Brevet FR2676476A1 — publié le 19921120

La présente invention concerne un procédé pour un système d'intégration en vue de l'évaporation de lessives épuisées et de la récupération des alcools dans des procédés de traitement de la pulpe ou pâte à papier brute (appelés ci-après procédés de pulpation) utilisant des lessives de cuisson à base d'alcool ou des lessives de cuisson correspondantes. Dans les procédés de pulpation, la méthode de cuisson est adaptée aux propriétés et à la qualité désirées du produit final, c'est-à-dire la pulpe ou pâte à papier brute constituée essentiellement de cellulose L'une des méthodes de cuisson les moins communes qui est utilisée est le procédé connu sous la dénomination "Organosolv", qui est basé sur des lessives de cuisson contenant des alcools en tant que substances actives, notamment du méthanol, ou d'autres substances liquides présentant un point d'ébullition inférieur à l'eau. Dans des procédès de pulpation de cellulose, selon la méthode au méthanol, on commence par soumettre à la vapeur les copeaux de bois Cette étape peut être suivie par une étape de préhydrolisation La cuisson est effectuée en deux stades Lors du premier stade, on procède à une cuisson des copeaux à l'aide d'une solution d'agents chimiques contenant sensiblement moitié méthanol et moitié eau La cuisson est effectuée à une température de l'ordre de 190 'C et elle dure de 20 à 50 minutes Dans le second stade, on ajoute de la soude caustique présentant une concentration de 18 à 22 % La température est maintenue entre 165 et 1750 C, l'étape durant environ 60 minutes. Après la cuisson, ou partiellement intégrée à la cuisson, débute l'opération de lavage de la pulpe Le but de cette opération est d'éliminer de la pulpe, par lavage, des substances qui ont été dissoutes lors de la cuisson, telles que la lignine, et d'initier la récupération des agents 2 - chimiques de cuisson Le liquide de lavage, appelé ici lessive épuisée, contient du méthanol qui provient partiellement du liquide de cuisson délivré, partiellement produit lors de la cuisson et dont le pourcentage en poids est de l'ordre de 17 à 20 % La lessive épuisée contient également environ 10 à 15 % de matières sèches La lessive épuisée est généralement soumise à une évaporation jusqu'à l'obtention d'une teneur en matières sèches de l'ordre de 55 à 65 % si bien que la lessive, également appelée lessive épaisse, peut être brûlée dans une chaudière et les agents chimiques peuvent être récupérés à partir des substances organiques dissoutes, tout en récupérant de la chaleur. Lorsque la lessive épuisée arrive au système évaporateur, outre le fait qu'elle présente une température élevée, elle est également sous une pression élevée et elle contient des substances volatiles à un degré tel qu'elle est classée comme étant facilement inflammable et explosive. Tout ceci rend coûteux et difficile son stockage intermédiaire, avant et pendant l'évaporation Le stockage doit prendre place dans un conteneur sous pression ou bien la lessive doit être refroidie jusqu'à une température inférieure à 500 C, avant d'être stockée Grâce à la présente invention, la récupération des substances chimiques et l'évaporation peuvent être effectuée de manière à éliminer la nécessité d'un stockage intermédiaire ou d'un conteneur tampon. Lorsque la lessive épuisée arrive au système évaporateur, qui généralement est un évaporateur multi- étages, l'eau s'évapore en premier lieu de la lessive et la teneur en substances volatiles est réduite par détente en plusieurs étapes, ce qui rend possible l'évaporation. Une teneur élevée en substances volatiles, telles que du méthanol, abaisse considérablement la température de condensation et nuit également au transfert thermique pour d'autres motifs, ce qui rend encore moins économique le procédé classique d'évaporation en cascades Ces problèmes 3 - ont été résolus grâce à la présente invention Le transfert thermique peut être amélioré lorsqu'on utilise des surfaces d'échanges thermiques divisées pour l'évaporation, ce qui permet une ventilation importante et une séparation anticipée des substances volatiles Pour cette raison, il n'est pas nécessaire de prévoir un stockage intermédiaire de la lessive épuisée La condensation par chauffage est effectuée dans chaque dispositif, au moins avant l'épaississeur final, sur plusieurs surfaces d'échanges thermiques, séparées les unes des autres Les surfaces d'échanges thermiques dans les systèmes d'évaporation peuvent consister en des tubes ou des plaques. Une partie de la surface d'échanges thermiques dans un système d'évaporation peut condenser de la vapeur de lessive provenant du système d'évaporation précédent et une partie séparée de la surface d'échanges thermiques dans le même système d' évaporation peut condenser de la vapeur de lessive détendue La vapeur de lessive contient moins de susbstances volatiles que la vapeur de lessive détendue Etant donné que ces vapeurs, selon l'invention, ne sont pas mélangées les unes aux autres avant leur utilisation en tant que moyen de chauffage dans l'étape suivante, il est possible d'utiliser une température de condensation plus élevée, de façon efficace Il est ensuite également possible de traiter séparément des condensais contenant différentes quantités de substances volatiles. Des avantages supplémentaires, selon la présente invention, sont obtenus en injectant de l'eau pure, un condensat de vapeur ou de la vapeur sur le côté le plus chaud de l'évaporateur afin d'accroître la température de condensation, ce qui alors augmente la différence de température utile disponible L'addition d'eau à la vapeur entraîne un nouvel état de l'équilibre entre la vapeur et le liquide, ce qui fait que la concentration de substances volatiles, par exemple du méthanol, dans la vapeur, est plus 4 - faible et que la température de condensation de la vapeur est plus élevée De préférence, on ajoute de l'eau aux vapeurs riches en méthanol, telles que des vapeurs de lessives détendues, qui sont produites dans des réservoirs de détente avant les unités d'évaporation. Sur le côté de la lessive des dispositifs d'évaporation, la lessive circule vers les moyens de distribution (un ou plusieurs) qui sont soit communs soit divisés pour les surfaces d'échanges thermiques divisées et la vapeur de lessive est évaporée vers un compartiment de vapeur qui n'est pas divisé. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci- après en référence au dessin annexé dont la figure unique représente schématiquement une installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. De la lessive épuisée provenant du département cuisson est évaporée dans une installation d'évaporation qui comprend plusieurs réservoirs de détente et trois unités évaporateurs 103, 102 et 101 (épaississeur final) reliées en série Les unités évaporateurs sont pourvues de surfaces d'échanges thermiques pour le chauffage et l'évaporation de lessive à l'aide d'un moyen de chauffage Au moins les côtés lessive de ces unités évaporateurs sont divisés de manière à former deux ou plusieurs compartiments séparés de condensation Il est alors possible de condenser séparément des vapeurs contenant des quantités différentes de méthanol. L'installation d'évaporation illustrée sur la figure unique du dessin annexé, fonctionne selon le principe du contre-courant La lessive épuisée 10 provenant du département de cuisson est détendue à une température et à une pression plus faibles dans les premiers réservoirs de détente 109, 111 de manière que la température de la lessive décroisse jusqu'à une valeur proche de la température de la lessive qui prévaut dans la première étape. Le premier moyen d'évaporation, c'est-à-dire - l'épaississeur final 101 fonctionne grâce à de la vapeur fratche 30 et la vapeur de la lessive évaporée 40 provenant de ce moyen d'évaporation actionne une partie du second moyen d'évaporation 102 La partie restante de la surface d'échanges thermiques de ce moyen d'évaporation est actionnée par de la vapeur détendue 20, 21 provenant des premiers réservoirs de détente de vapeur 109, 111. La lessive 50, 51 provenant des premiers réservoirs de détente 109, 111 est transmise au réservoir de détente suivant 113 et la vapeur de lessive détendue qui en provient est condensée lors de la troisième étape 103 dans une partie séparée de la surface d'échanges thermiques Une autre partie de la surface d'échanges thermiques dans cette unité évaporateur 103 condense la vapeur 41 provenant de la seconde étape 102 Une partie séparée de la surface d'échanges thermiques dans ce dispositif peut être également utilisée pour le refroidissement du condensat de vapeur fraiche. La lessive 52, provenant du second réservoir de détente 113 passe dans un troisième réservoir de détente 116 et la troisième vapeur détendue 23 est condensée dans une partie de la surface d'échanges thermiques d'une chaudière 104 qui commande une colonne 105 La vapeur de lessive 42 et les vapeurs de détente de condensat provenant des étapes précédentes sont condensées sur une partie séparée de la surface d'échanges thermiques dans la chaudière 104 Les condensats 70, 71, 72 et 73 provenant de la seconde et de la troisième étape sont détendus dans des réservoirs de détente 112, 114, 115, 117 et 118. Après la détente, la lessive 53 passe du réservoir de détente 116 vers la troisième étape 103 et elle circule vers des moyens de distribution qui sont soit communs soit divisés pour les différentes surfaces d'échanges thermiques La vapeur 42 qui s'évapore de la lessive est extraite au travers de l'orifice d'évacuation du dispositif 103 A partir de la troisième étape 103, la lessive passe vers la seconde étape 6 - 102 A partir de la seconde étape, la lessive traverse un système de préchauffage 107 à partir duquel la lessive 56 passe dans un épaississeur final classique 101. Le système de préchauffage 107 condense de la vapeur détendue, provenant du condensat de vapeur franche qui a été détendue dans les réservoirs de détente 108 et 110 Ce système de préchauffage 107 peut également condenser de la vapeur de lessive détendue 20 (non représentée) et dans ce cas, on améliore l'économie thermique du système Ce système de préchauffage améliore les transferts thermiques lors de la première étape en augmentant la température de la lessive avant l'étape finale qui fonctionne avec la lessive la plus épaisse et la plus visqueuse. La lessive épaisse finalement évaporée 57 est extraite de l'épaississeur final 101. De l'eau ou un condensat de vapeur est injecté dans les vapeurs 20, 21, 22, 23, 42 afin d'augmenter la température de condensation. Une colonne de distillation 105 dans laquelle on récupère, par strippage la teneur en méthanol du condensat, est intégrée dans l'installation Les condensats 74 et 75 provenant de la chaudière 104 sont amenés dans la colonne à laquelle de la vapeur 43 provenant de la chaudière est délivrée pour assurer le strippage du méthanol et d'autres substances volatiles des condensais La colonne 105 et la chaudière \ 104 sont disposées entre la dernière étape d'évaporation et un condenseur à surfaces 106 Grâce à cette disposition, de grandes quantités de vapeur pure peuvent être entraînées au travers de la colonne, ce qui permet de récupérer le méthanol. Le condensat épuré qui est extrait à la base de la colonne de distillation peut être utilisé lors du lavage de la pulpe et dans la chaudière 104, dans laquelle il est vaporisé pour être ensuite dirigé sur la colonne 105. La vapeur 44 provenant de la colonne de distillation et les vapeurs 90, 91, 92, 93, 94, 95 provenant des unités 7 7- évaporateurs 102 et 103 et de la chaudière 104, qui contiennent toutes du méthanol sont condensées dans le condenseur à surfaces afin de récupérer le méthanol 12 Une partie de la surface d'échanges thermiques du condenseur à surfaces refroidit les gaz 96 qui quittent l'installation. Grâce à la présente invention, on peut récupérer de façon économique des produits finaux de haute qualité, qui peuvent tous être utilisés directement dans la même installation de la façon suivante: Le méthanol dans le département cuisson, le condensat de vapeur de lessive dans le compartiment lavage, et les gaz et la lessive épaisse en tant que combustible dans les chaudières. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation et de mise en oeuvre décrit et/ou représenté ici mais qu'elle en engloge toutes les variantes. 8- REVENDICATIONS 1 Procédé pour l'évaporation de lessives épuisées et pour la récupération des substances volatiles à partir de lessives épuisées dans des procédés de traitement de la pulpe ou pâte à papier brute, caractérisé en ce que la lessive épuisée est concentrée, par étape, dans une pluralité de dispositifs d'évaporation, montés en série et pourvus de surfaces d'échanges thermiques dont certaines au moins sont divisées, les vapeurs qui ont été utilisées dans un seul et même dispositif étant condensées sur le côté vapeur du dispositif, sur plusieurs surfaces d'échanges thermiques séparées les unes des autres, les substances volatiles étant séparées et récupérées à partir des condensats de chaque dispositif d'évaporation. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on ajoute de l'eau pure, du condensat de vapeur ou de la vapeur sur le côté vapeur du dispositif afin d'augmenter la température de condensation de la vapeur. 3 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les condensats sont amenés à une chaudière et à une colonne de distillation afin d'évaporer les substances volatiles. 4 Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que la colonne de distillation est alimentée par la vapeur produite par la chaudière. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la lessive, sur le côté lessive, est mise en circulation vers un ou plusieurs moyens de distribution qui sont soit communs, soit divisés pour les surfaces d'échanges thermiques divisées et en ce que la lessive est évaporée vers un compartiment vapeur qui n'est pas divisé. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la lessive 9- épuisée est détendue en plusieurs étapes avant l'évaporation et en ce que les vapeurs détendues ainsi obtenues sont utilisées en tant que moyens de chauffage lors de l'évaporation. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la lessive qui est transférée à l'étape d'épaississement final est chauffée dans un système de préchauffage par la chaleur de la vapeur détendue ou par de la vapeur fraiche, à une température supérieure à la température de cuisson. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les substances volatiles sont des alcools ou des composants similaires dont les solutions permettent d'obtenir la délignification lors de la cuisson de la pulpe. 9 Dispositif pour réaliser l'évaporation de lessives épuisées ainsi que la récupération de substances volatiles à partir de lessives épuisées caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'unités évaporateurs ( 101, 102, 103), montées en série et pourvues de surfaces d'échanges thermiques, au moins une partie ( 102, 103) des unités évaporateurs comportant des surfaces d'échanges thermiques qui sont divisées de manière que dans un seul et même dispositif deux ou plusieurs compartiments séparés soient formés sur le côté vapeur, et des moyens ( 104, 105, 106) pour assurer la séparation et la récupération des substances volatiles à partir des condensats qui sont produits lors de l'évaporation. 10 Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour délivrer de l'eau ( 11), un condensat de vapeur ou de la vapeur sur le côté vapeur.