La industria del papel y de producción de pulpa de papel siempre ha estado relacionada con una gran producción de residuos, sin embargo, en la actualidad existen una gran cantidad de tecnologías utilizadas para reducir el impacto ocasionado por los residuos y mejorar la recuperación de los productos químicos utilizados en el proceso.
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| Fabrica de pulpa de papel. Imagen de cnbm |
Las tecnologías de evaporación y cristalización tienen la capacidad de crear ventajas muy competitivas dentro de las instalaciones de fabricación de pulpa de papel (pulping), ya que aportan una mejora considerable en la eficiencia operativa y la reducción de residuos.
En este artículo describiremos algunas alternativas de recuperación inteligente de productos químicos en instalaciones de fabricación de pulpa de papel.
Tabla de contenidosIntroducción a la recuperación inteligente de productos químicos en instalaciones de fabricación de pulpa de papel
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| Pulpa de papel. Imagen de nedmag |
La aparición de nuevos mercados y productos ha impulsado nuevamente a la industria de fabricación de pulpa de papel, ya que ha aumentado considerablemente la demanda de productos de embalaje de cartón y papel, así como, la demanda de productos de higiene derivados del papel. Para satisfacer este aumento en la demanda, los fabricantes de pulpa de papel han ampliado sus operaciones de producción, lo que conlleva a adoptar mejoras continuas en las líneas de producción con la finalidad de adaptarse a las nuevas normativas ambientales y a las nuevas exigencias de los consumidores finales.
Las instalaciones de fabricación de pulpa de papel requieren grandes cantidades de agua, productos químicos y energía, lo que plantea un desafío en lo que respecta a la sostenibilidad. En la actualidad, la fabricación de pulpa de papel utiliza sofisticados procesos de circuito cerrado con la finalidad de recuperar y reutilizar el agua, los productos químicos y la energía. Una de las áreas clave, a la cual, pueden dirigirse las instalaciones de fabricación de pulpa de papel es incorporar proyectos de sostenibilidad dentro del circuito de recuperación de ceniza de la planta.
Una vez que se implementen mejoras en el circuito de recuperación de ceniza, la empresa puede generar propuestas ventajosas en su producción, además de mejorar la eficiencia general de la planta, reducir los materiales de desecho y prolongar la vida útil de los equipos de servicios críticos, como las calderas de la planta. La mejora de la recuperación química dentro del proceso de tratamiento de ceniza produce subproductos de gran valor comercial, como es el caso de fertilizantes de gran calidad.
Sin embargo, estas tareas basadas en la sostenibilidad pueden parecer agresivas y requerir inversiones en nuevas tecnologías y cambios en el proceso. A pesar de ello, en la mayoría de los casos presentan una mejora considerable en el rendimiento operativo general dentro del proceso de fabricación de pulpa de papel, lo que permite lograr una rápida recuperación de la inversión.
Recuperación química y tratamiento de las cenizas en instalaciones de fabricación de pulpa de papel
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| Filtrado de pulpa de papel. Imagen de osu |
En la gran mayoría de las fábricas modernas de fabricación de pulpa de papel, durante el proceso de fabricación de pasta kraft, la madera se cuece con agua y productos químicos a temperaturas muy elevadas, de modo, que se pueda separar la celulosa de la lignina y las hemicelulosas. La pulpa resultante es lavada posteriormente con abundante agua. Al agua utilizada en el lavado de la pulpa y el licor de cocción del digestor, se le conocen como licor negro.
El licor negro se concentra mediante evaporación, para luego poder ser quemado como fuente de energía renovable dentro de las calderas de recuperación. La combustión de los sólidos de licor negro, permiten generar energía y vapor que serán utilizados en otras zonas de la planta. Las sales fundidas contienen la mayor cantidad de productos químicos necesarios para la fabricación de pulpa de papel, por ello, estas sales son recolectadas de las calderas de recuperación para ser reutilizadas en el digestor.
Este circuito cerrado de recirculación, maximiza la economía de la recuperación química, reduciendo ampliamente la cantidad de residuos de productos químicos vertidos al ambiente, sin embargo, crea desafíos para la manipulación y tratamiento de los flujos de licor. Los elementos no procesados (NPEs), entre los cuales se encuentran el cloruro y el potasio que ingresan en el molino a través de la madera cruda y la composición química, tienden a acumularse en el ciclo de recuperación. Con el paso del tiempo, esta acumulación va formando incrustaciones y tapones dentro de la caldera, lo que provoca una merma en la producción de energía.
Si esta situación no se controla, los NPEs pueden convertirse en un problema grave, provocando no solamente obstrucción, sino también corrosión en la caldera, llegando a presentarse una reducción considerable de la capacidad de la caldera de recuperación y un aumento de los costes de operación.
Al integrar sistemas avanzados de recuperación de cloruro y potasio para tratar las cenizas del precipitador, las fábricas de producción de pulpa de papel pueden obtener grandes ventajas operativas y reducir los costes en productos químicos, a la vez que generan flujos adicionales a partir de los subproductos generados.
Proceso de eliminación de cloruros en instalaciones de fabricación de pulpa de papel
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| Diagrama del proceso de eliminación de cloruros en una fábrica de producción de pulpa de papel |
Para lograr una eliminación eficiente de cloruros en las instalaciones de fabricación de pulpa de papel, se puede utilizar un proceso de cristalización en dos etapas para mejorar la eliminación de los NPEs.
La primera etapa consiste en un sistema convencional de proceso de eliminación de cloruros (CRP), el cual, opera cerca de la presión atmosférica. La segunda etapa es un proceso de cristalización centrado esta vez en el potasio. A continuación, describiremos brevemente ambas etapas:
Primera etapa – CRP
Las cenizas del precipitador se disuelven con el condensado, obteniéndose una solución ligeramente insaturada que alimenta el sistema CRP. El sistema CRP funciona como un verdadero cristalizador, con una adecuada generación de cristales, crecimiento y lavado para maximizar la eliminación de contaminantes y la recuperación de sales de sodio.
La cristalización se produce mediante la evaporación del agua, lo que hace que se supere el límite de solubilidad de las sales de sodio. Los cristales de sal de sodio resultantes se deshidratan y se lavan en una centrifugadora y se devuelven al ciclo de recuperación mediante el lavado con licor negro. El cloruro y el potasio permanecen en solución y se purgan del cristalizador en una corriente concentrada con mínimas pérdidas de sodio. El sistema CRP suele integrarse térmicamente con el sistema de evaporación de licor negro de un molino para conseguir unos costes operativos bajos.
El sistema CRP convencional alcanzará una eficacia máxima de eliminación de cloruro del 98-99% con una recuperación de sodio del 85-95%. Para las fábricas con niveles de potasio más altos, la recuperación de sodio será menor. En la gran mayoría de las fábricas de pulpa de papel, la química de la cristalización superará los límites de solubilidad del potasio antes de alcanzar el límite de solubilidad del cloruro. En este caso, una parte del potasio presente cristalizará como glaserita (3K2SO4-Na2SO4). La glaserita se devolverá al ciclo de la fábrica con las demás sales de sodio, reduciendo así la eficacia global de eliminación de potasio del sistema CRP.
Como la mayoría de las fábricas de pulpa de papel se centran más en la reducción de cloruro, el sistema CRP suele funcionar de forma que se maximice la eliminación de cloruro y la recuperación de sosa, mientras que la eliminación de potasio suele terminar en el rango del 70-90%. En cambio, las fábricas de pulpa de papel con altos aportes de potasio pueden desear maximizar la eliminación de potasio y pueden limitarse a una recuperación de sodio del 60-80% cuando se pretende una eliminación óptima de potasio. La mayoría de las fábricas con alto contenido en potasio, deben equilibrar la eliminación de potasio y la recuperación de sodio para minimizar el coste de las pérdidas de sodio.
El sistema CRP convencional es un proceso de purificación altamente selectivo para maximizar la eficiencia de la eliminación de cloruro y lograr una alta recuperación de sales de sodio. Los molinos que tienen un alto nivel de potasio en su circuito de recuperación química tienen un reto y una oportunidad únicos. Mediante la implementación de una segunda etapa en el CRP, las fábricas pueden producir flujos de subproductos adicionales, mientras eliminan simultáneamente altos niveles de cloruro y potasio.
Segunda-etapa - Mejoras en el manejo del potasio
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| Esquema de la segunda etapa para recuperar potasio |
Para las fábricas con altos niveles de potasio en el circuito de recuperación química, se puede añadir una segunda etapa para complementar la etapa inicial de CRP.
Después de la etapa CRP, que funciona cerca de la presión atmosférica, las sales de sodio, como el sulfato de sodio, la burkeíta (2Na2SO4-Na2CO3) y el carbonato de sodio, se cristalizan en la primera etapa y se devuelven al ciclo de recuperación. El cristalizador de la segunda etapa actúa como una unidad de cristalización flash adiabática que funciona a una temperatura más baja para aprovechar la solubilidad reducida de la glaserita. Los sólidos de glaserita cristalizados se deshidratan en una centrifugadora para su posterior eliminación o se procesan de otro modo para la producción de fertilizante de sulfato de potasio (SOP, K2SO4). Una parte del licor madre del cristalizador de glaserita se purga del molino para mejorar aún más la eficacia general de la eliminación del cloro, y el resto del licor madre se recicla al cristalizador de la primera etapa de la CRP.
La adición de agua al fundidor provoca la disolución selectiva del sulfato de sodio y del sulfato de potasio de la glaserita, dejando el sulfato de potasio purificado en la fase sólida. El sulfato de potasio puede entonces centrifugarse y secarse para producir un subproducto SOP (fertilizante cristalizado) de alta calidad.
Producción de SOP
El fertilizante SOP cristalizado es un fertilizante de primera calidad, soluble en agua, que se posiciona de forma única como un "fertilizante inteligente" que puede permitir resultados más consistentes y un rendimiento de los cultivos de mayor calidad. La mayor solubilidad en agua del SOP permite que el fertilizante se inyecte en sistemas de riego avanzados, lo que permite una transferencia más eficiente de nutrientes a las plantas. Los fertilizantes SOP también están ganando adeptos frente a los fertilizantes tradicionales, debido a sus niveles extremadamente bajos de impurezas como el sodio, el cloro y los metales pesados. Estas impurezas no sólo pueden crear problemas de incrustación y obstrucción en los equipos de aplicación, sino que también pueden causar efectos adversos en la calidad de los cultivos, especialmente, los sensibles a los cloruros.
Debido a estas ventajas, se espera que la demanda de "fertilizantes inteligentes", como el SOP, aumente significativamente. Esto permite que las instalaciones de fabricación de pulpa de papel se sitúen en una posición única como contribuyentes clave dentro de la cadena de suministro de SOP. Las instalaciones de fabricación de pulpa de papel, convenientemente situadas en todo el mundo, pueden actuar como productores locales descentralizados de este valioso recurso. Esto tiene el potencial de reducir los costes logísticos de la cadena de suministro y el impacto medioambiental al acortar la distancia entre la fuente y el usuario.
Las tecnologías avanzadas de recuperación de productos químicos en las instalaciones de fabricación de pulpa de papel pueden suponer importantes beneficios para las empresas, como la reducción de los costes de funcionamiento, la disminución del tiempo de inactividad y, por supuesto, la creación de subproductos de alto valor, como el fertilizante SOP, que puede crear fuentes de ingresos adicionales.
En lo que respecta a la sostenibilidad, estos proyectos de mejora suelen dar lugar a una reducción del uso del agua, una mejora del consumo de energía, una reducción de los residuos y, en el caso de las instalaciones que recuperan nutrientes y producen SOP, estas instalaciones también pueden desempeñar un papel destacado en la ayuda a la seguridad de la cadena alimentaria mundial, así como, en el apoyo a la fertilización de los bosques que capturan carbono.
Recuperación inteligente de productos químicos en instalaciones de fabricación de pulpa de papel by Ing. Bulmaro Noguera is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional License
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