Brevet FR2593528A1 — publié le 19870731

Cette invention concerne un procédé permettant de diminuer la viscosité, et d'améliorer l'évaporabilité de la liqueur noire provenant de la cuisson de la cellulose, lors de la fabrication de la pâte à papier. Lorsqu'on évapore une liqueur noire de sulfate pour obtenir une teneur élevée en produits solides secs (60 à 75%), la viscosité de la liqueur augmente rapidement. En même temps, son évaporabilité diminue de façon remarquable lorsque la liqueur noire adhère aux surfaces chaudes ce qui nuit aux transferts thermi- ques entre les surfaces chaudes et la liqueur noire, entraînant une diminution du rendement de l'évaporateur. Il peut également en résulter un surchauffage des surfaces de transfert thermique. Avec des teneurs élevées en matières solides sèches, la vitesse d'écoulement, par exemple, sur les surfaces de transfert ther- mique d'un évaporateur à films tombant, diminue et, à la fin, la liqueur noire collante empêche l'écoulement au travers de l'évaporateur. Il est avantageux d'évaporer la liqueur de manière à avoir une teneur en matières sèches aussi élevée que possible pour des traitements ultérieurs, la valeur de combustion effective de la lessive résiduaire étant alors plus élevée que celle d'une liqueur humide et le volume de la vapeur engendrée par la chau- dière de récupération étant respectivement plus élevée. La demande de brevet suédois publiée sous le n 84 00904 décrit un pro- cédé pour diminuer la viscosité d'une liqueur noire après l'évaporateur, immédia- tement avant la chaudière de récupération, en oxydant la liqueur, après quoi la liqueur présentant une teneur plus élevée en matières solides sèches peut être introduite dans la chaudière. La réaction d'oxydation qui peut être effectuée en mélangeant un gaz oxydant chaud (par exemple de l'air) à la liqueur, élève la température de la liqueur et la rend plus fluide. Le procédé exige un dispositif particulièrement complexe pour assurer la distribution uniforme de gaz oxydant dans le liquide. Ce procédé est essentiellement mis en oeuvre, immédiatement avant la chaudière de récupération à l'endroit o l'on obtient une élévation de température du liquide et o le pompage est facilité. Lorsque le procédé est mis en oeuvre dans le processus avant l'évaporation finale, le bioxyde de carbone et les acides organiques produits par la réaction d'oxydation diminuent le pH de la liqueur ce qui peut entraîner la condensation de la lignine et provoquer de-dépôts très importants sur les surfaces de transfert thermique. On sait que la viscosité d'une liqueur noire est fonction de la quantité de lignine macro-mol éculaire contenue dans la liqueur. Dans les procédés selon l'état antérieur de la technique, on diminue la viscosité en enlevant la fraction macro-moleculaire. 2 2593528 Le brevet finlandais n 66035 décrit un procédé pour enlever une ma- tière organique contenant une fraction macro-mo Léculaire, à partir de l'effluent d'une cuisson de cellulose. Selon ce procédé, la fraction macro-mo.l éculaire est éliminée par une ultra-filtration de précipitation. La précipitation est réalisée en oxydant l'effluent, ce qui réduit de façon significative la visco- sité de l'effluent. Le procédé d'ultrafiltration, grâce auquel la fraction macro-molecu- laire est séparée de l'effluent, exige cependant un appareillage coûteux et des dimensions importantes. Un dispositif complexe est nécessaire pour la précipi- tation. L'addition d'agents chimiques dans la phase de précipitation affecte l'équilibre chimique de tout le système. Lors du fonctionnement en continu, la séparation des agents chimiques est problématique et elle ne peut être facile- ment contrôlée ou modifiée. Le but de la présente invention est d'éliminer ou de réduire les incon- vénients mentionnés ci-dessus et d'apporter un procédé pour diminuer la viscosité de la liqueur noire avant l'évaporation finale sans séparation des différentes fractions de la liqueur noire qui devraient être alors traitées séparément. La caractéristique principale du procédé selon la présente invention est que la température de la liqueur noire est élevée à une température supé- rieure à la température de cuisson, de préference jusqu'à 170-190 , afin de sé- parer les fractions de lignine macro-moléculaire. Le procédé objet de cette invention permet d'obtenir une réduction contrôlée de la viscosité de la totalité de la quantité de la liqueur noire-: - sans séparation problématique des fractions différentes; - sans investissements considérables à la fois pour une cuisson continue et une cuisson par charges. Avec le procédé selon la présente invention, on peut améliorer la capacité des installations d'évaporation existantes ou des nouvelles installa- tions étant donné que les surfaces chaudes du concentrateur peuvent être de di- mensions plus faibles. En outre, la teneur finale en matières solides sèches de la liqueur peut être augmentée sans modifications profondes de la pressurisation ou du dispositif ce qui améliore le bilan thermique de la combustion. Lorsque la résistance à l'écoulement diminue, on améliore l'aptitude au pompage de la liqueur et on diminue la consommation en énergie de la pompe. Lorsqu'on étudie les quantités absolues des fractions de lignine de différentes dimensions en fonction de paramètres de cuisson dans une cuisson de soude et dans une cuisson de sulfate on aboutit aux conclusions suivantes: - dans une cuisson de soude, la quantité absolue de lignine macro-moléculaire 3 2593528 augmente au début et elle se maintient ensuite à un niveau constant; - dans une cuisson de sulfate, la quantité de lignine macro-molé:culaire aug- mente au début et elle atteint un maximum après quoi la quantité diminue progres- sivement puis le sulfure se sépare de la lignine, comme représenté dans le tableau suivant: Sulfidité Temps de cuisson M > 10000 M > 5000 X% minutes % g/kg solides secs % g/kg solides secs 35 10 3 6,4 11 23,4 50 9 30,0 20 66,7 110 9 32,1 22 78,4 170 7 25,1 22 78,8 140 12 41,1 29 96,0 25 170 10 34,5 22 75,9 0 10 7 9,6 18 24,7 0 110 14 40,2 32 91,9 0 170 17 52,5 33 101,8 Lorsque la teneur en sulfure (sulfidité) est de 35%, la fraction macro- oleculaire (M > 10000) de 25,1 g/kg de matières solides sèches a diminué après un temps de cuisson de 170 minutes; après 110 minutes la fraction était de 32,1 g/kg de matières solides sèches. Lorsque la teneur en sulfure est de 25%, la quantité de la fraction macro-moléculaire a diminué avec le temps. Lorsque la teneur en sulfure est nulle, on n'observe pas de séparation des riolécules. Par conséquent, pour s'assurer des bons résultats, on a dû éviter toute oxydation pour maintenir le soufre à l'état de sulfure. Plus la teneur en sulfure de la cuisson est élevée, plus la séparation est intensive. Lors d'une cuisson normale dans un domaine de teneur en sulfure de 20 à 35%, le volume restant en sulfure convient à la séparation. Un agent réducteur tel que du soufre ou un polysulfure peut, dans certains cas, être ajouté pour intensifier la séparation. On a découvert avec surprise cqiune élévation de la température au dessus de la température normale de cuisson, jusqu'a par exemple 170 - 190 , accélère la séparation de la fraction de ligne macro-mol éculaire dans une mesure telle qu'il suffit d'un maintien de I à 5 minutes d'une température élevée pour provoquer une diminution de la séparation et de la viscosité. On a aussi découvert 4 2593528 que des composés de Ca et de lignine qui provoquent des dépôts dans l'évaporateur, sont dispersés pendant le traitement par la chaleur. Comme on l'a indiqué ci-dessus, la viscosité peut être diminuée dans la liqueur noire même sans addition d'agents chimiques ou séparation soit durant la cuisson ou l'évaporation par simple chauffage sous pression. La température peut être également augmentée dans une boucle de circulation séparée reliée au pro- cessus de cuisson, en particulier lors d'une cuisson continue. Dans chaque cas on choisit le procédé de chauffage le plus économique, par exemple un chauffage direct ou indirect à la vapeur ou un chauffage électrique. Sur la figure unique du dessin annexé on a montré l'effet du traitement thermique sur la viscosité d'une liqueur noire. Des échantillons de liqueur noire présentant une teneur en matières solides sèches de 65%, 70%, 75% et 80% ont été traités à une température de 190 C. On a mesuré la viscosité avant le traitement, après I minute, 5 minutes et 60 minutes. Par exemple, après un traitement de 60 minutes, la viscosité de la liqueur présentant une teneur en matières solides sèches de 70 - 73% a diminué jusqu'au même niveau que la viscosité d'une liqueur non traitée présentant une teneur en matières sèches solides de 65%, ce qui cons- titue le niveau du liquide de combustion normal. On décrira maintenant un exemple préféré de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Les effets procurés par un chauffage prolongé d'une liqueur d'usine de pâte à papier sur la viscosité de la liqueur sont indiqués par les résultats de mesure suivants. De même on a tenu compte des effets d'addition de Na2S ou de NaOH. Le matériau soumis aux essais était une liqueur noire obtenue à partir d'un lessivage du type Kamyr, présentant une teneur en matières solides sèches de 71% Agent chimique Durée du Température Viscorité ajouté chauffage min. OC mPas Liqueur non traitée 200 - I 190 78 - 60 190 40 Na2S 60 120 158 Na2S 60 190 32 NaOH 20 190 63 NaOH 60 190 52 2593528 Les effets du traitement thermique sur les viscosités sont évidents à l'examen de ce tableau. Un traitement à 120 C diminue la viscosité, mais de façon uniforme, presqu'aussi efficacement qu'un traitement à 190 C. Un traitement thermique d'une minute seulement à 190 C, diminue la viscosité de 200 mPas à 78 mPasoUne addition de Na2S parait avoir un effet légèrement décroissant sur la viscosité, l'addition de NaOH n'ayant, par ailleurs, aucun effet du tout. De la lecture de la description ci-dessus il ressort que l'invention apporte un procédé permettant de diminuer la viscosité afin d'améliorer l'apti- tude à l'évaporation et les transferts de liqueur. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux exemples de mise en oeuvre, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS I.- Procédé pour diminuer la viscosité et améliorer la capacité d'évaporation d'une liqueur noire de sulfate provenant d'une cuisson de cellulose, caractérisé en ce qu'il consiste à élever la température de la liqueur noire à une température supérieure à la température de cuisson de manière à séparer la fraction de lignine macro-moléculaire contenue dans la liqueur. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de la liqueur noire est maintenue au niveau élevé pendant une période de 1 à 60 minutes, de préférence de I à 5 minutes. 3.- Procédé selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que la température de la liqueur noire est augmentée immédiatement après la cuisson. 4.- Procédé selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que la température de la liqueur noire est augmentée dans une boucle de circulation connectée au procédé de cuisson. 5.- Procédé selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que la température de la liqueur noire est augmentée immédiatement avant l'évaporation finale. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracté- risé en ce qu'on ajoute à la liqueur noire un agent réducteur tel que du soufre ou un polysulfure. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracté- risé en ce que la température de la liqueur noire est augmentée jusqu'à une valeur de 170 C à 190 C.