ES2614635T3

ES2614635T3 - Blanqueamiento de pasta con dióxido de cloro casi neutro

Info

Publication number: ES2614635T3
Application number: ES07710613.6T
Authority: ES
Inventors: Zhi-Hua Jiang; Richard Mckinnon Berry
Original assignee: FPInnovations
Current assignee: FPInnovations
Priority date: 2006-03-13
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2027-02-12
Also published as: EP1996762A4; US8470132B2; CA2643093C; BRPI0708794B1; WO2007104128A1; EP1996762A1; EP1996762B8; CA2643093A1; BRPI0708794A2; EP1996762B1; US20090101296A1; PT1996762T

Abstract

Un proceso de deslignificación de una pasta lignocelulósica en una suspensión acuosa, en el que la deslignificación se lleva a cabo con dióxido de cloro al menos en una etapa de blanqueamiento final de una secuencia de blanqueamiento de múltiples etapas, en el que dicha etapa de blanqueamiento final se lleva a cabo a un pH tamponado en una región neutra, siendo el pH tamponado establecido mediante la generación in situ de bicarbonato en dicha suspensión de pasta desde un agente alcalino y la aplicación de dióxido de carbono a la suspensión.

Description

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DESCRIPCION

Blanqueamiento de pasta con dioxido de cloro casi neutro Campo tecnico

La presente invencion se refiere a un metodo de blanqueamiento de un material lignocelulosico, y mas particularmente, a un metodo de mejora del rendimiento del dioxido de cloro en el proceso de blanqueamiento de la pasta lignocelulosica.

Antecedentes de la tecnica

La eliminacion de la lignina de materiales lignocelulosicos tales como la pasta qmmica se realiza mediante una aplicacion de multiples etapas de productos qmmicos de blanqueamiento. El dioxido de cloro es la sustancia qmmica de eleccion, porque reacciona rapida y selectivamente con la lignina, y no reacciona de forma significativa con los hidratos de carbono. Una secuencia de blanqueamiento tfpica usa una etapa de deslignificacion con dioxido de cloro (indicada como Do), una etapa de extraccion alcalina en la que, comunmente, se anaden el gas oxfgeno y el peroxido (indicada como Eop), y un procedimiento de abrillantamiento final que puede comprender una etapa de dioxido de cloro (indicada como D) o dos etapas de dioxido de cloro (indicadas como D1 y D2, respectivamente) con o sin una etapa de extraccion intermedia.

Una etapa de blanqueamiento con dioxido de cloro final, tal como D o D2 normalmente se lleva a cabo a una temperatura entre 55 y 85 °C con un tiempo de retencion de entre 2 y 4 horas, y una consistencia de entre el 8 y 15%. El pH normalmente se ajusta con hidroxido de sodio o acido sulfurico antes de que el dioxido de cloro proporcione un pH final de entre 3,5 y 4,0.

La tecnica anterior muestra que el desarrollo del brillo maximo se logra manteniendo el pH durante la etapa de abrillantamiento final muy cerca de neutro (de 5,0 a 7,0). Se ha demostrado en el laboratorio que, usando tampones solubles tales como dihidrogeno fosfato de potasio, se alcanza el brillo maximo a un pH de entre 5,0 y 6,5 [1]. La patente canadiense n.° 756.967 desvela un proceso para el blanqueamiento con dioxido de cloro neutro, en el que se mantienen las condiciones neutras mediante la adicion de carbonatos, oxidos de materiales alcalinoterreos, o bicarbonatos de metales alcalinos o alcalinoterreos que son de solubilidad suficientemente limitada [2]. Ninguno de estos procesos se practica a nivel comercial. Los tampones solubles, tales como el dihidrogeno fosfato de potasio son demasiado caros para la aplicacion industrial, mientras que el manejo de tampones poco solubles, tales como el bicarbonato de sodio es diffcil. Por estas razones, la practica industrial actual consiste en ajustar el pH al comienzo de la etapa, ya sea con una base o un acido soluble para proporcionar un pH final de entre 3,5 y 4,0, que se ha informado como el pH final optimo en condiciones no tamponadas [3,4].

El documento WO 00/73576 A1 describe el blanqueamiento de la lignina presente en fibras de pasta en un medio acuoso tal como una suspension de pasta. La divulgacion tambien se refiere a un proceso para la produccion de papel o carton a partir de pasa que contiene dicha lignina blanqueada. Ademas, de acuerdo con la divulgacion, se usa dioxido de carbono para el blanqueamiento de la lignina.

El documento WO 01/75220 A1 describe un proceso para el blanqueamiento de una pasta lignocelulosica acuosa en condiciones acidas en la planta de blanqueamiento de una fabrica de pasta. La pasta blanqueada se usa para la produccion de papel o pasta. La selectividad del agente de blanqueamiento hacia las reacciones primarias con lignina es potenciada por el uso de un dioxido de carbono que proporciona el medio en la pasta.

El documento GB 815 247 A desvela un proceso de blanqueamiento de pastas de madera.

Divulgacion de la invencion

Es un objeto de la presente invencion proporcionar un procedimiento mejorado para la deslignificacion de una pasta lignocelulosica segun lo definido en la presente reivindicacion 1.

Es un objeto espedfico de la presente invencion proporcionar una mejora en una etapa de blanqueamiento con dioxido de cloro final, tal como D o D2, en la deslignificacion de una pasta lignocelulosica, aumentando el brillo antes y/o despues de la aplicacion del agente de blanqueamiento fluorescente (FWA) o el agente abrillantador optico (OPA) con la misma carga de dioxido de cloro y FWA u OPA.

Es otro objeto espedfico de la presente invencion proporcionar una mejora en una etapa de blanqueamiento con dioxido de cloro final, como D o D2, en la deslignificacion de una pasta lignocelulosica, manteniendo el brillo antes y/o despues de la aplicacion del agente de blanqueamiento fluorescente (FWA) o el agente de abrillantamiento optico (OPA) con una carga de dioxido de cloro menor en la etapa final o en etapas anteriores y/o una carga menor de FWA u OPA.

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En un aspecto de la invencion, se proporciona, en un proceso de deslignificacion de una pasta lignocelulosica en una suspension acuosa en la que se lleva a cabo la deslignificacion con dioxido de cloro al menos en una etapa de blanqueamiento final, la mejora en la que dicha etapa de blanqueamiento final se lleva a cabo a un pH tamponado en una region neutra, siendo el pH tamponado establecido mediante la generacion in situ de bicarbonato en dicha suspension de pasta a partir de un agente alcalino y dioxido de carbono en la suspension.

En otro aspecto de la invencion, se proporciona un proceso de deslignificacion de una pasta lignocelulosica en una suspension acuosa que comprende las etapas de:

a) blanquear la pasta de dicha suspension, en la que se lleva a cabo un blanqueamiento final con dioxido de cloro a un pH tamponado en una region neutra, en la que el pH tamponado se establece mediante la generacion in situ de bicarbonato en dicha suspension de pasta, a partir de un agente alcalino y dioxido de carbono en la suspension, y

b) abrillantar la pasta blanqueada de la etapa a) con un agente de blanqueamiento fluorescente o un agente abrillantador optico.

Descripcion detallada de la invencion

El proceso de la invencion potencia la eficacia del blanqueamiento con dioxido de cloro del material lignocelulosico y es un proceso en el que la etapa final de blanqueamiento con dioxido de cloro se mantiene a un pH casi neutro mediante la formacion in situ de un tampon poco soluble mediante la aplicacion de un agente alcalino y dioxido de carbono.

La invencion se refiere a la formacion in situ de un tampon poco soluble y al ajuste del pH a casi neutro. El tampon se puede formar mediante la aplicacion de una solucion alcalina, seguida de la aplicacion de dioxido de carbono que, en contacto con la solucion alcalina, forma un tampon de bicarbonato y lleva el pH a casi neutro; o la aplicacion, a una pasta ya alcalina, de dioxido de carbono que, en contacto con la pasta alcalina, forma un tampon de bicarbonato y lleva el pH a casi neutro.

En la presente invencion, la condicion de pH casi neutro se mantiene mediante la adicion de dioxido de carbono a una suspension alcalina de la pasta que se va a blanquear en una etapa final de dioxido de cloro. En algunas condiciones operativas industriales, la suspension de pasta puede ya estar en una forma alcalina, por ejemplo, despues de una etapa de extraccion alcalina. En otras condiciones, puede ser necesario ajustar primero a un pH alcalino la pasta. La cantidad de alcalinidad presente en la pasta debe ser adecuada para producir suficiente bicarbonato cuando se anade dioxido de carbono, para mantener el pH casi neutro durante la adicion del dioxido de cloro acido y la etapa de blanqueamiento con generacion de acido. Los puntos de adicion de bases pueden ser las duchas de lavado, la lavadora de repulpeo, la mezcladora de vapor y la mezcladora qmmica. Los puntos de adicion de dioxido de carbono pueden ser las mezcladoras de vapor y qmmicas.

El metodo preferido de adicion es la inyeccion de gas de dioxido de carbono a la suspension de pasta. Sin embargo, el dioxido de carbono tambien se puede anadir en forma lfquida o solida. El pH inicial, tras la adicion del dioxido de carbono y antes de la adicion de dioxido de cloro, en general, esta en el intervalo de entre 7 y 10, y el pH final es adecuadamente de 4,5 a 7, y preferentemente esta en el intervalo de entre 5 y 6.

Los materiales lignocelulosicos usados en el metodo de la presente invencion pueden ser un material lignocelulosico derivado de la madera y/o no derivado de la madera, y se pueden introducir como chips, obleas, astillas o pastas que se tratan con otros agentes de blanqueamiento conocidos antes de someterlos al blanqueamiento final de dioxido de cloro. Por ejemplo, las etapas de blanqueamiento tfpicas aplicadas a una pasta antes de una etapa final de blanqueamiento con dioxido de cloro pueden ser otra etapa de dioxido de cloro, una extraccion, la deslignificacion con oxfgeno, ozono, peroxido, acido peracetico, la quelacion, la hidrolisis acida o el tratamiento enzimatico, aplicado como una sola etapa o como multiples etapas, con o sin lavado entre las etapas.

Por lo general, el proceso de deslignificacion es un blanqueamiento de multiples etapas, y el dioxido de carbono se anade a la suspension de pasta inmediatamente antes de la etapa final de blanqueamiento con dioxido de cloro.

Por lo general, el blanqueamiento de multiples etapas tiene una secuencia seleccionada de: Do Ex D, Do Ex Di D2, Do Ex DinD2 y Do Ex Di E D2, en la que Ex es E, Eo, Ep o Eop donde n indica la adicion de la base al final de la etapa Di.

El agente alcalino que reacciona con el dioxido de carbono para generar bicarbonato in situ en la suspension de pasta es adecuadamente un hidroxido de un metal alcalino o un metal alcalinoterreo. Los hidroxidos adecuados incluyen hidroxido de litio, hidroxido de sodio, hidroxido de potasio, hidroxido de bario, hidroxido de calcio e hidroxido de magnesio.

El agente de blanqueamiento fluorescente o el agente abrillantador optico anadido a la pasta recuperada del proceso de la invencion puede anadirse directamente a la pasta o a un papel formado a partir de la pasta. En la Referencia 5, se da una descripcion completa de estos tipos de agentes, cuyas ensenanzas se incorporan en el presente

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documento por referencia, pero normalmente los agentes usados en las aplicaciones de pasta y papel se basan en estructuras de estilbeno-triazina o bifenilo. Los agentes adecuados son derivados bistriazinilo de acido 4,4'- diaminoestilbeno-2,2'-disulfonico; 2-(estilbeno-4-il)naftotriazoles; 2-(4-fenilestilbeno-4-il)benzoazoles; bis(azol-2- il)estilbenos; bis(estiril)bencenos, bis(estiril)bifenilos; bis(bencimidazol-2-ilos); 2-(benzofuran-2-il)bencimidazoles; cumarinas, carboestirilos; y alcoxi-naftalimidas.

El proceso de la invencion mejora el brillo de la pasta y tambien proporciona una mejora en la respuesta de la pasta blanqueada al agente de blanqueamiento fluorescente o agente abrillantador optico aplicado posteriormente.

Por lo tanto, en una realizacion ventajosa, el blanqueamiento de la etapa a) se lleva a cabo con una carga reducida de dioxido de cloro, logrando a la vez un brillo en la pasta recuperada de la etapa b) comparable a cuando la deslignificacion se lleva a cabo con una carga completa de dioxido de cloro, en ausencia de la generacion in situ del bicarbonato.

En otra realizacion ventajosa, el abrillantamiento de la etapa b) se lleva a cabo con una carga reducida del agente de blanqueamiento o agente abrillantador, logrando a la vez un brillo en la pasta recuperada de la etapa b) comparable a cuando la deslignificacion se lleva a cabo con una carga completa de agente de blanqueamiento o agente abrillantador.

En otra realizacion ventajosa mas, el proceso de la invencion incluye una etapa de recuperacion de una pasta de la etapa b) que tiene un brillo superior al de un proceso comparable en ausencia de la generacion in situ del bicarbonato.

La solucion de dioxido de cloro usada en el metodo de la presente invencion se puede generar usando procesos conocidos, y puede o no contener cloro u otras especies de cloro. El material lignocelulosico se coloca en un recipiente o contenedor, al que se anade una solucion que contiene dioxido de cloro. La reaccion de blanqueamiento se realiza a una temperatura dentro del intervalo de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 95°C, a una consistencia del 2 al 20 %. La cantidad de dioxido de cloro anadida en la etapa, basandose en el material lignocelulosico secado en horno, puede variar de 0,5 a 20 kg/ton.

En una realizacion preferida de la invencion, las condiciones de la etapa final de dioxido de cloro son una temperatura de 70 °C, una consistencia del 10 % y una carga de dioxido de cloro de entre 1 y 2 kg/ton basandose en el material lignocelulosico secado en horno.

En la presente memoria descriptiva, se entiende que un pH en una region neutra es aquel pH cercano a o pH neutro, mas especialmente de 4,5 a 7 y preferentemente de 5 a 6.

EJEMPLOS

Para desvelar con mayor claridad la naturaleza de la presente invencion, los siguientes ejemplos ilustran la invencion.

Ejemplo 1

Se lavo bien una pasta de celulosa kraft de madera dura deslignificada con oxfgeno y parcialmente blanqueada en una fabrica con una secuencia DgEop en el laboratorio, y se blanqueo con una etapa final de dioxido de cloro. D0 representa una etapa de deslignificacion con dioxido de cloro, mientras que Eop representa una etapa de extraccion alcalina reforzada con oxfgeno y peroxido. El numero kappa de la pasta DgEop era 2,0.

La etapa de blanqueamiento final con dioxido de cloro (D) se llevo a cabo mediante la colocacion de la pasta en un recipiente, y la mezcla de agua calentada apropiadamente en la pasta y el ajuste del pH hasta un valor predeterminado usando hidroxido de sodio (NaOH) o dioxido de carbono, si era necesario, seguido inmediatamente de la adicion rapida de una solucion de dioxido de cloro. La carga de dioxido de cloro anadida a la suspension de pasta se fijo en 1,70 kg por tonelada de pasta secada al horno. La consistencia de la pasta fue del 12,0%, la temperatura de reaccion fue de 70 °C, y el tiempo de reaccion fue de 97 minutos. Despues de la reaccion, se lavo bien la pasta.

TABLA 1

Numero de experimento: 1 2 3 4

kg de NaOH por tonelada de pasta secada al horno: - 0,5 0,14 0,28

kg de CO2 por tonelada de pasta secada al horno: - - 0,14 0,28

kg de H2SO4 por tonelada de pasta secada al horno: 2,5 - - -

pH justo antes de la adicion del CO2: 3,5 11,1 7,9 9,4

pH final: 3,4 6,0 5,3 6,0

Brillo ISO, %: 91,4 91,6 91,9 91,9

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A partir de los resultados de la Tabla I, es muy evidente que hay una ventaja en el brillo frente a la operacion convencional (Experimento 1) que se obtiene usando la aplicacion de una base y dioxido de carbono (Experimented 3 y 4) para tamponar la etapa de brillo final. Tambien es evidente, a partir de la Tabla I, que el logro de un pH final en el intervalo diana sin tamponamiento (Experimento 2) no da el aumento de brillo que es posible a partir del proceso descrito en la presente solicitud. La mejor eficacia del blanqueamiento con dioxido de cloro alcanzando y manteniendo un pH casi neutro se demuestra por el brillo ISO obtenido (91,9 %, Experimento n.° 3 y 4) superior al obtenido en el experimento de control (91,4 %, Experimento n.° 1).

Ejemplo 2

Se blanqueo una pasta de celulosa kraft de madera dura deslignificada con oxfgeno con un numero kappa de 7,6 usando una secuencia DoEopD.

Las etapas Do y D usaron los procedimientos empleados en el Ejemplo 1, pero la carga de dioxido de cloro en la etapa Do se redujo esencialmente cuando se usaron condiciones casi neutras. Las cargas de dioxido de cloro en la secuencia DoEopD fueron los siguientes: 0,62% o 0,85% en la etapa Do para el blanqueamiento casi neutro o convencional, respectivamente, y o,17 % en la etapa D. Otras condiciones de reaccion para la etapa Do fueron: 1o % de consistencia, tiempo de reaccion de 54 minutos, temperatura de reaccion de 6o °C. Otras condiciones de reaccion para la etapa D fueron: consistencia del 12 %, tiempo de reaccion de 97 minutos, temperatura de reaccion de 7o °C. La etapa D se llevo a cabo con y sin la adicion usando dioxido de carbono.

La etapa de extraccion (Eop) se llevo a cabo al 1o% de consistencia en un mezclador de PEG presurizado de laboratorio mantenido a una presion del oxfgeno de o,14 MPa durante los 1o primeros minutos de la reaccion, y a presion atmosferica durante 5o minutos. La temperatura de reaccion se mantuvo a 75 °C y la carga de NaOH y peroxido fue del o,64 % y o,33 % basandose en el peso de la pasta secada al horno, respectivamente.

Se lavo bien la pasta despues de cada etapa de blanqueamiento.

Tambien se prepararon muestras de hojas de prueba de las pastas blanqueadas DoEopD para evaluar sus respuestas hacia los agentes de blanqueamiento fluorescentes (FWA) o agentes abrillantadores opticos (OPA). Se aplico un volumen de solucion de Tinopah HW (agua desionizada al o,5 %) a la muestra de hoja de prueba con una jeringa, y luego se seco la muestra y se midio el brillo.

Es muy evidente, a partir de un examen de los resultados de la Tabla II, que en comparacion con la etapa D convencional (Experimento 6), la presente invencion de mantenimiento de un pH casi neutro en la etapa D mediante el uso de dioxido de carbono y una base (Experimento 5) sigue dando un brillo final mas elevado (91,7 frente a 91,4), incluso cuando la cantidad de dioxido de cloro usada en la etapa Do se ha reducido en un 27 %. Tambien es muy evidente, a partir de los datos de las 2 ultimas filas de la Tabla II, que tambien proporciona una mejora de la respuesta de las pastas blanqueadas finales hacia la aplicacion de un agente de blanqueamiento fluorescente.

TABLA II

Numero de experimento (secuencia DoEopD): 5 6

kg de dioxido de cloro anadidos en Do por tonelada de pasta secada al horno: 6,2 8,5

Numero kappa tras DoEop: 3,o 2,2

kg de dioxido de cloro anadidos en D por tonelada de pasta secada al horno: 1,7 1,7

kg de H2SO4 anadidos en D por tonelada de pasta secada al horno: - o,5

kg de NaOH anadidos en D por tonelada de pasta secada al horno: o,28 -

kg de CO2 anadidos en D por tonelada de pasta secada al horno: o,38 -

pH final en D: 5,5 3,2

Brillo ISO tras DoEopD, %: 91,7 91,4

Unidad de aumento de brillo (ISO, %) tras la aplicacion de FWA con una carga de Tinopal HW del o,2 % p/p (secado al horno): 5,6 4,2

Unidad de aumento de brillo (ISO, %) tras la aplicacion de FWA con una carga de Tinopal HW del 1,o % p/p (secado al horno): 6,6 5,9

Referencias

1. Rapson, W. H., Tappi J., 39(5):284, 1956.

2. Sepall, O., patente canadiense n.° 756.967, 1967.

5 3. Rapson, W. H. y Anderson, C. B., CPPA Trans. Tech Sect, 3(2):TR52, 1977.

4. Reeve, D. W., en “Pulp Bleaching - Principle and Practice”, (C. W. Dence y D. W. Reeve, Eds.), TAPPI Press, Atlanta, 1996, pag. 379-394.

5. Kirk-Othmer 4a edicion, "Fluorescent Whitening Agents" Vol. 11, pag. 227.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un proceso de deslignificacion de una pasta lignocelulosica en una suspension acuosa, en el que la deslignificacion se lleva a cabo con dioxido de cloro al menos en una etapa de blanqueamiento final de una secuencia de blanqueamiento de multiples etapas, en el que dicha etapa de blanqueamiento final se lleva a cabo a un pH tamponado en una region neutra, siendo el pH tamponado establecido mediante la generacion in situ de bicarbonato en dicha suspension de pasta desde un agente alcalino y la aplicacion de dioxido de carbono a la suspension.
2. El proceso de la reivindicacion 1, en el que dicha deslignificacion se lleva a cabo con un blanqueamiento de multiples etapas, y el dioxido de carbono se anade a la suspension de pasta inmediatamente antes de la etapa de blanqueamiento con dioxido de cloro final.
3. El proceso de la reivindicacion 2, en el que el blanqueamiento de multiples etapas tiene una secuencia seleccionada de:

Do Ex D, Do Ex Di D2, Do Ex DinD2 y Do Ex D1 E D2, en las que Ex es E, Eo, Ep o Eop y n es la adicion de una base

al final de la fase Di.
4. El proceso de la reivindicacion 1, 2 o 3, en el que el agente alcalino y el dioxido de carbono se anaden a la suspension de pasta inmediatamente antes de la etapa de blanqueamiento con dioxido de cloro final.
5. El proceso de la reivindicacion 1, 2, 3 o 4, en el que dicho agente alcalino se selecciona entre hidroxidos de metales alcalinos y de metales alcalinoterreos.
6. El proceso de deslignificacion de una pasta lignocelulosica en una suspension acuosa de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende la etapa adicional de abrillantar la pasta blanqueada con un agente de blanqueamiento fluorescente o un agente abrillantador.
7. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que dicho abrillantamiento es con un agente de blanqueamiento fluorescente.
8. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que dicho abrillantamiento es con un agente abrillantador optico.
9. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el blanqueamiento de multiples etapas tiene una secuencia seleccionada de:

Do Ex D, Do Ex D1 D2, Do Ex D1nD2 y Do Ex D1 E D2, en las que Ex es E, Eo, Ep o Eop y n es la adicion de una base al final de la fase D1.
10. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el que el agente alcalino y el dioxido de carbono se anaden a la suspension de pasta inmediatamente antes de la etapa de blanqueamiento con dioxido de cloro final.
11. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 1o, en el que dicho agente alcalino se selecciona entre hidroxidos de metales alcalinos y de metales alcalinoterreos.