de cozimento foi preparado a partir da solução de hidróxido de sódio aquoso (NaOH) e sulfito de sódio (Na2S) ao se incorporar agentes químicos comercias de grau laboratorial em água. A quantidade de agentes químicos usada foi determinada tal como aplicação de uma proporção alcalina de 23% associada a uma sulfidez de 20%. C) Cozimento:

[084] Lascas suficientes foram introduzidas em um forno de 10 l a fim de garantir que, no teor de matéria seca dado da madeira, 1300 g da matéria de madeira seca em forno foram usados. O forno foi cheio com licor de cozimento. Esse licor de cozimento compreendia 239,2 g de NaOH e 59,8 g de Na2S (recontado como NaOH) para uma proporção alcalina desejada de 23% e uma sulfidez de 20%. Os conteúdos do forno foram então aquecidos a 170 °C até que o tempo de digestão desejado fosse alcançado. O assim chamado fator H foi usado para se calcular o tempo de digestão desejado. O cálculo foi feito com base na dependência de temperatura da proporção de reação relativa para a digestão alcalina. Um fato H de 3500 foi realizado para todos os cozimentos. No caso de cozimentos selecionados, 2% em peso de ditionito de sódio foram adicionados, em cada caso, em relação à quantidade introduzida de madeira (recontado em secagem ao forno). O tempo de adição se deu durante a fase principal de digestão em um forno e durante a fase final de digestão em um forno adicional.

[085] Ao alcançar o fator H de 3500, os cozimentos foram interrompidos ao se encerrar o aquecimento e foram resfriados em conjunto com despressurização (“sem gás”). A polpa foi desfibrilizada por meio de agitação vigorosa e lavada. D) Inventário e avaliação

[086] Tabela 3 apresenta os experimentos: TABELA 3

[1] Ditionato de sódio Na2S2O4

[087] Tabela 4 apresenta os rendimentos e o número kappa. TABELA 4

[1] Ditionato de sódio Na2S2O4

[088] Rendimentos e número kappa são conforme definidos em (I), acima.

[089] É aparente que adicionar o ditionito de sódio está associado a um aumento distinto em rendimento (de 3 a 4 pontos percentuais) e mesmo à leve redução no número kappa. E) Redução de emissões de metil mercaptano.

[090] Uma digestão de sulfato foi realizada conforme descrita acima.

[091] Durante a liberação de gases a partir do forno (“sem gás”), amostras de gás de exaustão foram tomadas em diferentes tempos usando-se uma bomba de detecção. A concentração de metil mercaptano nessas amostras foi medida usando-se tubos teste de gás específicos para metil mercaptano. A primeira medição, em cada caso, foi realizada imediatamente após término do cozimento; a temperatura no forno foi de 172 C. Medições subsequentes foram realizadas a temperaturas ainda menores de forno, vide Tabela 5. Os resultados estão compilados na Tabela 5. TABELA 5: CONCENTRAÇÕES DE METIL MERCAPTANO

[1]: com base na madeira seca ao forno

[092] A sulfidez é: fração de Na2S em álcali ativo.

[093] A concentração de metil mercaptano é a maior com alta sulfidez. Usar o Na2S2O4 resulta em uma diminuição do metil mercaptano no gás de exaustão.

Claims

1. MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE CELULOSE A PARTIR DE MATERIAL CONTENDO LIGNOCELULOSE por meio da digestão de sulfito ou da digestão de sulfato na presença de um sal do ácido ditiônico, caracterizado pelo sal do ácido ditiônico ser usado em uma quantidade na faixa de 0,1% a 4,0% em peso no caso de digestão de sulfito e em uma quantidade na faixa de 1,0% a 2,0% em peso no caso da digestão de sulfato, em cada caso em relação à quantidade de material contendo lignocelulose seco em forno, e em que o sal do ácido ditiônico é adicionado na referida digestão de sulfito tão logo a mistura a partir de licor de cozimento e de material contendo lignocelulose a ser decomposto atinja, quando de um aquecimento, uma temperatura na faixa de 60 °C a 110 °C, e que se deixa a mistura assim obtida a uma temperatura na faixa de 100 °C a 110 °C por 30 a 90 minutos (fase de impregnação) e em que o sal do ácido ditiônico é adicionado na fase final da referida digestão de sulfato.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sal do ácido ditiônico ser selecionado a partir do grupo consistindo em: ditionito de sódio, ditionito de zinco e ditionito de cálcio.

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato sal do ácido ditiônico ser ditionito de sódio.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela digestão de sulfato ser realizada na faixa de temperatura de 160 °C a 185 °C.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo material contendo lignocelulose ser madeira.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por ser realizado de forma descontínua.