BRPI0708794A2

BRPI0708794A2 - processo para deslignificaÇço de uma polpa lignocelulàsica em uma suspensço aquosa

Info

Publication number: BRPI0708794A2
Application number: BRPI0708794-2A
Authority: BR
Inventors: Zhi-Hua Jiang; Richard Mckinnon Berry
Original assignee: Fp Innovations
Priority date: 2006-03-13
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2011-06-14
Also published as: EP1996762B1; EP1996762B8; WO2007104128A1; PT1996762T; BRPI0708794B1; US20090101296A1; EP1996762A4; CA2643093C; ES2614635T3; US8470132B2; EP1996762A1; CA2643093A1

Abstract

PROCESSO PARA DESLIGNIFICAÇçO DE UMA POLPA LIGNOCELULàSICA EM UMA SUSPENSçO AQUOSA. O alvejamento final de materiais lignocelulósicos com dióxido de cloro é mais efetivo em um pH quase neutro, mas a prática industrial presente tipicamente alveja um pH final entre 3,5 e 4,0 em decorréncia da dificuldade do alcançar e manter o pH quase neutro a baixo custo. A formação de bicarbonato in situ antes da adição de dióxido de cloro fornece uma maneira de manter o pH quase neutro requerido. O alvejamento final com dióxido de cloro quase neutro também produz uma polpa branqueada que está em um estado que responde mais efetivamente aos agentes de branqueamento fluorescente ou de abrilhantamento óptico.

Description

"PROCESSO PARA DESLIGNIFICAÇÃO DE UMA POLPALIGNOCELULÓSICA EM UMA SUSPENSÃO AQUOSA"

CAMPO TÉCNICO

Esta invenção diz respeito a um método para branquear ummaterial lignocelulósico e, mais particularmente, a um método para melhoraro desempenho do dióxido de cloro no processo de alvejamento de polpalignocelulósica.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A remoção da lignina em materiais lignocelulósicos, tal comopolpa química, é obtida por uma aplicação de múltiplos estágios de produtosquímicos de alvejamento. Dióxido de cloro é o produto químico de escolhaem virtude de reagir pronta e seletivamente com lignina e não reagir até certoponto com carboidrato. Uma seqüência de alvejamento típica usa um estágiode deslignificação de dióxido de cloro (notado como D0), um estágio deextração alcalina no qual gás oxigênio e peróxido são comumente adicionados(notados como Eop), e o procedimento de abrilhantamento final que podecompreender um estágio de dióxido de cloro (notado como D) ou doisestágios de dióxido de cloro (notados como D1 e D2, respectivamente) com ousem um estágio de extração intermediário.

Um estágio de alvejamento final com dióxido de cloro, talcomo D ou D2, é tipicamente corrido a uma temperatura entre 55 a 85 0C comum tempo de retenção entre 2 a 4 horas e uma consistência entre 8 a 15 %. OpH é ajustado tipicamente com hidróxido de sódio ou ácido sulfurico antes dodióxido de cloro para fornecer um pH final entre 3,5 e 4,0.

A tecnologia anterior mostra que o máximo desenvolvimentoda brilho é alcançado pela manutenção do pH durante o estágio dealvejamento final muito próximo do neutro (5,0 a 7,0). Foi demonstrado emlaboratório que, usando tampões solúveis, tal como diidrogeno fosfato depotássio, a brilho máxima é alcançada a um pH entre 5,0 e 6,5 [1], Patentecanadense 756.967 revela um processo para alvejamento com dióxido decloro neutro em que condições neutras são mantidas pela adição decarbonatos, óxidos de materiais alcalinos terrosos ou bicarbonatos de metaisalcalinos ou alcalinos terrosos que têm solubilidade suficientemente limitada[2], Nenhum desses processos é praticado comercialmente. Os tampõessolúveis, tal como diidrogeno fosfato de potássio, são muito caros paraaplicação industrial, embora o manuseio de tampões fracamente solúveis, talcomo bicarbonato de sódio, seja difícil. Por estas razões, a prática industrialpresente é de ajustar o pH no início do estágio tanto com um álcali quantoácido solúvel para fornecer um pH final entre 3,5 e 4,0, que foi relatado comoo pH final ideal sob condições não tamponadas [3,4].

REVELAÇÃO DA INVENÇÃO:

E um objetivo desta invenção fornecer um processo melhoradopara deslignificação de uma polpa lignocelulósica.

E um objetivo adicional desta invenção fornecer um processopara deslignificação de uma polpa lignocelulósica.

É um objetivo específico da presente invenção fornecer umamelhoria para o estágio de alvejamento final por dióxido de cloro, tal como Dou D2, na deslignificação de uma polpa lignocelulósica, aumentando a brilhoantes e/ou depois da aplicação de agente de branqueamento fluorescente(FWA) ou agente de abrilhantamento óptico (OPA) com a mesma carga dedióxido de cloro e FWA ou OPA.

E um outro objetivo específico desta invenção fornecer umamelhoria para um estágio de alvejamento final por dióxido de cloro, tal comoD ou D2, na deslignificação de uma polpa lignocelulósica, mantendo a brilhoantes e/ou depois da aplicação de agente de branqueamento fluorescente(FWA) ou agente de abrilhantamento óptico (OPA) com uma carga dedióxido de cloro menor no estágio final ou em estágios anteriores e/ou umacarga menor de FWA ou OPA.Em um aspecto da invenção, é fornecido um processo paradeslignificação de uma polpa lignocelulósica em uma suspensão aquosa, emque a deslignificação é realizada com dióxido de cloro pelo menos em umestágio de alvejamento final, a melhoria sendo em que o dito estágio dealvejamento final é realizado a um pH tamponado em uma região neutra, o pHtamponado sendo estabelecido por geração de bicarbonato in situ na ditasuspensão da polpa a partir de um agente alcalino e dióxido de carbono nasuspensão.

Em um outro aspecto da invenção, é fornecido um processopara deslignificação de uma polpa lignocelulósica em uma suspensão aquosacompreendendo as etapas de:

a) alvejamento da polpa na dita suspensão, na qual umalvejamento final é realizado com dióxido de cloro em um pH tamponado emuma região neutra, em que o pH tamponado é estabelecido pela geração debicarbonato in situ na dita suspensão da polpa, a partir de um agente alcalinoe dióxido de carbono na suspensão, e

b) abrilhantamento da polpa branqueada da etapa a) com umagente de branqueamento fluorescente ou agente de abrilhantamento óptico.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO:

O processo da invenção melhora a efetividade do alvejamentopor dióxido de cloro de material lignocelulósico e é um processo em que oestágio de alvejamento final por dióxido de cloro é mantido em um pH quaseneutro pela formação in situ de um tampão fracamente solúvel pela aplicaçãode um agente alcalino e dióxido de carbono.

A invenção diz respeito à formação in situ de um tampãofracamente solúvel e ao ajuste do pH para quase neutro. O tampão pode serformado pela aplicação de uma solução alcalina seguida pela aplicação dedióxido de carbono que, em contato com a solução alcalina, forma um tampãobicarbonato e leva o pH para quase neutro; ou a aplicação, a uma polpa jáalcalina, de dióxido de carbono que, em contato com a polpa alcalina, formaum tampão bicarbonato e leva o pH para quase neutro.

Na presente invenção, a condição de pH quase neutro émantida pela adição de dióxido de carbono a uma lama alcalina da polpa paraser branqueada em um estágio de dióxido de cloro final. Em algumascondições operacionais industriais, a lama da polpa pode já estar em umaforma alcalina, por exemplo, após um estágio de extração alcalina. Em outrascondições, a polpa pode precisar primeiro ser ajustada a um pH alcalino. Aquantidade de alcalinidade presente na polpa deve ser adequada para produzirbicarbonato suficiente quando o dióxido de carbono é adicionado, para mantero pH quase neutro durante a adição de dióxido de cloro ácido e o estágio dealvejamento que gera ácido. Pontos de adição de álcali podem ser as duchasde lavagem, o repolpador de lavagem, o misturador de vapor e o misturadorde produto químico. Pontos de adição de dióxido de carbono podem ser osmisturadores de vapor e de produto químico.

O método preferido da adição é injeção de gás dióxido decarbono na lama da polpa. O dióxido de carbono pode, entretanto, ser tambémadicionado na forma líquida ou sólida. O pH inicial, após adição de dióxido decarbono e antes da adição de dióxido de cloro, é em geral na faixa de 7 e IOeopH final é adequadamente 4,5 a 7 e preferivelmente na faixa entre 5 e 6.

Os materiais lignocelulósicos usados no método da presenteinvenção podem ser um material lignocelulósico derivado de madeira e/ounão madeira e podem ser introduzidos como cavacos, maravalhas, lascas oupolpas que são tratados com outros agentes de alvejamento conhecidos antesde ser submetidos ao alvejamento por dióxido de cloro final. Por exemplo,estágios de alvejamento típicos aplicados em uma polpa antes do estágio dealvejamento por dióxido de cloro podem ser um outro estágio de dióxido decloro, uma extração, deslignificação de oxigênio, tratamento por ozônio,peróxido, ácido peracético, quelação, hidrólise ácida ou enzima, aplicadoscomo um estágio único ou múltiplos estágios, com ou sem lavagem entre osestágios.

Tipicamente o processo de deslignificação é um alvejamento emmúltiplos estágios, e o dióxido de carbono é adicionado na suspensão da polpaimediatamente antes do estágio de alvejamento final por dióxido de cloro.

Tipicamente o alvejamento em múltiplos estágios tem aseqüência selecionada de:

D0ExD, D0ExD1D2, D0ExD1nD2 e D0ExD1ED2, em que Ex é E,E0, Ep ou Eop, onde η indica adição de álcali no final do estágio D1.

O agente alcalino que reage com dióxido de carbono paragerar bicarbonato in situ na suspensão da polpa é adequadamente umhidróxido de um metal alcalino ou um metal alcalino terroso. Hidróxidosadequados incluem hidróxido de lítio, hidróxido de sódio, hidróxido depotássio, hidróxido de bário, hidróxido de cálcio e hidróxido de magnésio.

O agente de branqueamento fluorescente ou o agente deabrilhantamento óptico adicionados na polpa recuperada de processos dainvenção pode ser adicionado diretamente à polpa ou a um papel formado apartir da polpa. Uma descrição completa destes tipos de agentes é dada nareferência 5, os preceitos dos quais estão aqui incorporados pela referência, mastipicamente os agentes usados nas aplicações de polpa e papel são baseados nasestruturas estilbeno triazina ou bifenila. Agentes adequados são derivados debistriazinila de ácido 4,4'-diaminoestilbeno-2,2'-dissulfônico; 2-(estilbeno-4-il)naftotriazóis; 2-(4-fenilestilbeno-4-il) benzoazóis; bis(azol-2-il)estilbenos;bis(estiril)benzenos, bis(estiril) bifenilas); bis(benzimidazol-2-il)s; 2-(benzofuran-2-il)benzimidazóis; cumarinas, carboestirilas; e alcóxi-naftalimidas.

O processo da invenção melhora a brilho da polpa e tambémfornece uma melhoria na resposta da polpa branqueada ao agente debranqueamento fluorescente ou agente de abrilhantamento ópticosubseqüentemente aplicados.Assim, em uma modalidade vantajosa, o alvejamento na etapaa) é realizado com uma carga reduzida de dióxido de cloro, atingindo aindaassim um abrilhantamento na polpa recuperada da etapa b) comparável àquelaquando a deslignificação é realizada com uma carga completa de dióxido decloro, na ausência de geração de bicarbonato in situ.

Em uma outra modalidade vantajosa, o abrilhantamento naetapa b) é realizado com uma carga reduzida de agente de branqueamento ouagente de abrilhantamento, atingindo ainda assim um brilho na polparecuperada da etapa b) comparável àquela quando a deslignificação érealizada com uma carga completa do agente de branqueamento ou agente deabrilhantamento.

Ainda em uma outra modalidade vantajosa, o processo dainvenção inclui uma etapa de recuperar uma polpa da etapa b) com um brilhomaior que aquela para um processo comparável na ausência de geração debicarbonato in situ.

A solução de dióxido de cloro usada no método da presenteinvenção pode ser gerada usando processos conhecidos e pode ou não contercloro ou outras espécies de cloro. O material lignocelulósico é colocado emum vaso ou recipiente, ao qual é adicionada uma solução contendo dióxido decloro. A reação de alvejamento é conduzida a uma temperatura na faixa decerca de 40 0C a cerca de 95 °C, a uma consistência de 2 a 20 %. A quantidadede dióxido de cloro adicionado ao estágio, baseado no materiallignocelulósico seco em forno, pode variar de 0,5 a 20 kg/ton.

Em uma modalidade preferida da invenção, as condições noestágio de dióxido de cloro final são uma temperatura de 70 0C, umaconsistência de 10 % e uma carga de dióxido de cloro entre 1 e 2 kg/tonbaseada no material lignocelulósico seco em forno.

Nesta especificação, um pH em uma região neutra significaum pH neutro ou quase neutro, mais especificamente 4,5 a 7 epreferivelmente 5 a 6.

EXEMPLOS

De maneira a revelar mais claramente a natureza da presenteinvenção, os exemplos seguintes ilustram a invenção.

EXEMPLO 1

Uma polpa kraft de madeira dura deslignificada com oxigênioe parcialmente branqueada em uma fábrica com uma seqüência D0Eop foilavada completamente no laboratório e branqueada com um estágio dedióxido de cloro final. D0 representa um estágio de deslignificação de dióxidode cloro, enquanto Eop representa um estágio de extração alcalina fortificadocom oxigênio ou peróxido. O número kapa da polpa D0Eop foi 2.0.

O estágio de alvejamento final com dióxido de cloro (D) foirealizado colocando a polpa em um vaso e misturando água apropriadamenteaquecida na polpa e ajustando o pH para um valor predeterminado usandohidróxido de sódio (NaOKT) ou dióxido de carbono, se necessário, seguidoimediatamente por uma adição rápida de solução de dióxido de cloro. A cargade dióxido de cloro adicionado a lama da polpa foi ajustada a 1,70 kg portonelada da polpa seca em forno. A consistência da polpa foi 12,0 %, atemperatura de reação foi 70°C e o tempo de reação foi 97 minutos. Após areação, a polpa foi lavada completamente.

Tabela I

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É prontamente evidente a partir dos resultados na tabela I queexiste uma vantagem de brilho sobre operação convencional (experimento 1)que é obtido usando a aplicação de um álcali e um dióxido de carbono(experimentos 3 e 4) para tamponar o estágio de abrilhantamento final. Étambém evidente a partir da tabela I, que a obtenção de um pH final na faixavisada sem tamponamento (experimento 2) não dá o aumento na brilho que épossível a partir do processo descrito nesta pedido de patente. A efetividademelhorada de alvejamento com dióxido de cloro através da obtenção emanutenção de um pH quase neutro é mostrada por um brilho ISO obtida(91,9 %, experimento números 3 e 4) maior que a obtida no experimentocontrole (91,4 %, experimento número 1).

EXEMPLO 2

Uma polpa kraft de madeira dura deslignificada com oxigêniocom um número kapa 7,6 foi branqueada usando uma seqüência D0EopD.

Os estágios D0 e D usaram os procedimentos empregados noexemplo 1, mas as cargas de dióxido de cloro no estágio D0 foramsubstancialmente diminuídas quando condições quase neutras foram usadas.

As cargas de dióxido de cloro na seqüência D0EopD foram como a seguir:0,62 % ou 0,85 % no estágio D0 para alvejamento quase neutro ouconvencional respectivamente, e 0,17 % no estágio D. Outras condições dereação para o estágio D0 foram: 10 % em consistência, tempo de reação de 54minutos, temperatura de reação de 60 0C. Outras condições de reação para oestágio D foram: 12 % em consistência, tempo de reação de 97 minutos,temperatura de reação de 70 °C. O estágio D foi realizado com e sem adiçãousando dióxido de carbono.

O estágio de extração (Eop) foi realizado a 10 % emconsistência em um misturador de pino pressurizado em laboratório mantido a0,14 MPa de pressão de oxigênio pelos primeiros 10 minutos da reação, e apressão atmosférica por 50 minutos. A temperatura de reação foi mantida a 750C e a carga de NaOH e peróxido foi 0,64 % e 0,33 % baseada no peso dapolpa seca em forno, respectivamente.A polpa foi lavada completamente após cada estágio dealvejamento.

Amostras de folha de papel de polpas branqueadas de D0EopDsão preparadas também para avaliar suas respostas para os agentes debranqueamento fluorescentes (FWA) ou agentes de abrilhantamento óptico(OPA). Um volume de solução de Tinopah HW (0,5 % de água deionizada)foi aplicado na amostra de folha de papel com uma seringa e a amostra foientão seca e medida pela brilho.

E prontamente evidente a partir de uma análise dos resultadosna tabela II que, comparado com o estágio D convencional (experimento 6), apresente invenção de manter um pH quase neutro no estágio D usandodióxido de carbono e uma base (experimento 5) ainda dá um brilho finalmaior (91,7 em função de 91,4) mesmo quando a quantidade de dióxido decloro usado no estágio D0 diminuiu em 27 %. É também prontamenteevidente a partir dos dados nas 2 últimas linhas da tabela II que também éfornecida uma melhoria para a resposta das polpas branqueadas finais para aaplicação de um agente de branqueamento fluorescente.

TABELA II

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REFERÊNCIAS1) Rapson, W.H., Tappi J., 39(5): 284, 1956.

2) Sepall, O., Canadian Patent No. 756.967, 1967.

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

4) Reeve, D.W., in Pulp Bleaching - Principie and Practice,(C.W. Dence and D.W. Reeve, Eds), TAPPI Press, Atlanta, 1996, porcentoem peso 379-394.

5) Kirk-Othmer 4th Edition, "Fluorescent Whitening Agents"Vol. 11, p. 227.

Claims

1. Processo para deslignificação de uma polpa lignocelulósicaem uma suspensão aquosa em que a deslignificação é realizada com dióxidode cloro pelo menos em um estágio de alvejamento final, caracterizado pelofato de que dito estágio de alvejamento final é realizada em um pHtamponado de 4,5 a 7, o pH tamponado sendo estabelecido pela geração debicarbonato in situ na dita suspensão da polpa a partir de um agente alcalino edióxido de carbono na suspensão.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a dita deslignificação é realizada com um alvejamento demúltiplos estágios, e o dióxido de carbono é adicionado na suspensão dapolpa imediatamente antes do estágio de alvejamento final com dióxido decloro.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que o alvejamento de múltiplos estágios tem uma seqüênciaselecionada de:D0ExD, D0ExDiD2, D0ExDinD2 e D0ExDiED2, em que Ex é E,E0, Ep ou Eop e η é a adição de álcali no final do estágio D1.

4. Processo, de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3,caracterizado pelo fato de que o agente alcalino e dióxido de carbono sãoadicionados na suspensão da polpa imediatamente antes do estágio dealvejamento final com dióxido de cloro.

5. Processo, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 ou 4,caracterizado pelo fato de que o dito agente alcalino é selecionado dehidróxidos de metais alcalinos e metais alcalinos terrosos.

6. Processo para deslignificação de uma polpa lignocelulósicaem uma suspensão aquosa, caracterizado pelo fato de que compreende asetapas de:a) alvejamento da polpa na dita suspensão, em que oalvejamento final é realizado com dióxido de cloro a um pH tamponado de-4,5 a 7, em que o pH tamponado é estabelecido pela geração de bicarbonato insitu na dita suspensão da polpa, a partir de um agente alcalino e dióxido decarbono na suspensão, eb) abrilhantamento da polpa branqueada da etapa a) com umagente de branqueamento fluorescente ou um agente de abrilhantamento.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que o dito abrilhantamento na etapa b) é com um agente debranqueamento fluorescente.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que o dito abrilhantamento na etapa b) é com um agente deabrilhantamento óptico.

9. Processo, de acordo com as reivindicações 6, 7 ou 8,caracterizado pelo fato de que o dito alvejamento na etapa a) é realizado comuma carga reduzida de dióxido de cloro obtendo ao mesmo tempo um brilhona polpa recuperada da etapa b) equiparada àquela que se obtém quando adeslignificação é realizada com uma carga completa de dióxido de cloro, naausência de geração de bicarbonato in situ, dita carga reduzida sendo menordo que dita carga completa.

10. Processo, de acordo com as reivindicações 6, 7 ou 8,caracterizado pelo fato de que o dito abrilhantamento na etapa b) é realizadocom uma carga reduzida de agente de branqueamento ou agente deabrilhantamento, obtendo ao mesmo tempo um brilho na polpa recuperada daetapa b) equiparada àquela que se obtém quando a deslignificação é realizadacom uma carga completa de agente de branqueamento ou agente deabrilhantamento, dita carga reduzida sendo menor do que dita carga completa

11. Processo, de acordo com as reivindicações 6, 7 ou 8,caracterizado pelo fato de que inclui uma etapa de recuperar uma polpa daetapa b) com um brilho maior que aquela para um processo comparável naausência de geração de bicarbonato in situ.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações-6 a 11, caracterizado pelo fato de que a etapa a) compreende um múltiploestágio.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato de que o alvejamento de múltiplos estágios tem uma seqüênciaselecionada de:D0ExD, D0ExD1D2, D0ExDinD2 e D0ExD1ED2, em que Ex é E,E0, Ep ou Eop e η é a adição de álcali no final do estágio D1.

14. Processo, de acordo com as reivindicações 11, 12 ou 13,caracterizado pelo fato de que o agente alcalino e o dióxido de carbono sãoadicionados na suspensão da polpa imediatamente antes do estágio dealvejamento final com dióxido de cloro.

15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações-11, 12, 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que o dito agente alcalino éselecionado de hidróxidos de metais alcalinos e metais alcalinos terrosos.