Produção de polpa para dissolução de eucalipto e bagaço de cana-de-açúcar pelos processos organossolve e pré-hidrólise Kraft

Abstract

O eucalipto e o bagaço de cana-de-açúcar são matérias-primas lignocelulósicas disponíveis em abundância no território brasileiro. O eucalipto é amplamente usado para produção de polpa celulósica para papéis, enquanto o bagaço de cana-de-açúcar é largamente utilizado pela própria indústria sucro-alcooleira como combustível para geração de energia e calor. Outra possibilidade de utilizar estas matérias-primas é na produção de polpa para dissolução ou polpa solúvel; essas polpas têm aplicação na indústria de derivados da celulose, como viscose, acetatos, nitratos e lyocell. As polpas para dissolução são tradicionalmente produzidas pelos processos de polpação sulfito e pré-hidrólise Kraft (PHK). O processo sulfito produz polpa de baixa resistência, tem um sistema de recuperação química ineficiente e é sensível a algumas espécies de madeira, devido às substâncias interferentes provenientes de extrativos. O processo pré-hidrólise Kraft apresenta menos problemas que o sulfito, porém tem a desvantagem de produzir baixos rendimentos e ser um processo que resulta em mau odor em razão de usar compostos de enxofre. Um processo alternativo aos processos sulfito e pré-hidrólise Kraft é o processo organossolve, que é livre de enxofre e tem um sistema de recuperação química mais simples que os dois processos tradicionais. Dessa forma, essa tese foi desenvolvida em 3 capítulos com o intuito de abordar o tema de polpação organossolve para produção de polpa solúvel da madeira de eucalipto e do bagaço de cana-de-açúcar. O capítulo 1 compara a polpação organossolve com a polpação pré- hidrólise Kraft para madeira de eucalipto. As polpas produzidas pelo processo organossolve apresentaram, em geral, baixas viscosidades para aplicações na produção de viscose e acetato em relação ao processo PHK; a única excessão foi o processo organossolve utilizando 0.5% de H 2 SO 4 como aditivo. O capítulo 2 avalia o uso do pré- tratamento de explosão a vapor (SE) na remoção de hemiceluloses para aprimorar a produção de polpa para dissolução de eucalipto. A adição de ácido sulfúrico como catalisador na etapa de pré-tratamento dissolveu mais xilanas que o pré-tratamento auto- catalisado (sem adição de H 2 SO 4 ). O pré-tratamento SE reduziu o teor de lignina das polpas organossolve não branqueadas e reduziu o comprimento das fibras de celulose. No capítulo 3, se avaliou o bagaço de cana-de-açúcar como matéria-prima para a produção de polpa solúvel pelos processos organossolve e PHK. As polpas solúveis organossolve apresentaram características que atendem requisitos de polpas grau acetato, grau viscose e polpas para produção de fibras lyocell, embora ligeiramente inferiores às polpas produzidas pelo processo PHK.

Eucalyptus and sugarcane bagasse are lignocellulosic raw materials available in abundance in Brazil. Eucalyptus is widely used for the production of cellulosic pulp for paper, while the sugarcane bagasse is largely used by itself sugar and alcohol industry as fuel for power and heat generation. Another possibility of using these raw materials is in the production of dissolving pulp or soluble pulp; these pulps have application in the cellulose derivatives industry, such as viscose, acetates, nitrates and lyocell. The dissolving pulps have traditionally been produced by the sulfite and prehydrolysis Kraft (PHK) pulping processes. Sulfite process produces low strength pulps, has an inefficient chemical recovery system and is sensitive to some wood species due to interfering substances from extractives. The prehydrolysis Kraft process presents fewer problems than the sulfite process, however it has the disadvantage of producing low yields and be a process that results in bad smell due to use sulfur compounds. An alternative process to the sulfite and prehydrolysis Kraft processes is the organosolv process, which is sulfur free and has a chemical recovery system simpler than the two traditional processes. Thus, this thesis was developed in three chapters in order to approach the organosolv pulping subject for dissolving pulp production of eucalyptus wood and sugarcane bagasse. Chapter 1 compares the organosolv pulping with prehydrolysis Kraft (PHK) pulping of eucalyptus wood. Pulps produced by organosolv process showed, in general, low viscosities for applications in the production of viscose and acetate in relation to PHK process; the only exception was the organosolv process using 0.5% H 2 SO 4 as an additive. Chapter 2 evaluates the use of steam explosion (SE) pretreatment for the removal of hemicellulose to enhance the production of eucalyptus dissolving pulp. The addition of sulfuric acid as catalyst in the pretreatment step dissolved more xylan than the auto-catalyzed pretreatment (no H 2 SO 4 addition). Steam explosion pretreatment reduced the lignin content of the unbleached organosolv pulps and reduced the cellulose fiber length. In chapter 3, we assessed the sugarcane bagasse as feedstock for the production of soluble pulp by organosolv and PHK processes. The soluble organosolv pulps showed characteristics that meet requirements of acetate grade, viscose grade and pulps for lyocell fibers production, although slightly lower than the pulps produced by PHK process.