BR112020010000B1

BR112020010000B1 - Método para ajustar o equilíbrio de s/na de uma fábrica de celulose, usos de um biorreator, e, sistemas arranjados para ajustar o equilíbrio de s/na de uma fábrica de celulose

Info

Publication number: BR112020010000B1
Application number: BR112020010000-5A
Authority: BR
Inventors: Risto Hämäläinen; Seppo Tuominiemi
Original assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2024-02-06
Also published as: US20200385925A1; CN111542661B; US20200291574A1; EP3732326A1; BR112020010000A2; BR112020009792B1; CN111542662A; CL2020001727A1; WO2019129922A1; CA3083995A1; WO2019129921A1; US11619000B2; CA3083996A1; US11634864B2; CN111542661A; EP3732327A1; CL2020001728A1; BR112020009792A2

Abstract

a invenção se refere a um método e um sistema para ajustar o equilíbrio de s/na de uma fábrica de celulose, em que um licor de fábrica de celulose aquoso contendo sulfuretos é desviado para um biorreator e oxidado por meio de micróbios oxidantes de enxofre, produzindo assim uma suspensão aquosa, a partir da qual enxofre elementar pode ser separado como um precipitado e a solução residual pode ser direcionada para causticação. opcionalmente, antes da oxidação no biorreator, o licor de fábrica de celulose aquoso pode ser primeiro dessorvido para obter uma corrente de gás contendo h2s, que é então purificada com uma solução de purificação para obter uma solução de purificação gasta aquosa contendo sulfuretos, caso no qual a solução residual pode ser usada para reabastecer a solução de purificação.

Description

Campo técnico

[001] A invenção se refere a um método e um sistema para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose. Alguns aspectos da invenção se referem a um método e um sistema para separar enxofre a partir do licor de fábrica de celulose. Alguns aspectos da invenção se referem a um método e a um sistema para oxidação biológica de compostos de enxofre de licor de fábrica de celulose em uma fábrica de celulose.

Fundamentos

[002] Processos industriais de produção de polpa, processos químicos de produção de polpa em particular, são utilizados para remover hemiceluloses e lignina a partir da matéria-prima à base de madeira a fim de prover fibras de celulose. O processo de cozimento químico, cozimento de sulfato em particular, usa uma combinação de alta temperatura e produtos químicos de produção de polpa para romper as ligações químicas de lignina, que é um biopolímero natural na madeira que liga as fibras de celulose juntas. Em um processo de cozimento de sulfato, material à base de madeira é misturado em um digestor com uma solução aquosa de produtos químicos de produção de polpa, e é então aquecido com vapor. Um exemplo de um processo de sulfato é o processo Kraft, no qual os produtos químicos principais de produção de polpa são hidróxido de sódio (NaOH) e sulfureto de sódio (Na2S). O processo de cozimento químico separa fibras de celulose a partir da lignina e componentes de hemicelulose, e produz licor de cozimento gasto, referido como licor negro. Esse licor contendo os produtos de cozimento gastos e subprodutos é, então, concentrado e tipicamente queimado para recircular os produtos químicos de cozimento. A recirculação dos produtos químicos de cozimento é tipicamente referida como o ciclo de licor ou o ciclo de recuperação química de uma fábrica de celulose.

[003] Em virtude da rígida legislação relacionada à proteção ambiental, as fábricas de celulose modernas precisam circular produtos químicos mais cuidadosamente bem como tentar diminuir o acúmulo de compostos de enxofre no ambiente. Os meios convencionais para lidar com correntes laterais contendo enxofre, formadas nos processos de fabricação de celulose, foram despejar as correntes laterais como uma cinza volante ou recircular as correntes laterais contendo enxofre para outros processos para a produção de produtos químicos industriais. Um exemplo para a recuperação de enxofre é a combustão dos gases fétidos, que são formados como um subproduto do processo de produção de polpa. A combustão dos gases fétidos produz gás de combustão contendo óxidos de enxofre, que podem ser recuperados e adicionalmente usados para produzir, por exemplo, ácido sulfúrico. Bissulfito de sódio, ditionito e gesso são outros exemplos de possíveis produtos que podem ser produzidos a partir das correntes laterais contendo enxofre, de uma fábrica de celulose. Todavia, o refino de gás de combustão de fábrica de celulose ou correntes laterais contendo enxofre para produtos químicos mais valiosos requer maciços investimentos de capital e plantas químicas separadas. O refino pode adicionalmente ser problemático da perspectiva ambiental. Além disso, tais investimentos são demorados e podem ser difíceis para se readaptarem aos processos já existentes nas fábricas de celulose convencionais.

[004] Enxofre é um produto químico crítico no processo de cozimento químico de uma fábrica de celulose de sulfato e precisa ser removido de, e reabastecido para, o ciclo de recuperação química em uma base contínua. Uma desvantagem particular relacionada às maneiras convencionais para recuperar enxofre da fábrica de celulose é a concomitante perda de sódio do processo de cozimento químico, que é tipicamente recuperado conjuntamente com o enxofre. Isso conduz à perda de dois elementos críticos nos produtos químicos de cozimento, o que é indesejável para o equilíbrio de S/Na da fábrica de celulose. Por conseguinte, é um dilema constante como o teor de enxofre total do ciclo de recuperação química poderia ser reduzido e como o equilíbrio de S/Na da fábrica de celulose poderia ser melhorado em vista da legislação mais rígida. O acúmulo de enxofre no ciclo de recuperação química é um contínuo desafio para a eficiente operação da fábrica de celulose. Assim, existe uma necessidade de um método e sistema eficazes em termos de custo e ambientalmente amigáveis 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 discutidos acima podem ser abordados por provisão de um método e um sistema que permite o ajuste do equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose por separação de compostos de enxofre a partir dos licores de fábrica de celulose, tais como licores verdes ou brancos, que compreendem sulfuretos, e oxidação de sulfuretos para formar enxofre elementar com micróbios. Uma vantagem é que o teor de enxofre total dos processos de fabricação de celulose pode ser reduzido, uma vez que a circulação de enxofre nos processos de fabricação de celulose é menor, quando o enxofre excessivo é recuperado do ciclo de licor, em lugar das futuras fases do processo, como os gases ou cinzas volantes formados nos processos de fabricação de celulose. Uma vantagem adicional é que o ajuste do equilíbrio de S/Na da fábrica de celulose pode ser implementado de uma maneira mais simples e mais rápida. Além disso, enxofre pode ser recuperado em sua forma elementar sem perder sódio ao mesmo tempo. Isso reduz a necessidade de adicionar NaOH de reposição, a fim de ajustar a sulfidez da fábrica de celulose, abaixando assim os custos e permitindo evitar o uso desnecessário de produtos químicos. Assim, o ajuste do equilíbrio de S/Na da fábrica de celulose de uma maneia eficiente em termos de custo e ambientalmente ecológica é possibilitado.

[006] A reciclagem dos produtos de cozimento gastos na fábrica de celulose é denotada como um ciclo de licor ou ciclo de recuperação química da fábrica de celulose. Os produtos químicos de cozimento usados podem ser queimados em uma caldeira de recuperação formando assim uma 'massa fundida' amolecida que pode ser dissolvida para formar um líquido. O líquido assim formado pode ser denotado como licor verde em virtude da cor verde característica. Licor verde pode ser usado para preparar licor branco para o processo de formação de polpa. O ciclo de licor é projetado para recuperar os produtos químicos usados na formação de polpa.

[007] O controle de equilíbrio de enxofre é importante em uma fábrica de celulose. Quando enxofre é introduzido ao processo de cozimento, tipicamente como sulfureto de sódio (Na2S), enxofre também tem que ser removido do ciclo de recuperação química em alguma forma a fim de evitar excessivo teor de enxofre no ciclo. Excessivo teor de enxofre bem como desnecessário baixo teor de enxofre no ciclo de recuperação química podem causar problemas operacionais, resultando, por exemplo, em má qualidade de licor de formação de polpa, elevado consumo de energia da fábrica, e reduzida capacidade de produção da fábrica. O equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose é relacionado à sulfidez. A sulfidez é um valor de percentagem de uma razão entre quantidades de Na2S e álcali ativo no licor branco de fábrica de celulose. Álcali ativo se refere a NaOH e Na2S. A ótima sulfidez depende de vários fatores, como espécies de madeira, carga de álcali, temperatura de cozimento e propriedades desejadas no produto final. Tipicamente, a sulfidez pode variar entre 20-50 %.

[008] Licor verde contendo Na2S e NaHS é uma parte essencial do ciclo de licor que cuida da recuperação de produtos químicos usados na formação de polpa. Licor branco, que é formado de licor verde também contém sulfuretos, como descrito acima. Assim, uma corrente de licor verde desviada de uma caldeira de recuperação ou uma corrente de licor verde ou branco desviadas posteriormente do processo representam convenientes fontes de material para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose por remoção de enxofre do ciclo de recuperação química.

[009] De acordo com um aspecto da invenção, pelo menos parte de uma corrente de licor de fábrica de celulose, como corrente de licor verde ou banco, contendo sulfuretos, é desviada para um biorreator. O licor contendo sulfuretos pode então ser oxidado biologicamente no biorreator por meio de micróbios oxidantes de enxofre, formando assim enxofre elementar. O enxofre elementar pode então ser recuperado.

[0010] De acordo com outro aspecto da invenção, pelo menos parte de uma corrente de licor de fábrica de celulose, como corrente de licor verde ou banco, contendo sulfuretos, pode ser desviada para um dispositivo de dessorção. O licor de fábrica de celulose contendo sulfuretos pode ser dessorvido no dispositivo de dessorção com um agente ácido. O agente ácido abaixa o pH do licor de fábrica de celulose. Por essa maneira, sulfuretos do licor de fábrica de celulose podem ser transformados em H2S gasoso. Assim, uma corrente de gás contendo H2S e uma corrente de licor de fábrica de celulose residual podem ser obtidas. A corrente de gás contendo H2S é então purificada em um purificador com uma solução de purificação aquosa contendo um agente alcalino, tal como NaOH. Quando contatado, H2S reage com o agente alcalino, produzindo assim uma solução de purificação gasta aquosa contendo sulfuretos, tal como Na2S e NaHS, sulfuretos estes que, quando reagidos, transferem-se propriamente da fase aquosa para a fase líquida, de forma que uma conversão de sulfureto seletiva possa ser obtida. A solução de purificação gasta aquosa contendo sulfuretos 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.

[0011] Por conseguinte, é provido um método para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose, método este que compreende - desviar um licor de fábrica de celulose aquoso contendo sulfuretos para um biorreator, - oxidar o licor de fábrica de celulose aquoso contendo sulfuretos no biorreator biologicamente em uma reação de oxidação por meio de micróbios oxidantes de enxofre, produzindo assim uma suspensão aquosa contendo enxofre elementar, e - separar o enxofre elementar a partir da suspensão aquosa em uma unidade de separação de enxofre posicionada a jusante do biorreator, obtendo assim uma solução residual e um precipitado contendo o enxofre elementar.

[0012] Opcionalmente, um método para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose pode compreender - desviar um licor de fábrica de celulose aquoso contendo sulfuretos para um dispositivo de dessorção, - dessorver o licor de fábrica de celulose aquoso contendo sulfuretos no dispositivo de dessorção com um agente ácido, obtendo assim uma corrente de gás contendo H2S e uma corrente de licor de fábrica de celulose residual, - purificar a corrente de gás contendo H2S em um purificador posicionado a jusante do dispositivo de dessorção com uma solução de purificação aquosa contendo um agente alcalino, pelo que pelo menos algum do H2S reage com o agente alcalino, produzindo assim uma corrente de gás residual e uma solução de purificação gasta aquosa contendo sulfuretos, - conduzir a solução de purificação gasta aquosa para um biorreator, - oxidar a solução de purificação gasta aquosa contendo sulfuretos no biorreator biologicamente em uma reação de oxidação por meio de micróbios oxidantes de enxofre, produzindo assim uma suspensão aquosa contendo enxofre elementar, e - separar o enxofre elementar a partir da suspensão aquosa em uma unidade de separação de enxofre posicionada a jusante do biorreator, obtendo assim uma solução residual e um precipitado contendo o enxofre elementar.

[0013] Os objetos de acordo com a invenção são descritos mais detalhadamente nas reivindicações anexas.

Breve descrição dos desenhos

[0014] 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 2a ilustra, por meio de um exemplo, a variação de um diagrama de processo de um sistema configurado para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose, a figura 2b ilustra, por meio de um exemplo, outra variação de um diagrama de processo de um sistema configurado para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose, a figura 3 ilustra, por meio de um exemplo, um dispositivo de dessorção configurado para separar enxofre de uma corrente de licor de fábrica de celulose, a figura 4 ilustra, por meio de um exemplo, um purificador configurado para separar enxofre de uma corrente de licor de fábrica de celulose, e a figura 5 ilustra, por meio de um exemplo, um biorreator configurado para separar enxofre de uma corrente de licor de fábrica de celulose.

[0015] As figuras são esquemáticas. As figuras não estão em qualquer escala particular.

Descrição detalhada

[0016] O termo “purificador” se refere a um dispositivo de controle de poluição de ar, que é usado para remover particulados ou compostos de uma corrente de gás de exaustão de fábrica de celulose. Uma solução aquosa pode ser introduzida ao purificador para coletar poluentes indesejados a partir de uma corrente de gás para uma solução de purificação gasta aquosa.

[0017] O termo “eficiência” se refere a uma relação quantitativa entre saída e entrada total. A menos que mencionado ao contrário, a eficiência nesse contexto é calculada como uma percentagem do máximo teórico, que as dadas quantidades de entrada total poderiam produzir. Em outras palavras, a eficiência é expressa como uma percentagem do resultado que poderia idealmente ser esperado.

[0018] O termo “gás fétido fraco” tipicamente se refere a um gás que tem uma concentração de enxofre inferior a 0,5 g/m3. Gás fétido fraco pode também ser chamado de um gás fétido diluído. As frações de gás fétido podem, no ambiente da fábrica de celulose, se originar, por exemplo, de pré- vaporização de cavacos ou lascas, peneiração, lavagem de polpa, dissolvedor de massa fundida e ventilação de vários tanques.

[0019] O termo “gás fétido forte” tipicamente se refere a um gás que tem uma concentração de enxofre acima de 5 g/m3. Os gases fétidos fortes podem, em um ambiente da fábrica de celulose, se originar, por exemplo, de digestor, planta de evaporação e dispositivo de dessorção de condensado.

[0020] O termo “vazão volumétrica” se refere a um volume de um fluido passando por unidade de tempo.

[0021] O termo “fluxo em massa” se refere a uma massa de uma substância passando por unidade de tempo.

[0022] Dentro do contexto desse pedido, o termo “sulfuretos” se refere a compostos ou substâncias compreendendo partes de HS ou S2. Aqueles compostos ou substâncias incluem, por exemplo, NaHS e Na2S, bem como seus hidratos.

[0023] O termo “clarificação” se refere a um processo no qual um fluido, usualmente um líquido, é tornado claro pela remoção de impurezas ou matéria sólida.

[0024] O termo “aeração” se refere ao fornecimento de oxigênio ou ar. Aeração é um processo pelo qual ar é circulado através de, misturado com, ou dissolvido em, um líquido, permitindo assim que oxigênio seja transferido para o líquido, como uma solução aquosa.

[0025] Em uma produção de polpa química, cozimento é usado para recuperar fibras a partir de lascas em um digestor por uso de produtos químicos e calor a fim de remover lignina ligando as fibras e, além disso, para remover extrativos de madeira que podem posteriormente causar a espumação e precipitantes no processo. Por conseguinte, produtos químicos que dissolvem tanta lignina quanto tão pouca celulose quanto possível são tipicamente usados no processo de formação de polpa. Tipicamente, o processo para produzir pasta química branqueada compreende formação de polpa, lavagem, peneiração, branqueamento, e estágios de limpeza. Nos dias atuais, o cozimento de sulfato, também chamado como cozimento Kraft ou formação de polpa, que usa uma mistura de hidróxido de sódio (NaOH) e sulfureto de sódio (Na2S), é o método mais comumente usado para a produção de polpa. O processo de cozimento pode ser baseado no cozimento em lotes ou cozimento contínuo compreendendo um digestor ou vários digestores. Os produtos químicos requeridos para esse processo são usados em uma mistura denotada como licor branco.

[0026] Na formação de polpa, sulfureto de sódio (Na2S) e hidróxido de sódio (NaOH) de licor branco reagem com água formando grupos de hidrossulfureto (HS-) e hidroxila (OH-) de acordo com as equações 1 e 2.

[0027] Como um resultado do processo de formação de polpa, licor negro é formado. A polpa que vem do digestor contém tanto fibras quanto licor de cozimento gasto (licor negro). Uma grande quantidade de produtos químicos é usada em uma produção de polpa química, e recuperação e re-uso desses produtos químicos são requeridos. As unidades de processo principal no sistema de recuperação química de uma fábrica de celulose são a evaporação do licor negro, queima dos licores evaporados em uma caldeira de recuperação e causticação, incluindo geração de cal.

[0028] A caldeira de recuperação é usada para recuperar os produtos químicos de cozimento. Quando queimados, os produtos químicos de cozimento formam uma 'massa fundida' amolecida no fundo da caldeira de recuperação. A massa fundida pode ser dissolvida para formar um líquido. O líquido assim formado pode ser denotado como licor verde em virtude de 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 de cozimento gastos é denotada como um ciclo de licor. O ciclo de 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 sulfureto de sódio (Na2S). O licor verde é clarificado e causticado com cal, em cujo 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.

[0029] O controle do equilíbrio de enxofre é importante na fábrica de celulose. Como enxofre é introduzido ao processo de cozimento, enxofre também tem que ser removido do ciclo de recuperação química a fim de evitar teor de enxofre excessivo no ciclo. O equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose é relacionado à sulfidez. A sulfidez é um valor em percentagem de uma razão entre quantidades de Na2S e álcali ativo no licor branco de fábrica de celulose. Álcali ativo se refere a NaOH e Na2S. A sulfidez pode tipicamente variar entre 20-50 %. A equação 3 pode ser usada para expressar a sulfidez. As quantidades de Na2S e NaOH podem ser expressas em gramas de equivalentes de NaOH, ou em percentagens de madeira seca. A sulfidez de uma fábrica de celulose pode ser determinada usando as normas NaOH SCAN-N 30:85 e Na2S SCAN-N 31:94. A sulfidez de fábrica de celulose pode ser mantida em um nível desejado por adição de NaOH de reposição ao ciclo de recuperação química. Isso, todavia, causa custos adicionais e requer o uso desnecessário de produtos químicos.

[0030] A descrição atual expõe um método e um sistema para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose por remoção de compostos de enxofre do ciclo de recuperação química em uma fábrica de celulose, bem como para o processamento dos compostos de enxofre em enxofre elementar, que é de alto valor intrínseco. Quimicamente, enxofre reage com quase todos os elementos, exceto com alguns metais nobres e os gases nobres. Enxofre elementar pode ser usado como um precursor para outros produtos químicos, como ácido sulfúrico. Ainda, o método e sistema descritos permitem a recuperação de enxofre sem perder sódio ao mesmo tempo. A recuperação de enxofre sem sódio pode ser usada para ajustar o equilíbrio de S/Na da fábrica de celulose.

[0031] A figura 1 ilustra, por meio de um exemplo, um sistema 100 para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose de sulfato. O sistema 100 compreende um biorreator 102 e uma unidade de separação de enxofre 106 posicionada a jusante do biorreator 102.

[0032] Em um método que pode ser implementado pelo sistema 100, um licor de fábrica de celulose aquoso 109 contendo sulfuretos é coletado. O pH do licor de fábrica de celulose aquoso 109 é alcalino. O pH do licor de fábrica de celulose aquoso 109 contendo sulfuretos pode ser cerca de 14. O licor de fábrica de celulose aquoso 109 pode compreender, por exemplo, uma corrente de licor verde de fábrica de celulose ou uma corrente de licor branco de fábrica de celulose.

[0033] A corrente de licor verde de fábrica de celulose pode se originar de uma caldeira de recuperação, na qual o licor negro concentrado é queimado. A combustão forma uma 'massa fundida' amolecida no fundo da caldeira de recuperação. A massa fundida contém, por exemplo, Na2CO3 e Na2S. A massa fundida pode ser dissolvida para formar um líquido, que pode ser, por exemplo, água ou licor branco fraco. Um líquido assim formado é denotado como licor verde em virtude de uma cor verde característica. O licor verde contém sulfuretos, tais como Na2S e NaHS. A corrente de licor verde de fábrica de celulose pode ser clarificada em uma unidade clarificadora a fim de prover o licor de fábrica de celulose aquoso 109, ou a corrente de licor verde de fábrica de celulose pode ser usada como tal no método de acordo com a invenção. No último caso, a corrente de licor verde de fábrica de celulose corresponde ao licor de fábrica de celulose aquoso 109.

[0034] O licor de fábrica de celulose aquoso 109 é desviado para um biorreator 102. A figura 5 ilustra, por meio de um exemplo, o biorreator 102, 202 com referência às figuras 1, 2a e 2b. A temperatura do licor de fábrica de celulose aquoso 109 é acima da temperatura ambiente antes de entrar no biorreator 102. Preferivelmente, a temperatura do licor de fábrica de celulose aquoso 109 está na faixa de 40 a 60 °C antes de entrar no biorreator 102. Quando necessário, a temperatura do licor de fábrica de celulose aquoso 109 pode ser abaixada por um trocador de calor arranjado a montante do biorreator 102. No biorreator 102, o licor de fábrica de celulose aquoso 109 contendo sulfuretos é oxidado biologicamente em uma reação de oxidação. A oxidação tem lugar por meio de micróbios oxidantes de enxofre. Em uma fábrica de celulose de exemplo, que produz um milhão de toneladas em ar seco de polpa por ano, a vazão volumétrica do licor de fábrica de celulose aquoso 109 desviada ao biorreator 102 pode ser 6,9 m3 por hora. A concentração de Na2S do licor de fábrica de celulose aquoso 109 desviado ao biorreator 102 pode ser 46,8 g/l.

[0035] Os micróbios oxidantes de enxofre podem ser bactérias aeróbicas tautotróficas, heterotróficas ou mixotróficas. Os micróbios oxidantes de enxofre pode ser alcalifílicos. Os micróbios oxidantes de enxofre podem incluir, por exemplo, as bactérias dos gêneros Thiobacillus e Thiomicrospora. As bactérias capazes de oxidar sulfureto para formar enxofre elementar podem ser obtidas, por exemplo, de fontes geotérmicas, ventos geotérmicos oceânicos, sistemas de cavernas sulfídicas, sítios industriais ricos em sulfureto, lamas de purificação, solo, pântanos salinos, lagos de óxido de sódio e fontes frias. Bactérias oxidantes de enxofre alcalifílicas, tais como Thioalkalimicrobium, Thioalkalivibrio e Thioalkalispira podem ser isoladas de lagos de óxido de sódio. Elas podem ser halofílicas ou halotolerantes até graus variáveis. Os micróbios oxidantes de enxofre podem ter pelo menos uma das seguintes propriedades: pH ótimo acima de 9, usualmente abaixo de 10,5, em particular em torno de 9,5; capacidade de oxidação de pelo menos H2S/HS-; crescimento sobre a faixa de temperatura de 10-65 °C; tolerância a NaCl e carbonatos de sódio.

[0036] O biorreator 102 pode ser areado com um gás 105 compreendendo ar e/ou gás fétido fraco da fábrica de celulose. Na reação de oxidação, a maior parte dos sulfuretos do licor de fábrica de celulose aquoso 109 é oxidada para formar enxofre elementar. A eficiência da reação de oxidação pode ser igual a, ou superior a, 95 %. Como a estabilidade química do enxofre elementar produzido diminui com crescente pH e temperatura, a temperatura dentro do biorreator não deve exceder 65 °C. O pH de um agente de reação dentro do biorreator 102 pode ser entre 8-11. Por aeração do biorreator 102 com gás fétido fraco, o pH do agente de reação pode ser abaixado. O biorreator 102 pode ser um reator de mistura. O sistema 100 pode conter mais que um biorreator. Os biorreatores podem ser arranjados em paralelo.

[0037] A reação de oxidação produz uma suspensão aquosa 103 contendo enxofre elementar. A reação de oxidação também produz uma corrente de gás 104. A corrente de gás 104 pode ser transportada do biorreator 102 para um processamento de gases fétidos fracos da fábrica de celulose. O processamento de gases fétidos fracos pode ser realizado na caldeira de recuperação, de uma tal maneira que os gases fétidos fracos sejam alimentados ao ar de combustão da caldeira de recuperação.

[0038] A suspensão aquosa 103 contendo enxofre elementar do biorreator 102 é conduzida para uma unidade de separação de enxofre 106. Na unidade de separação de enxofre 106, o enxofre elementar é separado a partir da suspensão aquosa 103. Uma solução residual 108 e um precipitado 107 contendo o enxofre elementar são assim obtidos. A unidade de separação de enxofre 106 pode ser um separador cônico. A separação pode ser realizada, por exemplo, por filtragem, deposição ou floculação. Em uma fábrica de celulose de exemplo que produz um milhão de toneladas em ar seco de polpa por ano, a quantidade de enxofre elementar produzida pode ser 128 kg por hora. A partir da unidade de separação de enxofre 106, a solução residual 108, a partir da qual o precipitado 107 foi separado, pode ser direcionada para a causticação.

[0039] As figuras 2a e 2b ilustram, por meio de um exemplo, um sistema adicional para separar enxofre de uma corrente de licor de fábrica de celulose. O sistema 200 compreende um dispositivo de dessorção 210, um purificador 214, posicionado a jusante do dispositivo de dessorção 210, um biorreator 202 posicionado a jusante do purificador 214 e uma unidade de separação de enxofre 206 posicionada a jusante do biorreator 202.

[0040] Em um método que pode ser implementado pelo sistema 200, um licor de fábrica de celulose aquoso 109 contendo sulfuretos é coletado. O pH do licor de fábrica de celulose aquoso 109 é alcalino. O pH do licor de fábrica de celulose aquoso 109 contendo sulfuretos pode ser cerca de 14. O licor de fábrica de celulose aquoso 109 pode compreender, por exemplo, uma corrente de licor verde de fábrica de celulose ou uma corrente de licor branco de fábrica de celulose. O licor de fábrica de celulose aquoso 109 é desviado para dentro do dispositivo de dessorção 210. Em uma fábrica de celulose de exemplo que produz um milhão de toneladas em ar seco de polpa por ano, a vazão volumétrica do licor de fábrica de celulose aquoso 109, desviada para dentro do dispositivo de dessorção 210 pode ser 54,2 m3 por hora. A concentração de Na2S do licor de fábrica de celulose aquoso 109, desviado para dentro do dispositivo de dessorção 210, pode ser 46,8 g/l.

[0041] O licor de fábrica de celulose aquoso 109 contendo sulfuretos é dessorvido no dispositivo de dessorção 210 com um agente ácido. O agente ácido pode ser, por exemplo, dióxido de carbono (CO2) ou uma solução ácida. Para dentro do dispositivo de dessorção 210, uma corrente de fluido de dessorção 213 compreendendo o agente ácido é alimentada. A corrente de fluido de dessorção 213 pode compreender, por exemplo, puro dióxido de carbono ou gás de combustão. No dispositivo de dessorção 210, a corrente de fluido de dessorção 213 abaixa o pH do licor de fábrica de celulose aquoso 109, causando assim a formação de H2S a partir dos sulfuretos do licor de fábrica de celulose aquoso 109. Um pH do licor de fábrica de celulose aquoso 109 durante a dessorção pode ser 7 ou inferior.

[0042] Como ilustrado pela figura 3, a dessorção no dispositivo de dessorção 210 é realizada de uma maneira de corrente contrária. O licor de fábrica de celulose aquoso 109 contendo sulfuretos é alimentado ao dispositivo de dessorção 210 na parte superior do dispositivo de dessorção 210 e é arranjado para escoar para baixo na direção para a parte inferior do dispositivo de dessorção 210. A corrente de fluido de dessorção 213 é alimentada para dentro do dispositivo de dessorção 210 na parte inferior do dispositivo de dessorção 210 e é arranjada para escoar para cima na direção para a parte superior do dispositivo de dessorção 210. O dispositivo de dessorção 210 pode ser uma coluna de placas ou uma coluna de leito acondicionado.

[0043] A dessorção produz uma corrente de gás 211 contendo H2S e uma corrente de licor de fábrica de celulose residual 212. A concentração de H2S da corrente de gás 211 pode ser 99 % em vol. A corrente de licor de fábrica de celulose residual 212 pode ser alimentada de volta para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose. Em uma fábrica de celulose de exemplo que produz um milhão de toneladas em ar seco de polpa por ano, o fluxo em massa da corrente de gás 211 contendo H2S pode ser 553 kg por hora. A vazão volumétrica da residual a corrente de licor de fábrica de celulose residual 212 pode ser 54,2 m3 por hora. A concentração de Na2S da corrente de licor de fábrica de celulose residual 212 pode ser 23,4 g/l.

[0044] A figura 4 ilustra, por meio de um exemplo, o purificador 214 com referência às figuras 2a e 2b. A corrente de gás 211 contendo H2S é alimentada ao purificador 214. No purificador 214, a corrente de gás 211 contendo H2S é purificada com uma solução de purificação aquosa 215. O pH da solução de purificação aquosa 215 pode ser ajustado com um agente alcalino. Uma corrente 216 compreendendo o agente alcalino pode ser configurada para alimentar o agente alcalino à solução de purificação aquosa 215. O agente alcalino pode ser, por exemplo, solução de NaOH ou licor branco oxidado. O pH da solução de purificação aquosa 215 pode ser acima de 8. Preferivelmente, o pH da solução de purificação aquosa 215 seja acima de 11.5. O pH da solução de purificação aquosa 215 pode ser na faixa de 12 a 14. A eficiência de purificação melhora com pH mais alto. Quando NaOH é utilizado como o agente alcalino, o fluxo em massa de NaOH alimentado à solução de purificação aquosa 215 pode ser 25 kg por hora em uma fábrica de celulose de exemplo, que produz um milhão de toneladas em ar seco de polpa por ano.

[0045] No purificador 214, o contato intensivo entre a corrente de gás 211 contendo H2S e a solução de purificação aquosa 215 é permitido. Pelo menos algum do H2S da corrente de gás 211 reage com o agente alcalino da solução de purificação aquosa 215, formando assim sulfuretos, tal como Na2S e NaHS. Uma corrente de gás residual 217 e uma solução de purificação gasta aquosa 201 contendo sulfuretos são produzidas no purificador 214. A razão de mistura de Na2S/NaHS da solução de purificação gasta aquosa 201 é dependente do pH da solução de purificação gasta aquosa 201. A corrente de gás residual 217 pode ser transportada do purificador 214 para um processamento de gases fétidos fortes da fábrica de celulose. O processamento de gases fétidos fortes pode compreender a queima dos gases, por exemplo, em uma caldeira de recuperação.

[0046] O purificador 214 pode ser uma torre de absorção de um tipo de coluna de leito acondicionado. O purificador 214 provê uma área de contato retilínea entre um gás e um líquido. Vantajosamente, o sistema 100, 200 pode compreender pelo menos um conduto configurado para direcionar corrente de gás residual 217 a partir do purificador 214 para a caldeira de recuperação de fábrica de celulose. Isso permite que pelo menos alguma da corrente de gás residual 217 a partir do purificador 214 pode ser direcionada para a caldeira de recuperação de fábrica de celulose, permitindo assim a recirculação de produtos químicos da corrente de gás residual 217 para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose. Assim o método e o sistema que permite o ajuste do equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose por separação de compostos de enxofre a partir dos licores de fábrica de celulose, que compreendem sulfuretos, e a oxidação de sulfuretos em enxofre elementar com micróbios, pode ser adicionalmente melhorada por introdução de produtos químicos da corrente de gás 211 contendo H2S de volta para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose.

[0047] A solução de purificação gasta aquosa 201, 201a contendo sulfuretos é conduzida ao biorreator 202 (figura 5). A temperatura da solução de purificação gasta aquosa 201, 201a antes de entrar no biorreator 202 é acima da temperatura ambiente. Preferivelmente, a temperatura da solução de purificação gasta aquosa 201, 201a é na faixa de 40 a 60 °C antes de entrar no biorreator 202. No biorreator 202 a solução de purificação gasta aquosa 201, 201a contendo sulfuretos é oxidada biologicamente em uma reação de oxidação. A oxidação tem lugar por meio de micróbios oxidantes de enxofre.

[0048] De acordo com uma modalidade ilustrada na figura 2b, pelo menos alguma da solução de purificação gasta aquosa 201b é recirculada por uma bomba 218 de volta para o purificador 214. Assim, a solução de purificação gasta aquosa 201 é dividida em duas porções 201a e 201b. Por esse arranjo, os compostos de enxofre da corrente de gás 211 podem ser mais eficientemente convertidos em sulfuretos.

[0049] O biorreator 202 pode ser areado com um gás 205 compreendendo ar e/ou gás fétido fraco da fábrica de celulose. Na reação de oxidação, a maior parte dos sulfuretos da solução de purificação gasta aquosa 201, 201a é oxidada em enxofre elementar. A eficiência da reação de oxidação pode ser igual a, ou superior a, 95 %. Como a estabilidade química do enxofre elementar produzido diminui com crescente pH e temperatura, a temperatura dentro do biorreator não deve exceder 65 °C. O pH do agente de reação dentro do biorreator 202 pode ser entre 8-11. Por aeração do biorreator 202 com gás fétido fraco, o pH do agente de reação pode ser abaixado. Por essa maneira, uso de pH um pouco mais alto que o que é ótimo para o biorreator 202, no purificador 214, pode ser compensado por aeração do biorreator 202 com gás fétido fraco, capaz de abaixar o pH do agente de reação. O biorreator 202 pode ser um reator de mistura. O sistema 200 pode conter mais que um biorreator. Os biorreatores podem ser arranjados em paralelo.

[0050] A reação de oxidação produz uma suspensão aquosa 203 contendo enxofre elementar. A reação de oxidação também produz uma corrente de gás 204. A corrente de gás 204 pode ser transportada do biorreator 202 para um processamento de gases fétidos fracos da fábrica de celulose. O processamento de gases fétidos fracos pode ser realizado na caldeira de recuperação, de uma tal maneira que os gases fétidos fracos sejam alimentados ao ar de combustão da caldeira de recuperação. Vantajosamente, o sistema 100, 200 pode compreender pelo menos um conduto configurado para direcionar corrente de gás 104, 204 do biorreator 105, 205 para a caldeira de recuperação de fábrica de celulose. Isso permite que pelo menos alguma da corrente de gás 104, 204 do biorreator 105, 205 possa ser direcionada para a caldeira de recuperação de fábrica de celulose, permitindo assim a recirculação de produtos químicos da corrente de gás 104, 204 para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose. Assim o método e o sistema que permite o ajuste do equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose por separação de compostos de enxofre a partir dos licores de fábrica de celulose, que compreendem sulfuretos, e oxidação de sulfuretos em enxofre elementar com micróbios, podem ser adicionalmente melhorados por introdução de produtos químicos da corrente de gás 104, 204 de volta para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose.

[0051] A suspensão aquosa 203 contendo enxofre elementar do biorreator é conduzida para uma unidade de separação de enxofre 206. Na unidade de separação de enxofre 206, enxofre elementar é separado a partir da suspensão aquosa 203. Uma solução residual 208a, 208b e um precipitado 207 contendo o enxofre elementar são assim obtidos. A unidade de separação de enxofre 206 pode ser um separador cônico. A separação pode ser realizada, por exemplo, por filtragem, deposição ou floculação. Em uma fábrica de celulose de exemplo que produz um milhão de toneladas em ar seco de polpa por ano, a quantidade de enxofre elementar produzido pode ser 500 kg por hora. O fluxo em massa da solução residual 208a, 208b com relação a enxofre pode ser 10 kg por hora.

[0052] A modalidade ilustrada na figura 2b, na qual pelo menos alguma da solução de purificação gasta aquosa 201b é recirculada por uma bomba 218 de volta para o purificador 214, permite o uso de uma menor unidade de separação de enxofre 206 em comparação com o sistema descrito na figura 2a. Como os compostos de enxofre da corrente de gás 211 são mais eficientemente convertidos em sulfuretos, o volume da suspensão aquosa 203 contendo enxofre elementar pode ser menor, e assim uma menor unidade é necessária para separação da solução residual 208 e do precipitado 207 contendo o enxofre elementar.

[0053] A partir da unidade de separação de enxofre 206, pelo menos alguma da solução residual 208a, a partir da qual o precipitado 207 foi separado, pode ser direcionada de volta para o purificador 214 para reabastecer a solução de purificação aquosa 215. Assim, os possíveis compostos de enxofre não oxidados da solução residual 208a podem ser direcionados de volta para o biorreator 202 para a oxidação. Ainda, a recirculação do líquido diminui a necessidade de água fresca e reduz o uso desnecessário dos valiosos recursos naturais. A solução residual 208b pode ser alimentada de volta para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose.

[0054] Muitas variações do método e sistema serão sugeridas propriamente para aqueles especializados na técnica à luz da descrição acima. Tais variações óbvias estão dentro do escopo total pretendido das reivindicações anexas.

Claims

1. Método para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose, o método caracterizado pelo fato de que compreende: - desviar um licor de fábrica de celulose aquoso (109) contendo sulfuretos para um biorreator (102), - oxidar o licor de fábrica de celulose aquoso (109) contendo sulfuretos no biorreator (102) biologicamente em uma reação de oxidação por meio de micróbios oxidantes de enxofre, produzindo assim uma suspensão aquosa (103) contendo enxofre elementar, e - separar o enxofre elementar a partir da suspensão aquosa (103) em uma unidade de separação de enxofre (106) posicionada a jusante do biorreator (102), obtendo assim uma solução residual (108) e um precipitado (107) contendo o enxofre elementar; - aerar o biorreator (102, 202) com um gás (105, 205) compreendendo gás fétido fraco a partir da fábrica de celulose.

2. Método para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose, o método caracterizado pelo fato de que compreende: - desviar um licor de fábrica de celulose aquoso (109) contendo sulfuretos para um dispositivo de dessorção (210), - dessorver o licor de fábrica de celulose aquoso (109) contendo sulfuretos no dispositivo de dessorção (210) com um agente ácido, obtendo assim uma corrente de gás (211) contendo H2S e uma corrente de licor de fábrica de celulose residual (212), - purificar a corrente de gás (211) contendo H2S em um purificador (214) posicionado a jusante do dispositivo de dessorção (210) com uma solução de purificação aquosa (215) contendo um agente alcalino, pelo que pelo menos algum do H2S reage com o agente alcalino, produzindo assim uma corrente de gás residual (217) e uma solução de purificação gasta aquosa (201, 201a) contendo sulfuretos, - oxidar a solução de purificação gasta aquosa (201, 201a) contendo sulfuretos em um biorreator (202) biologicamente em uma reação de oxidação por meio de micróbios oxidantes de enxofre, produzindo assim uma suspensão aquosa (203) contendo enxofre elementar, e - separar o enxofre elementar a partir da suspensão aquosa (203) em uma unidade de separação de enxofre (206) posicionada a jusante do biorreator (202), obtendo assim uma solução residual (208a, 208b) e um precipitado (207) contendo o enxofre elementar; - aerar o biorreator (102, 202) com um gás (105, 205) compreendendo gás fétido fraco a partir da fábrica de celulose.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende - direcionar pelo menos alguma da solução residual (208a), a partir da qual o precipitado (207) foi separado, de volta para o purificador (214) para reabastecer a solução de purificação aquosa (215).

4. Método de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que compreende - direcionar pelo menos alguma da solução de purificação gasta aquosa (201b) por uma bomba (218) de volta para o purificador (214) para repurificação.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende - clarificar a corrente de licor de fábrica de celulose em uma unidade clarificadora, provendo assim o licor de fábrica de celulose aquoso (109).

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que - o licor de fábrica de celulose aquoso (109) ou - a solução de purificação gasta aquosa (201, 201a) tem uma temperatura acima da temperatura ambiente, preferivelmente na faixa de 40 a 60°C antes de entrar no biorreator (102, 202).

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende - ajustar o pH da solução de purificação aquosa (215) com o agente alcalino, de forma que o pH da solução de purificação aquosa (215) seja acima de 8, preferivelmente acima de 11,5, tal como na faixa de 12 a 14.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende - direcionar pelo menos alguma da corrente de gás residual (217) do purificador (214) para a caldeira de recuperação de fábrica de celulose, permitindo assim a recirculação de produtos químicos da corrente de gás residual (217) para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende - direcionar pelo menos alguma da corrente de gás (104, 204) do biorreator (105, 205) para a caldeira de recuperação de fábrica de celulose, permitindo assim a recirculação de produtos químicos da corrente de gás (104, 204) para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose.

10. Uso de um biorreator (102, 202) contendo micróbios oxidantes de enxofre, caracterizado pelo fato de ser para separar enxofre de uma corrente de licor de fábrica de celulose.

11. Uso de um biorreator (102, 202) contendo micróbios oxidantes de enxofre, caracterizado pelo fato de ser para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose.

12. Uso de um biorreator (102, 202) contendo micróbios oxidantes de enxofre, caracterizado pelo fato de ser para produzir enxofre elementar a partir de uma corrente de licor de fábrica de celulose.

13. Sistema (100) arranjado para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose, o sistema (100) caracterizado pelo fato de que compreende - um meio configurado para coletar um licor de fábrica de celulose aquoso (109) contendo sulfuretos, - um ou mais condutos configurados para conduzir o licor de fábrica de celulose aquoso (109) para um biorreator (102), - o biorreator (102) configurado para oxidar o licor de fábrica de celulose aquoso (109) com micróbios oxidantes de enxofre, o biorreator (102) configurado assim para produzir uma suspensão aquosa (103) contendo enxofre elementar, e - uma unidade de separação de enxofre (106) posicionada a jusante do biorreator (102), a unidade de separação de enxofre (106) configurada para produzir uma solução residual (108) e um precipitado (107) contendo o enxofre elementar - meios para aerar o biorreator (102, 202) com um gás (105, 205) compreendendo gás fétido fraco a partir da fábrica de celulose.

14. Sistema (200) arranjado para ajustar o equilíbrio de S/Na de uma fábrica de celulose, o sistema (200) caracterizado pelo fato de que compreende - um meio configurado para coletar um licor de fábrica de celulose aquoso (109) contendo sulfuretos, - um ou mais condutos configurados para conduzir o licor de fábrica de celulose aquoso (109) para um dispositivo de dessorção (210), - o dispositivo de dessorção (210) configurado para dessorver o licor de fábrica de celulose aquoso (109) com um agente ácido, o dispositivo de dessorção (210) configurado assim para produzir uma corrente de gás (211) contendo H2S e uma corrente de licor de fábrica de celulose residual (212), - um purificador (214) posicionado a jusante do dispositivo de dessorção (210), o purificador (214) configurado para purificar a corrente de gás (211) contendo H2S com uma solução de purificação aquosa (215) contendo um agente alcalino, o purificador (214) configurado assim para produzir uma corrente de gás residual (217) e uma solução de purificação gasta aquosa (201, 201a) contendo sulfuretos, - um ou mais condutos configurados para conduzir a solução de purificação gasta aquosa (201, 201a) contendo sulfuretos para um biorreator (202), - o biorreator (202) posicionado a jusante do purificador (214), o biorreator (202) configurado para oxidar a solução de purificação gasta aquosa (201, 201a) contendo sulfuretos com micróbios oxidantes de enxofre, o biorreator (202) configurado assim para produzir uma suspensão aquosa (203) contendo enxofre elementar, e - uma unidade de separação de enxofre (206) posicionada a jusante do biorreator (202), a unidade de separação de enxofre (206) configurada para produzir uma solução residual (208a, 208b) e um precipitado (207) contendo o enxofre elementar; - meios para aerar o biorreator (102, 202) com um gás (105, 205) compreendendo gás fétido fraco a partir da fábrica de celulose.

15. Sistema (200) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende uma bomba (218) e um conduto configurado para direcionar pelo menos alguma da solução de purificação gasta aquosa (201b) de volta para o purificador (214) para re-purificação.

16. Sistema (200) de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um conduto configurado para direcionar corrente de gás residual (217) do purificador (214) para a caldeira de recuperação de fábrica de celulose, permitindo assim a recirculação de produtos químicos da corrente de gás (211) contendo H2S para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose.

17. Sistema (100, 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 16, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um conduto configurado para direcionar corrente de gás (104, 204) do biorreator (105, 205) para a caldeira de recuperação de fábrica de celulose, permitindo assim a recirculação de produtos químicos da corrente de gás (104, 204) para o ciclo de recuperação química da fábrica de celulose.

18. Sistema (100, 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 17, caracterizado pelo fato de que compreende mais que um biorreator (102, 202).

19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9 ou o uso como definido em qualquer uma das reivindicações 10 a 12 ou o sistema como definido em qualquer uma das reivindicações 13 a 18, caracterizado pelo fato de que o licor de fábrica de celulose aquoso (109) é licor verde ou licor branco.