PT101772B

PT101772B - Processo para a eliminacao de oxidos de azoto dos gases de descarga para a atmosfera da caldeira de recuperacao da soda de instalacoes de fabricacao de pasta de celulose

Info

Publication number: PT101772B
Application number: PT101772A
Authority: PT
Inventors: Esa Pikkujamsa; Risto Hamalainen; Seppo Tuominiemi; Ari Tamminen; Tapio Patrikainen; Jukka-Pekka Spets
Original assignee: Kvaerner Pulping Oy
Priority date: 1994-09-19
Filing date: 1995-09-18
Publication date: 1999-01-29
Also published as: CA2155921A1; SE9503220L; SE9503220D0; FI96387C; FI96387B; ES2116893A1; US5639434A; FI944344A0; PT101772A; SE513708C2; CA2155921C; ES2116893B1

Description

PROCESSO PARA A ELIMINA CÃO DE ÓXIDOS DE AZOTO DOS GASES DE

DESCARGA PARA A ATMOSFERA DA CALDEIRA DE RECUPERAÇÃO DA SODA

DE INSTALAÇÕES DE FABRICAÇÃO DE PASTA DE CELULOSE

A presente invenção refere-se a um processo para a eliminação de óxidos de azoto dos gases de descarga para a atmosfera da caldeira de recuperação da soda de instalações de fabricação de pasta de celulose.

Até agora, dificilmente se tem prestado qualquer atenção a emissões de óxidos de azoto, isto é, às emissões de NO_X, das instalações de fabricação de polpa de celulose. No entanto, as exigências mais apertadas relativamente à protecção do ambiente obrigam as instalações de polpa de celulose a uma nova situação, em que as emissões de NO_X também têm os seus valores padrão a serem cumpridos.

Fizeram-se tentativas para diminuir o teor de NO_X nos gases de descarga para a atmosfera da caldeira de recuperação da soda injectando solução de amoníaco no forno de combustão da caldeira de recuperação. É no entanto difícil manter este processo sob controlo visto que é difícil encontrar um ponto de injecção que tenha uma temperatura apropriada requerida pela reacção. Os custos de funcionamento do processo são também altos por causa do alto preço do amoníaco.

Fez-se também um esforço para afectar as emissões de NO_X da caldeira de recuperação de carbonato de sódio ajustando as fases de alimentação de ar de combustão.

Também se fizeram esforços no sentido de eliminar os óxidos de azoto dos gases de descarga para a atmosfera. O processo correspondente é descrito na patente britânica 1472985. De acordo com este processo, os gases de escape são humidificados com água e subsequentemente misturados com um agente oxidante tal como dióxido de cloro ou ozono, por meio do qual o monóxido de azoto é oxidado a dióxido de azoto. Então, o dióxido de azoto é re b

duzido a azoto por lavagem dos gases de descarga contendo azoto e dióxido de enxofre com uma solução contendo hidróxido de metal alcalino ou hidróxido de amónio, carbonato de metal alcalino ou de amónio e bicarbonato de metal alcalino ou de amónio. O bicarbonato presente na solução em questão foi produzido pela reacção mútua entre o dióxido de enxofre presente nos gases e o hidróxido. Isto significa que os gases de descarga têm de conter grandes quantidades de dióxido de enxofre para que se produza uma quantidade de bissulfito suficiente para eliminar o NO₂. No processo descrito nesta publicação, utilizam-se reagentes e oxidantes separados, o que é relativamente dispendioso do ponto de vista económico.

O processo que se acaba de descrever é usado expressamente nas centrais de produção de energia convencionais e em ligação com as caldeiras das centrais de energia convencionais quando há uma quantidade suficiente de enxofre no combustível, e assim também nos gases de combustão, para implementar o processo. No entanto, isso não é possível na purificação dos gases de descarga de uma caldeira de recuperação de carbonato de sódio de uma instalação de produção de polpa de celulose visto que os gases não contêm enxofre suficiente e, por consequência, seria necessário preparar separadamente a solução de bissulfito necessária para a redução do azoto preparando em primeiro lugar uma quantidade suficiente de dióxido de enxofre e depois da solução de bissulfito. Assim, o processo de acordo com esta patente britânica não pode ser aplicado tal e qual directamente à purificação dos gases de descarga de uma caldeira de recuperação da soda.

O objectivo da presente invenção é proporcionar um processo por meio do qual os óxidos de azoto presentes nos gases de descarga de uma caldeira de recuperação da soda duma instalação de fabricação de polpa de celulose pode ser transformado em azoto gasoso de uma maneira económica e simples. O processo de acordo com a presente invenção caracteriza-se pelo facto de aos gases de descarga se alimentar em primeiro lugar um agente oxidante, tal como dióxido de carbono ou ozono, que oxida os óxidos de azoto a dióxido de azoto, se alimentarem os gases a uma coluna de lavagem de gases na qual se injecta na corrente de gases um reagente proveniente da circulação de produtos químicos da instalação de fabricação de polpa de celulose, reagente esse que, quando posto em contacto com o dióxido de azoto, reduz o dióxido de azoto a azoto, depois do que os gases de descarga

contendo azoto são retirados do lavador e o reagente oxidado é introduzido na circulação de produtos químicos da instalação de fabricação de polpa de celulose.

A ideia essencial da presente invenção consiste em utilizar reagentes já em uso na instalação de fabricação de polpa de celulose para eliminar os óxidos de azoto. Como agente oxidante, emprega-se dióxido de cloro ou ozono utilizado para o branqueamento da polpa ou gases escape contendo dióxido de cloro provenientes da instalação de branqueamento. Por outro lado, para a redução do óxido de azoto utilizam-se reagentes já presentes na circulação de produtos químicos da instalação de fabricação de polpa de celulose, como por exemplo lixívia verde oxidada ou sulfitada, lixívia branca sulfitada, uma solução de sulfito produzida pelo lavador de dióxido de enxofre da instalação de queima dos gases com cheiro ou uma solução de sulfito obtida por uma solução alcalina proveniente da lavagem dos gases de descarga da caldeira de recuperação de carbonato de sódio, quando gases de descarga contendo dióxido de enxofre e produzidos por combustão de gases com cheiro foram alimentados aos gases de descarga da caldeira de recuperação de carbonato de sódio.

Uma vantagem da presente invenção reside no facto de, no processo, poderem ser usados reagentes já em utilização ou que, pelo menos parcialmente, podem ser devolvidos para a circulação sem a necessidade de introduzir novos reagentes ou de os preparar a partir de um reagente extra dispendioso introduzido separadamente.

A invenção será agora descrita mais pormenorizadamente com o auxílio dos desenhos anexos, nos quais a Figura 1 representa esquematicamente uma primeira forma de realização do processo de acordo com a presente invenção, a Figura 2 representa esquematicamente uma segunda forma de realização da invenção apresentada, a Figura 3 representa esquematicamente uma terceira forma de realização da presente invenção e a Figura 4 representa esquematicamente uma quarta forma de realização da presente invenção.

A Figura 1 representa uma coluna de lavagem de gases de descarga (1) de uma instalação de fabricação de polpa de celulose à qual são alimentados os gases de descarga de uma caldeira de recuperação de soda através de uma conduta de gases de descarga (la). Os gases

Ú- de descarga são humidificados na conduta de gases de descarga (la) injectando água proveniente de uma tubagem de água (3). Depois da humidificação dos gases de descarga, alimenta-se um agente oxidante à conduta dos gases de descarga através de uma tubagem de oxidante (4). O agente oxidante pode, por exemplo, ser dióxido de cloro C1O₂ ou ozono O₃. O oxidante pode ser retirado de uma torre de branqueamento da instalação de fabricação de polpa de celulose, por exemplo. O oxidante pode também ser directamente alimentado com a água de humidificação. Na conduta dos gases de descarga (la), têm lugar as seguintes reacções entre o agente oxidante e o óxido de azoto que originam a formação de dióxido de azoto:

(1) 2 NO +C1O₂ + H₂O = NO₂ + HC1 + HNO₃ (2) NO + O₃ = NO₂ + O₂

Os gases de descarga são lavados na coluna de lavagem dos gases de descarga (1) mediante injecção de solução de lavagem sulfurosa com propriedades redutoras proveniente da circulação de produtos químicos da instalação de fabricação de polpa de celulose através de um injector (5), solução essa que chega ao injector a partir do andar de produção da solução de lavagem por intermédio de uma tubagem de solução de lavagem (6). No caso da figura, a A ή solução de lavagem consiste em lixívia verde retirada da circulação de produtos químicos da instalação de fabricação de polpa de celulose e que contém principalmente sulfureto de sódio (Na₂S) e carbonato de sódio (Na₂CO₃), sendo a lixívia verde oxidada num reactor de oxidação separado (7). A lixívia verde é alimentada à parte superior do reactor de oxidação (7) através de uma tubagem de lixívia (8) e ao mesmo tempo alimenta-se ar ou oxigénio através de uma tubagem de ar (9) à parte inferior do reactor de oxidação (7). O reactor de oxidação é tipicamente uma torre de lavagem de gases, na parte inferior da qual se alimenta ar e de cuja parte superior se injecta lixívia verde em contracorrente com o ar. No reactor de oxidação tem lugar a seguinte reacção química:

(3)

Na₂S + 2 O₂ + H₂O

Na₂S₂O₃ + 2 NaOH

Por reacção com oxigénio e água, o sulfureto de sódio é assim transformado em tiossulfato de sódio e hidróxido de sódio. A lixívia verde oxidada desta maneira é conduzida a partir da parte inferior do reactor de oxidação para a tubagem da solução de lavagem (6) e depois para a tone de lavagem dos gases de descarga (1). Por outro lado, os gases restantes são retirados pela parte superior do reactor de oxidação (7) através de uma conduta de saída (10) e são conduzidas daí para diante para o tratamento dos gases dotados de cheiro diluídos. Correspondentemente, na torre de lavagem dos gases de descarga (1), tem lugar a seguinte reacção química:

(4) 4 NO₂ + 2 Na₂S₂O₃ = 2 N₂ + 2 Na₂SO₄ + 2 S + 3 O₂

O sulfato de sódio e o enxofre são retirados da torre de lavagem dos gases de descarga (1) através de uma tubagem de saída (11) para um dissolvente e depois para a circulação de produtos químicos. Além disso, os gases de descarga que contêm o azoto reduzido são retirados através de uma conduta de saída de gases (12) e o líquido restante que contém cloretos é retirado da parte inferior da torre de lavagem de gases (1) através de uma tubagem de esgoto (13). Nas outras formas de realização, o líquido que contém cloretos é retirado da parte inferior da torre de lavagem dos gases de descarga através da tubagem de esgoto (13).

N f A Figura 2 representa uma forma de realização da presente invenção de acordo com a Figura 1, na qual se produz uma solução de lavagem sulfitando lixívia verde ou branca. A lixívia a ser sulfitada é alimentada, através da tubagem de lixívia (8) a um reactor de sulfitação (17) ao qual é alimentado dióxido de enxofre ou gases de descarga que contêm dióxido de enxofre, por exemplo, provenientes da combustão dos gases que originam cheiro, através de uma conduta (19). No reactor de sulfitação (17), a lixívia é sulfitada e é alimentada, através da tubagem de solução de lavagem (6) à torre de lavagem de gases de descarga (1) representada na Figura 1. Correspondentemente, o dióxido de enxofre que passou através do reactor de sulfitação e os outros gases possíveis são alimentados através da conduta de saída (10), ou a um andar de pós-absorção ou ao tratamento de gases diluídos que originam cheiro. Mais simplesmente, o reactor de sulfitação é uma torre de lavagem e gases, em que o dióxido de enxofre passa da parte inferior da torre de lavagem de gases para a parte superior e a lixívia a ser sulfitada é injectada para baixo em contracorrente com a passagem de gases. De acordo com a Figura 2, no reactor de sulfitação (17), tem lugar a seguinte reacção química:

(5) SO₂ + 2 NaOH -> Na₂SO₃ + H₂O

Por consequência, a lixívia branca é sulfitada com obtenção de sulfito de sódio e água e é alimentada à torre de lavagem (1) para ser injectada nos gases de descarga oxidados e o resultado final é a redução do óxido de azoto. Na torre de lavagem dos gases de descarga, tem lugar a seguinte reacção:

(6) NO₂ + 2Na₂SO₃ ¹/iN₂ + 2Na₂SO₄

O azoto produzido é retirado juntamente com o gás de descarga e o sulfato de sódio produzido é retirado por exemplo para o dissolvente.

Quando se sulfita lixívia verde, no reactor de sulfitação (17), têm lugar as seguintes reacNa₂CO₃ + SO₂ —> Na₂SO₃ + CO₂

Na₂S + SO₂ —> Na₂SO₃ + H₂S

Na₂S + 3 SO₂ + Na₂SO₃ —> 3 Na₂S₂O₃

O resultado é então tiossulfato de sódio que, injectado na tone de lavagem dos gases de descarga, reduz a quantidade de óxidos de azoto de acordo com a reacção representada pela equação química (4).

Por outro lado, a Figura 3 representa uma forma de realização do processo de acordo com a presente invenção em que na parte superior do reactor de sulfitação é alimentado hidróxido de sódio (NaOH) através da tubagem de lixívia (9) e na parte inferior é alimentado gás de descarga que contém dióxido de enxofre através da conduta (19) proveniente da combustão dos gases com mau cheiro. No reactor de sulfitação (17), neste caso, ocorre a mesma reac çoes:

(Ό (8) (9) ção da equação (5) como no caso representado na Figura 2. Além disso, produz-se bissulfíto de sódio de acordo com as seguintes equações químicas:

(10) 2Na₂SO₃ + O₂ -> 2Na₂SO₄ (11) Na₂SO₄ + SO₂ + H₂O -> 2NaHSO₃

A solução de sulfito de sódio produzida no reactor de sulfitação é conduzida através da tubagem da solução de lavagem (6) para dentro da tome de lavagem dos gases de descarga (1), na qual o dióxido de azoto é reduzido de acordo com a equação química (6) e, além disso, o bissulfito de sódio produzido é conduzido através de uma tubagem de saída (20) para a circulação de produtos químicos da instalação de fabricação de pasta de celulose, por exemplo, para o dissolvente da caldeira de recuperação de soda ou para o branqueamento. O gás é retirado do reactor de sulfitação (17) através da conduta de saída (10).

A Figura 4 representa ainda uma quarta forma de realização da invenção, na qual o gás de descarga, que contém dióxido de enxofre e é produzido na combustão dos gases que originam cheiro, é transportado através da tubagem (19) para a parte inferior do reactor de sulfitação (17) e lixívia branca é alimentada à sua parte superior de acordo com a Figura 2. A maneira de funcionamento do reactor de sulfitação (17) influencia a quantidade de solução de bissulfito que é produzida no reactor e a quantidade de dióxido de enxofre que fica no gás. Desta maneira, é possível regular a quantidade de dióxido de enxofre que vem para a torre de lavagem (1). Nesta forma de realização, o dióxido de enxofre proveniente do reactor (17) é alimentado através da conduta de saída (10) à torre de lavagem (1) e a torre de lavagem de gases (1) é adicionalmente alimentada com lixívia branca ou solução de NaOH por intermédio da conduta de solução de lavagem (6), de modo que o hidróxido de sódio presente na lixívia branca ou a solução de NaOH e o dióxido de enxofre reagem entre si e, respectivamente, o sulfito de sódio produzido reduz o azoto. Assim, as reacções de acordo com as equações químicas (5) e (6) têm lugar na torre de lavagem de gases de descarga (1). O bissulfito de sódio que constitui o produto da reacção do reactor de sulfitação (17) é conduzida para trás para o branqueamento, maceração ou qualquer outra fase operacional apropriada.

Na descrição acima e nos desenhos, descreve-se a invenção apenas a título de exemplo e não se pretende de forma nenhuma restringi-la por esse facto. O facto essencial é que a redução do azoto tenha lugar numa torre de lavagem dos gases de saída por meio de reagentes incluídos na circulação normal de produtos químicos de uma instalação de fabricação de polpa de celulose.

Lisboa,

O Agente Oficial da Propriedade Industrial

Américo da Silva C?.;v?

I

Claims

1. Processo para a eliminação de óxidos de azoto dos gases de descarga para a atmosfera de uma caldeira de recuperação da soda de uma instalação de fabricação de polpa de celulose (2), caracterizado por

a) em primeiro lugar, à referida corrente gasosa (la) se adicionar um agente oxidante (4), tal como por exemplo dió.xido de cloro ou ozono, que oxida os óxidos de azoto a dióxido de azoto;

b) se alimentar a corrente gasosa assim obtida a uma coluna de lavagem de gases (1), na qual é injectado um reagente (6) proveniente da circulação de produtos químicos da instalação de fabricação de polpa de celulose que, em contacto com o dióxido de azoto, reduz o dióxido de azoto com formação de azoto;

c) se descarregar para a atmosfera, pela parte superior da coluna de lavagem (12), a corrente de gases de saída contendo azoto; e

d) se reciclar para a circulação de produtos químicos da instalação de fabricação de polpa de celulose, os reagentes oxidados (11 e 13) descarregados da coluna de lavagem.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de, como reagente a ser injectado nos gases de descarga, se utilizar lixívia verde (8) que é oxidada (7), antes de ser alimentada aos gases de descarga, fazendo-a contactar com ar (9) ou oxigénio, em que o produto da reacção é tiossulfato de sódio e hidróxido de sódio.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de, como reagente a ser injectado nos gases de descarga, se utilizar lixívia verde, que é sulfitada (17) antes de ser alimentada aos gases de descarga fazendo-a contactar com dióxido de enxofre (19) proveniente da combustão dos gases que originam cheiro da instalação de fabricação de polpa de celulose, em que se produz tiossulfato de sódio.

4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de, como reagente a ser injectado nos gases de descarga, se utilizar lixívia branca, que é sulfitada (17) antes de ser alimentada aos gases de descarga fazendo-a contactar com dióxido de enxofre (19) proveniente da combustão dos gases que originam cheiro da instalação de fabricação de polpa de celulose, em que se produz sulfito de sódio

5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de, como reagente a ser injectado nos gases de descarga, se utilizar lixívia branca ou solução de NaOH que é injectada directamente nos gases de descarga e como outro reagente se utilizarem adicionalmente gases de descarga que contêm dióxido de enxofre e provêm da combustão dos gases com cheiro da instalação de polpa de celulose, gases de descarga esses que são também misturados com os gases de descarga da caldeira de recuperação da soda, de tal maneira que a lixívia branca ou a NaOH e o gás de descarga que contém dióxido de enxofre reagem conjuntamente produzindo sulfito de sódio que reduz o óxido de azoto.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo facto de os gases de descarga que contêm dióxido de enxofre e provêm da combustão dos gases com cheiro serem primeiramente postos em contacto com lixívia branca, de tal maneira que parte do dióxido de enxofre reage com a NaOH incluída na lixívia branca e produz sulfito de sódio, que é reciclado para a circulação da instalação de fabricação da polpa de celulose e os gases de descarga e o dióxido de enxofre restantes serem alimentados à corrente de gases de descarga da caldeira de recuperação da soda.

7. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de o reagente ser alimentado aos gases de descarga da caldeira de recuperação de soda numa coluna de lavagem dos gases de descarga.

Lisboa,

O Agente Oficial da Propriedade Industrial

Maria Siivina Ferreira Agente Oficial de Propricdotíe Industrial R. Castilho,201-3’E — 1C70 LJS30A Telefs. 385 1339- 325 sô 13