Brevet FR2646180A1 — publié le 19901026

i Z2646180 Procédé de ré.g u ation des conditions d'amenée ou._... __..... . _.de combustion de liqueurs concentrées de résidus présentant des propriétés chimiques et physiques différentes, pour _o b_._ o.___d.._.].. _.ú _ __ _Ye _ _r _. _ ___. _._.._.... __._ __._. ___in..n _._t..___. leur combustion dans une unité de récupération de soude ].e.u....._...s _. n...d.a._._n!_.L __..r._a.._..,__.,._e "_,,e, L'invention concerne un procédé de régulation des conditions d'amenée et/ou de combustion de liqueurs concentrées de résidus présentant des propriétés chimiques et physiques différentes, pour leur combustion dans une unité de récupération de soude, en déterminant la dilatation maximale lors du chauffage qui est subie par une particule de matière sèche de la liqueur à amener dans l'unité de récupération de soude, et en réglant les conditions d'amenée et/ou de combustion sur la base de la dilatation ainsi déterminée. On sait qu'on produit une liqueur de résidu dans 1'opératiocn de réduction en pâte et qu'en terme d'économie de la production de pulpe, il est très important que le pouvoir calorifique et les produits chimiques de cette liqueur de résidu soient récupérés de manière aussi poussée que possible pour être utilisés dans le processus de production des pulpes. Avant que cette liqueur de résidu soit brûlée de façon à dégager l'énergie thermique et à récupérer les produits chimiques, on fait évaporer l'eau de la liqueur de résidu, de sorte qu'on obtient une liqueur concentrée d'une teneur en eau d'à peu près 28 à 40 %, qui est ensuite brûlée dans une unité de récupération de soude, l'énergie thermique étant de ce fait dégagée étant récupérable dans le processus de production de pulpe et les produits chimiques étant récupérables par soutirage du fond de l'unité de récupération de soude et susceptibles d'être utilisés, après régénération, pour la préparation de la liqueur de cuisson. Etant donné que le prix de l'énergie a continuellement augmenté, il est devenu de plus en plus important, en terme d'économie du processus de la production de pulpe, de rendre la combustion de la liqueur dans une unité de récupération de soude aussi peu suJette à 2- 2Z646180 perturbations que possible de façon à obtenir une économie importante en produits chimiques, peu d'émissions et un haut rendement énergétique ainsi qu'un fonctionnement économique. Pour le fonctionnement primaire de l'unité de récupération de soude, par exemple la récupération et la régénération des sels destinés à la préparation de la liqueur de cuisson, il est nécessaire de créer dans la section inférieure de l'unité de récupération de soude une zone de réduction présentant une température élevée, avec ce que l'on appelle une pile dans sa section inférieure. Le degré de régénération dans l'unité est mesuré en terme de réduction du sulfure. La récupération des sels est mesurée sur la base des pertes de produits chimiques. Les pertes ne font pas l'objet d'un traitement lorsque des gaz, comme par exemple S02, font partie des gaz rejetés. C'est également une fonction de l'unité de récupération de soude de récupérer de la chaleur sur les gaz d'échappement. Le rendement de cette récupération peut être mesuré par la quantité de la perte par les gaz d'échappement, sous forme de proportion de gaz imbrOlés, et par la disponibilité de l'unité de récupération, qui est influencée par exemple du fait des arrêts dus à l'encrassement des surfaces du foyer. Le fonctionnement de l'unité de récupération de soude est affecté par de nombreux facteurs. La liqueur concentrée amenée dans l'unité de récupération contient encore une quantité relativement importante d'eau (3 peu près 28 à 40 %). Cette quantité d'eau doit être évaporée dans l'unité de récupération de soude et l'évaporation doit avoir lieu essentiellement à partir d'une chute d'une goutte de liqueur que l'on fait tomber sur la pile située au fond de l'unité de récupération de soude, avant que la goutte atteigne la surface de la pile. Si ceci ne s'est pas produit, une proportion importante de l'eau doit être évaporée de la surface de la pile, ce qui, bien sûr, diminue la température de la pile, ce oui augmente pour sa 3- 2646180 part l'émission de dioxyde de soufre et fait diminuer la réduction. On sait que le diamètre de la goutte, dans les unites de récupération de soude, varie dans un rapport d'à peu près 1 à 3. Certaines de ces gouttes sont à ce moment sèches, et la pyrolyse débute dans l'atmosphère gazeuse. Certaines des gouttes tombent humides dans la pile. La taille moyenne de goutte détermine le flux de matières sèches arrivant sur la pile. Si les propriétés de dilatation de la liqueur- varient, le flux mentionné ci- dessus de matières sèches sur la pile varie. Si l'eau s'est évaporée avant que les gouttes atteignent la pile, les gouttes deviennent, en subissant une dilatation, si légères qu'elles peuvent être captees par le flux de gaz ascendant dans l'unité de récupération de soude, auquel cas elles sont pyrolyses et brOlêes dans le flux de gaz, dort la charge en poussière augmente. Dúes efforts ont été tentés pour rendre la taille des gouttes de liqueur dans l'unité de récupération de soude telle que le teneur en matières sèches convienne au moment o une goutte touche la surface de la pile, et la faible quantité résiduelle d'eau quitte rapidement la surface de la pile et rend la pile poreuse. Ainsi, la pile du fond du foyer devient chaude, ce qui permet de réaliser une économie importante en produits chimiques et une bonne disponibilité. Une taille de goutte appropriée pour le fonctionnement de l'unité de récupération de soude a été déterminée visuellement sur la base de l'expérience, par exemple en observant la température de la pile sur le fond de l'unité de récupération de soude sur la base d'une couleur ou par mesure. Il a été remarqué que c'est la viscosité de la liqueur amenée dans l'unité de récupération de soude qui détermine en premier lieu la taille d'une goutte formée dans la chambre à gaz de l'unité de récupération de soude, lorsque, par exemple, la taille et le type des buses amenant la liqueur dans l'unité de récupération et la pression d'alimentation restent sensiblement constantes. Respectivement, lorsque la 4 - 4 - 26 Z46180 viscosité reste constante, la taille de la goutte est déterminée sous l'effet du diamètre de la buse, à un débit constant de liqueur. De façon à maintenir la taille de goutte, de la manière mentionnée cidessus, à une valeur qui a été trouvée expérimentalement comme étant bonne, la teneur en matières sèches de la liqueur concentrée, déterminée soit sur la base de la densité ou au moyen d'un réfractomètre, à été utilisée en tant que quantité de commande, et sur la base du résultat de mesure, des efforts ont été tentés pour déterminer les changements qui doivent être effectués concernant la température et la pression d'injection de la liqueur à amener dans l'unité de récupération de soude, de façon à produire des gouttes de la taille souhaitée dans la chambre à gaz de l'unité de récupération de soude. Des efforts ont été tentés dans ce cas principalemrrent pour régler la viscosité de la liqueur en la chauffant. Une telle régulation est décrite dans la publication Pulp and PRper 53, (1979), pages 142 à 145. La mesure aérométrique est communément utilisée pour mesurer la densité. La mesure des matières sèches au moyen d'un réfractomètre pour sa. part produit, lorsque la matière première et la digestion demeurent constantes, une quantité qui peut être utilisée dans la commande de l'unité de récupération de soude. Un fonctionnement sans perturbation de l'unité de récupération de soude a déjà été réalisé en maintenant le processus de production, et par conséquent les propriétés de la liqueur concentrée, aussi constants que possible, et par conséquent il a été possible de faire fonctionner le processus de combustion sous un réglage constant. Les broyeurs à pulpe utilisés auparavant fonctionnent avec un seul type de bois, déterminé broyeur par broyeur, et de même, on ne produisait usuellement qu'un seul type de pulpe, le résultat étant que la composition chimique de la liqueur de résidu restait plus ou moins inchangée. Le fonctionnement de l'installation d'évaporation était régulé de façon qu'une certaine teneur constante maximale en matière sèche était obtenue, en fonction de - 2646180 laquelle le processus de combustion était régulé. Des efforts ont été tentés pour réguler la teneur en matières sèches avec une précision d'à peu près 1,5 pour cent. Si les fluctuations sont importantes, elles se reflètent dans le fonctionnement de l'unité de récupération de soude, provoquant une variation du degré de réduction, des émissions de S02 gazeux et un encrassement de l'unité. Si des problèmes se sont manifestés, l'opérateur de l'unité de récupération de soude exécute un contrôle pour vérifier que les valeurs de processus de l'installation d'évaporation et de la digestion sont bien restées dans les limites de la plage de réglage. Les fluctuations de la composition chimiques de la liqueur concentrée devant être brûlée sont provoquées par des processus qui sont devenus de plus en plus ferrrmés, c'est-à-dire des cycles chimiques en circuit fermé. Les variations de la matière première requiert également de nouvelles valeurs pour la digestion, compliquant l'exploitation de l'installation d'évaporation. De même, des liqueurs provenant de processus de digestion de plus en plus différents sont brûlées dans la même unité de récupération de soude. Dans ces conditions, les propriétés de la liqueur ne peuvent être maintenues aussi constantes que précédemment. Lorsque des mélanges ou des liqueurs de digestion parallèles sont utilisées et lorsque d'autres déchets sont ajoutés à la liqueur de résidu concentrée, la perturbation est décalée directement dans l'unité de récupération de soude. En plus des perturbations majeures ci-dessus introduites dans l'unité de récupération de soude, le niveau général d'exigences imposé à l'équipement a augmenté. L'exigence d'une possibilité d'utilisation dans des conditions différentes a augmenté, alors que le niveau de S02 dans les gaz d'échappement et le degré de réduction dans le produit en fusion doit se situer à un niveau contrôlé. L'amenée de liqueurs concentrées ayant des propriétés chimiques et physiques variables dans l'unité de 6 - 2Z646180 récupération de soude, de façon à produire une taille adéquate de goutte dans l'unité a fait l'objet d'une régulation par variation des conditions d'alimentation de la liqueur amenée dans l'unité de récupération de soude, non seulement sur la base de la teneur en matières sèches mesurée à partir de la liqueur concentrée, mentionnée ci- dessus, mais en variante sur la base de la valeur de la viscosité, mesurée directement sur la liqueur amenée dans l'unité de récupération de soude, ainsi que décrit dans le brevet FI 64 409. L'utilisation de la mesure de viscosité en tant que quantité de contrôle pour la liqueur amenée est beaucouo plus rapide et simple que le fait de commander l'unité de récupération de soude sur la base d'une analyse des matières sèches. Sur la base des mesures de viscosité, il est possible d'ajuster les conditions d'alimentation rapidement à un niveau tel que la liqueur sortant par les buses forme des gouttes de la taille souhaitée. Par le brevet FI 70270, on connaît un procédé du type décrit au début de la présente description, pour contrôler les conditions d'amenée et/ou de combustion de liqueurs concentrées présentant des propriétés chimiques et physiques variables, pour leur combustion dans une unité de récupération de soude, en mesurant la dilatation maximale lors du chauffage d'une particule de matière sèche de la liqueur amenée dans l'unité de récupération de soude, et en réqglant les conditions d'amenée et/ou de combustion directement sur la base de la dilatation ainsi déterminée. Selon ce brevet FI 70 270, la dilatation maximale de la liqueur est mesurée en photographiant la dilatation d'une goutte dans un four laboratoire et en mesurant à partir des photographies les rapports des diamètres des gouttes ou en mesurant la combustion des gouttes d'une certaine taille dans un four à température constante, auquel cas la durée de la combustion est proportionnelle à la dilatation maximale. Les procédés de mesure sont, toutefois, relativement difficiles à exécuter et requièrent de la part de celui qui réalise les mesures une grande précision et un grand soin, et, du fait des facteurs humains, le résultat des mesures n'est pas toujours fiable. 7 2646180 Le but de la présente invention est de proposer un procédé de mesure simple et fiable, pour déterminer la dilatation qui exerce un effet sensible sur la combustion dans l'unité de récupération de soude. Selon la présente invention, ce problème est résolu par le fait que le rapport entre la lignine présente dans la liqueur concentrée et l'un quelconque ou les différents acides présents dans la liqueur concentrée est utilisé comme mesure de la dilatation. Selon une autre caractéristique de l'invention: - le rapport entre la lignine et les acides aliphatiques est utilisé comme mesure de la dilatation. - la température de la liqueur à amener dans l'unité de récupération de soude est régulée sur la base de la dilatation maximale déterminée sur la base de la mesure de la concentration en lignine et de la concentration en acide. - la valeur du pH de la liqueur à amener dans l'unité de récupération de soude est régul'e sur la base de la dilatation maximale déterminée sur la base de la mesure de la concentration en lignine et de la concentration en acide. - la pression d'injection de la liqueur à amener dans l'unité de récupération de soude est régulée sur la base de la dilatation maximale déterminée sur la base de la mesure de la concentration en lignine et de la concentration en acide. - la hauteur du point d'injection de la liqueur à amener dans l'unité de récupération de soude est régulée sur la base de la dilatation maximale déterminée sur la base de la mesure de la concentration en lignine et de la concentration en acide. - l'amenée d'air dans l'unité de récupération de soude est régulée sur la base de la dilatation maximale déterminée sur la base de la mesure de la concentration en lignine et de la concentration en acide. Ainsi, selon la présente invention, il a été observé qu'il était possible d'utiliser en tant que mesure de la dilatation le rapport entre la lignine présente dans 8 -2646180 la liqueur concentrée et un ou plusieurs des acides, par exemple les acides aliphatiques, présents dans la liqueur concentrée. et en particulière le rapport relatif à leur somme. Selon l'invention, il a été observe, de manière surprenante, qu'il existe une relation de dépendance mutuelle entre la dilatation et le rapport entre la lignine et les acides aliphatiques. Sur cette base, la dilatation peut être déterminée, selon l'invention, en mesurant la concentration de lignine et la concentration en acides aliphatiques dans la liqueur de résidu concentrée. Sur la base du résultat de ces dernières mesures. il est possible de réguler *les conditions d'amenée en réglant soit les propriétés chimiques soit les propriétés physiques de la liqueur de résidu concentrée. Par ailleurs, 1les propriétés physiques de la liqueur peuvent être régulées en chauffant ou en refroidissant la liqueur de façon à changer sa viscosité. Les conditions d'amenée peuvent également être réglées en modifiant la pression d'alimentation de la liqueur amenée dans l'unité de récupération de soude, la taille des buses d'amenée et/ou leur hauteur à partir du fond de l'unité de récupération de soude, ce qui affecte le temps que met une goutte de liqueur à tomber dans le foyer. En variante, ou en plus de ceci, les conditions de combustion dans l'unité de récupération de soude peuvent être régulées sur la base du résultat de la mesure en réglant la répartition de l'air primaire et de l'air secondaire amenés dans l'unité de récupération de soude. L'invention est décrite ci-dessous plus en détail, en référence à la figure 1 qui représente la dilatation spécifique de la liqueur concentrée en fonction du rapport entre lignine et acides aliphatiques. La figure i représente des résultats de mesure obtenus dans des équipements de laboratoire, qui sont décrits ci-dessous plus en détail. Des tranches (fractions tamisées de 2 à 4 mm) préparées à partir de bois de sapin (pinus sylvestris) ont été digErées dans un autoclave. Les digestions concernant les sulfates, l'anthraquinone (AQ) et la soude- 9 - 2646180 anthraquinone ont été réalisées dans les conditions de digestions suivantes: alcali effectif 22 % (exprimée en NaOH) du poids du bois teneur en sulfure 30 % addition de AQ 0,2 % du poids de bois rapport liquide/bois 4 1/kg durée du chauffage 90 minutes température maximale 175 C Les rendements ont été de: 63,4 % (sulfate), 64,2 % (anthraquinone), et 66,0 % (soude-anthraquinone). Les échantillons de liqueur ont été analysés pour déterminer la concentration en lignine et la concentration des acides. Les acides hydroxymonocarboxyliques et les acides hydroxydicarboxyliques ont été analysés par chromatographie en phase gazeuse de leur dérivés triméthyisily!e, ainsi que décrit dans la publication Alan, R., Niemela, K., Sjostrom, E.. J.Chromatogr. 301 (1984), pages 273 à 276. L'acide formique et l'acide acétique ont été déterminés par chromatographie en phase gazeuse de leurs esters benzyles, ainsi que décrit dans la publication Alén, R., Jannari, P., Sjôstrom, E., Finn. Chem. Lett. (1985>, pages 190 à 192. La concentration en lignine a été déterminée à partie du nombre de chlorine (SCAN-C 29:72), qui a été multiplié par le coefficient 0,899 (Kyrklund, B.. Strandell, G., Paperi ja Puu 51 (1969), pages 299 à 305). La dilatation a été déterminée principalement par le procédé développé par Hupa et al. (Hupa,M.,Solin,P.Hyoty, P., Journal of Pulp and Paper Science, Vol. 13, N 2, 1987). Les échantillons de liqueur ont été évaporés pour obtenir une teneur en matières sèche de 60 %. 10 à 12 gouttes de chaque liqueur ont été bral6es à une température de 800 C, et la combustion a été photographiée en utilisant une caméra vid6o. La dilatation maximale a été mesurée à partir du film vidéo. Le diamètre moyen d'une goutte dilatée a été calculé en utilisant la - 2646180 formule d= VR(b.c), dans laquelle b est la longueur de la goutte et c est la largeur de la goutte. En utilisant ce diamètre, la dilatation spécifique a été calculée en cm' pour un gramme de matière sèche originelle. 19 liqueurs différentes ont fait l'objet d'investigations et les résultats sont présentés dans la figure annexée. Comme on le voit sur la figure 1, il existe une corrélation visible entre la dilatation et le rapport entre la lignine et les acides aliphatiques. 11 - 2646180 REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation des conditions d'amenée et/ou de combustion de liqueurs concentrées de résidus présentant des propriétés chimiques et physiques différentes, pour leur combustion dans une unité de récupération de soude, en déterminant la dilatation maximale lors du chauffage qui est subie par une particule de matière sèche de la liqueur à amener dans l'unité de récupération de soude, et en régulant les conditions d'amenée et/ou de combustion sur la base de la dilatation ainsi déterminée, caractérisé en ce que le rapport entre la lignine présente dans la liqueur concentrée et l'un quelconaue ou les différents acides présents dans la liqueur concentrée est utilisé comme mesure de la dilatation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre la lignine et les acides aliphatiques est utilisé comme mesure de la dilatation. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la température de la liqueur à amener dans l'unité de récupération de soude est régulée sur la base de la dilatation maximale déterminée sur la base de la mesure de la concentration er. lignine et de la concentration en acide. 4.Procédg selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur du pH de la liqueur à amener dans l'unité de récupération de soude est ré:ulêe sur la base de la dilatation maximale déterminée sur la base de la mesure de la concentration en lignine et de la concentration en acide. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pression d'injection de la liqueur à amener dans l'unité de récupération de soude est régulée sur la base de la dilatation maximale déterminée sur la base de la mesure de la concentration en lignine et de la concentration en acide. 12 2646180 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisé en ce que la hauteur du point d'injection de la liqueur à amener dans l'unité de récupération de soude est régulée sur la base de la dilatation maximale déterminée sur la base de la mesure de la concentration en lignine et de la concentration en acide. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisé en ce que.l'amenée d'air dans l'unité de récupération de soude est régulée sur la base de la dilatation maximale déterminée sur la base de la mesure de la concentration en lignine et de la concentration en acide.