Obtención de Tall Oil mediante una solución de Sesquisulfato de sodio
ANTECEDENTES
Hoy en día, la producción de tall oil en plantas de celulosa se encuentra condicionada principalmente por los productos químicos y la calidad de la madera requeridos para el proceso de elaboración.
El principal insumo químico para producir tall oil es el ácido sulfúrico, requiriéndose alrededor de 200 – 300 kg/ton de tall oil crudo, dependiendo de la calidad del jabón, lo que eleva los costos del proceso.
Por otra parte, el tipo de madera tiene efecto sobre la calidad del tall oil, debido a que diferentes maderas producen distintos tipos de ácidos resínicos, ácidos grasos e insaponificables, y por ende, diferentes cantidades de tall oil. En general, árboles más viejos y de más lento crecimiento producen mayor cantidad de ácidos resínicos.
El proceso para generar tall oil utiliza jabón de tall oil obtenido específicamente del licor negro resultante del proceso de pulpaje, el cual reacciona con ácido sulfúrico a ciertas condiciones de tiempo y temperatura. Esta reacción favorece la disminución del pH de la solución que es cercano a 12 a un valor inferior a 8. A este nivel de pH, el tall oil crudo acidificado se separa en dos corrientes mediante un proceso de centrifugación: tall oil crudo (fase más liviana) y salmuera (principalmente sulfato de sodio y lignina que contiene ácido sulfhídrico).
Por los motivos antes señalados la industria de celulosa kraft requiere de nuevos procesos para generar tall oil, que permitan disminuir los costos asociados al consumo de químicos y obtener un tall oil de alta calidad.
Debido al creciente aumento en los costos de ácido sulfúrico y soda, Planta Arauco decidió solicitar a la Unidad de Desarrollo Tecnológico (UDT) de la Universidad de Concepción, la evaluación técnico económica y ambiental de sustituir el ácido sulfúrico utilizado en Planta de Tall Oil por la sal ácida de sesquisulfato de sodio generada en Planta de dióxido de cloro.
PROCESO
El proceso de producción de dióxido de cloro utiliza clorato de sodio, metanol y ácido sulfúrico como reactivos. El clorato de sodio reacciona con el metanol, en una solución de ácido sulfúrico, generándose el dióxido de cloro gas.
El dióxido de cloro gas es enfriado y enviado a una torre de absorción, donde se produce una solución de dióxido de cloro que es almacenada en estanques, para luego ser utilizada en el proceso de blanqueo.
En el generador de dióxido de cloro se produce una corriente secundaria que es enviada a un filtro rotatorio. En la parte exterior del filtro rotatorio se retira mecánicamente un sólido, que corresponde a la sal ácida de sesquisulfato de sodio, la cual es arrastrada con agua a 60°C, para posteriormente caer a un tanque, en el cual se neutraliza con soda a sulfato de sodio, producto que es enviado al circuito de licor, incorporándose al licor negro, previo a su quemado en la Caldera Recuperadora.
El Tall Oil Crudo (TOC) es obtenido del jabón presente en el licor negro débil proveniente del área de fibra, por medio de una reacción con ácido sulfúrico. El consumo de ácido sulfúrico es normalmente de alrededor de 200 kg/ton de TOC, dependiendo de la calidad del jabón. Esto representa la mayor parte del uso de azufre en una planta moderna de pulpa kraft.
Al hacer reaccionar el jabón con ácido sulfúrico disminuye el pH de la solución de cerca de 12 a por debajo de 8. A este nivel de pH, el TOC acidificado se separa en dos corrientes mediante una centrífuga: Tall Oil Crudo (fase más liviana) y salmuera (principalmente sulfato de sodio y lignina que contiene ácido sulfhídrico).
La salmuera es retornada al circuito de recuperación previa neutralización del sulfhídrico con licor blanco. El TOC es almacenado, para ser enviado como combustible al Horno de Cal o bien ser comercializado.
TECNOLOGÍA
La presente tecnología corresponde a un procedimiento para generar tall oil a partir de sesquisulfato de sodio. Este método se basa principalmente en utilizar una solución de sesquisulfato de sodio para acidificar el jabón de tall oil y producir tall oil. Esta innovación permite disminuir el consumo de ácido sulfúrico en las plantas de tall oil, ya que podría reemplazar hasta el 100% de este químico por una solución de sesquisulfato de sodio, obteniendo un tall oil apto para su uso como combustible.
Debido a que el sesquisulfato de sodio es un subproducto, que actualmente no es utilizado, cuya principal propiedad es su bajo pH, es necesario estandarizarlo para que pueda ser utilizado en plantas de tall oil. Para ello se debe preparar una solución de sesquisulfato de sodio adicionando agua y de esta forma realizar la reacción con jabón de tall oil. El proceso comprende las siguientes etapas: (a) determinación de la concentración de la solución de sesquisulfato de sodio; (b) reacción entre la solución de sesquisulfato de sodio y el jabón de tall oil; y (c) separación de las fases tall oil y salmuera.
Diferenciación en los procesos de obtención de tall oil actual y utilizando una solución de sesquisulfato de sodio:
Diagrama de flujo de Planta de Tall Oil tradicional:
Diagrama de flujo de Planta de Tall Oil utilizando una solución de sesquisulfato de sodio:
VENTAJAS
Ventajas relacionadas al uso de la tecnología:
- La industria de celulosa kraft requiere de nuevos procesos para generar tall oil, que permitan disminuir los costos asociados al consumo de químicos y obtener un tall oil de alta calidad. Como respuesta a esa necesidad, se desarrolló un procedimiento para generar tall oil a partir de sesquisulfato de sodio. Este método se basa principalmente en utilizar una solución de sesquisulfato de sodio para acidificar el jabón de tall oil y producir tall oil. Esta innovación permite disminuir el consumo de ácido sulfúrico en las plantas de tall oil, ya que podría reemplazar hasta el 100% de este químico por una solución de sesquisulfato de sodio, obteniendo un tall oil apto para su uso como combustible.
Ahorro estimado por el uso de la tecnología:
- Para producir tall oil a partir de ácido sulfúrico, se considera el consumo de hidróxido de sodio en planta de dióxido de cloro y el consumo de ácido sulfúrico en planta de tall oil. El costo es de 426 USD/ton de tall oil.
- Para producir tall oil a partir de sesquisulfato de sodio, se considera el costo de hidróxido de sodio y de sulfato de sodio en planta de dióxido de cloro. En planta de tall oil, al utilizarse el sesquisulfato de sodio, no es necesario alimentar otro producto químico. El costo asociado es de 310 USD/ton de tall oil.
FICHA TÉCNICA
Reacción de Jabón de Tall Oil (JTO) con Solución de Sesquisulfato de Sodio (Sesquisal).Características materias primas.
| Parámetro | Concentación | pH | Poder Calorífico (kcal/kg) | Cenizas (%) | Humedad (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| Jabón de tall oil | – | 11,45 | 0 | 11 | – |
| Solución de Sesquisulfato de sodio | 39% | 1,38 | – | – | – |
Características producto.
| Parámetro | Concentación | pH | Poder Calorífico (kcal/kg) | Cenizas (%) | Humedad (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| Jabón de tall oil | – | 4,13 | 9.280 | 0 | 3,71 |
| Salmuera | – | 3,51 | – | – | – |
Condiciones de Operación.
| Condiciones | Valor |
|---|---|
| Temperatura preparación solución de sesquisulfato de sodio | 60ºC |
| Temperatura Reacción JTO + Sesquisal | 105ºC |
| Tiempo reacción | 1 min |
| Velocidad de centrifugado | 1.500 rpm |
| Tiempo centrifugado. Separación fase tall oil y salmuera | 10 min |
USUARIOS
- Plantas de celulosa kraft
- Empresas que comercializan tall oil
- Empresas que usan el tall oil en consumo interno
- Empresas de producciones mayores a 500.000 ton para justificar el ahorro.
- Empresas de Ingeniería que diseñen y construyan las líneas de producción de celulosa.
NUESTRO TRABAJO
Proyecto
“Evaluación de factibilidad técnico económica y ambiental de reemplazar ácido sulfúrico por sesquisulfato de sodio en Planta de Tall Oil”
Empresa participante: Celulosa Arauco S.A.
Patente
Proceso para obtener tall oil mediante una solución de sesquisulfato de sodio.
INVENTOR: JEAN PAUL REDÓN
Para mayor información contacte a:
Carla Pérez, Jefe de Área Medio Ambiente
c.perez@udt.cl / +56 (0)41 266 1816