Licor negro

Una muestra de licor negro

En química industrial , el licor negro es el subproducto del proceso kraft al digerir la madera para pulpa en pulpa de papel, eliminando lignina , hemicelulosas y otros extractos de la madera para liberar las fibras de celulosa . ^[1]

El material equivalente en el proceso de sulfito generalmente se llama licor marrón, pero también se usan los términos licor rojo, licor espeso y licor de sulfito.

Composición

Aproximadamente 7 toneladas de licor negro se producen en la fabricación de una tonelada de pulpa. ^[2]

El licor negro es una solución acuosa de residuos de lignina, hemicelulosa y los productos químicos inorgánicos utilizados en el proceso. El licor negro comprende un 15% de sólidos en peso, de los cuales dos tercios son productos químicos orgánicos y el resto son inorgánicos. ^[3] Normalmente, los compuestos orgánicos en el licor negro son 40-45% de jabones ^{[ cita requerida ]} , 35-45% de lignina y 10-15% de otros orgánicos.

La materia orgánica del licor negro está formada por componentes de degradación solubles en agua / álcali de la madera. ^[1] La lignina se degrada en fragmentos más cortos con un contenido de azufre del 1-2% y un contenido de sodio de aproximadamente el 6% de los sólidos secos. La celulosa y la hemicelulosa se degradan a jabones de ácido carboxílico alifático y fragmentos de hemicelulosa. Los extractos dan jabón de aceite de resina y trementina cruda . Los jabones contienen aproximadamente un 20% de sodio.

Los componentes residuales de lignina sirven actualmente para conversión hidrolítica o pirolítica o simplemente para quemarse. Alternativamente, la hemicelulosis puede sufrir procesos de fermentación.

Historia

Las primeras fábricas de pasta kraft descargaban licor negro en los cursos de agua. El licor negro es bastante tóxico para la vida acuática y provoca un color caramelo muy oscuro en el agua. La invención de la caldera de recuperación por GH Tomlinson a principios de la década de 1930 fue un hito en el avance del proceso kraft. ^[4]

Para el año 2000, ^{[ cita requerida ]} las mejores fábricas de kraft recuperaron el 99,5% o más del licor negro y purificaron el resto en plantas de tratamiento biológico, reduciendo el efecto ambiental de las aguas residuales por debajo del nivel de importancia científica, excepto quizás en muy pequeñas arroyos. Incluso en el siglo XXI, quedaron algunas pequeñas fábricas de kraft (que producían como máximo unas pocas toneladas de pulpa por día) que descargaban todo el licor negro. Sin embargo, estos están desapareciendo rápidamente. Algunas fábricas de papel kraft, particularmente en América del Norte, ^{[ cita requerida ]}todavía se recuperó menos del 98% del licor negro en 2007, lo que puede causar cierta contaminación ambiental, incluso cuando se trata biológicamente. La tendencia general es que tales plantas obsoletas se modernicen o cierren. ^{[ cita requerida ]}

Uso

El licor negro contiene más de la mitad del contenido energético de la madera alimentada al digestor de una fábrica de pasta kraft. ^[5] Normalmente se concentra al 65 - 80% mediante evaporadores de efectos múltiples y se quema en una caldera de recuperación para producir energía y recuperar los productos químicos de cocción. La viscosidad aumenta a medida que aumenta la concentración. Aproximadamente con un 50 - 55% de sólidos se alcanza el límite de solubilidad de la sal. ^{[6] El} aceite de resina es un subproducto importante que se separa del licor negro con desnatado antes de pasar a los evaporadores o después de la primera etapa de evaporación.

Fuente de energía para la planta de celulosa

Las plantas de celulosa han utilizado licor negro como fuente de energía desde al menos la década de 1930. ^[7] La mayoría de las fábricas de pasta kraft utilizan calderas de recuperación para recuperar y quemar gran parte del licor negro que producen, generando vapor y recuperando los productos químicos de cocción ( hidróxido de sodio y sulfuro de sodio utilizados para separar la lignina de las fibras de celulosa necesarias para la fabricación de papel). Esto ha ayudado a las fábricas de papel a reducir los problemas con las emisiones de agua, reducir el uso de productos químicos mediante la recuperación y reutilización, y volverse casi autosuficientes energéticamente al producir, en promedio, el 66 por ciento de sus propias necesidades de electricidad en el sitio.

En los Estados Unidos, las empresas papeleras han consumido casi todo el licor negro que producen desde la década de 1990. ^[7] Como resultado, la industria de productos forestales se ha convertido en uno de los principales generadores de energía renovable neutra en carbono de los Estados Unidos, produciendo aproximadamente 28,5 teravatios hora de electricidad al año.

Utilizar como materia prima para biocombustibles

Gasificación

Licor negro utilizado para la gasificación

Se han desarrollado nuevos métodos de conversión de residuos en energía para recuperar y utilizar la energía del licor negro. El uso de gasificación de licor negro tiene el potencial de lograr una mayor eficiencia energética general que la caldera de recuperación convencional, mientras genera un gas de síntesis rico en energía a partir del licor. El gas de síntesis puede quemarse en un ciclo combinado de turbina de gas para producir electricidad (generalmente llamado BLGCC para ciclo combinado de gasificación de licor negro; similar a IGCC ) o convertirse mediante procesos catalíticos en productos químicos o combustibles como metanol , dimetiléter (DME) oFT diesel (generalmente llamado BLGMF para gasificación de licor negro para combustibles de motor). Esta tecnología de gasificación está actualmente en funcionamiento en una planta piloto de 3 MW en las instalaciones de prueba de Chemrec ^[8] en Piteå , Suecia . El paso de la síntesis de DME se añadió en 2011 en el proyecto "BioDME", apoyado por la Comisión Europea 's Séptimo Programa Marco (7PM) y la Agencia Sueca de la Energía . ^[9]

Utilizada para la producción de biocombustibles, se ha demostrado que la ruta de gasificación del licor negro tiene una eficiencia de conversión y un potencial de reducción de gases de efecto invernadero muy altos . ^[10]

Licuefacción hidrotermal

La licuefacción hidrotermal es adecuada para convertir licor negro en biocombustibles avanzados debido a la capacidad del proceso para manejar altas aportaciones de humedad. ^[11]

Extracción de lignina

Cuando la capacidad de la caldera de recuperación es limitada y un cuello de botella en la planta de celulosa, la lignina en el licor negro puede ser extraordinaria y exportarse o usarse como combustible en el horno de cal de la planta , reemplazando así a menudo el combustible fósil con biocombustible.

Crédito fiscal de EE. UU. 2007-2010

Un crédito fiscal creado por el Congreso de EE. UU. En 2005 como parte del Proyecto de Ley de Carreteras de 2005 para recompensar y apoyar el uso de combustible alternativo líquido derivado de hidrocarburos en el sector del transporte se amplió en 2007 para incluir usos no móviles de combustible alternativo líquido derivado de biomasa. Este cambio significó que, además de los procesadores de pescado, los procesadores de animales y los empacadores de carne, los productores de pulpa kraft pasaron a ser elegibles para el crédito fiscal como resultado de su generación y uso de licor negro para producir energía. Para una gran empresa ( International Paper ), esto podría representar hasta $ 3.7 mil millones en beneficios. ^{[7] [12]} Weyerhaeuser anunció en mayo de 2009 que también perseguía el crédito fiscal. ^[13]Mientras que algunos ^{[ ¿quién? ]} han criticado la elegibilidad de la industria del papel para el crédito fiscal por mezcla de combustibles alternativos con el argumento de que está aumentando el uso de combustibles fósiles, la industria ha respondido que agregar un combustible fósil es en realidad un requisito de la ley y que, independientemente, esto no resulta en un aumento neto en el uso de combustibles fósiles, ya que las empresas simplemente están reemplazando el combustible fósil existente que ya mezclan con licor negro — gas natural — con uno de los tres combustibles especificados por la ley: gasolina, queroseno o diesel. El crédito de biocombustible para licor negro finalizó el 1 de enero de 2010.

Referencias

1. Stenius, Per, ed. (2000). "2". Química de productos forestales . Ciencia y Tecnología de la Fabricación de Papel. 3 . Helsinki, Finlandia: Fapet OY. págs. 62–78. ISBN 978-952-5216-03-5.
2. Biermann, Christopher J. (1993). Fundamentos de la fabricación de pasta y papel . San Diego: Academic Press, Inc. ISBN 978-0-12-097360-6.
3. Manual de fabricación de pasta y papel SE, 1996, ISBN 0-12-097362-6 
4. E. Sjöström (1993). Química de la madera: fundamentos y aplicaciones . Prensa académica .
5. El Centro de Estudios de la Industria y el Comercio del Papel (CPBIS)
6. Empie, H. Jeff (2009). Fundamentos del proceso de recuperación artesanal . Estados Unidos: Tappi Press. pag. 7. ISBN 978-1-59510-186-0.
7. Mufson, Steven (28 de marzo de 2009). "Los fabricantes de papel cavan profundamente en la factura de la carretera para golpear el oro" . The Washington Post . Consultado el 3 de junio de 2009 .
8. Chemrec Archivado el 11 de agosto de 2010 en elsitio web de Wayback Machine.
9. Sitio web del proyecto BioDME
10. Análisis Well-to-Wheels de futuros combustibles y sistemas de propulsión automotrices en el contexto europeo Archivado 2011-03-04 en Wayback Machine EUCAR / Concawe / JRC Well-to-Wheels Report Version 2c, marzo de 2007
11. Kosinkova, Jana; Ramírez, Jerónimo; Nguyen, Jenny; Ristovski, Zoran; Brown, Richard; Lin, Carol; Rainey, Thomas (10 de septiembre de 2015). "Licuefacción hidrotermal de bagazo utilizando etanol y licor negro como solventes" (PDF) . Biocombustibles, Bioproductos y Biorrefino . 9 (6): 630–638. doi : 10.1002 / bbb.1578 .
12. "International Paper proporciona actualización sobre créditos de combustible alternativo" . Papel internacional . 24 de marzo de 2009. Archivado desde el original el 14 de julio de 2012 . Consultado el 3 de junio de 2009 .
13. "Weyerhaeuser dice aplicado para ser calificado como mezclador de combustible alternativo" . CNBC . 5 de mayo de 2009 . Consultado el 3 de junio de 2009 .^{[ enlace muerto ]}