PT99649B

PT99649B - Processo para desintegracao de celulose

Info

Publication number: PT99649B
Application number: PT9964991A
Authority: PT
Inventors: Wolfgang Danzer; Hans-Georg Guttenberger
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 1990-12-01
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 1999-11-30
Also published as: FR2669947A1; PT99649A; ES2036486B1; ES2036486A1; DE4038420A1; FR2669947B1

Description

Descrição

A presente invenção refere-se a ura processo para desintegração de celulose cora lixívia branca, composta essencialmente por Ua^S e PaOH, obtendo-se como resíduo lixívia negra contendo lignina e Na^S não transformado, a partir da qual se pode recuperar lixívia branca através de incineração.

As unidades de produção de celulose trabalham normalmente segundo o chamado processo do sulfito ou segundo o chamado processo do sulfato.

<p.e, necesNo processo do sulfito são utilizados sulfitos Ca(HS0^)₂ ou NaHSOp para a preparação da lixívia branca sária para a desintegração da celulose. Uma vez que no processo de recuperação da lixívia branca a partir da lixívia negra por meio de incineração praticamente não são libertados compostos sulfurados, este processo tem até agora sido preferido nos países com rígidas regulamentações ambientais. 0 processo apresenta no entanto a desvantagem de as propriedades mecânicas das fibras de celulose sereis menos boas.

processo do sulfato, no qual são utilizados sulfatos, em especial Na₂S0j|, para a preparação da lixívia branca, permite pelo contrário uma desintegração muito mais eficiente da celulose, podendo ser produzido um papel de grande qualidade. Na recuperação da lixívia branca a partir da lixívia negra por meio de incineração, são porém libertas grandes quantidades de compostos sulfurados. Por este motivo, este processo não foi até agora utilizado em países com normas rígidas sobre gases de combustão.

Ambos os processos de desintegração são descritos, por exemplo, in Olmanns Enzyklopadie des technischen Chemie, Vol. 17, 4» edição, Verlag Chemie - Weinheim-New York, Papier, Faserrohstoffe”, pãgs. 535-557, e in Ninnacker, Kuchler, Chemische Technologie¹*, Vol. 5, 4< edição, Cari Hanser Verlag Munchen-Nien (1981), págs. 605-626.

objectivo da presente invenção consiste em melhorar de tal forma o processo dos sulfatos, que a emissão de compostos sulfurados quando da recuperação da lixívia branca a partir da lixívia negra seja praticamente reprimida.

Esse objectivo ê solucionado de acordo com a presente invenção, introduzindo na lixívia negra um gás contendo pelo menos 50 vol? de oxigénio antes da incineração.

Para melhor compreensão da presente invenção, deve referir-se em primeiro lugar mais pormenorizadamente o principio da desintegração da celulose segundo o processo dos sulfatos. Os compostos de partida para a lixívia branca necessária à desintegração da celulose são normalmente Na₂0, NagSOii e CaO. A partir destes compostos forma-se de acordo com as equaçCes seguintes, a lixívia branca composta essencialmente por Na₂S e NaOHs

Na₂0 W» .,Ρ5Π·.	+	co₂ li no _,_m	— -S>	Na₂CO₃ N» s a. tt	co ♦
					UVJ I
CaO		HgO	——·»	Ca(0H>2
Na₂C0^	♦	Ca(0H)2 —	-----	2 NaOH +	CaCO.

A celulose é normalmente fervida a aprox. 16O°G com a lixívia branca, e durante esse processo, a lignina, que serve de estrutura de suporte na celulose, dissolve-se tornando a solução preta. Essa solução negra, chamada lixívia negra, contém para além da lignina dissolvida, também quantidades apreciáveis de Na₂S não transformado. Para a recuperação dos compostos químicos, a lixívia negra é normalmente tratada termícamente num forno de reciclagem. 0 calor produzido pela incineração da componente lignina pode ser utilizado para a produção de vapor. A partir do Na₂S forma-se NagSOij, que pode de novo ser utilizado para a preparação da lixívia branca.

Até agora, aceitou-se como Inevitável que cerca de 3-5? do composto químico de desintegração Na₂S se perdesse sob a forma de gás de combustão durante a reciclagem de compostos químicos no forno de reciclagem. Neste processo libertam-se quantidades consideráveis de H₂S e Sõg pela chaminé, o que conduz a uma forte sobrecarga do meio ambiente.

Surpreendentemente, esta sobrecarga do meio ambiente pode ser evitada de acordo com a presente invenção, introduzindo na lixívia negra um gás contendo pelo menos 50 vol£ de oxigénio antes da incineração» A presente invenção baseia-se no conhecimento de que através da introdução de oxigénio, o Na₂S pode ser quase todo oxidado em Na₂S₂Qg logo antes da incineração, pelo que no forno de reciclagem já não se libertam compostos sulfurados voláteis. Parte-se do princípio de que os compostos sulfurados voláteis se formam numa zona limite do forno de reciclagem, na qual se encontram as condições de reacção oxidativas e reduefcivas. Na zona superior do forno de reciclagem são mantidas as condições de reacção oxidativas, por forma a incinerar o teor em lignina da lixívia negra. Na zona inferior mantêm-se oondições de reacção reductivas, por forma a reduzir o Na₂S0j} em NagS com CG. Na zona limite, o Na₂S não pode ser totalmente oxidado, pelo que se formam compostos sulfurados voláteis. Tal facto é evitado, oxidando a quase totalidade de Na₂S logo antes da entrada no forno de reciclagem, através da . introdução de oxigénio tecnicamente puro.

- 3 Q facto resulta da seguinte equação:

Na₂S + 0₂ + 1/2 H₂0 -------> 1/2 Na₂S₂O₃ + NaOH.

NagSgOg assim formado é reduzido, tal como o Na₂S0|j, com CO de modo a obter Ha₂S, que é de novo utilizado na preparação da lixívia branca»

De preferência utiliza-se como gás contendo oxigénio, oxigénio tecnicamente puro, disponível por exemplo em tanques de gás líquido ou que pode ser preparado no local através de um sistema de decomposição do ar» á, porém igualmente possível utilizar um gás enriquecido com oxigénio, p.e. ar enriquecido com oxigénio. 0 gás enriquecido com oxigénio pode também ser preparado por meio de uma aparelhagem de adsorção por alteração de pressão (PSA).

A quantidade de oxigénio a introduzir na lixívia negra é seleccionada de preferência de tal forma, que o Na₂S seja na totalidade oxidado em Na₂S₂Og. Desta forma evita-se completamente a formação de compostos sulfurados voláteis no forno de reciclagem, podendo assim ser cumpridas mesmo a mais rigorosas normas ambientais.

De preferência, o oxigénio tecnicamente puro ou o gás enriquecido com oxigénio é injectado numa conduta contendo a lixívia negra. Normalmente, a lixívia negra sai sob pressão do digestor onde se processa a desintegração da celulose, e é conduzida através de condutas de pressão para um evaporador, e dali através de um eoncentrador para o forno de reciclagem. De preferência, o oxigénio ou o gás enriquecido com oxigénio é introduzido na conduta de pressão, no ponto onde a pressão é mais elevada, a fia de se obter uma quase total dissolução do oxigénio na lixívia negra. Dm tal ponto encontra-se por exemplo imediatamente a seguir ao disgestor, ou imediatamente a jusante das bombas de transporte.

Para alem do facto de evitar a emissão de H₂S e S0₂, a presente invenção e8tã associada a outras vantagens consideráveis. Uma vez que nSo se libertam quaisquer compostos sulfurados através da chaminé e que o teor de Na₂S da lixívia negra

é totalmente reaproveitado para a preparação da lixívia branca, não é necessário acrescentar mais lixívia branca, como é o caso nos processos tecnológicos actualmente conhecidos. Para além disso, é possível poupar energia de vapor, utilizada em muitos pontos da produção de pasta de celulose, pois devido â reacçSo exotérmica da NagS em HagSgO^ forma-se vapor adicional. Assim, a presente invenção torna o processo dos sulfatos tolerável para o ambiente, podendo agora passar a ser utilizado também nos países com rígidas normas ambientais* Apesar das despesas suplementares com o oxigénio tecnicamente puro ou o gás enriquecido com oxigénio, o processo é económico, pois pode poupar-se tanto energia como compostos químicos. Para além disso, nSo é necessária qualquer purifieação dos gases de escarpe, o que tam bém aumenta a rentabilidade do processo.

Em seguida, a presente invençSo será explicada em pormenor com base no exemplo de execução representado esquematicamente na Figura,

A Figura representa o esquema de fluxo de uma aparelhagem para o tratamento da lixívia negra numa fábrica de celulose.

No presente exemplo de execução trata-se de uma fábrica de celulose equipada com um digestor a trabalhar em contínuo para a preparação de celulose de eucalipto, e com quatro digestores a trabalhar em discontínuo para a preparação de celu t

lose de pinheiro. Para facilitar, no desenho apenas se encontra representado um disgestor 1. No fluxo de lixívia negra que sai dos digestores encontram-se ainda aprox. 8 a 10 g de Na₂S por litro.

A lixívia negra é conduzida através da conduta de transporte 4 para o recipiente intermédio 2, que se destina e equilibrar as variações do fluxo da lixívia negra. No recipiente intermédio 2, a lixívia negra apresenta um teor de matéria seca de aprox. 16 a aprox. 18¼. Daqui, a lixívia negra é transportada através das bombas de transporte 5 e de uma outra conduta de transporte 6 para seis evaporadores 3, ligados em sé’ rie. Nos evaporadores 3 é introduzido vapor quente em fluxo

contrário ao da lixívia negra.

Os componentes evaporados da lixívia negra, os chamados ”Bruden^H, são desviados através da conduta 7 e recolhidos num colector de Brfíden δ. Daqui, os «Briiden” sSo conduzidos para uma caldeira de extracção 9» A água residual é removida através da conduta 10, enquanto que os componentes voláteis são conduzidos através da conduta 11 para o forno de reciclagem 12.

Os componentes da lixívia negra não evaporados nos evaporadores 3 sSo removidos através da conduta 13 e transferidos para um reservatório tampSo 14. Ho reservatório tampão 14, a lixívia negra apresenta já ura teor de matéria seca de aprox. 40%. 0 teor de matéria seca é ainda aumentado para aprox 56% num concentrador 15. Através de um outro reservatório tampão 16, a lixívia negra com um teor de matéria seca de aprox» 75% é por fim transportada para o forno de reciclagem 12» No forno de reciclagem 12 obtém-se a partir da lixívia negra uma escória, que é removida através da conduta 17. A partir da escória, prepara-se de novo lixívia branca, que é outra vez utilizada no digestor 1 para desintegração da celulose»

A lixívia negra sai do digestor 1 já com uma temperatura de aprox. 30°C e uma pressão aumentada. Assim, verificam-se imediatamente após o digestor 1, as condições ideais para a dissolução do oxigénio na lixívia negra. Por este motivo, o oxigénio, que se encontra por exemplo disponível em tanques de gás líquido ou que pode ser preparado no local através de um sistema de decomposição do ar ou de uma aparelhagem PSA, é introduzido na conduta 4 imediatamente após o digestor 1, através dos pulverizadores 1S. Para além disso, é introduzido a jusante das bombas de transporte 5 e imediatamente a seguir a estas, oxigénio tecnicamente puro na conduta 6, através dos pulverizadores 19. 0 comprimento da conduta 6 desde os pulverizadores 19 até aos evaporadores 3 é de aprox. 100 m. Esta distâaeia é suficiente para dissolver a maior parte do oxigénio na lixívia negra, e para oxidar o Na^S em NagSgO^ já antes dos evaporadores. A quantidade total de oxigénio a pulverizar é seleccionada por forma a oxidar totalmente a percentagem de NagS contida no

fluxo de lixívia negra. Em consequência, no forno de reciclagem 12 apenas se formam compostos sulfurados com elevado grau de oxidação, não podendo pois evaporar-se do forno de reciclagem 12 quaisquer compostos sulfurados voláteis com baixo grau de oxidação. 0 teor em lignina da lixívia negra é incinerado na zona superior do forno de reciclagem 12, onde se verificam condiçdes de reacção oxidativas (porém muitas vezes falta de oxigénio). A energia que se liberta deste processo é utilizada para a formação de vapor. 0 vapor pode ser aplicado em muitos pontos da fábrica de celulose. Na zona inferior do forno de reciclagem 12, o NagSgG^ é novamente reduzido em Na₂S com CG. A escória resultante é de novo utilizada para a preparação de lixívia branca, Desta forma não se perde qualquer Na₂S, pelo que não ê necessário voltar a adicionar Na^SO^ para a preparação da lixívia branca, eomo é o caso no processo de acordo com os actuais conhecimentos tecnológicos. Para além disso, não se verifica qualquer sobrecarga do meio ambiente devido a emissões de H₂S e SO2, como é o caso no processo do sulfato até agora conhecido* Uma vez que a oxidação de Na₂S em NagSgOg é exotérmica, liberta-se adícionalmente energia de vapor, que pode ser aproveitada na fábrica de celulose.

Apresentam-se em seguida os parâmetros de funcionamento para um exemplo de execução:

- Dados de funcionamentos

Fluxo volumétrico de lixívia negra (TS = 16-18^) Comprimento da condução de pressão Diâmetro da condução de pressão Velocidade do fluxo

Pressão na conduta

Temperatura da lixívia negra

Concentração de Na₂S

Pressão de entrada do 0₂

Indicação rotamétrica (Pg = 3 bar abs.) Quantidade de O2 pulverizada 44 ----------m3 0₂Z h =

192 m³/h aprox. 100 m 200 mm 1,70 m/s 3 bar íí 80°C g Na₂S/l 7,5 bar u 44 m^ o₂/h m3 o^Z h

- Valores medidos:

Aumento de temperatura a lixívia negra Sedução de Sa₂S na lixívia negra aprox. 1°c aprox. 1,0 g/1

- Valores teóricos:

Taxa molar de Na^S por hora:

192 x 8000

-----—---— mol/h = 19692 mol/h

Quantidade necessária de Og para oxidação da totalidade de Ha₂S:

19692 x 32 g O₂/h « 630 kg 0₂/h « 471 m³0₂/h

OxidaçSo máxima possível de NagS:

—---8 g Na₂S/l = 1*25 g Na_?S/l

471

Aumento máximo da temperatura:

1,25 Q 0,125 x 53 x 19692

T = X ——— » [°C] m x Cp 192.000 x 1*09 x 1

- °*⁶ °^c

Caso seja oxidada a totalidade dos 1,97 x 10^ mol de ÍIa₂S por via química húmida, pode prescindir-se da adição diária de 50 t de Na^O^.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1a Processo para desintegração de celulose com lixívia branca, composta essencialmente por Na-S e NaOH, obtendo-se como resíduo lixívia negra contendo lignina e Na₂S não transformado, a partir da qual se pode recuperar lixívia branca por meio de incineração, caracterizado por antes da incineração se introduzir na lixívia negra um gás contendo pelo menos 50 vol£ de oxigénio.

- 2» Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se utilizar como gás contendo oxigénio, oxigénio tecnicamente puro.

- 31 Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se utilizar como gás contendo oxigénio, ar enriquecido com oxigénio.

Processo de acordo eom qualquer das reivindicações 1 a 3» earacterizado por se introduzir o gás contendo oxigénio na lixívia negra, numa quantidade suficiente para oxidar completamente o teor de Na₂S em NagSgOg antes da incineração.

- 51 Processo de acorde com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o gás contendo oxigénio ser injectado numa oonduta contendo a lixívia negra.

- 9 A requerente reivindica a prioridade do pedi do alemão apresentado em 1 de Dezembro de 1990, sob o P 40 38 420.9.