Papel e Celulose

Produção de ácido sulfúrico a partir de gases odoríferos

Quimica e Derivados
13 de novembro de 2020
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    A integração do sistema com a fábrica de celulose

    Além da evidente vantagem econômica a partir da produção de ácido sulfúrico, bissulfito de sódio e de vapor nesse sistema, na realidade é outra a fonte que maximiza o payback desta planta: o seu benefício na integração com a fábrica e sua influência no balanço Na/S.

    Mas afinal de contas, o que é esse balanço Na/S de que tanto se fala?

    Como explicado anteriormente, o sódio e o enxofre são os elementos-chave na fabricação de celulose pelo processo Kraft. O problema e a dificuldade é que esses elementos entram e saem do processo de inúmeras formas em toda a fábrica, o que torna bastante complexo o seu controle e otimização. Muitas das entradas e saídas não são facilmente mensuráveis, como por exemplo o teor desses componentes na madeira, assim como algumas saídas não são monitoradas, por exemplo, em algum GNCD que não é coletado. Exemplos típicos e principais de entrada e saída desses elementos estão demonstrados na figura 1.

    Como também resumido anteriormente, o teor de enxofre utilizável na fábrica, conhecido como sulfidez do licor branco, é fundamental para o processo de cozimento. Todavia, ele também não pode ser excessivo e deve ser devidamente balanceado e ajustado, a depender das características próprias das matérias-primas e dos produtos finais. O estudo desse balanço Na/S tem sido muito dinâmico também ao longo das últimas décadas devido às novas tecnologias e processos diferentes ou até mesmo mais eficientes, assim como também por exigências ambientais de descarga de resíduos sólidos, líquidos ou atmosféricos. Parte da complexidade é também devida ao fato de que boa parte dos componentes químicos no ciclo de recuperação possuem os dois elementos, por exemplo, o sulfeto de sódio, o sulfato de sódio, o sulfito de sódio (Na2SO3) e o bissulfito de sódio.

    A introdução de uma planta de ácido sulfúrico a partir de GNCC também contribui para otimizar o equilíbrio do balanço Na/S, porém altera a forma atualmente “dominada” pelas fábricas para controlar esse balanço. O cenário a seguir apresentará números típicos estudados em fábricas grandes e modernas em países europeus, em especial os escandinavos, e o impacto da produção interna de ácido sulfúrico.

    Um valor comum de perdas de sódio (mostradas acima) é de ~9 kgNa/ADt (“air dry tonne” – abreviação usada no setor para determinar, em toneladas e em base seca, a produção de celulose), enquanto que as entradas naturais do processo são de ~6 kgNa/ADt. Com isso, é necessário um make-up de sódio de ~3 kgNa/ADt.

    Química e Derivados - Produção de ácido sulfúrico a partir de gases odoríferos ©QD Foto: Divulgação

    Para o enxofre, o cenário é o contrário para a maioria das fábricas: têm-se ~10 kgS/ADt de entradas naturais (boa parte delas oriundas de ácido sulfúrico externo introduzido ao ciclo) e somente ~5 kgS/ADt de saídas naturais. Isso gera um excesso de ~5 kgS/ADt que precisa ser removido do ciclo para não haver acúmulo, que resultaria em uma sulfidez cada vez mais alta. Para resolver isso, geralmente as fábricas purgam parte das cinzas do precipitador eletrostático da caldeira de recuperação, ricas em sulfato de sódio. Entretanto, nessa situação, para cada 1 kgS/ADt removido de enxofre é também removido 1,4 kgNa/ADt de sódio e, com isso, para remover os ~5 kgS/ADt de enxofre excedentes, perde-se também ~7 kgNa/ADt, que precisam ser repostos. O make-up de sódio é, em regra, feito com hidróxido de sódio (na relação 1,4 kgNa = 2,5 kgNaOH), que é um dos produtos químicos mais caros usados em uma fábrica de celulose.

    Assumindo que essa planta consegue converter o enxofre de todo o GNCC em ácido sulfúrico, produzindo-o internamente, a adição de ácido sulfúrico “externo” (nova fonte de enxofre ao balanço) é reduzida e, portanto, a necessidade de purga de enxofre é diminuída ou até mesmo eliminada.

    Essa redução na quantidade de enxofre circulando no processo pode ser tão drástica a ponto de abrir a possibilidade de substituir o hidróxido de sódio usado no make-up por outro insumo químico de menor custo, o sulfato de sódio, que pode chegar a ser até 80% mais barato.

    Os valores de mercado para compra de hidróxido de sódio, sulfato de sódio e ácido sulfúrico podem variar de acordo com a região e até mesmo de contratos firmados, dependendo da quantidade consumida. Em estudos recentes realizados para fábricas na América do Sul de grande porte (capacidades maiores que 1 milhão de toneladas por ano de produção de celulose), as economias previstas com a instalação de uma planta de ácido sulfúrico a partir de GNCC chegam a até R$ 20,00/ADt, dependendo da condição de equilíbrio do balanço de Na/S de cada fábrica, mesmo não sendo comum a prática de descarga de cinzas da caldeira de recuperação no Brasil, visto que para a madeira comumente empregada nas fábricas brasileiras o excedente de enxofre é geralmente menor que o do exemplo citado acima. Isso não necessariamente diminui o potencial de retorno, a depender da condição de equilíbrio de Na/S de cada fábrica, que, como demostrado, pode ser bastante significativo.



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