Um dos impactos ambientais mais sensíveis das plantas de produção de celulose via processo Kraft se deve às emissões enxofre na forma reduzida.
O processo Kraft gera odor típico associado ao enxofre reduzido das emissões, que é relacionado a compostos como sulfeto de hidrogênio, metil-mercaptano, dimetil-mercaptano e dimetil-dissulfeto. Estes compostos têm baixos níveis de detecção olfativa, e podem ser detectados pelo olfato humano mesmo em pequenas quantidades e a grandes distâncias. Podem ser encontrados em vários fluxos de resíduos de vários processos na produção de celulose, tais como: gases de caldeiras de recuperação, gases de escape e subfluxos do tanque de condensado, licor negro, tanques de retenção, operações de desidratação de lamas, respiradouros do digestor, respiros do depósito de cavacos, áreas de tratamento de resíduos e gases não condensáveis provenientes do forno de cal. Estes compostos são normalmente chamados de enxofre total reduzido (TRS) que geralmente compreende altos níveis de sulfeto de hidrogênio juntamente com níveis variáveis de mercaptanos, e variam nas diversas etapas do processo Kraft.
Foram coletadas amostras de emissões de fontes fixas e fugitivas de plantas industriais com processo Kraft visando a determinação de TRS e subsequente proposição de ações de mitigação. Par tal, foi utilizada bomba de vácuo, contentores de vidro e bolsas de PTFE. A determinação analítica foi feita usando um cromatógrafo gasoso equipado com um detector fotométrico de chama, em que o circuito de injeção foi modificado pela introdução de uma válvula manual de gás e um circuito para permitir injeção de amostras diretamente da bolsa de coleta. A coluna cromatográfica utilizada foi uma coluna com Porapak, um polímero poroso composto de etil-vinil benzeno reticulado com divinil-benzeno para formar uma estrutura uniforme e provou ser eficaz para conseguir a separação dos compostos de enxofre presentes nas emissões da fabricação de celulose Kraft.
As emissões de fontes fixas e fugitivas de diversas etapas foram avaliadas e classificadas em 3 grupos conforme sua taxa de emissão, Grupo 1 com taxa de emissão de TRS acima de 1 kg/hora, Grupo 2 com taxa inferior a 1 kg/hora e superior 0.1 kg/hora, e Grupo 3 até 0.1 kg por hora, Tabela 1.
Tabela 1 – TRS medido/calculado e classificado, Grupos 1, 2 e 3.
Etapa/Fonte | Concentração (mg/Nm3) | Taxa de emissão (kg/h) | Classificação |
Seção de evaporação |
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Tanque cônico de licor | 90632 | 9.06 | Grupo 1 |
Tanque de licor 1 | 983.2 | 0.1 | Grupo 3 |
Tanque de licor 2 | 1492.8 | 0.15 | Grupo 2 |
Tanque de licor fraco 1 | 636.4 | 0.07 | Grupo 3 |
Tanque de licor fraco 2 | 1649.1 | 0.18 | Grupo 2 |
Fontes estacionárias |
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Purificador de caldeira de recuperação | <90.2 | <16.5 | Grupo 1 |
Tanque de Smelt | 150.8 | 0.75 | Grupo 2 |
Incinerador | 135.8 | 0.8 | Grupo 2 |
Purificador de incinerador | 69.1 | 0.35 | Grupo 2 |
Forno de cal | 24.5 | 0.52 | Grupo 2 |
Seção de caustificação |
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Tanque de licor verde | 128.1 | 0.02 | Grupo 3 |
Clarificador de licor verde | 27.4 | 0.01 | Grupo 3 |
Purificador de caustificação | 44.6 | 0.11 | Grupo 2 |
Tanque de licor branco 1 | 87.5 | 0.02 | Grupo 3 |
Tanque de licor branco 4 | 90.2 | <0.02 | Grupo 3 |
Tanque de licor branco fraco | 388.2 | 0.08 | Grupo 3 |
Tanque de licor oxidado 3 | <90.2 | <0.02 | Grupo 3 |
Cozimento e lavagem da polpa |
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Contentor de cavaco/lascas | 1998.2 | 7.79 | Grupo 1 |
Tanque LD 1 | 1236.4 | 0.37 | Grupo 2 |
Tanque LD 2 | <90.2 | <0.03 | Grupo 3 |
Branqueamento de polpa |
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Reator de oxigênio | <90.2 | 0.24 | Grupo 2 |
As fontes críticas foram objeto de proposição e avaliação de estratégias para redução das emissões de TRS, incluindo estimativa da ordem de grandeza de custos. Na etapa de evaporação, as emissões do tanque de retenção do licor podem ser reduzidas se o nível dentro dos tanques for mantido constante, o que pode ser efetuado de forma eficiente instalando-se instrumentação de controle adicional nesta etapa. Tal implementação tem ordem de grandeza de investimento estimada em 100.000 USD.
Outra alternativa levantada consistiu na instalação de um sistema de coleta de gás proveniente das fontes mais significativas e queima nas caldeiras existentes, esta alternativa contemplava um lavador de gás para abatimento, trocador de calor para resfriamento e sopradores para transporte dos gases para as caldeiras visando a queima destes gases. Este sistema tem investimento da ordem de 430.000 a 575.000 USD. Uma alternativa mais ampla para a redução da emissão de TRS foi levantada na terceira alternativa, consistiu em uma instalação para separar compostos de enxofre também presente em efluentes líquidos contaminados que retornam aos digestores após a limpeza. Nesta alternativa, os compostos contendo enxofre e metanol são separados em uma coluna (stripping) e depois uma coluna de destilação.
Subsequentemente, esses produtos são alimentados em uma unidade de incineração dedicada produzindo vapor que também é utilizado para a polpação. Os compostos contendo enxofre reduzido são destruídos via oxidação que ocorrem no incinerador e os gases resultantes são eficientemente lavados antes de sua emissão à atmosfera. A ordem de grandeza deste sistema é na ordem de 950.000 USD.
Fonte: J.C.M. Bordado, J.F.P. Gomes. Atmospheric emissions of Kraft pulp mills. Chemical Engineering and Processing, V 41, p 667–671, 2002.