Brevet FR2388590A1 — publié le 19781124

La présente invention concerne un procédé d'épuration de l'oxyde de carbone, formé au cours de la délignification des pâtes a papier par l'oxygène en milieu alcalin. La délignification des pâtes a papier par l'oxygène en milieu alcalin donne lieu x la formation d'oxyde de carbone qui, lors de procédé continu, 5 s'accumule dans les gaz du réac- teur où s'effectue cette délignification. La présence d'oxyde de carbone, dans l'atmosphère gazeuse du réacteur de délignification des pâtes x papier par L'oxygène en milieu alcalin, constitue un double inconvénient L'accumulation de Ltoxyde de carbone entraîne un risque d'inflammabilité ou d'explosion des mélanges d'oxygène et d'oxyde de carbone. Dans le cas de mélanges d'oxyde de carbone et d'oxygène pur, la limite inférieure d'inflammabilité est voisine de 15 % d'oxyde de carbone. Il est donc indispensable de limiter la teneur en oxyde de carbone de l'atmosphère du réacteur de délignification en dessous de cette valeur. Par mesure de sécurité, il est recommandé de ne pas dépasser une teneur en oxyde de carbone de 6 %. Naturellement, cette teneur limite å ne pas dépasser doit etre inférieure dans le cas où d'autres composés inflammables sont présents dans L'atmosphère du réacteur - par exemple : hydrocarbures provenant de la décomposition de produits antimousses ou de graisses ou de composés soufrés résiduaires de condensats d'évaporation ou de liqueur noire résiduaire de cuisson etc... Dans les installations commerciales en fonctionnement, la teneur en oxyde de carbone varie entre 1 et 4,5 70 D'autre part, L'oxyde de carbone est un gaz particulièrement toxique. La teneur en oxyde de carbone admissible dans une atmosphère respirée 8 heures par jour est de l'ordre de 50 ppm. Pour limiter la teneur en oxyde de carbone dans l'atmosphère du réacteur de délignification, la solution actuelle consiste a purger le réacteur lorsque la concentration en oxyde de carbone atteint une valeur déterminée. Cette purge consiste a maintenirun certain débit de fuite du gaz du réacteur ; le réacteur de délignification est muni d'un système de contrôle automatique de pression asservi a L'arrivée d'oxygène de sorte que, pour maintenir La pression å sa valeur affichée, de l'oxygène pur est introduit par la vanne de contrôle automatique de pres sion pour compenser le débit de fuite. L'atmosphère du réacteur de délignification s'enrichit alors en oxygène et la teneur en oxyde de carbone n'augmente plus et même diminue selon Le débit de purge.Cette purge ne peut se faire qu'a l'extérieur, étant donné la toxicité élevée de l'oxyde de carbone, et elle présente l'inconvénient d'entrainer une perte importante d'oxygène, puisque L'oxygène est le principal composant du gaz de purge (teneur généralement supérieure a 70 %). On sait que les gaz de purge contenant de l'oxyde de carbone, formé au cours de la délignification des pâtes papier par l'oxygène en milieu alcalin, sont épurés par oxydation cata Lytique de l'oxyde de carbone en anhydride carbonique, lui-même transbrmé en carbonate par l'alcanité du milieu de délignification, qui s'élimine avec ce milieu. Cette oxydation de L'oxyde de carbone en anhydride carbonique s'effectue par l'oxygène contenu dans les gaz de purge sur un catalyseur b base de platine déposé sur support inerte. Tous les supports inertes couramment utilisés en catalyse oxy dante conviennent, a titre d'exemple, l'alumine est particulière. ment bien adaptée, Avantageusement, le catalyseur peut contenir de l'or- dre de 0,2 å 0,4 X de platine, de préférence environ 0,3 Z en poids, et l'oxydation est conduite sous une pression sensiblement équivalente k la pression de délignification et a une température de l'ordre de 250 b 4000 C. La température d'amorce de la réaction catalytique dépend de la teneur en oxyde de carbone du gaz å épurer. La réaction d'oxydation est exothermique, de sorte que la température de 250 a 4000 C peut être auto-entretenue, selon la teneur en oxyde de carbone du gaz å épurer, par la réaction d'oxydation elle-même.Dans ce cas, on peut ne prévoir qu'un chauffage d'appoint pour amorcer la réaction lors du démarrage de l'épuration, a la même température que celle du réacteur de délignification désignée comme température désirée. L'épuration donne de très bons résultats quand elle est conduite a une vitesse spatiale comprise entre 5 000 et -l 000 #1 -l 20 000 h de préférence de l'ordre de 10 000 h 1. La vitesse spatiale désignée par h lexprime le rapport entre le débit de gaz a épurer dans l'épurateur et le volume de catalyseur en m3/h/m3. Les gaz de purge, après épuration, peuvent être re cyclés, c'est-z-dire réintroduits, en totalité ou en partie selon le cas, dans le réacteur de délignification, ce qui permet de récupérer l'oxygène en vue de la délignification de pâtes a papier et d'éviter les pertes importantes en ce gaz. L'oxydation catalytique de l'oxyde de carbone en anhydride carbonique peut être effectuée sans inconvénient sur un gaz de purge éventuellement chargé en humidité a l'état va 'Pour, mais exempt d'eau de condensation sous forme de vésicules. Selon le mode de mise en oeuvre de l'invention,préalablement å la réaction catalytique d'oxydation, les gaz de purge sont refroidis de manière x condenser au moins une partie de la sapeur d'eau, puis l'eau condensée est séparée pour éviter son entraînement au cours de la réaction catalytique. Les gaz a épurer sont ensuite dilués par des gaz de purge épurés ; la dilution est fonction de la teneur initiale en oxyde de carbone des gaz a épurer et de ce fait les proportions gaz de purge et gaz épurés sont dépendantes de cette teneur. Les gaz dilués sont préchauffés jusqu'a la température d'amorce de la réaction. Cette température de démarrage de l'épuration catalytique est fonction de la teneur en oxyde de carbone des gaz dilués.Les gaz de purge dilués portés å la température d'initiation de l'oxydation catalytique sont soumis a cette oxydation dans les conditions précédemment décrites de température et vitesse spatiale en présence d'un catalyseur å base de platine. Après épuration, les gaz épurés chauds sont soutirés et séparés en deux courants. Une fraction du deuxième courant chaud est refroidie. Puis on procède au mélange du premier courant chaud des gaz épurés avec une première partie de la fraction refroidie : les proportions du mélange sont déterminées par la température désirée qui est celle du stade de délignification des pâtes a papier. Ce mélange de gaz épurés est recyclé å la délignification. Enfin, la fraction chaude du second courant est mélangée a la deuxième partie de la fraction refroidie de ce même courant et réunie aux gaz a épurer en vue de leur dilution, dans des proportions fonctions de la teneur initiale en oxyde de carbone. Ce mode de mise en oeuvre n'est nullement limitatif, les gaz n'étant pas obligatoirement soumis a un refroidissement en vue de condenser L'humidité et a une dilution préalable. Selon une variante les gaz de purge peuvent être dilués uniquement par la fraction chaude du second courant chaud des gaz épurés. Le procédé peut être mis en oeuvre dans une installation du type suivant. Les gaz de purge après passage dans la vanne (0) sont introduits par la canaLisation (1) dans le réfrigérant (2). Les gaz refroidis sont conduits par la canalisation (3) dans le condenseur (4) ou s'effectue la purge d'eau par con donation, l'eau condensée est évacuée par la vanne (5). Les gaz refroidis ressortent du condenseur par la canalisation (6), où en (26) ils reçoivent des gaz épurés, après dilution il pénètre dans le rechauffeus (7) maintenu en température par le dispositif (8). Les gaz dilués et préchauffés circulent dans la canalisation (9) et pénètrent dans le réacteur catalytique (10) où est réalisée l'épuration catalytique.Les gaz épurés sont soutirés du réacteur catalytique, en (11) ils sont séparés par des moyens non représentés en deux courants chauds (12) et (13). Le courant chaud (13) dit second courant est séparé on deux fractions (15 et 16). La fraction (16) est refroidie dans le refri- gérant (17), å circulation d'eau comme le réfrigérant (2!. Cette fraction refroidie est séparée en deux parties. La première partie après passage dans la vanne (18) est mélangée par l'intermédiaire de moyens de mélange non représentés en (19) avec le premier courant chaud (12) qui circule a travers la vanne (14). Ce mélange de gaz épuré a la température de délignification est envoyé dans le supresseur (20) où il est comprimé & la pression de déligni;i. cation -ceci pour éviter les pertes de charge- et recyclé dans le réacteur de délignification non représenté. La seconde partie de la fraction refroidie du second courant par la canalisation (21) arrive au circulateur de dilution (22), et en -(23) par l'intermédiaire de moyens de mélange non représentés, est réunie dans des proportions convenables a la fraction chaude du second courant (15) après son passage dans la vanne (24). Les gaz de dilution circulent dans la canalisation (25), sont introduits en (26) dans les moyens de mélange - dilution non représentés et réunis aux gaz de purge refroidis provenant de la canalisation (6). il est donné ci-après a titre illustratif un exemple d'épuration selon llinvention. Exemple Un courant de gaz de purge d'un réacteur de délignification alcaline par l'oxygène des pâtes a papier, contenant 6 ~JO d'oxyde de carbone et 8 % d'anhydride carbonique, saturé en humidité, sous une pression de LO bars, avec un débit de 100 Nm /h, a une température de 1200 C est introduit dans un réfrigérant. Le gaz de purge refroidi est dilué par des gaz épurés jusqu'a une teneur de 3 % en oxyde de carbone. Le courant, gaz de purge dilué est réchauffé jusqu'a environ 1000 C, puis soumis a l'oxydation catalytique en présence de platine sur alumine, la teneur du catalyseur étant-de 0,3 % en poids, avec une vitesse spatiale de lq 000 h 1. A la sortie de l'épurateur, la température du gaz épuré est de 3000 C. Une partie du courant chaud est refroidie a 400 C. Le gaz destiné au recyclage vers la délignification contient de l'oxygène, 14 % d'anhydride carbonique et une teneur inférieure a 10 p.p.m. en oxyde de carbone, il est a la température de 1200 C, sous une pression de 9 bars. Après passage dans le surpresseur, le gaz recyclé, pratiquement exempt d'oxyde de carbone, est a la pression et a la température de délignification des pâtes a papier. REVENDICATIONS 1. Procédé d'épuration des gaz de purge contenant de l'oxyde de carbone, formé au cours de la délignification des pâtes z papier par l'oxygène en milieu alcalin, par oxydation catalytique de L'oxyde de carbone en anhydride carbonique, sur catalyseur contenant de 0,2 a 0,4 Z on poids de platine, l'agent oxydant étant l'oxygène présent dans les gaz de purge, l'oxydation étant conduits sous une pression sensiblement équivalente a la pression de délignification, b une vitesse spatiale comprise entre 5.000 et 20.000 h 1 et a une température de l'ordre de 250 z 4000 C, caractérisé en ce que a) préalablement les gaz de purge sont refroidis de manière A condenser au moins une partie de la vapeur d'eau, l'eau condensée étant séparée b) dilués par les gaz épurés dans des proportions dépendant de la teneur initiale en oxyde de carbone ; c) préchauffés jusqu'à la température d'amorce de la réaction, elle-même fonction de la teneur en oxyde de carbone ; soumis a L'oxydation catalytique d) les gaz épurés sont soutirés et séparés en deux courants, une fraction de l'un des courants, dit second courant, étant refroidie e) le premier courant chaud est mélangé å une première partie de la fraction refroidis, dans des proportions données pour obtenir la température désirée, et recyclé au stade de dé lignification f) la fraction chaude du second courant est mélangée b la deuxième partie de la fraction refroidie de ce même courant et réunie aux gaz a épurer en vue de leur dilution. 2. Installation pour mise en oeuvre du procédé selon La revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un réfrigérant dans lequel sont introduits les gaz de purge provenant de la délignification, un séparateur dans lequel s'effectue la séparation de la vapeur condensée, un réchauffeur dans lequel les gaz de dilution sont réchauffés jusqu"a la température de l'oxy- dation de l'oxyde de carbone en anhydride carbonique, des moyens de séparation des gaz épurés en deux courants, dont un est refroidi dans un réfrigérant, des moyens de mélange des courants chaud et refroidi, des moyens de recyclage des gaz épurés d'une part z l'épuration et d'aute part b la délignification et un surpresseur pour recycler b la pression de soutirage.