Brevet FR2514383A1 — publié le 19830415

La prsente invention a pour objet un poeéde de lavage de la chaux et d'évacuation des substances non utllisFes obtenues lors des processus de production de cellulose, par exemple, pour la fabrication de pulpe de sulfate. Ce procédé stapplique particulièrement aux installations où des combustibles solides, riches en cendres1 sont utilisés pour brûler à nouveau la chaux dans le cas où la matière première fibreuse a une teneur élevée en mindraux. Dans la production de cellulose, conformément au procddd connu sous le nom de procédé au sulfate, des copeaux de bois sont transférées dans une liqueur de transformation dont les ingrédients actifs sont l'hydroxyde de sodium (NaOH) et le mono-sulfure de podium (Na2S). Pendant la transformation, l'hydroxyde et le sulfure s'oxydent et forment des carbonates et sulfates. Egalement pendant la transformation, environ 50% du bois est dissous, essentiellement la lignine et lthdmi-cellulose, mais egalement les minéraux contenus dans le bois. Après concentration de la liqueur de transformation dans les dvaporateurs, l'enthalpie de la liqueur est utilise dans la cuve de soude où la combustion de la liqueur est effectuée. La masse fondue des cendres de sel de sodium coule de la cuve de soude vers un ensemble, pour être dissoute à l'aide de liqueur étendue. La liqueur verte ainsi formée est séparée des impuretés, en règle générale, par le procédé de sédimentation dans un appareil connu sous le nom de clarificateur de liqueur verte. La liqueur verte est alors utilisée pour éteindra la chaux vive qui est ajoutée en surplus à un ensemble extincteur. Dans cet appareil, les particules de chaux qui n'ont pas été mises en état de suspension dans la liqueur verte mais se déposent au fond, sont séparées et éliminées. Pendant le processus d'extinction, l'hydroxyde de calcium Ca(OH)2 forme avec le carbonate de sodium Na2CO3 (liqueur verte), l'hydrate de sodium NaOH (liqueur de digestion) et le carbonate de calcium CaC03 (boue de chaux). Cette réaction est généralement connue sous le nom de caustification. Il faut un certain temps pour réaliser l'équilibre dans la réaction du carbonate de sodium avec la chaux vive et de ce fait, on laisse la réaction progresser dans les récipients d'extinction et de caustification pendant des laps de temps compris entre 1 h et 1 h 30, et même jusqu'à 2 h. La liqueur de transformation et le carbonate de calcium c'est-à-dire la boue de chaux, sont séparés après la réaction dans un clarificateur à liqueur blanche ou par filtration. Après séparation de la boue de chaux, la liqueur de transformation est stockée et, à cet effet,ypompee dans des réservoirs d'où elle peut être retirée ultérieurement en quantités dosées pour son utilisation. Par la suite, la boue de chaux est soumise à une étape de recaustification où le surplus de chaux restant est laissé en réaction avec la liqueur verte. Dans cette réaction, on obtient une liqueur étendue qui est utilisée pour dissoudre la masse fondue des cendres, comme mentionné ci-avant. La boue de chaux est déshydratée dans les filtres à vide, ce qui augmente la teneur en matières sèches entre 60 et 70%, et est lavée sur les filtres à liteau, avant d'entre transférée à l'ar rite (froid) du four à chaux. Dans ce four, la boue de chaux est séchée et brtlée en chaux tout en dégageant de la vapeur d'eau et du bioxyde de calcium. Le four est habituellement chauffé au mazout ou au gaz, à l'aide d'un brtleur placé dans le four lui-même.Le processus chimique est le suivant Réaction dans la cuve à soude 2S 4 atmosphère réduite + Na2S + 2O2 Réaction dans l'extincteur et les récipients de caustification CaO (s) + H20 t - Ca(OH)2(s) Ca(OH)2(s) + C032 CaCO3(s) + 20H Réaction dans le four à chaux CaC03(s) ( ~~~~~~ CaO(s) + C02(s) Dans les procédés utilisés actuellement, les substances non désirées sont entraînées simultanément avec la préparation de la chaux, telles que le bois (bois non équarri, copeaux soigneusement classés) et l'eau de traitement. Dans les installations utilisant des plantes vivaces (herbe, roseau, paille, bagasse), du bambou ou autres sortes de bois contenant de fortes quantités de substances non désirées, il est difficile de réutiliser les produits chimiques de transformation et en conséquence, on s'en débarrasse. Le chauffage au combustible solide est une variante intéressante dans les fours à chaux, au fur et à mesure que les prix de l'énergie augmentent et que l'utilisation de l'arbre entier augmente. L'utilisation de la totalité de l'arbre a également abouti à une diminution de la qualité des copeaux, par suite de l'augmentation des substances non désirées. Lorsqu'on utilise des combustibles solides et/ou des copeaux de l'arbre entier dans le four à chaux, les mêmes problèmes apparaissent lorsqu'on utilise des plantes vivaces. Les éléments non désirés tels que Si, Al, Mn, Mg, Fe et P sont concentrés dans tous les écoulements du procédé, suivant la façon dont le circuit est fermés Les concentrations augmentent à moins que l'équilibre ne soit atteint dans le circuit. Habituellement, il nty a pas d'autres possibilités de dégagement qu'avec la cellulose, la boue de liqueur verte et le gravier calcaire. La concentration des substances non désirées implique un certain nombre d'inconvEnients, à savoir - augmentation des tendances à 1'incrustation des silicates d'aluminium de sodium, en particulier sur les surfaces de transfert de chaleur, comme dans l'évaporateur, la cuve à soude et le digesteur La teneur en aluminium est le facteur décisif dans la précipitatic des silicates d'aluminium de sodium. - augmentation des dépôts dans les tuyaux à faible vitesse d'écoulement et appareils à débit lent, dus essentiellement à la sedimentation réduite et à la capacité de filtration réduite de la boue de chaux. - Augmentation de la consommation d'énergie, à la fois parce que les matières inertes dans la chaux sont chauffées inutilement et parce que la teneur en matières sèches a été -abaissée dans le filtre à boue de chaux, comme expliqué ci-avant. - Moindre capacité de l'installation, ce qui est le résultat des effets soulignés ci-dessus. Pendant l'extinction de la chaux vive, la solution de carbonate (liqueur verte) estfburnie en quantités dosées à l'extincteur, sous forme de plusieurs écoulements, par exemple au poste de caustification ou de récaustification. Des quantités considérables d'énergie sont dégagées pendant le processus d'extinction. Pour des réactions rapides, il faut des températures entre 90 et 100. Centigrades. En utilisant la technologie actuelle, il est difficile de contrôler les conditions d'extinction. Des températures trop basses entrainent une extinction incomplète et par conséquent, une capacité affaiblie. Des températures trop élevées (engendrant une dépense importante d'énergie) font évacuer le liquide de l'extincteur en bouillant, et de sérieux problèmes de poussière apparaissent pendant les opérations d'approvisionnement en chaux. Une tentative de rbgle- ment des problèmes pratiques provoqués par l'extinction incontrôlée a abouti à la création d'un extincteur sous pression, incorporé dans un circuit fermé. Selon la présente invention, on a voulu obvier aux inconvénients précités et résoudre les problèmes soulignés. L'invention concerne un procédé applicable essentiellement dans les installations où des combustibles solides, comme l'écorce, le bois, les copeaux, la tourbe et le charbon, sont utilisés dans un four i chaux, ainsi que des matières premières fibreuses et chimiques qui ont une teneur élevée en substances non utiles. Les matières premières de ce type peuvent être des copeaux de l'arbre entier, castine, eau, bagasse, bambou, roseau, paille et similaires. Dans la consommation des combustibles ci dessus dans les fours à chaux, les substances non voulues apparaissant dans les cendres telles que Si, Al, Mg, Mn, Fe, P et sont ajoutées à la chaux. Le procédé selon la présente invention est caractérisé par le fait que l'extinction de la chaux vive stopère em une étape séparée et dans une solution aqueuse pour produire une suspension d'hydroxyde de calcium. On sépare ensuite de la solution aqueuse, le lait de chaux ainsi formé, avant caustification, ce qui est effectué par addition de carbonate de sodium. La solution aqueuse pourrait être de l'eau pure, de l'eau de lavage, du condensat épuré, de l'eau alcaline ou autre eau de traitement. L'alcanicité peut, si besoin, être réglée par une faible addition par exemple de NaOH, liqueur blanche, Na2C03, soit liqueur verte. Dans les deux derniers cas, Na2C03 réagit avec CaO, formant du NaOH en quantités suffisantes pour régler la valeur de pH au niveau souhaité, soit 12-15. Pour bien fixcrl'objet de T'invention, sans toutefois le limiter, dans les dessins annelés La figure 1 illustre le procédé connu pour la production de la cellulose ; La figure 2 illustre schématiquement le procédé selon l'invention. Selon la figure 1, les repères (1) à (25) illustrent les composants intervenant dans le proc4dé, à savoir Liqueur blanche (1), copeaux (2), digesteur (3), liqueur de dégagemment (4), eau de lavage (5), évaporateur (6), vapeur (7), buveur à soude (8), pulpe au blanchiment (9), filtre à boue de chaux (10), liqueur étendue (11), liqueur verte (12), four à chaux (13), liqueur blanche (14), déshydrateur de boue de chaux lavée (15), clarificateur de liqueur blanche (16), recaustification (17), mazout (18), mélangeur de masse fondue (19), clarificateur de liqueur verte (20), chaux (21), gravier calcaire (22), caustification (23), boue de liqueur verte (24), extincteur de chaux (25). Selon la figure 2, les repères (26) à (42) illustrent les composants intervenant dans le procédé de 1 'invention, à sa voir Eau de lavage (26), liqueur verte (27), échangeur de chaleur (28), clarificateur de liqueur blanche (29), caustification (30), filtre (31), filtrat (32), égouts (33), écorce (34), chaux vive (35), four à chaux (36), boue de chaux (37), préparation de chaux (38), extincteur (39), lait de chaux (40), gravier calcaire (41), eau pure ou solution alcaline (42). Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant sous une forme préférée Les particules qui se sont déposées durant ltextinction c'est-à-dire la chaux vive dure, les pierres de la maçonnerie du four et de la préparation de chaux, sont éliminées de l'extinc- teur à l'aide de racleurs et outils similaires. Selon le procédé de l'invention, la suspension homogène est ensuite soumise à une étape de séparation qui est effectuée de préférence par filtrat tion mais pourrait de même être effectuée par sédimentation dans une installation de sédimentation ou par une combinaison des deux moyens. Dans cette étape de séparation, un surplus de la solution aqueuse est séparé de l'hydroxyde de calcium qui est alors lavé, de préférence à l'eau pure (en variante condensat épuré).Egalement les solutions alcalines ou la solution de Na2CO3 peuvent être utilisées comme eau de lavage pour régler la valeur de pH La chaux éteinte et lavée en résultant est amenée en quantités dosées avec la liqueur verte au groupe de caustification. La solution aqueuse fortement alcaline peut soit être en totalité ou en partie recyclée à l'extincteur, soit être évacuée dans les égouts de l'installation ou autres systèmes de traitement d'eau. Lorsque de grosses quantités sont recyclées, il est nécessaire d'épurer la solution aqueuse des substances dissoutes qui y sont contenues avant de renvoyer la solution à l'extincteur. Comme exemples de procédés d'épuration, on peut mentionner la réduction de valeur de pH suivie par la séparation des substances précipi tées, au moyen de centrifugation, filtration, sédimentation ou séparation par cyclône. De préférence, on ajoute une solution aqueuse, en excès, en particulier sous forme d'eau de lavage, et le dégagement des produits chimiques dissous se produit avant le recyclage de la solution aqueuse restante. La procédé conforme à la présente invention assure un certain nombre d'avantages par rapport à la technologie utilisée et connue. Par exemple, on a constaté que la majorité des substances à éliminer contenues dans la chaux vive, vont se dissoudre largement dans le processus d1extinction réalisé selon l'invention. En particulier, des composés appréciables contenant de l'Ai et Si peuvent donc être éliminés et l'incrustation de silicates de NaAl dans la liqueur noire peut être évitée. Egalement, d'autres substances qui laissent des traces peuvent être éliminées et de cette façon, on empêche leur concentration dans le cycle de liqueur de digestion et chaux de l'installation.De façon surpre nantie, on a également constaté qu'on améliore les propriétés de sédimentation et de filtration de la liqueur blanche/CaCO3 liqueur étendue (boue de chaux). Par suite, la capacité de clarification de la liqueur blanche augmente et on peut améliorer le lavage et la déshydratation de la boue de chaux. Comme conséquence de la teneur plus élevée en matières sèches de la boue de chaux, la consommation de combustible dans le four à chaux est réduite. En outre, le procédé d'extinction devient plus facile à contrôler, ce qui garantit une constance des températures, aboutissant à une capacité maximale, sans ébullition excessive. Egalement, en raison du contrôle amélioré, les conditions existant pendant le processus de caustification peuvent être maintenues constantes à des niveaux optima, ce qui donne des rendements de liqueur blanche et une qualité maxima. A titre d'exemple d'application nullement limitatif du procédé selon l'invention, on a utilisé pour le fonctionnement de l'installation, de la poudre d'écorce au lieu du mazout, comme combustible de chauffage du four à chaux. L teneur en cendres de la poudre d'écorce a été d'environ 3%. Les cendres consistent en plusieurs substances inorganiques. Par exemple, la teneur en silicium et la teneur en aluminium ont été respectivement de 14 et 12,2 g/kg de cendres. En outre, de la préparation de chaux a été ajoutée au débit de boue de chaux, avant que la boue de chaux ne soit brûlée à nouveau. La préparation de chaux contient 1,3g Al/kg et 1,4g Si/kg. En utilisant les techniques connues, l'aluminium, le silicium et les autres produits chimiques non désirés dans le cycle de liqueur de digestion et boue de chaux, sont concentrés. Comparée au chauffage au mazout dans le four à chaux, la teneur en aluminium et en silicium dans la liqueur blanche a augmenté respectivement de 20 et 90 à 180 et 220. Après adoption du procédé selon l'invention, voir figure 2, on a constaté des teneurs de 20 mg d'aluminium/l et 70 mg de silicium/l dans la liqueur blanche. Dans le four à chaux 23,3 tonne de carbonate de calcium/h (Th = 69%) et 0,04 tonnes de préparation de chaux/h ont été re-brûlées dans 9 tonnes de chaux vive. Pour re-brûler, il a fallu 3,6 tonnes décorce/h. La chaux vive a été transportée vers un malaxeur et ensuite jusqu'à l'extincteur où la chaux a été mélangée par une agitation vigoureuse au filtrat (70 m3/h) obtenu par un filtre à lait de chaux. Ainsi la chaux a été éteinte, tout en dégageant de la chaleur, et les nodules de chaux ont été fragmentés en une boue fine.Le gravier calcaire, c'est-à-dire les nodules non fragmentés (chaux inerte, pierres, etc...) se sont déposés dans l'extincteur et ont été enlevés au moyen d'un transporteur à raclettes. On a constaté que cette quantité est d'environ 0,030 tonnes/h. Le temps de séjour dans l'extincteur a été de 15 mm. A partir de l'extincteur, le lait de chaux à environ 1000 -C (chaux éteinte et liquide) a été transporté au filtre à lait de chaux-qui est un tambour filtrant ayant un diamètre de 2,5m et une largeur de 4 m. Dans le filtre, la chaux éteinte a été filtrée du liquide et a été déshydratée sous vide.La chaux a été lavée dans le filtre à l'aide d'une solution aqueuse (14 m3/h) comprenant i partie de NaOK et 10 parties d'eau pure. A partir du filtre, la chaux ayant maintenant une teneur en matières sèches de 70%, a été dirigée sur un transporteur à bande jusqu'à l'ensemble de caustification où on a ajouté La liqueurverte. Le filtrat (75 m3/h) provenant du tambour filtrant a été pompe par un échangeur de chaleur dans lequel le liquide de lavage a été chauffé à 95 C. Par la suite, le filtrat a été divisé en deux écoulements, dont un, à un débit de 5 m3/h a été évacué vers les égouts, et l'autre, à un débit de 70 m3/h a été dirigé vers l'extincteur. A la suite d'un prélèvement, les résultats suivants ont été obtenus Al Si Cendres d'écorce 14000 mg/kg 12200 mg/kg Chaux vive 2000 mg/kg 2500 mg/kg Fraction liquide de lait de chaux 364 mg/l 320 mg/l Fraction solide de lait de chaux 1240 mg/kg 1574 mg/kg Filtrat après filtration 305 mg/l 264 mg/l Une comparaison entre le chauffage au mazout et le chauffage à écorce réalisé conformément à l'invention a donné les rdsultats suivants Chauffage à Chauffage Chauffage l'écorce se- à l'écorce au mazout lon le proci- dé de l'inven tion. Consommation de combustible GJonne de chaux 7,9 8,2 7,7 Teneur en matières sèches après filtre à chaux, en % 68 - 70 60 - 65 68 - 70 Réactivité de la chaux en secondes, pour obtenir la température maximale, à condition qu'on ajoute une quantité prédéterminée d'eau à 85' C 90 100 180 Matières inertes dans la chaux, en X 1 2,5 1,5 Teneur en boue dans la liqueur blanche clarifiée mg/m3 80 - 120 700-1000 150-200 L'invention ne se limite aucunement à celui de ces modes d'application , non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ces diverses parties ayant plus spécialement éte indiqués ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. R E V E N D I C A T I O N S -1- Procédé de traitement et de tran sformati on de produits chimiques pour la production de cellulose, où la chaux vive du four à chaux est éteinte et ladite chaux éteinte est ensuite mélangée à la liqueur verte (carbonate de sodium) caustifiée en liqueur blanche, caractérisé par le fait qu'on éteint la chaux dans un processus séparé et dans une solution aqueuse ee qu'on sépare ensuite le lait de chaux (Ca(OH)2) ainsi formé de ladite solution aqueuse avant caustification. -2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le pH de la solution aqueuse est compris entre 12 et 15. -3- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le lait de chaux qui a été séparé de la solution aqueuse est lavé à l'eau avant caustification. -4- Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le lait de chaux qui a été séparé de la solution aqueuse est lavé dans une solution d'eau alcaline avant caustification. -5- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le recyclage s'effectue à l'extincteur, de lasolution aqueuse obtenue de 1 'étape de séparation du lait de chaux provenant de la solution aqueuse. -6- Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'épuration de la solution aqueuse recyclée est obtenue en ajoutant des acides à une valeur de pH plus basse et en séparant les substances précipitées de la solution. -7- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pendant le processus d'extinction, la température est maintenue entre 60 et 120 C, en refroidissant ou en chauffant la solution aqueuse.