Brevet FR2601367A1 — publié le 19880115

La présente invention a essentiellement pour objet un procédé de fabrication de furfural à partir de solutions aqueuses de xyloses constituées par exemple par une liqueur noire résiduelle de fabrication de pâte à papier ou un jus de préhydrolyse de fabrication de pâte ou d'extraction de végétaux. L'invention vise également une installation comportant application de ce procédé. On connait déjà des procédés de fabrication du furfural du type consistant à introduire une solution aqueuse de xyloses dans un réacteur où elle est chauffée et acidifiée, puis à soumettre cette solution à au moins une détente de façon à obtenir des vapeurs contenant du furfural et une liqueur résiduaire concentrée, ce après quoi les vapeurs de furfural sont condensées et les condensats sont distillés pour produire le furfural. C'est ainsi que dans la demande de brevet française No. 85.10 345 déposée le 5 Juillet 1985, on a proposé un procédé du genre ci-dessus dans lequel les vapeurs de détente sont utilisées pour échanger leur chaleur avec la liqueur, ce qui d'une part la concentre et, d'autre part, l'épuise en furfural, et dans lequel la liqueur concentrée est soumise à une détente supplémentaire fournissant des vapeurs contenant du furfural qui sont utilisées en tout ou en partie pour distiller, après condensation, les vapeurs contenant le furfural. Toutefois, on a remarqué que les vinasses de distillation des condensats chargés de furfural peuvent poser de gros problèmes de pollution. Ces vinasses sont certes très pauves en furfural mais, dans certains cas, elles peuvent contenir des quantités non négligeables d'agents polluants, tels que notamment de l'acide acétique qui est présent dans la liqueur et se dégage de celle-ci en même temps que le furfural dans les vapeurs de détente et de concentration. Par ailleurs, le procédé selon la demande de brevet précité, s'il réalise des économies de vapeur, le fait par échange de chaleur entre vapeur et liqueur résiduaire et cette disposition peut entraîner l'encrassement progressif de la surface d'échange côté liqueur. Aussi, la présente invention a précisément pour but de résoudre le problème ci-dessus en proposant un procédé perfectionné qui utilise comme celui cité des détentes successives de la solution de xyloses, mais qui tire avantage de l'existence des vinasses à.la sortie de la distillation pour épuiser en furfural la liqueur résiduelle, tout en évitant les pollutions. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de furfural à partir de solutions aqueuses de xyloses et du type consistant à introduire ces solutions dans un réacteur où elles sont chauffées et éventuellement acidifiées, puis à soumettre ces solutions à au moins une détente pour obtenir des vapeurs de furfural et une liqueur résiduaire concentrée, ce après quoi les vapeurs de furfural sont condensées et les condensats distillés pour produire le furfural, caractérisé en ce qu'on utilise les vapeurs de furfural produites par ladite détente pour fabriquer une vapeur à partir des vinasses sortant de la distillation avec le furfural, lesquelles vapeurs de vinasses sont utilisées pour effectuer le strippage de ladite liqueur résiduaire afin de l'épuiser en furfural. On comprend donc que le strippage de la liqueur résiduaire à l'aide de la vinasse vaporisée évitera avantageusement l'encrassement des appareils ainsi que la pollution inhérente à la production des vinasses. Suivant une autre caractéristique de ce procédé, on effectue, en aval du réacteur, quatre détentes successives de la solution de xyloses, et les vapeurs de vinasses produites par échange de chaleur de la vinasse avec les vapeurs de furfural résultant de la première et de la deuxième détentes, réalisent respectivement le strippage de la liqueur produite par la deuxième et la troisième détentes. Suivant encore une autre caractéristique de ce procédé, au moins une partie des vinasses sortant de la distillation peut être vaporisée dans le but de chauffer le réacteur précité. L'invention concerne également une installation de fabrication de furfural à partir d'une solution aqueuse de xyloses, comprenant un réacteur pourvu d'au moins une conduite d'alimentation de la solution sous une pression appropriée, d'au moins une conduite d'amenée de fluide chauffant, et éventuellement d'au moins une conduite d'amenée d'agent acidifiant, ledit réacteur étant relié à au moins un organe de détente et de séparation des vapeurs contenant du furfural et de la liqueur résiduaire appauvrie en furfural, lequel organe de détente peut être relié à au moins un condenseur lui-même raccordé à une colonne de distillation d'où sortent le furfural purifié et les vinasses, caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit de recyclage des vinasses traversant au moins un rebouilleur alimenté par au moins un conduit en vapeurs de furfural provenant dudit organe de détente, et en ce qu'elle comprend au moins une colonne assurant le strippage de la liqueur provenant de cet organe de détente, par les vinasses vaporisées dans ledit rebouilleur et acheminées par un conduit raccordant ce rebouilleur à ladite colonne de strippage. Suivant un mode de réalisation préféré, cette installation comprend, en aval du réacteur, quatre organes de détente successifs, tandis que le circuit de recyclage des vinassés comprend d'une part une première conduite raccordée à un premier rebouilleur lui-même raccordé à une première colonne de strippage reliée à la sortie liqueur du deuxième organe de détente, et d'autre part une deuxième conduite raccordée à un deuxième rebouilleur lui-même raccordé à une deuxième colonne de strippage reliée à la sortie liqueur du troisième organe -de détente. On précisera encore ici que la sortie vapeur des premier et deuxième organes de détente et séparation est reliée par des conduits aux premier et deuxième rebouilleurs respectivement, tandis que la vapeur riche en furfural sort de la première colonne de strippage par une conduite communiquant avec la sortie vapeur du deuxième organe de détente, et que la vapeur riche en furfural sort de la deuxième colonne de strippage par une conduite communiquant avec la sortie vapeur du troisième organe de détente. Les vapeurs du troisième organe de détente et de la deuxième colonne de strippage sont acheminées vers un rebouilleur associé à la colonne de distillation et d'où elles sortent sous forme condensée par une conduite raccordée à la colonne de distillation ainsi qu'aux conduites d'évacuation des condensats des premier et deuxième rebouilleurs précités. Suivant encore une autre caractéristique de cette installation, le circuit de recyclage des vinasses comprend une troisième conduite traversant un troisième rebouilleur raccordé au réacteur par un conduit d'alimentation en vinasses vaporisées chauffant ledit réacteur. On comprend donc que, de cette façon, les vinasses peuvent être intégralement recyclées de sorte que la pollution, qui est essentiellement constituée par de l'acide acétique, dans le cas des liqueurs de pâte, est totalement évitée, et que, en outre, cet acide acétique qui est recyclé partiellement dans le réacteur entraîne d'une manière avantageuse une diminution des besoins en agent acidifiant pour la réaction. Cependant, si la situation de l'usine est telle que le non recyclage des vinasses ne pose pas de problème de pollution, on peut, alternativement, utiliser, pour l'alimention des bouilleurs, de l'eau chaude de préférence, et par exemple celle des condensats de l'installation de concentration de liqueur. On conserve ainsi les avantages du procédé en ce qui concerne l'économie de fluide chauffant et le fait que les échanges de chaleur se produisent entre des fluides non encrassants. Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère à la figure unique annexée montrant, suivant un exemple de réalisation, un schéma de principe d'une installation conforme au principe de cette invention. Sur cette figure, les flèches à trois traits représentent le trajet suivi par la solution liquide, les flèches à deux traits représentent le trajet suivi par les condensats, et les flèches à trait unique représentent le trajet suivi par les vapeurs. Comme on le voit clairement sur la figure, une solution aqueuse de xyloses LN, telle que par exemple une liqueur noire résiduelle de fabrication de pâte à papier ou de pâte textile, ou encore un jus de préhydrolyse est introduite par une conduite 1 dans un réacteur R en aval duquel sont prévus successivement et de manière étagée, un premier 2 et un deuxième 3 organes de détente et séparation, une première colonne de strippage 4, un troisième organe de détente et séparation 5, une deuxième colonne de strippage 6, un quatrième organe de détente et séparation 7, et une colonne de distillation 8 à laquelle est associé un rebouilleur 9 et d'où sortent, par une conduite 10 les vinasses de distillation des condensats chargés de furfural. Le circuit de recyclage des vinasses passant dans la conduite 10 se divise en une première conduite 11 raccordée à un rebouilleur 12 lui-même relié par une conduite 13 à la première colonne de strippage 4, en une deuxième conduite 14 raccordée à un deuxième rebouilleur 15 lui-même relié par une conduite 16 à la deuxième colonne de strippage 6, et en une troisième conduite 17 raccordée à un troisième rebouilleur 18 lui-même relié par un conduit 19 au réacteur R. Ce dernier est donc chauffé par les vapeurs V des vinasses vaporisées dans le rebouilleur 18 par échange de chaleur avec un circuit de fluide chauffant 18a. Il est à noter ici que le rebouilleur 18 pourrait être omis, sans sortir du cadre de l'invention, et dans ce cas, le réacteur R serait tout simplement chauffé par de la vapeur d'eau injectée dans le réacteur R. Toutefois, le chauffage de ce réacteur par les vinasses vaporisées sera préféré dans la mesure où, en procédant ainsi, on minimise les besoins en agent acidifiant pour la réaction et où on cherche à recycler un maximum de vinasses La solution de xyloses LN qui, dans le réacteur R, est à la pression P est envoyée par une conduite 20 dans le premier organe de détente 2 où elle est détendue à la pression P1. Cet organe de détente comporte une sortie 2a de vapeur V1 et une sortie 2b de liqueur L1 qui est détendue à la pression P2, inférieure à P1, dans le deuxième organe de détente 3. Celui-ci comporte une sortie 3a de vapeur V2 et une sortie 3b de liqueur L2. La vapeur V1 sortant en 2a du premier organe de détente 2 est envoyée au rebouilleur 12 où sa condensation permet la vaporisation des vinasses passant dans la conduite 11, pour donner dans le conduit 13, une vapeur V'2 à la pression P2. La liqueur L2 envoyée à la colonne de strippage 4 est par conséquent strippée par la vapeur V'2. La liqueur sortant en 4b de la colonne de strippage 4 est envoyée au troisième organe de détente et séparation 5 pour produire aux sorties 5a et 5b respectivement une vapeur V3 et une liqueur L3 à la pression P3, inférieure à P2 > ladite liqueur étant envoyée à la deuxième colonne de strippage 6. Les vapeurs V'2 sortant par la conduite 4a de la première colonne de strippage 4 sont mélangées avec les vapeurs V2 sortant du deuxième organe de détente 3 pour parvenir au deuxième rebouilleur 15 où, en se condensant, elles vaporisent les vinasses provenant de la conduite 14 pour donner une vapeur V'3 sous pression P3 envoyée à la deuxième colonne de strippage 6. Ainsi, la liqueur L3 sous pression P3 parvenant à la colonne 6 est strippée dans cette colonne par la vapeur V'3. La vapeur V'3 sort de la deuxième colonne 6 par une conduite 6a et est mélangée à la vapeur V3 sortant en 5a du troisième organe de détente 5 pour former un flux de vapeur acheminé par une conduite 21 vers le rebouilleur 9. La liqueur L3 sous pression-P3 sortant de la deuxième colonne de strippage 6 est envoyée par la conduite 6a dans le quatrième organe de détente et de séparation 7 où elle est détendue à la pression atmosphérique pour produire une vapeur VA sortant par la conduite 7aet une liqueur LA débarrassée du furfural et évacuée par la conduite 7b. La vapeur VA passant dans la conduite 7a est envoyée à un condenseur 22 produisant des condensats envoyés par le conduit 23 à la colonne de distillation 8. Les condensats sortant du premier rebouilleur 12, du deuxième rebouilleur 15 et du rebouilleur 9 associé à la colonne de distillation 8 sont recueillis respectivement par les conduites 24, 25 et 26 communiquant avec une conduite collectrice 27 reliée à la colonne de distillation 8. Cette colonne reçoit donc les condensats de V1, de V2 et V'2, de V3 et V'3 et de VA. Il sort de la colonne 8 une phase riche en furfural F et les vinasses. Les vinasses recyclées et allant aux rebouilleurs 18, 12 et 15 correspondent par conséquent et respectivement aux vapeurs V + V'2 + V'3. Quant aux vinasses produites, elles correspondent aux vapeurs V1 + V2 + V'2 + V3 + V'3 + Va - F, F étant la phase riche en furfural sortant de- la colonne 8. La différence entre les vinasses recyclées et les vinasses produites conduit par conséquent à l'expression V - V1 - V2 - V3 - VA + F. V est légèrement inférieur à V1 + V2 + V3 + VA, mais cette différence est faible, et, suivant les cas, supérieure ou inférieure à F. Dans le premier cas, il y aura un léger surplus de vinasses non recyclé et il pourra par exemple, être mélangé à la-liqueur LA sortant du quatrième organe de détente 7. Dans le deuxième cas, il y aura un léger défaut de vinasses pour le recyclage, et on pourra le compenser par une addition d'eau qui sera, par exemple, de l'eau de condensation provenant d'une installation classique d'évaporation de liqueurs noires. On donnera ci-après un exemple d'application du procédé et de l'installation selon cette invention. On peut par exemple traiter 30 tonnes par heure de liqueur provenant de la fabrication de pâte textile, ayant une teneur en matières sèches de 56,5%, et à une température de 1020C. Cette liqueur sera refoulée sous une pression de 24 bars absolus (P) dans le réacteur R par la conduite 1, et réchauffée à 2100C par injection de 5,12 tonnes/heure de vapeur V à une pression de 30 bars et à une température de 2339C produite par échange de chaleur, dans le rebouilleur 18, avec de la vapeur 50 bars-4500C suivant une quantité de 4,42 tonnes/heure. La liqueur réchauffée sortant du réacteur R suivant une quantité de 30 + 5,12, soit 35,12 tonnes/heure, sera détendue dans l'organe de détente 2 à 5,5 bars absolus (P1), ce qui produira une liqueur L1 de 32,08 tonnes/heure et une vapeur V1 de 3,04 tonnes/heure. La liqueur L1 détendue à nouveau dans l'organe de détente 3 à 4 bars absolus (P2) produira 0,55 tonne/heure de vapeur V2 et 31,53 tonnes/heure de liqueur L2. La vapeur V1 (3,04 tonnes/heure) sous pression de 5,5 bars (P1) produira à partir de vinasses à 1000C de la vapeur V'2 à une pression de 4 bars absolus (P2) suivant une quantité de 2,75 tonnes/heure. Cette vapeur servira à effectuer le strippage de la liqueur dans la première colonne de strippage 4 à la pression P2 de 4 bars. Les 31,53 tonnes/heure de la liqueur sortant par la conduite 4b de la colonne 4 seront détendues à 2,5 bars absolus (P3) dans l'organe de détente 5, ce qui produira 0,74 tonne/heure de vapeur V3 et une liqueur L3 suivant un débit de 30,79 tonnes/heure. Les vapeurs à 4 bars (P2), soit (V2 t V'2) 0,55 + 2,75 tonnes/heure = 3,30 tonnes/heure produiront à partir de vinasses à 1000C de la vapeur à une pression de 2,5 bars absolus (P3) suivant une quantité de 3,07 tonnes/heure (V'3). Cette vapeur V'3 servira à stripper la liqueur L3 dans la deuxième colonne de strippage 6 à la pression P3 de 2,5 bars. La liqueur L3 de 30,79 tonnes/heure, après strippage, est détendue dans l'organe de détente 7 à la pression atmosphérique ce qui produit une vapeur VA de 1,04 tonnes/heure et une liqueur LA suivant un débit de 29,75 tonnes/heure. La vapeur VA est condensée dans le condenseur 22. Les vapeurs 2,5 bars (P3), soit (V3 + V'3) 0,74 tonne/heure + 3,07 tonnes/heure, c'est-à-dire 3,81 tonnes/heure, sont envoyées au rebouilleur 9 de la colonne de distillation azéotrope 8. Cette colonne reçoit donc finalement les condensats de V1 = 3,04 tonnes/heure V2 = 0,55 tonne/heure V'2 = 2,75 tonnes/heure V3 = 0,74 tonne/heure V'3 = 3,07 tonnes/heure VA = 1,04 tonnes/heure soit au total 11,19 tonne/heure, et la phase riche en furfural (F) étant de 0,85 tonne/heure, les vinasses auront un débit de 11,19 - 0,85 = 10,34 tonnes/heure, alors que les besoins au recyclage sont de V = 5,12 tonnes/heure V'2 = 2,75 tonnes/heure V'3 = 3,07 tonnes/heure soit au total 10,94 tonnes/heure, si bien qu'il faudra ajouter 0,60 tonne d'eau par heure. La production finale de furfural rectifié étant de 0,68 tonne par heure, la consommation de vapeur est de: 4,42/0,68 soit 6,5 tonnes par tonne de furfural. On notera ici qu'il est possible de distiller les vinasses et d'en obtenir une phase riche en acide acétique et une phase essentiellement aqueuse. Ceci permettra de recycler au réacteur, sous forme de vapeur V, la phase riche en acide acétique, et aux colonnes de strippage 4 et 6 (de manière à produire les vapeurs V'2 et V'3), la phase essentiellement aqueuse. Dans ce cas, l'enrichissement en acide acétique au réacteur sera plus important et l'économie éventuelle d'agent acidifiant plus élevée. On a donc réalisé suivant l'invention un procédé et une installation qui permettent de fabriquer, à partir des vinasses, une vapeur qui sera utilisée pour stripper les liqueur de xyloses précédemment détendues et qui peut éventuellement être utilisée en outre pour chauffer le réacteur, si bien qu'au total, les problèmes de pollution par les vinasses seront évités. On ajoutera encore ici que le procédé selon cette invention est particulièrement économique en ce sens que les besoins calorifiques nécessaires pour la réaction sont suffisants pour assurer une extraction efficace du furfural. On notera également que ce résultat économique est obtenu sans échange de chaleur entre liqueur et vapeur ce qui évite tout risque d'encrassement des surfaces d'échange par la liqueur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de furfural à partir de solutions aqueuses de xyloses constituées par exemple par une liqueur noire résiduelle de fabrication de pate à papier ou un jus de préhydrolyse de pâte ou d'extraction de végétaux, et du type consistant à introduire tout d'abord ces solutions dans un réacteur où elles sont chauffées et éventuellement acidifiées, puis à soumettre ces solutions à au moins une détente pour obtenir des vapeurs de furfural et une liqueur résiduaire concentrée, ce après quoi les vapeurs de furfural sont condensées et les condensats sont distillés pour produire le furfural, caractérisé en ce qu'on utilise les vapeurs de furfural produites par ladite détente pour fabriquer une vapeur à partir des vinasses sortant de la distillation avec le furfural, lesquelles vapeurs de vinasses sont utilisées pour effectuer le strippage de ladite liqueur résiduaire afin de l'épuiser en fufural. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue en aval du réacteur quatre détentes successives des solutions précitées, et en ce que les vapeurs de vinasse produites par échange de chaleur de la vinasse avec les vapeurs de furfural résultant de la première et de la deuxième détente réalisent respectivement le strippage de la liqueur produite par la deuxième et la troisième détentes. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on vaporise au moins une partie des vinasses sortant de la distillation pour chauffer le réacteur précité. 4. Installation de fabrication de furfural à partir d'une solution aqueuse de xyloses, comprenant un réacteur (R) pourvu d'au moins une conduite d'alimentation de la solution sous une pression appropriée, d'au moins une conduite d'amenée de fluide chauffant, et éventuellement d'au moins une conduite d'amenée d'agent acidifiant, ledit réacteur étant relié à au moins un organe de détente et de séparation des vapeurs contenant de furfural et de la liqueur résiduaire appauvrie en furfural, lequel organe de détente peut être relié à au moins un condensateur lul-meme raccordé à une colonne de distillation d'où sortent le furfural purifié et les vinasses, caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit (10, 11, 14) de recyclage des vinasses traversant au moins un rebouilleur (12, 15) alimenté par au moins un conduit en vapeurs de furfural provenant dudit organe de détente (2, 3), et en ce que qu'elle comprend au moins une colonne (4,6) assurant le strippage de la liqueur provenant de cet organe de détente, par les vinasses vaporisées dans ledit rebouilleur et acheminées par un conduit (13, 16) raccordant ce rebouilleur à ladite colonne de strippage. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en aval du réacteur (R) quatre organes de détente successifs (2,3,5,7), tandis que le circuit de recyclage des vinasses comprend d'une part une première conduite (11) raccordée à un premier rebouilleur (12) lui-meme raccordé à une première colonne de strippage (4) reliée à la sortie liqueur (3b) du deuxième organe de détente (3), et d'autre part une deuxième conduite (14) raccordée à un deuxième rebouilleur (15) lui-même raccordé à une deuxième colonne de strippage (6) reliée à la sortie liqueur (5b) du troisième organe de détente (5). 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la sortie vapeur (2a, 3a) des premier (2) et deuxième (3) organes de détente et séparation est reliée aux premier et deuxième rebouilleurs (12, 15) respectivement, tandis que la vapeur riche en furfural sort de la première colonne de strippage (4) par une conduite (4a) communiquant avec la sortie vapeur (3a) du deuxième organe de détente-(3), et que la vapeur riche en furfural sort de la deuxième colonne de strippage (6) par une conduite (6a) communiquant avec la sortie vapeur (Sa) du troisième organe de détente (5). 7. Installation selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que les vapeurs du troisième organe de détente (5) et de la deuxième colonne de strippage (6) sont acheminées vers un rebouilleur (9) associé à la colonne de distillation (8), et d'où elles sortent sous forme condensée par une conduite (26) raccordée à la colonne de distillation (8) ainsi qu'aux conduites (24, 25) d'évacuation des condensats -des premier et deuxième rebouilleurs précités (12, 15). 8. Installation selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le circuit de recyclage des vinasses comprend une troisième conduite (17) traversant un troisième rebouilleur (18) raccordé au réacteur (R) par un conduit (19) d'alimentation en vinasses vaporisées chauffant ledit réacteur. 9. Installation selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que les vinasses utilisées peuvent etre remplacées totalement ou partiellement par de l'eau, de préférence chaude.