BR112020018106A2

BR112020018106A2 - Método de produção de polpa dissolvente

Info

Publication number: BR112020018106A2
Application number: BR112020018106-4A
Authority: BR
Inventors: Auvo Kettunen; Sampsa Laakso; Tiina Haatainen; Markus Paananen
Original assignee: Andritz Oy
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2020-12-22
Also published as: CL2020002312A1; RU2020132767A3; FI130070B; CN111819323A; WO2019170962A1; JP7292296B2; FI20185213A1; EP3762535A1; RU2020132767A; JP2021517215A; CN111819323B; CA3093032A1; US20210040688A1

Abstract

a presente invenção refere-se a um processo para a produção de polpa dissolvente a partir de material fibroso à base de madeira fragmentada. o processo compreende os seguintes estágios consecutivos: cozimento do material fibroso fragmentado com licor de cozimento alcalino em um processo de cozimento kraft para produzir a polpa; tratamento da polpa cozida na extração cáustica em uma temperatura de 70 a 110°c e em uma concentração de álcali efetiva de 60 a 120 g/l durante pelo menos 5 minutos, e lavagem e deslignificação com oxigênio da polpa cáustica extraída.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTO- DO DE PRODUÇÃO DE POLPA DISSOLVENTE".

[0001] A presente invenção refere-se a um método para a produ- ção de polpa dissolvente.

[0002] Nos últimos anos, surgiu uma grande necessidade de de- senvolver novas matérias-primas fibrosas para as necessidades da indústria têxtil e de outras indústrias de polímeros. Uma solução para a produção de fibras é aumentar a produção da polpa dissolvente, de modo que as fibras de viscose substituam parcialmente o algodão na indústria têxtil, mas que elas também tenham várias outras aplicações.

[0003] A polpa dissolvente difere da polpa destinada à produção de papel em termos de propriedades e composição química. A produ- ção de polpa dissolvente se esforça para criar polpa com a concentra- ção de celulose mais elevada possível e a concentração de hemicelu- lose mais baixa possível, tal como xilano, enquanto se esforça para remover a lignina da polpa de papel branqueada durante o cozimento e branqueamento de modo que o máximo possível de celulose e he- micelulose permaneça na polpa de papel. Além do componente princi- pal, a celulose - que é descrita como α-celulose - a polpa de papel po- de conter até 25% de hemicelulose, enquanto a polpa dissolvente sempre contém mais de 90% de α-celulose, e a quantidade de hemice- lulose normalmente deve estar abaixo de 5%.

[0004] A baixa concentração de hemicelulose da polpa dissolvente é tipicamente exigida pelo tratamento de aparas e/ou polpa sob condi- ções fortemente alcalinas e acídicas. A polpa dissolvente tem sido convencionalmente produzida com um processo de sulfito ou com um processo de sulfato equipado com pré-hidrólise ácida. Se o processo de sulfato fosse utilizado na produção da polpa dissolvente, antes do cozimento alcalino, as aparas de madeira eram submetidas à pré- hidrólise, onde uma quantidade significativa de hemicelulose era re-

movida sob condições acídicas antes do cozimento alcalino. A intensi- dade do pré-tratamento é indicada pelo fator P, que no processo sulfa- tado equipado com pré-hidrólise normalmente varia de 500 a 1.000 dependendo do tipo de madeira. O conceito do fator P é explicado, por exemplo, em Handbook of Pulp, Sixta, H. (ed.), Vol. 1, 2006, p. 343-

345.

onde krel é a taxa relativa de hidrólise catalisada por ácido e é depen- dente da temperatura, e t é igual a tempo.

[0005] No final da linha de produção de fibras, a polpa é processa- da em estágios de branqueamento semelhantes à polpa de papel, on- de a diferença mais importante é os estágios de branqueamento alca- lino, que são realizados em temperaturas mais elevadas do que no branqueamento preservando o máximo rendimento. Além disso, a fim de produzir polpa de viscose, tanto o cozimento com sulfato quanto o cozimento com sulfito cozinham tipicamente com um capa mais baixo do que na produção de polpa de papel.

[0006] Conforme descrito acima, tipicamente na produção de polpa dissolvente, a extração cáustica é realizada após um processo de co- zimento acídico, ou as aparas são submetidas a um estágio de pré- hidrólise ácida em uma alta temperatura e pressão antes do cozimento alcalino. Cozinhar as aparas sob condições acídicas é mais exigente do que sob condições alcalinas. As condições acídicas requerem ma- teriais melhores e existe maior desgaste do equipamento sem o efeito lubrificante do álcali. Por esta razão, seria vantajoso ser capaz de pro- duzir polpa dissolvente sem o cozimento de aparas sob condições ací- dicas ou enquanto se utiliza o tratamento com ácido mais suave possí- vel. Outro problema com o tratamento com ácido pode ser que, além da remoção da hemicelulose, o tratamento com ácido também leva à diminuição do rendimento da celulose e, consequentemente, quanto mais forte o tratamento com ácido, tanto menor é o rendimento da pol- pa.

[0007] Na madeira macia, a hemicelulose principalmente consiste em glucomanano e xilano. A hemicelulose da madeira dura consiste quase inteiramente em xilano. Xilano normalmente se dissolve sob condições fortemente alcalinas.

[0008] A quantidade de produto químico de cozimento envolvida no cozimento da celulose é indicada na produção de polpa com o ter- mo “álcali efetivo”. O valor efetivo da concentração de álcali descreve a concentração do íon hidróxido (OH) do licor de cozimento. Neste pe- dido, o álcali efetivo (g/l) é mencionado como NaOH.

[0009] Um método bastante eficaz para dissolver a hemicelulose da polpa pós-cozimento é a extração cáustica, onde a polpa cozida é tratada com álcali. O método de tratamento é a extração cáustica fria ou a extração cáustica quente. Na extração cáustica fria, a concentra- ção de álcali efetiva está no nível de 60 a 110 g/l e a temperatura está tipicamente no nível de 20 a 50 °C. O outro método utilizado é a extra- ção cáustica quente, em que a concentração efetiva de álcali está tipi- camente no nível de 4 a 20 g/l e a temperatura é de 80 a 140 °C. Es- ses processos são amplamente tratados em Rydholm, S., Pulping Pro- cesses, 1967, p. 992-1023. A eficiência da extração cáustica quente é significativamente mais baixa do que aquela da extração cáustica fria e geralmente só é utilizada no contexto de cozimentos com sulfito ácido. Nos processos industriais, a baixa temperatura da extração cáustica fria é inconveniente porque requer esfriamento extra e porque é signi- ficativamente mais difícil lavar a polpa fria devido à sua menor capaci- dade de ser filtrado. Como é bem conhecida, a extração cáustica pode ser feita com solução concentrada de hidróxido de sódio ou com o licor branco utilizado no cozimento. Por exemplo, o pedido de patente WO

2013/178608 apresentou uma solução com a qual a polpa produzida com as concentrações alcalinas normais do cozimento kraft pode ser utilizada para produzir polpa dissolvente utilizando a extração cáustica, que é feita a 65 °C ou temperaturas mais baixas. Nesta solução, a ex- tração cáustica fria é realizada após o estágio de cozimento e oxigê- nio, e os produtos químicos residuais da extração cáustica são utiliza- dos durante o estágio de oxigênio e em uma linha de cozimento para- lela. No processo, uma solução alcalina rica em xilano pode ser utili- zada para cozinhar em uma linha paralela. Uma dificuldade dessa so- lução é que o sulfeto residual do licor branco precisa ser oxidado com produtos químicos antes do tratamento com ácido da polpa para evitar a formação de sulfeto de hidrogênio perigoso. O tratamento com ácido pode ser, por exemplo, o primeiro estágio de branqueamento.

[0010] O propósito da presente invenção é eliminar os problemas anteriormente mencionados e fornecer um método onde o álcali resi- dual da extração cáustica pode ser utilizado no cozimento na mesma linha de produção de fibras sem reabsorção significativa de xilano e onde as condições acídicas da produção de polpa dissolvente podem ser mitigadas em comparação com a produção de polpa dissolvente sem extração cáustica.

[0011] Inesperadamente, foi observado em experimentos que o xilano também se dissolve seletivamente da polpa cozida não bran- queada em temperaturas mais elevadas no nível de 70 a 110 °C, quando a concentração de álcali efetiva está no nível de 60 a 120 g/l. Quanto mais elevada a concentração de álcali, tanto mais xilano pode ser dissolvido. Portanto, a extração cáustica feita em temperaturas mais elevadas também pode ser utilizada para remover quantidades significativas de hemicelulose da polpa de madeira dura. De um modo contrário, observou-se que o outro componente significativo de hemi- celulose de madeira macia, o glucomanano, não se dissolve significa-

tivamente sob essas condições.

[0012] Um novo método para a produção de polpa dissolvente a partir de material fibroso à base de madeira dura fragmentada, cujo método compreende as seguintes etapas consecutivas: - tratar o material fibroso fragmentado sob condições acídicas de tal modo que um fator P de 5 a 250 seja alcançado; - cozinhar o material fibroso fragmentado com licor de cozimento alca- lino em um processo de cozimento kraft para produzir polpa; - tratar a polpa cozida na extração cáustica em uma temperatura de 70 a 110°C e com uma concentração de álcali efetiva de 60 a 120 g/l du- rante pelo menos 5 minutos, - lavar a polpa cáustica extraída, e - deslignificar o oxigênio da polpa cáustica extraída.

[0013] Na solução de acordo com a invenção, que é adequada pa- ra o cozimento contínuo, em particular, mas também aplicável ao co- zimento por batelada, a extração cáustica é combinada com o cozi- mento kraft, o que facilita a obtenção de uma baixa concentração de xilano na polpa de forma mais eficiente do que nos processos conhe- cidos. A extração cáustica é feita entre o cozimento e o estágio de oxi- gênio, permitindo que o álcali residual da extração cáustica seja utili- zado na mesma usina digestora com conexões simples. O filtrado que é separado da polpa cáustica extraída, possui uma concentração de álcali efetiva de pelo menos 50 g/l, tipicamente 60 a 110 g/l, e é levado ao cozimento. O filtrado é separado com, por exemplo, uma prensa ou lavadora de fracionamento, onde o objetivo é obter o filtrado mais con- centrado possível em termos de álcali. Uma lavagem de fracionamento pode ser utilizada para intensificar o acúmulo de álcali e aumentar a concentração de álcali durante o estágio de extração cáustica. Quando a etapa de lavagem que precede a extração cáustica, tal como uma lavagem do digestor, é fornecida com licor de lavagem com a maior concentração de álcali possível, a concentração de álcali da polpa pro- veniente do estágio de lavagem aumenta. Uma concentração de álcali mais elevada é então alcançada após o licor branco ser adicionado, resultando em licor de lavagem ainda mais concentrado para o estágio de lavagem que precede a extração cáustica. Na lavagem de fracio- namento, após a extração cáustica, o filtrado mais diluído é liberado ao cozimento e, portanto, não se pode diluir a extração cáustica. Ao mesmo tempo, a concentração de álcali no estágio final do cozimento é elevada, o que minimiza a reabsorção de xilano durante o cozimento da polpa.

[0014] O método de acordo com a invenção compreende, de acor- do com uma modalidade preferencial, as seguintes etapas consecuti- vas: a) tratar o material fibroso fragmentado sob condições acídicas de tal modo que um fator P de 5 a 250 seja alcançado; b) cozimento do ma- terial fibroso com licor de cozimento alcalino em uma temperatura de cozimento de cerca de 120 a 175°C para produzir a polpa, c) alimenta- ção do licor de lavagem alcalino na polpa para esfriá-la e/ou lavá-la antes de descarregar a polpa do cozimento; d) alimentação de licor branco e misturá-lo com a polpa cozida; e) tratamento da polpa em 70 a 110°C durante 5 a 120 minutos; f) remoção do primeiro filtrado da polpa após a etapa e), que produz um filtrado que é liberado para uso como licor de lavagem de polpa em sentido contrário ao fluxo de pol- pa; e g) separação de um segundo filtrado da polpa após a etapa e), em que o filtrado é liberado para a etapa b) para constituir pelo menos uma parte do licor de cozimento; e h) liberação da polpa em um está- gio de oxigênio e processamento adicional após a etapa g).

[0015] Na etapa a), forma-se o licor de cozimento de resíduos ací- dicos; pode ser extraído do material fibroso, se necessário. Na etapa d), o licor branco pode ser fornecido à polpa na parte inferior do diges-

tor ou na polpa removida do digestor.

[0016] O objetivo nas etapas f) e g) é remover pelo menos dois fil- trados da polpa, com o primeiro filtrado tendo a concentração de álcali efetiva mais alta possível. Um filtrado com uma alta concentração de álcali efetiva, pelo menos 50 g de NaOH/l, é em primeiro lugar separa- do da polpa. Este filtrado é utilizado como licor de lavagem de polpa em sentido contrário ao fluxo de polpa na etapa c). Um segundo filtra- do também é separado da polpa cáustica extraída, com uma concen- tração de álcali mais baixa do que o primeiro filtrado. Este filtrado é utilizado no digestor como uma fonte de álcali e adicionado na etapa b). O primeiro filtrado pode ser, por exemplo, um filtrado produzido du- rante o estágio de espessamento de uma lavadora de fracionamento, que assim contém a fase líquida separada da polpa cáustica extraída. O segundo filtrado é tipicamente um filtrado produzido durante o está- gio de lavagem. Os filtrados podem se formar na mesma parte do equipamento, tal como uma lavadora de fracionamento ou uma prensa consecutiva e prensa de lavagem. Outras disposições também são possíveis. A extração cáustica também pode ser realizada sem uma lavagem de fracionamento. A vantagem de uma lavagem de fraciona- mento é que ela ajuda a alcançar uma concentração de álcali mais elevada e uma remoção mais eficiente de hemicelulose.

[0017] A polpa não é deslignificada com oxigênio antes do estágio de extração cáustica. Quando a extração cáustica é realizada antes do possível estágio de oxigênio, a transformação do sulfeto residual em sulfeto de hidrogênio nos estágios acídicos após a extração cáustica e o estágio de oxigênio não ocorre.

[0018] O estágio de deslignificação com oxigênio é um estágio al- calino conhecido per se, que normalmente ocorre pressurizado e onde o oxigênio está presente ao redor das fibras durante pelo menos uma parte do tempo de reação. O estágio de oxigênio pode ter uma, duas ou mais etapas, caso em que a etapa de reação inclui mistura química e um recipiente de reação ou um retardo de reação executado por um tubo. Geralmente, oxigênio e álcali e possivelmente um inibidor para evitar que os metais danifiquem as fibras são doseados no estágio de oxigênio, ou os metais arrastados pelas fibras são removidos ou tor- nados não reativos através de outros meios.

[0019] Em uma modalidade, a etapa de cozimento é realizada em um digestor contínuo hidráulico ou de fase vapor de um ou dois recipi- entes. O método pode ser realizado em um ou mais recipientes de co- zimento, por exemplo, com uma combinação de um digestor e um re- cipiente de pré-hidrólise.

[0020] Em uma modalidade, o estágio de cozimento é realizado como um processo de digestor de bateladas.

[0021] O xilano dissolvido entra no cozimento com o filtrado de ex- tração cáustica. Quando uma concentração de álcali efetiva suficien- temente elevada, pelo menos 20 g de NaOH/l, é mantida no cozimen- to, o xilano dissolvido da extração cáustica não precipita em quantida- des prejudiciais no material fibroso, tal como aparas, perto do final do cozimento. A primeira parte do cozimento pode ter uma concentração de álcali mais baixa, em cujo caso um pouco de xilano pode precipitar, visto que o xilano precipitado se dissolve novamente quando a con- centração de álcali do cozimento aumenta para um nível elevado.

[0022] Na solução de acordo com a invenção, todo ou a maioria, pelo menos 60%, tipicamente pelo menos 80%, mais preferivelmente mais de 90% do licor branco necessário para o cozimento é fornecido e misturado na extração cáustica de estoque marrom após o cozimen- to. A extração cáustica é realizada entre o estágio de cozimento e oxi- gênio em uma faixa de temperatura de 70 a 110°C, de preferência de 80 a 100°C. O licor branco pode ser utilizado como uma fonte de álcali na extração cáustica. A concentração de álcali efetiva do licor branco é de 90 a 130 g/l de NaOH, tipicamente de 100 a 120 g/l. De acordo com a nova solução, o licor de cozimento fresco, isto é, o licor branco, não é introduzido de modo algum, ou não mais do que 40%, tipicamente abaixo de 20%, é introduzido no digestor ou no próprio estágio de co- zimento.

[0023] Os filtrados de espessamento e/ou lavagem de polpa após a extração cáustica são operados em sentido contrário ao fluxo da polpa em direção ao digestor ou usina do digestor. O licor branco as- sim fornecido se acumula nessas circulações, o que ajuda a atingir as concentrações de álcali necessárias para a extração cáustica. Em ou- tras palavras, o álcali se acumula entre o espessamento e/ou lavagem da polpa após a lavagem do digestor e a extração cáustica quando os filtrados são circulados contracorrente. O nível de concentração de ál- cali requerido é alcançado, mesmo embora a consistência da polpa seja tipicamente de 8 a 12%.

[0024] O licor branco e os filtrados podem ser tratados conforme necessário para atingir o nível de temperatura necessário para a ex- tração cáustica, que é de 70 a 110°C, de preferência de 80 a 100°C. Em uma escala industrial, a temperatura é normalmente de 70 a 95°C. O tempo de tratamento na extração cáustica é de mais de 5 minutos, tipicamente de 5 a 120 minutos. Na extração cáustica, a concentração de álcali efetiva da fase líquida da suspensão de polpa é de 60 a 120 g/l, de preferência de 65 a 110 g/l, mais preferivelmente de 70 a 110 g/l. Alguns dos filtrados ricos em álcali das lavadoras de polpa são transportados para o estágio de cozimento, enquanto alguns são for- necidos para o final do estágio de cozimento, por exemplo, na parte inferior do digestor. É essencial que todos ou quase todos os filtrados, pelo menos 80%, circulem através do digestor, porque caso contrário, produtos químicos valiosos seriam perdidos com o filtrado que passa do digestor para a unidade de evaporação. O licor negro rico em álcali obtido do estágio de cozimento, que possui uma concentração de álca- li efetiva de mais de 20 g de NaOH/l, é circulado para o início do pro- cesso de cozimento, onde o álcali é consumido, atingindo um nível al- calino residual normal, abaixo de 10 g de NaOH/l, no licor negro leva- do para a unidade de evaporação.

[0025] De acordo com uma característica essencial do novo méto- do, a polpa não é deslignificada com oxigênio entre o cozimento e a extração cáustica. Após a extração cáustica, a polpa é levada para processamento adicional, que normalmente inclui um estágio de oxi- gênio para começar. Quando a extração cáustica é realizada antes do estágio de oxigênio, o sulfeto residual da polpa torna-se oxidado du- rante o estágio de oxigênio e não há risco de formação de sulfeto de hidrogênio durante os tratamentos acídicos que vêm após o estágio de oxigênio.

[0026] A polpa pode ser processada posteriormente nos estágios de branqueamento, que podem incluir, por exemplo: estágios acídicos A, Z e D, assim como estágios alcalinos E e P. Durante os estágios de processamento adicionais, a concentração de xilano na polpa pode ser ainda mais reduzida. A remoção do xilano pode ser intensificada prefe- rivelmente no estágio ácido, o estágio A, onde a temperatura pode ser de 100 a 130°C e o pH 2 a 3. O estágio A é realizado após o estágio de extração cáustica e, de preferência, após o estágio de oxigênio.

[0027] Na solução de acordo com a invenção, a remoção da hemi- celulose também pode ser intensificada com tratamentos com ácido, por exemplo, utilizando um estágio de pré-hidrólise normal ou vários tratamentos de polpa ácida. A solução de acordo com a invenção pode ser vantajosamente combinada com um tratamento com ácido leve antes do cozimento, onde o fator P na hidrólise ácida é de 5 a 250 e uma parte da hemicelulose contida pela madeira se dissolve. Este tipo de tratamento com ácido pode ser feito em um recipiente de pré-

hidrólise, como normalmente é feito quando se usa o processo de co- zimento com sulfato de pré-hidrólise, mas com uma temperatura mais baixa ou um atraso menor do que o normal. O tratamento com ácido também pode ser realizado na seção superior do recipiente de cozi- mento, tanto na fase de vapor quanto na fase líquida. Em uma usina de digestor contínuo, as aparas são tipicamente vaporizadas em um compartimento de aparas que está na pressão atmosférica e possui um atraso de cerca de 10 a 45 minutos. Um tratamento com ácido leve pode ser gerado mediante a pressurização do compartimento de apa- ras em uma pressão de cerca de 1 a 10 bar, em cujo ponto a tempera- tura de vaporização pode ser aumentada para mais de 120°C e as re- ações de hidrólise começam a ocorrer. O objetivo no compartimento de abapras é um valor de fator P de 5 a 50. De preferência, o nível de pressão do compartimento de aparas pode ser de ao redor de 2 bar e a temperatura ao redor de 135°C, em cujo ponto o compartimento de aparas atmosférico requer apenas pequenas alterações e as aparas podem ser fornecidas ao compartimento com um alimentador de baixa pressão. Quando o tratamento de hidrólise é feito no compartimento de aparas na fase de vapor, a alimentação real das aparas ao digestor pode ocorrer sob condições alcalinas, evitando o desgaste do compar- timento-equipamento externo de alimentação de aparas devido às condições acídicas. O condensado que se forma durante a hidrólise de fase vapor pode ser recuperado e circulado de volta para as aparas que entram no compartimento, o que reduz o pH do chip mais rapida- mente e acelera as reações de hidrólise.

[0028] O novo método é explicado com maiores detalhes com refe- rência ao desenho fornecido, onde uma modalidade da invenção é ilustrada esquematicamente na Figura 1.

[0029] A Figura 1 apresenta um sistema típico com o qual o novo método pode ser implementado. O sistema compreende pelo menos um recipiente de cozimento 2, um recipiente de extração cáustica 3 e uma lavadora 4. O digestor 2 é um digestor de fase vapor, mas tam- bém pode ser um digestor hidráulico. O método pode ser realizado em um ou mais recipientes de cozimento, por exemplo, com uma combi- nação de um digestor e um recipiente de pré-hidrólise. Especialmente em uma disposição com vários recipientes para cozinhar, a implemen- tação do método pode divergir dos detalhes aqui descritos, mas os mesmos princípios de operação se aplicam. O sistema também inclui um reator de hidrólise 5, que possui um separador superior 6, que re- cebe a suspensão de material fibroso à base de madeira dura frag- mentado, tal como uma pasta fluida de aparas, do sistema de forneci- mento de aparas (não mostrado) através da linha 7.

[0030] O recipiente de pré-hidrólise 5 pode ser um reator de fase de vapor ou um recipiente hidráulico, que possui uma circulação de aquecimento para aquecer o material até a temperatura de hidrólise desejada.

[0031] O material de abastecimento é liberado em um separador superior invertido 6 na parte superior do recipiente 5. A seção superior do recipiente pode ser uma zona de fase vapor, através da qual o ma- terial fibroso cai do separador superior 6 para a superfície de uma co- luna de líquido e aparas. No separador superior, o líquido é separado do material fibroso e passado para o sistema de abastecimento de aparas através da linha 8. Vapor e ar pressurizado podem ser introdu- zidos para criar uma pressão e temperatura adequadas para a hidróli- se. A temperatura do material fibroso é elevada acima da temperatura de auto-hidrólise, que pode estar acima de 140°C, por exemplo, 155°C, e mantida nesta temperatura para promover a hidrólise. O obje- tivo é um valor de fator P de 5 a 250, que dita as condições. A auto- hidrólise ocorre quando os ácidos orgânicos são liberados do material fibroso. A temperatura de hidrólise pode estar abaixo de 150°C, por exemplo, entre 150 e 120°C, se ácidos diluídos forem adicionados. O material fibroso e o líquido circulam a favor da corrente para baixo no recipiente 5. O hidrolisado formado pode ser removido através das te- las 9 até a linha 10 e levado para outro processamento.

[0032] Na parte inferior do recipiente de hidrólise 5, o licor de dilui- ção é adicionado ao material fibroso do recipiente de cozimento 2 através da linha 11 para auxiliar no transporte do material fibroso atra- vés da linha 12 para o separador superior do digestor 2 13. O licor de diluição na linha de retorno 11 é alcalino, de modo que torna o material fibroso alcalino quando o material flui do recipiente de pré-hidrólise pa- ra o digestor 2. O rejeito do filtro de licor negro pode ser introduzido na linha 11 através da linha 15; o rejeito contém fibras e material fibroso não digerido.

[0033] O material fibroso está em um estado alcalino, tal como no pH 13 ou próximo a ele, por exemplo, em 12 a 14. Como um exemplo, o material fibroso pode ser mantido no digestor em uma faixa de tem- peratura de 120 a 175°C ou de 130 a 160°C, dependendo, por exem- plo, do tempo de permanência e da concentração de álcali no digestor. Nesses casos, o fator H é de 100 a 500, tipicamente de 200 a 300.

[0034] A temperatura no digestor 2 é elevada e controlada pela adição de vapor e possivelmente ar ou gás inerte. O digestor pode ser um recipiente de fase de vapor ou hidráulico completo. A pressão na parte inferior do recipiente de hidrólise é uma combinação da pressão do vapor e da pressão hidráulica da coluna de material fibroso e líqui- do. Essa pressão combinada é maior do que a pressão na parte supe- rior do digestor. Esta pressão diferencial transporta o material fibroso através da linha 12, 14 para o separador superior do digestor. Além disso, quando o digestor for um recipiente de cozimento hidráulico, a circulação do licor de aquecimento pode ser utilizada para aquecer o material fibroso em uma temperatura desejada.

[0035] O digestor pode incluir várias zonas de cozimento a favor da corrente e contracorrente. A zona de cozimento superior pode ser uma zona a favor da corrente de material fibroso e licor.

[0036] O digestor compreende as telas 16, 17 e 18. O material fi- broso é processado com licor de cozimento na zona I. A temperatura na zona I, que é controlada pela alimentação de vapor, é, por exemplo, 144°C. A concentração de álcali efetiva do licor de cozimento fornecido é tipicamente de 20 a 50 g de NaOH/l, que é consumido na zona I de tal modo que a concentração de álcali efetiva do licor de cozimento residual removido através da tela 16 seja inferior a 10 g de NaOH/I, por exemplo, 4 g NaOH/l, e sua temperatura é, por exemplo, 151°C. O licor de cozimento residual da zona I é transportado através da linha 19, geralmente para a unidade de evaporação.

[0037] A zona de cozimento I é seguida pela zona de cozimento contracorrente II, que se encontra entre as telas 16 e 17. Embora o tratamento tenha sido apresentado como contracorrente, também po- de ser a favor da corrente. No final da zona II, o licor de cozimento re- sidual é extraído para dentro da circulação 20, que inclui uma ou vá- rias telas 17, uma bomba 21 e um trocador térmico indireto 22. O licor de cozimento é adicionado ao material de circulação 20 através da li- nha 23. A maior parte da dose de álcali necessária para o cozimento, por exemplo 50%, é adicionada à suspensão de material fibroso atra- vés da linha 23 para a circulação 20. Isso provoca uma alta concentra- ção de álcali efetiva, que é superior a 25 g de NaOH/l, de preferência superior a 35 g/l, no digestor. A circulação aquecida 20 tipicamente aquece a suspensão de material fibroso e seu licor de cozimento até a temperatura de cozimento, que é tipicamente de 120 a 175°C, antes que a suspensão flua para a zona de cozimento III a favor da corrente. O licor de cozimento adicionado através do conduto 23, a fim de al- cançar uma alta concentração de álcali e alto pH, pode ter as seguin-

tes características: álcali total na madeira de cerca de 8 a 16%, con- centração de álcali efetiva de cerca de 40 a 80 g/l (tipicamente ao re- dor de 50 a 70 g/l) medido como NaOH, e um fluxo de cerca de 2,0 a 6,0 m3/BDMT (m3/toneladas métricas base material seco em estufa) de polpa, tipicamente ao redor de 3,0 a 5,0 m3/BDMT de polpa. A concen- tração de álcali efetiva do licor de cozimento da linha 23 é, por exem- plo, 58 g de NaOH/l, e sua temperatura, por exemplo, 94°C.

[0038] Se necessário, o licor branco pode ser liberado na circula- ção 20 através da linha 20'.

[0039] O material fibroso se move na temperatura de cozimento da zona do digestor III a favor da corrente para baixo conforme a reação de cozimento progride. Na parte inferior do digestor, o licor de cozi- mento residual quente é agora extraído do material fibroso cozido, tal como aparas, com um conjunto de tela 18. O filtrado de lavagem de uma lavadora de polpa situada mais adiante é fornecido na parte infe- rior do digestor através de um ou mais condutos 27 para terminar a reação de cozimento e para reduzir a temperatura da pasta fluida de aparas cozida.

[0040] A polpa é então removida do digestor por meio de um dis- positivo de descarga 25 para o conduto 26.

[0041] O licor de cozimento residual quente é extraído do digestor por meio de um conjunto de tela 18 e conduto 24. O licor quente pos- sui uma concentração relativamente elevada de álcali fresco, isto é, concentração de álcali residual. A concentração de álcali efetiva do licor no conduto 24 é tipicamente de pelo menos 20 g/l, de preferência pelo menos cerca de 25 g/l, por exemplo 41 g/l. Este licor, que contém álcali e sulfeto, é liberado por meio do conduto 24 para retornar a linha 11 para uso no pré-tratamento das aparas fornecidas ou na zona I. A temperatura do licor no conduto 24 pode ser, por exemplo, 143°C.

[0042] A polpa cozida é liberada através da linha 26 para a extra-

ção cáustica no recipiente 3. O recipiente 3 pode ser um tanque de sopro do digestor convencional ou outro tipo de recipiente. A concen- tração de álcali efetiva da polpa que sai do digestor é de 60 a 110 g de NaOH/l, por exemplo 91 g/l, e sua temperatura é de 70 a 110°C, por exemplo, 102°C. O licor branco necessário para o processo de cozi- mento e extração cáustica da linha 34 é fornecido e misturado com a polpa que circula na linha 26. A concentração de álcali efetiva do licor branco é de 90 a 130 g/l de NaOH, geralmente de 100 a 120 g/l, por exemplo 115 g/l. A extração cáustica é feita em uma temperatura de 70 a 110°C, por exemplo, 90°C. A temperatura da polpa descarregada do digestor pode ser ajustada mediante o ajuste da temperatura dos filtrados de lavagem adicionados a ele na parte inferior do digestor. A duração da extração cáustica é de 5 a 120 minutos.

[0043] A polpa cáustica extraída é retirada do recipiente 3 através da linha 28 para o espessante de polpa ou lavador 4, que pode ser, por exemplo, uma prensa, prensa de lavagem ou lavadora de fracio- namento, e dos quais pode haver um ou vários. Água ou filtrado do estágio de oxigênio ou branqueamento é liberado na lavadora para o licor de lavagem por meio da linha 33. O objetivo é separar pelo me- nos dois filtrados da polpa, com o primeiro filtrado tendo uma alta con- centração de álcali efetiva. O primeiro filtrado pode ser um filtrado pro- duzido durante o estágio de espessamento da lavadora de fraciona- mento, que contém desse modo a fase líquida separada da polpa cáustica extraída. O segundo filtrado é tipicamente um filtrado produzi- do durante o estágio de lavagem. Os filtrados podem se formar na mesma parte do equipamento, tal como a lavadora de fracionamento ou uma prensa e prensa de lavagem consecutiva.

[0044] Um filtrado com uma concentração de álcali efetiva elevada, por exemplo, 94 g de NaOH/l, é em primeiro lugar separado da polpa. Este filtrado do tanque de filtrado 29 é utilizado como licor de lavagem na parte inferior do digestor, o que ajuda a atingir o nível de extração cáustica mais alto possível. A zona de lavagem do digestor é contra- corrente, onde o licor de lavagem rico em álcali da linha 27 desloca o licor de cozimento da zona de cozimento III através da tela 18 para fora do digestor e continua com a polpa para extração cáustica no re- cipiente 3.

[0045] O filtrado mais diluído obtido da polpa é utilizado no digestor como uma fonte de álcali e retirado do tanque de filtrado 30 através da linha 23 para a circulação 20, através da qual é adicionado na zona de cozimento. A maior parte da dose de álcali necessária para o cozimen- to, pelo menos 50%, é adicionada à suspensão de material fibroso por meio da linha 23 e circulação 20.

[0046] Os filtrados contêm xilano que foi separado do material fi- broso durante a extração cáustica. Visto que uma concentração de ál- cali efetiva suficientemente elevada, pelo menos 20 g de NaOH/l, é mantida próxima ao final do cozimento, o xilano dissolvido da extração cáustica não precipita em quantidades prejudiciais no material fibroso, como aparas, durante o cozimento.

[0047] O filtrado da linha 23 pode ser aquecido com o calor dos licores de cozimento 24 e/ou 19 extraídos do digestor através da dis- posição de trocador térmico indireto (não mostrado) pelas linhas.

[0048] A polpa é removida da lavadora 4 por meio do cano de des- carga 31 e da linha 32 para processamento adicional, que normalmen- te inclui um estágio de oxigênio, para começar. A polpa pode ser ainda processada nos estágios de branqueamento, que podem incluir, por exemplo: estágios acídicos A, Z (ozônio) e D (dióxido de cloro), assim como estágios alcalinos E (extração) e P (peróxido). Durante os outros estágios de processamento, a concentração de xilano na polpa pode ser reduzida ainda mais.

[0049] A remoção de xilano pode ser ainda mais intensificada, de preferência no estágio de ácido, o estágio A, onde a temperatura pode ser de 100 a 130 °C e o pH de 2 a 3. O estágio A vem após o estágio de extração cáustica e, de preferência, após o estágio de oxigênio. Exemplo 1:

[0050] Um método de acordo com a invenção foi analisado em um laboratório. A matéria-prima eram aparas de madeira dura com uma concentração de xilano de 12,1%. Quando as aparas foram cozidas em um perfil normal de álcali, o rendimento do cozimento foi de 53,3% no número capa 17,1 e a concentração de xilano na polpa foi de 14,5%, o que significa que 62% do xilano original nas aparas perma- neceram.

[0051] Quando as aparas foram cozidas em uma concentração de álcali mais elevada de acordo com o método, o rendimento de cozi- mento foi de 50,4% no número capa 14,5 e a concentração de xilano na polpa foi de 12,3%, o que significa que 50% do xilano original nas aparas permaneceram. Quando esta polpa foi submetida à extração cáustica em uma temperatura de 50°C, produziu uma polpa com um número capa de 8,7 e concentração de xilano de 5,0%. Assim, apenas 16% do xilano original nas aparas permaneceram. Quando a tempera- tura da extração cáustica correspondente era de 90°C, o número capa da polpa era de 8,8 e sua concentração de xilano era de 5,9%, e per- maneceram 20% da xilano original nas aparas. Os testes de laborató- rio mostram que ambas as polpas podem ser utilizadas como a polpa dissolvente, especialmente após o processamento adicional apropria- do e/ou pré-tratamentos, e que a extração cáustica também pode ser realizada com bastante sucesso na faixa de temperatura normal de lavagem de estoque marrom de 70 a 100°C, e que o cozimento com alto perfil de álcali cria um ponto de partida melhor do que o normal para uma extração cáustica bem-sucedida. Exemplo 2:

[0052] Um método de acordo com a invenção foi analisado em um laboratório. A matéria-prima eram aparas de madeira dura com uma concentração de xilano de 15,5%. Quando um estágio de pré-hidrólise com fatores 200 P foi realizado pela primeira vez para as aparas, junto de um estágio de cozimento em uma alta concentração de álcali, o rendimento de cozimento foi de 44,2% no número capa 10,2 e a con- centração de xilano na polpa foi de 5,5%. Assim, permaneceram 16% do xilano original nas aparas. Quando esta polpa foi submetida à ex- tração cáustica em uma temperatura de 90°C e uma concentração de álcali de cerca de 80 g/l, ela produziu uma polpa com um número capa de 6,9 e uma concentração de xilano de 2,6%. O rendimento total após a pré-hidrólise, cozimento e extração cáustica foi de 42,3%. Assim, apenas 7% do xilano original permaneceram. Quando a mesma maté- ria-prima foi utilizada no laboratório para produzir a polpa dissolvente utilizando cozimento de pré-hidrólise convencional com fatores de 500 P, o rendimento foi de 39,4%, o capa foi de 6,6 e a concentração de xilano na polpa foi de 2,5%. Esses testes de laboratório mostram que, com a extração cáustica, a polpa dissolvente de boa qualidade pode ser produzida com um rendimento significativamente maior do que quando se utiliza o processo de pré-hidrólise convencional. Vantagens da nova solução:

[0053] O método conecta a extração cáustica de forma mais sim- ples e econômica do que anteriormente em um processo de cozimento na mesma linha, visto que o perfil de álcali do cozimento evita o ex- cesso de precipitação de xilano nas aparas. Quando a extração cáus- tica é feita antes do estágio de oxigênio, a transformação do sulfeto residual em sulfeto de hidrogênio nos estágios acídicos subsequentes não ocorre. Com a extração cáustica de acordo com o método, a etapa de pré-hidrólise pode ser consideravelmente suavizada, o que melhora significativamente o rendimento da polpa.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para a produção de polpa dissolvente a partir de material fibroso à base de madeira dura fragmentada, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas consecutivas: - tratar o material fibroso fragmentado sob condições acídicas de tal modo que um fator P de 5 a 250 seja alcançado; - cozinhar o material fibroso fragmentado, que foi tratado sob condi- ções acídicas, com licor de cozimento alcalino em uma temperatura de cerca de 120 a 175oC em um processo de cozimento kraft para produ- zir a polpa; - tratar a polpa cozida na extração cáustica em uma temperatura de 70 a 110°C durante pelo menos 5 minutos, em que a concentração de álcali efetiva de uma fase líquida da suspensão de polpa é de 60 a 120 g/l, - lavar a polpa cáustica extraída, e - deslignificar o oxigênio da polpa cáustica extraída após a lavagem.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o licor branco com uma concentração de álcali efetiva superior a 90 g/l é introduzido na polpa descarregada do cozimento antes da extração cáustica.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteri- zado pelo fato de que os filtrados são separados da polpa submetida à extração cáustica.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que um primeiro filtrado é extraído da polpa após a extra- ção cáustica, cujo filtrado é liberado para uso como licor de lavagem da polpa contracorrente ao fluxo da polpa.

5. Método, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracteri- zado pelo fato de que um segundo filtrado é separado da polpa, cujo filtrado é liberado ao cozimento para compreender pelo menos uma parte do licor de cozimento para o cozimento.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o material fibroso frag- mentado é tratado com hidrólise ácida antes do estágio de cozimento.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a temperatura da extração cáustica é de 80 a 100°C.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que, na extração cáustica, a concentração de álcali efetiva da fase líquida da suspensão de polpa é de 60 a 120 g/l, de preferência de 70 a 110 g/l.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, caracterizado pelo fato de que a polpa é tratada em uma lava- gem de fracionamento para formar filtrados.

10. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro filtrado é liberado para uma lavagem de digestor.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que o processamento adicional da polpa deslignificada com oxigênio compreende o proces- samento da polpa em um estágio de ácido.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que o cozimento é reali- zado em um digestor hidráulico ou de fase vapor contínuo de um ou dois recipientes.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o cozimento é realizado como um processo digestor de batelada.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende algu-

mas das seguintes etapas: a) tratar material fibroso fragmentado sob condições acídicas de tal modo que um fator P de 5 a 250 seja alcançado; b) cozinhar o material fibroso com licor de cozimento alcalino em uma temperatura de cozi- mento de cerca de 120 a 175°C para produzir a polpa, c) alimentar li- cor de lavagem alcalino na polpa para esfriá-la e/ou lavá-la antes da descarga da polpa do processo de cozimento; d) alimentar o licor branco e sua mistura com a polpa cozida; e) tratar a polpa em 70 a 110°C durante 5 a 120 minutos; f) remover um primeiro filtrado da pol- pa após a etapa e), que produz um filtrado que é liberado para uso como licor de lavagem de polpa de modo contracorrente ao fluxo de polpa; e g) separar um segundo filtrado da polpa após a etapa e), que é liberado à etapa b) para constituir pelo menos uma parte do licor de cozimento; e h) liberar a polpa para outro processamento após a etapa g).