BR112020009792A2

BR112020009792A2 - método para ajustar o equilíbrio de s/na de uma fábrica de celulose de sulfato, sistema arranjado para ajustar o equilíbrio de s/na de uma fábrica de celulose de sulfato, e, uso de um biorreator

Info

Publication number: BR112020009792A2
Application number: BR112020009792-6A
Authority: BR
Inventors: Risto Hämäläinen; Seppo Tuominiemi
Original assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-11-03
Also published as: CL2020001727A1; CN111542661B; CN111542661A; CL2020001728A1; US20200385925A1; CA3083996A1; WO2019129922A1; WO2019129921A1; BR112020010000A2; BR112020010000B1; BR112020009792B1; CA3083995A1; US11619000B2; CN111542662A; EP3732326A1; EP3732327A1; US20200291574A1; US11634864B2

Abstract

A invenção refere-se a um método e um sistema para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose de sulfato, em que uma corrente de CNCG da fábrica de celulose contendo compostos de enxofre é primeiro lavada com uma solução de purificação aquosa contendo um agente alcalino, produzindo assim uma solução de purificação gasta aquosa contendo sulfetos, que é então oxidada em um biorreator por meio de micróbios oxidantes de enxofre, obtendo-se assim uma suspensão aquosa contendo enxofre elementar, da qual o enxofre elementar pode ser separado como um precipitado e a solução residual pode ser usada para reabastecer a solução de purificação aquosa.

Description

1 / 18 MÉTODO PARA AJUSTAR O EQUILÍBRIO DE S/NA DE UMA FÁBRICA DE CELULOSE DE SULFATO, SISTEMA ARRANJADO PARA AJUSTAR O EQUILÍBRIO DE S/NA DE UMA FÁBRICA DE CELULOSE DE SULFATO, E, USO DE UM BIORREATOR

CAMPO TÉCNICO

[001] A invenção se refere a um método e um sistema para ajuste de equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose. Alguns aspectos da invenção refere-se a um método e um sistema para separar enxofre de uma corrente de CNCG de uma fábrica de celulose. Alguns aspectos da invenção referem-se a um método e um sistema para oxidação biológica dos compostos de enxofre separados de uma corrente de CNCG dentro de uma fábrica de celulose. Fundamentos

[002] Os processos de formação de polpa industriais, em particular os processos de formação de polpa químicos, são usados para remover hemiceluloses e lignina da matéria-prima à base de madeira, a fim de prover fibras de celulose. O processo de cozimento químico, em particular do sulfato, usa uma combinação de produtos químicos de alta temperatura e de formação de polpa para quebrar as ligações químicas da lignina, que é um biopolímero natural na madeira que une as fibras de celulose. Em um processo de cozimento de sulfato, o material à base de madeira é misturado em um digestor com uma solução aquosa de produtos químicos de formação de polpa e depois aquecido com vapor. Um exemplo de um processo de sulfato é o processo Kraft, em que os principais produtos químicos de formação de polpa são o hidróxido de sódio (NaOH) e o sulfeto de sódio (Na2S). O processo de cozimento químico separa as fibras de celulose dos componentes de lignina e hemicelulose e produz licor de cozimento usado, conhecido como licor preto. Este licor contendo os produtos químicos e subprodutos usados é concentrado e normalmente queimado para recircular os produtos químicos. A recirculação dos produtos químicos de cozimento é normalmente chamada de ciclo de licor

2 / 18 ou ciclo de recuperação química de uma fábrica de celulose.

[003] Devido à legislação mais rígida relacionada à proteção ambiental, as modernas fábricas de celulose precisam circular produtos químicos com mais cuidado, além de tentar diminuir o acúmulo de compostos de enxofre no meio ambiente. Os meios convencionais para lidar com correntes laterais contendo enxofre formadas nos processos da fábrica de celulose têm sido despejar as correntes laterais como cinzas volantes ou recircular as correntes laterais contendo enxofre para outros processos para a fabricação de produtos químicos industriais. Um exemplo para a recuperação de enxofre é a combustão de gases com odor desagradável, que são formados como subproduto do processo de fabricação de polpa. A combustão dos gases com odor desagradável produz gases de combustão contendo óxidos de enxofre, que podem ser recuperados e usados posteriormente para fabricar, por exemplo, ácido sulfúrico. Bissulfito de sódio, ditionito e gesso são outros exemplos de possíveis produtos que podem ser fabricados a partir de correntes laterais contendo enxofre de uma fábrica de celulose. No entanto, o refino de gases de combustão ou correntes laterais contendo enxofre de fábricas de celulose para produtos químicos mais valiosos requer investimentos de capital massivos e plantas químicas separadas. O refino pode ainda ser problemático do ponto de vista ambiental. Além disso, esses investimentos são demorados e podem ser difíceis de adaptar aos processos já existentes nas fábricas de celulose convencionais.

[004] O enxofre é um produto químico crítico no processo de cozimento químico de uma fábrica de celulose de sulfato e precisa ser removido e reabastecido continuamente no ciclo de recuperação de produtos químicos. Uma desvantagem específica relacionada às formas convencionais de recuperação de enxofre da fábrica de celulose é a perda concomitante de sódio do processo químico de cozimento, que normalmente é recuperado juntamente com o enxofre. Isso leva à perda de dois elementos críticos nos

3 / 18 produtos químicos para cozimento, o que é indesejável para o equilíbrio de S/Na da fábrica de celulose. Portanto, é um dilema constante como o conteúdo total de enxofre do ciclo de recuperação química pode ser reduzido e como o equilíbrio de S/Na da fábrica de celulose pode ser aprimorado em vista de uma legislação mais rigorosa. O acúmulo de enxofre no ciclo de recuperação química é um desafio contínuo para a operação eficiente da fábrica de celulose. Assim, é necessário um método e sistema econômicos e ecológicos para controlar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose que sejam mais fáceis de implementar em um processo já existente de uma fábrica de celulose convencional. Sumário

[005] Os problemas revelados acima podem ser resolvidos proporcionando um método e um sistema que permita o ajuste do equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose pela separação de compostos de enxofre de uma corrente de CNCG de uma fábrica de celulose como sulfetos e oxidação de sulfetos em enxofre elementar com micróbios. Uma vantagem é que o ajuste do equilíbrio de S/Na da fábrica de celulose pode ser implementado de uma maneira mais simples e rápida. Uma vantagem adicional é que, dessa maneira, o enxofre pode ser recuperado sem perder sódio. Isso reduz a necessidade de adicionar NaOH de reposição para ajustar a sulfidez da fábrica de celulose, diminuindo assim os custos e permitindo evitar o uso desnecessário de produtos químicos. Assim, é permitido o ajuste do equilíbrio S/Na da fábrica de celulose de maneira econômica e ecológica.

[006] Os gases não condensáveis concentrados, a seguir denominados CNCGs, são gases odoríferos formados nos processos das fábricas de celulose. Os CNCGs contêm compostos de enxofre, produtos orgânicos da madeira, vapor de ar e água. Os compostos de enxofre dos CNCGs podem se originar, por exemplo, de digestores, cozimentos e evaporadores. Normalmente, os gases concentrados são coletados e

4 / 18 queimados na caldeira de recuperação da fábrica de celulose, em um forno separado ou em um forno de cal. Os gases mal-cheirosos formados por ano em uma fábrica de celulose podem conter vários milhões de toneladas de enxofre elementar. A maior parte disso é representada pelos CNCGs. Assim, uma corrente de CNCG de uma fábrica de celulose é um material de fonte atraente para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose por separação e recuperação de compostos de enxofre.

[007] Maneiras convencionais para tratar compostos de enxofre são o despejo de cinzas volantes e a produção de produtos químicos úteis, como NaHSO3 ou H2SO4. Os produtos químicos produzidos podem ser usados na fábrica de celulose, por exemplo, no branqueamento de celulose, ou os produtos químicos produzidos podem ser usados em processos externos, fora da fábrica de celulose. Um problema relacionado às formas convencionais de recuperação de enxofre da fábrica de celulose é a perda de sódio juntamente com o enxofre recuperado. Assim, é necessário um método e um sistema pelo qual o enxofre possa ser recuperado sem perder sódio. Isso é feito recuperando o enxofre em sua forma elementar. Além disso, quando o enxofre é removido da corrente de CNCG da fábrica de celulose como enxofre elementar, o material fica em uma forma muito compacta e densa, fácil de armazenar no local ou de transportar em grandes quantidades para plantas químicas já existentes para produção de produtos químicos. O enxofre elementar ainda está em uma forma que pode ser facilmente usada em várias reações químicas. A oxidação biológica de uma corrente de CNCG de uma fábrica de celulose, que foi tratada na forma de uma solução aquosa compreendendo sulfetos, fornece um método econômico e ecológico para recuperar e reciclar enxofre.

[008] Produzir o enxofre elementar com oxidação biológica por micróbios é uma solução econômica, que economiza espaço e tecnicamente simples. As correntes de CNCG, específicas em sua composição, fazem parte

5 / 18 do sistema de equilíbrio de enxofre de uma fábrica de celulose. Os CNCGs liberados durante o processo de formação de polpa são nocivos e têm um limiar muito baixo de detectabilidade de odor. Os CNCGs ventilados para a atmosfera podem causar lesões, danos ambientais e incômodos de odor à comunidade circundante. Adicionado às propriedades tóxicas e corrosivas dos CNCGs, eles também são explosivos. Assim, a implementação dessa solução tecnicamente simples de ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose produzindo biologicamente enxofre elementar a partir dos fluxos de CNCG em um ambiente de fábrica de celulose exige que vários aspectos sejam levados em consideração.

[009] De acordo com um aspecto da invenção, uma corrente de CNCG de uma fábrica de celulose contendo compostos de enxofre é primeiro lavada em um purificador com uma solução de purificação aquosa contendo um agente alcalino. Os compostos de enxofre reagem com o agente alcalino, produzindo assim uma solução de purificação gasta aquosa contendo sulfetos, como Na2S e NaHS. Os sulfetos, quando reagidos, transferem-se da fase gasosa para a fase líquida, de modo que uma conversão seletiva de sulfeto possa ser obtida. A solução de purificação gasta aquosa contendo sulfetos é então oxidada biologicamente em um biorreator por meio de micróbios oxidantes de enxofre, formando assim enxofre elementar. O enxofre elementar pode então ser recuperado. Quando a separação de compostos de enxofre é implementada a partir de uma corrente de CNCG de uma fábrica de celulose com um biorreator separado, o método é mais fácil de implementar em um processo já existente de uma fábrica de celulose convencional.

[0010] Portanto, é apresentado um método para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose de sulfato, tal método compreende − prover a uma fábrica de celulose corrente de CNCG contendo compostos de enxofre em um purificador, − purificar a corrente de CNCG da fábrica de celulose

6 / 18 contendo compostos de enxofre no purificador com uma solução de purificação aquosa contendo um agente alcalino, pelo qual pelo menos alguns dos compostos de enxofre reagem com o agente alcalino, produzindo assim um derivado da corrente de CNCG e uma solução de purificação gasta aquosa contendo sulfetos, − introduzir a solução de purificação gasta aquosa contendo sulfetos em um biorreator localizado a jusante do purificador, − oxidar a solução de purificação gasta aquosa contendo sulfetos no biorreator biologicamente em uma reação de oxidação por meio de micróbios oxidantes de enxofre, obtendo assim uma suspensão aquosa contendo enxofre elementar, − separar o enxofre elementar da suspensão aquosa em uma unidade de separação de enxofre localizada a jusante do biorreator, obtendo assim uma solução residual e um precipitado contendo o enxofre elementar.

[0011] Os objetos de acordo com a invenção são ainda descritos nas reivindicações em anexo. Breve descrição dos desenhos

[0012] A Figura 1 ilustra, por meio de um exemplo, um diagrama de processo de um sistema configurado para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose, a Figura 2 ilustra, por meio de um exemplo, um diagrama de processo de um outro sistema configurado para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose, a Figura 3 ilustra, por meio de um exemplo, um purificador configurado para separar enxofre de uma corrente de CNCG da fábrica de celulose de sulfato, e a Figura 4 ilustra, por meio de um exemplo, um biorreator configurado para separar enxofre de uma corrente de CNCG da fábrica de celulose de sulfato.

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[0013] As figuras são esquemáticas. As figuras não estão em qualquer escala específica. Descrição Detalhada

[0014] O termo “purificador” refere-se a um dispositivo de controle de poluição do ar que é usado para remover partículas ou compostos de uma corrente de gás de exaustão de uma fábrica de celulose. Uma solução aquosa pode ser introduzida no purificador para coletar poluentes indesejados de uma corrente de gás em uma solução de purificação gasta aquosa.

[0015] O termo “gás não condensável concentrado” ou CNCG refere- se a compostos contendo enxofre odoríferos gerados como subprodutos de um processo de formação de polpa, que são capturados e eliminados para atender aos padrões ambientais. Um gás não condensável é um resíduo que permanece após o resfriamento do gás capturado e a condensação dos componentes mais pesados. Os gases não condensáveis concentrados são formados tipicamente nas áreas do digestor e do evaporador de uma fábrica de celulose, por exemplo, quando o licor preto é concentrado para aumentar o teor de sólidos secos para combustão. O CNCG compreende enxofre total reduzido (TRS). CNCG pode compreender, por exemplo, sulfeto de hidrogênio (H2S), metil mercaptano (CH3SH), dimetil sulfeto (CH3SCH3) e dimetil dissulfeto (CH3SSCH3). A Tabela 1 abaixo apresenta exemplos de análises de CNCG das fábricas de celulose A, B e C. Como é evidente na Tabela 1, a quantidade de vários compostos contendo enxofre em uma corrente de GNGC pode variar entre diferentes fábricas de celulose. No entanto, a quantidade de compostos contendo enxofre é considerável em todas as fábricas de celulose da tabela 1. Tabela 1. Exemplos de análises de CNCG das fábricas de celulose A, B e C. O símbolo ‘*’ indica que o componente não foi analisado ou está abaixo do nível de detecção da análise. Componente A (ppm) B (ppm) C (ppm) H 2S 50 000 81 300 81 300 CH3SH 80 900 110 000 188 300

8 / 18 CH3SCH3 22 000 50 000 116 000 CH3SSCH3 800 30 000 3 000 C10H16 1 900 * * CH3OH * * * O2 * * * NH3 * * * H 2O 20 000 330 000 * CO2 * * *

[0016] O termo “eficiência” refere-se a uma proporção quantitativa da produção em relação ao total de insumos. Salvo indicação em contrário, a eficiência neste contexto é calculada como uma porcentagem do máximo teórico, que as quantidades totais de insumo fornecidas podem produzir. Em outras palavras, a eficiência é expressa como uma porcentagem do resultado idealmente esperado.

[0017] O termo “taxa de fluxo de massa” refere-se a uma massa de uma substância que passa por unidade de tempo.

[0018] O termo “aeração” refere-se ao fornecimento de oxigênio ou ar. A aeração é um processo pelo qual o ar é circulado, misturado ou dissolvido em um líquido, permitindo assim a transferência de oxigênio para o líquido, como uma solução aquosa.

[0019] Dentro do contexto deste relatório descritivo, o termo “sulfetos” refere-se a compostos ou substâncias compreendendo entidades de HS− ou S2−. Esses compostos ou substâncias incluem, por exemplo, NaHS e Na2S, bem como seus hidratos.

[0020] Uma grande quantidade de produtos químicos é usada na produção de celulose química, e é necessária a recuperação e reutilização desses produtos químicos. O processo de fabricação de polpa química branqueada normalmente compreende etapas de formação de polpa, lavagem, peneiramento, branqueamento e limpeza. As principais unidades de processo no sistema de recuperação química de uma fábrica de celulose são a evaporação do licor preto, a queima dos licores evaporados em uma caldeira de recuperação e a causticização, incluindo a geração de cal.

[0021] A caldeira de recuperação é usada para recuperar os produtos

9 / 18 químicos de cozimento. Quando queimados, os produtos químicos de cozimento formam ‘partículas’ fundidas no fundo da caldeira de recuperação. O cheiro pode ser dissolvido em um líquido. O líquido assim formado pode ser indicado como licor verde devido a uma cor verde característica. Licor verde pode ser usado para preparar licor branco para o processo de formação de polpa. A reciclagem desses produtos químicos usados para cozinhar é indicada como um ciclo de licor. O ciclo do licor é projetado para recuperar os produtos químicos usados na formação de polpa. Em particular, a caldeira de recuperação visa recuperar carbonato de sódio (Na2CO3) e sulfeto de sódio (Na2S). O licor verde é clarificado e causticizado com cal, nesse processo Na2CO3 é convertido em NaOH. Além de NaOH e Na2S, o licor branco também compreende outros sais de sódio, como sulfato de sódio (Na2SO4), e pequenas quantidades de sulfitos e cloretos. Os compostos voláteis de enxofre, no entanto, não podem ser recuperados pelo próprio ciclo do licor.

[0022] Em uma produção química de celulose, o cozimento é usado para recuperar fibras de lascas em um digestor, usando produtos químicos e calor, a fim de remover a lignina de ligação às fibras e, além disso, remover extrativos de madeira que posteriormente podem causar espumação e precipitantes no processo. Portanto, produtos químicos que dissolvem o máximo de lignina e o mínimo de celulose possível são normalmente usados no processo de formação de polpa. Tipicamente, o processo de fabricação de polpa química branqueada compreende etapas de formação de polpa, lavagem, peneiramento, branqueamento e limpeza. Atualmente, o cozimento com sulfato, também chamado de cozimento ou formação de polpa Kraft, que usa uma mistura de hidróxido de sódio (NaOH) e sulfeto de sódio (Na2S), é o método de produção de celulose mais usado. O processo de cozimento pode ser baseado no cozimento em lotes ou no cozimento contínuo compreendendo um digestor ou vários digestores. Os produtos químicos necessários para esse processo são usados em uma mistura denominada licor branco.

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[0023] Na formação de polpa, o sulfeto de sódio (Na2S) e o hidróxido de sódio (NaOH) do licor branco reagem com a água formando grupos hidrossulfeto (HS-) e hidroxil (OH-) de acordo com as equações 1 e 2. (Equação 1) (Equação 2)

[0024] Como resultado do processo de formação de polpa, o licor preto é formado. A polpa proveniente do digestor contém ambas as fibras e o licor usado para cozinhar (licor preto). O licor preto é removido da polpa na lavagem subsequente. Os produtos químicos de cozimento gastos, juntamente com as substâncias orgânicas dissolvidas, são removidos das fibras nos estágios de lavagem do estoque marrom.

[0025] O licor preto compreendendo o licor usado para cozinhar opcionalmente juntamente com o licor de lavagem em contra-corrente é evaporado e a evaporação resulta na formação de licor preto concentrado. O licor preto pode ser concentrado em uma planta de evaporação até um teor de sólidos secos (DS) de 65-75%. O licor preto pode ser concentrado para mais de 80% de DS usando tratamento térmico e evaporação pressurizada. No tratamento térmico, parte do material combustível se separa como gás não condensável (NCG), que contém compostos reduzidos de enxofre.

[0026] Os condensados dos evaporadores de licor preto e da planta de cozimento compreendem TRS, metanol e outros compostos orgânicos voláteis. Os condensados podem ser tratados em uma coluna separadora. Na coluna separadora, H2S contido no condensado pode ser recuperado. A coluna separadora pode ser integrada à evaporação do licor preto. O licor preto concentrado pode ser queimado na caldeira de recuperação.

[0027] O manuseio e combustão de licor preto com um alto teor de enxofre libera dióxido de enxofre e gases fétidos compreendendo compostos de enxofre reduzidos, como sulfeto de hidrogênio (H2S), metil mercaptano (CH3SH), dimetil sulfeto (CH3SCH3) e dimetil dissulfeto (CH3SSCH3).

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[0028] Os gases com odor desagradável podem ser divididos em gases fortes (concentrados) e fracos (diluídos). Gás com odor desagradável fraco geralmente refere-se a um gás com uma concentração de enxofre menor que 0,5 g/m3. A concentração de enxofre de um gás com odor forte normalmente é superior a 5 g/m3. Os gases concentrados podem ter origem no digestor, na unidade de evaporação e no separador de condensado. Os gases diluídos, por exemplo, podem se originar, por exemplo, de pré-vaporização de lascas, peneiramento, lavagem de polpa, dissolvedor de cheiros e ventilação de vários tanques.

[0029] O controle do equilíbrio de enxofre é importante em uma fábrica de celulose. À medida que o enxofre é introduzido no processo de cozimento, o enxofre também deve ser removido do ciclo de recuperação química, a fim de evitar um teor excessivo de enxofre no ciclo. O teor excessivo de enxofre, bem como o baixo teor desnecessário de enxofre no ciclo de recuperação de produtos químicos, podem causar problemas operacionais que resultam, por exemplo, em baixa qualidade do licor de formação de polpa, aumento do consumo de energia da fábrica e diminuição da capacidade de produção da fábrica. O equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose está relacionado à sulfidez. A sulfidez é um valor percentual de uma razão entre quantidades de Na2S e álcalis ativos no licor branco da fábrica de celulose. Alcali ativo refere-se a NaOH e Na2S. A sulfidez pode variar tipicamente entre 20-50%. A sulfidez da fábrica de celulose pode ser mantida no nível desejado, adicionando NaOH de reposição ao ciclo de recuperação química. Isso, no entanto, causa custos extras e requer uso desnecessário de produtos químicos. A Equação 3 pode ser usada para expressar a sulfidez de uma fábrica de celulose. As quantidades de Na2S e NaOH podem ser expressas em gramas de equivalentes de NaOH ou em porcentagens de madeira seca. A sulfidez de uma fábrica de celulose pode ser determinada usando os padrões NaOH SCAN-N 30:85 e Na2S SCAN-N 31:94.

12 / 18 (Equação 3)

[0030] Os gases com odor desagradável podem conter no total de 1,5 a 10 kg de enxofre elementar por tonelada de celulose seca ao ar (S/Adt), dependendo da sulfidez da fábrica de celulose. Geralmente, o teor de enxofre elementar pode estar entre 3-4 kg/Adt. Assim, em uma fábrica de celulose exemplar que produz um milhão de toneladas de celulose secas ao ar por ano, os gases com odor desagradável formados por ano geralmente podem conter de 3 a 4 milhões de toneladas de enxofre elementar.

[0031] Normalmente, os gases concentrados são coletados e queimados na caldeira de recuperação, em um forno separado ou em um forno de cal. Tipicamente maneiras empregadas para remover ou recuperar o enxofre são o despejo de cinzas volantes, a produção de NaHSO3 e sua utilização no branqueamento, assim como na produção de H2SO4 no local.

[0032] O relatório descritivo atual descreve o ajuste do equilíbrio S/Na de uma fábrica de celulose por um método e um sistema para remover compostos de enxofre do ciclo de recuperação química de uma fábrica de celulose, bem como para processar os compostos de enxofre em enxofre elementar, que é de alto valor intrínseco. Quimicamente, o enxofre reage com quase todos os elementos, exceto alguns metais nobres e gases nobres. O enxofre elementar pode ser usado como precursor de outros produtos químicos, como o ácido sulfúrico. Além disso, o método e sistema revelados permitem a recuperação de enxofre sem perder sódio ao mesmo tempo. A recuperação de enxofre sem sódio pode ser usada para ajustar o equilíbrio S/Na da fábrica de celulose.

[0033] As Figuras 1 e 2 ilustram, a título de exemplo, um sistema 100, 200 para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose de sulfato. O sistema 100, 200 compreende um purificador 102, 202, um biorreator 105, 205 localizado a jusante do purificador 102, 202 e uma unidade de separação de enxofre 107, 207 localizada a jusante do biorreator 105, 205.

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[0034] Em um método implementável pelo sistema 100, 200, uma corrente de CNCG da fábrica de celulose 101, 201 contendo compostos de enxofre é fornecida no purificador 102, 202. A corrente do CNCG da fábrica de celulose 101, 201 pode se originar da evaporação, cozimento e/ou separação do condensado sujo. A corrente de CNCG da fábrica de celulose 101, 201 antes de entrar no purificador 102, 202 pode ter uma temperatura acima da temperatura ambiente, preferivelmente na faixa de 40 a 50°C. A corrente de CNCG da fábrica de celulose 101, 201 pode conter pelo menos um ou mais dos seguintes: H2S, CH3SH, CH3SCH3, CH3SSCH3.

[0035] Em uma fábrica de celulose exemplar que produz um milhão de toneladas de celulose secas ao ar por ano, uma taxa de fluxo de massa total da corrente de CNCG da fábrica de celulose 101, 201 pode ser de cerca de 400 kg de enxofre elementar por hora. As taxas de fluxo de massa médias para os componentes de uma corrente de CNCG de uma fábrica de celulose podem ser, por exemplo, dimetil sulfeto cerca de 240 kg/h, dimetil dissulfeto cerca de 50 kg/h, sulfeto de hidrogênio cerca de 140 kg/h e metil mercaptano cerca de 195 kg/h. Os valores da taxa de fluxo de massa para os componentes de gás podem ser calculados a partir das concentrações determinadas usando os seguintes métodos: Método 16 - Determinação Semicontínua de Emissões de Enxofre de Fontes Estacionárias; Método 16A - Determinação das Emissões Totais Reduzidas de Enxofre de Fontes Estacionárias (Técnica Impinger); Método 16B - Determinação das Emissões Totais Reduzidas de Enxofre de Fontes Estacionárias; Método 16C - Determinação das Emissões Totais Reduzidas de Enxofre de Fontes Estacionárias.

[0036] A Figura 3 ilustra, a título de exemplo, o purificador 102, 202 com referência às figuras 1 e 2. No purificador 102, 202, a corrente de CNCG da fábrica de celulose 101, 201 contendo compostos de enxofre é purificada com uma solução de purificação aquosa 109, 209. O pH da solução de purificação aquosa 109, 209 pode ser ajustado com um agente alcalino. Uma

14 / 18 corrente 103, 203 compreendendo o agente alcalino pode ser configurada para alimentar o agente alcalino para a solução de purificação aquosa 109, 209. Como agente alcalino, por exemplo, solução de NaOH ou licor branco oxidado, pode ser utilizado. O pH da solução de purificação aquosa 109, 209 pode ser acima de 8. De preferência, o pH da solução de purificação aquosa 109, 209 está acima de 11,5. O pH da solução de purificação aquosa 109, 209 pode estar na faixa de 12 a 14. A eficiência da purificação melhora com um pH mais alto. O metil mercaptano, por exemplo, é purificado com mais eficiência a um pH mais alto. Quando o NaOH é utilizado como agente alcalino, a taxa de fluxo de massa de NaOH alimentado na solução de lavagem aquosa 109, 209 pode ser 8,2 kg por hora em uma fábrica de celulose exemplar que produz um milhão de toneladas de celulose secas ao ar por ano.

[0037] No purificador 102, 202, o contato intensivo entre a corrente de CNCG da fábrica de celulose 101, 201 e a solução de purificação aquosa 109, 209 é ativado. Pelo menos alguns dos compostos de enxofre da corrente de CNCG da fábrica de celulose 101, 201 reagem com o agente alcalino, formando assim sulfetos, como Na2S e NaHS. Um derivado da corrente de CNCG 110, 210 e uma solução aquosa de purificação gasta 104, 204 contendo sulfetos são produzidos no purificador 102, 202. Uma razão de mistura de Na2S/NaHS da solução de purificação gasta aquosa 104, 204 depende do pH da solução de purificação gasta aquosa 104, 204. Vantajosamente, o sistema 100, 200 pode compreender pelo menos um conduto configurado para direcionar o derivado de corrente de CNCG 110, 210 do purificador 102, 202 para a caldeira de recuperação da fábrica de celulose de sulfato. Isso permite que pelo menos parte do derivado da corrente de CNCG 110, 210 do purificador 102, 202 possa ser direcionada para a caldeira de recuperação de fábrica de celulose de sulfato, permitindo assim a recirculação de produtos químicos do derivado da corrente de CNCG 110, 210 para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose de sulfato.

15 / 18 Assim, o método e o sistema que permitem o ajuste do equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose pela separação de compostos de enxofre de uma corrente de CNCG de uma fábrica de celulose como sulfetos, e a oxidação de sulfetos em enxofre elementar com micróbios podem ser melhorados com a introdução do derivado da corrente de CNCG 110, 210 de volta ao ciclo de recuperação química da fábrica de celulose de sulfato.

[0038] O purificador 102, 202 pode ser uma torre de absorção de um tipo de coluna de leito recheado. O purificador 102, 202 fornece uma área de contato direta entre um gás e um líquido. Dentro do contexto desta especificação, é importante que o ar não deva entrar no purificador 102, 202, pois os CNCGs são altamente inflamáveis.

[0039] O derivado de corrente de CNCG 110, 210 pode compreender H2S menor que 5% em volume e/ou CH3SH menor que 25% em volume. O derivado da corrente de CNCG 110, 210 pode ser encaminhado para um processamento de gases com odor forte. O processamento de gases com mau cheiro forte pode compreender a queima dos gases, por exemplo, em uma caldeira de recuperação.

[0040] A Figura 4 ilustra, a título de exemplo, o biorreator 105, 205 com referência às figuras 1 e 2. A solução de lavagem gasosa aquosa 104, 204a contendo sulfuretos é introduzida no biorreator 105, 205. A temperatura da solução aquosa de purificação gasta 104, 204a antes de entrar no biorreator 105, 205 está acima da temperatura ambiente. De preferência, a temperatura da solução de lavagem aquosa gasta 104, 204a está na faixa de 40 a 60 ° C antes de entrar no biorreator 105, 205. No biorreator 105, 205, a solução de purificação aquosa gasta 104, 204a contendo sulfetos é oxidada biologicamente em uma reação oxidante. A oxidação ocorre por meio de micróbios oxidantes de enxofre.

[0041] De acordo com uma modalidade ilustrada na Figura 2, pelo menos uma parte da solução aquosa de purificação gasta 204b é recirculada

16 / 18 por uma bomba 212 de volta ao purificador 202. Assim, a solução aquosa de purificação gasta 204 é dividida em duas porções 204a e 204b. Por esse arranjo, os compostos de enxofre da corrente de CNCG da fábrica de celulose 201 são convertidos com mais eficiência em sulfetos.

[0042] Os micróbios oxidantes de enxofre podem ser bactérias aeróbicas autotróficas, heterotróficas ou mixotróficas. Os micróbios oxidantes de enxofre podem ser alcalifílicos. Os micróbios oxidantes de enxofre podem incluir, por exemplo, as bactérias dos gêneros Thiobacillus e Thiomicrospora. As bactérias capazes de oxidar o sulfeto em enxofre elementar podem ser obtidas, por exemplo, em fontes geotérmicas, aberturas geotérmicas oceânicas, sistemas de cavernas sulfídicas, locais industriais ricos em sulfetos, lodo de esgoto, solo, pântanos salgados, lagos alcalinos e fontes frias. Bactérias oxidantes de enxofre alcalifílicas como Thioalkalimicrobium, Thioalkalivibrio e Thioalkalispira podem ser isoladas de lagos alcalinos. Elas podem ser halofílicas ou halotolerantes em graus variados. Os micróbios oxidantes de enxofre podem ter pelo menos uma das seguintes propriedades: pH ideal acima de 9, geralmente abaixo de 10,5, em particular em torno de 9,5; capacidade de oxidar pelo menos H2S/HS−; crescimento em uma faixa de temperatura de 10-65°C; tolerância ao NaCl e carbonatos de sódio.

[0043] O biorreator 105, 205 pode ser aerado com um gás 111, 211 compreendendo ar e/ou gás com odor fraco da fábrica de celulose. Na reação de oxidação, a maioria dos sulfetos da solução de purificação gasta aquosa 104, 204a é oxidada em enxofre elementar. A eficiência da reação de oxidação pode ser igual ou superior a 95%. Como a estabilidade química do enxofre elementar produzido diminui com o aumento do pH e da temperatura, a temperatura no interior do biorreator não deve exceder 65°C. O pH de um meio de reação dentro do biorreator 105, 205 pode estar entre 8-11. Ao aerar o biorreator 105, 205 com gás mal-cheiroso fraco, o pH do meio de reação pode ser reduzido. Dessa forma, o uso de pH um pouco mais alto do que o

17 / 18 ideal para o biorreator 105, 205, no purificador 102, 202, pode ser compensado pela aeração do biorreator 105, 205 com gás mal-cheiroso fraco, capaz de reduzir o pH da mistura da reação. O biorreator 105, 205 pode ser um reator de mistura. De acordo com uma modalidade, o sistema pode conter mais de um biorreator 105, 205. Os biorreatores podem ser arranjados em paralelo.

[0044] A reação de oxidação produz uma suspensão aquosa 106, 206 contendo enxofre elementar. A reação de oxidação também produz uma corrente de gás 112, 212g. A corrente de gás 112, 212g pode ser encaminhada do biorreator 105, 205 para um processamento de processamento de gases com mau cheiro fracos da fábrica de celulose. O processamento de gases malcheirosos fracos pode ser realizado na caldeira de recuperação, de modo que os gases malcheirosos sejam alimentados no ar de combustão da caldeira de recuperação. Vantajosamente, o sistema 100, 200 pode compreender pelo menos um conduto configurado para direcionar a corrente de gás 112, 212g do biorreator 105, 205 para a caldeira de recuperação da fábrica de celulose de sulfato. Isso permite que pelo menos parte do derivado da corrente de gás 112, 212g do biorreator 105, 205 possa ser direcionada para a caldeira de recuperação de fábrica de celulose de sulfato, permitindo assim a recirculação de produtos químicos da corrente de gás 112, 212g para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose de sulfato. Assim, o método e o sistema que permitem o ajuste do equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose pela separação de compostos de enxofre de uma corrente de CNCG de uma fábrica de celulose como sulfetos, e a oxidação de sulfetos em enxofre elementar com micróbios podem ser melhorados com a introdução de produtos químicos da corrente de gás 112, 212g de volta ao ciclo de recuperação química da fábrica de celulose de sulfato.

[0045] A suspensão aquosa 106, 206 contendo enxofre elementar do biorreator 105, 205 é conduzida para uma unidade de separação de enxofre

18 / 18 107, 207. Na unidade de separação de enxofre 107, 207, o enxofre elementar é separado da suspensão aquosa 106, 206. Uma solução residual 109a, 109b, 209a, 209b e um precipitado 108, 208 contendo o enxofre elementar são assim obtidos. A unidade de separação de enxofre 107, 207 pode ser um separador cônico. A separação pode ser realizada, por exemplo, por filtragem, decantação ou floculação. Em um exemplo de fábrica de celulose que produz um milhão de toneladas de celulose secas ao ar por ano, a quantidade de enxofre elementar produzida pode ser de 166 kg por hora. A taxa de fluxo de massa da solução residual 109a, 109b, 209a, 209b em relação ao enxofre pode ser de 3,3 kg por hora.

[0046] A modalidade ilustrada na Figura 2, na qual pelo menos parte da solução de purificação aquosa gasta 204b é recirculada por uma bomba 212 de volta ao purificador 202, permite o uso de uma unidade de separação de enxofre menor 207 em comparação com o sistema revelado na Figura 1. À medida que os compostos de enxofre da corrente de CNCG da fábrica de celulose 201 são mais eficientemente convertidos em sulfetos, o volume da suspensão aquosa 206 contendo enxofre elementar pode ser menor e, portanto, é necessária uma unidade menor para a separação da solução residual 209a, 209b e precipitado 208 contendo o enxofre elementar.

[0047] Da unidade de separação de enxofre 107, 207, pelo menos uma parte da solução residual 109a, 209a, da qual o precipitado 108, 208 foi separado pode ser direcionada de volta ao purificador 102, 202 para reabastecer a solução de purificação aquosa 109, 209. Assim, os possíveis compostos de enxofre não oxidados da solução residual 109a, 209a podem ser direcionados de volta ao biorreator 105, 205 para oxidação. Além disso, a recirculação do líquido diminui a necessidade de água doce e reduz o uso desnecessário dos valiosos recursos naturais. A solução residual 109b, 209b pode ser devolvida ao ciclo de recuperação química da fábrica de celulose.

[0048] Muitas variações do método e sistema serão sugeridas aos versados na técnica à luz da descrição acima. Essas variações óbvias estão dentro do escopo completo pretendido das reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose de sulfato, o método caracterizado pelo fato de que compreende − prover a uma fábrica de celulose corrente CNCG (101, 201) contendo compostos de enxofre em um purificador (102, 202), − purificar a corrente de CNCG da fábrica de celulose (101, 201) contendo compostos de enxofre no purificador (102, 202) com uma solução de purificação aquosa (109, 209) contendo um agente alcalino, pelo qual pelo menos alguns dos compostos de enxofre reagem com o agente alcalino, produzindo assim um derivado da corrente de CNCG (110, 210) e uma solução de purificação gasta aquosa (104, 204, 204a, 204b) contendo sulfetos, − introduzir a solução de purificação gasta aquosa (104, 204a) contendo sulfetos em um biorreator (105, 205) localizado a jusante do purificador (102, 202), − oxidar a solução de purificação gasta aquosa (104, 204a) contendo sulfetos no biorreator (105, 205) biologicamente em uma reação de oxidação por meio de micróbios oxidantes de enxofre, obtendo assim uma suspensão aquosa (106, 206) contendo enxofre elementar, e − separar o enxofre elementar da suspensão aquosa (106, 206) em uma unidade de separação de enxofre (107, 207) localizada a jusante do biorreator, obtendo assim uma solução residual (109a, 109b, 209a, 209b) e um precipitado (108, 208 ) contendo o enxofre elementar.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente − direcionar pelo menos uma parte da solução residual (109a, 209a), da qual o precipitado (108, 208) foi separado, de volta ao purificador (102, 202) para reabastecer a solução de purificação aquosa (109, 209).

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2,

caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente − direcionar pelo menos uma parte da solução de purificação gasta aquosa (204b) por uma bomba (212) de volta para o purificador (202) para repurificação.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a corrente CNCG da fábrica de celulose (101, 201) contém pelo menos um ou mais dos seguintes: H2S, CH3SH, CH3SCH3, CH3SSCH3.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a corrente CNCG da fábrica de celulose (101, 201) antes de entrar no purificador (102, 202) tem uma temperatura acima da temperatura ambiente, preferivelmente na faixa de 40 a 50°C.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o método compreende ainda: − aerar o biorreator (105, 205) com um gás (111, 211) compreendendo ar e/ou gás com odor fraco da fábrica de celulose.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que NaOH é adicionado à solução de purificação aquosa (109, 209).

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o pH da solução de purificação aquosa (109, 209) está acima de 8, preferivelmente acima de 11,5, como na faixa de 12 a 14.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: − direcionar pelo menos parte do derivado da corrente de CNCG (110, 210) do purificador (102, 202) para a caldeira de recuperação de fábrica de celulose de sulfato, permitindo assim a recirculação de produtos químicos do derivado da corrente de CNCG (110, 210) para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose de sulfato.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: − direcionar pelo menos parte da corrente de gás (112, 212g) do biorreator (105, 205) para a caldeira de recuperação de fábrica de celulose de sulfato, permitindo assim a recirculação de produtos químicos da corrente de gás (112, 210) para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose de sulfato.

11. Sistema (100, 200) arranjado para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose de sulfato, o sistema (100, 200) caracterizado pelo fato de que compreende − um ou mais condutos configurados para alimentar a fábrica de celulose com corrente CNCG (101, 201) contendo compostos de enxofre em um purificador (102, 202), − o purificador (102, 202) configurado para separar compostos de enxofre da corrente CNCG da fábrica de celulose (101, 201) com uma solução de purificação aquosa (109, 209) contendo um agente alcalino, o purificador (102, 202) assim configurado para produzir um derivado da corrente de CNCG (110, 210) e uma solução de purificação gasta aquosa (104, 204, 204a, 204b) contendo sulfetos, − um biorreator (105, 205) localizado a jusante do purificador (102, 202), o biorreator (105, 205) configurado para oxidar a solução de purificação gasta aquosa (104, 204a) com micróbios oxidantes de enxofre, o biorreator (105, 205) assim configurado para produzir uma suspensão aquosa (106, 206) contendo enxofre elementar, e − uma unidade de separação de enxofre (107, 207) localizada a jusante do biorreator (105, 205), a unidade de separação de enxofre (107, 207) configurada para produzir uma solução residual (109a, 109b, 209a,

209b) e um precipitado (108, 208) contendo o enxofre elementar da suspensão aquosa (106, 206).

12. Sistema (100, 200) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o sistema (100, 200) compreende ainda um conduto adicional configurado para recircular pelo menos parte da solução residual (109a, 209a), a partir da qual o precipitado (108, 208) foi separado no purificador (102, 202) para reabastecer a solução de lavagem aquosa (109, 209).

13. Sistema (100, 200) de acordo com as reivindicações 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o sistema (100, 200) compreende ainda uma bomba (212) e um conduto configurado para direcionar pelo menos parte da solução de purificação gasta aquosa (204b) de volta para o purificador (202) para repurificação.

14. Sistema (100, 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que o sistema (100, 200) compreende mais de um biorreator (105, 205).

15. Sistema (100, 200) de acordo com qualquer das reivindicações 11 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos um conduto configurado para direcionar o derivado da corrente de CNCG (110, 210) do purificador (102, 202) para a caldeira de recuperação de fábrica de celulose de sulfato, permitindo assim a recirculação de produtos químicos do derivado da corrente de CNCG (110, 210) para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose de sulfato.

16. Sistema (100, 200) de acordo com qualquer das reivindicações 11 a 15, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos um conduto configurado para direcionar a corrente de gás (112, 212g) do biorreator (105, 205) para a caldeira de recuperação de fábrica de celulose de sulfato, permitindo assim a recirculação de produtos químicos da corrente de gás (112, 210) para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose de sulfato.

17. Uso de um biorreator (105, 205), caracterizado pelo fato de que contém micróbios oxidantes de enxofre para separar o enxofre de uma corrente de CNCG (101, 201) de uma fábrica de celulose de sulfato.

18. Uso de um biorreator (105, 205), caracterizado pelo fato de que contém micróbios oxidantes de enxofre para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose de sulfato.

19. Uso de um biorreator (105, 205), caracterizado pelo fato de que contém micróbios oxidantes de enxofre para produzir enxofre elementar de uma corrente de CNCG (101, 201) de uma fábrica de celulose de sulfato.