BR112016024499B1

BR112016024499B1 - Método para produzir polpa dissolúvel de baixa viscosidade

Info

Publication number: BR112016024499B1
Application number: BR112016024499-0A
Authority: BR
Inventors: Hâkan Dahllof; Stefan Antonsson; Maria Wennerstrom; Lari Lammi; Lars Sjodin
Original assignee: Valmet Ab
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2021-11-30
Also published as: CN106460329A; WO2015195030A1; BR112016024499A2; SE1450753A1; US20170130397A1; EP3158129A1; EP3158129B1; SE538064C2; EP3158129A4; CN106460329B

Abstract

método para produzir polpa dissolúvel de baixa viscosidade a presente invenção refere-se a um processo melhorado para produzir polpa dissolúvel a partir de um processo de cozimento kraft de hidrólise, e em que o aumento da produção pode resultar em menor redução de viscosidade e, assim, não atingir as viscosidades almejada na polpa dissolúvel produzida. a fim de compensar as perdas na redução da viscosidade no cozimento em aumentos de produção, o estágio de deslignificação com oxigênio é reforçado com cargas moderadas de peróxido que introduzem uma redução de viscosidade adicional.

Description

[001] A presente descrição refere-se, em geral, a um método paraproduzir polpa dissolúvel de baixa viscosidade a partir de material lignocelulósico. O processo de dissolução para produzir polpa de baixa viscosidade de modo convencional contém um primeiro estágio de hidrólise seguido por um estágio de cozimento kraft e, após isso, um estágio de deslignificação com oxigênio reduzindo adicionalmente o teor de lignina antes do alvejamento final.

FUNDAMENTOS

[002] Esforços significativos na indústria de formação de polpa combase em madeira foram feitos para projetar diferentes processos para diferentes tipos de polpa.

[003] Na formação de polpa kraft convencional, os objetivos têmsido produzir um tipo de polpa com alto rendimento e alta resistência da polpa tendo nível de brilho aceitável e estabilidade. Para o brilho ISO dos tipos de polpa totalmente alvejados acima de 88% é mais frequentemente preferido, e se a mínima reversão de brilho é solicitada, o teor residual de lignina e ácido hexenurônico deve ser mantido baixo.

[004] Nos últimos anos, a indústria de formação de polpa tem seesforçado para encontrar produtos alternativos para o material de madeira como as quedas no volume do mercado de papel de impressão, e que os novos produtos podem ser encontrados com melhores margens de lucro.

[005] A polpa dissolúvel tem emergido como um renascimento demercado alternativo crescente para fábricas de polpa e muita atenção tem sido dada para modificar os processos de formação de polpa para ser capaz de produzir diferentes tipos de polpa dissolúvel, que é usado para produzir uma grande variedade de produtos de polpa tipo raiom de grau ou polpas especiais. O interesse de encontrar materiais têxteis alternativos para algodão tem aumentado devido à escassez de curto prazo e ao aumento nos custos para algodão e uma competição aumentada a longo prazo para terra para plantação uma demanda crescente de algodão. A polpa dissolúvel pode consistir de línteres de algodão, a polpa proveniente de madeira ou de plantas anuais ou feitas pelo processo de sulfito ou pelo processo kraft de pré-hidrólise. No entanto, na indústria de polpa, a polpa dissolúvel é geralmente referida como uma polpa alvejada produzida a partir de madeira que tem um teor em celulose alfa alto, tipicamente mais de 92%, e apenas um pequeno teor de hemiceluloses, tipicamente abaixo de 10%. Assim, o rendimento de madeira de polpa dissolúvel a partir do processo é geralmente baixo, de cerca de 3540%. A polpa dissolúvel é usada para fabricar vários produtos derivados de celulose, tais como o fio de raiom para uso em, por exemplo, indústria têxtil e produtos químicos especiais e materiais tais como acetato de celulose e carboximetilcelulose. Ao produzir fios de raiom, a polpa dissolúvel é convertida em xantato de celulose que se dissolve em soda cáustica e o líquido viscoso resultante é extrusado em banhos ácidos para produzir fibras. Como um processo alternativo, a polpa dissolúvel pode ser dissolvida em solventes iônicos para tornar a extrusão de fibras possível. Para ambos estes processos e o produto final específico, é essencial que a viscosidade da polpa dissolúvel seja baixa e dentro de uma faixa adequada específica para o processo, a fim de executar o processo de derivação/dissolução suavemente.

[006] Para alguns tipos de polpas de dissolução, a viscosidadeintrínseca requerida na polpa dissolúvel finalmente alvejada deve ser tão baixa como 350 mL/g, e dentro de um faixa de aceitação estreita de apenas ± 20 mL/g. Isto requer uma baixa viscosidade já depois do cozimento ou possibilidades para reduzir a viscosidade de uma maneira controlada e em maior extensão em subsequente deslignificação e/ou etapas de alvejamento.

[007] Ao longo desta descrição, a viscosidade é usada como apropriedade de polpa dominante para a polpa dissolúvel. O índice de viscosidade é expresso como viscosidade intrínseca e medido em mL/g. Um método de ensaio padrão para a viscosidade intrínseca da celulose pode ser encontrada na ISO 5351 na norma ISO.

[008] Agora, as medições de viscosidade são indicativas para o pesomolecular médio dos polímeros de celulose, isto é, o comprimento das cadeias de celulose. O comprimento das cadeias de celulose impacta o processo de derivação e de solubilização, bem como as características do produto final.

[009] O peróxido tem sido considerado como produto químico dereforço na deslignificação com oxigênio após a formação de polpa kraft convencional. Várias propostas foram publicadas, mas todas elas utilizam pequenas cargas de peróxido a cerca de 0,5% na polpa, isto é, de 5 kg/odt, melhorando a deslignificação e resultando em uma maior viscosidade da polpa a um certo número capa em comparação se nenhum peróxido tiver sido usado.

[0010] Em EP 866895 é descrito um processo melhorado de deslignificação com oxigênio de 2 estágios em que o peróxido é adicionado apenas para o último estágio. A carga usada é de 0,5%.

[0011] No entanto, a carga seletiva de peróxido para o primeiro ou segundo estágio e até mesmo para os dois estágios de deslignificação já tinha sido elaborada pelo grupo de pesquisadores V.R.Parthasarathy, R. Klein, V.S.M Sundaram, H.Jameel e J.S.Gratzl em um artigo “Hydrogen-peroxidereinforced oxygen delignification of southern pine kraft pulp and short sequence bleaching”, publicado em julho de 1990 Tappi Journal, pp. 177-187. Eles provaram que as polpas O-PO, PO-O e PO-PO exibem melhor resistência da polpa do que as polpas O-O, e quando o peróxido é adicionado em ambas os estágios, ou seja, a sequência de PO-PO, a polpa exibiu as melhores propriedades de resistência. Conforme indicado neste artigo foi uma redução de capa e preservação da viscosidade esperadas, se uma adição de peróxido era menor que 0,5%. No entanto, em cargas superiores de peróxido, a viscosidade se tornou menor do que a sequência O-O, sem carga de peróxido e, portanto, não foi recomendada.

[0012] Os critérios para otimizar o processo de deslignificação e de alvejamento de polpa são, no entanto, não os mesmos para a polpa kraft convencional destinada a ser usada em tipos de papel, cartão e tecidos como para polpa dissolúvel. A último muitas vezes tem de ser tratada de modo que uma baixa viscosidade seja obtida, enquanto para a polpa kraft convencional a viscosidade precisa ser preservada, tanto quanto possível, a fim de obter alta resistência da polpa.

[0013] A viscosidade na polpa objeto para ser usada tipos de papel, cartão e tecidos produzidos em um processo de polpa kraft convencional é de cerca de 1200-1400 mL/g após o cozimento e cerca de 700 mL/g após alvejamento final.

[0014] No entanto, para polpa dissolúvel a viscosidade é muitas vezes em torno, ou abaixo, de 900 mL/g após cozimento, ou pelo menos abaixo de 800 mL/g após pré-alvejamento, ou seja, deslignificação com oxigênio ou outros estágios de pré-alvejamento (onde redução capa e de viscosidade é um objetivo acima do aumento no brilho) e abaixo de 600 mL/g após alvejamento final. Na maioria das vezes, a viscosidade almejada para a polpa dissolúvel final é mantida dentro de uma faixa relativamente estreita, por exemplo, dentro de 450-500 mL/g.

[0015] O problema com a produção de polpa dissolúvel é atingir a baixa viscosidade da polpa final solicitada e na maioria das vezes é cozimento estendido e intensificado, isto é, de tempo de cozimento mais longo e condições de cozimento mais severas, como de carga de álcali e temperatura, necessárias de modo a obter uma baixa viscosidade suficiente depois do cozimento.

[0016] Um problema com cozimento prolongado ocorre se for desejado aumentar a produção em fábricas de polpa existentes como produção aumentada resulta em tempo de cozimento diminuído se o equipamento for o mesmo. Isto resulta em uma viscosidade mais elevada quando a produtividade do material lignocelulósico aumenta.

[0017] Se a redução da viscosidade não alcança um baixo nível suficiente diretamente após o cozimento, como é o caso se a produção for aumentada, verificou-se que algumas sequências de alvejamento padrão são quase impossíveis de alcançar o nível de viscosidade final por implementar condições de processo mais severas em alvejamento final. Normalmente, a redução da viscosidade pode ser aumentada marginalmente na ordem de 50 mL/g no alvejamento final, por implementação de condições de alvejamento mais severas nos estágios de alvejamento finais como temperatura e agentes de alvejamento adicionais ou carga aumentada dos agentes de alvejamento padrão usados. Os estágios de ozônio são também capazes de reduzir a viscosidade para uma extensão maior, mas isso à custa de um aumento dos custos, especialmente em uma instalação de alvejamento existente.

[0018] Mostrou-se que ao utilizar uma sequência de alvejamento final contendo um Do-EP-D1-P é praticamente impossível alcançar a viscosidade almejada, intensificando as condições na sequência D0-EP-D1-P, a fim de compensar a perda na redução da viscosidade no cozimento em taxa de produção aumentada. Especialmente os estágios D não respondem com redução de viscosidade maior em condições mais severas. Isto é especialmente significativo em linhas de alvejamento, nas quais os estágios de alvejamento são concebidos para temperaturas inferiores mais baixas que 100°C e, portanto, podem não concebidos como vasos de pressão, o que impede totalmente um operador a aumentar a temperatura acima de 90-100°C. Daí as possibilidades para aumentar a produção de polpa dissolúvel em uma fábrica de polpa existente sem modificações significativas de cozimento e instalação de alvejamento têm sido consideradas muito difíceis.

SUMÁRIO

[0019] O problema objetivo principal com a presente invenção é o de permitir a produção aumentada da polpa dissolúvel em fábricas de polpa existentes ao mesmo tempo que ainda é capaz de atingir a viscosidade inferior necessária na polpa dissolúvel finalmente alvejada, e sendo capaz de controlar esta baixa viscosidade dentro de uma faixa estreita adequada para o tipo de polpa dissolúvel final.

[0020] O problema objetivo secundário com a presente invenção é permitir a produção aumentada de polpa dissolúvel em fábricas de polpa existentes onde o controle de compensação de perda de redução da viscosidade após o cozimento pode ser implementado pela mudança das condições operacionais na deslignificação com oxigênio.

[0021] O problema a ser resolvido é, portanto, encontrar uma forma alternativa de redução da viscosidade em estágios de oxigênio do que é possível fazer com apenas como condições intensificadas como de álcali, oxigênio e temperatura. Uma redução adicional da viscosidade deve ser capaz de ser obtida, que pode reduzir cargas de oxigênio, álcali e vapor para níveis razoáveis e práticos, enquanto ainda permite uma grande extensão de controle com uma faixa de redução da viscosidade que pode compensar aumentos na viscosidade alimentada para os estágios de oxigênio como um resultado de, por exemplo, aumentos na produção.

[0022] As condições de operação do estágio de oxigênio referem-se a cargas de oxigênio e álcali, temperatura, consistência da polpa e pressão. O oxigênio é um agente de alvejamento relativamente barato, e o álcali também está disponível em custos razoáveis em fábricas kraft ou de soda com um sistema de recuperação químico.

[0023] A invenção baseia-se no pressuposto de que as reduções de viscosidade maiores podem ser implementadas no estágio de oxigênio, se agentes com capacidades de clivagem de cadeia fortes localizados perto da, ou adjacente à celulose, são aumentados. Isto pode ser conseguido, por exemplo, por um aumento da formação de radical hidroxila. É bastante conhecido na indústria de formação de polpa que a formação de radicais hidroxila durante a oxidação reduz a viscosidade da polpa, mas nenhuma técnica anterior tentou aumentar esse efeito, a fim de controlar a viscosidade da polpa, em geral, e especialmente não na produção de polpa dissolúvel.

[0024] Na abordagem mais geral, a invenção refere-se a um método para produzir polpa dissolúvel de baixa viscosidade a partir de material lignocelulósico, o referido processo de dissolução compreendendo um primeiro processo de hidrólise ácida, seguido por um processo de cozimento kraft alcançando um número capa da polpa cozida e lavada abaixo de 30, a referida polpa cozida e lavada subsequentemente deslignificada em pelo menos um oxigênio do estágio de deslignificação e finalmente alvejada em pelo menos uma estágio de alvejamento, e em que a viscosidade almejada final da polpa dissolúvel alvejada é primariamente controlada por ajuste das condições do estágio de oxigênio usando a temperatura, carga de álcali e carga de oxigênio obtendo uma redução básica de viscosidade no referido estágio de oxigênio na faixa de 50-300 mL/g pelo referido ajuste da temperatura e da carga de álcali e de oxigênio, o referido estágio de oxigênio sendo adicionalmente reforçado por uma carga de pelo menos um agente de oxidação adicional, a fim de obter uma redução adicional da viscosidade no referido estágio de oxigênio na faixa de 50-100 mL/g ainda pelo menos.

[0025] Verificou-se surpreendentemente que é possível ajustar o estágio de oxigênio, pelo qual uma grande faixa de redução da viscosidade pode ser obtida somente pelo controle regulador do estágio de oxigênio. Assim, a produção total pode ser aumentada em qualquer fábrica existente, cuja produção aumentada é compensada por um aumento da redução de viscosidade no estágio de oxigênio.

[0026] Em uma forma de realização específica, o agente de oxidação adicional peróxido, que em combinação com a temperatura e a carga de álcali tem mostrado reforçar a redução de viscosidade no estágio de oxigênio consideravelmente e mais surpreendentemente quase o dobro da redução de viscosidade pela referida carga de peróxido em comparação com a redução de viscosidade obtida ajustando a temperatura e a carga de álcali e de oxigênio para a redução da viscosidade ótima.

[0027] Mais especificamente, o processo de dissolução compreendendo as seguintes etapas em sequência:a) submeter material celulósico pulverizado para um processo de hidrólise ácida, em que pelo menos 20% do teor de hemicelulose original do material lignocelulósico é degradado no processo de hidrólise,b) submeter o material lignocelulósico hidrolisado para um cozimento kraft obtendo uma polpa cozidac) submeter a polpa cozida a uma deslignificação com oxigênio, em que as condições da deslignificação com oxigênio são como a seguird) ) um tempo de retenção de pelo menos 40 minutos, preferencialmente, 60 minutos, e no máximo de 180 minutos, na referida deslignificação com oxigênio;e) ) uma temperatura inicial estabelecida igual a ou acima de 90°C, e 140°C, no máximo;f) ) uma carga de álcali elevada, igual a ou acima de 20 kg/odt resultando em um pH final igual a ou acima de 12,0;g) ) referido álcali carregado na forma de hidróxido de sódio ou licor branco pelo menos parcialmente oxidado, onde pelo menos mais de 50% dos íons que contêm enxofre no licor branco pelo menos foram oxidados para tiossulfato;h) ) uma carga de oxigênio total igual a ou acima de 20 kg/ODMTi) ) uma carga de peróxido igual a ou acima de 2 kg/BDMT, de preferência, de 3 kg/odt e mais preferencialmente de 6 kg/odt, e até 10 kg/odt no máximo;j) ) a uma pressão superior a 3 bar(g) (300 kPa man.) estabelecida durante toda a deslignificação com oxigênio, de preferência entre 5-10 bar(g) (500 kPa e 1 MPa man.), e no máximo uma pressão de 15 bar(g) (1,5 MPa man.);k) ) referidas condições resultando em uma redução da viscosidade de pelo menos 20% da polpa cozida e, de preferência, pelo menos 40% da polpa cozida,l) submeter a polpa deslignificada com oxigênio a alvejamento final em pelo menos 2 estágios de alvejamento obtendo uma polpa dissolúvel final após o último estágio de alvejamento.

[0028] O processo de cozimento de acordo com o método da invenção pode igualmente ocorrer em um digestor em batelada ou em um digestor contínuo. Se a produção é aumentada em um digestor em batelada existente, o tempo de cozimento necessita ser reduzido, de modo que cada digestor em batelada pode ser esvaziado mais frequentemente. Se a produção for aumentada em um digestor contínuo existente, normalmente o tempo de retenção no digestor é reduzido e, assim, a redução da viscosidade é diminuída. O tempo de retenção reduzido em digestores em batelada ou contínuos pode, em parte, ser compensado pelo aumento da temperatura, mas isso, com custos elevados, pois isto requer a adição de vapor capaz de aumentar a temperatura na temperatura de cozimento normal a cerca de 140170°C.

[0029] Em uma forma de realização alternativa do método da invenção, a deslignificação com oxigênio pode ocorrer em pelo menos 2 vasos de tratamento sucessivos com pelo menos uma posição de mistura entre os referidos vasos, onde pelo menos uma parte da carga de oxigênio, álcali ou peróxido é adicionada para a posição de mistura entre os vasos. Por meio de tal forma de realização as condições ao longo do estágio de deslignificação com oxigênio, até o final, poderiam ser mantidas em condições ótimas para uma redução máxima da viscosidade.

[0030] Em adicionalmente uma forma de realização alternativa do método da invenção, o líquido de tratamento depois da etapa a) pode ser substituído por um novo líquido de tratamento para a etapa b), de preferência, por um processo de deslocamento, produzindo assim um líquido hidrolisado deslocado da etapa a) contendo hemicelulose dissolvida.

[0031] Em uma outra forma de realização alternativa do método da invenção, o material celulósico cozido é lavado antes do estágio de deslignificação com oxigênio, e que o material celulósico cozido e lavado é colocado em suspensão em um líquido de tratamento novo à frente da deslignificação com oxigênio.

[0032] Finalmente, em uma forma de realização alternativa detalhada do método da invenção, as condições do estágio de deslignificação com oxigênio são usadas como um controle primário para a viscosidade final da polpa dissolúvel, permitindo modificações de viscosidade na faixa de 100-200 mL/g durante o estágio de deslignificação com oxigênio.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0033] Figura 1 mostra uma linha de produção de fibras completa principal para fabricar a polpa dissolúvel;Figura 2 mostra os primeiros estágios da linha de produção de fibras na Figura 1;Figura 3 mostra o estágio de cozimento e de deslignificação com oxigênio nas Figuras 1 e 2;Figura 4 mostra uma alternativa para a Figura 3 com dois estágios de deslignificação com oxigênio;Figura 5 Nenhuma figura 5 incluídaFigura 6 mostra o desenvolvimento típico de redução de viscosidade obtida em uma linha de produção de fibras kraft padrão e em uma linha de produção de fibras dissolúveis de pré-hidrólise padrão;Figura 7 mostra o que acontece com a redução da viscosidade quando a taxa de produção é aumentada;Figura 8 mostra o objetivo com a presente invenção, isto é, recuperar a redução de viscosidade no estágio de oxigênio (linha pontilhada)Figura 9 mostra a primeira ordem de redução de viscosidade possível usando cargas alternativas de oxigênio, álcali e temperatura,Figura 10 mostra a segunda ordem de redução de viscosidade possível, as segunda e quarta curvas de topo, em comparação com a primeira ordem de redução de viscosidade possível, as 1a e 3a curvas de topo usando somente álcali, oxigênio e temperatura;A Figura 11 mostra uma vista em detalhes da Figura 10.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0034] O processo será descrito adicionalmente com referência aos desenhos anexos. Deve, no entanto, ser notado que a invenção não está limitada às formas de realização abaixo descritas e mostradas nos desenhos, mas pode ser modificada dentro do escopo das reivindicações anexas.

[0035] A invenção está relacionada com um método para produzir polpa dissolúvel de baixa viscosidade a partir de material lignocelulósico, o referido processo de dissolução compreendendo um primeiro processo de hidrólise ácida seguido por um processo de cozimento kraft para atingir um número capa na polpa cozida e lavada abaixo de 30, a referida polpa cozida e lavada subsequentemente ainda mais deslignificada em pelo menos um estágio de deslignificação com oxigênio e finalmente alvejada em pelo menos um estágio de alvejamento. A disposição principal de um tal processo de dissolução é mostrada na Figura 1. O material lignocelulósico, de preferência, aparas de madeira (CH), são alimentados a um primeiro estágio de hidrólise (Pré-hid), seguido por um estágio de cozimento kraft (Cozimento), e, posteriormente, deslignificação com oxigênio (O2), antes do alvejamento final em um primeiro estágio de alvejamento de dióxido de cloro, (D0) uma estágio de extração, (EP), uma segunda estágio de alvejamento de dióxido de cloro (D1), e finalmente um estágio de peróxido, (P) a partir do qual a polpa dissolúvel é alimentada para fora. O primeiro estágio do Pré-hid + cozimento + O2 são mais ou menos os estágios padrão, mas os estágios de alvejamento finais podem ter outras configurações diferentes da sequência D0-EP-D1-P.

[0036] Tais configurações alternativas poderiam ser; Z-D-E -D ou Z- D-P ou D0-EP-D1-D2 ou A-D-EP-D. Tipicamente, o primeiro estágio seguinte à deslignificação com oxigênio é um estágio ácido (A, D ou Z) seguido de extração alcalina (E, EP, EOP) e um estágio de alvejamento ácido (D) antes de um estágio de alvejamento alcalino opcional (tal como o estágio P).

[0037] Na figura 2, os primeiros estágios Pré-hid-Cozimento-O2 são mostrados com mais detalhes antes do alvejamento final FB, com etapas de lavagem mostradas entre e após Pré-hid-Cozimento-O2.

[0038] Na figura 3, os estágios de cozimento-O2 são mostrados em mais detalhes, usando um estágio de deslignificação com oxigênio, com posições de mistura indicadas para a carga de álcali (NaOH), vapor (ST), oxigênio (O2), bem como uma posição de mistura para peróxido (H2O2) usado na presente invenção. As cargas não são necessariamente feitas com misturadores individuais para cada carga, e pontos adicionais de meios diferentes podem ser feitos em uma ordem diferente. A Figura 4 mostra, em princípio, o mesmo que a Figura 3, mas com uma deslignificação com oxigênio de 2 estágios com a opção de misturar álcali, oxigênio e peróxido também para o segundo estágio.

[0039] Na figura 6, é comparada a redução da viscosidade ao longo de todo o processo usando um processo padrão de cozimento kraft, a curva superior, e de um processo kraft de pré-hidrólise padrão, a curva inferior. Tipicamente, a viscosidade após o cozimento no processo kraft padrão é superior a 1100 mL/g e a viscosidade depois do alvejamento final é de cerca de 700 mL/g. Por outro lado, a viscosidade após o cozimento no processo kraft de pré-hidrólise padrão é de cerca de 700 mL/g e a viscosidade depois do alvejamento final é menor que 500 mL/g. Existe, obviamente, um grande desvio a partir destas curvas entre diferentes fabricações, mas se aplicam as diferenças principais entre os processos.

[0040] Na Figura 7 é mostrado o que acontece durante um aumento da produção de um processo kraft de pré-hidrólise como de redução da viscosidade. A viscosidade depois do cozimento poderia ser aumentada em pelo menos 100 mL/g, e esta redução na redução da viscosidade não poderia ser compensada através da implementação de condições mais severas nos estágios de alvejamento finais. O que a invenção é tudo sobre é mostrado na figura 8, onde a perda de viscosidade reduzida de cozimento, em vez disso, ser totalmente compensada por um aumento da redução da viscosidade durante o estágio de oxigênio (o efeito de compensação mostrado na curva pontilhada).

DADOS EXPRIMENTAIS PARA ALTERAR CONDIÇÕES EM ESTÁGIO DE OXIGÊNIO

[0041] A fim de estudar a redução de viscosidade potencial no estágio de oxigênio, as cargas convencionais de oxigênio, o álcali e a temperatura foram alterados.

[0042] A polpa estudada foi uma polpa de madeira de lei (eucalipto brasileiro) que após hidrólise e cozimento tinha um número capa de 7,3, uma viscosidade intrínseca de 795 mL/g e um brilho ISO de 43,4%.

[0043] As amostras de polpa foram deslignificadas com oxigênio em autoclaves e a carga de oxigênio foi controlada com um gás inerte (nitrogênio) em condições seguintes.

[0044] Os testes foram feitos com o aumento da carga de O2 naautoclave, até uma quantidade de 60 kg/odt, que é um nível extremo em escala de fabricação. As cargas de oxigênio em misturadores de escala de fabricação são, normalmente, não mais de 15-25 kg de O2/odt, pois há limitações práticas de quantidades de oxigênio em aplicações em escala de fabricação. Em autoclaves de escala laboratorial, a carga elevada de oxigênio, ao contrário, é mais fácil de implementar quando a amostra de polpa é pequena em comparação com o volume total de gás enchido da autoclave. No entanto, os testes demonstram o efeito máximo da carga de oxigênio.

[0045] Os resultados destes ensaios estão representados na Figura 9. Resultados dos testes a 95°C

[0046] O que pode ser visto na primeira curva a partir do topo é que a redução da viscosidade pode ser reduzida de 795 até 730, ou seja, caindo somente 65 mL/g ou cerca de 8%, usando uma carga moderada de álcali, ou seja, 20 kg/odt de NaOH a uma temperatura de 95°C e uma carga moderada de oxigênio a 14 kg/odt. Aumentando a carga de oxigênio para uma quantidade extrema de 60 kg/odt foi feita uma melhoria de 730 até 680.

[0047] O que pode ser visto na terceira curva a partir do topo é que a redução da viscosidade pode ser reduzida de 795 até 650, ou seja, caindo 145 mL/g ou cerca de 18%, usando uma alta carga extrema de álcali, ou seja, 60 kg/odt de NaOH a uma temperatura de 95°C e uma carga moderada de oxigênio a 14 kg/odt. Este ponto de operação é na maioria das vezes o limite superior prático em vasos atmosféricos mesmo que cargas de álcali sejam extremas. Aumentando a carga de oxigênio para uma quantidade extrema de 60 kg/odt foi feita uma redução de viscosidade adicional de 650 até 580. Mas, como referido anteriormente, essas cargas elevadas de oxigênio são difíceis de trazerem benefício em escala de fabricação.Resultados de testes a 125°C

[0048] Os testes foram elaborados a 125°C, com os seguintes resultados;

* = pressurizado com N2 inerte e O2 para controlar a quantidade de oxigênio

[0049] O que pode ser visto na segunda curva a partir do topo é que a redução da viscosidade pode ser reduzida de 795 até 672, ou seja, caindo 123 mL/g ou cerca de 15%, usando uma carga moderada de álcali, ou seja, 20 kg/odt de NaOH em temperatura de 125°C e uma carga moderada de oxigênio a 14 kg/odt. Aumentando a carga de oxigênio para uma quantidade extrema de 60 kg/odt fez uma melhoria de 672 até 615.

[0050] O que pode ser visto na quarta curva a partir do fundo é que a redução da viscosidade pode ser reduzida de 795 até 615, ou seja, caindo 180 mL/g ou cerca de 22%, usando uma alta carga extrema de álcali, ou seja, 60 kg/odt de NaOH a uma temperatura de 125°C e uma carga moderada de oxigênio em 14 kg/odt. O aumento da carga de oxigênio para uma quantidade extrema de 60 kg/odt fez uma redução adicional da viscosidade de 122 mL/g de 615 até 493. Mas, como foi referido anteriormente, tais altas cargas de oxigênio são muito difíceis de misturar uniformemente no fluxo da polpa.

[0051] Os testes mostraram que a maior redução da viscosidade pode ser obtida se a temperatura for aumentada para 125°C, e uma redução da viscosidade pode ser obtida de 795 até cerca de 493, ou seja, caindo 302 mL/g ou cerca de 37%, usando 60 kg/odt de NaOH e uma carga extrema de oxigênio a 60 kg/odt. No entanto, como indicado anteriormente, essas altas cargas de oxigênio e álcali são difíceis de trazer benefício em escala de fabricação.

[0052] Os testes mostram que uma redução de viscosidade pode ser obtida em um estágio de oxigênio usando parâmetros de temperatura, carga de álcali e carga de oxigênio, e que a viscosidade mais baixa foi alcançada com cargas mais elevadas de álcali e de oxigênio e em temperatura mais alta.

[0053] O problema é que razões práticas e custos limitarão apossibilidade de controlar a viscosidade para o nível almejado e são necessários meios adicionais para reduzir adicionalmente a viscosidade.

DADOS EXPERIMENTAIS DA CARGA DE PERÓXIDO

[0054] A fim de estudar a redução de viscosidade potencial no estágio de oxigênio, as cargas de oxigênio, a temperatura e o álcali convencionais complementados com cargas relativamente moderadas de peróxido em 3 e 6 kg/odt. A mesma polpa foi usada, isto é, uma polpa de madeira de lei (eucalipto brasileiro) que após hidrólise e cozimento tinha um número capa de 7,3, uma viscosidade intrínseca de 795 mL/g e um brilho ISO de 43,4%.

[0055] Embora seja bem conhecido na área da formação de polpa, pequenas cargas de peróxido, nesta ordem, são adicionadas ao estágio de oxigênio, a fim de melhorar a seletividade, isto é, aumentar a deslignificação em viscosidade mantida ou mesmo melhorada, partiu-se do pressuposto de que uma adicional redução da viscosidade pode ser obtida se o número de processos de oxidação aumentar, o que aumentaria a quantidade de radicais hidroxila formada. Os radicais hidroxila são um produto de reação intermediário em processos de oxidação que têm vida muito curta, mas são prejudiciais para a resistência da polpa, isto é, viscosidade. O efeito dos radicais hidroxila é um efeito bem conhecido e alguns pedidos de patente ainda tentaram reduzir o impacto de tais radicais hidroxila sobre a polpa, e assim as perdas da resistência da polpa, por oxidação do filtrado antes de ser adicionado às suspensões de polpa (ver, por exemplo, US 6.733.625).

[0056] A fim de comparar o efeito da carga de peróxido, per se, foi realizado um número de testes a 95°C.

[0057] A série de teste 1 foi feita para estabelecer uma referência usando apenas álcali, oxigênio e temperatura como parâmetros reduzindo a viscosidade, isto é, uma redução de viscosidade básica.

[0058] A série de teste 2 foi feita para estabelecer a redução de viscosidade adicional possível, adicionando uma quantidade de 3 ou 6 kg/odt de peróxido, com uma carga de álcali moderada de 20 kg/odt, e

[0059] A série de teste 3 foi feita para estabelecer a redução de viscosidade adicional possível por adição de uma quantidade de 3 ou 6kg/odt de peróxido, com uma carga de álcali superior de 60 kg/odt.Série de teste 1 (O sem carga de peróxido).

Série de teste 2 (O com 3 ou 6 kg/odt de carga de peróxido em 20kg/odt de NaOH)

Série de teste 3 (O com 3 ou 6 kg/odt de carga de peróxido a 60 kg/odt deNaOH)

[0060] Os resultados das séries de teste 1-3 são representados graficamente na Figura 10. Uma vista em detalhes da Figura 10 é mostrada na Figura 11.

[0061] A primeira conclusão a ser feita a partir do teste de peróxido é que a carga de oxigênio não parece ter um impacto substancial acima de 50 kg/odt.

[0062] A curva mais superior e a segunda curva mais superior com moderada carga de álcali exibem uma redução da viscosidade surpreendentemente adicional.

[0063] Uma redução da viscosidade básica usando apenas álcali, oxigênio (30 kg/odt) e temperatura atinge cerca de 75 mL/g ou > 9%, enquanto que com uma carga de 3 kg/odt de peróxido alcança uma redução de viscosidade adicional de cerca de 55 mL/g ou 7%. Este resultado surpreendente mostra que, neste exemplo, quase a mesma ordem de redução de viscosidade poderia ser obtida com uma pequena carga adicional de peróxido, em comparação com a redução de viscosidade obtida usando apenas álcali, oxigênio e temperatura. Além disso, com um aumento modesto de carga de peróxido para 6 kg/odt uma redução de viscosidade adicional é de cerca de 82 mL/g ou > 10%.

[0064] A segunda curva mais inferior e a curva mais inferior com alta carga de álcali exibem também uma redução da viscosidade surpreendentemente adicional.

[0065] A redução da viscosidade básica usando apenas álcali, oxigênio (30 kg/odt) e temperatura atinge cerca de 205 mL/g ou > 25%, enquanto com uma carga de 3 kg/odt de peróxido de alcança uma redução de viscosidade adicional de cerca de 76 mL/g ou > 9%. Isto mostra o resultado surpreendente que, neste exemplo, com extrema carga de álcali poderia.

[0066] Este resultado mostra a surpreendente verificação de que uma pequena quantidade de peróxido pode ser usada como um aditivo eficaz para controlar a viscosidade da polpa. Isto está em total contraste com as conclusões de publicações anteriores que investigam o alvejamento de tipo de papel indicando que as cargas abaixo de 5 kg/odt (<5%) melhoraram a resistência da polpa.

[0067] Embora a presente invenção defina a viscosidade como medida da viscosidade intrínseca (mL/g), outras medições de viscosidade são, naturalmente, também aplicáveis.

Claims

1. Método para produzir polpa dissolúvel de baixa viscosidade a partir de material lignocelulósico, caracterizado pelo fato de que o referido processo de dissolução compreende um primeiro processo de hidrólise ácida, seguido por um processo de cozimento kraft alcançando um número capa na polpa cozida e lavada abaixo de 30, a referida polpa cozida e lavada subsequentemente ainda mais deslignificada em pelo menos um estágio de deslignificação com oxigênio e finalmente alvejada em pelo menos um estágio de alvejamento, e em que a viscosidade almejada final da polpa dissolúvel alvejada é primariamente controlada por ajuste das condições do estágio de oxigênio usando temperatura, carga de álcali e carga de oxigênio obtendo uma redução da viscosidade básica no referido estágio de oxigênio na faixa de 50-300 mL/g pelo referido ajuste da temperatura e da carga de álcali e de oxigênio, o referido estágio de oxigênio sendo adicionalmente mais reforçado por uma carga de pelo menos um agente de oxidação adicional, a fim de obter uma redução de viscosidade adicional no referido estágio de oxigênio na faixa de um adicional de 50-100 mL/g pelo menos.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente de oxidação adicional é peróxido de hidrogênio.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o referido processo de dissolução compreende as seguintes etapas na sequência;a) submeter material celulósico pulverizado para um processo de hidrólise ácida, em que pelo menos 20% do teor de hemicelulose original do material lignocelulósico é degradado no processo de hidrólise,b) submeter o material lignocelulósico hidrolisado para um cozimento kraft obtendo uma polpa cozida,c) submeter a polpa cozida a uma deslignificação com oxigênio, em que as condições da deslignificação com oxigênio são como a seguirc1) um tempo de retenção de pelo menos 40 minutos, preferencialmente 60 minutos, e no máximo de 180 minutos na referida deslignificação com oxigênio;c2) uma temperatura inicial estabelecida igual a ou acima de 90°C e 140°C no máximo;c3) uma carga de álcali igual a ou acima de 20 kg/odt resultando em um pH final em ou acima de 12,0;c4) o referido álcali carregado na forma de hidróxido de sódio ou pelo menos parcialmente licor branco oxidado onde pelo menos mais de 50% dos íons que contêm enxofre no licor branco foi oxidado para tiossulfato pelo menos;c5) uma carga de oxigênio total igual a ou acima de 20 kg/ODMTc6) uma carga de peróxido igual a ou acima de 2 kg/BDMT, de preferência de 3 kg/odt e mais preferencialmente de 6 kg/odt, e até no máximo 10 kg/odt;c7) uma pressão superior a 3 bar(g) (300 kPa man.) estabelecida durante toda a deslignificação com oxigênio, de preferência entre 5-10 bar(g) (500 kPa a 1 MPa man.), e no máximo uma pressão de 15 bar(g) (1,5 MPa man.);c8) as referidas condições resultando em uma redução da viscosidade de pelo menos 20% da polpa cozida e, de preferência, pelo menos 40% da polpa cozida,d) submeter a polpa deslignificada com oxigênio para alvejamento final em pelo menos 2 estágios de alvejamento obtendo uma polpa dissolúvel final após o último estágio de alvejamento.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as etapas a) e b) ocorrem em um digestor em batelada ou em um digestor contínuo.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a deslignificação com oxigênio ocorre em pelo menos 2 vasos de tratamento sucessivos com pelo menos uma posição de mistura entre os referidos vasos, onde pelo menos uma parte da carga de oxigênio, álcali ou peróxido é adicionada à posição de mistura entre os vasos.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o líquido de tratamento depois da etapa a) é substituído pelo novo líquido de tratamento para a etapa b), de preferência, por um processo de deslocamento, produzindo, assim, um líquido de hidrolisado deslocado da etapa a) contendo hemicelulose dissolvida.

7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o material celulósico cozido é lavado antes do estágio de deslignificação com oxigênio, e que o material celulósico cozido e lavado é colocado em suspensão em um novo líquido de tratamento à frente da deslignificação com oxigênio.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o novo líquido de tratamento à frente da deslignificação com oxigênio contém um teor de COD acima de 10 g por litro.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as condições do estágio de deslignificação com oxigênio são usadas como um controle primário para a viscosidade final da polpa dissolúvel, permitindo modificações de viscosidade na faixa de 100-200 mL/g ao longo do estágio de deslignificação com oxigênio.