PT2092116E - Processo de branqueamento de pastas químicas de papel por meio de tratamento final com ozono a elevada temperatura - Google Patents

Description

ΕΡ2092116

DESCRIÇÃO

PROCESSO DE BRANQUEAMENTO DE PASTAS QUÍMICAS DE PAPEL POR MEIO DE TRATAMENTO FINAL COM OZONO A ELEVADA TEMPERATURA

CAMPO TÉCNICO 0 invento refere-se ao branqueamento de pastas químicas de papel, em particular pastas kraft ou pastas sulfito.

No contexto do presente invento demonstrou-se que a implementação de um tratamento com ozono, executado a elevada temperatura no final da sequência de branqueamento, servia, em particular, para aumentar o brilho da pasta, sem reduzir a sua qualidade.

TÉCNICA ANTERIOR

No processo de produção de pastas químicas de papel branqueadas, uma primeira fase chamada deslignificação, consiste na remoção da maior parte da lenhina presente na pasta. Esta operação, executada normalmente por tratamento químico com oxigénio (0) , é acompanhada de forma inerente por uma branqueamento da pasta, devido à redução da lenhina castanha. A fase seguinte, chamada branqueamento, consiste na remoção completa da lenhina residual, para reter apenas a fracção de "hidratos de carbono" perfeitamente brancos (celulose e hemicelulose).

Geralmente, as pastas químicas de papel são branqueadas usando uma sucessão de tratamentos, chamada sequência de 1 ΕΡ2092116 branqueamento, utilizando reagentes tais como o dióxido de cloro (D) , peróxido de hidrogénio (P) , soda cáustica (E) e novamente oxigénio (0).

Por exemplo, um processo moderno e simples de produção de pasta quimica branqueada pode compreender as quatro fases ODED.

0 desempenho do branqueamento pode ser melhorado, quer adicionando outras fases, quer reforçando as fases E adicionando oxigénio (0) ou peróxido de hidrogénio (P). Assim, também se encontram na indústria os processos de produção de pasta quimica branqueada do tipo 0D(E0)D, OD (EP) D, OD (EO) DED, 0D(E0)DP, D(E0)D(EP)D etc..

Desde 1992 que o ozono (Z) foi adicionado à lista de reagentes usados no branqueamento da pasta quimica. 0 ozono é um agente de oxidação altamente eficaz para a lenhina. No entanto, é um reagente que se decompõe rapidamente no meio aquoso, e que pode oxidar parcialmente a celulose, exigindo um controlo muito preciso das condições operacionais de utilização.

Isto tem sido feito nas trinta fábricas no mundo que introduziram fases de ozono na sua sequência de branqueamento. São implementadas várias sequências, nas quais a fase do ozono é sempre colocada no inicio do branqueamento, isto é, em geral após a deslignificação com oxigénio, tal como, por exemplo, nos processos OZED, OZDED, OOZDED. Por outras palavras, o tratamento com ozono é feito antes da extracção alcalina (E) que pode assumir as formas E ou EOP ou EO ou EP. 2 ΕΡ2092116

Foram conduzidas várias investigações para identificar as condições operacionais que estimulam a acção de branqueamento por ozono neste tipo de processo.

Assim, na revista TAPPI JOURNAL de Janeiro de 1992, um artigo intitulado "A survey of the use of ozone in bleaching pulps" de N. Liebergott et al. resume as condições nas quais o ozono tem de ser usado para o branqueamento de pastas. Em particular, é aqui descrito que para se obter o melhor branqueamento o pH do meio tem de ser ácido, de preferência cerca de 2 e, acima de tudo, que a temperatura tem também de ser tão baixa quanto possivel, próxima dos 20°C, para evitar a excessiva decomposição do ozono, conseguindo-se assim uma melhor degradação da lenhina. De acordo com esta revelação, o tratamento com ozono é assim executado nas fases de branqueamento iniciais, chamadas pré-branqueamento, a uma baixa temperatura.

Em artigos mais recentes, tal como o publicado na revista TAPPI JOURNAL de Setembro de 1987 (volume 80, n° 9, págs. 209 - 14), propôs-se usar o ozono no fim do branqueamento. A aplicação de uma fase de ozono numa pasta branqueada de forma incompleta, e por isso contendo lenhina residual, provoca o desaparecimento virtualmente instantâneo desta lenhina, originando um aumento rápido no brilho da pasta. Embora o processo descrito seja espectacular, serve apenas para ganhar 2 a três 3 pontos percentuais de brilho na maior parte dos casos, se se pretender evitar a aplicação de demasiado ozono e a degradação da qualidade da celulose. À luz das anteriores revelações, as experiências reportadas foram executadas tomando cuidado para evitar uma subida excessiva da temperatura. 3 ΕΡ2092116 0 documento WO 2005/059241 também relata um tratamento com ozono executado a uma temperatura entre os 20 e 60°C, mas antes da extracção alcalina, e necessariamente associado a um passo de acidificação prévio a uma temperatura muito alta. Também desencoraja que se excedam estas temperaturas, porque acima deste nivel se reporta uma degradação da pasta (perda de viscosidade) e uma diminuição de eficácia. Além disso, todos os exemplos se referem a pastas com baixos níveis de brilho e elevados índices kappa.

SUMÁRIO DO INVENTO

Um objectivo do presente invento consiste em propor um tratamento com ozono mais eficaz, sem aumentar a quantidade de ozono a ser introduzida, nem danificar o material tratado.

Assim, o presente invento refere-se a um processo de tratamento de uma pasta química pré-branqueada, compreendendo um passo de tratamento com ozono da referida pasta, executado a uma elevada temperatura.

De facto, verificou-se surpreendentemente que, se a temperatura do tratamento com ozono ultrapassar os 20°C, a acção do ozono é mais eficaz, contrariamente aos ensinamentos da técnica anterior, que indicavam que quanto maior a temperatura menor a actividade do ozono.

De acordo com 0 invento, este passo é executado, vantajosamente, a uma temperatura acima dos 60°C, com vantagem acima dos 65°C e, ainda mais vantajosamente, a uma temperatura maior ou igual a 70°C. 4 ΕΡ2092116

De acordo com uma forma de realização preferida, o tratamento com ozono é executado a uma temperatura entre 80 e 90°C. Na prática, é preferível uma temperatura de cerca de 80°C para aproveitar as vantagens do invento sem comprometer o equilíbrio energético da fábrica, e sem ter de se trabalhar sob pressão.

Além disso, o tratamento com ozono é executado a uma temperatura que não excede os 100°C.

As pastas químicas de papel que se destinam a tratamento usando o processo de acordo com o invento são pastas de madeira de folhosas e de resinosas, e são também pastas que não são de madeira, tais como de plantas anuais. O processo do invento também serve para tratar pastas após tratamento com kraft, sulfito e soda. O processo de acordo com o invento é executado após a fase de deslignificação e após os primeiros passos convencionais da sequência de branqueamento. É por isso executado numa pasta chamada pasta pré-branqueada.

Mais precisamente, o facto de uma pasta química ser pré-branqueada pode ser avaliado de acordo com o seu nível de brilho e/ou o seu teor de lenhina residual.

Assim, o processo do invento é executado, vantajosamente, numa pasta cujo nível de brilho é superior a 70%, com vantagem acima de 80% e, de preferência, próximo de 85%. O nível de brilho é determinado de acordo com a norma NF ISO 3688. 5 ΕΡ2092116

Um segundo critério no que diz respeito à escolha de pastas pré-branqueadas a serem tratadas com o processo do invento é o teor de lenhina residual. Vantajosamente, o processo do invento é executado numa pasta cujo índice kappa, correlacionado com o teor de lenhina residual da pasta, é inferior a 2 ,5, com vantagem inferior a 2 e, de preferência, inferior a 1. Estes valores deveriam ser comparados com o índice kappa de pastas não branqueadas, que está normalmente compreendido entre 20 e 30. A norma usada para o índice kappa é a norma NF ISO 302.

Vantajosamente o processo do invento é executado em pastas que satisfazem pelo menos um destes dois critérios (brilho e índice kappa), ou até ambos.

De acordo com uma forma de realização, o tratamento com ozono é o último passo do processo do invento e, por isso, o passo final do tratamento da pasta. Consequentemente, o tratamento com ozono faz parte de um processo produtivo mais complexo, do tipo dos anteriormente mencionados, contendo fases com oxigénio, dióxido de cloro, soda cáustica, peróxido de hidrogénio e, opcionalmente, ozono. Por exemplo, uma sequência completa integrando o processo do invento é do tipo ODEDZ*, ODEDPZ*, OZEBZ*, em que Z* é o tratamento de acordo com o invento.

Torna-se claro que o processo do invento é implementando com vantagem em pastas no fim do tratamento, e tendo sofrido em particular uma extracção alcalina a montante (E).

Contrariamente à técnica anterior, não existem exigências no que diz respeito a um tratamento prévio da 6 ΕΡ2092116 pasta, particularmente uma acidificação prévia a alta temperatura.

Em alternativa, o processo do invento compreende um passo de tratamento com ozono, tal como está descrito, e pelo menos um passo de branqueamento subsequente. Diz então respeito a um novo tratamento com ozono (Z*) ou a um tratamento com peróxido de hidrogénio (P) , dióxido de cloro (D), soda cáustica (E) e/ou oxigénio combinado com peróxido de hidrogénio (OP) . Portanto, os tratamentos de branqueamento finais, que são o tema do processo do invento, podem variar.

Devido à pequena quantidade de lenhina residual na pasta química a ser tratada, o tratamento com ozono do invento só é executado com pequenas quantidades de ozono: menos de 5 kg de ozono por tonelada de pasta seca (ou 0,5% em peso), de preferência menos de 2 kg de ozono por tonelada (ou 0,2% em peso). Estas quantidades moderadas reduzem o risco de oxidação da celulose de uma forma prejudicial à sua qualidade.

Vantajosamente, a proporção mínima de ozono introduzida é de 0,01% ou 0,05% em peso de pasta seca (0,1 kg e 0,5 kg de ozono por tonelada de pasta, respectivamente).

No contexto do invento, o pH da pasta a ser tratada não é um problema, porque o passo de tratamento com ozono pode ser feito com um pH entre 2 e 10. Em particular, ficou demonstrado que o invento era igualmente vantajoso com um pH neutro, próximo de 7. Uma vez que não é exigida uma acidificação prévia, o processo do invento pode ser executado com um pH maior ou igual a 4. Devido à vantagem 7 ΕΡ2092116 considerável de se poder trabalhar com um pH neutro (sem adição de ácido sulfúrico, menos solução corrosiva), o tratamento com ozono é executado, com vantagem, com um pH entre 4 (pH natural da pasta após tratamento com dióxido de cloro) e 8 (pH próximo do da água pura).

Particularmente devido à vasta gama de pH aceitável, o tratamento com ozono do invento pode ser executado directamente após o passo final da sequência usada para a branqueamento prévio (pré-branqueamento) e, assim, sem lavagem intermédia. Isto pode acontecer, por exemplo, quando a fase final é um tratamento com dióxido de cloro. 0 processo de acordo com o invento, em particular o passo de tratamento com ozono, pode ser executado em pastas com uma grande gama de consistência, correspondente à relação mássica entre a pasta e a mistura (pasta + água). Com vantagem, o tratamento com ozono é executado numa pasta com uma consistência entre 1 e 45% e, mais precisamente, entre 2 e 3%, quando se usa uma tecnologia de baixa consistência, entre 3 e 12% quando se usa tecnologia de média consistência, e entre 35 e 40%, quando se usa tecnologia de elevada consistência. O processo de tratamento com ozono de acordo com o presente invento é particularmente adequado para pastas kraft ou pastas sulfito.

Como já foi referido, observa-se um tratamento com ozono mais eficaz nas condições do invento, sem aumentar a quantidade de ozono a ser introduzida nem danificar o material tratado. 8 ΕΡ2092116

De forma característica, observou-se que para determinados tipos de pastas de madeira de folhosas (de folha caduca) este tratamento servia ainda para remover os compostos residuais do tipo "precipitado", e para isso para melhorar a limpeza da pasta branqueada.

FORMAS DE REALIZAÇÃO 0 invento e as suas vantagens tornar-se-ão mais claras a partir das formas de realização exemplificativas que se seguem, em conjunto com as figuras anexas. No entanto, estas não são limitativas.

Figura 1 mostra o efeito da temperatura no branqueamento com ozono aplicado no fim da sequência de branqueamento numa pasta kraft de madeira de folhosas mista.

Figura 2 mostra o efeito da temperatura do tratamento de branqueamento final com ozono no grau de polimerização da celulose no caso de uma pasta kraft de madeira de folhosas mista.

Figura 3 mostra o efeito da temperatura no branqueamento com ozono aplicado no fim de uma sequência de branqueamento numa pasta kraft de madeira de folhosas. EXEMPLO 1

Uma pasta kraft de madeira de resinosas é tratada de uma forma conhecida, tendo um teor de lenhina residual correspondendo a um indice kappa próximo de 20, usando uma 9 ΕΡ2092116 sequência de pré-branqueamento D(EP)D. 0 brilho obtido é de 83,1% ISO.

Esta pasta, após lavagem com água e acidificação com ácido sulfúrico até um pH de 2,7, é sujeita a um tratamento com ozono, com uma consistência de 35%, num dispositivo laboratorial convencional consistindo num reactor de vidro rotativo num banho de água tendo uma temperatura variável entre 20 e 80°C.

Uma quantidade de ozono, próximo dos 0,2%, foi adicionada progressivamente à pasta.

Após este tratamento, a pasta foi lavada e o seu brilho medido através dos processos Standard habituais.

Os resultados obtidos estão ilustrados pela curva na figura 1. Mostram claramente que o aumento de temperatura na fase Z melhora o resultado do branqueamento, contrariamente aos ensinamentos da técnica anterior, de acordo com os quais, por exemplo, o resultado a 80°C deveria ser mais pobre do que a 20°C. No entanto, observou-se que o aumento da temperatura acima dos 80°C não era vantajoso. É também interessante observar neste exemplo que o aumento de eficácia na fase de ozono não é acompanhado por uma quebra significativa da qualidade da celulose, cujo grau de polimerização (medido de acordo com a norma NF ISO 5351 após redução com borohidrato de sódio) permanece em níveis muito bons. Isto está ilustrado na figura 2. 10 ΕΡ2092116 EXEMPLO 2

Uma pasta kraft de madeira de resinosas é tratada de uma forma conhecida, com um teor de lenhina residual correspondente a um indice kappa próximo de 27, com uma sequência de branqueamento DEDED. 0 brilho obtido é de 81,9% ISO.

Esta pasta, após lavagem com água, tinha um pH próximo de 7. Foi então sujeita a um tratamento com ozono, com uma consistência de 35% no mesmo dispositivo do exemplo 1.

Adicionaram-se progressivamente 0,19% de ozono à pasta. Após este tratamento, a pasta foi lavada e o seu brilho medido pelos métodos Standard habituais.

Os resultados do branqueamento desta fase de ozono final estão ilustrado na figura 3. São semelhantes aos obtidos no exemplo 1. Isto é particularmente notável porque o pH do tratamento é 7, e isto, de acordo com os ensinamentos da técnica anterior, deveria levar a uma decomposição rápida do ozono e, assim, à sua perda de eficácia.

Neste exemplo, parece que o desempenho do tratamento com ozono deveria ser mesmo melhor a uma temperatura superior a 80°C. No entanto, a aplicação de uma temperatura acima dos 80°C pode penalizar o equilíbrio térmico da fábrica de pasta. 11 ΕΡ2092116 EXEMPLO 3 A mesma pasta do exemplo anterior foi branqueada parcialmente através da sequência DEDED, para se obter um brilho de 81,9.

Contrariamente ao exemplo 2, a pasta não foi lavada após a fase final D, mas engrossada directamente até ter uma consistência de 35%. 0 seu pH era então próximo de 4.

Aplicou-se a esta pasta o tratamento com ozono de acordo com o invento a uma temperatura de 80 °C até um consumo de ozono de 0,19%.

Obteve-se um brilho de 89% ISO, representando o mesmo resultado que no exemplo 2, no qual a lavagem tinha sido executada após a fase D.

Lisboa, 16 de Outubro de 2012 12

Claims (9)

1. ΕΡ2092116 REIVINDICAÇÕES 1. Processo de tratamento de uma pasta química pré-branqueada compreendendo um passo de tratamento com ozono da referida pasta, executado a uma temperatura superior a 60°C mas não excedendo os 100°C, vantajosamente superior a 65°C e mesmo mais vantajosamente a uma temperatura maior ou superior a 70°C.
2. 2. Processo de tratamento de uma pasta química pré-branqueada de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o passo de tratamento com ozono ser executado a uma temperatura entre os 80 e 90°C, vantajosamente próximo de 80 °C.
3. 3. Processo de tratamento de uma pasta química pré-branqueada de acordo com qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por a pasta química pré-branqueada ter um nível de brilho acima dos 70%, vantajosamente superior a 80%, e de preferência próximo de 85%.
4. 4. Processo de tratamento de uma pasta química pré-branqueada de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por a pasta química pré-branqueada ter um teor de lenhina residual correspondente a um índice kappa inferior a 2,5, vantajosamente inferior a 2, e de preferência inferior a 1.
5. 5. Processo de tratamento de uma pasta química pré-branqueada de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por a quantidade de ozono usada no passo do tratamento com ozono se situar entre 0,01 e 0,5% 1 ΕΡ2092116 em peso, vantajosamente entre 0,05 e 0,2% em peso de pasta seca.
6. 6. Processo de tratamento de uma pasta química pré- branqueada de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por o passo de tratamento com ozono ser executado com um pH compreendido entre 2 e 10, vantajosamente entre 4 e 8.
7. 7. Processo de tratamento de uma pasta química pré- branqueada de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por o passo de tratamento com ozono ser executado numa pasta com uma consistência entre 1 e 45%.
8. 8. Processo de tratamento de uma pasta química pré-branqueada de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por o passo de tratamento com ozono ser executado directamente após o passo de pré-branqueamento final sem lavagem intermédia.
9. 9. Processo de tratamento de uma pasta química pré-branqueada de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por a pasta química ser uma pasta kraft ou pasta ao bissulfito. Lisboa, 16 de Outubro de 2012 2