PROCEDIMIENTO PARA RECUPERAR ALCALIS Y ENERGIA A PARTIR DE UN LICOR NEGRO QUE CONTIENE SILICATO.

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE AL PROCESO PARA LA RECUPERACION DE ALCALI Y CALOR DE UN LIQUIDO RESIDUAL NEGRO (5),

QUE CONTIENE SILICATO, A PARTIR DE UNA COCCION EN SOSA DE, POR EJEMPLO, HIERBA, CAÑAS, PAJA Y BAGAZO. EN EL PROCESO, EL LICOR NEGRO (5) SE TRATA CON UN GAS (6) QUE CONTIENE DIOXIDO DE CARBONO PARA PRECIPITAR LA SILICE Y LA LIGNINA; EL PRECIPITADO (9) SE SEPARA (2) DEL LICOR NEGRO, QUE SE EVAPORA (3) Y SE SOMETE A COCCION (4) PARA GENERAR CALOR Y RECUPERAR UNA FUSION DE CARBONATO SODICO. EN LA INVENCION, EL LICOR NEGRO (5), QUE CONTIENE SILICATO, SE NEUTRALIZA CON UN EXCESO DEL GAS (6) QUE CONTIENE DIOXIDO DE CARBONO, EL CUAL INCLUYE PREFERENTEMENTE MAS DE UN 60% EN VOLUMEN DE DIOXIDO DE CARBONO. LA EVAPORACION (3) DEL LICOR NEGRO TIENE LUGAR BASICAMENTE DESPUES DE QUE SE HA SEPARADO (2) EL PRECIPITADO (9) RICO EN SILICE. LA COMBUSTION SE REALIZA CON GAS DE OXIGENO PURO O AIRE ENRIQUECIDO CON OXIGENO (14), UNA VEZ QUE EL LICOR NEGRO HA SIDO ELEVADO A UNA TEMPERATURA CERCANA ASU PUNTO DE EBULLICION, POR CONTACTO DIRECTO CON LOS GASES CALIENTES DE ESCAPE DE LA COMBUSTION, DESARROLLANDOSE TODAS ESTAS OPERACIONES BAJO UNA SOBREPRESION SUSTANCIAL DE AL MENOS 100 KPA. CON ESTE PROCEDIMIENTO, SE RECUPERA UN MATERIAL FUNDIDO DE CARBONATO SODICO Y SE FORMA UN GAS (17) QUE CONTIENE MAS DEL 60% EN VOLUMEN DE DIOXIDO DE CARBONO, QUE SE USA PARA NEUTRALIZAR EL LICOR RESIDUAL NEGRO (5) QUE CONTIENE SILICATO

Procedimiento para recuperar álcalis y energía a partir de un licor negro que contiene silicato.

La presente invención se refiere a un procedimiento para recuperar álcalis y energía a partir de un licor negro que contiene silicato, obtenido a partir de un procedimiento para obtener pasta de de papel y, particularmente, a un procedimiento en el que un licor negro que contiene silicato se pone en contacto directo con un gas que contiene dióxido de carbono con el fin de precipitar sílice y lignina a partir del licor negro, se separa del licor negro un precipitado sólido rico en sílice, el licor negro se evapora para concentrarlo y el licor negro concentrado, pobre en silicato, se quema para generar calor y para recuperar una masa fundida de carbonato sódico, que se puede caustificar después de su disolución en agua.

En la producción de pasta química para producir papel se utiliza principalmente madera como materia prima. No obstante, aproximadamente el 10% de la pasta química producida en todo el mundo se produce a partir de otras plantas y residuos de plantas tales como hierba, cañas, paja y bagazo. Estas materias primas se caracterizan por contener, entre otras sustancias, bastante más silicio que la madera.

La pasta química de papel se produce cociendo la materia prima con determinadas sustancias químicas y, después, disolviendo químicamente el material no fibroso. Quedarán las fibras de celulosa que constituyen la pasta de papel. Gran parte del material disuelto está formado por lignina, pero también por otras sustancias orgánicas e inorgánicas. En la producción de pasta química a partir de madera, se utiliza principalmente el procedimiento del sulfato, en el cual, el hidróxido sódico y el sulfuro sódico son componentes activos del licor de cocción. Para la cocción de materias primas distintas a la madera, solo se necesita el hidróxido sódico como producto químico activo, y por este motivo, la mayor parte de la producción de pasta química a partir de estas materias primas se lleva a cabo con el procedimiento denominado procedimiento de la sosa.

En el procedimiento de la sosa, la materia prima se calienta junto con un licor de cocción alcalino que contiene hidróxido sódico hasta una temperatura en el intervalo de 140 a 170ºC, bajo presión. El licor de cocción debe tener una elevada concentración de sustancia alcalina. Bajo estas condiciones, se disolverá la mayor parte de la lignina de la materia prima, pero, asimismo, la mayor parte del silicio presente en la materia prima reaccionará con el hidróxido sódico para formar silicato de sodio soluble en agua. De este modo, el licor negro producido en la cocción contendrá iones de silicato además de lignina y otros compuestos orgánicos.

En principio, se puede recuperar hidróxido sódico a partir del licor negro, y la sustancia orgánica presente en el licor negro se puede utilizar como combustible para generar energía. Al contrario que en el procedimiento del sulfato, en el que el licor de cocción contiene iones sulfuro y la combustión del licor negro requiere un entorno químicamente reductor en la parte inferior del equipo de combustión, el licor negro obtenido usando el procedimiento de la sosa se puede quemar incluso en condiciones muy oxidantes. La recuperación química se lleva a cabo evaporando el licor negro hasta obtener un contenido adecuado de materia seca y quemando el licor evaporado por medio de un exceso de oxígeno. El residuo de combustión inorgánico, formado principalmente por carbonato sódico, se disuelve en agua y se caustifica con cal viva para formar hidróxido sódico, que, a su vez, se usa en la cocción de la pasta. Así se hace habitualmente en el caso de licores negros con un bajo contenido de silicatos. Sin embargo, la presencia de silicato en el licor negro supone graves problemas en lo que respecta a la recuperación. Los principales problemas consisten en: la formación de incrustaciones (scaling) en las superficies de intercambio de calor del evaporador en las que se concentra el licor negro; la elevada viscosidad del licor negro concentrado, que impide la combustión del licor; y la formación de silicato de calcio en la cal utilizada para convertir el carbonato sódico en hidróxido sódico. El silicato de calcio hace que el reciclaje de la cal resulte difícil o prácticamente imposible. Debido a los problemas causados por el silicato, las fábricas de papel que usan, por ejemplo, paja como materia prima no pueden recoger el licor negro y recuperar el hidróxido sódico a partir del mismo, sino que vierten el licor negro como producto de desecho. Evidentemente, esto supone una enorme carga financiera para la fábrica y resulta muy perjudicial para el entorno de la fábrica.

En los últimos 20 años, se han realizado intentos de resolver los problemas producidos por el silicato en el licor negro. Un principio químico muy conocido establece que, cuando se reduce la acidez, es decir, el pH de la solución, los iones de silicato formarán sílice, en parte gelatinoso y en parte cristalino (cf. p. ej., Chemical Abstracts, Vol. 89, nº 61292, 1978). Se han concebido procedimientos para eliminar el silicato del licor negro basados en esta cristalización. En la fábrica que la compañía RAKTA posee en Egipto, se instaló un procedimiento que sigue el procedimiento que se describe aquí. La reducción del pH se lleva acabo introduciendo en el licor negro un gas de combustión que contiene dióxido de carbono. De acuerdo con el procedimiento descrito, la sustancia que contiene silicio se separa del licor negro por sedimentación y/o centrifugado, tras lo cual, el silicio precipita como una mezcla de sílice y silicato cálcico mediante la adición de cal viva o apagada. El procedimiento ha sido patentado por J. Mülder y P. Gutman (Alemania, 3003090 8/1981).

De todas formas, en la práctica, la instalación de RAKTA nunca llegó a funcionar satisfactoriamente. El motivo consiste en que, para transformar una parte suficiente del silicato en una forma cristalina y, por ello, separable, el pH debe haber disminuido hasta tal punto que también una parte de la lignina presente en el licor negro se transforme en una fase gelatinosa, lo que hace que resulte muy difícil separar del licor negro el sílice y la lignina gelatinosa. La extracción de la lignina del licor reducirá su poder calorífico, de manera que no será lo suficientemente alto como para que se pueda quemar en calderas de vapor diseñadas para la combustión del licor. En una fábrica de Tamil Nadu, India, se está llevando a cabo otro intento de mejorar las técnicas ideadas a finales de los años 70. Este procedimiento continúa basándose en los mismos principios que el procedimiento de RAKTA. El mecanismo tiene como objetivo reciclar los núcleos cristalinos de sílice a un pH lo suficientemente alto como para precipitar selectivamente el sílice sin que se produzca una coprecipitación de lignina.

En la patente india 17 1289 de 1989, se describen otros medios para retirar el silicio del ciclo de recuperación química en una fábrica que produzca pasta de papel a partir de paja, siguiendo el procedimiento de la sosa. En este procedimiento, el licor negro que contiene silicato se evapora hasta llegar a un contenido de aproximadamente el 40% de materia seca, tras lo cual, se mezcla con materia orgánica seca, por ejemplo, cáscaras de arroz, con un contenido de materia seca resultante de aproximadamente el 60%. La mezcla se quema sobre una parrilla móvil articulada situada en el horno de una caldera de vapor. El residuo inorgánico de la combustión, que contiene principalmente carbonato sódico y silicato sódico, se disuelve en agua, y en la solución acuosa se introducen gases de combustión que contienen dióxido de carbono. El dióxido de carbono reduce el pH y, después, el silicato forma una sílice escasamente soluble, que se extrae de la solución mediante filtrado. De este modo, se puede extraer el silicio sin que la lignina interfiera en la separación del precipitado ni pierda su contenido energético. El procedimiento de la patente aborda el problema de la necesidad de mantener la temperatura de la combustión en el intervalo de 750 a 820ºC para impedir que las cenizas se fundan y que, al mismo tiempo, la sustancia orgánica se queme completamente. Se considera que es muy difícil lograr estos objetivos en fábricas a escala real y, hasta el momento, el procedimiento no ha tenido aplicación industrial.

En la patente US 4504356 se describe también un procedimiento para extraer el silicato del licor negro, en el que, primer lugar, el licor negro se evapora y a continuación se trata con gases de combustión, que se suministran en una cantidad de 30...

1. Un procedimiento para recuperar álcalis y energía a partir de un licor negro (5) que contiene silicato, mediante la neutralización del licor negro que contiene silicato con un exceso de un gas (6) que contiene dióxido de carbono con el fin de precipitar sílice y lignina, la separación (2) de un precipitado (9) rico en sílice del licor negro y la posterior evaporación (3) del licor negro para concentrarlo y combustión (4) del licor negro concentrado (13) pobre en silicato para generar calor y recuperar una masa fundida de carbonato sódico, caracterizado porque la saturación del licor negro (5) que contiene silicato por medio del gas (6) que contiene dióxido de carbono se lleva a cabo a una temperatura de al menos 80ºC durante al menos 10 minutos, y porque el licor negro evaporado (13) pobre en silicato se quema (4) mediante oxígeno puro gaseoso o aire enriquecido con oxígeno (14), después de que el licor negro se haya llevado hasta una temperatura próxima a su punto de ebullición mediante el contacto directo con los gases de escape calientes procedentes de dicha combustión (4), y todas estas operaciones se realizan a una sobrepresión considerable para recuperar la masa fundida de carbonato sódico y para formar un gas (17) que contiene más del 60% en peso de dióxido de carbono, que se usa para la neutralización del licor negro (5) que contiene silicato.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el exceso de gas (6) que contiene dióxido de carbono se ajusta para mantener aproximadamente constante la concentración de dióxido de carbono del gas (7) no absorbido en la saturación del licor negro (5) que contiene silicato.

3. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la combustión (4) del licor residual evaporado (3) pobre en silicato se lleva cabo con un gas (6) que contiene al menos un 60% en volumen de oxígeno, preferentemente con un oxígeno gaseoso prácticamente puro.

4. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la combustión (4) se lleva cabo a una sobrepresión de al menos 100 kPa, preferentemente a una presión en el intervalo de 900 a 1.100 kPa.

5. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la combustión (4) se lleva cabo a una temperatura de al menos 800ºC, preferentemente en el intervalo de 1.000 a 1.400ºC.

6. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el precipitado de sílice separado se lava con agua (10) y el agua de lavado se añade al licor negro (11) pobre en silicato antes de la evaporación (3).

7. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el licor negro (11) pobre en silicato se evapora (3) hasta obtener un contenido de materia seca de al menos el 30% en peso; por ejemplo, de aproximadamente el 40% en peso.

8. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas (17) rico en dióxido de carbono obtenido en la combustión (4) se enfría para condensar vapor a partir del mismo, antes de que se use el gas para saturar el licor negro (5) que contiene silicato.

9. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el precipitado (19) que contiene lignina y silicato se usa como combustible suplementario en la generación de vapor.