PT2048281E - Vaso de tratamento para palha ou outro material volumoso leve - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "VASO DE TRATAMENTO PARA PALHA OU OUTRO MATERIAL VOLUMOSO LEVE"

ANTECEDENTES A invenção refere-se ao processamento de material celulósico volumoso de peso leve, tal como palha e outro material celulósico diferente da madeira, em pasta. A invenção refere-se de um modo particular ao processamento químico de um tal material. A palha e outro material celulósico volumoso de peso leve, são convertidos em pasta para utilização em papel, materiais de construção e outros produtos à base de pasta. Estes materiais são processados através de tratamentos de processamento químicos e mecânicos. 0 tratamento químico destes materiais envolve tipicamente químicos cáusticos e tempos de processamento curtos.

Os vasos de tratamento químico que tratam palha e outros materiais celulósicos volumosos de peso leve estão sujeitos às condições químicas severas e aos tempos de retenção curtos envolvidos no processamento químico, e. g., na hidrólise, destes materiais. Um vaso de tratamento químico convencional inclui uma série de tubos horizontais dispostos lado-a-lado e é referido como um digestor Pandia. As condutas ligam os tubos e proporcionam um trajecto de escoamento para o material que escoa desde a descarga de um tubo até à entrada do próximo tubo. A disposição dos tubos requer uma montagem mecânica relativamente 1 complexa para suportar o digestor Pandia. 0 material que é submetido a tratamento escoa de um tubo para o próximo.

Nos tubos, o material é mantido a temperaturas de 200 °C e a pressões de 20 bar (cerca de 290 libras por polegada quadrada (psi)) com tempos de retenção inferiores a 30 minutos. Os parafusos interiores em cada um dos tubos movem o material através de cada tubo. Os parafusos são susceptíveis a ficarem obstruídos com o material e a requerem manutenção.

Os tubos múltiplos tornam o digestor Pandia um dispositivo complexo mecanicamente tendo um grande número de componentes móveis, e. g., parafusos. O documento US 2003/0205343 descreve um digestor de pasta de madeira contínuo compreendendo um sistema de grelhas e outro equipamento para permitir o escoamento de líquidos para dentro e para fora do digestor. Utilizam-se lâminas ou placas deflectoras para limpar as grelhas de extracção

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Existe uma necessidade sentida há muito tempo de vasos de tratamento que possuam poucos componentes móveis, pelo menos quando comparados com os transportadores de parafuso múltiplos num digestor Pandia. Existe igualmente uma necessidade sentida há muito tempo de um vaso de tratamento químico capaz de processar grandes volumes de material, tal como 400 ton por dia com um tempo de retenção de quatro minutos no vaso. 2

Consequentemente, o objecto subjacente à presente invenção é proporcionar um método e um vaso de tratamento para tratar quimicamente material celulósico volumoso de peso leve, possuindo o vaso uma estrutura relativamente simples e capaz de processar grandes volumes de palha e outros materiais celulósicos volumosos de peso leve, ao mesmo tempo que obtém um movimento apropriado através do vaso de tratamento.

De modo a alcançar este objectivo, desenvolveu-se um método para tratar quimicamente material celulósico volumoso de peso leve, que inclui as caracteristicas da reivindicação 1. Além disso, desenvolveu-se um vaso de tratamento para tratar quimicamente material celulósico volumoso de peso leve, compreendendo o vaso as caracteristicas da reivindicação 10.

Enumeram-se as caracteristicas opcionais preferidas nas reivindicações dependentes respectivas. Por exemplo, o material no vaso é mantido, de um modo preferido, com uma pressão de, pelo menos, 20 bar e com uma temperatura de, pelo menos, 200 °C e/ou é tratado com um licor de cozimento no vaso. O vaso é, de um modo preferido, predominantemente um cilindro que possui uma câmara de tratamento interior com um topo e um fundo vedados para permitir pressões de, pelo menos, 20 bar e, de um modo preferido, 40 bar, e temperaturas de, pelo menos, 100 °C e, de um modo preferido, 200 °C. A câmara de tratamento é substancialmente vertical, e. g., até 10 graus da vertical, e pode ter um diâmetro de 1,5 a 4 metros e uma altura de 0,5 a 20 metros, dependendo da taxa de escoamento volumétrico desejada e do tempo de retenção do material na câmara. 3 0 material pode ser introduzido através de uma porta de entrada superior no vaso. Podem adicionar-se líquidos de tratamento (se necessários estes líquidos são, de um modo preferido, químicos acídicos para sustentar a hidrólise, embora sejam adequados igualmente tratamentos com amónia) e água para promover o tratamento do material na câmara e para transportar o material através de uma descarga inferior. Podem dispor-se anéis anti-compressão nas cotas superiores da câmara e podem incluir-se agitadores próximo dos anéis anti-compressão. A descarga de fundo da câmara pode incluir dispositivos para facilitar a descarga do material, tal como transições de parede lateral unidimensionais da câmara para promover o escoamento de material, dispositivos de rotação para movimentar o material até à descarga e placas deflectoras para permitir a injecção de fluido no fundo da câmara que aumenta a razão de fluido em relação ao material, quando o material é descarregado a partir da câmara ou suas combinações.

SUMÁRIO DOS DESENHOS

Ilustram-se nos desenhos anexos, uma forma de realização preferida e um melhor modo da invenção, que são descritos como se segue: A FIGURA 1 é um diagrama esquemático de um vaso de tratamento para tratamento químico, e. g., digestão, de material celulósico volumoso de peso leve, por exemplo, pasta. A FIGURA 2 é um diagrama em corte de um anel anti-compressão exemplificativo para o vaso mostrado na Figura 1. 4 A FIGURA 3 é uma vista lateral de uma secção de descarga do vaso mostrado na Figura 1.

DESCRIÇÃO PORMENORIZADA A Figura 1 ilustra esquematicamente um vaso 10 de tratamento químico que foi desenvolvido para tratar materiais celulósicos volumosos de peso leve, tal como palha (referidos colectivamente por "material celulósico de peso leve"). A título de exemplo, o material celulósico de peso leve possui uma massa volúmica de 50 a 120 kg/m3 (quilogramas por metro cúbico), a qual é menos densa do que as lascas de madeira convencionais. No exemplo aqui divulgado, o vaso 10 é um reactor vertical capaz de processar 400 ton por dia do material celulósico de peso leve e que possui uma capacidade volumétrica de 14 metros cúbicos. O vaso 10 pode ser um vaso fechado que possui um corpo cilíndrico possuindo uma secção transversal circular de diâmetro constante e o corpo possui extremidades superior e inferior vedadas.

Numa forma de realização, o vaso 10 cilíndrico possui um diâmetro de 1,5 metros e uma altura de 8 metros. Noutras formas de realização, o vaso pode ter um diâmetro num intervalo de 1 metro a 10 metros, ou um intervalo mais estreito de 3 a 4 metros. A altura do vaso pode estar num intervalo de 0,5 metros a 40 metros. O diâmetro e altura do vaso podem ser seleccionados dependendo da taxa volumétrica desejada de material para escoar através do vaso e do tempo de retenção do material no vaso. 5 A forma do vaso pode diferir da forma de realização de vaso cilíndrico exemplificativo divulgada. 0 vaso pode ter uma forma de secção transversal não circular e dimensões diferentes que não sejam constantes, tal como um corpo cónico, um corpo rectangular ou elíptico e um corpo que possui uma forma mais complexa do que uma forma cilíndrica, rectangular ou elíptica (em corte) simples. Uma característica preferida do vaso é que seja um vaso único, ao contrário dos múltiplos tubos dos vasos de tratamento da técnica anterior. 0 vaso deve poder ser operado com, pelo menos, uma pressão de 20 bar e a uma temperatura de 200 °C, e, de um modo preferido, com uma pressão de 40 bar (aproximadamente 580 psi) e uma temperatura de 300 °C. Estas condições de temperatura e pressão são adequadas para o processamento de material celulósico de peso leve através de tratamentos, tal como a hidrólise. Qualquer líquido a ser adicionado ao vaso, tal como um licor e um líquido de arrefecimento para facilitar o transporte do material através da descarga do vaso, deve ser adicionado, de um modo preferido, como água ou ser acídico.

Podem utilizar-se igualmente fluidos de tratamento orgânicos, tais como ácido acético, ácido fórmico, etanol e metanol. Num exemplo, o vaso 10 pode ser utilizado, por exemplo, para tratar material celulósico de peso leve diferente de madeira, e. g., palha, através de hidrólise sob condições de tratamento acídicas. Numa forma de realização, o tempo de retenção do material no vaso está, de um modo preferido, entre 10 minutos e 120 minutos, embora possam ser mais vantajosos tempos de retenção maiores. A operação do vaso 10 pode incluir dispositivos convencionais para controlar o escoamento de material celulósico 6 num vaso de tratamento químico, tal como o controlo de nível do material. 0 sistema de controlo pode monitorar um nível de sólidos no vaso utilizando, por exemplo, um medidor de raios gama e proporcionar um sinal de realimentação utilizado para controlar a taxa de material que entra no vaso a partir do sistema 12 de alimentação de material e a taxa de descarga da pasta a partir da descarga 20 de fundo. Além disso, podem incluir-se sensores de força, e. g., extensómetros, no vaso para monitorar as pressões e as forças no vaso. Além disso, os sensores podem monitorizar a velocidade de rotação dos componentes móveis no sistema, tais como um transportador de parafuso no sistema 12 de alimentação e o movimento dos agitadores. 0 tempo de retenção e a temperatura do material celulósico no vaso são controlados e mantidos, de um modo preferido, com níveis uniformes. O controlo do tempo de retenção e da temperatura ajuda a obter a produção desejada de produtos a partir das reacções químicas do material e do licor no vaso. Além disso, o controlo do tempo de retenção e da temperatura é necessário para evitar reacções colaterais no vaso, que podem resultar na perda dos produtos de reacção desejados. O vaso 10 inclui um sistema 12 de alimentação para o material celulósico de peso leve. O sistema de alimentação pode ser um sistema convencional, tal como um transportador de parafuso de lascas de uma tremonha de lascas, com entradas para vapor e licor para facilitar o transporte do material para e através do vaso. 0 vaso possui um orifício 14 de entrada numa secção de topo ou superior do vaso. O sistema 12 de alimentação pode ser utilizado para transportar o material celulósico a partir de uma tremonha de lascas que opera à pressão atmosférica 7 para a entrada 14 do vaso que está em condições pressurizadas, tal como uma temperatura de 200 °C e uma pressão de 20 bar, às quais o vaso opera. O vaso 10 é um vaso pressurizado que é capaz de manter o escoamento uniforme do material celulósico através do vaso. De um modo preferido, a quantidade de licor, e. g., os líquidos com químicos para digerirem o material celulósico em pasta, introduzida no vaso é minimizada para aquecer de modo eficiente e manter a temperatura do material que está as ser tratado no vaso. Pode adicionar-se energia 16 calorífica ao vaso, tal como vapor, gases quentes ou um outro meio quente. O vaso 10 pode ter uma câmara 18 interior que possui uma parede lateral vertical na qual o material escoa para baixo para uma descarga 20 de material num fundo do vaso. Dentro da câmara em várias localizações ao longo da parede lateral, estão anéis 22 anti-compressão ou outros anéis adequados para reduzir a compressão do material no vaso. Estes anéis facilitam o movimento do material celulósico através do vaso. Os anéis estão dispostos em várias cotas na câmara e, de um modo preferido, em cotas superiores da câmara, tal como na metade superior da câmara. A FIGURA 2 mostra um anel 22 anti-compressão exemplificativo que pode ser um anel anular possuindo uma forma de secção transversal em triângulo geralmente recto. O topo 24 do anel está fixo à parede 26 interior do vaso e uma primeira perna 28 cilíndrica vertical está fixa à parede 26 interior. 0 anel anti-compressão pode incluir uma parede 30 lateral inclinada que está inclinada para o interior do vaso. O anel anti-compressão promove uma compressão uniforme do escoamento do 8 material através de toda a altura do vaso. 0 anel aplica uma ligeira compressão ao material que se movimenta para baixo ao longo da parede 30 lateral inclinada dos anéis. A compressão aplicada pelos anéis proporciona um suporte do material nas cotas superiores do vaso e reduz a força aplicada ao material nas cotas inferiores devido ao material nas cotas superiores. À medida que o material escoa para lá do anel, existe uma libertação rápida da força de compressão quando o material escoa para lá da margem inferior da parede 30 lateral e se expande para o diâmetro maior da parede 26 interior do vaso. Descrevem-se nas Patentes US Números 6280569 e 5454490 anéis anti-compressão adequados.

Podem incluir-se agitadores 32 na câmara 18 para auxiliarem o movimento do material através do vaso e, de um modo particular, para lá dos anéis anti-compressão. Os agitadores podem ser posicionados próximo e, possivelmente, ligados aos anéis 22 anti-compressão. O agitador 32 pode estar ligado através de uma barra ou veio a uma superfície da vaso, e. g. , à parede 30 lateral inclinada, que aplica um movimento de agitação, e. g., trepidação, movimento alternado e vibração. O movimento de agitação é aplicado ao material celulósico para promover o movimento do material através do vaso.

Aplica-se uma força 34 motriz ao agitador para conferir o movimento de agitação. 0 agitador pode ser um dispositivo de agitação convencional utilizado para auxiliar o movimento do material celulósico através de um vaso. A combinação dos anéis anti-compressão e dos agitadores, tais como a aplicação de um(uns) braço (s) de vibração na parede 30 lateral inclinada, pode reduzir os componentes e especialmente os componentes móveis no vaso. Além disso, a combinação do agitador e do anel 9 anti-compressão reduz os componentes mecânicos em contacto com o material e reduz assim os componentes que podem interromper o escoamento do material através do vaso. A FIGURA 3 mostra um dispositivo 36 de descarga exemplificativo formado numa parte inferior do vaso, no qual as transições de parede lateral a partir de uma parede cilíndrica para uma parede tendo uma convergência unidimensional e um relevo lateral, de modo a que se forme uma indentação em forma de diamante em lados opostos do dispositivo de descarga. 0 dispositivo 36 de descarga pode compreender parafusos 38 de alimentação horizontais montados adjacentes ao fundo do dispositivo de descarga. Um dispositivo 36 de descarga numa secção de fundo do vaso pode ser um dispositivo de promoção de escoamento, tal como descrito nas Patentes US 5500083; 5628873; e 5617975.

Em alternativa a um parafuso de alimentação horizontal, pode dispor-se um raspador 40 rotativo (que pode ser de uma concepção convencional) numa secção inferior do vaso. O raspador pode empurrar o material celulósico para um ponto 42 de descarga central no fundo do vaso.

Pode dispor-se uma placa deflectora 44 na parte inferior do vaso, a qual está mesmo a montante do ponto 42 de descarga. A placa deflectora arrasta o material para o ponto de descarga. Além disso, pode introduzir-se um líquido de diluição através da conduta 44 para a área da placa deflectora. O líquido de diluição escoa-se da área da placa deflectora até ao material que se move em direcção do ponto de descarga. O líquido de diluição aumenta a razão de líquido em relação ao material de 10 ponto de modo a auxiliar o movimento do material para o descarga.

Lisboa, 12 de Abril de 2012 11

Claims (14)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Método para tratar quimicamente material celulósico volumoso de peso leve, compreendendo: introdução de material numa entrada (14) superior de um vaso (10) de tratamento substancialmente vertical; movimentação do material para lá de, pelo menos, um anel (22) anti -compressão numa superfície (26) interior do vaso (10), à medida que o material se move para baixo através do vaso (10); agitação do material no vaso (10) próximo do anel (22) anti-compressão, e descarga do material tratado a partir de um orifício (20) de descarga inferior do vaso (10) .
2. 2. Método da reivindicação 1, compreendendo ainda a manutenção do material no vaso (10) com uma pressão de, pelo menos, 20 bar e com uma temperatura de, pelo menos, 100 °c, de um modo preferido, com uma pressão de, pelo menos, 20 bar e com uma temperatura de, pelo menos, 140 °C e, de um modo mais preferido, com uma pressão de, pelo menos, 20 bar e com uma temperatura de, pelo menos, 200 °C.
3. 3. Método da reivindicação 1 ou 2, compreendendo ainda tratar o material com um licor de cozimento no vaso (10). 1
4. 4. Método de qualquer uma das reivindicações 1 a 3, compreendendo ainda a ocorrência da auto-hidrólise no material no vaso (10) .
5. 5. Método de qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que o material celulósico volumoso de peso leve inclui pelo menos um de entre palha, bagaço, forragem de milho e plantas energéticas.
6. 6. Método de qualquer uma das reivindicações 1 a 5, em que o vaso (10) é um vaso (10) de câmara única para digerir quimicamente o material em pasta.
7. 7. Método de qualquer uma das reivindicações 1 a 6, em que a agitação provém do anel (22) anti-compressão.
8. 8. Método de qualquer uma das reivindicações 1 a 7, compreendendo ainda a retenção do material no vaso (10) durante um período não superior a 30 minutos.
9. 9. Método de qualquer uma das reivindicações 1 a 8, em que o tratamento inclui hidrólise do material.
10. 10. Vaso (10) de tratamento para tratar quimicamente material celulósico volumoso de peso leve, compreendendo o vaso (10) : um vaso (10) geralmente vertical que possui um topo e um fundo vedados e uma parede lateral que se estende desde o topo até ao fundo, em que o vaso (10) é operado com uma pressão de, pelo menos, 20 bar e com uma temperatura de, pelo menos, 100 °C; 2 um orifício (14) de entrada de material numa secção superior do vaso (10), em que o orifício (14) de entrada recebe o material celulósico; um orifício de entrada de água ou de licor no vaso (10) ou num sistema de alimentação de material acoplado ao orifício (14) de entrada de material; pelo menos, um anel (22) anti-compressão numa superfície (26) interior da parede lateral; um agitador (32) próximo do anel (22) anti-compressão para agitação do material no vaso (10), e uma saída (20) de descarga numa parte inferior do vaso (10).
11. 11. Vaso (10) de tratamento da reivindicação 10 em que o vaso (10) é cilíndrico e possui uma altura entre 0,5 metros e 20 metros e um diâmetro entre 3 metros e 4 metros.
12. 12. Vaso (10) de tratamento da reivindicação 10 ou 11, em que o agitador (32) aplica um movimento de agitação a uma parede (30) inclinada do anel (22) anti-compressão.
13. 13. Vaso (10) de tratamento de qualquer uma das reivindicações 10 a 12, em que o vaso (10) é uma vaso (10) de câmara única para digerir quimicamente o material em pasta.
14. 14. Vaso (10) de tratamento de qualquer uma das reivindicações 10 a 13, em que o anel (22) anti-compressão está numa parte superior do vaso (10). Lisboa, 12 de Abril de 2012 3