Un sistema para deslignificación con oxígeno de pasta papelera formado por un material que contiene lignocelulosa y cuya concentración media es de 8-18 %,

teniendo lugar la deslignificación con oxígeno en al menos dos etapas y en el que el sistema comprende: - una primera bomba (1) que se encuentra colocada para bombear la pasta papelera hasta un primer dispositivo de mezcla (3) para mezclar las sustancias químicas que se precisan para la deslignificación con oxígeno en este primer dispositivo de mezcla (3), estando colocado el primer dispositivo de mezcla (3) conjuntamente con la primera bomba (1), - una primera zona de deslignificación (6) que se encuentra dispuesta para recibir la pasta papelera procedente del primer dispositivo de mezcla (3), - una segunda bomba (4) posterior a la primera zona de deslignificación (6) y a la cabeza de la segunda zona de deslignificación (10), - un tercer dispositivo de mezcla (5) colocado conjuntamente con la segunda bomba (4), para mezclar en este tercer dispositivo de mezcla (5) las sustancias químicas que se requieren para la deslignificación con oxígeno, - una segunda zona de deslignificación (10) que se encuentra colocada para recibir la pasta papelera procedente del tercer dispositivo de mezcla (5), caracterizado por que - el segundo dispositivo de mezcla (8) está colocado para recibir la pasta papelera procedente de la primera zona de deslignificación (6), comprendiendo dicho segundo dispositivo de mezcla (8) medios (7) para mezclar el vapor de agua (vapor de agua MP) con la pasta papelera, - la segunda bomba (4) está colocada para recibir la pasta papelera después del segundo dispositivo de mezcla (8) y tiene un efecto de bombeo tal que se obtiene una presión parcial de oxígeno menor en la primera zona de deslignificación (6) en comparación con la segunda zona de deslignificación (10)

La presente invención se refiere a un sistema y a un proceso para la deslignificación con oxígeno de acuerdo con los preámbulos hasta la reivindicación de patente 1 y la reivindicación de patente 9, respectivamente.

Estado de la técnica

Se conocen numerosos procesos de deslignificación con oxígeno.

El documento US A 4.259.150 presenta un sistema de blanqueo multietapa con oxígeno en el que, en cada etapa, en primer lugar se mezcla la pasta papelera con O2, agua y NaOH hasta obtener una mezcla de menor consistencia, seguido de un espesado hasta recuperar el nivel de consistencia que presentaba la pasta papelera antes de la etapa en cuestión. El objetivo es obtener un blanqueo económico, sin cloro y de alto rendimiento. Al mismo tiempo, se puede rebajar el número kappa, por medio de etapas repetidas, de 70 hasta 15 o incluso por debajo de 15.

El documento SE, C, 467.582 presenta un sistema mejorado para el blanqueo con oxígeno de pasta papelera de consistencia media. Por medio del control de la temperatura de manera óptima, tiene lugar el blanqueo con oxígeno en una primera zona de deslignificación a temperatura baja, seguido de una segunda zona de deslignificación a una temperatura 20-40 grados más elevada. El objetivo es obtener un mejor rendimiento y una mejor viscosidad, mientras que se mantiene el tiempo de secado, junto con el uso industrial.

Además de SE, C, 467.582 se han patentado otras variantes de deslignificación con oxígeno en dos etapas. El documento WO 97/15715 presenta un proceso en el que la pasta papelera debería tener una concentración elevada de pasta papelera dentro del intervalo de 25-40 % en la primera etapa y una concentración de 8-16 % en la segunda etapa, al mismo tiempo que la temperatura de la segunda etapa debe ser mayor o igual que la temperatura de la primera etapa, de acuerdo con la diferencia de temperatura que se recomienda en SE, C, 467.582. Las ventajas de la disolución de acuerdo con el documento SE, C, 505.147 se basan en la posibilidad de mezclar más oxígeno en la primera etapa de consistencia elevada sin que exista riesgo alguno de formación de canales pero en la que, al mismo tiempo, sea posible purgar el oxígeno que no se ha utilizado después de la primera etapa con el fin de mezclarlo posteriormente en un segundo dispositivo de mezcla antes de la segunda etapa. El documento WO 97/15715 presenta otro proceso que es un intento de evitar SE, C, 467.582, ya que se afirma que el que se pretende patentar tiene lugar a una diferencia de temperatura entre las etapas que no es mayor que 20 grados, es decir, la diferencia de temperatura apropiada más baja patentada en la SE, C, 467.582, pero no obstante esa diferencia de temperatura debería estar presente. Además de eso, se afirma que a) la presión debe ser mayor en la primera etapa y b) el tiempo de secado es menor en la primera etapa, es decir, en el orden de magnitud de 10-30 minutos, y también c) el tiempo de secado de la segunda etapa es mayor, es decir, en el orden de magnitud de 45-180 minutos.

La exposición que lleva por título “Two stage MC-oxygen delignification process and operating experience”, realizada por Schinichiro Kondo de Technical Div. Technical Dept. OJI PAPER CO. Ltd. en 1992 Pacific Pulp & Paper Technology Conference (99 PAN PAC PPTC), Sept. 8-10, Sheraton Grande Tokyo Bay Hotel & Towers, presenta una instalación satisfactoria que fue construida con una deslignificación con oxígeno de dos etapas en 1986 en una planta en Tomakomai.

En esta planta de OJI PAPER en Tomakomai, se alimentaba la pasta papelera con una presión de 10 bares al interior de un primer dispositivo de mezcla con oxígeno (+ combinador), seguido de un tratamiento posterior en un “tubo de pre-retención” (pre-reactor), con un tiempo de secado de 10 minutos en el que la presión de la pasta papelera se reduce hasta un valor de 8-6 bares debido a pérdidas en la tubería, etc. Después de eso, se alimentó la pasta papelera en un segundo dispositivo de mezcla con oxígeno seguido de un tratamiento posterior en un reactor a presión de 5-2 bares y con un tiempo de secado de 60 minutos. En este momento, se afirmó que debería haberse dado preferencia a disponer de un “tubo de pre-retención” que hubiera aportado un tiempo de secado de 20 minutos pero que no fue posible su construcción debido a la falta de espacio. OJI PAPER afirmó que, mediante el uso de esta instalación, tuvieron éxito a la hora de incrementar la reducción kappa con un coste menor de sustancias químicas y mejorando la viscosidad de la pasta papelera.

Por consiguiente, la mayoría de las experiencias del estado de la técnica han ido dirigidas a conseguir una mayor presión en el primer reactor del orden de 6(8)-10 bares aproximadamente. En determinadas aplicaciones extremas, se ha discutido una presión en el primer reactor de hasta incluso 20 bares. Esto da lugar a que sea necesario fabricar espacios de reactor requeridos para la primera zona de deslignificación de manera tal que soporten estas presiones tan elevadas, con el consiguiente requerimiento de espesor de material considerable y/o calidades de materiales buenas, que a su vez se traduce en una instalación costosa.

En las suspensiones de pasta papelera de los procesos de producción industriales, existen grandes cantidades de estructuras/componentes fácilmente oxidables que reaccionan bajo condiciones de proceso moderadas. Por tanto, resulta ventajoso, en una primera etapa, añadir oxígeno en cantidades tales que permitan la oxidación/reacción en primer lugar de esta parte de la pasta papelera que se oxida de forma relativamente fácil. Si, a modo de compensación, se produce sobre-adición de oxígeno pueden surgir problemas importantes, ya que existe el peligro inmediato de problemas de canalización (como se menciona en el documento WO 97/15715).

Objeto de la invención

Un objeto de la invención es evitar las desventajas de la técnica anterior y obtener una deslignificación con oxígeno que aporte una mayor selectividad. La invención permite una aplicación práctica óptica de las teorías que se refieren a una primera fase rápida y a una segunda fase lenta durante el proceso de deslignificación con oxígeno, siendo bien diferentes las condiciones de reacción óptimas entre las fases.

A los elevados valores de concentración de ion de hidróxido y de presión parcial de oxígeno que se emplean de forma convencional en la primera etapa, se produce un mayor ataque sobre los carbohidratos que el que sería necesario, disminuyendo de este modo la calidad de la pasta papelera. Una presión parcial de oxígeno mas baja, y preferentemente una temperatura también más baja, durante la primera etapa en comparación con la segunda etapa, disminuye la velocidad de reacción para la ruptura de carbohidratos en mayor medida que la disminución que se produce en cuanto a la velocidad de reacción para la deslignificación, lo que conduce a su vez a un aumento de la selectividad total sobre la pasta papelera después de las dos etapas.

Otro objeto es permitir una instalación de procesado más simple y menos costosa en la que al menos un recipiente de presión, de la primera zona de deslignificación, puede ser fabricado empleando un material más fino y/o empleando una calidad de material menor que resulte apropiada para un tipo de presión menor.

Otro objeto es también posibilitar la utilización de vapor de agua a presión moderada, en especial cuando existe necesidad de aumentar la temperatura de forma considerable entre la primera y la segunda etapas y cuando la presión de la segunda etapa es considerablemente mayor que la de la primera etapa. En la mayoría de los casos, el suministro de vapor de agua a media presión y de vapor de agua a baja presión resulta muy bueno en las fábricas de pasta de papel, mientras que el vapor de agua a presión elevada se suministra de forma escasa debido al gran número de procesos que requieren vapor de agua a presión elevada. Esto también hace posible convertir los sistemas existentes de deslignificación de recipiente sencillo en los que, con la técnica anterior de conversión a un diseño de dos etapas, se había impuesto una restricción por el hecho de que la presión dominante en la malla de vapor de agua de la planta no permitiera la mezcla de una cantidad suficiente de vapor de agua con la pasta papelera, con el fin de conseguir la temperatura deseada en la segunda etapa de deslignificación.

Otro objetivo es optimizar el proceso de mezcla en cada posición de manera tal que únicamente se consuma... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para deslignificación con oxígeno de pasta papelera formado por un material que contiene lignocelulosa y cuya concentración media es de 8-18 %, teniendo lugar la deslignificación con oxígeno en al menos dos etapas y en el que el sistema comprende:

- una primera bomba (1) que se encuentra colocada para bombear la pasta papelera hasta un primer dispositivo de mezcla (3) para mezclar las sustancias químicas que se precisan para la deslignificación con oxígeno en este primer dispositivo de mezcla (3), estando colocado el primer dispositivo de mezcla (3) conjuntamente con la primera bomba (1),

- una primera zona de deslignificación (6) que se encuentra dispuesta para recibir la pasta papelera procedente del primer dispositivo de mezcla (3),

- una segunda bomba (4) posterior a la primera zona de deslignificación (6) y a la cabeza de la segunda zona de deslignificación (10),

- un tercer dispositivo de mezcla (5) colocado conjuntamente con la segunda bomba (4), para mezclar en este tercer dispositivo de mezcla (5) las sustancias químicas que se requieren para la deslignificación con oxígeno,

- una segunda zona de deslignificación (10) que se encuentra colocada para recibir la pasta papelera procedente del tercer dispositivo de mezcla (5),

caracterizado por que

- el segundo dispositivo de mezcla (8) está colocado para recibir la pasta papelera procedente de la primera zona de deslignificación (6), comprendiendo dicho segundo dispositivo de mezcla (8) medios (7) para mezclar el vapor de agua (vapor de agua MP) con la pasta papelera,

- la segunda bomba (4) está colocada para recibir la pasta papelera después del segundo dispositivo de mezcla

(8) y tiene un efecto de bombeo tal que se obtiene una presión parcial de oxígeno menor en la primera zona de deslignificación (6) en comparación con la segunda zona de deslignificación (10).

2. El sistema para la deslignificación con oxígeno de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el primer y tercer dispositivos de mezcla (3 y 5, respectivamente) son dispositivos de mezcla que usan agitación mecánica, siendo la pasta papelera al menos parcialmente fluidizada en los huecos del dispositivo de mezcla, y por que el segundo dispositivo de mezcla (8) es un dispositivo de mezcla estática sin agitación mecánica.

3. El sistema para la deslignificación con oxígeno de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que comprende medios (O2) para añadir oxígeno al primer (3) y tercer (5) dispositivos de mezcla, respectivamente, y medios (vapor de agua MP) para añadir vapor de agua al segundo dispositivo de mezcla (8).

4. El sistema para la deslignificación con oxígeno de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que el segundo dispositivo de mezcla comprende medios para proporcionar vapor de agua de forma controlada (7, V, TC), preferentemente controlados por retro-alimentación dependiendo de la temperatura de la pasta papelera después de dicho dispositivo de mezcla.

5. El sistema para la deslignificación con oxígeno de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que el segundo dispositivo de mezcla (8) está formado por una tubería para el transporte de la pasta papelera que tiene un número de orificios de entrada en la pared de la tubería para el vapor de agua.

6. El sistema para la deslignificación con oxígeno de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que el vapor de agua está formado por vapor de agua a media presión de 8-14 bares.

7. El sistema para la deslignificación con oxígeno de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que el sistema comprende un sistema de control (PC) para controlar la velocidad de rotación de la segunda bomba (4) dependiendo de la presión en la primera zona de deslignificación (6).

8. El sistema para la deslignificación con oxígeno de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado

- por que la primera zona de deslignificación (6) tiene un volumen que resulta en un tiempo de secado de 2-20 minutos, preferentemente de 2-10 minutos e incluso de manera más ventajosa de 3-6 minutos, para la pasta papelera de la primera zona de deslignificación,

- por que el sistema se ajusta de tal manera que la presión en la primera zona de deslignificación alcanza un valor de 0-6 bares, preferentemente de 0-4 bares,

- por que la segunda bomba (4) tiene un efecto de bombeo tal que la presión en la segunda zona de deslignificación alcanza un valor de al menos 3 bares de sobre-presión en la parte superior de la segunda zona de deslignificación, y

- por que la segunda zona de deslignificación (10) tiene un volumen que es de al menos 10 veces mayor que el

volumen de la primera zona de deslignificación, es decir, tiene un volumen que resulta en un tiempo de secado de al menos 20-200 minutos, preferentemente de 20-100 minutos, e incluso de manera más ventajosa dentro del intervalo de 50-90 minutos.

9. Un proceso para la deslignificación con oxígeno de pasta papelera formado por un material que contiene lignocelulosa y que tiene una concentración en el medio de 8-18 %, comprendiendo el proceso las etapas siguientes:

a) la pasta papelera es sometida a presión; b) se lleva a cabo una primera adición de sustancias químicas, principalmente oxígeno, a la pasta papelera sometida a presión; c) se lleva a cabo una primera etapa de deslignificación con oxígeno en una primera zona de deslignificación en la que la pasta papelera es tratada durante 2-20 minutos y a una temperatura dentro del intervalo de 85 ºC ± 10 ºC, sometiéndose la pasta papelera a presión en la etapa a) de forma tal que la presión en la primera zona de deslignificación sea una sobre-presión de 0-6 bares; d) se mezcla la pasta papelera con vapor de agua para calentar la pasta papelera a una temperatura de 100 ºC ± 10 ºC, siendo la temperatura mayor que la temperatura en la primera etapa de deslignificación; e) se somete a presión la pasta papelera caliente; f) se lleva a cabo una segunda adición de sustancias químicas, principalmente oxígeno, a la pasta papelera sometida a presión; g) se lleva a cabo una etapa final de deslignificación con oxígeno en una segunda zona de deslignificación en la que se trata la pasta papelera durante un período alrededor de 10 veces más prolongado que el de la primera etapa de deslignificación con oxígeno durante 2-200 minutos, sometiéndose a presión la pasta papelera caliente de la etapa e) de tal forma que la presión en el interior de la segunda zona de deslignificación sea de 8-10 bares.