Procedimiento y sistema de tratamiento de pasta de papel utilizando una extracción cáustica en frío con reutilización del filtrado alcalino.

Un procedimiento de fabricación de pasta de papel utilizando una extracción cáustica en frío para la producción de pasta para disolución,

que comprende:

la deslignificación (221) de materiales (218) orgánicos en uno o más digestores y el tratamiento (222) de una pasta marrón (212) resultante para conseguir una pasta semipurificada para su uso en la producción de pasta para disolución;

la extracción de la pasta semipurificada con una solución cáustica durante un proceso (223) de extracción cáustica en frío para obtener una pasta purificada y una solución que contiene hemicelulosa;

la separación de la solución que contiene hemicelulosa a partir de la pasta purificada;

el lavado (224) de la pasta purificada y la recogida a partir de la misma del líquido de lavado gastado;

la combinación del líquido de lavado gastado y de la solución que contiene hemicelulosa para formar un filtrado (216) alcalino;

la concentración (225) del filtrado (216) alcalino para formar un filtrado (217) alcalino concentrado; y la utilización de al menos una porción del filtrado (217) alcalino concentrado en al menos una de dichos digestores en conexión con la producción de pasta para disolución.

Procedimiento y sistema de tratamiento de pasta de papel utilizando una extracción cáustica en frío con reutilización del filtrado alcalino

11 Campo de la invención

El campo de la invención se refiere, en general, al tratamiento de pasta de papel y, más concretamente, a un procedimiento y un sistema mejorados para el tratar efluentes de una extracción cáustica en frío en conexión con un proceso kraft químico de producción de pasta de papel.

21 Antecedentes

La pasta de papel procedente de madera y materiales vegetales presenta un amplio elenco de usos comerciales. Aunque es en el campo de la fabricación de papel en el que se utilizan de la forma más extendida, la pasta puede también ser utilizada para fabricar una diversidad de productos distintos incluyendo rayón y otros materiales sintéticos, así como acetato de celulosa y ásteres celulósicos, los cuales se utilizan, por ejemplo, en la fabricación de estopa para filtros, envoltorios de embalaje y explosivos.

Existe una pluralidad de procedimientos químicos y mecánicos para tratar madera y materiales vegetales con el fin de fabricar pasta de celulosa y papel. Las etapas de tratamiento básicas incluyen la preparación de la materia prima (por ejemplo, el descortezado y el astillado), la separación de las fibras de madera por medios mecánicos o químicos (por ejemplo trituración, refinado o cocción) para separar de la celulosa de las fibras de madera la lignina y los extractos, eliminar los agentes colorantes por blanqueo y constituir la pasta tratada resultante en papel y otros productos. Además y en conexión con la fabricación de pasta y papel, las fábricas de papel pueden también incorporar instalaciones para producir y reciclar agentes químicos, recoger y procesar subproductos para obtener energía y eliminar y tratar desechos para reducir al mínimo su impacto medioambiental.

La "producción de pasta" se refiere en general al proceso para conseguir la desfibración. Los materiales de madera y otras plantas comprenden celulosa, hemicelulosa, lignina y otros componentes menores. La lignina es una red de polímeros dispersos entre las fibras individuales, y funciona como un adhesivo intercelular para cementar entre sí las fibras de madera individuales. Durante el proceso de producción de pasta, las macromoléculas de lignina son fragmentadas, liberando con ello las fibras celulósicas individuales y disolviendo las impurezas que pueden provocar la decoloración y la futura desintegración del papel o de otro producto final.

El proceso kraft es un proceso de producción de pasta habltualmente utilizado. El papel obtenido mediante el proceso de producción de pasta kraft puede ser utilizado, por ejemplo, para elaborar cartoncillo blanco para cajas y cartón corrugado utilizado en la industria del embalaje. Un proceso kraft convencional trata la madera con una mezcla acuosa de hidróxido de sodio y de sulfuro de sodio conocida como "licor blanco". El tratamiento rompe la unión entre la lignina y la celulosa y degrada la mayor parte de la lignina y una porción de macromoléculas de hemicelulosa en fragmentos solubles en soluciones fuertemente básicas. Este proceso de liberación de la lignina respecto de la celulosa circundante es conocido como deslignificación. La porción soluble es a continuación separada de la pasta de celulosa.

La Figura 1 muestra un diagrama de flujo de un proceso kraft 1 convencional. El proceso 1 conlleva la alimentación de astillas de madera (u otra materia prima orgánica que contenga pasta) 118 y soluciones alcalinas en un recipiente de reacción a alta presión denominado digestor para efectuar la deslignificación en lo que se designa como etapa de "cocción" 121. Las astillas de madera son combinadas con los licores blancos 111, los cuales pueden ser generados mediante procesos corriente abajo o proveídos a partir de una fuente separada. La deslignificación puede llevar varias horas y el grado de deslignificación se expresa como "factor H" no unitario, que generalmente se define de forma que la cocción durante una hora a 1°C es equivalente a un factor H de 1. Debido a la alta temperatura, el recipiente de reacción es a menudo presurizado debido a la reducción de vapor. Hacia el final de la etapa de cocción, el recipiente de reacción es reducido a la presión atmosférica liberando así vapor y volátiles.

El licor blanco utilizado en la cocción puede ser, por ejemplo, una solución cáustica que contenga hidróxido de sodio (NaOH) y sulfuro de sodio (Na2S). La propiedad del licor blanco a menudo se expresa en términos de álcali efectivo ("EA") y sulfidez. La concentración de álcali efectiva puede ser calculada como el peso del hidróxido de sodio más la mitad del peso del sulfuro de sodio y representa el equivalente al peso del hidróxido de sodio por litro de licor, expresado en gramos por litro. La carga de álcali efectiva como hidróxido de sodio representa el peso equivalente de hidróxido de sodio por peso de madera secada en horno, expresado en porcentaje. La sulfidez es la relación de la mitad del peso del sulfuro de sodio con relación a la espuma del peso de hidróxido de sodio y la mitad del peso del sulfuro de sodio, expresada en porcentaje.

Después de la cocción, una pasta celulósica sólida parda, también conocida como pasta marrón, es liberada del digestor utilizado en la etapa 121 de cocción y, a continuación, es tamizada y lavada en el proceso 122 de lavado y tamizado. El tamizado separa la pasta de la agramiza (haces de fibras de madera), nudos (astillas no cocidas) suciedad y otros desechos. Los materiales separados de la pasta son algunas veces designado como el "rechazado" y la pasta como lo "aceptado". A menudo se utilizan operaciones en cascada multietapa para reducir la cantidad de

fibras celulósicas en el flujo rechazado teniendo al tiempo una elevada pureza del flujo aceptado. Puede conseguirse una mayor recuperación de fibras mediante un refinador corriente abajo o reprocesando las agramizas y los nudos del digestor.

La pasta marrón puede entonces ser sometida a varias fases de lavado en serie para separar de las fibras de celulosa los licores de cocción gastados y los materiales disueltos. El licor 112 de cocción gastado a partir del digestor empleado en la fase 121 de cocción y el licor 113 recogido del proceso 122 de lavado y tamizado se designan ambos conjuntamente como "licor negro" debido a su coloración. El licor negro contiene en términos generales fragmentos de lignina, carbohidratos procedentes de las hemicelulosas fragmentadas, y compuestos inorgánicos. El licor negro puede ser utilizado además del licor blanco en la etapa de cocción, como se ilustra en el ejemplo de la Figura 1 mediante la flecha que representa el licor negro 113 producido en el proceso 122 de lavado y tamizado y transferido a la etapa 121 de cocción. El licor negro 135 procedente de un depósito acumulador (no mostrado en la Figura 1) puede ser también alimentado al digestor como parte de la etapa 121 de cocción, si es necesario para conseguir la adecuada concentración alcalina o para otros fines similares.

La pasta 131 parda limpiada a partir del proceso 122 de lavado y tamizado puede entonces ser mezclada con el licor blanco 114 y alimentada a un recipiente de reacción para eliminar aún más los materiales disueltos como por ejemplo hemicelulosa y celulosa de peso molecular bajo. Un procedimiento de separación ejemplar es el denominado procedimiento de eliminación cáustica en frío ("CCE"), y se representa por la etapa 123 de reacción de la CCE en la Figura 1. La temperatura a la cual la extracción se lleva a cabo puede variar pero típicamente es inferior a 6°C.

La pasta 132 purificada a partir del reactor utilizado en la etapa 123 de reacción de CCE es a continuación separada de la solución cáustica en frío gastada y de la hemicelulosa disuelta, y lavada varias veces en una segunda unidad de lavado y separación en una etapa 124 de lavado de CCE. La pasta marrón 133 purificada resultante puede presentar un contenido en celulosa alfa relativamente alto que sigue conteniendo algo de lignina, continúa hasta una unidad de blanqueo corriente abajo para una deslignificación adicional. En algunos procesos de fabricación de pasta, el blanqueo se lleva a cabo antes de la fase 123 de reacción de CCE y de la etapa 124 de lavado de CCE.

En diversas aplicaciones es deseable, por ejemplo en la fabricación de materiales sintéticos o productos farmacéuticos, contar con una pasta con una pureza o calidad muy alta. La calidad de la pasta puede ser evaluada por diversos parámetros. Por ejemplo, el porcentaje del contenido en celulosa alfa expresa la pureza relativa de la pasta tratada. Los grados de deslignificación y de degradación celulósica... [Seguir leyendo]

1.- Un procedimiento de fabricación de pasta de papel utilizando una extracción cáustica en frío para la producción de pasta para disolución, que comprende:

la deslignificación (221) de materiales (218) orgánicos en uno o más digestores y el tratamiento (222) de una pasta marrón (212) resultante para conseguir una pasta semipurificada para su uso en la producción de pasta para disolución;

la extracción de la pasta semipurificada con una solución cáustica durante un proceso (223) de extracción cáustica en frío para obtener una pasta purificada y una solución que contiene hemicelulosa;

la separación de la solución que contiene hemicelulosa a partir de la pasta purificada;

el lavado (224) de la pasta purificada y la recogida a partir de la misma del líquido de lavado gastado;

la combinación del líquido de lavado gastado y de la solución que contiene hemicelulosa para formar un filtrado (216) alcalino;

la concentración (225) del filtrado (216) alcalino para formar un filtrado (217) alcalino concentrado; y

la utilización de al menos una porción del filtrado (217) alcalino concentrado en al menos una de dichos digestores en conexión con la producción de pasta para disolución.

2.- El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la concentración del filtrado alcalino se lleva a cabo con un proceso (225) de evaporación.

3.- El procedimiento de la reivindicación 2, en el que el proceso (225) de evaporación se lleva a cabo con una pluralidad de efectos conectados en serie.

4.- El procedimiento de la reivindicación 2, en el que dicho proceso (225) de evaporación se lleva a cabo a un intervalo de temperatura de entre aproximadamente 5 y 6°C.

- El procedimiento de la reivindicación 2, en el que el proceso (225) de evaporación se lleva a cabo a una presión de -6 kPa y de -84 kPa.

6 - El procedimiento de la reivindicación 2, en el que el proceso (225) de evaporación se lleva a cabo hasta que dicho filtrado (217) alcalino concentrado presenta una concentración de álcali efectiva de entre aproximadamente 95 y 125 gramos de NaOH por litro.

7.- El procedimiento de la reivindicación 2, en el que el proceso (225) de evaporación se lleva a cabo hasta que dicho filtrado (217) alcalino concentrado presenta una concentración en álcali efectiva de entre aproximadamente 1 y 11 gramos de NaOH por litro.

8.- El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el filtrado (216) alcalino se obtiene por:

la separación de la solución que contiene hemicelulosa de la pasta purificada; y

el lavado de la pasta purificada y la recogida del filtrado alcalino en bruto obtenido a partir de la misma.

9.- El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además la adición de licor blanco al filtrado (217) alcalino concentrado utilizado en dichos uno o más digestores.

1.- El procedimiento de la reivindicación 8, en el que la relación del licor blanco con el filtrado (217) alcalino concentrado es entre aproximadamente 1: 1,5 y 1: 2,5.

11.- El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha solución cáustica comprende NaOH y Na2S.

12.- El procedimiento de la reivindicación 11, que comprende además la utilización de una segunda porción del filtrado (217) alcalino concentrado sobre una línea de producción de pasta diferente.

13.- El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además las etapas de:

la producción de una segunda pasta marrón a partir de la cocción de un segundo lote de materiales orgánicos en los uno o más digestores;

el lavado y tamizado de la segunda pasta marrón para obtener pasta semipurificada; y

la utilización de una extracción cáustica en frío, extrayendo la pasta semipurificada derivada de la segunda pasta marrón para obtener una segunda pasta purificada y una segunda solución que contiene hemicelulosa.

14.- El procedimiento de la reivindicación 13, en el que:

la segunda pasta marrón presenta una solubilidad S18 de no más de un 3,% para una extracción cáustica

en frío; o

la segunda pasta marrón presenta un índice kappa de menos de 1, antes de la extracción cáustica en frío;

la segunda pasta marrón presenta una viscosidad de aproximadamente 1 mililitros por gramo antes de 1 la extracción cáustica en frío; o

la segunda pasta marrón presenta una viscosidad con una relación del índice kappa de 1 o más alto antes de la extracción cáustica en frío.

15.- El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la deslignificación de los materiales orgánicos comprende la cocción (221) de materiales orgánicos en una pluralidad de digestores discontinuos utilizando al menos una porción

de una solución cáustica concentrada derivada de la etapa de extracción cáustica en frío corriente abajo y en el que el procedimiento comprende además el retorno de al menos una porción del filtrado (217) alcalino concentrado a los digestores discontinuos como al menos un fluido de cocción.