Sistema de reactor de dos recipientes y procedimiento para la hidrólisis y digestión de virutas de madera con procedimiento de lavado químico mejorado.

Un sistema de procesado para convertir material celulósico en pasta papelera,

comprendiendo el sistema:

un primer recipiente (10) de reactor presurizado que opera a una presión por encima de presión atmosférica, incluyendo el primer recipiente (10) de reactor:

una entrada de material que recibe el material celulósico una descarga (56) de material para el material, en el que el material celulósico fluye desde la entrada de material hasta la descarga (56) de material;

un puerto de entrada de energía térmica en una parte superior del primer recipiente (10) de reactor;

un tamiz (48) de extracción que tiene una salida para extraer hidrolizado y líquido procedentes del primer recipiente (10) de reactor;

una primera región del primer recipiente (10) de reactor entre la entrada de material y el tamiz (48) de extracción, en la que la primera región se mantiene a una temperatura de hidrólisis en el material celulósico;

una entrada (52) de líquido de lavado hasta el primer recipiente (10) de reactor presurizado y por debajo del tamiz (48) de extracción, en la que la entrada (52) de líquido de lavado está conectada a una fuente de líquido de lavado que incluye una fuente de agua (50) de lavado fría y una fuente de al menos uno de hidróxido de sodio y licor (82) blanco esencialmente libre de azufre; y

una segunda región del primer recipiente (10) de reactor entre el tamiz (48) de extracción y la descarga (56) en la que la temperatura se encuentra por debajo de la temperatura de hidrólisis y la reacción de hidrólisis se evita de forma sustancial,

una tubería (62) de transporte que proporciona un conducto de flujo desde la descarga (56) hasta un segundo recipiente (12) de reactor que es un recipiente de digestión continua, y

el recipiente (12) de digestión continua que recibe el material celulósico descargado desde el primer recipiente (10) de reactor.

Sistema de reactor de dos recipientes y procedimiento para la hidrólisis y digestión de virutas de madera con procedimiento de lavado químico mejorado Antecedentes de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento y un aparato para el tratamiento de hidrólisis de material fibroso celulósico.

En los sistemas convencionales, las virutas de madera (u otro material celulósico o fibroso) experimentan hidrólisis en un primer recipiente de reacción antes de la introducción en un segundo recipiente, por ejemplo, un digestor. Dicho sistema convencional se describe en la patente de Estados Unidos 4.174.997 (Patente '997) . En el primer recipiente de reacción, tiene lugar la hidrólisis de la suspensión de virutas de madera haciéndolas pasar a través de ese recipiente en condiciones ácidas. En el primer recipiente de reacción, se extrae el hidrolizado, por ejemplo, azúcares tales como pentosa y hexosa, a partir de virutas de madera y se recupera el hidrolizado. Se descarga el material fibroso a partir de la parte inferior del primer recipiente de reactor y se transfiere por medio de la tubería de transferencia a la parte superior del segundo recipiente de reactor, por ejemplo el digestor, para el tratamiento de calentamiento del material celulósico.

En los sistemas convencionales, tal como se describe en la patente '997, la hidrólisis tiene lugar en todo el primer recipiente de reacción. Se introduce una suspensión de virutas en la parte superior del primer recipiente de reactor y se descarga a partir de la parte inferior del recipiente. Se añade calor al recipiente por medio de la introducción de agua caliente, por ejemplo, a 150 º C grados Celsius (º C) , en la parte inferior del recipiente y vapor en la parte superior del recipiente. Además, se añadieron soluciones ácidas para favorecer la hidrólisis, especialmente cuando el material estuvo a temperaturas por debajo de 150 º C. El agua caliente fluye en sentido ascendente en el recipiente, que es contrario al flujo en sentido descendente del material fibroso. El agua caliente y el vapor proporcionan calor suficiente al material con el fin de mantener la hidrólisis a través del recipiente.

En algunos sistemas convencionales, la sustancia química de calentamiento, tal como un licor blanco, se introduce en la parte inferior del primer recipiente de reactor y en la tubería de transferencia para el transporte de la suspensión de virutas desde el primer recipiente de reactor hasta el segundo recipiente de reactor. La inyección de sustancias químicas de calentamiento en la parte inferior del primer recipiente de reactor comienza la impregnación de las fibras del material celulósico en la parte inferior del primer recipiente de reactor aunque la reacción de hidrólisis todavía se encuentre en curso. No resulta deseable introducir sustancias químicas de calentamiento en el material celulósico mientras la hidrólisis se encuentra en curso.

Breve descripción de la invención Se ha desarrollado un nuevo sistema de hidrólisis para el sistema de formación de pasta papelera. El material celulósico, por ejemplo, virutas de madera, experimenta hidrólisis en una región superior de un primer recipiente (reactor de hidrólisis) . Preferentemente, se lleva a cabo la hidrólisis cuando al material del recipiente se encuentra a una temperatura entre 150 º C y 175 º C, más entre 160 º C y 170 º C. Preferentemente, la hidrólisis se lleva a cabo cuando el material del recipiente está a un pH de 1 a 6, y más preferentemente a un pH de 3 a 4. Se retiran el hidrolizado y los líquidos del reactor de hidrólisis a través de un tamiz de extracción.

Por debajo del tamiz de extracción, el líquido de lavado frío fluye en sentido ascendente a través de la zona de lavado en el reactor de hidrólisis y hasta el tamiz de extracción. El líquido de lavado frío evita las reacciones de hidrólisis en el material celulósico por debajo del tamiz de extracción. Preferentemente, de forma sustancial toda la hidrólisis se lleva a cabo por encima del tamiz de extracción en el reactor de hidrólisis. Preferentemente, el líquido de lavado frío tiene una temperatura de 10 º C a 70 º C más fría que la temperatura de hidrólisis, más preferentemente de 20 º C a 50 º C más fría, y del modo más preferido de 25 º C a 35 º C más fría que la temperatura de hidrólisis. Preferentemente, el líquido de lavado frío tiene un pH de 3 a 7, y del modo más preferido un pH de 4 a 5. Preferentemente, además el líquido de lavado frío incluye mayoritariamente agua e incluye una sustancia química añadida, preferentemente en una cantidad de un 0, 01 por ciento (%) a un 5 por ciento de la cantidad de material celulósico, por ejemplo, madera, en la suspensión que fluye a través del recipiente. Del modo más preferido, la cantidad de sustancia química añadida es de un 0, 1 por ciento a un 1 por ciento de la cantidad de material celulósico en la suspensión. La sustancia química añadida al agua de lavado fría es bien hidróxido de sodio (NaOH) o bien licor blanco esencialmente libre de azufre para producir un líquido de lavado frío.

Se ha desarrollado un sistema de procesado para convertir el material celulósico en pasta papelera, comprendiendo el sistema las características de la reivindicación 1.

Se ha desarrollado un procedimiento para el tratamiento de hidrólisis de material celulósico que comprende las características de la reivindicación 11.

Características opcionales preferidas se citan en las reivindicaciones dependientes respectivas.

Breve descripción de los dibujos La FIGURA 1 es un diagrama esquemático de un sistema continuo de formación de pasta papelera que tiene una alimentación de virutas, un reactor de hidrólisis y un reactor digestor continuo.

Descripción detallada de la invención En un sistema de dos recipientes de reactor, se introduce vapor en la parte superior de ambos recipientes para calentar y presurizar. La hidrólisis tiene lugar por encima de los tamices de extracción en la parte superior del primer recipiente de reactor. Los tamices de extracción del primer recipiente de reactor retiran el hidrolizado a medida que las virutas de madera u otro material celulósico o material fibroso (denominado de forma colectiva material celulósico) introducido en la parte superior del primer recipiente avanza a través del recipiente y hasta un puerto de extracción inferior de ese recipiente.

El material celulósico se lava en el primer recipiente de reactor por debajo de los tamices de extracción. Se introduce el líquido de lavado en la parte superior del primer recipiente de reactor y fluye en sentido ascendente hasta los tamices de extracción. El líquido de lavado es agua mezclada con hidróxido de sodio (NaOH) y/o licor blanco esencialmente libre de azufre. El diámetro del primer recipiente puede ser uniforme por encima y por debajo del tamiz de extracción. El material celulósico descargado a partir del puerto de extracción del primer recipiente de reactor se introduce en la parte superior del segundo recipiente de reactor, que puede ser un recipiente de digestor. Se calienta el material celulósico en el segundo recipiente de reactor para generar la pasta papelera que se descarga a partir de un puerto de extracción inferior del segundo recipiente de reactor.

En el primer recipiente de reactor, se lava el material celulósico en una sección inferior del recipiente para retirar el hidrolizado del material. El lavado en la parte inferior del primer recipiente se lleva a cabo con un líquido de lavado a una temperatura por debajo de la temperatura de hidrólisis. Preferentemente, la temperatura del líquido de lavado es de 10 º C a 70 º C más fría que la temperatura de hidrólisis, más preferentemente de 20 º C a 50 º C más fría, y del modo más preferido de 25 º C a 35 º C más fría que la temperatura de hidrólisis. El líquido de lavado enfría el material celulósico hasta una temperatura por debajo de las temperaturas de hidrólisis normales. El líquido de lavado frío lava el hidrolizado restante procedente del material celulósico, rebaja la temperatura del material celulósico hasta un valor por debajo de la temperatura de hidrólisis, y ajusta el pH del material celulósico hasta un valor casi igual o ligeramente superior al valor neutro (pH 7) en el primer recipiente de reactor y antes del calentamiento del material en el segundo recipiente de reactor.

Preferentemente, el líquido de lavado frío tiene un pH de 3 a 7 y más preferentemente un pH de 4 a 5. Manteniendo el pH del líquido de lavado frío en estos intervalos se evita o minimiza la precipitación de la lignina disuelta en las sustancias químicas de calentamiento del segundo recipiente de reactor.... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de procesado para convertir material celulósico en pasta papelera, comprendiendo el sistema:

un primer recipiente (10) de reactor presurizado que opera a una presión por encima de presión atmosférica, incluyendo el primer recipiente (10) de reactor:

una entrada de material que recibe el material celulósico una descarga (56) de material para el material, en el que el material celulósico fluye desde la entrada de material hasta la descarga (56) de material; un puerto de entrada de energía térmica en una parte superior del primer recipiente (10) de reactor; un tamiz (48) de extracción que tiene una salida para extraer hidrolizado y líquido procedentes del primer recipiente (10) de reactor; una primera región del primer recipiente (10) de reactor entre la entrada de material y el tamiz (48) de extracción, en la que la primera región se mantiene a una temperatura de hidrólisis en el material celulósico; una entrada (52) de líquido de lavado hasta el primer recipiente (10) de reactor presurizado y por debajo del tamiz (48) de extracción, en la que la entrada (52) de líquido de lavado está conectada a una fuente de líquido de lavado que incluye una fuente de agua (50) de lavado fría y una fuente de al menos uno de hidróxido de sodio y licor (82) blanco esencialmente libre de azufre; y una segunda región del primer recipiente (10) de reactor entre el tamiz (48) de extracción y la descarga (56) en la que la temperatura se encuentra por debajo de la temperatura de hidrólisis y la reacción de hidrólisis se evita de forma sustancial, una tubería (62) de transporte que proporciona un conducto de flujo desde la descarga (56) hasta un segundo recipiente (12) de reactor que es un recipiente de digestión continua, y el recipiente (12) de digestión continua que recibe el material celulósico descargado desde el primer recipiente (10) de reactor.

2. El sistema de procesado de la reivindicación 1, en el que la entrada (52) de líquido de lavado está ubicada en una parte inferior de la segunda región del primer recipiente (10) de reactor.

3. El sistema de procesado de la reivindicación 1 o 2, en el que la cantidad de hidróxido de sodio y licor blanco esencialmente libre de azufre en el líquido de lavado no tiene más de cinco por ciento en volumen de agua en el líquido de lavado, y/o está dentro del intervalo de un 0, 01 por ciento a un 5 por ciento de la cantidad de material celulósico que fluye a través del primer recipiente (10) de reactor.

4. El sistema de procesado de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer recipiente (10) de reactor es sustancialmente vertical, tiene una altura de al menos 30, 5 metros, la entrada está en la parte superior del recipiente, y la descarga (56) está próxima a la parte inferior del recipiente (10) .

5. El sistema de procesado de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el puerto de entrada de energía térmica está dispuesto y construido para recibir vapor (72) por encima de la presión atmosférica.

6. El sistema de procesado de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende un tanque

(30) de separación que recibe el líquido extraído a partir del tamiz (48) de extracción y que proporciona vapor al primer recipiente (10) de reactor en una región del primer recipiente de reactor o por encima del mismo y que preferentemente descarga hidrolizado hasta un sistema (70) de recuperación de hidrolizado.

7. El sistema de procesado de la reivindicación 6, en el que el tanque (30) de separación tiene una descarga de líquido que proporciona líquido para el conjunto de alimentación de virutas del sistema.

8. El sistema de procesado de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo recipiente (12) de reactor incluye una descarga de líquido que extrae una parte de líquido del segundo recipiente (12) de reactor y dirige la parte de líquido a al menos uno de una entrada inferior del primer recipiente (10) de reactor o a la tubería

(62) de transporte.

9. El sistema de procesado de la reivindicación 8, que además comprende un separador (57) superior en el segundo recipiente (12) de reactor, en el que la parte extraída del líquido se extrae del separador (57) superior.

10. El sistema de procesado de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende un control de pH (78) que regula el nivel de pH de una suspensión de material celulósico en la tubería (62) de transporte.

11. Un procedimiento para el tratamiento de hidrólisis de material celulósico que comprende:

introducir material celulósico en una entrada superior de un primer recipiente (10) de reactor, en el que el material se mueve en sentido descendente a través del recipiente (10) ; hidrolizar el material celulósico en una región superior del primer recipiente (10) de reactor añadiendo presión y energía térmica al recipiente (10) y manteniendo el material celulósico por encima de la temperatura de hidrólisis; extraer el hidrolizado a partir del material celulósico a través de un tamiz (48) de extracción por debajo de la región superior del primer recipiente (10) de reactor;

enfriar el material celulósico por debajo del tamiz (48) de extracción hasta una temperatura por debajo de la temperatura de hidrólisis añadiendo un líquido de lavado por debajo del tamiz (48) de extracción, en el que el líquido de lavado es una mezcla de agua y al menos uno de hidróxido de sodio y licor blanco esencialmente libre de azufre; y descargar el material celulósico procedente de una salida (56) inferior del primer recipiente (10) de reactor.

12. El procedimiento de la reivindicación 11, en el que la cantidad de hidróxido de sodio y licor blanco no es mayor de un cinco por ciento en volumen del agua del líquido de lavado, y/o está dentro del intervalo de un 0, 01 por ciento a un 5 por ciento de la cantidad de material celulósico que fluye a través del primer recipiente (10) de reactor.

13. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 11 y 12, en el que el líquido de lavado está de 10 º C a 70 º C más frío que la temperatura de hidrólisis.

14. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que el líquido de lavado fluye hasta el tamiz (48) de extracción.

15. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que el líquido de lavado tiene un pH de 3 a 7, preferentemente de 3 a 4.

16. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, en el que el material celulósico de una región inferior del primer recipiente (10) de reactor se mantiene a una temperatura de al menos diez grados Celsius por debajo de la temperatura de hidrólisis, preferentemente dentro del intervalo de 10 º C a 70 º C más frío que la temperatura de hidrólisis.

17. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, en el que la temperatura de hidrólisis es al menos 170 grados Celsius, preferentemente dentro del intervalo de 150 a 175 º C.

18. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17, en el que la etapa de hidrólisis tiene lugar mientras que el material celulósico está a un pH dentro del intervalo a 1 a 6.

19. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 18, que además comprende añadir vapor (72) al primer recipiente (10) de reactor para presurizar el recipiente y añadir energía térmica al recipiente.

20. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 19, que además comprende introducir material celulósico descargado desde la salida (56) inferior del primer recipiente (10) de reactor hasta una entrada de un segundo recipiente (12) de reactor e introducir el licor de calentamiento en el interior de la parte superior del segundo recipiente (12) de reactor para digerir el material celulósico para producir pasta papelera.

21. El procedimiento de la reivindicación 20, que además comprende extraer el licor del segundo recipiente (12) de reactor e introducir el licor extraído en una región inferior del primer recipiente (10) de reactor.

22. El procedimiento de la reivindicación 21, que además comprende controlar el pH del licor extraído y aumentar un flujo de líquido de lavado en la zona inferior del primer recipiente de reactor si el pH controlado supera un nivel de pH predeterminado.