PT797703E - Processo de branqueamento com peroxido de materiais celulosicos e lenho-celulosicos - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "PROCESSO DE BRANQUEAMENTO COM PERÓXIDO DE MATERIAIS CELULÓSICOS E LENHO-CELULÓSICOS"

ANTECEDENTES DO INVENTO O presente invento refere-se, de um modo geral, ao branqueamento de material lenho-celulósico na indústria da polpa e do papel e, em particular, a um processo para melhorar o desempenho de uma sequência de branqueamento de polpa, que usa peróxido de hidrogénio. É particularmente valioso quando usado em combinação com uma sequência de branqueamento destinada à produção de polpas branqueadas sem o uso de compostos de cloro. A pressão para remover os compostos clorados no branqueamento de polpas e reduzir os seus perceptíveis efeitos negativos no ambiente, conduziu aò aparecimento das chamadas “tecnologias isentas de cloro”. Quando os compostos de cloro são eliminados da sequência de branqueamento, é habitual utilizar peróxido de hidrogénio como um substituto, uma vez que o peróxido de hidrogénio é geralmente tido como benigno para o ambiente. Portanto, uma vez que o uso de peróxido de hidrogénio está a aumentar, há um forte incentivo para desenvolver meios mais eficientes para aplicá-lo de modo a manter economias favoráveis no branqueamento. O peróxido de hidrogénio é um produto químico oxidante, usado habitualmente para dar brilho a polpas mecânicas, semi-mecânicas, semi-químicas e recicladas. E também utilizado no branqueamento de polpa química para auxiliar o deslignificação. O “Pulp & Paper Research Institute of Canada” (PAPRIKAN) desenvolveu alguns meios notáveis para branquear as polpas mecânicas. Destes, tem interesse o sistema de peróxido a alta temperatura revelado por Lierbergott, et al., porque prossegue o mesmo desenvolvimento de brilho que os sistemas convencionais de branqueamento de alta consistência, mas fá-lo a uma consistência média (10 a 14%). Isto (é conseguido aumentando a temperatura da polpa até cerca de 85°C e baixando o pH, o que é diferente dos sistemas convencionais de peróxido de alta consistência. Devido à reacção mais rápida resultante, o tempo de retenção é reduzido de horas para minutos (15 a 30 min), e não é necessário nenhum silicato para estabilizar a solução de peróxido. A carga de peróxido permanece praticamente igual à dos sistemas convencionais.

Um sistema de peróxido de alta temperatura foi proposto num pedido co-pendente de Bottan, G. para ser operado a 85 a'95°C durante períodos de tempo muito curtos. Até agora ninguém propôs sobreaquecer a polpa e operar uma etapa de peróxido sob pressão durante curtos períodos de retenção acima de 100°C. É desejável minimizar o tempo de retenção da polpa de modo a minimizar o investimento de capital necessário, ao mesmo tempo que se mantém um brilho semelhante ao que pode ser conseguido utilizando tempos de retenção muitò longos.

Foi proposta a Reactivação de Peróxido Residual por Dominique Lachenal do “Centre Technique du Papier” em Grenoble, França, para uso no branqueamento de polpas mecânicas. Esta proposta permite a reactivação (depois da primeira torre de etapa de reacção) do peróxido não consumido (ou residual) aumentando a alcalinidade da suspensão da polpa. O objectivo é eliminar o dispendioso equipamento normalmente usado para a remoção da água, depois da torre de branqueamento, para recuperar o peróxido residual e fazê-lo recircular até ao ponto de adição do novo peróxido (normalmente num dispositivo misturador antes da torre de branqueamento). Esta proposta torna-se importante quando comparada com um sistema convencional de branqueamento de duas etapas com peróxido, o qual requer um dispendioso equipamento para a remoção da água entre as etapas. A reacção da primeira etapa dura algumas horas numa torre convencional a 60°C, antes da reactivação do peróxido residual. Em seguida é adicionada uma solução cáustica em quantidades proporcionais ao peróxido residual obtido após algumas horas de reacção a 60°C.

Em polpas químicas, o peróxido de hidrogénio tem sido principalmente utilizado em sistemas de consistência média, nos quais é removida a água da pasta de polpa, de uma 3 3

etapa anterior, num espessador ou dispositivo de lavagem, até uma consistência de cerca 10 a 14%. Convencionalmente a solução de peróxido é adicionada, juntamente com uma solução alcalina, no recuperador de polpa (descarga do espessador ou dispositivo de lavagem) ou antes da torre de consistência média, numa bomba ou misturadora de consistência média.

Quando usado como uma etapa individual para o branqueamento de polpas químicas as etapas convencionais de branqueamento por peróxido de consistência média não proporcionam aumentos de brilho suficientes e, segundo se diz, consomem mais peróxido e requerem um tempo de retenção extremamente longo para o consumo do peróxido. Para efeitos de deslignificação ou brilho mais evidente o peróxido tem de ser aplicado em várias torres.

Foi demonstrado que o uso de etapas de peróxido de alta consistência operando com uma consistência superior a 25% ultrapassa muitas das limitações das etapas convencionais de branqueamento com peróxido de consistência média. Contudo, a sua desvantagem reside no facto de necessitar da instalação de dispositivos de recuperação de água capazes de conseguir uma elevada consistência de descarga, ser mais complicado de operar e consumir mais energia do que os sistemas de consistência média.

Em polpas químicas o fortalecimento das etapas de extracção oxidante utilizando peróxido além de oxigénio é largamente usado para reduzir a quantidade de cloro necessária na primeira etapa de branqueamento de polpa. A Eop convencional (Extracção oxidante reforçada com peróxido) usa, tipicamente, torres de fluxo ascendente/descendente, requer o uso de gás de oxigénio e opera, tipicamente, entre uma gama de 65 a 85°C. O peróxido de hidrogénio é também utilizado nas etapas finais de branqueamento da polpa para se conseguir uma polpa branqueada estável de elevado brilho. O uso de peróxido de hidrogénio no branqueamento de polpas tem sido limitado a temperaturas tipicamente inferiores a 90°C, uma vez que se tem acreditado que o peróxido se

μ decomporia, resultando numa utilização muito pobre do produto químico branqueador, reduzida resistência da polpa, e fraca economia no branqueamento.

Mais recentemente foi proposto o uso de peróxido de hidrogénio sob condições de elevada temperatura e um tempo de retenção relativamente prolongado como um meio para desenvolver polpas de brilho muito elevado, quando usado no fim de uma sequência de branqueamento convencional isenta de cloro.

De acordo com a técnica anterior, o tempo de retenção necessário é de 1 a 3 horas. Foi demonstrado que sistemas de peróxido de oxigénio pressurizado com prolongados períodos de retenção podem aumentar o nível máximo de brilho da polpa para além do que pode ser obtido utilizando etapas de branqueamento convencionais de peróxido à pressão atmosférica. É desejável minimizar o tempo de retenção necessário sob pressão, de modo a reduzir o investimento de capital necessário para a instalação. Por exemplo, de acordo com a técnica anterior, demonstrou-se em laboratório que a utilização de 100+°C durante 1 a 3 horas é muito eficaz na redução da quantidade de tempo necessária para o processo de branqueamento com peróxido. Parece, contudo, que a economia pode não ser muito atractiva neste processo uma vez que o capital necessário para uma etapa de peróxido pressurizado durante 1 a 3 horas é muito elevado. A patente EP-A-0 285 530 revela uma fase curta de branqueamento com peróxido sob pressão a uma temperatura superior a 100°C. Este documento ensina que o curto processo de branqueamento com peróxido ocorre a um pH de 9, no máximo, e ensina, além disso, que uma fase de lavagem altamente eficaz deverá seguir-se à reacção curta de branqueamento pressurizado.

De acordo com a informação básica sobre a economia da etapa de branqueamento convencional de peróxido à pressão atmosférica da técnica anterior e da etapa de branqueamento de peróxido de oxigénio pressurizado (PO) da técnica anterior, o investimento necessário para a torre de retenção da referida técnica anterior é calculado como segue, para uma etapa única com uma capacidade de cerca de 850 madtpd. a. Torre de peróxido pressurizado para 2 horas de retenção $1,000,000 b. Etapa convencional de longa retenção à pressão atmosférica 1. 3 horas de retenção $ 300.000 \ $-400.000 $ 550.000 2. 6 horas de retenção 3. 9 horas de retenção

De forma a conseguir níveis de brilho semelhantes com branqueamento convencional de peróxido à pressão atmosférica, torna-se necessário ter um tempo de retenção superior a 6 horas, comparado com o tempo de 1 a 3 horas de acordo com a técnica anterior, para sistemas de peróxido de oxigénio pressurizado. Seria necessário, por exemplo, dimensionar uma torre à pressão atmosférica para 8 a 10 horas de retenção para se conseguirem resultados semelhantes aos de um sistema de peróxido de oxigénio pressurizado de 2 horas.

Com 350 instalações de branqueamento só na América do Norte, se fosse necessário um único sistema de branqueamento com peróxido em cada instalação, isso representaria um investimento para a indústria de, aproximadamente, 200 a 350 milhões de dólares. Para ir ao encontro das normas ambientais cada vez mais limitativas, pode ser necessário instalar mais do que uma etapa de branqueamento com peróxido em cada instalação, o que poderia, em tal caso, mais do que duplicar o investimento. Deste modo, uma desvantagem muito importante da técnica anterior é o investimento necessário muito elevado para implementar a tecnologia de acordo com os ensinamentos da técnica anterior. O que acima se disse ilustra as limitações que se sabe existirem nalguns processos actuais de branqueamento celulósicos e lenho-celulósicos, e seria vantajoso proporcionar uma alternativa destinada a ultrapassar uma ou mais destas limitações. Consequentemente, proporciona-se uma alternativa apropriada que inclui os aspectos descritos a seguir com mais pormenor.

SUMÁRIO DO INVENTO

Num aspecto do presente invento proporciona-se um processo para usar peróxido de hidrogénio para branquear polpa celulósica e polpa lenho-celulósica, incluindo as fases

de ajustar a consistência da polpa para entre 8 a 18% e introduzir a polpa num dispositivo misturador no qual se adiciona hidróxido de sódio para levar a polpa a um pH superior a 9,5; adicionar peróxido de hidrogénio, de preferência para um valor que se situe entre 0,5% e 5,0% por peso de polpa seca em estufa; aquecer a polpa a uma temperatura superior a 100 graus Célsius ao mesmo tempo que se mantém uma pressão suficiente para evitar que o licor de polpa ferva; fazer passar a polpa através de uma coluna reactora a uma taxa que proporcione um tempo de reacção na coluna inferior a 45 minutos; adicionar uma solução alcalina para levar a referida polpa a um pH superior a 9,0; arrefecer a polpa para uma temperatura inferior a 100 graus Célsius; depositar a referida polpa numa torre de reacção à pressão atmosférica e deixar a reacção prosseguir durante entre 1 a 5 horas até que tenha sido consumida uma porção substancial de peróxido de hidrogénio residual; e descarregar a polpa para ulterior processamento. O que acima se disse e outros aspectos do invento tornar-se-ão mais claros a partir da descrição pormenorizada que se segue, quando considerada em combinação com os desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As Figuras 1 e 2 ilustram disposições que não estão de acordo com o presente invento; A Figura 3 ilustra uma forma de realização preferida do presente invento; A Figura 4 ilustra outra forma de realização preferida do presente invento; A Figura 5 ilustra uma etapa de branqueamento que incorpora ainda outra forma de realização preferida do presente invento; A Figura 6 ilustra outra forma de realização preferida de uma sequência de branqueamento que utiliza o presente invento aplicado a uma instalação de branqueamento existente;

A Figura 7 ilustra outra forma de realização preferida de uma sequência de branqueamento que utiliza o presente invento com recuperação de peróxido residual usando dispositivos de lavagem convencionais; A Figura 8 ilustra outra forma de realização preferida de uma sequência de branqueamento que utiliza o presente invento com recuperação de peróxido residual que utiliza prensas; e A Figura 9 ilustra outra forma de realização preferida de uma sequência de branqueamento que utiliza o presente invento com outro processo de recuperação de peróxido residual que utiliza prensas.

DESCRIÇÃO PORMENORIZADA

Fazendo referência à Figura 1, a polpa proveniente de um dispositivo de lavagem ou espessador convencional é descarregada através do tubo 10 para a misturadora 100 onde se adiciona o vapor para aquecer a polpa e a solução alcalina para aumentar o pH da polpa através do tubo 15. A polpa é aquecida e ajustada para um pH superior a 8,5, de preferência entre 9,5 a 10,5. A polpa aquecida e com o pH ajustado é descarregada da misturadora 100 através do tubo 20 para uma bomba convencional de consistência média 200 que bombeia a polpa através do tubo 30 para um dispositivo misturador 300. Adiciona-se uma solução de peróxido de hidrogénio à misturadora 300 através do tubo 35 numa quantidade suficiente para assegurar que se consegue o desejado desenvolvimento de brilho no final da reacção. Tal como nos sistemas convencionais de branqueamento com peróxido, a adição de compostos de magnésio para protecção da viscosidade da celulose, assim como separadores (tais como Si02) e/ou quelantes (tais como EDTA ou DTP A) podem também ser adicionados à solução alcalina através do tubo 15, a solução de peróxido através do tubo 35, ou separadamente através dos tubos 16 e/ou 36. Uma vez que de acordo com o presente invento a temperatura da polpa tem de ser superior a 100°C, e normalmente não é prático bombear a polpa a esta temperatura elevada, o aumento de temperatura final, por exemplo, de entre 85 a 90°C para mais de 100°C, é conseguido adicionando vapor entre a bomba 200 e a misturadora 300 através do tubo 37. 8 8 H f:

i jf1 4 A polpa, que foi aquecida até à temperatura de reacção desejada e o pH ajustado até ao valor desejado, é bombeada através do tubo 40 para a coluna tubular de fluxo ascendente 400, que é dimensionada para o tempo de retenção desejado para a reacção. De acordo com o presente invento o tubo de fluxo ascendente é dimensionado para assegurar um tempo de retenção de polpa entre 1 a 30 minutos, de preferência entre 5 a 20 minutos, após o que a polpa é descarregada através do tubo 50 para um dispositivo de descarga apropriado 500, tal como uma válvula, e desta através do tubo 60 para subsequentes etapas de lavagem e de branqueamento. Como a polpa é branqueada a mais de 100°C, pode ser desejável reduzir esta temperatura para evitar o faiscar da polpa, de modo que pode usar-se água ou licor a uma temperatura de arrefecimento para diluição no topo do tubo de fluxo ascendente através do tubo 70. Os peritos no ramo reconhecerão que o presente invento pode ser realizado com fluxo ascendente, fluxo descendente, fluxo ascendente/fluxo descendente, ou outras configurações para conseguir o desejado tempo de retenção para a reacção. Além disso, os peritos no ramo reconhecerão que há meios adicionais para aquecer e arrefecer a polpa, respectivamente antes e depois da reacção. Os pormenores dados nesta descrição não se destinam a limitar o âmbito do presente invento, antes são incluídos para maior clareza da forma da realização preferida. A Figura 2 descreve esquematicamente outra disposição que é idêntica à ilustrada na Figura 1, excepto no que se refere à adição de uma torre de fluxo descendente 600. De acordo com o presente invento, o tubo de fluxo ascendente é dimensionado para assegurar um tempo de retenção de polpa entre 1 a 30 minutos, de preferência entre 5 a 20 minutos, após o que a polpa é descarregada através do tubo 50 para um dispositivo de descarga apropriado 500, tal como uma válvula, através do tubo 60 para uma torre de branqueamento convencional 600, de preferência, uma já instalada e que possa ser reutilizada para esta nova etapa de branqueamento em vez de uma sequência de branqueamento baseada em cloro. A polpa é retida nesta torre durante 1 a 5 horas adicionais à temperatura de reacção desejada para consumir uma substancial porção do peróxido de hidrogénio aplicado na polpa. Como a polpa é branqueada na coluna 400 a mais de 100°C, pode ser desejável reduzir esta temperatura para evitar que a polpa faisque. No presente invento, é possível arrefecer a polpa antes da descarga do tubo de

fluxo ascendente, de modo que o licor com a polpa não faisquem. Esta forma de realização pode ser desejável nalgumas instalações para limitar potenciais emissões de vapor e resíduos químicos para a atmosfera. Isto pode ser conseguido adicionando água ou licor de arrefecimento para diluir a polpa através do tubo 70. Por exemplo, para polpa tratada na coluna de fluxo ascendente com uma consistência de 12% a 110°C, a adição de 1,5 a 2,5 m3/ton de licor de polpa a 50 a 60°C arrefecerá a polpa para menos de 100°C e resulta numa queda de consistência para cerca de 10% de consistência, o que não diminuirá significativamente o desempenho da segunda fase da reacção. Pode ser especialmente desejável manter a polpa à temperatura máxima permissível à pressão atmosférica.

Numa forma de realização preferida do presente invento ilustrada na Figura 3, a polpa é descarregada pelo tubo 60 para a torre 600 e é deixada faiscar até se encontrar à pressão atmosférica. A polpa que entra na torre de fluxo descendente estará à sua temperatura máxima possível, por exemplo, 98 a 100°C, o que aumentará o consumo de peróxido na segunda etapa da reacção. Além disso, o vapor da faísca é descarregado através do tubo 90 para o permutador de calor 700. O permutador de calor é utilizado para aquecer previamente a água de lavagem aplicada no dispositivo de lavagem antes da etapa com peróxido, reduzindo deste modo a quantidade de vapor necessária para ser aplicada à etapa através dos tubos 15 e 37. Isto aumenta a temperatura da água de lavagem no tubo 101 antes da sua aplicação ao dispositivo de lavagem convencional através do tubo 110. A forma de realização ilustrada na Figura 3 é idêntica à da Figura 2 até ao ponto de descarga da polpa da coluna de reacção ascendente 400. Neste caso a polpa retém uma quantidade substancial de peróxido residual depois da descarga. A polpa é descarregada através do tubo 50 para uma válvula misturadora apropriada 500, onde se adiciona uma outra solução alcalina através do tubo 55 para aumentar o pH da polpa para mais de 9,0, de preferência entre 9,5 e 10,5 para a segunda fase da reacção. A polpa, após arrefecimento por faísca, é descarregada através do tubo 60 para uma torre de fluxo descendente convencional 600, para a segunda fase da reacção. A torre de fluxo descendente convencional é dimensionada para consumir uma porção substancial

do peróxido remanescente e, tipicamente, reterá a polpa durante 1 a è horas. A polpa branqueada é descarregada da torre 600 através do tubo 80 para fases de processamento subsequentes. A válvula 500 serve para reduzir a pressão do tubo de fluxo ascendente 400 e permitir que o licor com a polpa faisque. A solução alcalina é adicionada à polpa imediatamente a montante da válvula, e a turbulência criada na válvula serve para misturar a solução alcalina com a polpa. Reconhece-se que a instalação de qualquer dispositivo misturador neste ponto do processo é substancialmente equivalente à função da válvula. A Figura 4 descreve outra forma de realização preferida do presente invento que é idêntica à da Figura 3, excepto no que se refere à reactivação da polpa no dispositivo misturador 550. Nesta forma de realização preferida e de acordo com o presente invento, o tubo de fluxo ascendente é dimensionado para assegurar um tempo de retenção da polpa entre 1 e 30 minutos, de preferência entre 5 e 20 minutos, após o que a polpa é descarregada através do tubo 50 para um dispositivo misturador apropriado 550, no qual o peróxido residual é reactivado pela adição da solução alcalina através do tubo 55, após o que a polpa é deixada a faiscar e o vapor desse faiscar é conduzido através do tubo 90 para o permutador de calor 700 para aquecer previamente a água do tubo 101 até uma temperatura superior à da água que é descarregada através do tubo 110 e utilizada para a lavagem da polpa a montante da fase de branqueamento. A Figura 5 é um diagrama esquemático de uma sequência de branqueamento que utiliza o presente invento. A polpa de um dispositivo de lavagem ou espessador 10 é descarregada através do tubo 11 e é alimentada ao dispositivo misturador 20, onde o vapor e/ou os produtos químicos de branqueamento são aplicados através do(s) tubo(s) 12 e 13 para aquecer a polpa até à temperatura de reacção desejada, e para aumentar o pH da polpa até ao nível desejado para o primeiro tratamento com peróxido. A polpa aquecida e com o pH ajustado é descarregada através do tubo 21 para uma bomba 30 para transferir a polpa para um dispositivo misturador 40. Como a polpa será aquecida a mais de 100°C, é habitual aplicar vapor para o aquecimento final a seguir à misturadora, normalmente através do tubo 34. Podem adicionar-se outros produtos químicos que incluem solução alcalina, peróxido, quelantes e outros, através dos tubos 32 e 33 e podem ser homogeneamente misturados com a polpa antes da descarga através do tubo 41 para o primeiro tanque de reacção com peróxido 50. O tanque de reacção com peróxido 50 é dimensionado para um tempo de reacção de 1 a 30 minutos, de preferência entre 5 a 20 minutos para se conseguir um deslignificação e/ou aumento da brancura substancial antes de ser descarregada através do tubo 51 para um dispositivo de descarga 52. Para um melhor custo operacional da sequência é preferível, mas não necessário, lavar a polpa a seguir ao primeiro tratamento com peróxido, e se o dispositivo de lavagem for um dispositivo não pressurizado, será preferível arrefecer a polpa antes da descarga do primeiro tanque de reacção com peróxido. Pode adicionar-se um licor de diluição refrigerador no primeiro tanque de reacção de peróxido 50 através do tubo 53. Pode ser desejável diluir a polpa antes da bomba com o filtrado alimentado através do tubo 54 se o dispositivo de lavagem requerer polpa de baixa consistência para o seu correcto funcionamento. A polpa é lavada no dispositivo de lavagem 60 e a polpa lavada é descarregada através do tubo 61 para um dispositivo misturador 70. A segunda fase nesta forma de realização preferida é uma etapa de ozono que pode ser feita funcionar, quer com alta, quer com média consistência sendo, contudo, preferível que seja uma etapa de consistência média que funcione com consistências de descarga de lavagem convencionais entre 10 e 14% para minimizar o custo do capital para a instalação. Como é sabido através da técnica anterior, é necessário funcionar com um pH inferior a 4 para se conseguirem resultados óptimos na etapa de ozono. Deste modo, antes da etapa de ozono, pode adicionar-se um ácido, tal como ácido sulfurico, na descarga do primeiro tanque de reacção com peróxido 50 através do tubo 53, com a água em chuveiro aplicada sobre o primeiro dispositivo de lavagem de peróxido 60 através do tubo 56, na alimentação à bomba 70 através do tubo 62, ou num dispositivo misturador separado (não ilustrado). A polpa acidificada é bombeada pela bomba 70 através do tubo 71 para um dispositivo misturador 80, no qual é aplicado o gás de ozono através do tubo 72. A polpa é descarregada para o tanque de reacção de ozono 90 e é retida durante cerca de 10 minutos para permitir o consumo quase completo do ozono. A polpa é descarregada do tanque de reacção de ozono através do tubo 91 para um dispositivo de descarga 92, o

qual pode consistir numa válvula, numa pluralidade de válvulas, ou num dispositivo mecânico para reduzir a pressão no tanque de reacção de ozono. A polpa é descarregada através do tubo 93 para um dispositivo de separação de gás 220, onde o gás é separado da polpa, sendo descarregado através do tubo 202 para tratamento e/ou para ser novamente usado na instalação. A polpa desgaseiflcada é descarregada através do tubo 102 para uma bomba 110. Para se obter o melhor custo operacional da sequência é preferível, mas não necessário, lavar a polpa a seguir à etapa de ozono antes da etapa de branqueamento seguinte. Pode ser desejável diluir a polpa antes da bomba com o filtrado alimentado através do tubo 103 se o dispositivo de lavagem necessitar de polpa de baixa consistência para o seu correcto funcionamento. A polpa é alimentada através do tubo 104 para o dispositivo de lavagem 120 e é lavada utilizando água ou filtrados aplicados através do tubo 115. A polpa proveniente do dispositivo de lavagem 120 é descarregada através do tubo 121 e é alimentada para um dispositivo misturador 130, onde o vapor e/ou os produtos químicos de branqueamento são aplicados através do(s) tubo(s) 122, 123 e 124 para ' aquecer a polpa até à temperatura de reacção desejada, e para aumentar o pH da polpa até ao nível desejado para o tratamento com peróxido. A polpa aquecida e com o pH ajustado é descarregada através do tubo 131 para uma bomba 140 para transferir a polpa através do tubo 141 para um misturador 150. Uma vez que a polpa será aquecida até cerca de 100°C, é habitual aplicar vapor para o aquecimento final antes da misturadora, tipicamente, através de um tubo 144. Podem adicionar-se outros produtos químicos que incluem solução alcalina, peróxido, quelantes e outros, através dos tubos 142 e 143, e podem ser homogeneamente misturados com a polpa antes da descarga através do tubo 151 para o segundo tanque de reacção com peróxido 160. O tanque de retenção de peróxido 160 é novamente dimensionado para um tempo de retenção entre 1 a 30 minutos, de preferência entre 5 a 20 minutos para se conseguir um deslignificação substancial e/ou um aumento de brilho antes de ser descarregada através do tubo 161 para um dispositivo de descarga 152. É preferível lavar a polpa a seguir ao segundo tratamento com peróxido; contudo, tal pode não ser necessário se se adicionar uma outra etapa de branqueamento, a qual não é significativamente afectada pela presença de peróxido residual e/ou de matéria orgânica dissolvida. Se o dispositivo de lavagem for 13

um dispositivo não pressurizado, será preferível arrefecer a polpa antes da descarga do primeira tanque de reacção com peróxido. A diluição da polpa com um licor frio pode ser levada a cabo no segundo tanque de reacção com peróxido 160, através do tubo 153. Pode ser desejável diluir a polpa antes da bomba com o filtrado alimentado através do tubo 154 se o dispositivo de lavagem necessitar de polpa de baixa consistência para o seu correcto funcionamento. A polpa é depois lavada num dispositivo de lavagem 180 que utiliza água ou filtrado aplicados através do tubo 156. A Figura 6 é um diagrama esquemático de uma sequência de branqueamento que utiliza o presente invento aplicada a uma instalação de branqueamento existente. Uma sequência típica existente em muitas instalações de branqueamento actuais é DcEoDED. Uma instalação de branqueamento convencional existente pode ser modificada muito economicamente para incorporar as concepções de acordo com o presente invento. Como se ilustra na Figura, quase todo o equipamento existente é utilizado na conversão, e o investimento para conversão pode ser cingir-se a três misturadoras, três tanques de reacção, um gerador de ozono e tubagens várias para incorporar a alteração. Nalguns casos pode ser necessário fazer algumas alterações nos materiais em torres de branqueamento, tubagem, e outro equipamento existente.

Neste exemplo, tal como se ilustra na Figura 6, a torre de branqueamento com cloro existente pode não ser usada na nova sequência de branqueamento, mas pode servir como armazenamento adicional ou outro tratamento prévio antes da nova instalação de branqueamento. A etapa Eo existente será utilizada como uma etapa quelante onde se adiciona EDTA, DTP A, ou outro quelante e é operada com pH e temperatura controlados, de preferência com pH entre 5 e 7 e com uma temperatura compreendida entre 10 e 60°C. O tempo de retenção entre 30 a 90 minutos que existe tipicamente numa etapa Eo convencional é apropriado para a etapa de quelação.

Depois da lavagem no dispositivo de lavagem Eo existente, a etapa Dl existente será utilizada como uma primeira etapa (Pl) com peróxido, desviando a polpa para uma nova misturadora adequada para a adição de peróxido, adicionando o tanque de reacção apropriado, e descarregando para a torre Dl existente, com ou sem reactivação de

Vf.

14 peróxido residual de acordo com o presente invento. A primeira etapa de peróxido será feita funcionar a um pH entre cerca de 9,5 e até cerca de 12,5, com a primeira etapa da reacção a uma temperatura superior a 100°C, de preferência entre 105 a 120°C, com um tempo de reacção entre 1 e 30 minutos, de preferência entre 5 e 20 minutos.

Após lavagem no dispositivo de lavagem Dl existente, a etapa E existente será utilizada como uma etapa de ozono, desviando a polpa para uma nova misturadora adequada para a adição de ozono, adicionando o tanque de reacção apropriado e o separador de gás, e descarregando para a torre E existente. A etapa de ozono funcionará com um pH inferior a 4, de preferência entre 2 e 4, a uma temperatura compreendida entre 30 e 70°C, de preferência inferior a 50°C, com um tempo de reacção inferior a 10 minutos, de preferência, inferior a 5 minutos. Após lavagem no dispositivo de lavagem D2 existente, a etapa D2 existente será utilizada como uma segunda etapa de peróxido (P2), desviando a polpa para uma nova misturadora adequada à adição de peróxido, adicionando o tanque de reacção apropriado, e descarregando para a torre D2 existente, com ou sem reactivação de peróxido residual, de acordo com o presente invento. A segunda etapa de peróxido funcionará com um pH entre cerca de 9,5 e cerca de 12,5, com a primeira fase da reacção a uma temperatura superior a 100°C, de preferência entre 105 e 120°C, com um tempo de reacção compreendido entre 1 e 30 minutos, de preferência entre 5 a 20 minutos.

Após lavagem no dispositivo de lavagem D2 existente, a polpa pode prosseguir para tratamentos subsequentes. A Fig 7 ilustra um processo preferido para a reutilização de filtrados na sequência QPZP. Deve notar-se que, de acordo com o presente invento, existe uma quantidade substancial de peróxido residual com a polpa após o tratamento com peróxido, por exemplo, normalmente o peróxido carregado é de 2,5% em polpa, mas a quantidade de peróxido consumido na reacção é tipicamente inferior a 1,5% em polpa.'Tendo em conta que o peróxido é um produto químico de branqueamento relativamente dispendioso, é desejável recuperar este resíduo para ser reutilizado nas etapas de peróxido. Isto é conseguido fazendo recircular os filtrados da lavagem após a etapa de 15

peróxido para a etapa de lavagem que precede a etapa de peróxido, tal como ilustrado na Figura. Para ilustração, fluxos de filtrado típicos são representados na Figura, por exemplo, com cada dispositivo de lavagem descarregando a uma consistência de 10%, sendo o fluxo de filtrado com a polpa de 9 Kg de licor/Kg de polpa. O fluxo de água de lavagem para cada dispositivo de lavagem, a um factor de diluição 2, que é típico em instalações de branqueamento actuais, é de 11 Kg de licor/Kg de polpa. O filtrado, de acordo com o presente invento, é reciclado contracorrente através da instalação de branqueamento de tal modo que o peróxido residual é aplicado à polpa no dispositivo de lavagem e, em seguida, uma quantidade substancial deste peróxido residual é transportada para a etapa de peróxido. A aplicação de peróxido necessária na etapa é depois reduzida pela quantidade transportada com a polpa. A quantidade de peróxido residual transportada é uma função da proporção de deslocamento (eficácia de lavagem) do dispositivo de lavagem. Por exemplo, se o dispositivo de lavagem tiver uma proporção de deslocamento de 0,85, então cerca de 60% do peróxido residual será recuperado. O mesmo princípio é aplicado à recuperação da solução alcalina utilizada nas etapas de peróxido. De acordo com esta forma de realização, o produto químico de branqueamento utilizado na sequência é substancialmente reduzido pela recirculação de filtrados quando comparado com outros esquemas de recirculação de filtrados que possam ser considerados, tal como ilustrado na Figura 7. A Figura 8 ilustra outro processo preferido para a reutilização de filtrados na sequência QPZP, que pode ser preferido se se for construir uma nova instalação de branqueamento, isto é, sem reutilização do equipamento existente numa instalação de branqueamento. A Figura 8 inclui o uso de prensas, de preferência prensas de lavagem de dois cilindros, fabricadas pela “Ingersoll-Rand Company”, em vez de dispositivos convencionas de lavagem por pressão, ou por vácuo, ou por difusores de pressão ou vácuo. Na Figura são ilustrados fluxos de filtrado típicos, em que cada prensa descarrega a uma consistência de 33,3%, sendo o fluxo de filtrado com a polpa de 2 Kg de licor/Kg de polpa. O fluxo de água de lavagem para cada dispositivo de lavagem, a um factor de diluição 2, que é hoje habitual em instalações de branqueamento, é de 4 Kgs de licor/Kg de polpa. Neste caso o filtrado é usado para lavagem na prensa, semelhante ao conceito descrito na Figura 7. Além disso, contudo, o filtrado que contém J 16 /" { peróxido residual substancial é também utilizado para a diluição da polpa descarregada da prensa na quantidade de 7 Kgs de licor/K.g de polpa. A quantidade de peróxido recuperado é semelhante à do exemplo do dispositivo de lavagem por vácuo descrito na Figura 7. A quantidade de filtrado recuperado na prensa é uma função da proporção de deslocamento (eficácia de lavagem) da prensa. Se a prensa tiver uma proporção de deslocamento de 0,40 consegue-se uma recuperação total de cerca de 60% do peróxido residual. Isto pode ser atractivo para as novas construções, uma vez que as prensas requerem um capital semelhante ao dos dispositivos de lavagem convencionais de pressão ou de vácuo. Um benefício adicional desta configuração é a capacidade de incorporar branqueamento de ozono de alta consistência, em vez de branqueamento de ozono de média consistência, no caso de os dispositivos de lavagem instalados forem prensas. Esta opção reduz a quantidade de ozono necessária para o branqueamento e reduz a energia requerida pela instalação de branqueamento.

Na Figura 9 a polpa proveniente de um dispositivo de lavagem ou espessador convencional é descarregada através do tubo 10 para a misturadora 100, onde o vapor para aquecer a polpa e/ou a solução alcalina utilizada para aumentar o pH da polpa é adicionado através do tubo 15. A polpa é aquecida e ajustada para um pH de cerca de 11. A polpa aquecida e com pH ajustado é descarregada da misturadora 100 através do tubo 20 para uma bomba convencional 200 de consistência média, a qual bombeia a polpa através do tubo 30 para um dispositivo misturador 300. Uma solução de peróxido de hidrogénio é adicionada à misturadora 300 através do tubo 35, em quantidade suficiente para assegurar que será mantida uma quantidade residual substancial no final da primeira fase de reacção. Tal como é habitual em sistemas de branqueamento de peróxido, a adição de compostos de magnésio para a protecção da viscosidade da celulose, assim como separadores (tais como silicato e/ou quelantes {tais como EDTA ou DTPA}), pode também ser adicionada com a solução alcalina através do tubo 15. A solução de peróxido pode ser aplicada através do tubo 35, ou separadamente através do(s) tubo(s) 16 e/ou 36. Uma vez que a temperatura da polpa tem de ser superior a 100°C de acordo com o presente invento, e não é prática corrente bombear a polpa a esta temperatura elevada, o aumento de temperatura final de, por exemplo, entre 85° e 90°C para mais de 100°C, é alcançado pela adição de vapor entre a bomba 200 e a misturadora 300 através do tubo 37. A polpa, que foi aquecida até à temperatura de reacção desejada, e ajustada para o pH desejado, é bombeada através do tubo 40 para um tubo de fluxo ascendente 400, que é dimensionada para o tempo de retenção desejado para a primeira fase da reacção. De acordo com o presente invento, a coluna de fluxo ascendente é dimensionada para assegurar um tempo de retenção da polpa entre 5 e 30 minutos, de preferência entre 5 e 20 minutos, após o que, a polpa retém uma quantidade residual substancial de peróxido na pasta de polpa. A polpa é descarregada através do tubo 50 para um dispositivo de prensagem apropriado 560, onde a consistência da polpa é feita aumentar de cerca de 10% para cerca de 25%. O filtrado é reciclado através do tubo 55 para o tubo 30 para recuperar a porção de peróxido que não foi consumida na primeira fase da reacção. A polpa é descarregada através do tubo 60 para uma torre de fluxo descendente convencional 600, para a segunda fase da reacção que é feita funcionar a uma consistência elevada (25 a 30%). A torre de fluxo descendente convencional é dimensionada para consumir uma porção substancial do peróxido remanescente e, tipicamente, reterá a polpa durante um período de tempo compreendido entre 1 e 5 horas. A polpa branqueada é descarregada da torre 600 através do tubo 80 para as fases subsequentes de processamento.

Por questões de.clareza, as bombas e as misturadoras, assim como os dispositivos de descarga, etc., que são descritos nas Figuras 1 a 6, não são ilustrados, assim como também não o são os permutadores de calor que são necessários para manter a temperatura óptima em cada etapa de branqueamento. Os dispositivos permutadores de calor são incorporados na instalação de acordo com a boa prática de engenharia.

Os peritos no ramo reconhecerão que se pode trabalhar com o presente invento com fluxos ascendentes, fluxos descendentes, fluxos ascendentes/fluxos descendentes, ou outras configurações de modo a obter-se o tempo de retenção desejado. Os peritos no ramo reconhecerão, além disso, que existem outros meios para aquecer e arrefecer a

I

I

/ polpa, respectivamente antes de e a seguir à reacção. Os peritos no ramo Reconhecerão, além disso, que o valor utilizado para reter a pressão no primeiro tempo de retenção (tubo de fluxo ascendente), poderá estar situado, quer antes, quer depois do dispositivo de mistura. Os pormenores dados nesta descrição não têm por objectivo limitar o alcance do presente invento, sendo aqui incluídos meramente para esclarecimento da forma de realização.

Os peritos no ramo reconhecerão ainda que pode ser desejável ou necessário a utilização de quelantes e separadores para alcançar os benefícios do presente invento, e a adição destes tipos de tratamentos ao presente invento não limitará o âmbito do presente invento. São exemplos disto o uso de sequências QP, QPQP, QPQZP, QPZQP,PZQP, e semelhantes. Os peritos no ramo reconhecerão, além disso, que os tratamentos ácidos, especialmente a um pH muito reduzido, por exemplo, inferior a 3, poderão, em muitos casos, substituir eficazmente o uso de quelantes em sequências desta natureza; por conseguinte, a adição de uma etapa ácida, ou a substituição de uma etapa ácida por uma etapa quelante cairá também no âmbito do presente invento.

Esta tecnologia a que tem sido dado o nome de processo de “PAPEROXIDE” pode ser aplicada a materiais celulósicos ou lenho-celulósicos, quer a partir de madeiras macias, quer a partir de madeiras duras, ou variedades de fibras não provenientes de madeira, de polpas químicas, mecânicas, semi-químicas, ou polpas semi-mecânicas, ou polpas de fibra secundária. Os benefícios de tais aplicações são demonstradas nos exemplos que se seguem. A primeira fase do processo ‘‘PAPEROXIDE” consiste em fazer reagir a polpa com peróxido a um pH situado entre 9,5 e 12,5 e a uma temperatura elevada de (>100°C) durante um tempo limite de cerca de 30 minutos, de preferência entre 5 e 20 minutos. É importante que esta fase seja efectuada sem provocar a contaminação metálica da pasta de polpa. O resultado desta primeira fase é ilustrado no exemplo que se segue. 19

EXEMPLO 1

Uma amostra de polpa “kraft” madeira macia, com um número kappa de 27,2 foi deslignificada com oxigénio (etapa 0) até um número kappa de 1. Esta amostra de polpa foi depois tratada numa etapa de quelação utilizando EDTA 0,6% em polpa (etapa Q) a cerca de 50°C e durante um tempo de retenção de cerca de 30 minutos. Esta amostra foi ainda deslignificada utilizando uma etapa convencional de peróxido de hidrogénio (P) e uma etapa de ozono (Z) para se alcançar um número kappa de 2,0 com um brilho de 77,9%ISO e uma viscosidade de 14,4 mPa’s utilizando as condições e as cargas químicas ilustradas no Quadro A.

Quadro A- Condições e Cargas Químicas nas etapas OQPZ

Etapa

Tempo, minutos Temperatura °C Consistência, % Pressão, psig Produtos químicos, % em polpa,

Secagem em esufa base 0 Q P Z 60 30 240 7 100 50 90 23 10 2 10 40 100 - - - 02,1% aprox. EDTA, 0,6% H2 02, 2,5% 03,0,5% NaOH, 2,5% MgSO4,0,5% H2S04, pH6 NaOH, 2,5% MgS04,0,05% DTPA, 0,2% H2S04, pH2 A polpa foi ainda tratada numa etapa de peróxido pressurizado de acordo com a técnica anterior e comparada com a primeira etapa do novo processo.

Quadro I: Comparação da Técnica Anterior com o Novo Processo de Peróxido Pressurizado

Novo Processo Primeira Fase Técnica Anterior Pressurizada H2O2 consumido, % em polpa 2,2 0,9 pH Final 10,6 11,3 Tempo, minutos 60 5 Temperatura, °C 110 110 Brilho, %ISO 91,6 89,6 Viscosidade, mPa’s 8,5 8,9 20 20

Em todos os casos a polpa foi tratada a uma consistência de 10% e íoi mantida sob ( pressão utilizando-se gás de oxigénio com uma pressão de 5,17 bars (75 psig). No branqueamento aplicaram-se os seguintes produtos químicos:

Quadro 2: Condições de Branqueamento para o Quadro 1

Produto Químico H202 NaOH MgS04 DTPA

Aplicado, % em polpa 2,5 2,75 0,05 0,2

Isto ilustra que, na primeira etapa do presente invento, é possível atingir-se uma melhoria de 85% em brilho e, surpreendentemente, sem que a viscosidade saia prejudicada e com um decréscimo muito acentuado no consumo de peróxido, com um tempo de retenção muito reduzido comparado com a técnica anterior que requer uma hora ou mais, embora no exemplo tenha sido utilizado gás de oxigénio para manter a polpa sob pressão, de acordo com a primeira fase do presente invento não é necessário expôr a polpa ao gás de oxigénio. Isto é mostrado no exemplo que se segue. EXEMPLO 2

Uma amostra de polpa “kraft” de madeira macia, tendo um número kappa de 27,2 foi deslignificada com oxigénio até um número kappa de 14. Esta amostra de polpa foi posteriormente tratada numa etapa de quelação utilizando EDTA a 0,6% em polpa a cerca de 50°C e durante um período de retenção de 30 minutos. Esta amostra de polpa foi ainda deslignificada utilizando uma etapa convencional de peróxido e uma etapa de ozono para se alcançar um número kappa de 1,3 com um brilho de 81,8% ISO. A polpa foi ainda tratada numa etapa convencional de peróxido de hidrogénio e uma etapa de peróxido pressurizado de acordo com a técnica anterior e comparada com a primeira etapa do presente invento, como se segue: 21

Quadro 3: Comparação da Técnica Anterior Convencional e a Etapa de Peróxido Pressurizado, e o Efeito do uso de Gás de Oxigénio Técnica Técnica Novo Processo Anterior Anterior Primeira Fase Convencional Pressurizada H2O2 consumido, % em polpa 1,84 1,91 1,07 pH Final 11,2 11,0 11,4 Pressão, bars — 5,17 2,41 Oxigénio utilizado não sim não Pressão de Vapor 2,41 Tempo, minutos 240 60 5 Temperatura, °C 90 110 110 Brilho, % ISO 93,3 93,6 92,6

Em todos os casos, polpa foi tratada a uma consistência de 10%, e foram aplicados no branqueamento os seguintes produtos químicos:

Quadro 4: Condições de Branqueamento para o Quadro 3

Produto Químico Aplicado, % em polpa H2O2 2,5 NaOH 2,75 MgS04 0,05 DTPA 0,2

Isto ilustra que, de acordo com a primeira fase do presente invento, é possível alcançar resultados muito semelhantes aos da técnica anterior, de etapas convencionais de peróxido-oxigénio pressurizado ou à pressão atmosférica de prolongado tempo de retenção. Ao contrário da técnica anterior, estes resultados comparáveis podem ser alcançados sem o uso de gás de oxigénio na primeira fase do presente invento. A primeira fase do presente invento, curta e de alta temperatura, ilustrada no exemplo (5 minutos de tempo de retenção) utilizou apenas pressão de vapor da pasta da polpa a 22

110°C que foi de 2,41 bars (35psig), comparada com a técnica anterior qué requer o uso de gás de oxigénio de alta pressão. Através destes exemplos e de acordo com o presente invento, podem alcançar-se resultados semelhantes aos da técnica anterior embora se utilize apenas uma etapa curta de alta temperatura, que reduzirá drasticamente o investimento de capital que é necessário para a implementação da tecnologia de branqueamento de peróxido. 0 princípio fundamental do presente invento é ganhar um rápido desenvolvimento de deslignificação e de brilho num período de tempo relativamente curto, a temperaturas cerca de 100 a 120°C e tempo de retenção numa pequena coluna de reacção inferior a cerca de 30 minutos, e descarregar depois a polpa numa torre convencional grande de retenção durante cerca de 1 a 5 horas à pressão atmosférica, isto é, inferior a cerca de 100°C, sem lavagem da polpa entre as duas fases. O uso de tempo de retenção subsequente à pressão atmosférica durante tempos de retenção convencionais de 1 a 5 horas, conduzirá a um maior consumo de peróxido de hidrogénio acompanhado ainda por um aumento de brilho. Isto pode permitir que a polpa que está a entrar seja recebida com brilho inferior ao da polpa no exemplo.

Este desenho da etapa de peróxido pode ainda ser melhorado combinando o princípio de alta temperatura e curto tempo de retenção com a reactivação de peróxido residual seguido por retenção em torre de branqueamento convencional. No caso de se efectuar a reactivação de peróxido residual, a solução de peróxido é adicionada em quantidades mais do que suficientes para garantir um peróxido residual significativo após se completar a primeira fase da reacção, que é conduzida durante um tempo de retenção de 1 a 30 minutos, de preferência 5 a 20 minutos, assegurando assim a entrada de um peróxido residual na segunda fase da reacção. Esta combinação é descrita ainda num pedido co-pendente de Bottan. O presente invento pode ser aplicado à reconstrução de instalações de branqueamento existentes e/ou construção de novas instalações de branqueamento para a produção de polpas ECF ou TCF. O uso de uma fase de peróxido, curta, a alta temperatura, com ou sem retenção subsequente e com ou sem reactivação de peróxido residual, e em 23

combinação com produtos químicos de branqueamento convencionais permite uma ! construção muito económica de instalações de branqueamento de reduzido tempo de retenção.

Por exemplo, utilizando duas etapas de peróxido, curtas e de alta temperatura com uma etapa intermédia de tratamento, utilizando gás ozono, é possível produzir uma polpa TCF com elevado brilho, por exemplo, superior a 80% ISO, a partir de uma polpa “kraft” de madeira macia deslignificada com oxigénio, com um número kappa inicial de cerca de 14. Este conceito de branqueamento permite que toda a operação de branqueamento tenha lugar com um tempo de retenção total na instalação de branqueamento inferior a duas horas. Devido ao reduzido tamanho dos reactores de branqueamento comparados com os da tecnologia de branqueamento convencional, esta abordagem tem. um baixo custo de capital sem precedentes comparado com todas as actuais abordagens para a produção de polpas TCF. Isto é ilustrado no exemplo que se segue: EXEMPLO 3

Uma amostra de polpa “kraft” de madeira macia, tendo número kappa de 25,7, foi deslignificada com oxigénio até um número kappa de 13,6 e uma viscosidade de 22,4 mPa. Esta amostra de polpa foi depois tratada numa etapa de quelação utilizando EDTA a 0,6% em polpa a cerca de 50°C e durante um período de retenção de cerca de 30 minutos, seguido pelo branqueamento da polpa até um brilho superior a 85% ISO numa sequência P-Z-P. De acordo com a primeira fase do presente invento, as etapas de peróxido foram efectuadas utilizando reduzidas condições de tempo (5 a 15 minutos), alta temperatura (107 a 110°C), mas com a adição de uma fase convencional de branqueamento de ozono entre as duas etapas de peróxido. O brilho da polpa branqueada é de 82,3, 87,6, e 91,0 no total dos tempos de retenção nas duas etapas de peróxido, respectivamente de 10, 20, e 15 minutos. Deve notar-se que o número kappa da polpa branqueada é bastante baixo, por exemplo, inferior a 3. Actualmente existe uma quantidade de instalações de polpa que praticam o branqueamento de polpas TCF utilizando apenas peróxido como o produto químico 24

activo de branqueamento, e estas instalações produzem polpas totalmente Branqueadas com um número kappa máximo, por exemplo superior a 5, o que é indesejável, especialmente do ponto de vista da reversão de brilho no papel produzido a partir dessas polpas. Esta combinação do uso da primeira fase do presente invento com a tecnologia estabelecida de branqueamento com ozono tem uma vantagem substancial sobre as práticas comerciais correntes, no que diz respeito à qualidade dos papéis feitos a partir das polpas produzidas através deste processo.

Deve notar-se que, o presente invento de acordo com os dados no Quadro 5 foi simulado utilizando gás de oxigénio para pressurizar a mistura de polpa durante o branqueamento de laboratório. Este é um processo prático de simular o branqueamento no laboratório onde a temperatura da polpa deve ser mantida acima dos 100°C. Contudo, de acordo com os dados apresentados no Quadro 2, não é necessário, de acordo com o presente invento, a aplicação de gás de oxigénio, e não se prevê que seja necessário na prática comercial para alcançar as vantagens do presente invento. A simulação desta sequência inclui uma etapa de ozono operando a uma consistência elevada por conveniência na simulação em laboratório, isto é, cerca de 40% de consistência; no entanto, reconhece-se que para doses moderadas de ozono na polpa, isto é, inferior a cerca 0,6%, serão alcançados essencialmente os mesmos resultados quando se utiliza ozono de consistência média, isto é, cerca de 10 a 14% de consistência. Consequentemente, não se pretende limitar o presente invento ao uso de ozono de alta consistência sendo, de facto, preferível o uso de ozono de consistência média por forma a utilizar o equipamento existente na instalação e, assim, é isto que se descreve na forma de realização preferida.

Um perito no ramo reconhecerá que o princípio desta aplicação do presente invento, isto é, duas etapas de peróxido com uma etapa intermédia de não-peróxido, poderá também ser empregue utilizando outros produtos químicos intermédios que operam, de preferência, em meio ácido, isto é, com pH inferior a cerca de 7. Exemplos de outros tratamentos intermédios incluem, embora não estando limitados a eles, ácido peracético, ácido de Caro, vários tratamentos enzimáticos, e combinações destes tipos de reagentes.

Quadro 5: Avaliação da Sequência de Branqueamento P-Z-P Empregando o Novo Processo

Novo Processo Convencional

Etapa Pi (¾ O2 pressurizado) H2O2, % em polpa 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 H2O2, % de aceitação 0,5 1,1 1,1 1,3 2,1 NaOH, % em polpa 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 DTPA, % em polpa 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 MgSC>4, % em polpa 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 Tempo total, minutos 5 15 15 20 60 Temperatura, °C 107 110 110 110 110 Pressão de O2, bars 5,17 5,17 5,17 5,17 5,17 Consistência, % 10 10 10 10 10 PH Final 11,4 11,7 11,6 11,3 10,5 N° de kappa 8,8 7,5 6,7 6,1 4,9 Brilho, % ISO 60,3 65,5 69,0 70,4 77,9 Etapa Z(ozono) O3, % em polpa 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 O3, % de aceitação 0,49 N.D. N.D. N.D. N.D. Tempo total, minutos 7 7 7 7 7 Temperatura, °C 23 23 23 23 23 Consistência, % 40 40 40 40 40 PH Final 2,4 2,4 2,4 2,0 2,3 N° de kappa 3,7 2,0 U 1,1 N.D. Brilho, % ISO 70,6 76,5 80,8 79,8 85,7

Novo Processo Convencional

Etapa P2 (H202 pressurizado) H202, % em polpa 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 H202, % de aceitação 0,9 0,8 0,9 0,9 2,0 NaOH, % em polpa 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 DTPA, % em polpa 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 MgS04, % em polpa 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Tempo total, minutos 5 5 10 5 60 Temperatura, °C 108 110 110 109 110 Pressão de 02, bars 5,17 5,17 5,17 5,17 5,17 Consistência, % 10 10 10 10 10 PH Final 11,3 ÍU 11,4 11,6 10,6 N° de kappa 2,0 N.D. 0,4 N.D. N.D. Brilho, % ISO 82,3 87,6 91,0 31,2 93,6

Como outro exemplo, a modificação de uma instalação de branqueamento existente utilizando, por exemplo, as torres de branqueamento existentes de extracção de hipoclorito ou dióxido de cloro, como retenção subsequente a seguir à fase curta, de alta temperatura de branqueamento de peróxido, de acordo com o presente invento, reduz os custos de operação da sequência de branqueamento em comparação com o exemplo anterior, e requer um mínimo de equipamento adicional à instalação de branqueamento existente. EXEMPLO 4

Uma amostra de polpa “kraft” de madeira macia, com um número kappa de 25,7 foi deslignifícada com oxigénio até um número kappa de 13,6. Esta amostra de polpa foi depois tratada numa etapa de quelação utilizando EDTA a 0,6% em polpa a cerca de 50°C durante um período de retenção de cerca de 30 minutos, seguido do branqueamento da polpa até mais de 85% de brilho ISO numa sequência P1-Z-P2. De acordo com o presente invento as etapas de peróxido foram efectuadas utilizando condições de tempo curtas (5 a 15 minutos) e de elevada temperatura (107 a 110°C), mas com a adição de tempo de retenção atmosférico a seguir a cada etapa curta e de alta temperatura de peróxido e em combinação com uma fase convencional de branqueamento de ozono entre as duas etapas de peróxido.

No Quadro 6 demonstrou-se que, de acordo com o presente invento, a adição de retenção atmosférica a seguir à primeira fase curta e de alta temperatura do presente invento, se alcançam resultados comparáveis aos resultados alcançados de acordo com a técnica anterior, utilizando retenção pressurizada em cada etapa durante 1 a 3 horas, com mesma dose de peróxido em polpa. Isto é especialmente desejável uma vez que é possível em muitas instalações de polpas a reutilização das torres de branqueamento existentes para retenção subsequente, com capitais de investimento mínimos. Como foi anteriormente descrito, o custo de investimento para um tanque de retenção pressurizado de 1 a 3 horas é relativamente alto e prevê-se que, mesmo se for necessária a construção de um novo tanque de retenção atmosférica para uma retenção de 1 a 5 horas, o novo tanque de retenção atmosférica, em combinação com um tanque de retenção de curta duração (5 a 15 minutos) e de alta temperatura será, apesar de tudo, mais atractivo em termos económicos, para a nova sequência de branqueamento, quando comparado com as necessidades económicas da técnica anterior, De acordo com o presente invento, com a adição de um tubo de fluxo ascendente de curta duração (5 a 20 minutos) em combinação com o uso de uma torre de branqueamento existente na instalação de branqueamento durante um período adicional de 1 a 4 horas, o investimento por cada etapa de branqueamento por peróxido é reduzido para um valor de cerca de 250.000 dólares ou menos, ou um investimento total para as 350 instalações da indústria norte-americana de cerca de 90 milhões de dólares. Comparado com a técnica anterior isto representa uma poupança entre 130 e 430 milhões de dólares.

Quadro 6: Avaliação de uma sequência de branqueamento PZP empregando o

presente invento, que consiste no uso de uma primeira fase de condições de reduzido tempo e temperatura, e um tempo de retenção longo e temperatura inferior na segunda fase de cada etapa P

Etapas da etapa Pi Uma Etapa 15 minutos Duas Etapas 15+250 minutos Uma Etapa 60 minutos H2 O2, % em polpa 2,5 2,5 2,5 H2 O2, % de aceitação U 2,1 1,1 NaOH, % em polpa 2,5 2,5 2,5 MgSC>4, % em polpa 0,05 0,05 0,05 DTPA, % em polpa 0,2 0,2 0,2 Consistência, % 10 10 10 Tempo total, minutos 15 225 60 Ia etapa 15 15 60 2a etapa Temperatura, °C -- 240 — Γ etapa 110 110 110 2a etapa — 90 — Pressão de O2, bars (apenas a Ia etapa) 5,17 5,17 5,17 PH Final 11,6 11,1 10,5 N°Kappa - 6,7 5,2 4,9 Viscosidade, mPas’s 18,2 76,6 77,9 Brilho, % ISO 69,0 76,6 77,9 Fase Z O3, % em polpa 0,5 0,5 0,5 Consistência, % 40 40 40 Tempo total, minutos 7 7 7 Temperatura, °C 23 23 23 PH Final 2,0 2,0 2,3 N° Kappa U NA — Viscosidade MPas’s 12,3 11,0 14,7 Brilho, % ISO 80,8 84,6 85,7 Etapas da etapa P2 H2 O2, % em polpa 2,5 2,5 2,5 H2 O2, % de aceitação 0,9 2,3 2,0 NaOH, % em polpa 2,5 2,5 2,5 MgS04, % em polpa 0,25 0,25 0,25 DTPA, % em polpa 0,2 0,2 0,2

Consistência, % 10 10 10 Tempo total, minutos 10 250 60 Ia etapa 10 10 60 2a etapa — 240 — Temperatura, °C Γ etapa 110 110 110 2a etapa — 90 — Pressão de O2, bars Ia etapa 5,17 5,17 5,17 PH Final H,4 11,4 10,6 N° Kappa NA NA NA Viscosidade mPas’s 10,9 9,5 8,7 Brilho, % ISO 91,0 93,4 93,6

Os dados fornecidos servem para quantificar o desempenho de algumas formas de realização preferidas, mas não se tenciona limitar o âmbito do presente invento. Um perito no ramo reconhecerá que o presente invento pode ser efectuado de muitas maneiras de modo a alcançar os seus benefícios. Deram-se alguns exemplos para ilustrar este aspecto, mas estes exemplos não têm, de modo algum, a intenção de limitar o âmbito do presente invento. Esta lista descreve alguns locais onde o presente invento, processo “PAPEROXIDE”, pode ser empregue em instalações de branqueamento novas ou já existentes: 1. Para deslignificação antes da instalação de branqueamento. 2. Para brilho final no final da instalação de branqueamento. 3. Para substituir uma etapa existente instalação de branqueamento. 4. Para modificar uma etapa existente para melhorar o desempenho ou reduzir o uso de compostos de cloro na instalação de branqueamento. 5. Como um pré-tratamento anterior a uma outra etapa de branqueamento.

30 6. Qualquer dos acima mencionados, utilizando mais do que uma étapa nova modificada. 7. Mais do que uma etapa nova em combinação com um ou mais tratamentos intermédios.

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Perreira

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Claims (15)

1. / \ REIVINDICA ÇÕES 1. Processo para utilizar peróxido de hidrogénio para branquear polpa de madeira e outros materiais fibrosos celulósicos e lenho-celulósicos que compreende as fases de: ajustar a consistência da referida polpa para 8% a 18%; adicionar uma solução alcalina para levar a referida polpa até um pH superior a 9,5; adicionar peróxido de hidrogénio para proporcionar peróxido residual após a passagem através de uma primeira coluna de reacção; aquecer a referida polpa até uma temperatura superior a 100°C enquanto se mantém uma pressão suficiente para evitar que o licor de polpa ferva; fazer passar a referida polpa através de uma coluna reactora a uma taxa que proporcione um tempo de reacção na referida coluna inferior a 45 minutos; adicionar uma solução alcalina à polpa que está a sair da coluna reactora para levar a referida polpa até um pH superior a 9,0; arrefecer a referida polpa até uma temperatura inferior a 100°C; depositar a referida polpa numa torre de reacção à pressão atmosférica e permitir que a mistura de reacção prossiga durante 1 a 5 horas até ter sido consumida uma porção substancial de peróxido de hidrogénio residual; e descarregar a referida polpa para ulterior processamento.
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se adicionar uma solução alcalina suficiente para levar a referida polpa a um pH entre 9,5 a 11,5, inclusive na primeira fase de adição de solução alcalina.
3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a referida polpa ser feita passar através da referida coluna reactora a uma taxa que proporcione um tempo de reacção na referida coluna entre 5 e 20 minutos.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a referida fase de adição de peróxido de hidrogénio para proporcionar peróxido residual após a passagem através da primeira coluna de reacção compreender a adição de entre 0,5% a 5,0% de peróxido de hidrogénio, por peso da referida polpa seca em estufa.
5. 5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de o referido peróxido residual ser reactivado pela adição suficiente de solução alcalina para levar a polpa a um pH superior a 9,5.
6. 6. Sequência de branqueamento de três etapas para materiais celulósicos e lenho-celulósicos caracterizado por compreender as fases de: expor a polpa a uma primeira etapa de tratamento de branqueamento de peróxido de hidrogénio, em que a referida primeira etapa de tratamento compreende as fases de: ajustar a consistência da referida polpa para 8% a 18% e adicionar uma solução alcalina e peróxido de hidrogénio para levar a referida polpa até um pH de pelo menos 9,5 e a um teor de peróxido de hidrogénio de 0,5% a 5,0%, por secagem da referida polpa em estufa; aquecer a referida polpa até uma temperatura superior a 100°C enquanto se mantém uma pressão suficiente para evitar que o licor de polpa ferva; fazer passar a referida polpa, sob pressão, através de uma coluna reactora a uma taxa que proporcione um tempo de reacção na referida coluna inferior a 45 minutos; arrefecer a referida polpa; e descarregar a polpa arrefecida para um dispositivo de lavagem em que uma porção substancial dos produtos químicos de branqueamento não consumidos e o material dissolvido seja removido da polpa, e em que a consistência de polpa é ajustada, se necessário até um valor preferido para uma etapa de tratamento de branqueamento; 3

   expor a polpa a uma segunda etapa de branqueamento, compreendendo a referida etapa de branqueamento as etapas de: adicionar ácido ou solução alcalina suficiente para ajustar o pH da polpa até um valor preferido para o produto químico de branqueamento; introduzir a referida polpa num dispositivo misturador em que o referido segundo produto químico de branqueamento que não é peróxido de hidrogénio, é misturado com a referida polpa; descarregar a polpa da misturadora para um tanque de reacção em que a referida polpa é mantida durante o tempo suficiente para permitir o consumo de uma porção substancial do produto químico aplicado; descarregar a referida polpa do referido tanque de reacção para um dispositivo de lavagem em que uma porção substancial dos produtos químicos de branqueamento não consumidos e o material orgânico dissolvido são removidos da polpa e em que a consistência da polpa é ajustada, se necessário, para 8% a 18%; expor a polpa a uma terceira etapa de tratamento de branqueamento, compreendendo a referida terceira etapa de tratamento todas as etapas idênticas às indicadas para a referida primeira etapa de tratamento de branqueamento de peróxido de hidrogénio subsequente ao ajustamento da consistência da polpa; e depositar a polpa descarregada da etapa de branqueamento numa torre de reacção e permitir que a reacção prossiga durante 30 minutos a 3 horas até que tenha sido consumida uma porção substancial do peróxido residual, sendo o filtrado da fase de remoção de água a seguir à etapa de branqueamento utilizado para diluir a polpa que está a entrar, recuperando assim uma porção substancial do peróxido de hidrogénio residual.
7. 7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto de se adicionar, na segunda etapa de branqueamento, ácido suficiente para ajustar o pH da polpa para um valor inferior a 4 e caracterizado por a fase de introduzir a referida polpa num dispositivo misturador incluir a adição de gás de ozono num transportador de gás apropriado que é misturado com a referida polpa; e descarregar a polpa da misturadora para um tanque de reacção de ozono em que a referida polpa é mantida até 10 minutos para permitir o consumo de, substancialmente, todo o ozono, e descarregar a polpa do referido tanque de reacção de ozono para um dispositivo de lavagem, em que uma porção substancial dos produtos químicos de branqueamento não consumidos e o material orgânico dissolvido são removidos da polpa, e em que a consistência da polpa é ajustada, caso seja necessário, para 8% a 18% para a terceira etapa do tratamento.
8. 8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo facto de a quantidade de ozono aplicada se situar entre 0,1% e 2,0%, por peso de polpa seca em estufa.
9. 9. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo facto de a etapa de branqueamento de ozono ser operada a uma consistência de 8% a 18%.
10. 10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo facto de a quantidade de ozono aplicada se situar entre 0,2% e 1,0% por peso de polpa seca em estufa.
11. 11. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo facto de se incluir mais do que uma etapa de tratamento de ozono sem lavagem da polpa entre as etapas.
12. 12. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo facto de as etapas de branqueamento adicionais serem realizadas entre o primeiro tratamento de peróxido e o segundo tratamento de peróxido.
13. 13. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo facto de a polpa que está a entrar ser ajustada para uma consistência superior a 20% e ser removida a água da polpa descarregada para uma consistência superior a 20%.
14. 14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo facto de se adicionar a solução alcalina para reactivar o peróxido de hidrogénio residual antes de a polpa ser depositada na referida torre de reacção.
15. 15. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo facto de de a polpa ser arrefecida antes de ser depositada na referida torre de reacção. Lisboa, " g MAIO 2000

    Mana Silvina Ferreira