Brevet FR2553797A1 — publié le 19850426

PROCEDE 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 connaît depuis longtemps des procédés de récupération de chaleur secondaire Ces procédés 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. 15 On peut également observer que la chaleur secondaire est récupérée 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 libérés 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 n 18 429 décrit un procédé de digestion de cellulose dans lequel, après la fin dé la digestion, on amène la liqueur d'extraction dans un bac séparé, à une pression et à une température qui sont sensiblement les memes que celles qui existent dans l'appareil 30 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 suggére, il 35 n'y a pas eu d'application pratique. L'industrie de la pulpe et de la pâte 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 5 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 105 'C (soufflage dit "froid"); l'invention vise également à permettre de 10 prélaver la pulpe dans l'appareil de digestion. Suivant l'invention, on amène de la liqueur de lavage, avantageusement du filtrat provenant d'un lavage par filtre, à l'appareil de digestion pour effectuer un prélavage de la masse de cellulose à température relati15 vement basse, avantageusement à une température telle que la température du mélange de liquide de lavage et de masse de cellulose soit au plus égale à 105 'C et en ce qu'on amène un courant de digestion pour chasser par soufflage son contenu de masse de cellulose à une tempé20 rature allant de 90 à 105 'C, c'est-à-dire effectuer une chasse par soufflage froid. 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 25 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 éco30 nomie de vapeur vive, par comparaison avec un système classique Le reste de la vapeur détendue peut être amené à des condenseurs à surface, c'est-à-dire à un ensemble régulateur de chaleur, dans lequel on produit de l'eau chaude Les gaz fétides et les gaz contenant du 35 méthanol libérés en même temps que la vapeur détendue peuvent être amenés à un système de purification de gaz fétides par un processus de condensation fractionné bien connu grâce à la commande de débit. On remplit alors l'appareil de digestion de filtrat provenant du laveur de pulpe, puis on le vide par 5 soufflage à l'aide de vapeur qui -se détend à partir du bac d'équilibrage On réalise ainsi un prélavage de la pulpe La liqueur libre dans l'appareil de digestion est aspirée à travers un filtre dans le fond de l'appareil de digestion. On amène avantageusement le filtrat, c'est-àdire 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 soit de 105 C ou moins On 15 peut avantageusement souffler le contenu de l'appareil de digestion à une température de 90 à 105 'C, c'est-àdire effectuer un soufflage froid. Il est avantageux d'amener le liquide de lavage à l'appareil de digestion à travers un filtre prévu au 20 fond de l'appareil de digestion, de façon à répartir le liquide de lavage régulièrement au fond de l'appareil de digestion. Il peut également être souhaitable d'amener un débit commandé de liquide de lavage à travers un filtre 25 au fond de l'appareil de digestion au cours du soufflage Le filtre peut être placé dans le cône de fond de l'appareil de digestion On réduit ainsi les frottements dans l'écoulement à travers cette partie de l'appareil de digestion et on facilite l'écoulement hors de l'appa30 reil 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 35 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'atmosphère. On énumérera maintenant certains des avantages du procédé suivant l'invention, concernant la consomma5 tion de vapeur de l'installation, le processus, la qualité de la pulpe, l'efficacité de lavage et la protection de l'environnement. Avantaaes 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 dans 15 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'installa25 tion de digestion de façon plus sûre, à différents processus auxiliaires puisque les écoulements ne sont pas influencés par des perturbations du processus principal. Amélioration de la qualité de la pulpe Le procédé permet d'effectuer le soufflage de 30 l'appareil de digestion à une température basse { 9 D à C) Un tel "soufflage froid" réduit le risque de rupture de la paroi des fibres du fait de l'expansion violente du liquide retenu par la fibre, par comparaison au soufflage classique On améliore ainsi la résistance 35 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, 5 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 10 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 15 Kappa est influencé. A-êloao de _ ' Amelioration de 19 ef Picacité de lavage La liqueur d'extraction libre à concentration élevée de réactifs chimiques et de composants extraits du bois est enlevée de l'appareil de digestion, puis 20 remplacée par un liquide de lavage o 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 dif25 fusion de produits chimiques provenant de la liqueur d'extraction concentrée, absorbée dans la fibre, vers le liquide de lavage plus dilué On obtient ainsi une dilution, donc un lavage. On peut augmenter la température de l'eau de 30 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 réalisa5 tion, 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 10 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 sui20 vantes: 1 A-B: remplissage en copeaux et fragments; 2 B-C: soufflage à la vapeur; 3 C-O: remplissage en liquide d'extraction; 4 D-E: chauffage à la vapeur basse pression; 25 5 E-F: chauffage à la vapeur haute pression; 6 F-G: digestion; 7 G-H: soufflage de tête 8 H-I: soufflage de fond. L'intervalle A-A est de 300 minutes, y compris 30 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 nom35 bre va typiquement de 8 à 12 Un seul appareil de digestion 1 est représenté L'apport 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 5 est ramenée à l'appareil de digestion 1 par une conduite 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 10 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 15 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 con20 duite 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 conduite 24, à une manche de vapeur 25 provenant de l'extrémité haute de 25 l'appareil de digestion 1 Les conduites 24 et 25 sont également reliées aux autres appareils de digestion (non représentés) La sortie de vapeur du cyclone 22 est reliée par une conduite 27 à une conduite 28 provenant de la partie haute de l'appareil de digestion 1 et munie 30 d'une vanne 29 La conduite 28 est reliée a un ensemble de récupération de chaleur 30 d'o 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 35 est reliée par une conduite 34 à une vanne 25 débouchant à la partie haute de -'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-B: remplissage en copeaux et fragments; 2 B-C soufflage à la vapeur; 3 C-O: remplissage en liqueur d'extraction; 4 D-E: chauffage à la vapeur de basse pression et à la vapeur provenant du cyclone éclair; 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-3:échappement de gaz vers l'ensemble de récupération de chaleur; 20 10 3-K:alimentation en liquide de lavage; 11.K-L:augmentation de pression pour souffler l'appareil de digestion; 12.L-M: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 décrira 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 remplissege Lorsqu'on atteint le niveau convenable de copeaux 10 dans l'appareil de digestion, on ferme les vannes. B C: Au cours du soufflage a la vapeur, on préchauffe les copeaux dans l'appareil de digestion en ajoutant de la vapeur détendue provenant du cyclone éclair 20 par l'intermédiaire de la vanne 33 En 15 même temps l'air dans l'appareil de digestion est chassé par la vanne 37 dans la conduite 36 On poursuit le préchauffage la vapeur provenant du cyclone 20 jusqu'à ce qu'on ait atteint la temperature ou la pression souhaitée dans l'appareil 20 de digestion La vanne 33 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 25 système de commande. C D: On injecte la liqueur d'extraction dans l'appareil de digestion à travers le filtre de fond Pour augmenter le débit d'alimentation, on peut également introduire de la liqueur d'extraction à travers un 30 filtre médian On peut ajouter la charge de liqueur noire, avantageusement par la conduite 10, avec commande de débit, à partir du bac d'équilibrage de la liqueur d'extraction On épargne ainsi de la vapeur vive. Lorsqu'une quantité suffisante de liqueur d'extraction a été introduite par les conduites 14 et 10, on ferme les vannes il, 15 et 17. D E On met en marche la pompe 3 de circulation de la liqueur d'extraction On commence le chauffage indirect de la liqueur d'extraction par vapeur vive en effectuant une commande de température grâce à une détection de la température è laquelle la liqueur d'extraction sort de l'échangeur de chaleur 2 La vanne 6 est ouverte tandis que la vanne 8 est fermée. En même temps on amène de la vapeur vive à l'appareil de digestion par la conduite 24 à travers la vanne 33 L'alimentation est interrompue automatiquement lorsque la pression cdans l' ayptarei ee diestion a atteint une valeur proc -e de celle qui règne dans le cyclone éclair. E F: Au cours de cette période, le chauffage complémentairè jusqu'à la température d'ébullition est effectué indirectement à la vapeur vive dans l'échangeur de chaleur 2. 20 F G: Digestion. G H: La liqueur d'extraction libre (une partie de la liqueur d'extraction étant retenue dans les copeaux et fragments) est évacuée de l'appareil de digestion au cours de la phase de digestion en 25 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 fermée, tandis que l'on ouvre la vanne dans la conduite de l'échangeur de chaleur 2 au bac d'équi30 librage et la vanne 17 c 8 té aspiration de la pompe 3 L'évacuation s'interrompt automatiquement lorsque l'indicateur de niveau placé à une niveau 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. Il H I: On abaisse la pression dans l'appareil de digestion 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 appareil de commande de tress Jon, qui ferme la vanne 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 10 digestion. I J: Lorsque la pression dans l'appareil de digestion est abaissée jusqu'à une valeur proche de celle qui règne dans le cyclone 20, la vanne 33 dans la conduite 25 qui part de l'appareil de I) digestion se ferme automatiquement et le cyclone est de nouveau alimenté en liquide provenant du bac d'équilibrage. J K:-On introduit cu liquide de lavage (filtrat provenant du laveur) dans l'appareil de digestion à travers 20 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 contrôleur de débit placé à un niveau approprié Les vannes 35 et 29 dans la conduite d'échappement de gaz vers 25 l'ensemble de récupération de chaleur sont fermées. K L: On met l'appareil de digestion sous pression en ouvrant la vanne 26 vers le bac d'équilibrage pour la liqueur d'extraction. L M: On souffle 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. 35 M N: L'appareil de digestion est dégazé vers l'ensemble de récupération de chaleur g l'aide de la vanne 29 Lorsque la pression atmosphérique règne dans l'appareil de digestion, on ouvre le couvercle L'appareil de digestion est alors prêt pour un nouveau cycle de digestion. Le cyclone éclair 20 fonctionne en tant que partie intégrante du système de digestion Cela rend possible un retour de vapeur de dégazage et com10 pense les échappements de gaz momentanés et les appels thermiques dans l'installation de digestion. 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 vanne 40, puis, de façon subsidiaire, sur les vannes d'échappement de gaz 29 et 35. REVEN ? IC TT ',G 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 5 étant amenée à un bac d'équilibrage sous pression au cours du stade final du cycle de digestion, caractérise en ce qu'on amène de la liqueur de lavage, avantageusement du filtrat provenant d'un lavage par filtre, l'appareill de digestion pour effectuer un prelavage de la masse de cellulose à température relativement basse, avantageusement à une température telle que la temperature du mélange de liquide de lavage et de masse de cellulose soit au plus égale à 105 C, et en ce qu'on amene un courant de digestion pour chasser par soufflage 15 son contenu de masse de cellulose à une température allant de 90 à 105 'C, c'est-à-dire effectuer une chasse par soufflage froid. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, après la fin du cycle de digestion, on aspire 20 le liquide libre de l'appareil de digestion à travers un filtre prévu au fond de l'appareil de digestion. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, après la fin du cycle de digestion, on déplace la liqueur d 'extraction hors de l'apparell de di25 gestion à l'aide du liquide de lavage. J Fo/FG 4.2 1985