BR112018010183B1 - Método para recuperar hidrolisado concentrado após hidrólise de material lignocelulósico - Google Patents

Abstract

Método para obter um hidrolisado forte a partir de um material celulósico após a hidrólise em um digestor em batelada. De acordo com a invenção, o material celulósico é exposto a uma hidrólise de 2 estágios com uma primeira hidrólise em fase vapor seguida por uma hidrólise em fase líquida, e em que a fase vapor é conduzida de tal forma que o grau de empacotamento do material celulósico resulta em um aumento de grau de empacotamento de pelo menos 20% e até 100%. A hidrólise em fase líquida é estabelecida pela adição de líquido de hidrólise quente e preferivelmente acidificado sem estabelecer uma razão L/W maior do que 3,5, mas suficiente para manter o material celulósico abaixo do nível do líquido de hidrólise.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um método para recuperar hidrolisado concentrado após hidrólise de material celulósico em um digestor em batelada.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] O cozimento do sulfato pré-hidrólise (Kraft) para a produção de polpas especiais tendo um alto teor de alfa-celulose foi desenvolvido nos anos 1930, ver, por exemplo, Rydholm, S. E., Pulping Process, pgs. 649 a 672, Interscience Publishers, New York, 1968. A ideia básica é a remoção do máximo de hemicelulose possível das fibras de celulose conectada à deslignificação, para obter um alto teor de alfa-celulose. Isso é essencial porque os vários usos finais de tais polpas, dissolver a polpa, por exemplo, não toleram moléculas de hemicelulose de cadeia curta com uma estrutura molecular enxertada.

[003] Uma etapa de pré-hidrólise separada permite o ajuste desejado da hidrólise das hemiceluloses pela variação das condições de hidrólise. No processo de cozimento da pré-hidrólise-kraft, a deslignificação necessária não é realizada até uma segunda etapa de cozimento separada. A pré-hidrólise é realizada em condições ácidas, ou como uma pré-hidrólise em fase aquosa ou vapor, ou na presença de um catalisador. Nos processos de hidrólise em vapor, ácidos orgânicos liberados da lignocelulose durante o processo, por exemplo, a acidez da madeira realiza grande parte da acidificação para a hidrólise, enquanto no processo de hidrólise em água pequenas quantidades de ácido mineral ou dióxido de enxofre podem ser adicionados para “assistir” a acidificação para a pré-hidrólise. No estágio de pré-hidrólise realizado em uma fase vapor, o vapor é diretamente introduzido na coluna de cavacos no digestor e o único suprimento de líquido nos cavacos é o condensado de vapor, além do conteúdo da umidade da celulose.

[004] Tradicionalmente, após a pré-hidrólise do material lignocelulósico em um reator, o hidrolisado e o material lignocelulósico pré- hidrolisado são neutralizados no reator com fluido neutralizante alcalino para produzir hidrolisado neutralizado e material lignocelulósico pré-hidrolisado neutralizado. Há hidrolisado tanto no líquido livre fora dos cavacos quanto aprisionado e imobilizado dentro dos cavacos. Se desejado, o máximo possível do hidrolisado pode ser recuperado antes da etapa de neutralização para poder utilizar os carboidratos liberados na pré-hidrólise. Um estágio separado de lavagem, no qual o digestor é primeiramente preenchido com um líquido de lavagem e, então, o líquido contendo os carboidratos é removido do digestor, pode ser usado entre os estágios de pré-hidrólise e de cozimento. Isso consome muito tempo e, além disso, é desfavorável para o balanço de energia e produz uma solução de carboidrato muito diluída.

[005] Como uma regra prática básica para o material de madeira comum, é sabido por pessoas versadas na técnica de despolpagem que um digestor em batelada completamente cheio de cavacos tais como Norway Spruce tem somente 1/3 de seu volume preenchido com cavacos, enquanto quase 2/3 do volume do digestor é volume vazio em volta dos cavacos. O 1/3 do volume de cavacos, no entanto, contém cerca de 1/3 com material de madeira, 1/3 com a umidade da madeira e 1/3 com ar capturado. Portanto, madeira com conteúdo de umidade de madeira natural exibe uma razão L/W (líquido para madeira) de cerca de 1. Se outro material lignocelulósico diferente de cavacos de madeira são usados, então o volume vazio em volta do material celulósico pode diminuir em proporção com o quão bem fracionado é o material.

[006] Várias técnicas foram implementadas para aumentar o grau de empacotamento dos cavacos de madeiras, incluindo vapor turbulento na entrada para distribuir a entrada de cavacos por toda a seção transversal do digestor. O vapor turbulento foi desenvolvido no início de 1900 por um inventor chamado Svensson e é chamado de técnica “filling-Svensson”. Além disso, alguns preenchimentos adicionais com mais cavacos também foram implementados após um aquecimento curto inicial do conteúdo do digestor, uma vez que o conteúdo se torna mais empacotado após o aquecimento. No entanto, esse empacotamento por exposição ao calor é limitado durante a impregnação licor negro, onde o conteúdo pode experienciar uma compactação aumentada por cerca de 4 a 5%.

[007] Enquanto os digestores em batelada têm tipicamente detectores de nível de líquido, o nível de cavacos não é tipicamente monitorado, uma vez que o digestor de batelada não pode ser alimentado com mais cavacos do que uma condição onde a entrada está cheia de partículas, isto é, preenchida 100%. Isso é em contraste com digestores contínuos e especialmente digestores em fase vapor onde o nível de cavacos precisa ser monitorado para manter o volume de cavacos na fase vapor em um volume mais ou menos constante.

[008] WO 2007/090925 da Valmet, antiga Metso Paper, descreve um método aprimorado para o tratamento do material lignocelulósico, em que o digestor e seus conteúdos são primeiro aquecidos com vapor direto a uma temperatura de hidrólise predeterminada e, então, um volume de líquido de lavagem é introduzido no digestor a partir de uma extremidade e que o líquido de lavagem é removido a partir da outra extremidade do digestor, que é oposta à extremidade de introdução. Portanto, o digestor inteiro está cheio com líquido de lavagem antes de qualquer hidrolisado ser deslocado através da saída. Agora, se for assumido que o volume vazio em torno dos cavacos de madeira de acordo com a regra prática é 2/3 do volume total do digestor, obtém-se uma alta ordem de diluição do hidrolisado.

[009] De acordo com o processo descrito na patente publicada US 8.262.854 da Valmet, antiga Metso Paper, o hidrolisado é recuperado utilizando um fluxo descendente do hidrolisado em gotejamento. Nesse método, a primeira fração do hidrolisado goteado é coletada como fração do produto e a segunda fração diluída com líquido de lavagem é descartada do digestor para um tanque de armazenamento de hidrolisado aquecido para ser usado como o primeiro líquido de fluxo de gotejamento na próxima batelada. Através da recuperação tipo gotejamento, obtém-se hidrolisado concentrado, mas a etapa de recuperação é devagar demais e, portanto, é desvantajosa para a qualidade da polpa. Adicionalmente o tratamento é desigual no conteúdo do digestor; é óbvio que formações de canais vão ocorrer durante o tratamento, o líquido vai por onde é mais fácil.

[0010] Em ainda um outro aprimoramento do processo de recuperação do hidrolisado descrito em EP2430233 da Valmet, antigamente Metso Paper, o hidrolisado final é recuperado sujeitando o digestor em batelada a uma circulação enquanto o digestor é preenchido com líquido de lavagem até que os cavacos de lavagem estejam completamente cobertos com líquido de lavagem e, então, o hidrolisado é recuperado como um licor do produto. No entanto, como a maioria dos digestores em batelada não tem medidor de nível de cavacos, o operador com experiência precisa adicionar um volume de líquido de lavagem próximo àquele de um digestor preenchido hidraulicamente para poder ter certeza que os cavacos estão cobertos pelo líquido de lavagem.

[0011] Após a remoção do hidrolisado, o processo pode continuar por um processo de cozimento-neutralização conhecido no estado da técnica.

[0012] A maioria desses métodos do estado da técnica foram desenvolvidos em digestores em batelada pequenos de laboratórios usando somente um volume pequeno de cavacos no digestor, tipicamente menos do que 10 litros de cavacos, 5 e não utilizaram por completo efeitos que podem estar disponíveis em digestores em batelada comerciais.

OBJETOS DA INVENÇÃO

[0012] A invenção é uma etapa adicional na obtenção de um hidrolisado concentrada que é benéfico para extração subsequente de subprodutos da hemicelulose dissolvida.

[0013] Agora, a invenção é baseada em um achado surpreendente de que o material passo por um aumento substancial no grau de empacotamento em um digestor em batelada durante a hidrólise em vapor, o que é, em contraste com os aumentos do grau de empacotamento, o que foi visto em estágios de impregnação com licor negro, onde o grau de empacotamento só melhorou em porcentagens de um digito. Em simulações de grau de empacotamento, achou-se que o grau de empacotamento pode aumentar em quase 100% após um fator P de 700 e sujeito a uma força de compressão de somente 14 kPa, o que corresponde a somente uma fração da força de compressão desenvolvida no fundo de digestores em batelada comerciais, onde a força de compressão está na ordem de cerca de 70 kPa pelo peso dos cavacos.

[0014] Enquanto pôde-se ver que o sinal de “nível completo” foi perdido após a hidrólise, ninguém identificou que o nível de cavacos em um digestor em batelada comercial empacotado está sujeito à essa ordem alta de compressão. O sensor de “nível completo” é usado durante o empacotamento de/preenchimento com cavacos e é usado para interromper outro preenchimento além do ponto de onde o nível de cavacos pode ir além da válvula de fechamento na entrada. Isto é, um simples sinal ligado/desligado indicando quando o digestor está cheio. Uma vez que o digestor está cheio o processo começa e, convencionalmente, não há nenhuma necessidade no processo de monitorar o nível de cavacos real durante o processo.

[0015] Esse efeito surpreendente encontrado após a hidrólise em vapor pôde ser usado para limitar adicionalmente a diluição do hidrolisado, uma vez que menos líquido é necessário para dissolver a maior parte do hidrolisado após uma primeira fase de hidrólise em vapor por suspensão simples do material celulósico em uma segunda fase de hidrólise líquida.

[0016] No método inventivo, o fator P e a razão licor para madeira (L/W) são não só importantes, mas parâmetros de processo bem conhecidos.

[0017] O fator P é definido para controlar o estágio pré-hidrólise, considerando a temperatura e o tempo, analogamente com o conceito de fator H (Vroom 1957), mas usando a energia de ativação para degradação ácida dos carboidratos de acordo com Lin (1979); Herbert Sixta, Handbook of Pulp, Volume 1, Wiley-VCH Verlag, 2006, páginas 343-345.

[0018] Nota: • Vroom, K.E. , 1957, The “H” factor: a means of expressing cooking times and 10 temperatures as a single variable., Pulp Paper Mag. Can. 38(No. 2), 228-231. • Lin, C.K., Prehydrolysis- alkaline pulping of sweetgum wood. PhD thesis, Department of Wood and Paper Science. NCSU, Releigh NC, USA, 1979

[0019] A razão licor para madeira (L/W) é expressa por litro por quilo de madeira seca em forno. No licor está coberto qualquer líquido que possa ser trazido com material celulósico para o digestor, tal como a umidade da madeira ou líquidos que podem ser absorvidos por material celulósico durante quaisquer pré-tratamentos do material celulósico, tal como o de lavagem.

[0020] A invenção refere-se à extração de hemicelulose, e para um tipo convencional de madeira dura, tal como Eucalyptus nitens o teor total de hemicelulose é cerca de 150 kg/ton de madeira e, no máximo, 100 kg/ton pôde ser dissolvido e capturado no líquido de hidrólise. Sem compressão mecânica, um hidrolisado forte pôde ser recuperado após uma fase de pré- hidrólise a uma concentração de 40 a 50 kg/m3 e, em um estágio final de deslavamento, um hidrolisado fraco pôde ser obtido a uma concentração de 12 a 18 kg/m3. No entanto, o teor de hemicelulose pode variar entre as espécies de madeira.

[0021] A ordem da extração de celulose pode varia de um teor de hemicelulose residual baixo abaixo de 5% na polpa, tal polpa pode ser usada para dissolver polpa, até um teor de hemicelulose residual alto até 10% ou mais, e preferivelmente a extração de carboidrato é um produto complementar à produção de polpa de papel. Em ambos os casos é importante que a concentração do teor de carboidrato seja mantida alta para melhorar adicionalmente o processamento dos carboidratos.

[0022] No exemplo seguinte, um exemplo de despolpagem com pré- hidrólise-kraft do bambu é mostrado, onde o fator P pode variar de 260 a 1570, com um cozimento kraft subsequente a um fator H na faixa de 518 a 537. A polpa com baixo teor de hemicelulose, isto é, pentosanos a 3,1%, pode ser usada para dissolver polpa, enquanto a polpa com alto teor de hemicelulose, isto é, pentosanos a 10,9%, pode ser usada para polpa de papel. Em todos os exemplos, procedimento inventivo da pré-hidrólise pode ser usado.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0023] A invenção refere-se a material celulósico alimentado em digestores em batelada, onde o dito material celulósico pode ou não ser tratado ou impregnado em qualquer líquido e subsequentemente drenado do líquido livre antes de ser alimentado no digestor, em que a quantidade de líquido capturado pelos cavacos pode variar de uma razão L/W de cerca de 1 até cerca de 2 no máximo, antes de ser sujeito à hidrólise em fase vapor. De acordo com a invenção o único líquido levado para dentro da hidrólise em fase vapor é o líquido que é levado para dentro do digestor com material celulósico, preferivelmente a maior parte disto como líquido capturado, e o condensado de vapor que aquece o material celulósico.

[0024] O método inventivo para recuperar hidrolisado concentrado após hidrólise de material celulósico em digestores em batelada compreendendo os seguintes estágios em sequências; a) Submeter o material celulósico a uma hidrólise em fase vapor em que a razão L/W total resultante formada por condensado de vapor e umidade da celulose não excede 1,5 se o material celulósico conter somente umidade de madeira natura antes da hidrólise em fase vapor ou a razão L/W total resultante não excede 2,5 se o material celulósico foi submetido a lavagem ou qualquer tratamento líquido correspondendo a drenagem subsequente antes da hidrólise em fase vapor, e em que o material celulósico é submetido a uma primeira exposição a um fator P durante a hidrólise em fase vapor, resultando em um aumento de grau de empacotamento de pelo menos 20%. b) Submeter o material celulósico a uma hidrólise de fase líquida através de adição de líquido de hidrólise cobrindo o material celulósico empacotado da hidrólise em fase vapor, em que a razão L/W total formada por condensado de vapor, umidade da celulose e líquido adicionado não excede uma razão L/W total na faixa de 2,5 a 3,5 e em que o material celulósico é submetido a uma segunda exposição a um fator P durante a hidrólise em fase líquida. c) Recuperar um hidrolisado depois da hidrólise em fase líquida, tal hidrolisado corresponde a um volume de 0,5 a 2,0 em razão total de L/W e que é diluído somente pelo líquido de hidrólise adicionado.

[0025] Por essa sequência do método uma primeira hidrólise em vapor com eficiência energética pôde ser implementada, onde, em princípio, somente o material lignocelulósico precisa ser aquecida, e a segunda hidrólise em fase líquida pode ser rapidamente implementada na temperatura de hidrólise.

[0026] Em uma modalidade de acordo com o método inventivo, o fator total P está estabelecido na hidrólise em fase vapor e na hidrolise em líquida na faixa de 200 a 1500, e que a primeira exposição a um fator P é 50 a 95% do fator P total e a segunda exposição a um fator P é 5 a 50% do fator P total. Nessa modalidade, uma parte substancial da hidrólise total estabelecida na fase em vapor e a tal ponto que a compactação necessária do material é alcançada.

[0027] Em ainda outra modalidade do método inventivo, a fase líquida no digestor é submetida a circulação durante a hidrólise de fase líquida de tal forma que o conteúdo líquido é circulado pelo menos 2 vezes através do digestor. Através dessa circulação mais dos carboidratos dissolvidos podem ser capturados no líquido de hidrólise, aumentando o rendimento de carboidratos, e o licor adquire uma concentração mais uniforme dentro do digestor.

[0028] Em uma modalidade preferida do método inventivo, a recuperação do hidrolisado após a hidrólise de fase líquida é obtida drenando o líquido livre do digestor em, pelo menos, uma fase inicial de recuperação. Tal drenagem poderia obter um hidrolisado não diluído na concentração mais alta possível de carboidratos.

[0029] A drenagem pode também ser seguida pela recuperação do hidrolisado residual após a hidrólise de fase líquida é obtida deslocando líquido livre do digestor usando outro líquido de deslocamento em, pelo menos, uma fase final de recuperação.

[0030] Na maioria das aplicações do método inventivo, o fator P total está estabelecido na hidrólise em fase vapor e na hidrólise em fase líquida excedendo 400. Essa ordem de fator P é, pelo menos, estabelecida para algumas qualidades especiais de polpa, como polpa de dissolução, onde essencialmente nenhuma hemicelulose residual é desejada na polpa final. No entanto, algumas qualidades de polpa podem ter hemicelulose residual e podem ainda exibir melhor resistência de polpa se alguma hemicelulose for mantida na polpa final.

[0031] Em uma modalidade preferida do método inventivo, o líquido de deslocamento usado é um hidrolisado fraco deslocado e diluído de um estágio de hidrólise anterior. Se esse hidrolisado fraco é usado para o deslocar a hemicelulose residual, o rendimento de carboidrato total pode ser aumentado e as perdas de carboidratos podem ser mantidas em um mínimo.

[0032] Em outra modalidade do método inventivo, o fator P está estabelecido na hidrólise em fase vapor excedendo 300. A ordem de compactação poderia ser adicionalmente aumentada por essa ordem de fator P. E o aumento de grau de empacotamento após a exposição a um fator P durante a hidrólise em fase vapor poderia exceder 50%.

[0033] O líquido de hidrólise usado pelo menos em parte compreende um hidrolisado fraco deslocado e diluído do estágio de hidrólise anterior e, opcionalmente, compreende um acidificante adicional. Portanto, o líquido de hidrólise poderia, no total, compreender somente hidrolisado fraco e possivelmente ou em parte hidrolisado fraco e possivelmente fortificado com acidificante para aumentar a velocidade da hidrólise em fase líquida se o material celulósico for difícil de processar.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0025] A Fig. 1 é um fluxograma esquemático do processo implementado em um digestor de acordo com uma modalidade da presente invenção; A Fig. 2 é um esboço do parque de tanques de filtrado usado para lidar com os licores de tratamento em um sistema de digestor em batelada de acordo com a invenção; As Figs. 3A a 3c está mostrando o aumento do grau de empacotamento que é desenvolvido dentro de um digestor em batelada comercial durante a hidrólise em vapor; A Fig. 4 é um diagrama mostrando como o grau de empacotamento aumenta durante o progresso do fato P a hidrólise em vapor. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0026] O processo de cozimento, de acordo com a invenção, implementado em digestor em batelada é esquematicamente mostrado na Fig.1 como um fluxograma.

[0027] Fase “Fill”: O processo de despolpagem em batelada de deslocamento, de acordo com a invenção, é iniciado preenchendo o digestor com o material lignocelulósico, isto é, com os cavacos. O fluxo de cavaco entra no topo do digestor. Vapor em baixa pressão (LP) é usado para assegurar bom empacotamento de cavacos por todo a seção transversal do digestor usando um gerado de vapor turbulento na entrada. Durante o enchimento com cavacos, o ar é evacuado através de malhas de sucção arranjadas na entrada. O enchimento com cavacos é parado depois de o interruptor de nível de digestor ter operado e a válvula de tamponamento é, então, fechada. Os cavacos são pré-aquecidos da temperatura ambiente a cerca de 60 a 90°C durante a fase de “enchimento”:

[0028] Fase de “Heat”: O aquecimento dos cavacos é continuado até a temperatura de hidrólise usando primeiramente ainda vapor em baixa pressão (LP) do topo e fundo do digestor e o aquecimento é finalmente continuado com vapor em pressão média (MP) até a temperatura necessária ser alcançada, isto é 150 a 170°C. O digestor é mantido nessa temperatura e pressão até que a etapa de pré-hidrolise seja completa, isto é, até que o fator P necessário seja alcançado.

[0029] Fase “St Hyd”: De acordo com a invenção, a etapa de pré- hidrólise é realizada em fase vapor, onde ácidos da celulose estão hidrolisados pelo vapor e as condições ácidas são criadas no digestor. O pH final da fase de pré-hidrólise em vapor varia dependendo da espécie de celulose ou de madeira e as próprias condições de pré-hidrólise. O pH é tipicamente medido no condensado formado e varia de 2,5 a 4,0. A fase de hidrólise em vapor continua até um grau de empacotamento predeterminado ter sido obtido, em que o material celulósico é sujeito a uma primeira exposição a um fator P durante a hidrólise de fase em vapor resultando em um aumento de grau de empacotamento de cerca de 20% e preferivelmente após um fator P excedendo 100 e mais preferivelmente acima de 400.

[0030] Fase “W Hyd”: Uma vez que a hidrólise em fase vapor terminou e o grau de empacotamento aumentou, o digestor em batelada está cheio, preferivelmente o mais rápido possível, com uma quantidade pequena predeterminada de líquido (A1) que formará uma suspensão do conteúdo do digestor. O condensado rico em hemicelulose da hidrólise em fase vapor será prontamente suspenso nesse líquido. Como mostrado no fluxograma, a suspensão pode ser submetida a circulação durante essa fase dissolvendo o condensado de hemicelulose homogeneamente em todo volume de líquido. O líquido adicionado já está preferivelmente aquecido até a temperatura de hidrólise e pode conter acidificantes adicionais. A hidrólise, então, contínua em uma segunda fase de hidrólise em água, dissolvendo ainda a hemicelulose nesse líquido do material celulósico.

[0031] Fase “Hyd Ext”: Depois de o fator P ser alcançado, isto é, depois da hidrólise em vapor e a hidrólise em água, a etapa de extração é iniciada por uma primeira fase drenagem obtendo um hidrolisado forte não diluído (E1), seguida de uma introdução de líquido de lavagem quente (A2) ao digestor deslocando o hidrolisado forte residual do material celulósico.

[0032] O primeiro volume de hidrolisado forte deslocado é essencialmente não diluído e é extraído para um tanque dedicado a hidrolisado forte na corrente E1 e pode ser enviado diretamente para outros processos, tais como processos de açúcar C5.

[0033] Fase “Hyd Wash”: Quando a concentração do hidrolisado forte deslocado estiver caindo ou imediatamente após começar a cair, a corrente E1 para o tanque de hidrolisado forte é bloqueado e finalmente os líquidos deslocados e desviados para a linha E2 são coletados não tanque de hidrolisado fraco, em que a hemicelulose residual é capturada em líquido. Como esse líquido está quase na temperatura de hidrólise, como mostrado, usa-se o líquido adicionado, via linha A1, como líquido para a formação da fase de hidrólise em água.

[0034] Fase “Neutr”: A temperatura do líquido de lavagem quente está entre 100 e 170°C, preferivelmente entre 140 e 160°C e ele é bombeado para dentro do digestor a partir de seu fundo. De acordo com uma modalidade, água quente do acumulador de “Hot W”/ÁGUA QUENTE, como mostrado na Fig. 2, é usado como líquido de lavagem.

[0035] De acordo com outra modalidade, hidróxido de sódio pode ser adicionado à água quente antes de introduzi-la no digestor, se houver necessidade de aumentar o pH dos cavacos durante a etapa de recuperação para melhorar a paragem da hidrólise.

[0036] Como mostrado no fluxograma, a fase neutralização também pode incluir adição de licor branco, ou firo ou como mostrado aqui como licor branco aquecido na corrente B1.

[0037] Fase “BL Imp”: O processo de cozimento kraft seguinte começa com adição de licor negro quente na corrente C1 e licor branco adicional na corrente B2, enquanto o líquido de neutralização é deslocado do digestor na corrente F1.

[0038] Fase “Heat”: Após impregnação, o conteúdo do digestor é exposto a circulação enquanto vapor de pressão média “MP ST” é adicionado, aquecendo o conteúdo até a temperatura de cozimento.

[0039] Fase “Cook”: Após aquecer até a temperatura de cozimento, a circulação continua durante o estágio de cozimento.

[0040] Fases “Displ” e “Discharge”: Após o cozimento, o licor negro final é deslocado na corrente G1 através de adição de líquido de deslocamento na forma de líquido de lavagem na corrente D1 em uma primeira fase de deslocamento de licor residual negro na corrente G2 através de adição de mais líquido de lavagem na corrente D2 em uma segunda fase. Uma vez terminado, a polpa produzida está adequada para produção de polpa de dissolução, “Diss Pulp”, é bombeada para fora do digestor em batelada.

[0041] Na Fig. 2 é mostrado um esboço principal do parque de tanques de filtrado usado para lidar com os licores de tratamento em um sistema de digestor em batelada de acordo com a invenção, como descrito acima.

[0042] “TANQUE DE LÍQUIDO DE LAVAGEM”: Começando do lado esquerdo, o parque de tanques inclui um tanque de líquido de lavagem, “Wash Liq”, recebendo líquido de lavagem que pode ser filtrado de estágios de lavagem de massa marrom após cozimento ou de qualquer filtrado alcalino de estágios seguintes à lavagem de massa marrom. A temperatura do líquido de lavagem é convencionalmente pelo menos 70 a 80°C e o tanque de líquido de lavagem pode ser um tanque à pressão atmosférica.

[0043] “TANQUE DE LICOR BRANCO QUENTE”: O licor branco, convencionalmente tendo uma temperatura de cerca de 70 a 90°C do processo de recuperação, é alimentado em um tanque de licor branco quente, “Hot WL”, por meio de um trocador de calor indireto onde o licor branco é aquecido por um calor residual nos licores gastos no cozimento que deve ser enviado para os estágios de evaporação no processo de recuperação. O licor branco quente aquecido é enviado para ambas as fases de neutralização, assim como para o estágio de impregnação com licor negro após o estágio de cozimento kraft.

[0044] “TANQUE DE LICOR NEGRO FINAL”: O licor negro obtido de ambos os estágios finais de neutralização e após o cozimento é enviado para um tanque de licor negro final, “Hot VL2”, e, como mostrado, o valor do calor residual nesses licores é usado em 2 trocadores de calor indiretos, aquecendo o licor branco, WL, assim como a água quente, WW, enviada para o tanque de água quente “Hot W”. Assim que esse tanque recebe os licores de diferentes níveis de pH, o tanque está normalmente sob circulação para acabar com essas diferenças e evitar deposições no tanque.

[0045] “TANQUE DE LICOR NEGRO PRIMÁRIO”: O primeiro volume do licor gasto no cozimento na corrente G1, tendo temperatura de cozimento, é enviado para um tanque de licor negro primário, “Hot BL 1”, e, como mostrado, o licor negro é usado na corrente C1 para estabelecer o estágio de impregnação de licor negro após a neutralização.

[0046] “TANQUE DE HIDROLISADO FRACO”: A hemicelulose residual suspendida no líquido deslocado após a hidrólise é enviada pela corrente E2 para um tanque de hidrolisado fraco, “Hot Hyd weak”, e é usada como líquido de suspensão quando o estágio de hidrólise em água está sendo formado. A hemicelulose residual é, portanto, não é desperdiçada e, do contrário, é trazida de volta para o sistema onde o líquido é usado para suspender mais hemicelulose da fase de hidrólise em vapor.

[0047] “TANQUE DE HIDROLISADO FORTE”: O hidrolisado mais forte recuperado por drenagem depois da fase de hidrólise em água, isto e, corrente E1, é enviado para um tanque de hidrolisado forte, “Hot Hyd strong”. Esse licor de alta concentração pode ser enviado diretamente para processamento subsequente e recuperação de produtos comerciais, tais como produção de açúcar C5. Normalmente esse tanque também está sob circulação para evitar deposição no tanque. Em alguns sistemas, esse tanque pode ser submetido a refrigeração para evitar que a hemicelulose seja mais degradada.

[0048] “TANQUE DE ÁGUA DE LAVAGEM QUENTE”: A água de lavagem é usada para lavar e deslocar o hidrolisado nas fases ácidas como conteúdo alcalino deve ser evitado aqui. A água de lavagem é enviada para esse tanque, “Hot W”, por meio de aquecedores e pode ser posta sob uma circulação com aquecimento no tanque.

[0049] Fig. 3a a 3c mostra o aumento do grau de empacotamento que é desenvolvido dentro de um digestor em batelada comercial durante a hidrólise em vapor. Na primeira Figura 3c, o digestor em batelada é preenchido até o topo com cavacos (até que o sensor de nível indique “cheio”), após isso a válvula de entrada é fechada e os cavacos são aquecidos com vapor pressurizado alcançando a temperatura de hidrólise de cerca de 170 a 180°C. Após um tempo, o sinal do sensor de nível é perdido, mas como o digestor está aquecido e sob pressão, nenhum cavaco pode ser alimentado, dessa forma a última camada seria submetida a condições de processo diferentes do resto do conteúdo. O que foi realizado nesse contexto é que o conteúdo é submetido à uma extensiva compactação e no fim da pré-hidrólise o nível do conteúdo está reduzido a cerca de metade do volume do digestor que é mostrado na Figura 3c.

[0050] O quão comprimido é o conteúdo foi estudado em um pequeno digestor de laboratório, onde um pistão de compressão pôde ser aplicado no conteúdo de cavacos durante as condições de pré-hidrólise em fase vapor. Na Figura 4, é mostrado um teste onde o pistão de compressão aplica uma força de cerca de 14 kPa no conteúdo. Essa ordem de força comparada com uma força de cerca de 70 kPa que é completamente desenvolvida no fundo de um digestor em batelada comercial com uma altura de cerca de 20 metros devido ao peso do conteúdo. Isso significa que em uma batelada comercial uma força linear é aplicada no conteúdo do topo para o fundo variando de 0 a 70 kPa, isto é, com uma força média de cerca de 35 kPa. Portanto, aplicar uma força moderada de 14 kPa deveria imitar a compressão possível, em média, em todo digestor, por margem. Quando a força de 14 kPa é aplicada inicialmente, um aumento incremental de empacotamento é visto em cerca de 1,1 em grau de empacotamento e isso aumenta levemente em cerca de 1,3 em grau de empacotamento após cerca de 70 minutos, o que corresponde a um fator P de um digito negligenciável. No entanto, quando o fator P aumenta para cerca de 200, o grau de empacotamento está aumentando rapidamente até cerca de 1,7 e continuamente para aumentar a um grau de empacotamento que se aproxima de 2,0 em um fator P de cerca de 700 e após 200 a 250 minutos. Já no fator P de cerca de 400, após 150 minutos, um grau de empacotamento de cerca de 1,9 é obtido. O teste mostra que o volume do conteúdo reduziu seu volume em cerca de metade, se um fator P de cerca de 700 é alcançado durante a hidrólise.

[0051] A razão para essa ordem alta de compactação durante a hidrólise pode provavelmente ser achada na temperatura de amolecimento da lignina e possivelmente na hemicelulose na matriz de madeira. Estudos anteriores (Goring, Pulp & Paper Mag. Can. 64:T-517, 1963) de termoplasticidade de componentes madeira seca mostrou que a lignina e a hemicelulose têm temperaturas de amolecimento de cerca de 127 a 235°C e 167 a 217°C, respectivamente, enquanto celulose precisa de uma temperatura de 231 a 235°C para o amolecimento térmico. Uma hidrólise em fase vapor típica a cerca de 170 a 180°C pode, portanto, ativar o amolecimento de lignina e possivelmente de hemicelulose. Isso pode explicar porque a típica impregnação com licor negro somente tem revelado compactação de um dígito do material celulósico já que a impregnação com licor negro é conduzida a cerca de 110 a 130°C.

[0052] A invenção pode ser aplicada para qualquer tipo de matéria de celulose, como madeira dura, madeira mole e plantas anuais, incluindo bagaço, bambu e palha. A invenção é preferivelmente aplicada quando o material celulósico está na forma de cavacos bem peneiradas, onde o volume vazio total entre os cavacos pode ser tão alto quanto 2/3 do volume total, mas também lascas, palha picada e serragem com uma ordem mais baixa de volume vazio.

[0053] Como notado anteriormente, o material celulósico original poderia conter até 15% de hemicelulose (Eucalyptus Nitens) e a drenagem líquida e técnicas de deslocamento podem recuperar 2/3 desse conteúdo. Em alguns processos, a extração de hemicelulose é dada como prioridade e a polpa, após a hidrólise, pode ser exposta a prensagem mecânica extrema e lavagem para extrair mais celulose. Mas isso a custo de perdas na resistência da polpa e onde a celulose alfa residual é usada, do contrário, para a produção de etanol ou outros usos sem ser produção de polpa de papel. A invenção pode ser usada para moinhos de produção de etanol, como mostrado na Figura 1, em moinho de produção de polpa de papel.

Claims (11)

1. Método para recuperar um hidrolisado concentrado após hidrólise do material lignocelulósico em digestores em batelada, caracterizado pelo fato de que compreende os seguintes estágios em sequência: a. submeter o material lignocelulósico a uma hidrólise em fase vapor em que a razão L/W total resultante formada por condensado de vapor e umidade da celulose não excede 1,5 se o material lignocelulósico conter somente umidade de madeira natura antes da hidrólise em fase vapor ou a razão L/W total resultante não excede 2,5 se o material lignocelulósico foi submetido a lavagem ou qualquer tratamento líquido correspondente com drenagem subsequente antes da hidrólise em fase vapor, e em que o material lignocelulósico é submetido à hidrólise em fase vapor até um primeiro fator P, resultando em um aumento de grau de empacotamento de pelo menos 20%, ser estabelecido; b. submeter o material lignocelulósico a uma hidrólise de fase líquida através de adição de líquido de hidrólise cobrindo o material lignocelulósico empacotado da hidrólise em fase vapor, em que a razão L/W total formada por condensado de vapor, umidade da celulose e líquido adicionado não excede uma razão L/W total na faixa de 2,5 a 3,5 e em que o material lignocelulósico é submetido à hidrólise de fase líquida até um segundo fator P, ser estabelecido; c. recuperar um hidrolisado depois da hidrólise em fase líquida, tal hidrolisado corresponde a um volume de 0,5 a 2,0 em razão total de L/W e o qual é diluído somente pelo líquido de hidrólise adicionado.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a hidrólise em fase vapor é realizada em uma temperatura na faixa de 150 a 170°C.

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o fator P total estabelecido na hidrólise em fase vapor e na hidrólise em fase líquida está na faixa de 200 a 1500, e que o primeiro fator P estabelecido é de 50 a 95% do fator P total e o segundo fator P estabelecido é de 5 a 50% do fator P total.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a fase líquida no digestor é submetida a circulação durante a hidrólise de fase líquida de tal forma que o conteúdo líquido é circulado pelo menos 2 vezes através do digestor.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a recuperação do hidrolisado após a hidrólise de fase líquida é obtida drenando o líquido livre do digestor em, pelo menos, uma fase inicial de recuperação.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a recuperação do hidrolisado residual após a hidrólise de fase líquida é obtida deslocando líquido livre do digestor usando outro líquido de deslocamento em pelo menosuma fase final de recuperação.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o fator P total está estabelecido na hidrólise em fase vapor e na hidrólise em fase líquida excedendo 400.

8. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o líquido de deslocamento usado é um hidrolisado fraco deslocado e diluído de um estágio de hidrólise anterior.

9. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o fator P total está estabelecido na hidrólise em fase vapor excedendo 300.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o grau de empacotamento aumenta durante a hidrólise em fase vapor exceder 50%.

11. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o líquido de hidrólise usado pelo menos em parte compreende um hidrolisado fraco deslocado e diluído do estágio de hidrólise anterior e, opcionalmente, compreende um acidificante adicional.

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