PT101244B

PT101244B - Processo para a recuperacao e re-utilizacao do enxofre numa instalacao de fabricacao de celulose pelo metodo do sulfato

Info

Publication number: PT101244B
Application number: PT10124493A
Authority: PT
Inventors: Esa Pikkujamsa; Risto Hamalainen; Seppo Tuominiemi; Ari Tamminen
Original assignee: Tampella Power Oy
Priority date: 1992-04-01
Filing date: 1993-03-31
Publication date: 1999-09-30
Also published as: FR2690934A1; PT101244A; SE9301070D0; FI94266B; FI921445A; ES2080643A1; FI921445A0; ES2080643B1; SE9301070L; FR2690934B1; CA2093098A1; SE510171C2

Description

A invenção refere-se a um processo para a recupera ção e ventilização do enxofre numa instalação de fabricação de celulose pelo método do sulfato, no qual se separa o enxo^ fre existente na lixívia de reciclagem desta sob a forma de compostos gasosos e se oxida para a obtenção de trióxiao de enxofre, depois do que se prepara.ácido culfúrico a partir dc trióxido de enxofre e se reutiliza o ácido sulfúrico assim obtido no método de fabricação de celulose.

Numa instalação de fabricação de celulose pelo método do sulfato, apclpa de celulose é cozida a partir da madeira por meio de uma lixívia alcalina e a polpa de celulose assim obtida é então separada da lixívia. A polpa é lavada, antes do processo de branqueamento, de maneira que a lixívia alcalina de cozimento contida nessa polpa possa ser separada desta última.

A lixívia de cozimento exausta contém bastante sabão, que é eeparado da lixívia e que passa então para uma iníi_ talação de tall oil. A lixívia exausta, ou seja, a lixívia negra, é concentrada através de evaporação e queimada após a concentração numa caldeira de recuperação de soda, de modo a obter carbonato de sódio e sulfureto de sódio, bem como recuperar a energia contida na lixívia negra. A massa fundida pro duzida na caldeira de recuperação de soda é então dissolvida em água ou em lixívia branca diluída, após o que é tratada por meio de um processo conhecido de caustificação química, com o resultado final de todo o método consistir numa lixíviê. de cozimento alcalina nova. Sst.e processo é per.....se, conhecido não sendo pois descrito mais detalhadamente na presente mo mória.

A polpa de celulose castanha obtida é da através de acordo com um processo conhecido, vários compostos de cloro, processo esse também então branquoa por meio de bem conhecido per se^M e evidente para um perito na matéria, não sendo poio

- 3 necessário descrevê-lo mais detalhadamente.

Entre os produtos químicos de branqueamento e de cozedura, bem como entre os produtos químicos utilizados nas instalações de tall oil existem também substâncias sulfuro_ sas, tais como ácido sulfúrico, utilizado tanto na preparação de dióxido de cloro para o branqueamento como para a decompo_ sição do ”tall oil na instalação de tall oil« 0 enxofre passa através do processo e tende habitualmente a concentrar--se na lixívia de cozimento alcalina, que é bastante inconve-niente, e fazem-se tentativas várias visando impedir isso. De modo similar, os chamados gases que originam cheiros são produzidos em diversas fases do processoj gases esses que con têm enxofre sob forma de reduzidos compostos gasosos, o que provoca depósitos de enxofre e incómodos resultantes do mau cheiro no meio ambiente. Fizeram-se tentativas para eliminar os gases com mau cheiro, por exemplo, colectando esses gases e queimando-os ou nas caldeiras existentes, ou num forno de calcinação de cal ou numa instalação de combustão separada dos gases com mau cheiro. Ao utilizar uma instalação de combustão separada, a energia contida nos gases é recuperada por intermédio de uma caldeira de recuperação de calor e os gases da combustão são lavados num lavador com NaOil. Neste último, os gases de SO2 contidos nos gases de combustão produzem sulfatos e sulfitos, que passam conjuntamente com a lixívia bran ca para uma instalação de tratamento da polpa e são assim reciclados.

Vários métodos.....foram apresentados para a des-sulfu ração do processo. A patente finlandesa 67 243, por exemplo, refere-se a um método no qual parte da lixívia fresca é posta em circulação constituindo ciclo de des-sulfuração parale lo no processo de cozimento da celulose, através do qual a lixívia é carbonatada e 0 sulfurato de hidrogénio produzido é separado por destilação com. arrastamento, sendo depois queL

mado e transformado em ácido sulfúrico por meio de uma solução aquosa. Este equipamento è muito complexo, constituindo um caro investimento. 0 objectivo da presente invenção é proporcionar um método de separar enxofre a partir do processo c.e uma instalação de fabrico de celulose pelo método do sulfato por uma forma simples e acessível e o enxofre separado pode ser meio do qual a quantidade de enxofre pode eer regulada de reciclado de maneira a substituir uma parte do ácido sulfúrico separado necessária para a fase de branqueamento e de cozimento de tall oil, enquanto que o teor de enxofre da lixl via pode ser mantido a um nível desejável.

método da invenção caracteriza-se pelo facto de os compostos gasosos de enxofre serem recuperados como gases que originam mau cheiro·produzidos em diversas fases do processo de produção de celulose e apenas separáveis sob a infli. ência de condições físicas, e o ácido sulfúrico ser preparadc a partir dos gases que originam mau cheiro através da sua oxi dação e a dissolução do trióxido de enxofre assim formado nuci líquido principalmente constituído por água. Á ideia fundamer. tal desta invenção é recuperar o enxofre sob forma de gases com mau cheiro produzidos nas várias fases do processo, gases esses que são separados do processo e oxidados de maneira a transformar substancialmente todo o enxofre dos gases com mai. cheiro em trióxido de enxofre, depois do que se preparai o ác:_Ldo sulfúrico a partir do trióxido de enxofre de uma forma conhecida per se, sendo o ácido sulfúrico novamente reciclado para o processo para a fase de preparação do dióxido de cloro ou de cozimento do tall oil. Desta maneira é possível substituir uma.grande quantidade do ácido sulfúrico necessá rio à instalação, pelo ácido sulfúrico obtido, enquanto se pio duzem substancialmente os inconvenientes de poluição ambientais. A definição feita na reivindicação 1, gases com mau cheiro separáveis apenas sob a influência de condições físicas. significa que os gases com mau cheiro são separados dae

- 5 soluções do processo cota base na temperatura e outras condições físicas sem um tratamento separado levado a cabo por subs; tâncias químicas, sendo o seu principal objectivo apenas o de preparar gases sufurosos e separá-los da solução do processo em qualquer fase do processo de fabrico da celulose. Além dis so, o teor de enxofre na lixívia pode ser mantido num nível suficientemente baixo, por meio do método de acordo com a in venção, devido ao que os inconvenientes relacionados com a utilização e a duração útil do equipamento, provocados pelo enxofre podem ser grandemente evitados. 0 método da invenção melhora especialmente a rentabilidade económica da instalação de celulose, já que através deste método se consegue poupar indiscutivelmente nas despesas químicas.

A invenção será descrita mais detalhadamente através de exemplos e por meio dos desenhos anexos, nos quais a Figura 1 mostra esquematicamente um processo de cozimento e recuperação de celulose e um método de acordo com a invenção;

a Figura 2 mostra esquematicamente uma forma de pro parar ácido sulfúrico pelo método da invenção, e a Figura 3 mostra esquematicamente outra maneira d,> preparar ácido sulfúrico pelo método da invenção.

A Figura 1 representa um processo convencional de cozimento de celulose, no qual madeira 1 a ser cozida é alimentada a um digestor 2. No digestor é é cozida em conjunto com lixívia alcalina ..de cozimento até ..formar, polpa, de c.elulo se, depois do que a lixívia alcalina exausta, isto é, a lixí via negra, é retirada da celulose por meio de lavagem, numa instalação de mentada a uma é conduzida a é separada da lavagem 3» sendo a polpa de celulose lavada al:L instalação de branqueamento 4.

uma instalação de evaporação 5

qual

mesma até que fique finalmente concentrada a un teor de sólidos o mais alto possível. Também a separação de

sabão tem. lugar num tanque 16 antes da evaporação 5· 0 sabão obtido é passado para uma instalação de ”tall oil 13.

Actualmente sabe-se que a lixívia alcalina é primei ramente concentrada sob a pressão atmosférica na fase inicia], 5, por meio da qual pode ser aquecida com vapor até uma baixe, temperatura, depois do que pode ser mais concentrada 6 sob uma pressão superior à pressão atmosférica e mediante aquecimento directo ou indirecto com vapor de alta pressão e a tem peratura elevada, sendo o resultado final a obtenção duma lixívia alcalina com um teor de sólidos secos de 75-80$, sob uma pressão tal e uma temperatura tal que pode sei* transporte, da por meio de uma bomba e alimentada a uma caldeira de recuperação de soda 7· Após a instalação normal de evaporação 5, a figura mostra um andar de concentração 6 deste tipo, a da qual a lixívia é alimentada a um reactor de separação 8, sepe. rado, no qual o vapor de água e vários gases sulfurosos que originam mau cheiro, tais como H^S, CH^HS, (CH^JgS, (CH^)₂S2, etc., são ainda separados dela quando a pressão desce ligeire, mente. Gases sulfurosos com mau cheiro são produzidos no digestor 2, na instalação de evaporação 5 e ainda no reactor 8 de separação de enxofre após a concentração e o andar de lavagem 3 cia lixívia. Todos estes gases são alimentados a uma fase operacional 9 de oxidação de gases com mau cheiro, na qual os compostos sulfurosos são oxidados de maneira a produ

lavado dc zirem, como resultado final, trióxido de enxofre,

carga são ainda lavados noutro andar de lavagem 11 com uma sç lução alcalina, por exemplo, hidróxido de sódio, com a qual ligeiros resíduos de enxofre produzem uma solução contendo sulfito de sódio, bissulfito de sódio e sulfato de sódio, cuja solução é alimentada ao reactor de des-sulfuração 8 ou a um tanque de dissolução da caldeira de recuperação de soda e posteriormente os gases constituídos por dióxido de carbono

são descarregados por uma chaminé. 0 ácido sulfúrico produzido é concentrado num andar de concentração 12, depois do qual o ácido sulfúrico diluído impuro pode ser alimentado à instalação de cozimento de tall oil 13, e o ácido sulfúrico concentrado é alimentado a uma instalação de preparação 14 de produtos químicos de branqueamento para substituir o ácido sulfúrico a ser adquirido no exterior.

ácido sulfúrico para esgoto produzido na preparação 14 de produtos químicos de branqueamento é também alimentado à instalação de tall oil 13, a partir da qual tem a forma de sulfato de sódio obtido como esgoto e que é depois alimentado juntamente com a lixívia negra à instalação de eví. poração 5» A polpa de celulose lavada é alimentada à instalação de branqueamento de polpa de celulose 4, à qual são também alimentados os produtos químicos branqueadores produzidos, isto é, fundamentalmente dióxido de cloro, fíespectivamente, o vapor obtido a partir do reactor de separação de enxofre 8 pode ser alimentado ao último andar de concentração 6, para aquecimento da lixívia negra. A partir do reactor de separação de enxofre, a lixívia negra e alimentada à caldeira de recuperação de soda 7, a partir da qual a lixívia verde obtida a partir da massa fundida e de água passa para uma instalação de caustificação 15 e, depois da caustificação, segue para o digestor 2 sob a forma de lixívia alcalina de cozimento.

A maneira preferencial de preparar ácido sulfúrico é através da utilização.de um catalisador. No método de acordo com a Figura 2, os gases com cheiro desagradável são queimados numa caldeira de recuperação do calor 21, depois do que os gaseB produzidos contendo SC>2 são oxidados de modo a formar gases contendo SO^ num reactor com catalisador 22 por mei.o da acção deste catalisador. S possível produzir vapor na cal deira de recuperação de calor mediante combustão, vapor esse

- ε -

que pode ser apropriadamente utilizado em diversas fases do processo de cozimento.

Oomo catalisador pode utilizar-se por exemplo pentaóxido de vanádio (V.O,-) ou outro catalisador anropriado pa-ra o efeito e conhecido per se. Depois de passarem através do reactor com catalisador 22, os gases são alimentados a um lavador 23, no qual se processa uma lavagem em dois andares. No primeiro andar de lavagem os gases são lavados ou com água ou com uma solução diluída de ^SO^, por meio da qual o trióxido de enxofre reage com a água e produz ácido sulfdricõ. Oóm o fim de remover o trióxido de enxofre completamente os gases restantes são lavados num segundo andar de lavagem com uma solução de NaOH, sendo posteriormente descarregados para a atmosfera, enquanto que a solução obxida contendo sulfureto de sódio ou hidrogenossulfureto de sódio é removida por exemplo para o tanque de dissolução da caldeira de recuperação do soda. Sm vez de ee utilizar a caldeira de calor 21 e o reactor contendo catalisador separados 22, também pode ser utilizada a combustão catalítica, segundo a qual o trióxido de enxofre é direotamente produzido na câmara de combustão, sendo os gases lavados tal como foi descrito anteriormente.

realizaçãoFigura

moscomo

ses de combustão provenientes da caldeira de recuperação de calor de acordo com o exemplo precedente são transformados eu ácido sulfúrico utilizando um reactor com carvão activo conhi^ eido per se, em vez de um reactor catalítico convencional.

A figura não mostra..a caldeira de recuperação do calor mas os gases de combustão que provém da caldeira de recuperação do calor através da conduta 31, gases esses que são alimentados a câmaras de reacção contende carbono 34. Os gases são alimen tados por baixo de uma camada de carvão activo 33, a partir da qual são feitos passar através da camada de carvão activo 33 e seguem depois através da conduta 34 para a chaminé. Líquido de lavagem, fundamentalmente água, é alimentado por ci--

por cima da camada de carvão activo 33· Οθ gaseí: são oxidados no reactor 32 sob a influência da ma da camada de carvão activo através da conduta 35 por meio de bombas 36 contendo SC^ camada de carvão activo 33» devido ao que o SO^ produzido se combina com o líquido de lavagem, isto é, água, que passa atra vés do leito de carvão activo, e o ácido sulfúrico atravessa a conduta 37 até um tanque da armazenagem 38, do qual é bombeado pela bomba 39 de modo a ser mais concentrado ainda de acordo com o diagrama da Figura 1 e para ser reutilizado.

Descreve-se seguidamente um exemplo da economia que se pode conseguir de acordo com o método da presente invençãc. 0 caudal volumétrico dos gases com mau cheiro produzidos no processo é igual a cerca de 5 m^N/segundo, sendo o teor de

SO2 igual a cerca.de 3*000 ppm. 0 caudal em massa do dióxido de enxofre é igual a 42,9 g/seg. e cerca de 900 do dióxido de enxofre pode ser oxidado com obtenção de trióxido de enxofre mediante a utilização de um catalisador. Obtêm-se então 30,9 por segundo, de trióxido de enxofre, e por meio de lavagem, obtêm-se 33,5 g de ácido sulfúrico por segundo.

.cr o

Quando uma-instalação que origina gases com mau chui ro funciona durante Ô.OOO horas por ano, o resultado final p<>_ de atingir 1022 toneladas de ácido sulfúrico.

Na instalação de ”tall oil consomem-se 2050 toneladas de ácido sulfúrico de modo que se obtem metade da quan tidade de ácido sulfúrico necessária a partir de gases com mau cheiro. Assim, a quantidade de ácido sulfúrico a ser adqui rida no exterior constitui apenas 500 do que seria normalmen-te necessário.

Para além disso, a lavagem com NaOH necessária apóss a passagem através da instalação de tratamento de gases com mau cheiro consome consideravelmente menos produtos químicos, visto quea maior parte do enxofre já foi removida antes da operação de lavagem, sendo que não são produzidos praticamen- 10 íJ te nenhuns produtos da reacção que exijam usa remoção do líquido de lavagem, enquanto que este último pode aer reciclado durante um período de tempo consideravelmente mais longo do que anteriormente.

método da presente invenção pode ainda aer consideravelmente intensificado, de maneira a possibilitar a remoção aeparadamente dos gaaes sulfurosos do concentrado final de lixívia negra. Isto pode ser efectuado por meio do aquecimento a uma temperatura superior à temperatura de cozimento e mantendo esta temperatura durante um período de tempo suficiente, sendo que quase todo o enxofre é separado sob a formg. de gases sulfurosos com msu cheiro com o vapor de água, da li xívia alcalina quando a lixívia é expandida até atingir um ni_ vel de pressão inferior e, deste modo, apenas uma quantidade ínfima de enxofre é alimentada à caldeira de recuperação. Este procedimento pode ser efectuado por exemplo em ligação à última fase de concentração, quando a lixívia é mantida a ume. temperatura suficientemente elevada na última fase de concentração e é depois submetida a expansão. Na memória descritiva e nos desenhos anexos, a presente invenção foi descrita a título de exemplos, não querendo isto significar que ae limita a eles. Aplicando o método da invenção por meio dos procedimentos acima indicados, torna-se possível proporcionar uma circulação de enxofre praticamente fechada, não sendo praticamente necessário adicionar ácido sulfúrico ao processo. Es·· pecialmente separando o enxofre da lixívia negra concentrada de acordo com o método descrito, pode ser obtida a maior parte do ácido sulfúrico necessário ao processo a partir do enxofre separado, daí resultando a minimização das emissões de enxofre e dos inconvenientes por elas provocados.

Claims

la. Processo para a recuperação e a re-utilização do enxofre numa instalação de fabricação de celulose pelo método do sulfato, no qual se separa o enxofre existente na lixívia de reciclagem desta sob a forma de compostos gasosos e se oxida para obtenção de trióxido de enxofre, depois do que se prepara trióxido de enxofre e se assim obtido no método caracterizado pelo facto de enxofre gasosos sob a forma nas diferentes fases operac da celulose e separáveis condições físicas e se prepí desses gases por oxidação enxofre assim formado principalmente em água.

acido sulfurico a partir do re-utiliza o ácido sulfurico de fabricação de celulose, se recuperaram os compostos de de gases com cheiro produzidos ionais do método de fabricação sob a influência de apenas arar o ácido sulfurico a partir e dissolução do trióxido de num líquido que consiste
2a .

Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o líquido utilizado para a dissolução do trióxido de enxofre ser ácido sulfurico diluído.
3a. Processo de acordo com caracterizado facto pelo dos gases que de, reivindicação 1, intensificar a separabilidade negra ser tratada a quente para originam durante o seu processo de cheiro, a lixívia concentração conservando-a a uma temperatura mais alta do que a temperatura de cozedura durante um intervalo de

Μ***** tempo pré-determinado e permitindo que a lixívia se expanda de tal modo que os gases sulfurosos separados sejam recuperados.

a lixívia caracterizado pelo facto de termicamente na última fase operacional negra ser tratada de concentração.

5a. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de a lix ívia negra ser tratada termicamente depois da última fase operacional de concentração. 6a. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se prepararem gases de

descarga contendo dióxido de enxofre a partir de gases com cheiro queimando-os numa caldeira de recuperação do calor e se tranformar o dióxido de enxofre assim obtido mediante posterior oxidação com obtenção de trióxido de enxofre.
7a. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto de se transformar o dióxido de enxofre em trióxido de enxofre fazendo-o passar através de uma camada de carvão activo e o trióxido de enxofre ser transformado em ácido sulfurico fazendo passar uma corrente de água através da referida camada de carvão activo no sentido oposto à da passagem da corrente gasosa.
8a. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto de os gases que contêm trióxido de enxofre serem alimentados a uma lavagem em dois andares, no primeiro dos quais se alimenta água ou ácido sulfurico aos gases a fim de se transformar o trióxido de enxofre em ácido sulfúrico e no segundo dos quais os gases são lavados com hidróxido de sódio para captar o enxofre restante.
9a. Processo de acordo com a _ reivindicação 6, caracterizado pelo facto de se transformar o dióxido de enxofre em trióxido de enxofre numa câmara de catalisador separada.
10a. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto de se preparar o trióxido de enxofre a partir dos gases com cheiro por meio de combustão catalítica.
11a. Processo para a recuperação e re-utilização de enxofre numa instalação de fabricação de celulose pelo método do sulfato, em que o enxofre existente na lixívia de reciclagem é separado desta como gases que originam cheiro produzidos em várias fases operacionais do processo de fabricação de celulose e separáveis apenas sob a influência das condições físicas, caracterizado pelo facto de se tratar termicamente a lixívia negra durante o seu processo de concentração mantendo-a a uma temperatura mais alta do que a temperatura de cozedura durante um intervalo de tempo pré-determinado e deixando depois expandir a lixívia de tal maneira que os gases sulfurosos que se separam sejam libertados de maneira a serem recuperados e se preparar o ácido sulfúrico a partir dos gases com mau cheiro oxidando-os com obtenção de trióxido de enxofre,8 depois do que se prepara trióxido de enxofre principalmente em água e o ácido sulfúrico a partir do num líquido que consiste se utilizar o ácido sulfúrico assim obtido no método de fabricação da celulose.
12a. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo facto de se tratar tecnicamente a lixívia negra no último andar de concentração.
13a. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo facto de se tratar termicamente a lixívia negra depois do último andar de concentração.