BRPI1015676B1

BRPI1015676B1 - Método e sistema para produção de polpa com alta dissolução alfa

Info

Publication number: BRPI1015676B1
Application number: BRPI1015676-3A
Authority: BR
Inventors: Marcelo Moreira Leite
Original assignee: Bahia Specialty Cellulose Sa
Priority date: 2010-05-04
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2019-03-19
Also published as: EP2567022B1; ES2525263T3; PT2567022E; CN103003487A; KR101613338B1; KR20130038861A; EP2567022A1; NZ604002A; WO2011138633A1; AU2010352692B2; MY157311A; KR20130120982A; CA2744250C; JP5808795B2; PT2567023E; BR112012028241B1; CN102985610B; BRPI1015676A2; CN102985610A; MY155796A

Abstract

"método e sistema para produção de polpa com alta dissolução alfa" a presente invenção refere-se a um método para processar polpa, usado em um processo kraft de pré-hidrólise (phkp), que inclui adicionar cavacos de madeira ou material similar a um reator, realizar a pré-hidrólise, e neutralizar a mistura com uma primeira quantidade de lixívia branca, e em seguida, uma solução diferente tal como um filtrado alcalino de extração cáustica a frio, opcionalmente enriquecido com lixívia branca. os fluidos de neutralização são substituídos por um fluido de cozimento que compreende um licor negro quente e um filtrado alcalino, opcionalmente enriquecido com lixívia branca. o fluido de cozimento pode ter uma concentração de álcali efetiva relativamente alta. a polpa cozida pode apresentar um teor residual baixo de hemiceluloses e um número kapa dentro de uma faixa ótima.

Description

“MÉTODO E SISTEMA PARA PRODUÇÃO DE POLPA COM ALTA DISSOLUÇÃO ALFA”

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Campo Técnico da Invenção

O campo técnico da invenção refere-se genericamente ao processamento de polpa, e mais especificamente, um método e sistema aperfeiçoado para tratar efluentes da extração cáustica a frio com relação a processo químico Kraft de obtenção de polpa.

Descrição das Técnicas Anteriores

A polpa obtida a partir de materiais de madeira e plantas tem um grande número de usos comerciais. Embora um dos usos mais comuns seja na fabricação de papel, a polpa pode ser usada também para produzir inúmeros outros produtos, incluindo rayon e outros materiais sintéticos, bem como acetato de celulose e ésteres de celulose, que são usados, por exemplo, na fabricação de estopa filtrante, panos, filmes de embalagem, e explosivos.

Existem inúmeros métodos químicos e mecânicos para processar materiais de madeira e plantas, a fim de fabricar polpa e papel. As etapas básicas do processamento incluem a preparação da matéria-prima (por exemplo, descascamento e fragmentação), separando as fibras de madeira por meios mecânicos ou químicos (por exemplo, trituração, refino ou cozimento) para separar a lignina e extrativos da celulose das fibras de madeira, removendo agentes colorantes por branqueamento, e transformando a polpa resultante em papel ou outros produtos. Além da fabricação de polpa e papel, e com relação a isto, as fábricas de papel podem ter tipicamente instalações para produzir e recuperar agentes químicos, coletar e processar subprodutos para produzir energia, e remover e tratar rejeitos para minimizar impacto ambiental.

O termo “fabricação de polpa” refere-se ao processo para realizar a separação das fibras. Os materiais de madeira e plantas compreendem celulose, hemicelulose, lignina e outros componentes minoritários. A lignina é uma rede de polímeros intercalados entre fibras

2/42 individuais, e funciona como um adesivo intercelular para cementar fibras individuais de madeira entre si. Durante o processo de fabricação de polpa, as macromoléculas de lignina são fragmentadas, liberando desta forma as fibras celulósicas individuais e dissolvendo as impurezas que podem causar descoloração de futura desintegração do papel ou outro produto final.

O processo Kraft é um processo de fabricação de polpa comumente usado. O papel produzido pelo processo de fabricação de polpa Kraft pode ser usado, por exemplo, para fabricar papelão branqueado e papelão ondulado usados na indústria de embalagens. Um processo Kraft convencional trata a madeira com uma mistura aquosa de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio, conhecida como “lixívia branca”. O tratamento rompe a ligação entre a lignina e a celulose, e degrada a maior parte da lignina e uma parte das moléculas de hemicelulose em fragmentos que são solúveis em soluções fortemente básicas. Este processo para liberar lignina da celulose circundante é conhecido como deslignificação. A parte solúvel é, depois disso, separada da polpa de celulose.

A Figura 1 ilustra um fluxograma de um processo Kraft convencional 100. O processo 100 envolve alimentar cavacos de madeira (ou outras matérias-primas orgânicas que contêm polpa) 118 e soluções alcalinas para dentro de um reator de alta pressão denominado digestor para efetuar a deslignificação, no que é referido como estágio de “cozimento” 121. Os cavacos de madeira são combinados com lixívias brancas 111, que podem ser geradas a partir de processos a jusante ou fornecidas a partir de uma fonte separada. A deslignificação pode durar várias horas e o grau de deslignificação é expresso como o “fator H” adimensional, que é definido genericamente de tal modo que o cozimento por uma hora a 100 °C seja equivalente a um fator H de 1. Por causa da alta temperatura, o reator é frequentemente pressurizado devido à introdução de vapor de água. Lá pelo final da etapa de cozimento, a pressão do reator é reduzida até a pressão atmosférica, liberando desta forma a vapor de água e voláteis.

A lixívia branca usada no cozimento pode ser, por exemplo, uma solução cáustica que contém hidróxido de sódio (NaOH) e sulfeto de sódio

3/42 (Na₂S). A propriedade da lixívia branca é frequentemente expressa em termos de álcali efetivo (EA) e sulfidez. A concentração efetiva de álcali pode ser calculada como o peso de hidróxido de sódio mais metade do peso de sulfeto de sódio, e representa o peso equivalente de hidróxido de sódio por litro de lixívia, expresso em gramas por litro. A carga efetiva de álcali como hidróxido de sódio representa o peso equivalente de hidróxido de sódio por peso de madeira secado em forno, expresso em porcentagem. A sulfidez é a razão da metade do peso de sulfeto de sódio para a soma do peso de hidróxido de sódio e metade do peso de sulfeto de sódio, expresso em porcentagem.

Depois do cozimento, uma polpa celulósica sólida marrom, também conhecida como “pasta parda”, é liberada do digestor usado no estágio de cozimento 121, e é então peneirada e lavada no processo de lavagem e peneiração 122. A peneiração separa a polpa das lascas (feixes de fibras de madeira), nós (cavacos não cozidos), sujeira e outros detritos. Os materiais separados da polpa e algumas vezes referidos como “rejeito” e a polpa como “pasta depurada”. Operações em cascata e múltiplos estágios são frequentemente utilizadas para reduzir a quantidade de fibras celulósica na corrente de rejeito, e ao mesmo tempo, mantendo alta pureza na corrente de pasta depurada. Uma recuperação adicional de fibras pode ser realizada através de um refinador a jusante ou reprocessamento de lascas e nós no digestor.

A pasta parda pode ser então submetida a vários estágios de lavagem em série para separar os licores de cozimento gastos e materiais dissolvidos das fibras de celulose. O licor de cozimento gasto 112 do digestor empregado no estágio de cozimento 121 e o licor 113 coletado do processo de lavagem e peneiração 122 são ambos referidos comumente como “licor negro” por causa da sua coloração. O licor negro contém genericamente, fragmentos de lignina, carboidratos da hemicelulose fragmentada e materiais inorgânicos. O licor negro pode ser usado além da lixívia branca na etapa de cozimento, como ilustrado, por exemplo, na Figura 1 pela seta que representa o licor negro 113 produzido no processo de lavagem em peneiração 122 e

4/42 transferido para o estágio de cozimento 121. O licor negro 135 de um tanque acumulador (não ilustrado na Figura 1) também pode ser alimentado para o digestor como parte do estágio de cozimento 121, caso necessário, para atingir a concentração alcalina apropriada ou para outros propósitos similares.

A polpa da pasta parda limpada 131 do processo de lavagem e peneiração 122 pode ser então misturada com a lixívia branca 114 e alimentada para dentro de um reator a fim de separar ainda mais os materiais não dissolvidos tais como hemicelulose e celulose de baixo pelo molecular das fibras celulósicas mais longas. Um método exemplificativo de separação é o método assim denominado extração cáustica a frio (“CCE”), e é representado pelo estágio de reação da CCE 123 na Figura 1. A temperatura na qual a extração é efetuada pode variar, mas uma faixa típica é menos do que 60 °C.

A polpa purificada 132 do reator usado no estágio de reação da CCE 123 é então separada da solução cáustica gelada gasta e da hemicelulose dissolvida, e lavada várias vezes em uma segunda unidade de lavagem e separação em um estágio de lavagem da CCE 124. A polpa parda purificada resultante 133 com teor relativamente alto de alfa-celulose, ainda contendo alguma lignina, continua para a unidade de branqueamento a jusante para deslignificação adicional. Em alguns processos de produção de polpa, o branqueamento é realizado antes do estágio da reação de CCE 123 e do estágio de lavagem da CCE 124.

É desejável em inúmeras aplicações, tais como a fabricação de materiais sintéticos ou produtos farmacêuticos, ter uma polpa de pureza ou qualidade muito alta. A qualidade da polpa pode ser avaliada por vários parâmetros. Por exemplo, a porcentagem do teor de alfa-celulose expressa a pureza relativa da polpa processada. O teor de alfa-celulose pode ser estimado e calculado baseado na solubilidade da polpa (por exemplo, fatores S10 e S18 descritos abaixo). Os graus de deslignificação e a degradação da celulose são medidos pelo Número Kapa (“KN”) e viscosidade da pólpa, respectivamente. Uma viscosidade mais alta da polpa indica comprimento de cadeia mais longo da celulose e menor degradação. O padrão 236 om-99 da

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Technical Association of Pulp and Paper Industry (TAPPI) especifica um método padrão para determinar o número Kapa da polpa. O número Kapa e uma indicação do teor de lignina ou capacidade de branqueamento da polpa. A solubilidade da polpa em soluções aquosas de hidróxido de sódio a 18% em peso (“S18”) fornece uma estimativa da quantidade de hemicelulose residual. A solubilidade da polpa em solução aquosa de hidróxido de sódio a 10% em peso (“S10”) fornece uma indicação das quantidades totais matérias solúveis em soluções básicas, que incluem a soma de hemicelulose e celulose degrada. Finalmente, a diferença entre S10 e S18 indica a quantidade de celulose fragmentada solúvel em álcali.

As técnicas convencionais para conseguir polpa com teor de alfa-celulose entre 92 e 96 por cento, embora historicamente tenha sido bem difícil de atingir purezas na extremidade superior desta faixa, particularmente mantendo ao mesmo tempo outras propriedades requeridas da polpa, tais como viscosidade (isto é, degradação limitada da celulose resultante do processo de fabricação de polpa).

Em um processo convencional, o filtrado 116, referido também como filtrado alcalino da CCE, do estágio 124 de lavagem e separação da CCE, compreende a solução cáustica fria gasta e o líquido de lavagem gasto do estágio 124 de lavagem e separação. Este filtrado 116 contém frequentemente quantidades substanciais de hemicelulose de alto peso molecular. Quando o filtrado com alto teor de hemicelulose é reciclado para uso como parte do licor de cozimento no digestor do estágio de cozimento 121, a hemicelulose pode precipitar para fora da solução e depositar sobre as fibras celulósicas. Isto pode impedir que uma polpa de alta qualidade seja produzida. Por outro lado, certas aplicações, tais como fios de alta qualidade ou tecidos sintéticos, materiais para mostradores de cristal líquido, produtos fabricados com derivados de acetato, produtos de viscose (tais como cordonéis de pneu e fibras especiais), bastões de estopa de filtro usados em cigarros, e certas aplicações alimentares e farmacêuticas - precisam de polpas que contêm uma quantidade mínima de hemiceluloses redepositadas e um alto teor de alfa-celulose.

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Como ilustrado na Figura 1, parte do filtrado alcalino da CCE 116 tem de ser sangrada para a área de recuperação 134 para controlar a redeposição de hemeceluloses no estágio de cozimento 121. O filtrado alcalino da CCE 116 desviado enviado para a área de recuperação 134 pode ser combinado com o excesso de licor negro, concentrado e queimado em uma caldeira de recuperação, para consumir o material orgânico e recuperar sais inorgânicos. Uma nova fonte de álcali pode ser então necessária para substituir a filtrado da CCE e licor negro enviados para a área de recuperação 134, para manter o equilíbrio alcalino remanescente no estágio de cozimento 121.

O processo convencional não proporciona um meio eficiente ou econômico para produzir celulose com teor alfa apropriado que pode ser necessário para uma série de materiais e usos industriais e farmacêuticos, incluindo aqueles identificados acima.

Existe uma necessidade de se obter um método de processamento de polpa que resulta em dissolução de polpa com teor de alfacelulose muito alto. Existe ainda uma necessidade de se obter um método de processamento de polpa e sistema que proporciona uma maneira eficaz e econômica para preparar polpa com altas dissoluções alfa, impedindo a redeposição de hemiceluloses.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em um aspecto, um método e sistema apropriado para a fabricação de polpa envolve, entre outras coisas, enriquecer uma ou mais entre licor negro e filtrado alcalino frio da extração cáustica (CCE) usado no estágio de cozimento com lixívia branca.

De acordo com uma ou mais modalidades, um método e sistema para fabricar polpa usado em um processo Kraft inclui um estágio de cozimento que tem as etapas de alimentar cavacos de madeira ou outros materiais que contêm polpa orgânica para dentro de um digestor ou reator similar, realizando uma sequência de fases sequenciais do processo: préhidrólise, neutralização dos cavacos com uma lixívia branca mais um filtrado alcalino da CCE opcionalmente enriquecido com lixívia branca, enchimento do

7/42 digestor com licor negro quente e/ou um filtrado alcalino da CCE (qualquer um dos dois ou ambos enriquecidos com uma lixívia branca), e cozimento por um tempo eficaz para resultar em deslignificação. Estas etapas podem ser seguidas de remoção a frio e descarga.

Depois do estágio de cozimento, outras etapas podem incluir tratar uma pasta parda resultante para produzir polpa semipurificada, extrair a polpa semipurificada com uma solução cáustica, para produzir uma polpa purificada e uma solução que contém hemicelulose, separar a solução que contém hemicelulose da polpa purificada, lavar a polpa purificada e coletar um filtrado alcalino resultante da lavagem, e utilizar uma parte significativa do filtrado alcalino (opcionalmente concentrado por evaporação ou outro meios) no digestor. O processo global pode ajudar a impedir a deposição de hemiceluloses, melhorar a pureza da polpa com alta dissolução alfa, e aumentar a eficiência do sistema global de fabricação de polpa.

Outras modalidades, alternativas e variações estão também aqui descritas ou ilustradas nas figuras anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é um fluxograma genérico de um processo Kraft convencional de fabricação de polpa com pré-hidrólise, usado na produção de polpa, como é do conhecimento genérico nessas técnicas.

A Figura 2 é um diagrama de um sistema convencional e processo relacionado para lavar e depurar polpa em um processo de extração cáustica a frios.

A Figura 3 é um diagrama de um sistema convencional e processo relacionado para um cozimento que pode ser usado em um processo Kraft de fabricação de polpa com pré-hidrólise.

A Figura 4 é um fluxograma genérico do processo de um sistema e processo relacionado para o processo de produção de polpa de acordo com uma modalidade aqui descrita.

A Figura 5 é um diagrama de um sistema e processo relacionado para um estágio de cozimento usado em um processo de produção de polpa, de acordo com uma modalidade aqui descrita.

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As Figuras 6A e 6B são diagramas da seção transversal de um digestor, ilustrando, entre outras coisas, os níveis típicos de licores e materiais, como usados em um processo convencional do estágio de neutralização.

As Figuras 7A, 7B e 7C são diagramas em seção transversal de um digestor, ilustrando, entre outras coisas, misturas de licor e material e os níveis durante o estágio de neutralização, de acordo com uma modalidade aqui descrita.

As Figuras 8 e 9 são diagramas em seção transversal de um digestor, ilustrando, entre outras coisas, misturas e níveis de licores e materiais durante o enchimento negro quente e deslocamento de licor final, de acordo com uma modalidade aqui descrita.

A Figura 10 é um fluxograma de processo de um processo de cozimento preferido que pode ser usado em um processo de fabricação de polpa com extração cáustica a frio, de acordo com uma modalidade aqui descrita.

A Figura 11 é um diagrama que ilustra uma folha de dados para calcular e registrar os volumes de licor “na entrada” e “na saída” de um digestor em escala de bancada (laboratório) e condições do processo genericamente de acordo com o fluxograma da Figura 10.

A Figura 12 é um gráfico desenhando o pH e concentrações efetivas de álcali do neutralizado tirado de várias amostras no processo da Figura 11.

As Figuras 13A e 13B são gráficos que resumem várias condições do processo e os resultados de acordo com vários exemplos de processos.

A Figura 14 é um gráfico de S18 versus número kapa para um processo de acordo com uma modalidade aqui descrita.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERIDAS

De acordo com uma ou mais modalidades, um método e sistema para processar polpa, usado em um processo Kraft, envolve combinar uma primeira solução cáustica, tal como lixívia branca, com uma quantidade de madeira ou outro material orgânico que contém polpa, em um tanque ou

9/42 reator apropriado (isto é, um digestor) para cozer em uma temperatura apropriada, por exemplo, entre 140 e 180 °C para produzir uma pasta parda. A lavagem e peneiração da pasta parda resulta em polpa semipurificada bem como derivados (tal como licor negro) que são alimentados de volta para o digestor. A polpa semipurificada pode ser extraída com outra solução cáustica (que novamente pode ser lixívia branca) em uma temperatura apropriada, por exemplo, abaixo de 50 °C para produzir uma polpa purificada. Através de lavagem adicional, uma solução que contém hemicelulose pode ser separada da polpa purificada, resultando em outra solução cáustica na forma de um filtrado alcalino da extração cáustica a frio (CCE) que pode ser coletado separadamente e estocado. Este filtrado alcalino da CCE pode ser concentrado, por exemplo, por evaporação ou outro meio, e usado por si ou em combinação com a primeira solução cáustica no digestor para tratar os materiais orgânicos e reiniciar o ciclo. Em outras modalidades, o filtrado alcalino da CCE é devolvido em parte significativa para o digestor, mas sem sofrer concentração.

De acordo com um aspecto de uma ou mais modalidades, cavacos de madeira ou outros materiais orgânicos que contêm polpa são reagidos com uma solução cáustica em um reator como parte de um estágio de cozimento. O estágio de cozimento envolve, de preferência, alimentar os cavacos de madeira ou outros materiais orgânicos que contêm polpa para dentro de um digestor ou reator similar, realizar uma pré-hidrólise, neutralizar a mistura com uma lixívia branca mais um filtrado alcalino da CCE opcionalmente enriquecido com uma lixívia branca, encher o digestor com licor negro quente e filtrado alcalino da CCE (qualquer um dos dois ou, de preferência, ambos enriquecidos com lixívia branca), e cozer por um período de tempo eficaz para resultar em deslignificação. Estas etapas podem ser seguidas de deslocamento a frio e descarga da polpa.

A mistura de polpa descarregada contém genericamente fibras celulósicas liberadas. Estas fibras são extraídas ainda mais com outra solução cáustica para dissolver hemicelulose. A solução cáustica gasta junto com hemicelulose dissolvida pode ser separada da polpa extraída, e a polpa

10/42 pode ser submetida a lavagem adicional para remover solução cáustica residual e hemicelulose. Os líquidos das lavagens e a solução cáustica gasta que contêm hemicelulose são combinados e opcionalmente concentrados para formar um filtrado da CCE concentrado. O filtrado da CCE concentrado ou não concentrado, conforme seja o caso, pode ser então usado individualmente ou em combinação com outra solução cáustica para tratar madeira no reator.

Desta maneira, potencialmente a quantidade inteira do filtrado alcalino gerado na etapa de lavagem e depuração pode ser devolvida e usada como uma fonte de álcali no processo de cozimento com pré-hidrólise Kraft (PHK), ajudando desta forma a impedir a deposição de hemiceluloses e melhorar a pureza da polpa com alta dissolução alfa. Todas as etapas delineadas acima pode ser conduzidas com equipamentos tradicionais.

Com propósitos comparativo, as Figuras 2 e 3 ilustram certos aspectos relevantes de um processo preexistente de acordo com a técnica genérica de fabricação de polpa ilustrada na Figura 1. Na Figura 2 está ilustrado um sistema preexistente e processo relacionado para lavar e depurar polpa, e está ilustrado na Figura 3 um sistema preexistente e processo relacionado para cozer, sendo que todos podem ser usados em um processo de fabricação de polpa Kraft com pré-hidrólise. Fazendo referência primeiramente à Figura 2, um sistema 200 e processo relacionado para lavar e depurar polpa envolve transportar uma polpa purificada 232 da lavagem e peneiração da pasta parda (isto é, estágio 122 na Figura 1) por intermédio de um transportador apropriado até o reator da CCE 210 (isto é, estágio 123 na Figura 1), junto com uma mistura de lixívia branca 215 que é resfriada, filtrado alcalino da CCE 226, ou possivelmente outros fluidos ou soluções que podem ser estocados temporariamente em um ou mais tanques de misturação 271, 272. Do reator de CCE 210, a mistura de polpa 233 pode ser fornecida para uma bateria de unidades de prensagem com rolos duplos 251-254, que são usadas como parte da lavagem e depuração da polpa. Depois do tratamento usando as unidades de prensagem com rolos duplos 251-254, a polpa tratada 260 pode ser então tratada adicionalmente ou misturada com ácido sulfúrico

11/42 (H2SO4) 261 e/ou outro líquido e passada para a jusante até um processo de branqueamento. Com relação ao processo de lavagem, o filtrado alcalino da CCE 216 extraído das unidades de prensagem com rolos duplos 251-254 pode ser coletado e usado para vários propósitos, incluindo devolvido e reciclado a montante para uso no estágio de cozimento.

Como assinalado anteriormente, uma parte do filtrado alcalino da CCE 216, usualmente muito menos do que a metade, é tipicamente sangrada para fora até uma área de recuperação ou removida de outra forma.

A Figura 3 ilustra um sistema 300 e processo relacionado para um cozimento como conhecido convencionalmente, no qual o filtrado alcalino da CCE pode ser opcionalmente usado. Na Figura 3, um ou mais digestores 310a, 310b são carregados com cavacos de madeira ou outro material orgânico que contém celulose e são os reatores básicos usados no processo de cozimento. O sistema 300 inclui também um tanque de lixívia branca 320, um tanque de licor de deslocamento 330, e um ou mais tanques acumuladores de licor negro quente 340a, 340b. A lixívia branca 319 de uma fonte externa pode ser bombeada para dentro do tanque de lixívia branca 320, a partir do qual ela pode ser retirada e usada como um licor de neutralização 322 nos digestores 310a, 310b. O tanque de licor de deslocamento 330 mantém uma solução que pode compreender licor negro diluído ou uma mistura que inclui licor negro, como pode ser obtido, por exemplo, como um subproduto do estágio de lavagem da pasta parda, como indicado pela seta entrante 325.

A lixívia branca 319 ou o filtrado da CCE 316 pode ser bombeado através de vários trocadores de calor para 0 lado de sucção da bomba associado com 0 tanque de lixívia branca 320. Outra bomba envia lixívia branca ou filtrado da CCE do estágio de neutralização para 0 lado de descarga da bomba associado ao lado de descarga da associado com o tanque de licor de deslocamento 330. Durante 0 enchimento de licor negro quente, 0 licor do tanque acumulador de licor negro quente 340a é bombeado através do trocador de calor 353 e eventualmente para os digestores 310a, 310b por intermédio da tubulação de licor de cozimento 324. Depois do

12/42 enchimento de licor negro quente vem o enchimento de lixívia branca (ou filtrado da CCE) através da mesma bomba e da mesma linha que o enchimento de licor negro quente. Quando o cozimento é terminado, o licor de deslocamento 327a, 327b é alimentado para os digestores 310a, 310b e usado na final do estágio de cozimento. A parte mais quente do deslocamento é enviada para o primeiro tanque acumulador de licor negro quente 340a para ser usado no próximo cozimento, e a parte mais fria é enviada para o segundo tanque acumulador de licor negro quente 340b. A partir do segundo tanque acumulador de licor negro quente 340b o licor é enviado para uma planta de evaporação através dos trocadores de calor e um filtro de licor, e de lá para uma caldeira de recuperação onde os materiais orgânicos são queimados para produzir vapor de água enquanto os materiais inorgânicos são recuperados.

Em geral, quando uma polpa de alta pureza não está sendo produzida, um estágio de extração cáustica a frio pode não ser necessário e enquanto que o licor pode ser alimentado para os digestores 310a, 310b. Quando a extração cáustica a frio é empregada, o filtrado da CCE é geralmente bombeado de volta para dentro dos digestores 310a, 310b.

Em processos de cozimento típicos, os digestores 310a, 310b são enchidos com cavacos de madeira ou material orgânico similar, e depois submetidos a um processo de pré-hidrólise. Depois da pré-hidrólise, um licor de neutralização 322 é fornecido para os digestores 310a, 310b, que é então deslocado em sequência por um licor de cozimento apropriado. A temperatura dos digestores 310a, 310b é então elevada até uma temperatura de cozimento na qual eles são mantidos por um período de tempo suficiente para que a deslignificação ocorra. Quando o cozimento é terminado, uma válvula de descarga em cada digestor 310a, 310b é aberta, e a polpa deslignificada do digestor é então descarregada para dentro de tanque de descarga (não ilustrado). Lá pelo final do ciclo de cozimento, o digestor é mantido pressurizado enquanto um líquido de deslocamento é introduzido para deslocar os licores negro quente ou gasto que são liberados para fora do digestor 310a, 310b enquanto ainda aproximadamente na temperatura usada

13/42 para o cozimento. Em um processo típico, o fluido de deslocamento constitui um filtrado da lavagem da polpa de massa parda. O licor negro quente deslocado é coletado em um ou mais acumuladores de alta temperatura 340a, 340b para reutilização subsequente. Depois do processo de deslocamento, o líquido de deslocamento e o licor negro gasto remanescente, que são mais frios do que a temperatura normal de cozimento, podem ser opcionalmente também estocados em um acumulador de baixa temperatura e enviados para a área de recuperação. Os digestores 310a, 310b são eventualmente drenados para remover a polpa deslignificada.

A Figura 4 é um fluxograma genérico do processo 400 produção de polpa de acordo com uma modalidade aqui descrita, onde o processo de cozimento é modificado e aperfeiçoado em relação à técnica convencional. O processo 400 na Figura 4 começa com um estágio de cozimento 421 no qual, de forma genericamente similar a um processo Kraft convencional, cavacos de madeira ou outros materiais orgânicos que contêm polpa 418 são alimentados para dentro de um digestor capaz de suportar alta pressão. O digestor pode ter qualquer volume apropriado, tal como, por exemplo, aproximadamente 360 metros cúbicos. A escolha específica do tipo de madeira ou outros materiais vegetais ou orgânicos pode depender dos produtos finais desejados. Por exemplo, madeiras coníferas, tais como pinho, abeto e abeto-vermelho, podem ser usadas para alguns processos de transformação para obter produtos com viscosidade mais alta, tais como éteres de celulose (que podem ser usados, por exemplo, como aditivos em alimentos, tintas, fluidos de recuperação de óleos ou lamas, papel, cosméticos, produtos farmacêuticos, adesivos, impressão, agricultura, cerâmicas, produtos têxteis, detergentes e materiais de construção). As madeiras folhosas, tais como eucalipto e acácia podem ser preferidas para as aplicações que não requerem uma polpa com viscosidade muito alta.

Em uma modalidade, e como descrito mais detalhadamente abaixo, o digestor é aquecido durante a parte de pré-hidrólise do estágio de cozimento 421 até uma primeira temperatura predeterminada com vapor de água ou outro meio apropriado. Esta temperatura predeterminada pode ser,

14/42 por exemplo, entre 110 e 130 °C e, mais especificamente, pode ser de aproximadamente 120 °C. O aquecimento neste exemplo específico é efetuado durante um período de tempo entre 15 e 60 minutos (por exemplo, 30 minutos), embora outros tempos de aquecimento possam ser usados, dependendo das particularidades dos equipamentos e da natureza dos materiais orgânicos que estão sendo aquecidos.

O digestor é, então, de preferência, aquecido ainda mais por vapor de água ou outros meios até uma segunda temperatura acima da primeira temperatura predeterminada para um estágio de pré-hidrólise. Esta segunda temperatura pré-hidrólise é, de preferência, ao redor de 165 °C, embora a temperatura precisa dependa de inúmeras variáveis incluindo o equipamento e materiais orgânicos. O aquecimento para a pré-hidrólise pode ser efetuado durante um período de 30 a 120 minutos (por exemplo, 60 minutos), embora novamente o tempo de aquecimento possa variar conforme necessário. Depois que a temperatura de pré-hidrólise é atingida, o digestor é mantido nesta temperatura por um período de tempo apropriado, por exemplo, 35 a 45 minutos, ou qualquer outro tempo suficiente para completar a préhidrólise.

Em uma modalidade preferida, uma solução de neutralização é adicionada ao digestor como parte do estágio de cozimento 421. A solução de neutralização pode ser constituída de uma lixívia branca 411, um filtrado alcalino 417, ou uma mistura deles. Uma lixívia branca pode tomar a forma de, por exemplo, uma mistura de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio. Em uma modalidade preferida, a lixívia branca tem entre 85 e 150 gramas por litro de álcali efetivo com hidróxido de sódio (NaOH), mais preferivelmente entre 95 e 125 gramas de NaOH por litro de álcali efetivo, e ainda mais preferivelmente, entre 100 e 110 gramas de NaOH por litro de álcali efetivo. A sulfidez da lixívia branca pode ter uma faixa de entre 10% e 40%, de preferência entre 15 e 35%, e mais preferivelmente, entre 20 e 30%.

A concentração de NaOH efetiva no licor negro 435 usado para enchimento de licor quente antes do enriquecimento com lixívia branca pode ser entre 15 e 35 gramas por litro e é, de preferência, na faixa de 20 a 30

15/42 gramas por litro, ou no filtrado alcalino 417 depois do enriquecimento com lixívia branca pode ser entre 35 e 75 gramas por litro e é, de preferência, na faixa de 40 a 50 gramas por litro, embora ela possa variar de acordo com o processo específico.

A solução de neutralização pode ser adicionada ao digestor em uma parcela ou então pode ser adicionada ao digestor em várias parcelas. Em uma modalidade, a solução neutralizadora que compreende uma lixívia branca e também filtrado alcalino são adicionados em duas parcelas, com o que a lixívia branca é fornecida em primeiro lugar ao digestor como uma base de lixívia branca 461, e em seguida é adicionado o filtrado alcalino da CCE 417. Em uma modalidade, a solução de neutralização é adicionada a uma temperatura entre 120 e 160 °C, e mais preferivelmente entre 140 e 150 °C. A lixívia branca pode compreender entre 20% e 40% da carga de álcali efetivo total na etapa de neutralização, e mais preferivelmente, pode compreender entre 25% e 30% da carga de álcali efetivo total na neutralização.

Um licor de cozimento pode deslocar o licor de neutralização no digestor e é usada para cozer a madeira no digestor. O licor de cozimento pode ser adicionado ao digestor em várias parcelas. Em uma modalidade, a solução de cozimento que compreende um licor negro quente e também uma lixívia branca ou filtrado alcalino da CCE é adicionada em duas parcelas. A faixa e a faixa preferida de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio nas soluções de licor negro, lixívia branca e filtrado da CCE pode ser igual àquelas para a fase de neutralização.

Em uma ou mais modalidades, a solução de cozimento inclui um ou ambos entre os seguintes elementos: (i) um licor negro 435 com uma concentração de álcali efetivo de 15 a 35 gramas por litro como NaOH, opcionalmente aumentada com uma quantidade adicionada de lixívia branca 462 com uma concentração de álcali efetivo de 95 a 125 gramas por litro como NaOH para atingir uma concentração de álcali efetivo de 40 a 50 gramas por litro como NaOH ou então aumentada com uma quantidade adicionada de filtrado da CCE 417 reciclado (opcionalmente concentrado para aumentar o nível de álcali ou enriquecido com lixívia branca); e (ii) um filtrado

16/42 alcalino da CCE 417 derivado de um estágio de lavagem da extração cáustica a frio a jusante 424 com uma concentração de álcali efetivo de 55 a 75 gramas por litro como NaOH, depois do enriquecimento ou aumento com lixívia branca 463 adicionada, e opcionalmente concentrado por evaporação ou outro meio similar.

O digestor pode ser aquecido até a temperatura de cozimento com vapor de água ou outro meio. A temperatura de cozimento pode ser na faixa entre 140 e 180 °C, e é, de preferência, na faixa entre 145 e 160 °C. O aquecimento pode ser durante um período de 10 a 30 minutos ou outro período apropriado. O digestor é então mantido na temperatura de cozimento por um período apropriado para o processo de cozimento, tal como entre 15 e 120 minutos. A faixa de temperatura e o tempo de cozimento são escolhidos para o fator H alvo, que é de preferência na faixa entre 130 e 250.

Como resultado do estágio de cozimento 421, uma pasta parda 412 é produzida. A pasta parda 412 é fornecida para um processo de lavagem e peneiração 422, similar a um procedimento Kraft convencional, após o que a pasta parda 412 é peneirada através do uso de diferentes tipos de peneiras ou telas e depuração centrífuga. A pasta parda 412 é então lavada com uma lavadora no processo de peneiração e lavagem 422. A lavadora pode ser de qualquer tipo comercial, incluindo lavadoras com correias horizontais, lavadoras com tambor rotativo, filtros a vácuos, e prensas de lavagem, filtros com defletores de compactação, difusores atmosféricos e difusores por pressão. A unidade de lavagem pode usar fluxo contracorrente entre os estágios de tal modo que a polpa se movimente na direção oposta às águas de lavagem. Em uma modalidade, água pressurizada é usada para lavar a pasta parda 412. Em outra modalidade, uma solução cáustica diluída é usada para lavar a pasta parda 412. A solução cáustica diluída pode ter, por exemplo, uma concentração de álcali efetivo menor do que 5 gramas de NaOH por litro, mais preferivelmente menor do que 1 grama de NaOH por litro. O licor de lavagem gasto é coletado e usado como licor negro 413 em outro lugar no processo 400. Em uma modalidade, o licor negro 413 é usado como

17/42 parte do licor de deslocamento fornecido para o digestor no final do estágio de cozimento 421.

A polpa semipurificada do processo de lavagem e peneiração 422 é então bombeada como uma lama para um reator que é empregado no estágio de extração cáustica a frio (“CCE”) 423, novamente similar ao método convencional, no qual a polpa semipurificada é misturada com uma segunda solução cáustica 414 (que pode ser igual ou diferente da primeira solução cáustica 411) para efetuar separação adicional da hemicelulose das fibras celulósicas desejadas. A extração cáustica a frio é um processo bem conhecido nessas técnicas. Os exemplos de processos de tratamento com solução cáustica a frio e sistemas estão descritos, por exemplo, em Ali et al. em publicação de patente n- US 2004/0020854, e Svenson et al., publicação de patente n² US 2005/0203291, sendo ambas aqui incorporadas como referência como se aqui inteiramente enunciadas.

A solução cáustica 414 usada nos procedimentos de misturação e extração do processo de extração CCE 423 pode compreender soluções de hidróxido de sódio recém-preparadas, recuperação do processo a jusante, ou subprodutos em uma operação de fábrica de polpa ou papel, por exemplo, filtrado da CCE concentrado, lixívia branca e similares. Outras soluções básicas, tais como hidróxido de amônio e hidróxido de potássio, também podem ser empregadas. A extração de álcali a frio pode ser realizada com produtos químicos adicionais adicionados, tais como peróxido de hidrogênio, hipoclorito de sódio, boridreto de sódio, e surfactantes.

Depois do tempo de residência desejado, a polpa é separada da solução cáustica fria gasta, um processo de lavagem seguinte 424. A solução cáustica fria gasta contém hemicelulose extraída. A polpa é lavada na unidade de lavagem da CCE.

As lavadoras exemplificativas incluem lavadoras com correias horizontais, lavadoras com tambor rotativo, filtros a vácuos, prensas de lavagem, filtros com defletores de compactação, difusores atmosféricos e difusores por pressão. O líquido de lavagem pode compreender, por exemplo, água pura ou solução cáustica diluída com uma concentração de álcali efetivo,

18/42 por exemplo, abaixo de 1 grama de NaOH por litro. O líquido de lavagem gasto é coletado de uma maneira convencional e pode ser combinado com solução cáustica fria gasta para formar outra solução cáustica 416 que, em um aspecto, compreende um filtrado alcalino resultante do processo de lavagem 424. A polpa extraída e lavada 433 é, entrementes, transportada para o próximo estágio para branqueamento.

O filtrado alcalino da CCE 416 pode ser fornecido na totalidade ou em parte para um processo concentrador, e pode, por exemplo, ser alimentado para um sistema de evaporação para concentração, embora em outras modalidades o filtrado alcalino da CCE 416 não seja submetido a um processo de concentração. Um sistema de evaporação típico pode conter várias unidades ou efeitos instalados em série. O líquido se movimenta através de cada efeito e torna-se mais concentrado na saída do efeito. Vácuo pode ser aplicado para facilitar a evaporação e concentração de soluções. Em conexão com o processo concentrador, um licor negro fraco também pode ser concentrado para dar um licor negro forte, por exemplo, por evaporação usando um ou mais efeitos em arranjo sequencial, aumentando gradualmente a concentração do licor negro fraco durante o processo. O licor negro forte pode ser estocado em um tanque de acumulação e usado na caldeira de recuperação, gerando vapor de água e energia, aumentando assim a eficiência através da reutilização ou reciclagem de subprodutos da saída. Uma técnica para concentrar o filtrado alcalino da CCE para reutilização no estágio de cozimento está descrita no pedido de patente co-pendente n² de série US /______(Protocolo do Mandatário: 161551-0002), depositado concomitantemente com o presente pedido de patente e intitulado Method and System for Pulp Processing Using Cold Caustic Extraction with Alkaline Filtrate Reuse, cedido ao cessionário da presente invenção, e aqui incorporado como referência como se aqui inteiramente enunciado.

A solução de filtrado alcalino concentrado 417 pode ser reutilizada, no todo ou em parte, no estágio de cozimento 421 como parte do licor de neutralização e/ou como parte do licor de cozimento. Como assinalado anteriormente, o filtrado alcalino da CCE 416 pode ser combinado

19/42 com uma lixívia branca 463 para uso como parte do licor de cozimento. Em certas modalidades, a solução do filtrado alcalino concentrado da CCE 417 pode ser usada sem enriquecimento de lixívia branca.

A solução do filtrado alcalino concentrado 417 que não é reutilizada no estágio de cozimento 421 pode ser usada para outros propósitos. Por exemplo, ela pode ser opcionalmente desviada para outros propósitos, tal como uso em uma linha de produção adjacente (como lixívia branca). A solução do filtrado alcalino concentrado 417 pode também permitir o uso de concentrações mais altas de licor no estágio de cozimento 421, impedindo assim a redeposição de hemiceluloses sobre as fibras.

A Figura 5 é um diagrama de um sistema 500 e processo relacionado para um estágio de cozimento usado em um processo de produção de polpa, de acordo com uma modalidade aqui descrita. Na Figura 5, um ou mais digestores 510 (neste exemplo, oito digestores) são, similarmente ao processo convencional, carregados com cavacos de madeira ou outro material orgânico que contém polpa, e servir como reatores básicos usados no processo de cozimento. O sistema 500 inclui também, entre outras coisas, um tanque de retenção de lixívia branca/filtrado da CCE 520, um tanque de licor de deslocamento 530, um ou mais tanques acumuladores de licor negro quente 540a, 540b, e um ou mais tanques de descarga 560. A lixívia branca 519 de uma fonte apropriada pode ser aquecida pelos aquecedores de fluido 551, 552 e bombeada para dentro do tanque de retenção de lixívia branca/filtrado da CCE 520, onde ela pode ser recirculada e estocada para uso posterior, e a partir do qual ela pode ser retirada e usada como licor de neutralização 522 nos digestores 510. O filtrado da CCE 516 pode ser similarmente aquecido e bombeado para dentro do tanque de retenção de lixívia branca/filtrado da CCE 520 para uso posterior. O tanque de licor de deslocamento 530 retém uma solução que pode compreender licor negro diluído ou uma mistura que inclui licor negro, que pode ser, por exemplo, um subproduto do estágio de lavagem 424, como indicado pela seta entrante 525.

20/42

No final do processo de cozimento, licor frio (75 - 85 °C) do tanque de licor de deslocamento 530 é enviado para o digestor 510 para terminar a reação de cozimento. A primeira parte do licor deslocado do digestor 510 está relativamente quente (140- 160 °C) e é enviada para o primeiro tanque acumulador de licor negro quente 540a para uso no próximo cozimento. O licor mais fria deslocado perto do digestor 510 é mais frio (cerca de 120 -140°C) e é enviado para o segundo tanque acumulador de licor negro quente 540b. Do Segundo tanque acumulador de licor negro quente 540b, o licor negro quente 536 é bombeado através de trocadores de calor até um filtro de licor 570. O licor negro é resfriado, enquanto ao mesmo tempo, seu calor é usado para aquecer a lixívia branca ou o filtrado da CCE circulando através dos trocadores de calor 551, 552. De lá, o licor negro filtrado é enviado para uma planta de evaporação para processamento adicional.

Em um processo de cozimento preferido ilustrado na Figura 5, os digestores 510 são enchidos com cavacos de madeira ou material orgânico similar. Uma pré-hidrólise é conduzida com vapor de água, após o que uma lixívia branca de neutralização 517 na forma de uma “base” de lixívia branca é fornecida para os digestores 510, e em seguida, introdução de um filtrado alcalino da CCE 516 como parte do fluido de neutralização 522. O fluido de neutralização é então deslocado por um licor de cozimento apropriado. O licor de cozimento pode incluir (i) um filtrado da CCE 524 a partir do tanque de retenção de lixívia branca/filtrado da CCE 520 especialmente preparado para cozimento; (ii) um licor negro 535 a partir do tanque acumulador de licor negro 540a, opcionalmente intensificado com uma quantidade adicionada de lixívia branca (ou filtrado da CCE) 562 e, neste exemplo, circulado através do trocador de calor 553 para controlar sua temperatura; e/ou (iii) um filtrado alcalino da CCE 516 derivado de um estágio de lavagem da extração cáustica a frio a jusante 424 (vide Figura 4), concentrado ou não através de evaporação ou outro meio similar, e opcionalmente intensificado ou enriquecido com lixívia branca adicionada 519 para produzir um filtrado alcalino da CCE concentrado enriquecido com lixívia branca. O filtrado alcalino da CCE 516 é bombeado para dentro do tanque de retenção de lixívia

21/42 branca 520 através dos trocadores de calor 551, 552 para ser usado na fase de neutralização como fluido de neutralização 522 ou na fase de cozimento como um filtrado da CCE para cozimento 524. As concentrações preferidas dos vários licores de cozimento estão descritas alhures neste relatório descritivo.

Depois que o licor de cozimento ou licores de cozimento são adicionados aos digestores 510, a temperatura dos digestores 510 é elevada até uma temperatura de cozimento na qual os digestores são mantidos por um período de tempo suficiente para que a deslignificação ocorra. Quando o cozimento está completo, uma válvula de descarga em cada digestor 510 é aberta, e a polpa deslignificada do digestor 510 é então descarregada para dentro de um dos tanques de descarga 560. Lá pelo final de um ciclo de cozimento, o digestor é mantido pressurizado enquanto um licor de deslocamento do tanque de deslocamento 530 é introduzido para deslocar os licores negros quente ou gasto, que são liberados para fora dos digestores 510 enquanto estão ainda aproximadamente na temperatura usada para o cozimento. O licor de deslocamento, como assinalado, compreende genericamente um licor negro ou filtrado similar obtido a partir da lavagem da polpa ou fibras deslignificadas durante a produção da polpa de bateladas anteriores. O licor negro quente deslocado é coletado em um ou mais acumuladores de alta temperatura 540 para subsequente reutilização.

Os digestores 510 são eventualmente drenados para remover a polpa deslignificada. O licor negro quente drenado anteriormente do digestor 510 pode ser reutilizado (e misturado com outras soluções ou filtrados, tal como lixívia branca quente).

Vários aspectos do processo de cozimento global pode ser explicado fazendo referência adicional às Figuras 6-9. As Figuras 6A e 6B são diagramas em seção transversal de um digestor (tal como qualquer um dos digestores 510 ilustrados na Figura 5), representando, entre outras coisas, um nível típico de licor e material como usado em um processo preexistente para uma etapa de neutralização. As Figuras 7A - 7C, 8 e 9 também são diagramas em seção transversal de um digestor, representando

22/42 misturas de licores e materiais durante a neutralização antes do cozimento de acordo com uma ou mais modalidades aqui descritas. Primeiramente, como ilustrado na Figura 6A, um digestor 610 durante a etapa de neutralização de um processo de cozimento conhecido pode ser enchido depois da préhidrólise com uma quantidade substancial de filtrado (licor) da CCE 616, representando uma porcentagem significativa (por exemplo, 60%) do volume total do digestor 610. Por exemplo, para um digestor com uma capacidade de 360 metros cúbicos e uma carga de 72 toneladas de madeira (peso seco) e 11 toneladas de sólidos dissolvidos, cerca de 214 metros cúbicos de filtrado da CCE 616 podem ser usados como parte da fase de neutralização. Durante esta etapa, a concentração do filtrado da CCE pode ser de aproximadamente 51,3 gramas de NaOH por litro, com uma carga de álcali eficaz (EA) sobre a madeira de 13,2% como NaOH. Depois da pré-hidrólise, o digestor 610 pode estar em uma teperatura de aproximadamente 165 °C com uma pressão relativa de 7 bar (isto é, pressão relativa à pressão atmosférica local). Neste ponto, os cavacos de madeira ou outro material orgânico que contém polpa deve estar quase isento de ar, com vapor de água presente dentro dos vazios nos cavacos ou material orgânico similar. Quase a totalidade da água dos cavacos está na forma líquida.

Quando o licor de neutralização é bombeado para o digestor 610 em uma temperatura típica de 130 °C, o vapor de água dentro dos cavacos ou outro material orgânico condensa, e o licor é sugado dentro dos cavacos ou outro material orgânico devido à pressão mais baixa criada pela condensação. Durante este processo, uma certa quantidade de líquido é adicionada a partir do vapor de água e também perdida a partir da desgaseificação. Por exemplo, com as quantidades descritas acima, aproximadamente 11,9 metros cúbicos de água do vapor de água podem ser adicionados, e cerca de 1,6 metros cúbicos de água perdido a partir da desgaseificação 625. No total, cerca de 224 metros cúbicos de líquido, em termos de líquido livre (licor de neutralização e água do vapor de água), pode ser adicionados durante esta parte do processo de cozimento. Depois da pré-hidrólise e neutralização, o digestor 610 pode conter tipicamente aproximadamente 203 metros cúbicos

23/42 de líquido livre, com aproximadamente 109 metros cúbicos de licor ainda ligado nos cavacos pré-hidrolisados, o que corresponde a 1,31 m³/BDt (metros cúbicos de licor por tonelada métrica de miolos de cavacos secos) ou 3,15 m³/ADt (metros cúbicos de licor por tonelada métrica de cavacos secados ao ar). Assim sendo, um teor total de 312 metros cúbicos de líquido pode estar presente como líquido livre ou ligado nos cavacos. Neste ponto, o digestor 610 pode reter 72 toneladas métricas de madeira, 36 toneladas métricas de água absorvida dentro da madeira, e 11 toneladas métricas de sólidos dissolvidos de vários tipos. A densidade do líquido depois da neutralização neste exemplo seria cerca de 1,13 t/m³ (isto é, toneladas por metro cúbico).

Como ilustrado agora na Figura 6B, o licor de neutralização adicionado encherá os vazios dentro dos cavacos (descontada a água dos cavacos) e o espaço vazio ao redor dos cavacos. Assim sendo, considerando o presente exemplo, os 214 metros cúbicos de licor de neutralização adicionado seriam distribuídos como aproximadamente 56,8 metros cúbicos enchendo o espaço vazio dentro dos cavacos (8,3 metros cúbicos no cone 607 do digestor 610 e 48,5 metros cúbicos na parte cilíndrica 608 do digestor 610), e 157,2 metros cúbicos enchendo o espaço vazio ao redor dos cavacos (22,8 metros cúbicos no cone 607 do digestor 610 e 134,4 metros cúbicos na parte cilíndrica 608 do digestor 610). Isto presume um volume para o cone 607 de 40 metros cúbicos e uma altura da parte cilíndrica 608 de 9,6 metros. Neste caso, a quantidade de cavacos no cone 607 do digestor pode ser aproximada como 9,3 BDt (toneladas métricas de miolo seco) com um volume de líquido ligado de 12,3 metros cúbicos, volume de água ligada de 4 metros cúbicos, licor livre ao redor dos cavacos de 22,8 metros cúbicos, e volume total medido no cone 607 de 31,1 metros cúbicos (isto é, 22,8 + 12,3 - 4,0 metros cúbicos). Uma pequena faixa de condensado 613 de aproximadamente 0,6 - 0,7 metros na altura coleta ou se forma na superfície da mistura de líquidos, onde o vapor de água e o líquido se encontram.

Uma “base” de lixívia branca ou etapa de enriquecimento no processo de cozimento pode ser usada para substituir parte do filtrado alcalino da CCE usado no início da etapa de neutralização para reduzir ou evitar a

24/42 redeposição de hemicelluloses sobre as fibras de madeira. Assim sendo, depois da pré-hidrólise como primeira parte da fase de neutralização, uma quantidade de lixívia branca é adicionada, de preferência, em quantidade suficiente para encher os vazios dentro dos cavacos de madeira ou outro material orgânico que contém polpa, e em seguida, uma infusão de filtrado da CCE. De preferência, para cada tonelada métrica de cavacos de madeira, aproximadamente 0,35 a 0,55 metro cúbico, e mais preferivelmente, 0,40 a 0,44 metro cúbico de lixívia branca é adicionado depois da pré-hidrólise para preencher os vazios dentro dos cavacos de madeira e melhorar o teor final de alfa da polpa que está sendo produzida. O restante do fluido adicionado para neutralização toma forma de filtrado alcalino da CCE, conforme o processo convencional, ou opcionalmente pode envolver o uso de um filtrado alcalino da CCE concentrado. Embora estas etapas elevem o nível de álcali no digestor, os inventores descobriram que a redeposição de hemiceluloses é inibida e um teor mais alto de alfa é atingível mantendo ao mesmo tempo outros atributos do processos, tais como viscosidade, número kapa e/ou consumo de álcali efetivo, dentro de faixas aceitáveis.

Fazendo referência novamente ao exemplo anterior, por exemplo, um volume de 30 metros cúbicos de lixívia branca podem ser adicionados ao digestor 610 que contém 72 toneladas de cavacos de madeira depois da pré-hidrólise, como ilustrado na Figura 7A. Como lá ilustrado, a base de lixívia branca 715 junto com a parte inferior dos cavacos de madeira ou material orgânico similar aproximadamente preenche o cone 607 do digestor 610. Depois, um volume de 82,9 metros cúbicos de filtrado da CCE (um filtrado alcalino da CCE enriquecido ou concentrado) pode ser adicionado ao digestor 610 para deslocar a base de lixívia branca, resultando o fato de que efetivamente a totalidade da lixívia branca será consumida para preencher os vazios dentro dos cavacos de madeira. Isto é seguida da introdução de um volume adicional de 130,6 metros cúbicos de filtrado da CCE (de preferência, um filtrado alcalino da CCE concentrado) ao digestor 610 para completar o processo de neutralização. A Figura 7B ilustra o conteúdo do digestor 610 depois da introdução dos 30 metros cúbicos de

25/42 base de lixívia branca e os 82,9 metros cúbicos de filtrado da CCE 716. Como ilustrado, a combinação de base de lixívia branca e filtrado da CCE inicial cobrem cerca de 41% (aproximadamente 33,9 toneladas métricas de miolo seco) da massa de madeira no digestor 610, como refletido na Figura 7B pela parte inferior 718 de cavacos de madeira no digestor 610. A parte remanescente dos cavacos de madeira, como refletido pela parte superior 719 de cavacos no digestor 610, será coberta com a adição de mais 130,6 metros cúbicos de filtrado da CCE 717 que preencherão os vazios nos cavacos e ao redor deles, como ilustrado na Figura 7C. Como assinalado anteriormente, uma pequena faixa de condensado 713 de aproximadamente 0,6 - 0,7 metro na altura se forma na superfície da mistura de líquidos. A base de lixívia branca adicionada ao digestor 610 pode ter uma concentração de álcali efetivo (EA) de 95 a 125 gramas de NaOH por litro e, mais preferivelmente, uma concentração de álcali efetivo entre 105 e 115 gramas de NaOH por litro e, ainda mais preferivelmente, aproximadamente 110 gramas de NaOH por litro. A carga de álcali efetivo equivalente sobre a madeira neste caso pode ser de aproximadamente 4%. Depois da adição dos 30 metros cúbicos de base de lixívia branca e dos 82,9 metros cúbicos de filtrado da CCE 716, mas antes do filtrado da CCE remanescente 717, o licor ligado no cone 607 do digestor 610 é de aproximadamente 8,3 metros cúbicos e do licor livre no cone é de aproximadamente 23 metros cúbicos. O licor ligado na parte cilíndrica 608 do digestor 610 é de cerca de 21,7 metros cúbicos.

A base de lixívia branca, de preferência, fornece pelo menos 10% da carga de álcali efetivo aplicada na fase de neutralização, mais preferivelmente fornece entre 13% e 25% da carga de álcali efetivo aplicada na fase de neutralização, e ainda mais preferivelmente, fornece entre 20% e 25% da carga de álcali efetivo aplicada na fase de neutralização. No exemplo acima, a carga de álcali efetivo sobre a madeira, fornecida pela base de lixívia branca é 4%, enquanto que o resto da carga de álcali efetivo do licor na fase de neutralização sobre a madeira é 13,2% fornecida pelo filtrado da CCE, para um total de 17,2% de carga de álcali efetivo. Assim sendo, neste

26/42 exemplo, a base de lixívia branca fornece 23% do total da carga de álcali efetivo sobre a madeira.

Em um aspecto, o uso de uma base de lixívia branca, como aqui descrito, pode evitar ou reduzir o choque de pH durante o estágio de neutralização, pois quando o licor de filtrado da CCE rico em hemiceluloses encontra os cavacos de madeira ou outro material similar no processo ilustrado nas Figuras 7B e 7C, os cavacos ou outro material já estarão neutralizados pela lixívia branca. A base de lixívia branca 715 genericamente aumenta o pH dos cavacos de madeira ou outro material orgânico similar quando ela fica absorvida dentro dos vazios dos cavacos. Quando o filtrado da CCE é adicionado, a lixívia branca remanescente que não foi absorvida é deslocada, e á medida que ela se eleva no digestor 610 ela continua a neutralizar os cavacos de madeira adicionais e matéria orgânica antes de o filtrado da CCE alcançar os cavacos ou matéria orgânica. Como a introdução do filtrado da CCE é depois da base de lixívia branca 715, o licor de filtrado da CCE enriquecido com hemiceluloses primeiramente encontra os cavacos ou materiais orgânicos que já estão neutralizados, o que evita ou minimize o choque de pH, com a possível exceção da pequena quantidade de cavacos ou matéria orgânica no topo máximo do digestor 610. As hemiceluloses do filtrado da CCE permanecerão na solução ao invés de serem reabsorvidas ou depositadas sobre os cavacos de madeira ou materiais orgânicos. Isto, por sua vez, aumenta a pureza da pasta de polpa parda e finalmente leva a um produto final com pureza mais alta.

As Figuras 8 e 9 ilustram licor e misturas de materiais e os níveis durante as etapas subsequentes de enchimento de licor negro quente e deslocamento de licor final, de acordo com uma modalidade como aqui descrito. Como ilustrado na Figura 8, que ilustra a introdução de licores de cozimento e deslocamento de licores existentes, um volume de 210 metros cúbicos de licor negro quente 815 pode ser adicionado ao digestor 610 depois de completada a fase de neutralização. Depois, um volume de 144 metros cúbicos de filtrado da CCE (filtrado da CCE enriquecido ou um filtrado alcalino da CCE concentrado) 817 pode ser adicionado ao digestor 610, e em seguida,

27/42 outro volume de 20 metros cúbicos de licor negro quente 821, deslocando desta forma os licores de neutralização que neste ponto se tornaram infiltrados com resíduos e impurezas, e assim sendo, tomam a forma de um licor negro 840. Neste exemplo, 351 metros cúbicos de licor negro 840 são deslocados do digestor 610 e enviados para um tanque acumulador de licor negro (“AC2”), tal como o tanque acumulador 540b na Figura 5.

A carga de álcali adicionada com o filtrado da CCE ao digestor 610 no processo ilustrado na Figura 8 é entre 7 e 12% expressa como álcali efetivo sobre madeira seca, e mais preferivelmente ao redor de 8,9%, expressa em termos de NaOH sobre madeira seca. A carga de álcali total necessária para a fase de cozimento é complementada com o álcali adicionado junto com licor negro quente enriquecido. Depois da adição da combinação de licores negros 815, 821 e filtrado da CCE 716, o volume de líquido total dentro do digestor 610 é de aproximadamente 312 metros cúbicos, a massa de líquido total dentro do digestor 610 é de cerca de 353 toneladas, e a densidade do licor dentro do digestor 610 é de aproximadamente 1,13.

A Figura 9 ilustra a introdução de licor de deslocamento no final do processo de cozimento, resultando no deslocamento dos licores de cozimento gastos. Como ilustrado na Figura 9, um volume de 475 metros cúbicos de licor de deslocamento 930 pode ser adicionado ao digestor 610 no final da fase de cozimento. Os licores de cozimento, que se tornaram neste ponto infiltrados com resíduos de polpa e impurezas, podem ser descarregados como um primeiro volume de 220 metros cúbicos de um licor negro relativamente forte e quente 942 que é estocado em um primeiro tanque acumulador de licor negro (“AC1”, por exemplo, tanque 540a na Figura 5) para reter um licor negro deste tipo, e um segundo volume de 255 metros cúbicos de licor negro relativamente mais fraco 941 que é estocado em um segundo tanque acumulador de licor negro (“AC2”, por exemplo, tanque 540b na Figura 5) para reter um licor negro de tipo mais fraco. Alguma quantidade de licor de cozimento permanece ligada aos cavacos de madeira cozidos ou outros materiais orgânicos que contêm polpa. O processo produz aproximadamente

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31,1 toneladas de miolo de polpa cozida seca, com aproximadamente 41,1 toneladas de sólidos que foram dissolvidos no processo de cozimento e processos relacionados.

A Figura 10 é um fluxograma do processo de cozimento 1000 como pode ser usado em um processo de fabricação de polpa com extração cáustica a frio, de acordo com uma ou mais modalidades aqui descritas. O processo 1000 na Figura 10 começa com uma etapa de alimentação de cavacos de madeira 1005 na qual os cavacos de madeira ou outros materiais orgânicos que contêm polpa junto com vapor de água são alimentados para dentro de um digestor capaz de suportar alta pressão. Como assinalado anteriormente, a escolha específica do tipo de madeira ou outros materiais vegetais ou orgânicos pode depender dos produtos finais desejados. O vapor de água é introduzido para melhorar a compactação dos cavacos dentro do digestor. O digestor pode ser então aquecido em uma ou mais etapas; neste exemplo, o digestor é aquecido até uma temperatura predeterminada (por exemplo, entre 110 e 130 °C e, mais especificamente, pode ser de aproximadamente 120 °C) por vapor de água ou de outra forma em uma etapa inicial de aquecimento 1018, e em seguida, um aquecimento até uma temperatura de pré-hidrólise (até cerca de 165 °C, por exemplo) em uma etapa subsequente 1020, embora estas duas etapas possam, em algumas modalidades, ser potencialmente combinadas. O tempo de aquecimento pode depender até algum grau das particularidades do equipamento, do volume do digestor, do volume de cavacos de madeira, e da natureza dos materiais orgânicos que estão sendo aquecidos.

Depois de atingida a temperatura de pré-hidrólise, o digestor é mantido nesta temperatura por um período de tempo apropriado, por exemplo, 35 a 45 minutos, ou qualquer outro tempo suficiente para completar um estágio de pré-hidrólise 1025. A seguir, uma etapa de neutralização 1030 é conduzida. Em uma modalidade preferida uma solução de neutralização que compreende uma lixívia branca 1015 é primeiramente adicionada ao digestor, e em seguida, introdução de um licor de filtrado da CCE 1016. A lixívia branca 1015 pode tomar a forma, por exemplo, de uma mistura de hidróxido

29/42 de sódio e sulfeto de sódio, com um teor de álcali efetivo de acordo com qualquer uma das modalidades descritas alhures neste relatório descritivo. Por exemplo, a lixívia branca 1015 pode ter entre 80 e 150 gramas por litro de álcali efetivo como hidróxido de sódio (NaOH), e de preferência, entre 100 e 110 gramas por litro de álcali efetivo como hidróxido de sódio. A sulfidez da lixívia branca 1015 é, de preferência, entre 20 e 30%, mas pode, em algumas modalidades, variar. O filtrado da CCE 1016 pode compreender filtrado alcalino da CCE reciclado que é obtido a partir de um processo de lavagem da CCE a jusante, e opcionalmente concentrado por evaporação ou outros meios. A concentração de NaOH efetivo no filtrado da CCE 1016 pode ser entre, por exemplo, 50 e 75 gramas por litro, embora ela possa variar de acordo com o processo específico.

De preferência, a lixívia branca 1015 é introduzida primeiramente como uma “base” de acordo com o processo descrito nas Figuras 7A - 7C, e em seguida, o licor de filtrado da CCE 1016. Depois, na etapa 1035, uma segunda parte do licor negro quente 1017 é introduzida dentro do digestor, como descrito na Figura 8.

Em uma próxima etapa 1040, uma segunda lixívia branca 1019 é adicionada ao digestor com propósito de cozimento. Como uma alternativa, a lixívia branca 1019 pode ser substituída por filtrado alcalino da CCE reciclado que é obtido a partir de um processo de lavagem da CCE a jusante, e opcionalmente, concentrado por evaporação ou outro meio. Durante esta fase, como indicado pela etapa 1045, o conteúdo do digestor é aquecido por vapor de água ou outro meio, até uma temperatura de cozimento apropriada; esta temperatura é mantida em uma etapa de cozimento 1050 por um período apropriado para conseguir deslignificação da polpa de madeira no digestor. A temperatura de cozimento pode ser na faixa entre 140 e 180 °C, e é, de preferência, na faixa entre 150 e 160 °C, embora pudesse ser qualquer temperatura apropriada. O aquecimento pode ser durante um período de 10 a 30 minutos ou outro período apropriado. O digestor é mantido na temperatura de cozimento por um período apropriado para o processo de cozimento, tal como entre 15 e 120 minutos. A faixa de temperatura e o tempo de cozimento

30/42 são genericamente escolhidos para o fator H alvo, como descrito anteriormente.

Depois do cozimento, como indicado pela etapa 1055, um licor negro diluído 1034 em geral da etapa de lavagem da pasta parda é introduzido no digestor, e o conteúdo de polpa é descarregado para processamento a jusante. Depois, o digestor é descarregado e pode ser lavado e limpado, como indicado pela etapa 1060 e a próxima batelada de cavacos de madeira pode ser processada da mesma maneira, como indicado pela etapa 1070.

EXEMPLOS

Os processos de modalidades da presente invenção são demonstrados nos exemplos que se seguem. Os resultados analíticos descritos nos exemplos são obtidos usando o processo genérico ilustrado na Figura 11, que lista uma série de etapas realizadas genericamente de acordo com o fluxo do processo 1000 da Figura 10, e estão descritas com relação a um digestor em escala de bancada com um volume de aproximadamente 20 litros para simular um processo industrial. As diferenças entre o procedimento ilustrado na Figura 11 e os exemplos específicos estão explicados mais detalhadamente abaixo.

Como indicado na Figura 11, o processo normalmente começa com um aquecimento a vapor de água do digestor por 30 minutos para atingir a temperatura e umidade inicial no digestor, junto com a adição de cavacos de madeira (neste caso, eucalipto) ao digestor; embora no caso de um laboratório nenhum adensamento a vapor de água possa ser necessário. O digestor é então aquecido ainda mais fornecendo vapor de água para o digestor, por um período de aproximadamente 60 minutos até atingir a temperatura de 165 °C. Uma etapa de pré-hidrólise é então conduzida, por exemplo, por aproximadamente 40 minutos em uma temperatura de 165 °C. Depois, em alguns exemplos, um filtrado alcalino da CCE ou uma primeira base de lixívia branca é adicionada como parte de um processo de neutralização. Este processo dura aproximadamente 15 minutos e é conduzido em uma temperatura de aproximadamente 150 °C. A seguir, um

31/42 primeiro licor negro quente é adicionado para encher o restante do digestor. A introdução do primeiro licor negro quente dura aproximadamente 15 minutos é é conduzida em uma temperatura de 140 °C. A seguir, um segundo licor negro quente é adicionado ao digestor durante uma etapa de deslocamento, que é conduzida por 23 minutos em uma temperatura de aproximadamente 146 °C. Estas duas etapas de adição de licor negro quente representam coletivamente um enchimento de licor quente seriam conduzidas em uma operação industrial. A seguir, uma lixívia branca ou filtrado alcalino da CCE é adicionado para terminar o processo de deslocamento, iniciando a fase de cozimento. Caso necessário, algum licor negro quente pode ser alimentado para o digestor. Esta misturação de lixívia branca (ou filtrado alcalino da CCE) e licor negro quente pode ser conduzida, por exemplo, por 12 minutos em uma temperatura de aproximadamente 152 °C e uma pressão de 10,0 bar. Para a etapa de cozimento, o licor é circulado através do digestor em uma vazão de aproximadamente 3 litros por minuto durante 3 minutos em uma pressão ligeiramente reduzida de 9,1 bar. O conteúdo do digestor é então aquecido de volta, por exemplo, até aproximadamente 160 °C durante um período de 14 minutos, e depois mantido nesta temperatura durante um período de cozimento apropriado de cerca de, por exemplo, 23 minutos. A seguir, um licor diluído é introduzido como um licor de deslocamento e o conteúdo do digestor é descarregado para processamento a jusante. O licor diluído continua a ser introduzido em uma vazão de um litro por minuto e é circulado no digestor por um período suficiente. O digestor é então descarregado, e pode ser lavado e limpado para ficar pronto para uma nova batelada.

As Figuras 13A e 13B são tabelas que resumem várias condições do processo e resultados de acordo com os Exemplos 2-9 descritos abaixo. Particularmente, a Figura 13A ilustra as condições do processo e parâmetros para os vários exemplos diferentes e a Figura 13B ilustra os resultados correspondentes na forma tabular.

EXEMPLO 1

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Processo Kraft usando uma combinação de lixívia branca e licores negros quentes na etapa de neutralização e cozimento.

De acordo com um primeiro exemplo, um digestor em escala da bancada de 20 litros é preaquecido com vapor de água até 120 °C durante um período de 30 minutos. 4.700 gramas de material orgânico que contém polpa secado em forno, tal como eucalipto ou outro cavaco de madeira é adicionado ao digestor. As operações sequenciais em laboratório seguem a Figura 11. O digestor é aquecido até 165 °C durante um período de 60 minutos e mantido a 165 °C por mais 40 minutos para completar o estágio de pré-hidrólise. 4,51 litros de primeira lixívia branca (WL1) com um álcali efetivo de 124,7 g de NaOH por litro são adicionados ao digestor durante quinze minutos em uma temperatura de 150 °C. O cálculo do fator H começa neste ponto. Depois, 10,8 litros de um primeiro licor negro quente (“HBL1”) com um álcali efetivo de 25,3 g de NaOH por litro são adicionados durante 15 minutos em uma temperatura de 140°C para completar a etapa de neutralização. 10,0 litros de um segundo licor negro quente (“HBL2”) com um álcali efetivo de 25,3 g de NaOH por litro são então adicionados ao digestor para deslocar HLB1 e WL1 gastos durante um período de 23 minutos em uma temperatura de 146 °C, e em seguida, adição do licor de cozimento que consiste em uma mistura de 1 litro de HBL2 e 4,16 litros de uma segunda lixívia branca (WL2) com uma concentração de álcali efetivo de 124,7 g de NaOH por litro adicionados durante um período de 12 minutos a 10 bar e 152 °C. Um parâmetro significativo do processo durante esta série de operações na carga de álcali efetivo total, que é expresso genericamente em termos de porcentagem de álcali no peso de cavacos de madeira (base seca) que é calculada considerando o volume inteiro de licores adicionados e suas respectivas concentrações. Para este exemplo, a carga de álcali efetivo equivalente total sobre a madeira é 12% de álcali efetivo (EA) como NaOH para a fase de neutralização, e 11% de álcali efetivo (EA) como NaOH para a fase de cozimento. As amostras de WL1 e HBL1 deslocados depois da etapa de neutralização (o “Neutralizado”) são coletadas para medir e acompanhar o comportamento do pH, tipicamente a partir do início da operação de

33/42 deslocamento até o final desta operação. O licor deslocado é coletado para recuperação posterior.

O licor de cozimento, que compreende HBL2 e WL2, é circulado em uma vazão de 3 litros por minuto durante 3 minutos sob uma pressão de 9,1 bar. O digestor é então aquecido até 160°C durante um período de 14 minutos, e mantido a 160 °C por mais 23 minutos. Uma alíquota da mistura da reação é retirada para medir a concentração de NaOH no final da reação (“EoC”). A EoC é de aproximadamente 23,3 g de NaOH por litro.

O digestor é então resfriado e a mistura da reação é lavada duas vezes com uma solução cáustica diluída. Cada lavagem usa 15 litros de uma solução aquosa que contém aproximadamente 0,2 g de NaOH por litro de uma solução de licor diluída (“DL). O licor gasto depois da primeira lavagem contém aproximadamente 21,9 g de NaOH por litro, e pode ser usado para preparar uma próxima batelada de licor negro quente. O licor gasto depois da segunda lavagem contém aproximadamente 13,0 g de NaOH por litro e é combinado com o Neutralizado. O licor combinado tem um álcali efetivo (EA) de 6,4 g de NaOH por litro (equivalente a 3,88% de NaOH). Na fábrica, esta mistura pode ser evaporada para formar uma solução cáustica mais concentrada para queima na caldeira de recuperação.

O digestor em escala de bancada de laboratório é limpado primeiramente circulando DL (licor diluído) através do digestor a 1 litro por minuto durante 10 minutos, e depois lavado duas vezes, primeiro com 33 litros de água pura e depois com 45 litros de água pura. O licor de lavagem gasto da primeira lavagem contém aproximadamente 0,9 g de NaOH por litro e pode ser usado para preparar a próxima batelada de licor diluído (DL).

A pasta parda resultante apresenta um número Kapa de 11,9, uma viscosidade de 1.117 ml/g, uma solubilidade S10 de 3,54% e uma solubilidade S18 de 2,7%. A reação tem um rendimento de 39,8%. Quando peneirada, a mistura tem uma taxa de rejeição de 0,4%, resultando em um rendimento da peneiração de 39,4%. O fator H para a reação é 333.

A Figura 12 é um gráfico que representa o pH e as concentrações de álcali efetivo do Neutralizado tiradas de várias amostras,

34/42 indicando o nivelamento do teor de álcali, sinalizando finalização geral do estágio de cozimento.

EXEMPLO 2

Processo Kraft usando lixívia branca na etapa de neutralização e cozimento.

De acordo com um segundo exemplo, o mesmo processo de fabricação de polpa descrito no Exemplo 1 é repetido usando lixívia branca nas fases de neutralização e também cozimento. O Neutralizado tem um pH de 10,2, e o licor de cozimento final tem uma EoC de 26,7 g de NaOH por litro. O fator P para a pré-hidrólise é 310 e o fator H para a reação de cozimento é 394. Para este exemplo, a carga de álcali efetivo equivalente total sobre a madeira são, respectivamente: 12% de álcali efetivo (EA) como NaOH para a fase de neutralização e 11% de EA como NaOH para a fase de cozimento.

A pasta parda resultante apresenta um Número Kapa de 10,3, uma viscosidade de 988 ml_/g, uma solubilidade S10 de 3,6% e uma solubilidade S18 de 2,7%. A reação tem um rendimento de 39,3%. Quando peneirada, a mistura tem uma taxa de rejeição de 0,13%, resultando em um rendimento da peneiração de 39,1%.

EXEMPLO 3

Processo Kraft usando CCE 54 na etapa de neutralização e lixívia branca na etapa de cozimento, respectivamente.

De acordo com um terceiro exemplo, o mesmo processo de fabricação de polpa descrito no Exemplo 1 é repetido, exceto que a lixívia branca para a neutralização é substituída por um filtrado da CCE tendo um álcali fetivo (EA) de 54 g de NaOH por litro (“CCE54”). O neutralizado tem um pH de 8,6, e a mistura de cozimento tem uma EoC de 23,5 g de NaOH por litro. O fator P para a pré-hidrólise é 300, e o fator H para a reação de cozimento é 364. Para este exemplo, a carga de álcali efetivo equivalente total sobre a madeira é, respectivamente: 12% de álcali efetivo (EA) como NaOH para a fase de neutralização e 11% de EA como NaOH para a fase de cozimento.

A pasta parda resultante apresenta um Número Kapa de 11,0, uma viscosidade de 1.059 mL/g, uma solubilidade S10 de 4,0% e uma

35/42 solubilidade S18 de 3,1%. A reação tem um rendimento de 40,3%. Quando peneirada, a mistura tem uma taxa de rejeição de 0,16%, resultando em um rendimento da peneiração de 40,2%.

EXEMPLO 4

Processamento Kraft usando CCE54 na etapa de neutralização e cozimento

De acordo com um quarto exemplo, o mesmo processo de fabricação de polpa descrito no Exemplo 1 é repetido, exceto que CCE54 substitui a lixívia branca na etapa de neutralização e também de cozimento. O neutralizado tem um pH de 11,0, e a mistura de cozimento tem uma EoC de 18.5 g de NaOH por litro. O fator P para a pré-hidrólise é 297 e o fator H para a reação de cozimento é 419. Para este exemplo, a carga de álcali efetivo equivalente total sobre a madeira é respectivamente: 12% de EA como NaOH para a fase de neutralização e 11% de EA como NaOH para a fase de cozimento.

A pasta parda resultante apresenta um Número Kapa de 10,8, uma viscosidade de 1.118 ml_/g, uma solubilidade S10 de 4,5% e uma solubilidade S18 de 3,6%. A reação tem um rendimento de 40,4%. Quando peneirada, a mistura tem uma taxa de rejeição de 0,09%, resultando em um rendimento da peneiração de 40,3%.

EXEMPLO 5

Processamento Kraft usando lixivia branca “fraca” na etapa de neutralização e cozimento.

De acordo com um quinto exemplo, o mesmo processo de fabricação de polpa descrito no Exemplo 1 é repetido, exceto que uma lixívia branca com EA de 54 g NaOH por litro (“WL54”) na etapa de neutralização e também de cozimento. O neutralizado tem um pH de 11,3, e a mistura de cozimento tem uma EoC de 18.8 g de NaOH por litro. O fator P para a pré-hidrólise é 300 e o fator H para a reação de cozimento é 429. Para este exemplo, a carga de álcali efetivo equivalente total sobre a madeira é respectivamente: 12% de EA como NaOH para a fase de neutralização e 11% de EA como NaOH para a fase de cozimento.

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A pasta parda resultante apresenta um Número Kapa de 11,2, uma viscosidade de 1.158 mL/g, uma solubilidade S10 de 3,7% e uma solubilidade S18 de 3,1%. A reação tem um rendimento de 40,2%. Quando peneirada, a mistura tem uma taxa de rejeição de 0,12%, resultando em um rendimento da peneiração de 40,0%.

Uma comparação da solubilidade S18 nos Exemplos 2 e 5 sugere que a concentração mais alta de álcali pode ajudar a suprimir a redeposição de hemicelulose na etapa de cozimento. Uma comparação dos resultados nos Exemplos 3, 4 e 5 sugere que o uso do filtrado da CCE tem um impacto negativo sobre o teor de hemicelulose no produto final. Para reduzir ainda mais o teor de hemicelulose e ao mesmo tempo maximizar a utilização de filtrados da CCE, os experimentos que seguem foram realizados. EXEMPLO 6

Processo Kraft usando CCE60 na etapa de neutralização e cozimento.

De acordo com um sexto exemplo, o mesmo processo de fabricação de polpa descrito no Exemplo 1 é repetido, exceto que um filtrado da CCE com um EA de 60 g de NaOH por litro (“CCE60”) substitui lixívia branca na etapa de neutralização e também cozimento. A temperatura de cozimento devido à carga mais alta de álcali na fase de cozimento é baixada de 160 para 155 °C, mas o tempo de cozimento é correspondentemente aumentado. O neutralizado tem um pH de 11,2, e a mistura de cozimento tem uma EoC de 24,5 g de NaOH por litro. O fator para a pré-hidrólise é 272, e o fator H para a reação de cozimento é 389. Para este exemplo, a carga de álcali efetivo equivalente total sobre a madeira é respectivamente: 12% de EA como NaOH para a fase de neutralização e 12,5% de EA como NaOH para a fase de cozimento.

A pasta parda resultante apresenta um Número Kapa de 11,4, uma viscosidade de 1.155 mL/g, uma solubilidade S10 de 4,6% e uma solubilidade S18 de 3,6%. A reação tem um rendimento de 40,7%. Quando peneirada, a mistura tem uma taxa de rejeição de 0,07%, resultando em um rendimento da peneiração de 40,6%. Embora a CCE60 permita que a temperatura de cozimento seja reduzida em 5 °C, o tempo de cozimento e

37/42 carga de álcali para cozimento são aumentados e o teor de hemicelulose na pasta parda não é reduzido em comparação com o processo que usa CCE54. EXEMPLO 7

Processo Kraft usando CCE60 na etapa de neutralização e uma combinação de CCE60 e HBL40 na etapa de cozimento, respectivamente.

De acordo com um sétimo exemplo, o mesmo processo de fabricação de polpa descrito no Exemplo 6 é repetido, exceto que um licor negro quente altamente concentrado com um EA de 40,0 g por litro (HBL40) é usado na etapa de cozimento. Neste exemplo, a carga de álcali total na etapa de cozimento é aumentada para 13,0% por causa do uso de mais licor negro altamente concentrado (HBL40) como uma parte do licor de cozimento.

Além disso, embora a temperatura de cozimento seja também de 155 °C como no Exemplo 6, o tempo de cozimento é mais curto e comparável com o tempo de cozimento nos Exemplos 2-5, onde o cozimento é realizado a 160 °C. Como conseqüência, o fator H para a reação de cozimento é mais baixo a 377. O Neutralizado tem um EA de 3,1 g de NaOH por litro, e a mistura de cozimento tem uma EoC de 29,5 g de NaOH por litro. O fator P para a pré-hidrólise é 301. Para este exemplo, a carga de álcali efetivo equivalente total sobre a madeira é respectivamente: 12% de EA como NaOH para a fase de neutralização e 13% de EA como NaOH para a fase de cozimento.

A pasta parda resultante apresenta um Número Kapa de 10,3, uma viscosidade de 1.107 ml_/g, uma solubilidade S10 de 4,1% e uma solubilidade S18 de 3,1%. A reação tem um rendimento de 40,1%. Quando peneirada, a mistura tem uma taxa de rejeição de 0,09%, resultando em um rendimento da peneiração de 40,0%. Em comparação com o Exemplo 6, um teor mais baixo de hemicelulose evidenciado pela solubilidade S18 é observado. Assim sendo, o uso de uma concentração de álcali mais alta e uma combinação de fluidos alcalinos na etapa de cozimento parece resultar em teor reduzido de hemicelulose.

EXEMPLO 8

Processo Kraft usando uma CCE70 na etapa de neutralização e cozimento.

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De acordo com um oitavo exemplo, o mesmo processo de fabricação de polpa descrito no Exemplo 7 é repetido, exceto que um filtrado da CCE que tem um EA de 70 g de NaOH por litro (“CCE70”) é usado na etapa de neutralização e uma combinação de CCE70 e HBL40 é usada na etapa de cozimento. Além disso, a carga de álcali efetivo na fase de cozimento é 15%.

O Neutralizado tem um pH de 11,6, e a mistura de cozimento tem uma EoC de 36,1 g de NaOH por litro. O fator P para a pré-hidrólise é 304 e o fator H para a reação de cozimento é 301. A pasta parda resultante apresenta um Número Kapa de 11,0, uma viscosidade de 1.119 mL/g, uma solubilidade S10 de 4,0% e uma solubilidade S18 de 2,9%. A reação tem um rendimento de 40,0%. Quando peneirada, a mistura tem uma taxa de rejeição de 0,13%, resultando em um rendimento da peneiração de 39,9%. Em comparação com os Exemplos 6 e 7, um teor mais baixo de hemicelulose como evidenciado pela solubilidade S18 também é observado. Isto reforça que o uso de uma concentração mais alta de álcali e uma combinação de fluidos alcalinos na etapa de cozimento parece resultar em teor reduzido de hemicelulose.

EXEMPLO 9 Processo Kraft usando base de lixívia branca.

De acordo com um nono exemplo, o mesmo processo de fabricação de polpa descrito no Exemplo 7 é repetido, exceto que para a etapa de neutralização a CCE60 é substituída por um primeiro volume de lixívia branca com um EA de cerca de 125 g de NaOH por litro na forma de uma base de lixívia branca como descrito anteriormente, e em seguida, o filtrado da CCE (CCE60). A carga de álcali efetivo na etapa de neutralização é aumentada de 12% para 16% (4% devido à base de lixívia branca). Como conseqüência, a carga de álcali efetivo na fase de cozimento é reduzida de 13% para 11%.

O Neutralizado tem um EA de 4,5 g de NaOH por litro, e a mistura de cozimento tem uma EoC de 31,7 g de NaOH por litro. O fator P para a pré-hidrólise é 303 e o fator H para a reação de cozimento é 367.

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A pasta parda resultante apresenta um Número Kapa de 9,7, uma viscosidade de 1.103 mL/g, uma solubilidade S10 de 4,0% e uma solubilidade S18 de 3,0%. A reação tem um rendimento de 39,9%. Quando peneirada, a mistura tem uma taxa de rejeição de 0,03%, resultando em um rendimento da peneiração de 39,9%. Um teor mais baixo de hemicelulose é evidenciado pela solubilidade S18 também é observado. O grau de deslignificação medido como Número Kapa (KN) é mais baixo para o mesmo nível de viscosidade (cerca de 1.100 mL/g) o que indica uma melhor seletividade do processo, como refletido pela relação entre viscosidade e Número Kapa.

Uma comparação dos resultados nos Exemplos 2 a 9 (como resumido nas tabelas ilustradas nas Figuras 13A-13B) sugere que a redeposição de hemiceluloses pode ser reduzida através do uso de uma base de lixívia branca na etapa de neutralização e o uso de uma combinação de filtrado da CCE e licor negro com contração mais alta na etapa de cozimento. Além disso, o uso de licor negro com concentração mais alta resulta em carga mais alta de álcali efetivo, o que é desejável, pois isto freqüentemente, leva a uma melhor seletividade de deslignificação (número Kapa mais baixo para o mesmo nível de viscosidade). O uso de uma base de lixívia branca e uma combinação de filtrado da CCE e licor negro quente mais concentrado pode resultar também em temperatura reduzida de cozimento com nenhum efeito adverso sobre o tempo de cozimento ou qualidade da polpa. Outros experimentos em escalas industriais são realizados para confirmar os benefícios da invenção.

EXEMPLO 10

Processo Kraft em Escala Industrial com e sem Base de Lixívia Branca.

Um processo de cozimento Kraft é realizado como descrito genericamente nas Figuras 4 e 5. Uma etapa de neutralização convencional é realizada como ilustrado nas Figuras 6A e 6B, e um processo aperfeiçoado usando uma base de lixívia branca é realizado como ilustrado nas Figuras 7A - 7C. No processo aperfeiçoado, 40 metros cúbicos de lixívia branca com um nível de álcali efetivo (EA) de 110 g de NaOH por litro (WL110) são

40/42 bombeados primeiramente para dentro do digestor em uma vazão de 180 m³/hora no início de etapa de neutralização (um período de enchimento de 13 minutos), e em seguida, 72,9 metros cúbicos de filtrado da CCE com um nível de álcali efetivo (EA) de aproximadamente 60 gramas de NaOH por litro. A 5 concentração do filtrado da CCE do processo de lavagem da CCE (por exemplo, processo 424 na Figura 4) foi neste caso ajustada de 53 - 55 gramas de NaOH por litro para 60 gramas de NaOH por litro adicionando lixívia branca concentrada, um processo que pode ser referido como enriquecimento com lixívia branca. Depois da etapa de neutralização, e 10 seguindo a seqüência operacional do digestor descrita na Figura 10, primeiramente um volume de licor negro quente com um nível de álcali efetivo (EA) de aproximadamente 45 gramas de NaOH por litro (HBL45), e depois um volume de filtrado alcalino da CCE com um nível de álcali efetivo (EA) de 60 gramas de NaOH por litro são adicionados para deslocar o licor de 15 neutralização gasto. Os cavacos de madeira são então cozidos em uma temperatura de aproximadamente 150 - 153 °C para atingir o fator H alvo.

Pequenos ajustes das condições de cozimento foram feitos para atingir uma viscosidade-alvo.

As várias condições experimentais e a qualidade da polpa 20 resultante estão resumidas na Tabela 1 abaixo.

Tabela 1

Entrada	Condições de Cozimento	Qualidade da Polpa
Base de Lixívia Branca Usada?	Concentração do Filtrado da CCE (g de NaOH/L)	Concentração do Licor Negro Quente (g de NaOH/L)	Fator H	Temperatura de Cozimento (°C)	N^e Kapa	Viscosidade	S18 Depois do Cozimento
1	Não	62,6	45	200	153	10,7	1.013	3,6
2	Não	63,4	45	200	151	10,2	1.028	3,7
3	Sim	67.7	45	200	151	8,5	921	2,9
4	Sim	63,5	45	175	151	8,5	942	3,1
5	Sim	62,2	45	150	151	8,8	1.025	3,1
6	Sim	63,7	45	125	151	11,2	1.074	3,2
7	Sim	63,4	45	150	152	9,9	953	3,0

41/42

8	Sim	61,0	45	140	152	10,5	1.031	2,7
9	Sim	61,8	45	125	152	10,4	1.033	3,0
10	Sim	58,6	45	125	150	10,6	1.031	3,0

Como ilustrado pelos resultados acima, o uso de uma base de lixívia branca antes da adição do filtrado da CCE na etapa de neutralização resulta em redeposição reduzida de hemicelulose sobre as fibras, como evidenciado pela solubilidade S18 inferior na polpa resultante (comparando as 5 entradas 1-2 com as entradas 3-10 na Tabela 1). Sem a base de lixívia branca, a solubilidade S18 permanece em 3,6% ou acima. O uso de uma base de lixívia branca, opcionalmente com filtrado da CCE e licor negro, bem como enriquecimento da lixívia branca durante a neutralização e cozimento, permite atingir simultaneamente uma solubilidade S18 de aproximadamente 10 3,0% ou menos com um número Kapa de aproximadamente entre 10 e 11 (embora mais amplamente o valor do número Kapa possa ficar na faixa entre cerca de 8 e 12, dependendo dos parâmetros do processos), e produz genericamente uma polpa de qualidade mais alta em comparação com as técnicas convencionais.

A Figura 14 é um gráfico de S18 versus número Kapa para um processo de acordo com uma modalidade aqui descrita, baseado nas quantidades usadas para uma operação industrial (similarmente às quantidades descritas para os processos de cozimento explicados nas Figuras 6 - 9). Como ilustrado na Figura 14, o valor de S18 (em porcentagem) e número Kapa para um processo de cozimento convencional está ilustrado pela linha 1405, enquanto que o os valores de S18 e número Kapa para um processo que usa base de lixívia branca como aqui detalhado estão ilustrados pela linha 1410. Os valores quando se usa a base de lixívia branca são superiores. Particularmente, o processo baseado nas modalidades aqui 25 descritas pode produzir um valor de S18 na faixa de 3,0, indicando um baixo teor de hemicelulose residual.

Os valores de número Kapa e os valores de solubilidade fornecidos acima representam as características após o cozimento da pasta parda, antes da extração cáustica a frio e branqueamento a jusante. Depois

42/42 que a extração cáustica a frio convencional for realizada, o número Kapa seria genericamente reduzido para aproximadamente 7 a 9, e a solublidade S18 pode ser abaixo de 1,7% e pode atingir a faixa de 1,5%. Estes valores representam uma polpa altamente purificada com um teor de alfa-celulose de aproximadamente 97,5% antes do branqueamento, e tendo características de viscosidade favoráveis, atingidos de uma maneira que é eficiente e custo mais baixo do que os métodos convencionais para realizar um processamento de polpa de alta qualidade.

Além disso, o uso de uma base de lixívia branca como aqui descrito pode evitar ou reduzir o choque de pH durante o estágio de neutralização, pois quando o licor do filtrado da CCE rico em hemiceluloses encontra os cavacos, eles já estarão neutralizados pela lixívia branca. A base de lixívia branca aumenta genericamente o pH dos cavacos de madeira ou outro material orgânico quando ele fica absorvido dentro das lacunas dos cavacos. A base de lixívia branca eleva o pH dos cavacos ou outro material similar depois do estágio de pré-hidrólise, mas antes que o licor de filtrado da CCE enriquecido com hemiceluloses encontra pela primeira vez os cavacos. Por este efeito, o choque de pH é evitado ou minimizado, e as hemiceluloses do filtrado da CCE reciclado pode permanecer na solução ao invés de ser absorvido ou depositado sobre a polpa. Isto, por sua vez, aumenta a pureza da pasta parda de polpa e finalmente leva a um produto final com pureza mais alta.

Embora modalidades preferidas da invenção tenham sido aqui descritas, muitas variações são possíveis e elas permanecem dentro do conceito e âmbito da invenção. Tais variações ficariam evidentes para os versados nessas técnicas depois de inspeção do relatório descritivo e dos desenhos. A invenção, portanto, não deve estar restrita exceto dentro do espírito e âmbito das reivindicações apensadas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para processar material orgânico que contém polpa, que sofreu pré-hidrólise em um reator, caracterizado pelo fato de que a préhidrólise compreende o aquecimento do material orgânico que contém polpa, como parte de um processo Kraft para produção de polpa dissolvida, compreendendo:

- adicionar uma primeira quantidade de lixívia branca (1015) ao reator, como um primeiro fluido de neutralização para encher apenas parcialmente o reator com o lixívia branca, onde o fluido de neutralização é adicionado a uma temperatura entre 120° C e 160° C;

- depois de adicionar a primeira quantidade de lixívia branca, adicionar uma solução alcalina compreendendo um filtrado alcalino da extração cáustica a frio (1016) para o reator para formar um fluido de neutralização completo;

- deslocar o fluido de neutralização com um fluido de cozimento (1017, 1019) apropriado para realizar o cozimento Kraft;

- cozer (1050) o material orgânico que contém polpa no reator; e

- descarregar a polpa cozida do reator.

2/3 efetivo.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um licor negro quente (1017) é usado como um dos fluidos de cozimento na etapa de cozimento (1015) em conjunto com o filtrado alcalino de extração cáustica a frio.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o licor negro quente (1017) tem um nível de álcali efetivo entre 38 e 50 gramas de NaOH por litro.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o licor negro quente (1017) tem um nível de álcali efetivo entre 40 e 45 gramas de NaOH por litro.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o licor negro quente (1017) é enriquecido com lixívia branca (1019) para aumentar sua concentração de álcali efetivo.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de submeter a polpa cozida a extração cáustica a frio, após o que é produzida uma polpa purificada tendo um teor alfa maior que 97%.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a polpa purificada tem um número kapa entre 7 e 9.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira quantidade de lixívia branca (1015) fornece pelo menos 10% da carga de álcali efetiva total aplicada na fase de neutralização (1030).

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira quantidade de lixívia branca (1015) fornece entre 13% e 25% da carga de álcali efetiva total aplicada na fase de neutralização (1030).

15. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a lixívia branca (1015) adicionada ao digestor como um fluido de neutralização eleva o nível de pH dentro do digestor e reduz o choque de pH de adição da solução alcalina compreendendo o filtrado alcalino de

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a lixívia branca (1015) tem um nível de álcali efetivo entre 100 e 130 gramas de NaOH por litro.

3/3 extração cáustica a frio (1016) quando completa o fluido de neutralização.

16. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material orgânico que contém polpa é derivado de uma madeira de fibra curta.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de cozimento compreende um filtrado alcalino de extração cáustica a frio (1016) como um substituto para a lixívia branca.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o filtrado alcalino de extração cáustica a frio (1016) tem um nível de álcali efetivo entre 50 e 75 gramas de NaOH por litro.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o filtrado alcalino de extração cáustica a frio (1016) tem um nível de álcali efetivo entre 60 e 68 gramas de NaOH por litro.

6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o filtrado alcalino de extração cáustica a frio (1016) é enriquecido com lixívia branca para aumentar sua concentração de álcali

5 17. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material orgânico que contém polpa é derivado de uma espécie de Eucalipto.