Licor preto - Black liquor
Na química industrial , o licor negro é o subproduto do processo kraft ao digerir a madeira para celulose em polpa de papel, removendo lignina , hemiceluloses e outros extrativos da madeira para liberar as fibras de celulose .
O material equivalente no processo de sulfito é geralmente chamado de licor marrom, mas os termos licor vermelho, licor espesso e licor de sulfito também são usados.
Composição
Aproximadamente 7 toneladas de licor negro são produzidas na fabricação de uma tonelada de celulose.
O licor negro é uma solução aquosa de resíduos de lignina, hemicelulose e produtos químicos inorgânicos usados no processo. O licor negro contém 15% de sólidos em peso, dos quais dois terços são produtos químicos orgânicos e o restante são inorgânicos. Normalmente, os orgânicos no licor negro são 40-45% de sabonetes, 35-45% de lignina e 10-15% de outros orgânicos.
A matéria orgânica no licor negro é composta de componentes de degradação solúveis em água / álcalis da madeira. A lignina é degradada em fragmentos mais curtos com teor de enxofre de 1-2% e teor de sódio de cerca de 6% dos sólidos secos. A celulose e a hemicelulose são degradadas em sabões de ácido carboxílico alifático e fragmentos de hemicelulose. Os extrativos fornecem sabão de tall oil e aguarrás em bruto . Os sabonetes contêm cerca de 20% de sódio.
Os componentes residuais da lignina atualmente servem para conversão hidrolítica ou pirolítica ou apenas queima. A hemicelulose pode sofrer processos de fermentação, alternativamente.
História
As primeiras fábricas de celulose kraft descarregavam licor negro em cursos de água. O licor negro é bastante tóxico para a vida aquática e causa uma cor caramelo muito escura na água. A invenção da caldeira de recuperação por GH Tomlinson no início dos anos 1930 foi um marco no avanço do processo kraft.
Na década de 1990, a maioria das fábricas de kraft consumia quase todo o seu subproduto de licor negro e purificava o restante em estações de tratamento biológico, reduzindo o efeito ambiental das águas residuais abaixo do nível de significância científica, exceto talvez em riachos muito pequenos. Mesmo no século 21, permaneceram algumas pequenas fábricas de kraft (produzindo no máximo algumas toneladas de celulose por dia) que descarregavam todo o licor negro. No entanto, eles estão desaparecendo rapidamente. Algumas fábricas de kraft, principalmente na América do Norte, ainda recuperavam menos de 98% do licor negro em 2007, o que pode causar alguma contaminação ambiental, mesmo quando tratada biologicamente. A tendência geral é que essas fábricas obsoletas se modernizem ou fechem.
Uso
O licor negro contém mais da metade do conteúdo de energia da madeira alimentada no digestor de uma fábrica de celulose kraft. É normalmente concentrado a 65 - 80% por evaporadores de efeito múltiplo e queimado em uma caldeira de recuperação para produzir energia e recuperar os produtos químicos do cozimento. A viscosidade aumenta à medida que a concentração aumenta. Com cerca de 50-55% de sólidos, o limite de solubilidade do sal é atingido. O tall oil é um subproduto importante separado do licor negro com escumação antes de ir para os evaporadores ou após o primeiro estágio do evaporador.
Fonte de energia para a fábrica de celulose
As fábricas de celulose usam licor negro como fonte de energia, pelo menos desde os anos 1930. A maioria das fábricas de celulose kraft usa caldeiras de recuperação para recuperar e queimar grande parte do licor negro que produzem, gerando vapor e recuperando os produtos químicos do cozimento ( hidróxido de sódio e sulfeto de sódio usados para separar a lignina das fibras de celulose necessárias para a fabricação de papel). Isso ajudou as fábricas de papel a reduzirem os problemas com as emissões de água, reduzir o uso de produtos químicos por recuperação e reutilização e se tornarem quase autossuficientes em energia, produzindo, em média, 66% de suas próprias necessidades de eletricidade no local.
Nos Estados Unidos, as empresas de papel consumiram quase todo o licor negro que produzem desde os anos 1990. Como resultado, a indústria de produtos florestais se tornou uma das principais geradoras de energia renovável neutra em carbono dos Estados Unidos, produzindo aproximadamente 28,5 terawatts-hora de eletricidade anualmente.
Use como matéria-prima de biocombustível
Gaseificação
Novos métodos de transformação de resíduos em energia para recuperar e utilizar a energia do licor negro foram desenvolvidos. O uso de gaseificação de licor negro tem o potencial de alcançar maior eficiência energética geral do que a caldeira de recuperação convencional, ao mesmo tempo em que gera um gás de síntese rico em energia a partir do licor. O gás de síntese pode ser queimado em um ciclo combinado de turbina a gás para produzir eletricidade (geralmente chamado de BLGCC para Ciclo Combinado de Gasificação de Licor Negro; semelhante ao IGCC ) ou convertido por meio de processos catalíticos em produtos químicos ou combustíveis, como metanol , éter dimetílico (DME) ou FT diesel (normalmente denominado BLGMF para Gaseificação de Licor Negro para Combustíveis de Motor). Esta tecnologia de gaseificação está atualmente em operação em uma planta piloto de 3 MW na instalação de teste da Chemrec em Piteå , Suécia . O DME síntese passo será adicionado em 2011 no projeto "BioDME", apoiado pela Comissão Europeia do Sétimo Programa-Quadro (FP7) e da Agência Sueca de Energia .
Usada para a produção de biocombustíveis, a rota de gaseificação do licor negro demonstrou ter uma eficiência de conversão muito alta e potencial de redução de gases de efeito estufa .
Liquefação hidrotérmica
A liquefação hidrotérmica é adequada para converter licor negro em biocombustíveis avançados devido à capacidade do processo de lidar com entradas de alta umidade.
Extração de lignina
Onde a capacidade da caldeira de recuperação é limitada e um gargalo na fábrica de celulose, a lignina no licor negro pode ser extraordinária e exportada ou usada como combustível no forno de cal da fábrica , freqüentemente substituindo combustível de base fóssil por biocombustível.
Crédito fiscal dos EUA 2007-2010
Um crédito fiscal criado pelo Congresso dos Estados Unidos em 2005 como parte do projeto de lei de estradas de 2005 para recompensar e apoiar o uso de combustível alternativo líquido derivado de hidrocarbonetos no setor de transporte foi expandido em 2007 para incluir usos não móveis de combustível alternativo líquido derivado de biomassa. Essa mudança fez com que, além dos processadores de pescado, bichos e frigoríficos, os produtores de celulose kraft passassem a ter direito ao crédito tributário em decorrência da geração e utilização do licor negro para a produção de energia. Para uma grande empresa ( International Paper ), isso poderia chegar a US $ 3,7 bilhões em benefícios. A Weyerhaeuser anunciou em maio de 2009 que também estava buscando o crédito fiscal. Alguns analistas da indústria de papel criticaram a elegibilidade da indústria de papel para o crédito tributário de mistura de combustível alternativo, alegando que aumentava o uso de combustível fóssil, mas a indústria rebateu que adicionar um combustível fóssil era uma exigência da lei e que, independentemente, isso não resultou em um aumento líquido no uso de combustível fóssil, uma vez que as empresas estavam apenas substituindo o combustível fóssil existente que já misturavam com licor negro - gás natural - por um dos três combustíveis especificados por lei: gasolina, querosene ou diesel. O crédito de biocombustível para licor negro terminou em 1º de janeiro de 2010.