"MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE POLPA DE CELULOSE" A presente invenção se refere a um método para produção de polpa de celulose, conforme disposto na introdução da reivindicação 1.
Estado da Técnica A tecnologia do cozimento foi submetida a um significativo desenvolvimento durante diversas décadas. Durante as décadas de 60 e 70, foram usados sistemas em que essencialmente todo o licor de cozimento, inclusive o licor branco, eram adicionados em bateladas no estágio de pré- tratamento. 0 cozimento em digestores contínuos ocorreu subseqüentemente no mesmo licor descendente através do digestor, após o que, o licor era retirado. Níveis relativamente altos de álcalis foram estabelecidos no início do estágio de cozimento, de modo que uma suficiente alcalinidade se mantinha em todo o estágio de cozimento. Observou-se, de modo evidente, que altos níveis de álcalis no início do estágio de cozimento se tornavam prejudiciais para a qualidade da polpa, isso acarretando diversas variações em tal sistema sugerido. Essas variações incluíam as técnicas conhecidas como (MCC), sigla em Inglês de "Modified Continuous Cooking" - cozimento contínuo modificado; (ITC), sigla em Inglês de "Isothermal Cooking" - cozimento isotérmico, que utiliza a mesma temperatura de cozimento em todo o digestor e (EMCC) , sigla em Inglês de "Extended Modified Cooking" - cozimento modificado prolongado.
Posteriormente, durante os anos 80, a técnica de impregnação com licor negro, em que o licor usado no estágio de cozimento é novamente introduzido para constituir parte do licor de impregnação, foi desenvolvida para os estágios de cozimento em modo de batelada e cozimento em modo continuo. Nesse caso, o licor branco pode ser adicionado em.modo de batelada no final da impregnação ou no inicio do estágio de cozimento. 0 licor de cozimento usado, isto é, o licor negro, que foi retirado do estágio . de cozimento, pode, desse modo, apresentar um teor de álcali residual relativamente alto, no qual, esse licor negro retirado foi novamente introduzido para a impregnação. Assim, a maior parte do álcali residual foi consumida antes do licor de impregnação usado ser enviado para recuperação, em seguida ao estágio de retirada (concentração por evaporação e forno de recuperação de soda) . Essa técnica permitiu um nível mais baixo de álcali ser estabelecido no inicio do estágio de cozimento.
Diversas soluções são conhecidas em que o licor negro é usado como um licor de impregnação, em uma zona de impregnação, antes do cozimento. Um sistema revelado no documento de patente US No. 5.080.755, mostra que o licor negro se dispõe na entrada. Uma variante é revelada no documento de patente US No. 5.053.108, em que o licor negro retirado do digestor é reciclado para a camada de alta pressão, a fim de formar a parte principal do licor de tratamento, na circulação de transferência para o digestor. Uma variante que foi desenvolvida posteriormente é revelada no documento de patente EP 477059, em que cavacos de madeira impregnados com licor negro são elevados para a temperatura de cozimento antes da principal adição do licor branco. Essas técnicas mostram que diversas e diferentes sugestões para o processo foram estudadas, com o objetivo de aperfeiçoar a qualidade da polpa, ao mesmo tempo em que é mantido um alto grau de deslignificação da polpa, a qual é lavada após o cozimento.
Comercializada por Andritz-Ahlstrom, uma outra tecnologia de cozimento, referenciada como LQ-SOLIDS, começou a ser posta em prática durante a década de 90. Essa técnica envolve a continua retirada do licor de cozimento com um alto grau de material orgânico e a substituição deste por um novo licor ou um licor de cozimento tratado, que apresenta um nivel mais baixo de material orgânico dissolvido (DOM) - sigla em Inglês de "Dissolved Organic Material". No entanto, esse sistema sofre da desvantagem de que o processo de cozimento freqüentemente resulta em um rendimento mais baixo, causado pelo fato da retirada do material orgânico, tal como a lignina, também conter carboidratos, principalmente hemicelulose.
Outros métodos de aperfeiçoamento do estágio de cozimento, tanto com relação ao rendimento, como com relação à qualidade da polpa, incluem a adição de poliss.ulfeto (AQ) ou de xilano dissolvido. O rendimento do processo é altamente significativo durante o cozimento, uma vez que um aumento de apenas 1% significa que uma instalação de produção de tamanho normal, tendo uma produção de 1500 toneladas/dia, irá experimentar um aumento na produção de 15 toneladas, o que, com um preço de polpa de 700 USD/ADT, proporciona um aumento de ganho de 10500 USD/dia.
Objetivo e Finalidade da Invenção Submetidas a desenvolvimentos na tecnologia de cozimento, principalmente à tecnologia usada no cozimento continuo, duas tecnologias dominantes são atualmente disponíveis. Estas incluem a técnica conhecida como "LO-SOLIDS" e a técnica desenvolvida pela Kvaerner Pulping AB, conhecida como "COMPACT COOKING". Proporções de licor/madeira extremamente altas são estabelecidas durante a técnica de COMPACT COOKING nas fases iniciais do estágio de cozimento, com um nível bastante alto de licor negro presente no licor de cozimento. Isso contraria acentuadamente os princípios da tecnologia LO-SOLIDS. Assim, o licor de cozimento com um alto grau de material orgânico dissolvido não é retirado, sendo substituído pelo licor de cozimento com um nível mais baixo de material orgânico dissolvido, como é o caso da tecnologia LO-SOLIDS. O problema verificado é mais propriamente o contrário: é desejado se aumentar a fração^ de material orgânico dissolvido, ao mesmo tempo em que se mantém os níveis de outros licores adicionados, licor branco, etc., com relação à quantidade e concentração. É particularmente desejado se enriquecer o licor de -cozimento com o material orgânico, que, vantajosamente, influencia a deslignificação e que também contribui, em um certo grau, para um aumento de rendimento. O tipo relevante de suplemento desejado para o licor de cozimento já se encontra disponível nas instalações de polpa, estando presente no estágio de evaporação antes da recuperação. Ninguém até o momento imaginou que um licor negro parcialmente evaporado tenha um vantajoso efeito no estágio de cozimento, nem imaginou que o licor negro parcialmente evaporado possa ser retornado ao estágio de cozimento, vindo do estágio de evaporação. 0 objetivo principal da invenção é de aumentar a seletividade no estágio de cozimento mediante aceleração da deslignificação. Isso resulta na obtenção de uma aperfeiçoada qualidade de polpa (viscosidade/resistência da polpa) e um rendimento mais alto no mesmo grau de deslignificação (redução do valor kapa), ou na obtenção de um grau mais alto de deslignif icação, com a mesma resistência de polpa e o mesmo rendimento. A invenção também permite um aumento positivo nos ions 0H~ e HS~ durante o estágio de cozimento, algo que, de uma maneira conhecida, proporciona uma melhor seletividade e melhor condição de alvejamento para a polpa de celulose produzida.
Uma outra finalidade da invenção é a permuta do aperfeiçoado efeito de deslignificação durante o estágio de cozimento, que proporciona, pelo menos, uma das seguintes vantagens: menores digestores contínuos, ou seja, sistemas mais baratos para ,um determinado volume de produção (tempos de parada mais curtos); aumento da capacidade de produção para o estágio de cozimento em batelada e cozimento continuo, com manutenção da qualidade da polpa; - reduzida necessidade de produtos químicos (álcalis), o que acarreta custos mais baixos de produção. A invenção pode ser usada em digestores de fase vapor e em digestores hidráulicos; com separadores de topo invertidos, com separadores de topo de alimentação descendente e com tipos que não apresentam separadores de topo; e~ pode também ser usada durante ■ a produção de polpa de celulose usando o processo sulfito e o processo sulfato. Do mesmo modo, espécies de madeiras efêmeras, madeiras coníferas, e espécies de ciclo anual (por exemplo, bagaço, etc.) e outros podem constituir a fonte de celulose. A invenção pode ser usada no cozimento do tipo batelada, em que os cavacos são alimentados em um vaso, no qual ocorre um tratamento seqüencial com diversos licores de impregnação e subseqüentes licores de cozimento sobre os cavacos, que são mantidos estacionários no vaso. A invenção pode também ser usada em. digestores contínuos, em que o licor negro pré-evaporado é adicionado aos licores de cozimento, que passam a montante ou a jusante dos cavacos durante o estágio de cozimento, no começo, no meio ou no final do estágio de cozimento. Descrição do Desenho A figura 1 mostra os princípios de aplicação da invenção em um sistema de cozimento de, polpa.
Descrição Detalhada de Modalidades Preferidas A figura 1 mostra, de forma esquemática, um sistema de cozimento com a associada recuperação dos produtos químicos de cozimento. Os cavacos são primeiro manipulados em um sistema 1 de manipulação de cavacos (Chip), em que os cavacos são preferencialmente tornados básicos com vapor, para expulsão do ar e para o primeiro aquecimento dos cavacos. Assim, ocorre uma primeira adição de liquido do processo, de modo que os cavacos se tornam misturados dentro de uma mistura de cavacos/liquido. 0 licor negro (BL1) que foi retirado de um subseqüente estágio de cozimento, é adicionado em um subseqüente estágio de impregnação (BL-Imp). 0 licor negro pode ser adicionado com os cavacos no inicio do estágio de impregnação e pode acompanhar os cavacos, o que é conhecido como tratamento a jusante, após o que o licor negro é retirado do vaso de impregnação. Esse licor negro (BL2), normalmente apresenta um nivel de álcali relativamente baixo, de cerca de 5-20 g/1, podendo, após uma redução de pressão em um ciclone/vaso de redução de pressão (FL) ser enviado para o estágio de recuperação. A pressão é normalmente reduzida para um nivel de pressão que não excede uma pressão superior a 0,5 bar, e, freqüentemente, a uma pressão que é essencialmente a pressão atmosférica. O processo de cozimento ocorre sob uma pressão elevada, normalmente com uma pressão superior a 5-25 bar.no digestor e uma impregnação anterior com licor negro pode ocorrer abaixo da pressão atmosférica ou na pressão atmosférica.
Os cavacos tratados após o estágio de impregnação com licor negro são transferidos para o digestor (Cook), onde é adicionado o licor de cozimento (Cliq). Os cavacos são cozidos durante o estágio de cozimento sob uma temperatura de cozimento que permanece no intervalo de 150±20°C, após o que, a polpa de celulose é transferida para posterior deslignificação e branqueamento (Bleach), preferencialmente, passando através de um estágio de lavagem intermediário (não mostrado na figura 1). A recuperação consiste de uma maneira convencional, de um determinado número de estágios de evaporação (5a-5e), em que o licor negro, que se encontra essencialmente numa pressão em excesso de zero (BL2 após passar através de FL) , é submetido a uma evaporação em diversos estágios, a partir de um nível inicial de teor de matéria seca (TS) no licor negro (BL2) de 17-20%, para um nível que permanece acima de 70-80%. A linha de evaporação (5a-5e) consiste de um determinado número de estágios de evaporação, conhecidos como efeitos, nos quais o licor negro passa de modo seqüencial, enquanto vapor de aquecimento é passado na direção oposta ao fluxo de licor negro. Normalmente, o primeiro vapor e mais quente, é usado no estágio de evaporação que trata o licor negro com o nível mais alto de material seco, isto é, o estágio final, visto do ponto-de-vista do fluxo do licor negro.
Substâncias voláteis expelidas são também obtidas em cada .estágio de evaporação, sendo tratadas através de sistemas de tratamento com gás especial (não mostrado na figura 1) ou através de sistemas de recuperação de aguarrás, ou são levadas para outros estágios, a fim de serem misturadas com o agente de aquecimento (vapor).
Super-concentradores (6) podem ser incluídos como um último estágio de evaporação, antes do licor negro ser queimado em um forno de recuperação de soda (7). Um produto fundido ou derretido é formado nesse forno, o qual é removido pela base (conforme mostrado na figura 1), sendo depois suspenso para formar o licor verde (não mostrado) e enviado para uma instalação de caustificação, onde o licor branco é reformado.
Naturalmente, ao contrário do que é mostrado na figura 1, o primeiro estágio de evaporação pode ser constituído por um estágio de evaporação especialmente projetado, que realiza a evaporação apenas da quantidade de licor negro que deve ser reciclada para o estágio de impregnação ou estágio de cozimento. Tal estágio pode, assim, ser localizado próximo ao digestor e não necessariamente precisa ser disposto em associação com os outros estágios de evaporação, antes do forno de recuperação de soda.
De acordo com a invenção, uma porção do licor negro parcialmente evaporado (PV_BL) é então removida, por exemplo, do primeiro estágio (5a) e levada de volta ao estágio de cozimento. Conforme mostrado esquematicamente na figura, o licor negro pré-evaporado (PV_BL) pode ser adicionado a uma circulação de digestor, em que o licor de cozimento é retirado do estágio de cozimento, normalmente através de ralos na parede de um digestor contínuo, sendo depois retornado ao centro do digestor, através de um tubo central localizado na mesma altura dos ralos. Dessa maneira, o licor negro pré-evaporado irá se misturar com outro líquido de tratamento, antes de ser adicionado ao material de celulose, antes deste ser cozido no presente estágio de deslignificação. 0 licor negro pré-evaporado pode, em tal processo de adição, ser adicionado em uma certa localização no digestor, onde se inicia o estágio de deslignificação de grande volume.
Alternativamente, o licor negro pré-evaporado pode ser adicionado aos licores de cozimento (CLiq), que devem ser adicionados ao digestor antes do estágio de cozimento. Essa alternativa é mostrada usando linhas pontilhadas na figura 1. Desse modo, o licor negro pré- . evaporado pode ser misturado a outros licores de cozimento, antes da adição ao digestor e em um tal.estágio anterior, que o licor negro pré-evaporado constitua parte do licor de cozimento no estágio de deslignificação inicial do estágio de cozimento. A presente invenção pode ser modificada em um certo número de maneiras dentro da estrutura das reivindicações anexas.
Por exemplo, a invenção pode também ser usada durante o cozimento dos cavacos em forma de batelada, os quais completaram o vaso, seguindo a sequência: 1 - Enchimento do vaso com cavacos; 2 - Aquecimento dos cavacos com vapor; 3 - Aquecimento/impregnação com licor negro aquecido; 4 - Aquecimento/impregnação com licor negro quente; 5 - Cozimento com o licor de cozimento; 6 - Limpeza por compressão após o estágio de cozimento, em que o licor de cozimento expelido é armazenado em tanques para o licor negro quente; 7 - Limpeza por compressão após os estágios anteriores com um licor de limpeza, onde o liquido expelido é primeiro armazenado em tanques para o licor negro quente, tendo um seguinte esvaziamento dos cavacos cozidos e lavados.
Nesse tipo de seqüência de cozimento, o licor negro pré-evaporado pode ser adicionado em bateladas/lotes ao licor de cozimento que é adicionado aos cavacos na etapa 5, acima. Alternativamente, pode ser usado um estágio de impregnação modificado, de acordo com a etapa 4 acima, em que o licor negro pré-evaporado é adicionado em bateladas ao licor negro quente adicionado na etapa 4, purgando, de modo alternativo, o vaso com o licor negro pré-evaporado, como uma conclusão da etapa 4, a fim de expelir as quantidades residuais de licor negro quente que não foram enriquecidas com o licor negro pré-evaporado.
Como alternativa adicional, o licor negro pré-evaporado pode ser adicionado em bateladas ao estágio de cozimento durante o começo da etapa 5, pelo que o licor negro pré-evaporado é incluído dentro de uma circulação do digestor, para se misturar com o licor de cozimento que permanece em circulação no vaso durante o estágio de cozimento.
De acordo com a invenção, o licor negro pré-evaporado consiste de um licor negro tratado com calor, que apresenta um teor de matéria seca (TS) que excede o nível de matéria seca que pode ser obtido no licor negro que é retirado do processo e cuja pressão é subseqüentemente reduzida. Isso.é equivalente ao licor negro que é indicado por (BL2) na figura 1 e cuja pressão é reduzida em pelo menos um vaso de redução de pressão (FL), na figura 1. 0 teor de matéria seca (TS) nesse licor pode, normalmente, ser em torno de 17-20% e o teor de matéria seca (TS) do licor negro pré-evaporado, de acordo com a invenção, deve ser elevado de pelo menos 10% desse nível, para 27-30%.
Um efeito aperfeiçoado do processo de deslignificação é obtido mesmo com esse modesto aumento no teor de matéria seca. O licor negro é preferencialmente evaporado, posteriormente, para um teor de matéria seca de pelo menos 30-40% e, preferencialmente,' .de pelo menos 50%.
Quanto maior for o teor de matéria seca, menor será afetada a proporção ótima de licor/madeira durante o estágio de cozimento, sem que se tenha de reduzir a necessária adição em batelada de outros licores de cozimento. O licor negro, que de acordo com a invenção, é pré-evaporado, pode ser constituído de licor negro pressurizado que foi diretamente retirado do digestor ou indiretamente retirado através de um procedimento de impregnação de licor negro, podendo se encontrar abaixo da pressão atmosférica ou essencialmente na pressão atmosférica, e :subseqüentemente pré-evaporado. O licor negro pode também ser constituído de um licor negro que tenha passado através de um refervedor, em que o licor negro é primeiro usado para gerar vapor, antes de ser pré-evaporado da maneira conforme a invenção.
Duas vezes do licor negro pré-evaporado recirculado com um teor de matéria seca de 27-30% é normalmente necessário em relação ao que seria requerido se o teor de matéria seca fosse em torno de 60%, em condições similares no digestor, com relação aos outros parâmetros.
As quantidades que são disponíveis para retorno ao estágio de cozimento dependem dos seguintes fatores: teor de matéria seca presente no licor negro pré-evaporado; - proporção de liquido/madeira presente durante o estágio de cozimento; quantidade de licor negro que acompanha os cavacos provenientes de uma impregnação de licor negro anterior; - matéria-prima presente (madeira do tipo efêmera, madeira conífera,, matérias primas de ciclo anual, eucalipto, etc.); adição de batelada requerida de licor branco e sua concentração de álcali; - outros tipos de produtos químicos de cozimento que são adicionados.
Quando a proporção de liquido/madeira permanecer no limite inferior da variação, em torno de 3-3,5:1, isto é, 3 a 3,5 m3 de líquido para cada metro cúbico de cavacos, a quantidade de licor negro pré-evaporado com um teor de matéria seca em torno de 40% deve exceder pelo menos em 5% da quantidade total de líquido, o que corresponde a uma quantidade de licor negro pré-evaporado de cerca de 0,15-0,175 m3, para cada metro cúbico de cavacos, a fim de que seja alcançado um apreciável efeito de deslignificação. Quando do uso de maiores proporções de liquido/madeira durante o estágio de cozimento, de cerca de 7:1 e de até 8:1, pode ser requerido um equivalente aumento da quantidade mínima de licor negro pré-evaporado, que, no máximo, pode ser em torno de 0,35-0,40 m3 por metro cúbico de cavacos, para se obter um apreciável efeito no estágio de deslignificação. Se o aumento de proporção líquido/madeira na zona de cozimento for estabelecido pela circulação interna do licor de cozimento, o aumento necessário para proporcionar efeito na etapa de deslignificação será menor.
Portanto, quantidades relativamente modestas de licor negro pré-evaporado recirculado são suficientes, que em condições normais, alcançam um pequeno percentual da quantidade total de licor negro no estágio de cozimento.
Uma quantidade de 20-40% da quantidade total de licor pode ser constituída de licor negro pré-evaporado em situações de cozimento em que o processo de cozimento foi estabelecido com uma fração bastante baixa de licor negro residual proveniente da impregnação. A invenção, no entanto, não é unicamente determinada pelas quantidades que são recicladas, uma vez que, conforme mencionado anteriormente, outros parâmetros do processo durante o estágio de cozimento, podem influenciar a quantidade requerida, assim como o tipo de celulose (madeira tipo efêmera, madeira conífera, materiais de ciclo anual, etc.) que está sendo cozida. A presente invenção, ao contrário de outros métodos de cozimento, se baseia no princípio do retorno do material orgânico dissolvido ao processo de cozimento, cujo material orgânico liberado foi enriquecido pela submissão inicial a uma substancial evaporação, com a finalidade de aumentar o teor de matéria seca no licor negro. Assim, a concentração do material orgânico é aumentada, o que, de modo surpreendente, faz com que haja uma influência de forma vantajosa no processo de deslignificação, contribuindo para um aumento de rendimento, principalmente devido a presença de hemicelulose no licor negro pré-evaporado que está sendo precipitada sobre as fibras de celulose. É importante para a obtenção do melhor efeito, que o licor negro pré-evaporado esteja presente durante a parte principal do estágio de deslignificaçâo de grande volume, isto é, mais que 50% do tempo de retenção dos cavacos no estágio de deslignificação de grande volume e, preferencialmente, durante o estágio inicial de deslignificação. O licor negro pré-evaporado reciclado pode ser posteriormente tratado com calor em um estágio separado e/ou certas frações podem ser mecanicamente separadas, podendo ser ajustadas com relação aos níveis de outros produtos químicos.