Brevet FR2453934A1 — publié le 19801107

PROCèDE DE RECUPERATION DE CHALEUR SECONDAIRE AU COURS DE LA DIGESTION:DE LA CELLULOSE PAR CHARGES La présente invention a pour objet un procédé de récupération de chaleur secondaire au cours de la digestion de la cellulose par charges dans des appareils de digestion, du type dans lequel on amène la liqueur d'extraction à un bac d'équilibrage sous pression au cours du stade final du cycle de digestion. L'industrie de la pulpe et de la pâte à papier connait depuis longtemps des procédés de récupération de chaleur secondaire. Ces procedés récupèrent la chaleur de la vapeur d'expansion provenant du bac de soufflage ou d'écoulementsde matériaux provenant directement de l'appareil de digestion Ces procédés ont l'inconvénient que les écoulements vers le système récupérateur de chaleur sont discontinus. Il est. donc difficile de commander le procédé. On peut également observer que la chaleur secondaire est récupêrée sous forme d'eau chaude, qui dépasse normalement les besoins de l'installation pour mettre en oeuvre le processus. Etant donné que les écoulements de matériaux et de chaleur sont discontinus dans les procédés ci-dessus, il faut un bac d'accumulation des gaz fétides libéras dans le système de façon à pouvoir mettre en oeuvre le traitement ultérieur. On peut éliminer la discontinuité de libération des gaz fétides dans de tels cas, lorsque les gaz ne sont pas libérés lors de l'alimentation du système en air. Le brevet finlandais nO 18 429 décrit un procédé de digestion de cellulose dans lequel, après la fin 'de. la digestion, on amène la liqueur d'extraction dans un-bac séparé, à une pression et à une température qui sont sensiblement les mêmes que celles qui existent dans l'appareil de digestion. La vapeur contenue dans la pulpe qui reste dans l'appareil de digestion est transférée à un ou plusieurs accumulateurs de vapeur. Etant donné que-ce document ne décrit pas comment on peut utiliser le contenu thermique de la liqueur d'extraction suivant le procédé suggéré, il n'y a pas eu d'application pratique. L'industrie de la pulpe et de la pate à papier attache une importance croissante aux économies d'énergie et de nombreux efforts ont été exercés pour économiser la chaleur, notamment dans l'industrie de la pâte pour la fabrication de kraft. La présente invention vise à fournir un procédé du type ci-dessus mentionné qui assure une économie de chaleur satisfaisante et qui permet de souffler la pulpe à température relativement basse, avantageusement entre 90 et 1050C (soufflage dit "froid") ; l'invention vise également à permettre de prélaver la pulpe dans l'appareil de digestion. Suivant l'invention, on amène la liqueur d'extraction,ou la vapeur d'eau dégagée par la liqueur i'extraction en écoulement contrôlé, du bac d^quilibrage vers une utilisation au cours du processus de digestion, ou de processus auxiliaires ou vers des récupérateurs de chaleur en vue d'une utilisation externe de la chaleur. La liqueur d'extraction chaude, souvent désignée par le terme technique "cooking liquor", est amenée du bac d'équilibrage à un cyclone éclair ou plusieurs. Ces cyclones sont sous une pression plus basse que le bac d'équilibrage. La vapeur générée dans les cyclones peut être utilisée pour partie dans l'appareil de digestion au début du cycle de digestion suivant et dans des'processus auxiliaires distincts. Ainsi, on réalise une économie de vapeur vive, par comparai- son avec un système classique. Le reste de la vapeur détendue pe"t être amené à des condenseurs à surface, c'est-àdire à un ensemble régulateur de chaleur, dans lequel on produit de l'eau chaude. Les gaz fétides et les gaz contenant du méthanol libérés en meme temps que la vapeur détendue peuvent etre amenés à un système de purification de gaz fétides par un processus de condensation fractionne bien connu grace a la commande de debit. Après rejet de la liqueur d'extraction, on récupère la chaleur secondaire de la liqueur qui reste avec les copeaux ou fragments,par un processus de dégazage en luimême connu. On abaisse la pression dans l'appareil de digestion jusqu'à une valeur quelque peu supérieure à la pression atmosphérique. On amène le débit de vapeur généré à un ensemble récupérateur de chaleur, en même temps qu'un débit de vapeur, ou à la place du débit de vapeur, provenant d'un cyclone éclair dans lequel on amène la liqueur provenant du bac d'equilibrage. Ce dernier débit de vapeur est commandé de façon à maintenir -sensiblement constant le débit Cum- mulé de vapeur. La liqueur libre dans appareil de digestion est aspirée à travers un filtre dans le fond de l'appareil de digestion. On remplit alors appareil de digestion de filtrat provenant du laveur de pulpe, puis on le vide par soufflage à l'aide de vapeur qui se détend à partir du bac d'équilibrage. On réalise ainsi un prélavage de la pulpe. On amène avantageusement le filtrat, c'est-à-dire le liquide de lavage, à l'appareil de digestion à température relativement basse, avantageusement à une température telle que la température du mélange --de liquide de lavage et de pulpe snit de 1050C ou moines On peut avantageusement souffler le contenu de l'appareil de digestion à une température de 90 à 1050C, c1-est-à-dire effectuer un soufflage froid. Il est avantageux amener le liquide de lavage à l'appareils de digestionà travers un filtre pré w au fond de l'appareil de digestion,de façon à répartir le liquide de lavage régulièrement au-fond de l'appareil de digestion. I1 peut également être souhaitable d'amener un débit commandé de liquide de lavage à travers un filtre au fond de l'appareil de digestion au cours du soufflage. Le filtre peut être placé dans le clone de fond de l'apparei-l de digestion. On réduit ainsi les frottements dans l'écou- lement à travers cette partie de l'appareil de digestion et on facilite l'écoulement hors de l'appareil de digestion. Dans de tels cas, lorsque des incidents se produisent dans une usine de pulpe, par exemple sur un appareil de digestion et se traduisent par une réduction temporaire de la consommation de vapeur, l'invention offre la possibilité d'amener de la vapeur à haute pression d'origine externe, par exemple de la chaudière, au bac d'équilibrage de façon à épargner cette vapeur au lieu de la décharger à l'atmos phère. On énumérera maintenant certains des avantages du procédé suivant l'invention, concernant la consommation de vapeur de l'installation, le processus, la qualité de la pulpe, l'efficacité de lavage et la protection de l'environnement. Avantaqes portant sur la consommation de vapeur de l'installation : en principe, la chaleur latente du contenu de l'appareil de digestion est disponible en totalité sous forme d'un débit de vapeur secondaire commandé. Par comparaison avec un système de récupération de chaleur classique, on obtient donc une plus grande liberté hors le choix de l'utilisation de la chaleur secondaire. De plus, la chaleur secondaire est récupérée à un niveau d'enthalpie plus élevé que par le passé. On peut réduire les variations du débit de vapeur d'eau primaire amené à l'installation de digestion. Avantaqes portant sur le processus : on peut dire que l'on combine les caractéristiques favorables des procédés continus et des procédés discontinus(par charges)de digestion. On peut amener le débit de chaleur secondaire provenant de l'installation de digestion, de façon plus sûre, à différents processus auxiliaires puisque les écoulements ne sont pas influencés par des pèrturbations du processus principal. Amélioration de la qualité de la pulpe : le procédé permet d'effectuer le soufflage de l'appareil de digestion à une température basse (90 à 105"C). Un tel "soufflage froid" réduit le risque de rupture de la paroi des fin bres du fait de l'expansion violente du liquide retenu par la fibre, par comparaison au soufflage classique. On améliore ainsi la résistance de la pulpe. On réduit les variations du nombre Kappa, car il est plus économique que précédemment d'utiliser un rapport élevé eau/bois au cours de la digestion. Si des incidents se produisent sur la ligne de fabrication au cours des phases ultérieures (lavage, blanchiment) le procédé suivant l'invention donne la possibilité de laisser en attente une charge d'appareil de digestion complète, dans l'appareil, sans réduction du nombre Kappa. Par échappement de gaz contenu dans l'appareil de digestion à une pression qui n'est pas trop éloignée de la pression atmosphérique et alimentation de filtrat à partir du laveur, on réduit la température de la pulpe ce qui se traduit par une diminution de la vitesse de réaction au cours du processus de digestion au-dessous du niveau pour lequel le nombre Kappa est influencé. Amélioration de l'efficacité de lavage la liqueur d'extraction libre à concentration élevée de réactifs chimiques et de composants extraits du bois est enlevée de llap- pareil de digestion, puis remplacée par un liquide de lavage où ces substances sont à concentration faible . On mélange le liquide de lavage et la pulpe pour partie dans l'appareil de digestion et pour partie dans la conduite de soufflage et le bac de soufflage. Dans ce dernier, il y a également diffusion de produits chimiques provenant de la liqueur d'extraction concentrée, absorbée dans la fibre, vers le liquide de lavage plus diluée. On obtient ainsi une dilution, 'donc un lavage. On peut augmenter la température de l'eau de lavage dans le laveur à filtre sans grand risque d'extraction dans la branche d'aspiration. La température du liquide de lavage vers le filtre est plus faible qu'auparavant. Amélioration à la protection de l'environnement on peut amener les gaz fétides ou nauséabonds provenant de la station de digestion à une station de traitement sous forme de débit constant et commandé. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un procédé et d'une installation qui en constituent un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un diagramme montrant la variation de la température en fonction du temps au cours de la digestion par charges de pulpe pour papier kraft, avec récupération de chaleur classique - la figure 2 est un diagramme correspondant, lors de la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'invention - la figure 3 montre schématiquement une installation de mise en oeuvre d'un procédé suivant l'invention. Sur la figure 1, qui montre le procédé classique, les segments successifs désignent les étapes suivantes 1. A - B : remplissage en copeaux et fragments 2. B - C : soufflage à la vapeur 3. C - D : remplissage en liquide d'extraction 4. D - E : chauffage à la vapeur basse pression 5. E - F : chauffage à la vapeur haute pression 6. F - G : digestion 7. G - H : soufflage de tete ; 8. H - I : soufflage de fond. L'intervalle A - A est de 300 minutes, y compris 40 minutes de durée entre deux cycles. La figure 2 montre un diagramme correspondant au nouveau procédé, susceptible d'être mis en oeuvre dans l'installation montrée en figure 3. Cette installation comporte plusieurs appareils de digestion, dont le nombre va typiquement de 8 à 12. Un seul appareil de digestion 1 est repré senté. Lapport de chaleur est effectué par circulation dans un circuit qui comporte un échangeur de chaleur 2 et une pompe de circulation 3. On injecte la vapeur externe à l'échangeur de chaleur 2 par la conduite 4. La liqueur d'extraction en circulation est ramenée à l'appareil de digestion 1 par une conduite 5 munie d'une vanne 6. La conduite 5 est reliée, par une conduite 7 munie d'une vanne 8, à un bac d'équilibrage 9 relié par une conduite 10 munie d'une vanne 11 à l'appareil de digestion 1. Une conduite 12 munie d'une vanne 13 va de l'appareil de digestion 1 à un bac de soufflage non représenté. La conduite 10 est reliée à une conduite 14 d'alimentation en liqueur d'extraction fraiche. Cette conduite est munie d'une vanne 15. Une conduite 16 munie d'une vanne 17 relie la conduite de circulation, côté échangeur de chaleur 2, à un filtre prévu au fond de l'appareil de digestion. Le fond du bac d'équilibrage 9 est muni d'une ligne 18 qui est reliée d'une part à un premier cyclone éclair 20 par une conduite 19 et d'autre part, à un second cyclone éclair 22 par une conduite 21. Le fond du cyclone éclair 20 est relié au cyclone éclair 22 par une conduite 23. La sortie de vapeur du cyclone 20 est reliée par une coruitn- 24 à une manche de vapeur 25 provenant de l'extrémité haute de l'appareil de gestion 1. Les conduites 24 et 25 sont également reliées aux autres appareils de digestion (non représen tés). La sortie de vapeur du cyclone 22 est reliée par une conduite 27 a une conduite 28 provenant de la partie haute de l'appareil de digestion 1 et punie d'une vanne 29. 'La conduite 28 est reliée à un ensemble de récupération de chaleur 30, d'ou les gaz fétides ou malodorants s'échappent par une conduite 31. Une conduite 32 va de la sortie du cyclone 22 à un bac de liqueur noire.La partie haute du bac d'équilibrage 9 est reliée par une conduite 34 à une vanne 26 débouchant à la partie haute de l'appareil de digestion. Cette partie haute est reliée par une vanne 35 à la conduite 28. Une conduite 36 munie d'une vanne 37 est reliée à la conduite 16. Les conduites 19, 23 et 21 sont munies de vannes respectives 38, 39 et 40. Les étapes du fonctionnement de l'installation sont les suivantes 1. A - R : remplissage en copeaux et fragments; 2. B - C : soufflage à la vapeur; 3. C - D : remplissage en liqueur d'extraction; 4. D - E : chauffage à la vapeur de basse pression et à la vapeur provenant du cyclone éclair; 5. E - F : chauffage à la vapeur haute pression; 6. F - G : digestion 7. G - H : évacuation de la liqueur d'extraction; 8. H - I soufflage de tête dans le système de récupération; 9. I - J : échappement de gaz vers l'ensemble de récupération de chaleur; 10. J - in : alimentation en liquide de lavage; 11.K L L augmentation de pression pour souffler l'appareil de digestion; 12. L- - : soufflage froid; 13. M - N : échappement de gaz final. L'intervalle de temps A - A est de 300 minutes, y compris 35 minutes de durée entre deux cycles. On écrira maintenant les étapes successives de façon détaillée. A - B : On commence le remplissage en copeaux et fragments en ouvrant la vanne de l'appareil de digestion et en commençant l'alimentation en copeaux. On admet de la vapeur vive et de la vapeur secondaire provenant de la conduite 24 dans l'appareil de rem- 91iSSc o, Lorsqu'on atteint le niveau convenable de copeaux dans l'appareil de digestion, on ferme les vannes. - C u u cours du soufflage n la vapeur on préchauffe les copeaux dans l'appareil de digestion en ajou tant de la vapeur détendue provenant du cyclone éclair 20 par l'intermédiaire de la vanne 33. Fn meme temps l'air dans l'appareil de digestion est chassé par la vanne 37 dans-la conduite 36. On poursuit le préchauffage de la vapeur provenant du cyclone 20 jusqu'à ce qu'on ait atteint la tem rature ou la pression souhaitée dans l'appareil de digestion. La vanne 35 dans la conduite entre l'appareil de digestion et le cyclone est ensuite fermée. La vanne d'évacuation 37 est fermée par des moyens de commande de température lorsque le débit de vapeur atteint dans la conduite 36 le seuil du système de commande. C - D : On injecte la liqueur d'extraction dans l'appareil de digestion à travers le filtre de fond. Pour aug menteur le débit d'alimentation, on peut également introduire de la liqueur d'extraction à travers un filtre médian. On peut ajouter la charge de liqueur noire, avantageusement par la conduite lO, avec commande de débit, a partir du bac d'équilibrage de la liqueur d'extraction. On épargne ainsi de la vapeur vive. Lorsqu'une quantité suffisante de liqueur d'extrac tin a été introduite par les conduites 14 et 10, on ferme les vannes 11, 15 et 17. D - E : On met en marche la pompe 3 de circulation de la liqueur d'extraction. On commence le chauffage in direct de la liqueur d'extraction par vapeur vive en effectuant une commande de température grace à une détection de la température à laquel le la liqueur d'extraction sort de l'échangeur de chaleur 2. La vanne 6 est ouverte tandis que la vanne 8 est fermée. En meme temps on amène de la vapeur vive à l'ap pareil de digestion par la conduite 24 è travers la vanne 33. L'alimentation est interrompue auto matiquement lorsquele pression cns I' appareiI de diSes- tion a atteint une valeur proche de celle qui règne dans le cyclone éclair. Les gaz inertes, qui accompagnent la vapeur dé tendue de la ligne 24 à l'appareil de digestion, s'échappent de l'appareil de digestion par une conduite de dégazage dont la vanne 35 reste par tiellement ouverte pendant la durée de chauffage. E - F : Au cours de cette période, le chauffage complé mentaire jusqu' la température d'ébullition est effectué indirectement à- la vapeur vive dans l'échangeur de chaleur 2. F - G : Digestion. G - E : La liqueur d'extraction libre (une partie de la liqueur d'extraction étant retenue dans les co peaux et fragments) est évacuée de l'appareil de digestion au cours de la phase de digestion en question,à l'aide de la pompe de circulation de liqueur d'extraction. La vanne 6 dans la conduite de circulation de liqueur d'extraction est fer me, tandis que l'on ouvre la vanne dans la con duite de l'échangeur de chaleur 2 au bac d'étui librage et la vanne 17 coté aspiration de la pom pe 3. L'évacuation s'interrompt automatiquement lorsque l'indicateur de niveau placé à une ni veau convenable dans l'appareil de digestion intervient, ferme la vanne 8 dans la conduite vers le bac d'équilibrage et arrête la-pompe de circulation. H - I : On abaisse la pression dan-s l'appareil de diges tion en ouvrant la vanne 33 de la conduite 25 qui va de l'appareil de digestion à la conduite 24. La vanne de vapeur 33 est commandée par un appa reil de commande de Pression , qui ferme la van ne 38 dans la conduite d'alimentation de liquide du cyclone 20 à partir du bac d'équilibrage, pour compenser la pointe de charge provoquée par l'alimentation de vapeur depuis l'appareil de digestion. I - J : Lorsque la pression dans l'appareil de diges tion est abaissée jusqu'n une valeur proche de celle qui règne dans le cyclone 20, la vanne 33 dans la conduite 25 qui part de l'appareil de digestion se ferme automatiquement et le cyclone 20 est de nouveau alimenté en liquide provenant du bac d'équilibrage; La suite de l'abaissement de pression dans l'ap pareil de digestion s'effectue par échappement de gaz à travers la vanne 29 vers l'ensemble de récupération de chaleur, en vue de la production d'eau chaude. Le changement de charge dû à l'é- chappement de gaz de l'appareil de digestion est mesuré par un déhitmètre placé dans la conduite 28.Les variations de ce débit sont compensées notamment en modifiant le débit de liquide vers le cyclone 22 à l'aide de la vanne 40, de sorte qu'on produit une quantité de vapeur telle que la somme des débits de vapeur dans les conduites 27 et 28 soit sensiblement constante. Le débit de vapeur vers l'ensemble de récupération de chaleur produisant de l'eau chaude est mesuré à l'aide d'un débitmètre. S'il n'est pas suffisant d.'r%rar1er la vanne 40, on étrangle de plus et de façon auxiliaire la van ne 29 de façon à obtenir un débit cumulé cons tant vers l'ensemble 10. Si cela est nécessaire pour des questions de temps, on peut réaliser l'échappement de gaz simultanément à travers les vannes 33 et 29. La vanne 33 est alors com mandée par la pression qui règne dans la con duite 24, tandis que la vanne 29 est commandée par le débit cumule, souhaité dans les conduites i,7 et 28. J - > : Au cours de la période d'échappement de gaz, on introduit du liquide de lavage (filtrat provenant du laveur) dans l'appareil de digestion à travers la vanne 15. La vanne 17 est fermée. On pompe le liquide de lavage à travers le filtre de fond et on commande le débit à l'aide d'un contraleur de débit placé à un niveau approprié. Les vannes 35 et 29 dans la conduite d'échappement de gaz vers 7'ensemble de récupération de chaleur sont fer muées. 1 ouvrant la vanne 26 vers le bac d'équilibrage pour la liqueur d'extraction. L - M : On soufile le contenu de l'appareil de digestion vers le bac de soufflage. Lorsque l'on a soufflé -la totalité du contenu, les vannes 13 et 26 dans la conduite de soufflage et la conduite qui part du bac d'équilibrage se ferment automatiquement. M - N : L'appareil de digestion est dégazé une fois de plus vers l'ensemble de récupération de chaleur à l'aide de la vanne 29. Lorsque la pression at mosphérique règne dans l'appareil de digestion, on ouvre le couvercle. L'appareil de digestion est alors pret pour un nouveau cycle de diges tion. Le cyclone éclair 20 fonctionne en tant que par tie intégrante du système de digestion. Cela rend possible un retour de vapeur de dégazage et com pense les échappements de gaz momentanés et les appels thermiques dans l'installation de diges tion. Les flux d'énergie sortant du système de base sont mesurés par trois débitmètres disposés sur les conduites 23, 27 et 28. Les données provenant des mesures de débit sont introduites dans un système de commande qui agit d'abord sur la van ne 40, puis, de façon subsidiaire, sur les vannes d'échappement de gaz 29 et 35. L'invention ne se limite pas am modes particuliers de réalisation qui ont été représentés et décrits à titre d'exemple et il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend aux variantes restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Procédé de récupération de chaleur secondaire au cours de la digestion par charges de la cellulose dans des appareils de digestion, la liqueur d'extraction étant amenée à un bac d'équilibrage sous pression au cours du stade final du cycle de digestion, caractérisé en ce qu'on amène la liqueur d'extraction ou la vapeur d'eau dégagée par la liqueur d'extraction, en écoulement contrôlé, à partir du bac d'équilibrage vers une utilisation au cours du processus de digestion ou de processus auxiliaires ou vers des récupérateurs de chaleur en vue d'une utilisation externe de la chaleur. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait passer la liqueur d'extraction du bac d'équilibrage dans un premier cyclone éclair d'où s'échappe une fraction constituée par un premier écoulement de vapeur et une fraction constituée par un premier écoulement de liquide qui est amenée à un second cyclone éclair, d'où s'échappe un second écoulement de vapeur et un second écoulement de liquide. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on amène auxrécupérateîiisde chaleur un écoulement de vapeur combiné constitué pour partie d'un écoulement de vapeur qui provient directement de l'appareil de digestion et pour partie du second écoulement de vapeur, qui est commandé de facon à maintenir sensiblement constant le débit combiné de vapeur. 4. Procédé suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on amène le premier écoulement de vapeur à un appareil de digestion. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'on amène directement et sous pression le liquide provenant du bac d'équilibrage à un appareil de digestion, à un stade précoce du cycle de digestion. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, après la fin du cycle de digestion et l'écoulement de la liqueur d'extraction hors de l'appareil de digestion, on amène le filtrat provenant d'un laveur à filtre à l'appareil de digestion pour prélavage de la pulpe. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on amène la liqueur de lavage à l'appareil de digestion à température relativement basse, avantageusement à une température telle que la température du mélange de liquide de lavage et de pulpe soit au plus égale à 1050C. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérise en ce qu'on amène de la vapeur provenant du bac d'équilibrage à un appareil de digestion de façon à souffler son contenu de pulpe à une température allant de 90 à 105"C. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que du liquide de lavage est amené à un appareil de digestion,par l'intermédiaire d'un filtre prévu au fond de l'appareil de digestion de façon à répartir le liquide de lavage de façon uniforme au fond de l'appareil de digestion. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, au cours du soufflage, on injecte un débit contrôlé de liquide de lavage dans le cône de fond de l'appareil de digestion à travers un filtre prévu au fond de l'appareil de digestion, afin de réduire les frottements liquides dans cette partie de l'appareil de digestion et donc de faciliter l'évacuation. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérise en ce qu'on injecte de la vapeur d'origine externe a haute pression dans le bac d'équilibrage de façon à économiser la vapeur dans le système lorsque l'appel de vapeur varie irrégulièrement. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce, après la fin du cycle de digestion, on aspire le liquide libre de l'appareil de digestion à travers un filtre prévu au fond de l'appareil de digestion.