Quatro são os principais processos usados na polpação química: Kraft, Sulfito, Sulfito semiquímico neutro (NSSC) e Soda. Os três primeiros apresentam o maior potencial para causar poluição atmosférica. Somente o processo Kraft é responsável por mais de 80% da pasta química produzida nos Estados Unidos.
O PROCESSO KRAFT
O processo de polpação kraft envolve a digestão de cavacos de madeira em temperatura e pressão elevadas em "licor branco", que é uma solução aquosa de sulfeto de sódio e hidróxido de sódio. O licor branco dissolve quimicamente a lignina que une as fibras de celulose.
Existem 2 tipos de sistemas digestores, descontínuos e contínuos. A maior parte da polpação kraft é feita em digestores descontínuos, embora as instalações mais recentes sejam de digestores contínuos.
Em um digestor descontínuo, quando o cozimento é concluído, o conteúdo do digestor é transferido para um tanque atmosférico geralmente denominado Blow tank. Todo o conteúdo do Blow tank é enviado para lavadores de polpa, onde o licor de cozimento gasto é separado da polpa. A polpa passa então por vários estágios de lavagem e eventualmente branqueamento, após os quais é prensada e seca no produto acabado.
O processo Kraft é projetado para recuperar os produtos químicos e o calor do cozimento. O licor de cozimento e a água de lavagem da polpa são combinados para formar um licor negro fraco que é concentrado em um sistema com evaporador de efeito múltiplo até cerca de 55% de sólidos. O licor negro é então mais concentrado até 65% de sólidos em um evaporador de contato direto, colocando o licor em contato com os gases de combustão da caldeira de recuperação, ou em alguns casos, em um evaporador de contato indireto. O licor negro concentrado é então queimado num forno de recuperação. A combustão dos orgânicos dissolvidos no licor negro fornece calor para gerar vapor de processo e para converter sulfato de sódio em sulfeto de sódio. Os produtos químicos inorgânicos presentes no licor negro são coletados como um fundido no fundo do forno.
O fundido é dissolvido em água para formar o licor verde, que é transferido para um tanque de caustificação onde é adicionada cal virgem (óxido de cálcio) para converter a solução novamente em licor branco para retornar ao sistema digestor. Uma lama de cal precipita do tanque de caustificação, subsequentemente é calcinada num forno de cal para regenerar a cal virgem.
Para aquecimento de processos, acionamento de equipamentos, fornecimento de energia elétrica, etc., muitas industrias precisam de mais vapor do que pode ser fornecido apenas pelo forno de recuperação. Assim, são comumente utilizadas caldeiras industriais convencionais que queimam carvão, petróleo, gás natural ou casca e madeira.
EMISSÕES DO PROCESSO KRAFT
As emissões de partículas do processo Kraft ocorrem em grande parte no forno de recuperação, no forno de cal e no tanque de dissolução do fundido.
O abatimento de partículas em caldeiras de recuperação pode ocorrer de formas diversas. Em instalações com lavador ciclônico ou evaporador em cascata, como o evaporador de contato direto, sistema de abatimento adicional se faz necessário, já que esses dispositivos geralmente têm apenas 20% a 50% de eficiência. Na maioria das vezes, nestes casos, um precipitador eletrostático (ESP) é empregado após o evaporador de contato direto visando uma eficiência global de abatimento de partículas de 85% a 99%, ou superior. Lavadores suplementares podem ser instalados em processos existentes após o precipitador para complementar o abatimento de partículas no caso de sistemas antigos e menos eficientes e que não tenham desempenho suficiente. Em sistemas com lavador ciclônico ou evaporador em cascata/evaporador de contato direto são relatadas emissões de 90 kg de partículas por tonelada de pasta seca, para operações com lavador venturi/evaporador de contato direto emissões de 24 kg de partículas por tonelada de pasta seca, e de 1 kg de partículas por tonelada de pasta seca no caso de abatimento com precipitador (ESP).
O abatimento de partículas em fornos de cal é geralmente realizado com suficiência com lavadores, mas precipitadores eletrostáticos (ESP) têm sido usados em algumas fábricas. Fator de emissão apresentado para ambos os casos de 0.25 kg de partículas por tonelada de pasta seca não breanqueda. Os tanques de dissolução do fundido geralmente são controlados por mesh pads, mas lavadores podem ser instalados para eficiência adicional. Para o primeiro é relatado emissão de 0.5 kg por tonelada de pasta seca não branqueada, e de 0.1 kg por tonelada de pasta seca não branqueada para o último.
O odor característico do processo Kraft é causado pela emissão de compostos com enxofre reduzido, sendo os mais comuns: sulfeto de hidrogênio, metil mercaptano, sulfeto de dimetila e dissulfeto de dimetila. A principal fonte de emissão sulfeto de hidrogênio é o evaporador de contato direto, no qual o sulfeto de sódio do licor negro reage com o dióxido de carbono na exaustão do forno. A instalação de evaporadores de contato indireto pode reduzir significativamente a emissão de sulfeto de hidrogênio. No caso de evaporadores de contato direto é reportado emissão de 6 kg de H2S por tonelada de pasta seca não branqueada, e no caso de evaporadores de contato indireto, 0.05 kg de H2S por tonelada de pasta seca não branqueda. O forno de cal também pode ser uma fonte potencial de odor, pois ocorre uma reação semelhante com o sulfeto de sódio residual na lama de cal, sendo relatadas emissões de 0.25 kg de H2S por tonelada de pasta seca não branqueda. Quantidades menores de sulfeto de hidrogênio são emitidas com os gases não condensáveis dos digestores e evaporadores de efeito múltiplo.
Metil mercaptano e sulfeto de dimetila são formados em reações com a lignina da madeira. O dissulfeto de dimetila é formado através da oxidação de grupos mercaptana derivados da lignina. Esses compostos são emitidos de vários pontos, mas as principais fontes são os sistemas digestor/Blow tank e o evaporador de contato direto. Neste último são relatadas emissões destes compostos na ordem de 1.5 kg por tonelada de pasta seca não branqueada, e no primeiro, na ordem de 0.6 kg por tonelada de pasta seca não branqueada.
Novas plantas industriais incorporaram sistemas de recuperação que eliminam os evaporadores convencionais de contato direto. Duas alternativas são encontradas, em uma delas o ar de combustão aquecido é utilizado, em vez do gás de combustão, fornecendo evaporação por contato direto. Em outra, o sistema de evaporador de efeito múltiplo é ampliado para substituir completamente o evaporador de contato direto. Em ambos os sistemas, as emissões de enxofre da caldeira de recuperação/evaporador de contato direto podem ser reduzidas em mais de 99%.
O dióxido de enxofre é emitido principalmente pela oxidação de compostos de enxofre reduzido na caldeira de recuperação. Operadores relatam que o evaporador de contato direto absorve cerca de 75% dessas emissões, e lavadores podem fornecer abatimento adicional. Emissões de 3.5 kg de SO2 por tonelada de pasta seca não branqueada são relatadas na operação da caldeira de recuperação.
As fontes potenciais de emissões de monóxido de carbono provenientes do processo Kraft incluem o forno de recuperação e os fornos de cal. A principal causa das emissões de monóxido de carbono é a operação do forno quando bem acima da capacidade nominal, impossibilitando condições oxidantes. Alguns óxidos de nitrogênio também são emitidos pelos fornos de recuperação e de cal, embora as quantidades sejam relativamente pequenas.
Outra importante fonte de emissões do processo Kraft é a caldeira para geração de vapor auxiliar e energia, que pode queimar carvão, óleo, gás natural ou resíduos de casca/madeira.
Fonte: US EPA – AP 42: Fatores de emissão