BR122017021815B1 - Método para a produção kraft de celulose empregando um processo de cozimento modificado em conjunção com tecnologias de produção de celulose com polissulfeto - Google Patents
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Abstract
um método para a produção kraft de celulose empregando um processo de cozimento modificado em conjunção com tecnologias de produção de celulose com polissulfeto para obter rendimentos mais altos de produção de celulose do que obtidos na técnica anterior. a carga alcalina total requerida (licor de polissulfeto) é adicionada no início de um cozimento, e após todo o polissulfeto ter essencialmente reagido com material lignocelulósico em temperatura abaixo daquela na qual nenhuma degradação significativa de carboidrato ocorre, uma primeira quantidade do licor de cozimento de concentração alta de alcalino efetivo (ea) ser removida de um primeiro ponto no processo de produção de celulose e substituída por um licor de cozimento com concentração baixa de ea removida de um outro ponto do processo. a primeira quantidade é então adicionada em um outro lugar no processo de produção de celulose, onde a concentração de ea é baixa. esta ?troca? de licores de cozimento obtém o benefício de rendimento total da produção de celulose com polissulfeto e um perfil mais uniforme de concentração de ea para reter os principais benéficos de cozimento modificado.
Description
[0001] A presente invenção se relaciona com um processo Kraft de produção de celulose (“empolpamento”) empregando tecnologia de cozimento modificado em um vaso de cozimento para obter rendimentos de produção de celulose maiores que os obtidos anteriormente com cozimento modificado ou produção de celulose com polissulfeto.
[0002] Polissulfeto (PS) é um aditivo de produção de celulose que foi usado comercialmente para aumentar o rendimento da produção de celulose. Um rendimento mais alto da produção de celulose melhora a economia do processo diminuindo o consumo de madeira e/ou aumentando a produção de polpa. O polissulfeto é produzido comercialmente por oxidação catalítica de parte dos íons de sulfeto contidos em solução alcalina de processo Kraft de produção de celulose, frequentemente chamado “licor branco” na técnica de processo Kraft de produção de celulose. Este processo de oxidação é correntemente a tecnologia mais comercialmente viável que converte sulfeto em licor branco para polissulfeto, proporcionando ao licor resultante uma cor laranja. O licor alcalino de polissulfeto também é chamado “licor laranja” na técnica.
[0003] Polissulfeto é descoberto ser efetivo para aumentar o rendimento da produção de celulose somente quando ele é aplicado no início de um cozimento, p.ex., em um estágio de impregnação onde a temperatura está tipicamente abaixo de ~140°C e um tempo de retenção de tipicamente 15-45 minutos. Em ou acima de ~140°C, o polissulfeto começa a se decompor rapidamente e perde sua eficiência como um intensificador de rendimento de produção de celulose. O rendimento da produção de celulose com polissulfeto é descoberto a aumentar proporcionalmente com quantidades de polissulfeto adicionadas no início de um cozimento (até cerca de 7% de polissulfeto carregado em relação a madeira). Portanto em produção de celulose com polissulfeto, todo o licor de polissulfeto (licor laranja) é o mais preferivelmente adicionado no início de um cozimento de modo a maximizar o aumento de rendimento de produção de celulose. Esta característica funciona bem com produção Kraft de celulose convencional. Na produção Kraft de celulose convencional, a qual era a única prática comercial até o fim dos anos 70, a carga alcalina total requerida para um cozimento é adicionada no início do cozimento.
[0004] Em uma produção Kraft modificada de celulose (cozimento modificado) desenvolvida no fim dos anos 70, a carga alcalina total é dividida em pelo menos duas e frequentemente mais do que duas adições. Tipicamente, somente cerca de 45-75% do total alcalino é adicionado no início de um cozimento modificado. Dividindo a carga alcalina total em várias adições para diferentes estágios de cozimento, o perfil de concentração alcalina no cozimento modificado é mais uniforme através de todo o cozimento do que em cozimento Kraft convencional. De particular importância é a concentração de alcalino efetivo (EA) no estágio de cozimento inicial, onde a temperatura de cozimento vai de uma temperatura de impregnação de tipicamente <135°C até a temperatura de cozimento total, tipicamente entre 150 a 175°C. Quando a concentração de EA é muito alta neste estágio de cozimento inicial, perdas excessivas ocorrem no rendimento da produção de celulose e resistência da polpa. Portanto, o cozimento modificado com um perfil alcalino mais uniforme, particularmente em uma concentração de EA mais baixa no estágio de cozimento inicial, resulta em rendimento de produção de celulose e resistência de polpa significativamente mais altos que a produção Kraft de polpa convencional, onde a carga alcalina é toda adicionada no início de um cozimento e a concentração de EA é alta no estágio inicial.
[0005] Entretanto, quando a tecnologia comercial atual de produção de celulose com polissulfeto é aplicada a cozimento modificado, somente 45-75% do polissulfeto total disponível são adicionados no início de um cozimento, uma vez que somente 45-75% do licor alcalino contendo polissulfeto são adicionados no início do cozimento. Como um resultado, comparado com cozimento convencional com polissulfeto, somente uma fração do aumento de rendimento de produção de celulose total é realizada porque os aumentos de rendimento são proporcionais às quantidades de polissulfeto adicionadas no início de um cozimento como discutido aqui. Isto significa que na técnica anterior, o cozimento modificado atual não pode tirar vantagem completa de produção de celulose com polissulfeto para máximos aumentos de rendimento. Em outras palavras, a tecnologia corrente de cozimento modificado não é completamente compatível com a tecnologia comercial corrente de produção de celulose com polissulfeto.
[0006] A presente invenção supera a incompatibilidade mencionada anteriormente da produção Kraft modificada de celulose com a tecnologia comercial corrente de produção de celulose com polissulfeto. Ela obtém todos os benefícios do cozimento modificado se comparado com cozimento convencional, e a melhoria total de rendimento de produção de celulose com polissulfeto.
[0007] A invenção compreende um método direcionado à produção Kraft de celulose empregando um processo de cozimento modificado em conjunção com tecnologia de produção de celulose com polissulfeto em um vaso de cozimento para obter rendimentos mais altos de produção de celulose do que são obtidos com cozimento modificado sem polissulfeto, cozimento modificado com polissulfeto ou produção de celulose com polissulfeto aplicada a cozimento modificado como ensinado na técnica anterior. Na presente invenção, a dosagem alcalina de todo o cozimento requerida na forma de licor de polissulfeto é adicionada no início de um cozimento, usualmente um estágio de impregnação, como no caso de um cozimento convencional. No fim do estágio de impregnação, quando todo o polissulfeto foi essencialmente reagido com material lignocelulósico para aumentar o rendimento de produção de celulose em temperatura abaixo de ~135°C, em ou abaixo da qual nenhuma degradação significativa de carboidrato ocorre, p.ex., próximo ao fim do estágio de impregnação, parte do licor de cozimento (primeira quantidade) de concentração alta de alcalino efetivo (EA) é removida do processo de cozimento e substituída por um licor de cozimento (segunda quantidade) de concentração baixa de EA e que é removida de um outro ponto do processo, e a qual pode ser igual a, maior que, ou menor que a primeira quantidade. A primeira quantidade removida de licor de cozimento é então adicionada em outro lugar no processo de produção de celulose, onde a concentração de EA é baixa, por exemplo, próximo de onde a segunda quantidade de licor é removida. Executando esta “troca” de licores de cozimento, o benefício completo do rendimento de produção de celulose com polissulfeto é realizado enquanto ao mesmo tempo um perfil mais uniforme de concentração de EA é conseguido para obter os benéficos de rendimento de produção de celulose e resistência mais altos a partir de cozimento modificado.
[0008] Mais especificamente, a invenção compreende, em uma configuração, as etapas de: (a) adicionar a carga alcalina total na forma de licor de polissulfeto ao primeiro estágio de cozimento operado entre 100-140°C dentro de cerca de 15-45 minutos; (b) no fim do primeiro estágio, remover do vaso uma primeira quantidade de licor de cozimento relativamente alta em concentração de alcalino efetivo (EA), que deve ser adicionada de volta ao vaso em um estágio posterior; (c) adicionar no fim do primeiro estágio uma segunda quantidade de licor de cozimento, que foi removida de um estágio posterior do cozimento e tem concentração de EA relativamente baixa; (d) aquecer o cozimento até a temperatura de cozimento total; (e) sendo que a segunda quantidade de licor de cozimento é removida cerca de 0-200 minutos após a temperatura de cozimento total ser alcançada; (f) adicionar a primeira quantidade de licor de cozimento a um estágio posterior no processo de cozimento a seu ponto de remoção, ou a um outro processo de cozimento; e (g) continuar o cozimento até o término. As quantidades, bem como os pontos ou instantes de remoção e adição, do primeiro e segundo licores de cozimento são controlados para obter um perfil de concentração de EA que seja similar àquele de cozimento modificado corrente e mais uniforme que aquele de cozimento Kraft convencional.
[0009] O anterior, bem como outros objetivos e vantagens da invenção, tornar-se-ão aparentes a partir da descrição detalhada seguinte quando tomada em conjunção com os desenhos anexos, onde caracteres de referência iguais designam partes iguais através de todas as várias vistas, e onde:
[0010] As figuras 1a e 1b são diagramas de fluxo esquemáticos de um processo de cozimento de acordo com uma configuração preferida da presente invenção;
[0011] A figura 2 é um gráfico comparando os aumentos de rendimento de produção de celulose selecionados de cozimento modificado (MC-Ref), Kraft convencional com polissulfeto (CK- PS), cozimento modificado com polissulfeto (MC-PS), e cozimento modificado com o processo de polissulfeto reforçado da invenção (MC-EPS), em relação a Kraft convencional (CK), em número Kappa 15 a partir de cozimento em laboratório de madeiras duras do sul dos E.U.A. com 0,05% (em madeira OD) de antraquinona adicionado;
[0012] A figura 3 é um gráfico comparando os aumentos de rendimento de produção de celulose de cozimento modificado (MC-Ref), Kraft convencional com polissulfeto (CK-PS), cozimento modificado com polissulfeto (MC-PS), e cozimento modificado com o processo de polissulfeto reforçado da invenção (MC-EPS), em relação a Kraft convencional (CK), em número Kappa 30 a partir de cozimento em laboratório de pinho do sul com 0,05% (em madeira OD) de antraquinona adicionado;
[0013] A figura 4 é um gráfico comparando os aumentos de rendimento de produção de celulose com Kraft convencional com polissulfeto (CK-PS), cozimento modificado com polissulfeto (MC-PS), e cozimento modificado com o processo de polissulfeto reforçado da invenção (MC-EPS), em relação a Kraft convencional (CK) em número Kappa 30 a partir de cozimento em laboratório de um outro suprimento de pinho do sul com nenhuma antraquinona adicionada;
[0014] A figura 5 ilustra uma configuração exemplar da presente invenção em um digestor contínuo de vaso único vertical, onde as zonas de cozimento são todas concorrentes;
[0015] A figura 6 ilustra uma outra configuração da presente invenção em um digestor contínuo onde o último estágio de cozimento corre em um modo contracorrente; e
[0016] As figuras 7a e 7b ilustram uma instalação exemplar da presente invenção em uma bateria de digestores em bateladas.
[0017] O processo de cozimento da presente invenção é indicado geralmente para um processo de produção de celulose com um estágio de impregnação e um estágio de cozimento concorrente em 10 na figura 1a. De acordo com a presente invenção, 100% da dosagem requerida de alcalino, na forma de corrente de licor de polissulfeto (PS) 11, são adicionados com a corrente de lascas de madeira 12 ao estágio de impregnação 13 de um vaso de reação (digestor), p.ex., quando essencialmente todo o polissulfeto reagiu com material lignocelulósico para estabilizar os carboidratos para aumento de rendimento de produção de celulose, uma primeira quantidade 14 do licor pós-impregnação é removida do licor de pós-impregnação total 15, que tem concentração de EA relativamente alta. Uma segunda quantidade 16 de licor de concentração de EA relativamente baixa é removida de um outro ponto do processo, o qual está pelo menos 30 minutos após a temperatura de cozimento total alvo ter sido alcançada no estágio de cozimento ou no fim do estágio de cozimento, e adicionada de volta em ou imediatamente a jusante do ponto de processo onde a primeira quantidade do licor de EA mais alto foi removido. A segunda quantidade pode ser igual a, maior que ou menor que a primeira quantidade removida do licor de cozimento. A primeira quantidade removida de licor de cozimento de concentração de EA alta é enviada para um outro processo, p.ex., um outro processo de produção de celulose com ou sem o uso de polissulfeto.
[0018] Uma outra configuração da presente invenção está representada na figura 1b. O processo de produção de celulose 10’ consiste de um estágio de impregnação 13’ e dois estágios de cozimento concorrentes. De acordo com a presente invenção, 100% da dosagem alcalina requerida, na forma de corrente de licor de polissulfeto (PS) 11’, são adicionados com a corrente de lascas de madeira 12’ no estágio de impregnação 13’ de um vaso de reação (digestor), p.ex., no topo de um digestor contínuo. Após a reação em até ~135°C por cerca de 15-60 minutos, quando essencialmente todo o polissulfeto reagiu com material lignocelulósico para estabilizar os carboidratos para aumento de rendimento de produção de celulose, uma primeira quantidade 14’ do licor de pós- impregnação é removida do licor de pós-impregnação total 15’, que tem concentração de EA relativamente alta. Uma segunda quantidade 16’ ou 17’ de licor de concentração de EA relativamente baixa é removida de um outro ponto do processo, o qual está pelo menos 30 minutos após a temperatura de cozimento total alvo ter sido alcançada no primeiro estágio de cozimento, ou no fim do primeiro estágio de cozimento ou alternativamente no fim do segundo estágio de cozimento, e adicionada de volta ao vaso de reação em ou imediatamente a jusante do ponto de processo onde a primeira quantidade do licor de EA foi removida. A segunda quantidade pode ser igual a, maior que ou menor que a primeira quantidade do licor de cozimento removida. A primeira quantidade removida de licor de cozimento de concentração de EA alta é adicionada de volta ao vaso de reação a jusante de seu ponto de remoção, em ou imediatamente a jusante do ponto de remoção para a segunda quantidade de licor de cozimento.
[0019] Os termos a jusante e a montante são referenciados à direção de fluxo livre de licor dentro do vaso de cozimento em um digestor contínuo, ou ao tempo de processo de um sistema de cozimento em bateladas com múltiplos vasos digestores em bateladas. Ajustando as quantidades do primeiro e do segundo licores de cozimento e os pontos de processo para sua remoção e adição, alguém experiente na técnica de produção Kraft de celulose é capaz de alcançar um perfil de concentração de EA nos estágios de cozimento subsequentes (Estágios de Cozimento 1 e 2), comparável com aquele obtido de cozimento modificado atual. Assim, a presente invenção permite conseguir os benéficos potenciais completos de aumentos de rendimento de produção de celulose de produção de celulose PS, bem como o rendimento de produção de celulose e resistência mais altos a partir de um perfil mais uniforme de concentração de EA como obtido em cozimento modificado, superando desta forma a incompatibilidade de cozimento modificado da técnica anterior quando usando técnicas de produção de celulose com polissulfeto comercialmente disponíveis.
[0020] Ainda um outro exemplo da presente invenção é (a) adicionar a carga alcalina requerida total na forma de licor de cozimento com polissulfeto (licor laranja) para o estágio bem inicial de um cozimento, usualmente um estágio de impregnação, e controlar as condições do estágio, tipicamente em torno de ou abaixo de 125°C por 15-45 minutos, tal que essencialmente todo o polissulfeto tenha reagido com material lignocelulósico e nenhuma degradação substancial de carboidratos e decomposição térmica de polissulfeto ocorram; e (b) ajustar as quantidades da primeira quantidade e a segunda quantidade de licores a serem removidas de certos pontos do processo e a serem adicionadas de volta ao cozimento em outros pontos do processo, bem como seus pontos de processo de remoção e adição relativos, de modo a manter a concentração máxima de acalino efetivo em ou abaixo de 18 g/l como NaOH (NaOH 0,45 M ou 14 g/l como Na2O) através de todos os estágios de cozimento que seguem o estágio de impregnação.
[0021] Alternativamente, a presente invenção pode ser praticada onde a concentração de alcalino máxima efetiva em todos os estágios de cozimento que seguem o estágio de impregnação é controlada para ficar em ou abaixo de 24 g/l como NaOH (NaOH 0,6 M ou 18,6 g/l como Na2O).
[0022] Um outro modo para praticar a presente invenção é controlar a concentração máxima de alcalino em ou abaixo de 12 g/l como NaOH (NaOH 0,3 M, ou 9,3 g/l como Na2O) em todos os estágios de cozimento que seguem o estágio de impregnação.
[0023] A tabela 1 resume os rendimentos de produção de celulose a partir do cozimento de um suprimento de madeira dura do sul dos E.U.A. misturada para um número Kappa 15 no laboratório. Estes resultados também estão representados na figura 2.
[0024] CK-Ref denota cozimentos de referência de cozimento Kraft convencional, que é compreendido de: (a) aquecer as lascas com vapor de baixa pressão a ~100°C por 10 minutos em um vaso digestor de laboratório equipado com circulação externa e um aquecedor elétrico; (b) drenar todo o condensado de vapor livre; (c) adicionar todo o licor alcalino de cozimento (na forma de licor branco com uma sulfidez de ~30% em base de alcalino ativo (AA)), correspondendo a uma razão de EA/carga de madeira de 20% como NaOH (15,5% como Na2O) no início de um cozimento, e trazendo a razão de licor/madeira para 3,5 adicionando a quantidade correta de água ao cozimento; (d) aquecer o cozimento de cerca de 60°C a 120°C em 15 minutos; (e) manter o cozimento a 120°C por 30 minutos para efetuar um estágio de impregnação; (f) aquecer o cozimento até a temperatura de cozimento total de cerca de 160°C em 30 minutos e manter o cozimento nesta temperatura por 100 minutos para alcançar um número Kappa alvo de ~15; (g) resfriar o cozimento até abaixo de 100°C; (h) lavar as lascas cozidas com água de torneira; (i) processar as lascas cozidas lavadas em fibras (polpa) por agitação mecânica em uma suspensão aquosa de diluto; e (j) selecionar a polpa usando uma peneira plana de laboratório com fendas de 0,25 mm antes da determinação do rendimento da produção de celulose, rejeitos, número Kappa e outras propriedades da polpa.
[0025] MC-Ref denota cozimentos de referência executados com um processo de cozimento modificado, compreendendo essencialmente as mesmas etapas como delineadas acima para os cozimentos CK-Ref, exceto pela etapa (c), adicionar somente 65% da carga alcalina total no início de um cozimento, e etapa (f), adicionar a segunda adição de EA igual a 20% da carga alcalina total ao cozimento por um dispositivo de medição antes de aquecer o cozimento até 157°C em 30 minutos, mantendo a temperatura por 45 minutos antes de adicionar a terceira adição de EA igual a 15% da carga alcalina total, e continuar o cozimento nesta temperatura de cozimento total por outros 150 minutos para alcançar um número Kappa alvo de ~15.
[0026] CK-PS e MC-PS representam cozimentos com polissulfeto (PS) executados usando os procedimentos CK-Ref e MC-Ref mencionados anteriormente, respectivamente, e ao invés de licor branco usando licor PS, produzido por oxidação catalítica de licor branco, contendo uma quantidade de polissulfeto total equivalente a uma carga de 0,7% em relação a madeira e com uma sulfidez de ~14% em relação a AA. Em adição, uma carga de antraquinona (AQ) igual a 0,05% em relação a madeira foi adicionada a estes cozimentos de PS com a primeira carga de EA no início de um cozimento.
[0027] Os cozimentos MC-EPS foram feitos usando a presente invenção, e foram executados nas seguintes etapas: (a) aquecimento das lascas com vapor de baixa pressão a ~100°C por 10 minutos em um vaso digestor de laboratório equipado com circulação externa e um aquecedor elétrico; (b) drenagem de todo o condensado livre de vapor; (c) adição de 0,05% de AQ e a carga alcalina total requerida na forma de licor PS (contendo um equivalente de 0,7% de PS em relação a madeira com uma sulfidez de 14% em base AA), correspondendo à razão de EA/carga de madeira de 20,0% como NaOH (15,5% como Na2O) no início de um cozimento, e trazer a razão de licor/madeira de cozimento para 3,5 adicionando a quantidade correta de água ao cozimento; (d) aquecimento do cozimento a cerca de 60°C a 120°C em 15 minutos; (e) manutenção do cozimento a 120°C por 30 minutos para efetuar um estágio de impregnação; (f) coleta de uma primeira quantidade de licor de cozimento de concentração de EA relativamente alta, em uma quantidade equivalente a cerca de 1,2 vez a carga de madeira total por peso através de um dispositivo de resfriamento do vaso digestor para uso no cozimento MC-EPS seguinte; (g) adição ao vaso digestor via um dispositivo de medição de uma segunda quantidade de licor de cozimento de concentração de EA relativamente baixa coletado de um cozimento MC-EPS anterior; (h) aquecimento do cozimento até a temperatura de cozimento total de cerca de 157°C em 30 minutos e manutenção do cozimento a esta temperatura por 45 minutos; (i) coleta de uma segunda quantidade de licor de cozimento em uma quantidade equivalente a 1,2 vez a carga de madeira total por peso através de um dispositivo de resfriamento a partir do vaso digestor e armazenamento desta segunda quantidade de licor de cozimento de concentração de EA relativamente baixa para uso no próximo cozimento MC-EPS; (i) adição ao vaso digestor via um dispositivo de medição da primeira quantidade de licor de cozimento coletado de um cozimento MC-EPS anterior, e manutenção da temperatura de cozimento total durante esta troca de licores; (k) continuação do cozimento nesta temperatura de cozimento por outros 150 minutos até alcançar um número Kappa de ~15; (l) resfriamento do cozimento até abaixo de 100°C; (m) lavagem das lascas cozidas com água de torneira; (n) processamento das lascas cozidas lavadas em fibras (polpa) por agitação mecânica em uma suspensão aquosa de diluto; e (o) peneiramento da polpa usando uma peneira plana de laboratório com fendas de 0,25 mm antes da determinação do rendimento da produção de celulose, rejeitos, número Kappa e outros testes. Tabela 1 Rendimentos de produção de celulose em número Kappa 15 para madeiras duras misturadas do sul dos E.U.A.
[0028] AQ (antraquinona) a 0,05% adicionada aos cozimentos PS e EPS
[0029] Os resultados mostram que o cozimento modificado de madeira dura misturada dos E.U.A. para número Kappa 15 (MC- Ref) resultou em um aumento de rendimento de produção de celulose de cerca de 0,9% em madeira em relação a cozimentos de referência convencionais (CK-Ref). Carregar a carga alcalina requerida total na forma de licor PS contendo cerca de 0,7% de PS e 0,05% de AQ, ambos em relação à madeira OD, no início de um cozimento Kraft convencional (CK-PS) aumentou o rendimento da produção de celulose em cerca de 2,1% em relação a cozimentos de referência convencionais, e cerca de 1,2 pontos % em relação ao cozimento MC-Ref. Como esperado baseado nos ensinamentos da técnica anterior, quando 65% do licor PS total foram adicionados no início e o restante do licor PS nos estágios de cozimento subsequentes de um cozimento modificado (MC-PS), o aumento do rendimento da produção de celulose total foi somente 1,4% em madeira em relação àquele do MC-Ref (2,1% em relação a CK-Ref), que é significativamente mais baixo do que a soma esperada de (0,9% + 2,1%) = 3,0% de aumentos de rendimento a partir de tanto cozimento modificado quanto adição de PS. Quando aplicando a presente invenção, isto é, o processo PS reforçado com cozimento modificado (MC-EPS), o aumento de rendimento de produção de celulose total foi descoberto a ser 3,3% em madeira, o que é aproximadamente a soma do aumento de 0,9% de cozimento modificado em relação a cozimento Kraft convencional e os 2,1% esperados de produção de celulose com PS.
[0030] Resultados similares foram encontrados em produção de celulose de pinho do sul, como resumido na Tabela 2 e representado na figura 3. Os procedimentos de cozimento foram os mesmos que aqueles descritos no Exemplo 1 para cada tipo de cozimento.
[0031] O cozimento modificado (MC-Ref) para Kappa de cerca de 30 foi descoberto a aumentar o rendimento de produção de celulose em ~0,5% em madeira em relação a cozimentos de referência Kraft convencionais (CK-Ref). Adicionar AQ a 0,05% e 0,7% de PS a cozimentos de CK aumentou o rendimento de polpa em cerca de 1,7% em madeira. Como esperado baseado em ensinamentos da técnica anterior, executar a produção de celulose PS com cozimento MC sem o uso da presente invenção, isto é, dividindo a carga alcalina total em múltiplas adições e adicionar somente cerca de 65% da carga alcalina total ao início de um cozimento, o aumento de rendimento de produção de polpa foi somente ~1,5% em relação a CK-Ref e 1,0% em relação a MC-Ref, significativamente mais baixo que a soma esperada de ~2,2% (~0,5% de cozimento modificado e 1,7% de adição de PS). Quando aplicando a presente invenção usando o conceito de processo PS reforçado, o aumento de rendimento de produção de celulose nos cozimentos MC-EPS foi ~2,3% em relação àquele de CK-Ref e ~1,8% em relação àquele de cozimentos MC-Ref. Tabela 2 Rendimentos de polpa em número Kappa 30 para Suprimento de Pinho do Sul 1.
[0032] AQ (antraquinona) a 0,05% adicionada aos cozimentos PS e EPS
[0033] Em um outro estudo de produção de celulose em laboratório usando um suprimento diferente de pinho do sul, mas sem adicionar AQ a quaisquer cozimentos, os resultados também mostram claramente a vantagem significativa da presente invenção. Os procedimentos de cozimento foram os mesmos que aqueles descritos no Exemplo 1 para cada tipo de cozimento.
[0034] Como pode ser visto na Tabela 3 e Figura 4, adicionar a carga alcalina requerida total na forma de licor PS (contendo 0,7% de PS em madeira) no início de um cozimento (CK-PS) foi descoberto a aumentar o rendimento de produção de celulose em cerca de 1,0% em madeira. Como esperado baseado em ensinamentos da técnica anterior, executar a produção de celulose PS com cozimento modificado sem o uso da presente invenção, isto é, dividindo o licor PS total em múltiplas cargas e adicionando somente 65% do licor PS total no início de um cozimento (MC-PS), o aumento de rendimento de produção de celulose foi somente ~0,6% em relação a CK-Ref. Quando aplicando a presente invenção usando o conceito de produção de celulose PS reforçado com cozimento modificado (MC-EPS), o aumento de rendimento de produção de celulose nos cozimentos MC-EPS foi ~1,0% em relação àquele dos cozimentos de CK-Ref. Tabela 3 Rendimentos de polpa em número Kappa 30 para Suprimento de Pinho do Sul 2.
[0035] AQ (antraquinona) a 0,05% adicionada aos cozimentos PS e EPS
[0036] Os três exemplos acima demonstram claramente as vantagens da presente invenção em relação à técnica anterior no uso de produção de celulose com polissulfeto com processos de cozimento modificados.
[0037] A figura 5 ilustra uma configuração exemplar da presente invenção em um digestor contínuo de vaso único vertical 20 compreendendo um estágio de impregnação 21 no topo, e três estágios concorrentes de cozimento 22, 23 e 24 abaixo do estágio de impregnação. Um primeiro loop de circulação 25 sai do digestor na extremidade do estágio de impregnação e re-entra no estágio de impregnação próximo da extremidade superior do digestor. Um segundo loop de circulação 26 sai do digestor na extremidade do primeiro estágio de cozimento 22 e re-entra no primeiro estágio de cozimento próximo a sua extremidade superior. Um terceiro loop de circulação 27 sai do digestor na extremidade do segundo estágio de cozimento 23 e re-entra no segundo estágio de cozimento próximo de sua extremidade superior. Lascas de madeira 28, usualmente após o vapor para pré-aquecimento e remoção de ar, e 100% da carga alcalina requerida total na forma de licor PS 29 são alimentados ao topo do digestor, isto é, o início de um cozimento. As lascas e licor de cozimento se movem para baixo a partir do topo para o primeiro conjunto de peneiras 30, tipicamente em 30-45 minutos dentro de uma faixa de temperatura de ~110°C a ~135°C neste chamado estágio de impregnação. No fim deste estágio de impregnação essencialmente todo o PS reagiu com os componentes lenhosos, tornando os carboidratos em lascas de madeira mais estáveis contra a degradação catalisada por alcalinos e um rendimento mais alto de produção de celulose. Uma primeira quantidade 31 de licor de cozimento, de concentração de EA relativamente alta, é removida via o primeiro conjunto de peneiras 30 imediatamente após o estágio de impregnação próximo ao topo do digestor como mostrado na figura 5. Uma segunda quantidade 32 de licor de cozimento, de concentração de EA relativamente alta, é removida do último (mais baixo) conjunto de peneiras 33 como mostrado na figura 5. Alternativamente, mas não mostrado, a segunda quantidade de licor de cozimento pode ser removida do segundo último conjunto (intermediário) de peneiras 34. A primeira quantidade removida de licor de cozimento 31 é adicionada de volta ao digestor no terceiro loop de circulação 27 como mostrado na figura 5, ou alternativamente, mas não mostrado, no segundo loop de circulação 26. A segunda quantidade removida 32 de licor de cozimento é adicionada de volta ao digestor no primeiro loop de circulação 25 como mostrado na figura 5, ou alternativamente (não mostrado), no segundo loop de circulação.
[0038] Quantidades da primeira e segunda quantidades de licor de cozimento removidas de certos pontos do processo e adicionadas de volta em outros pontos do processo devem ser ajustadas para conseguir o perfil de concentração de EA o mais preferido em todos os estágios de cozimento que seguem o estágio de impregnação. Considerações também devem ser dadas à remoção de licor e locais de adição com relação ao equilíbrio hidráulico do digestor, bem como à facilidade de movimento da coluna de lascas para estabilidade operacional melhorada do digestor.
[0039] Praticando a presente invenção, o perfil de concentração de EA em produção de celulose PS com cozimento modificado em um digestor contínuo é mais uniforme do que aquele em um cozimento Kraft convencional, retendo todos os benefícios essenciais de cozimento modificado. Ao mesmo tempo, uma vez que todo o PS é colocado para uso no início do cozimento, o aumento máximo de rendimento de produção de celulose de produção de celulose PS é realizado.
[0040] A figura 6 ilustra outra configuração da presente invenção em um digestor contínuo 20’ operando o último estágio de cozimento 24’ em um modo contracorrente. O terceiro, e último, loop de circulação 22’ nesta configuração sai do digestor no fim do terceiro estágio de cozimento 24’ e então re-entra em um ponto anterior no terceiro estágio de cozimento. A primeira quantidade 31’ de licor de cozimento de concentração de EA relativamente alta é removida a partir do primeiro conjunto de peneiras 30 na extremidade do estágio de impregnação 21 e adicionada ao último loop de circulação 27’. A segunda quantidade 32’ de licor de cozimento, de concentração de EA relativamente baixa, é removida da extração intermediária 35 (tomada do digestor no segundo último conjunto de peneiras 34) e adicionada ao primeiro loop de circulação 25, cuja entrada está localizada a jusante do ponto de remoção para a primeira quantidade de licor.
[0041] Como discutido antes, quantidades da primeira e segunda quantidades de licor de cozimento removidas de certos pontos do processo e adicionadas de volta a outros pontos do processo devem ser ajustadas para alcançar um perfil de concentração de EA o mais preferido em todos os estágios de cozimento que seguem o estágio de impregnação. Considerações devem ser dadas à remoção de licor e locais de adição com relação ao equilíbrio hidráulico do digestor, bem como à facilidade de movimento de coluna de lascas para estabilidade operacional melhorada do digestor.
[0042] As figuras 7a e 7b ilustram a aplicação da presente invenção em uma bateria de digestores em bateladas 410, 420, 430 e 440 capazes de operar cozimento em batelada modificado. Para cada digestor os 100% de dosagem alcalina requerida na forma de licor de polissulfeto (laranja) são adicionados no início de um cozimento, ou junto com as lascas de madeira ou após todas as lascas de madeira requeridas terem sido adicionadas. Cada digestor de batelada, p.ex., digestor #1, é equipado com um loop de circulação de cozimento 411, consistindo de um dreno (peneira de extração) 412, uma bomba de circulação 413 e um aquecedor 414. A primeira quantidade de licor de cozimento 44 alta em alcalino efetivo é removida do vaso digestor #1 que está logo no fim do estágio de impregnação, e adicionada a um outro digestor (vaso #4), que completou o estágio de impregnação e passou por cozimento substancial, p.ex., pelo menos 30 minutos em temperatura de cozimento e após a segunda quantidade de licor de cozimento baixa em alcalino efetivo ser removida desta vaso. A segunda quantidade de licor de cozimento 46 de concentração baixa de alcalino efetivo, removida do digestor #3 é adicionada ao vaso digestor #2 após a primeira quantidade de licor de cozimento ser removida.
[0043] Alternativamente, a primeira quantidade e a segunda quantidade de licor removidas podem ser armazenadas em tanques de licor separados antes de serem bombeadas para dentro de um outro digestor em um estágio diferente de cozimento para alcançar um perfil preferido de concentração de alcalino.
[0044] Como pode ser visto, de acordo com a invenção um licor de cozimento de concentração de alcalino efetivo relativamente alta é “trocado” por um licor de cozimento de concentração de alcalino efetivo relativamente baixa, sendo que os licores de cozimento de concentrações relativamente alta e baixa, respectivamente, são extraídos do processo de cozimento em diferentes pontos ou instantes do processo e reinseridos ou reciclados para dentro do processo de cozimento em outros pontos ou instantes.
[0045] Embora configurações particulares da invenção tenham sido ilustradas e descritas em detalhes aqui, deve ser entendido que várias mudanças e modificações podem ser feitas na invenção sem se desviar do espírito e intenção da invenção como definidos pelas reivindicações anexas.
Claims (2)
1. Método para a produção Kraft de celulose empregando um processo de cozimento modificado em conjunção com tecnologias de produção de celulose com polissulfeto, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: (a) aquecer lascas de um suprimento de madeira em um vaso digestor; (b) adicionar a carga alcalina total requerida para o cozimento na forma de licor de polissulfeto contendo um equivalente de 0,7% de polissulfeto em relação a madeira com uma sulfidez de 14% em uma base de alcalino ativo, correspondente a uma razão de alcalino efetivo/carga de madeira de 20,0% como NaOH (15,5% como Na2O) no início do cozimento, e trazer a razão de licor de cozimento/madeira para 3,5 por adição de uma quantidade apropriada de água ao cozimento; (c) aquecer o cozimento de 60°C a 120°C em 15 minutos; (d) manter o cozimento a 120°C por 30 minutos para efetuar um estágio de impregnação; (e) coletar uma primeira quantidade de licor de cozimento de concentração alta de alcalino efetivo, em uma quantidade equivalente a 1,2 vez a carga total de madeira em peso, para uso em um próximo cozimento; (f) adicionar ao vaso digestor uma segunda quantidade de licor de cozimento com uma concentração alcalina efetiva menor que a da primeira quantidade de licor coletada a partir de um cozimento anterior; (g) aquecer o cozimento até a temperatura de cozimento total de 157°C em 30 minutos e manter o cozimento nesta temperatura por 45 minutos; (h) coletar a partir do vaso digestor uma segunda quantidade de licor de cozimento com uma concentração alcalina efetiva menor que a da primeira quantidade do licor em uma quantidade equivalente a 1,2 vez a carga total de madeira em peso e armazenar esta segunda quantidade de licor de cozimento para uso em um próximo cozimento; (i) adicionar ao vaso digestor uma primeira quantidade adicional de licor de cozimento coletado a partir de um cozimento anterior, e manter a temperatura de cozimento total durante esta troca de licores; (j) continuar o cozimento nesta temperatura de cozimento total por cerca de outros 150 minutos; (k) resfriar o cozimento para 100°C; (l) lavar as lascas cozidas com água; (m) processar as lascas cozidas lavadas em fibras por agitação mecânica em uma suspensão aquosa diluída; e (n) selecionar a polpa usando uma peneira.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de: adicionar 0,05% de antraquinona no início do cozimento.
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