Brevet FR2679933A1 — publié le 19930205

i La présente invention concerne un procédé de production de liqueur blanche faisant intervenir une opération combinée d'extinction et de caustification, pour la production de pâte de cellulose. Dans les procédés classiques de production de pâte de cellulose par voie alcaline, l'extinction de la chaux et la caustification subséquente de la liqueur verte sont accomplies dans des unités séparées conçues chacune spécialement pour réaliser une seule étape du procédé Ainsi, la liqueur verte épaisse est introduite dans une unité d'extinction et de classification de la chaux dans laquelle elle est mélangée avec un débit mesuré de chaux qu'elle éteind Le mélange à base de chaux qui en résulte passe dans une section de classification pour le retrait des impuretés grossières et des produits qui n'ont pas réagi à l'aide d'un convoyeur ou d'un dispositif à rateaux qui gravit le fond incliné du réservoir de classification La suspension débarrassée des impuretés déborde de l'extincteur-classificateur pour pénétrer dans une série de réservoirs dans lesquels elle est agitée et dans lesquels la réaction de caustification, qui a déjà commencé dans l'extincteur, s'achève La suspension caustifiée passe ensuite dans un décanteur dans lequel la boue de chaux précipitée est séparée et est habituellement pompée dans un épaississeur pour être récupérée La liqueur blanche épaisse retirée du décanteur est ensuite prête à l'emploi pour la cuisson. La tendance présentée par des portions de la suspension réagissante à déborder d'un étage dans l'étage suivant sans être retenues dans une zone réactionnelle particulière pendant toute la durée voulue constitue un grave inconvénient du système d'extinction et de caustification conventionnel Le fait que des produits chimiques contournent ou courtcircuitent ainsi l'installation en réagissant donc de manière incomplète réduit l'efficacité du processus et ne permet pas d'utiliser au mieux les produits chimiques disponibles. On a proposé différents systèmes d'extinction et de caustification combinées sous pression Cependant, aucun de ces systèmes ne s'est révélé suffisamment économique ou efficace pour remplacer les systèmes conventionnels à deux étapes. Un système combiné de ce type fait intervenir un extincteur muni d'un sas à air pour éliminer les impuretés Cependant, ce système ne résoud pas de manière satisfaisante le problème posé par l'élimination des impuretés. Un autre système comprend un dispositif dans lequel le réacteur est maintenu sous pression mais dans lequel l'extincteur et le caustificateur ne sont pas sous pression Ces unités, qui fonctionnent avec un très faible rendement, ne sont pas très répandues dans l'industrie. Le brevet U S N 2539732 décrit un procédé d'extinction et de caustification de la chaux dans une unité unique Dans l'unité de caustification, la chaux (Ca O) est introduite en même temps que la liqueur verte La chaux est éteinte puis mélangée régulièrement avec la liqueur verte dans une série de plateaux de réaction pour achever la caustification L'unité peut être utilisée dans les cas o la chaux (solide) est en suspension dans un liquide (liqueur verte) avant d'être introduite dans l'unité L'unité est munie d'une multiplicité de plateaux et de racleurs/agitateurs pour faire passer les matières solides d'un plateau sur le plateau inférieur suivant Cependant, le système selon le brevet mentionné ci-dessus ne permet pas une élimination efficace des impuretés et autres solides des différents produits et liqueurs intermédiaires. Le brevet U S N 3 194638 concerne un extincteur-caustificateur combiné Dans ce cas également, le problème de l'élimination efficace des impuretés n'est pas traité de manière adéquate. Le brevet U S ne 4627888 décrit une extinction haute pression suivie par une caustification à la pression atmosphérique, tandis que le brevet U S. n 4 762 590 décrit un procédé dans lequel l'extinction et la caustification peuvent être réalisées sous une pression élevée Cependant, ce dernier brevet décrit l'extinction de la chaux avec la liqueur blanche plutôt qu'avec la liqueur verte. La présente invention propose un système d'extinction et de caustifi- cation en une seule étape qui permet une opération d'extinction et de caustification en une étape pour la production efficace et économique de liqueur blanche tout en réduisant fortement le nombre des appareils séparés qui sont nécessaires dans les systèmes conventionnels et en permettant l'élimination complète des impuretés et autres solides contaminants de la liqueur blanche. Ainsi, la présente invention propose un procédé d'extinction et de caustification en une étape pour produire de la liqueur blanche à partir de chaux vive et de liqueur verte décantée qui comprend l'introduction d'une suspension d'alimentation de chaux vive et de liqueur verte décantée dans une zone réaction- nelle d'extinction et de caustification sous pression et le maintien du mélange de chaux vive et de liqueur verte décantée dans la zone dans des conditions de tem- pérature, de pression et de durée suffisantes pour réaliser en une étape l'extinction de la chaux vive et la transformation de la chaux éteinte, par réaction avec la liqueur verte décantée; en une suspension contenant la liqueur blanche, qui est caractérisé en ce que les impuretés et une partie de la suspension contenant la liqueur blanche sont retirées de ladite zone réactionnelle d'extinction et de caustification, lesdites impuretés et une partie de la suspension contenant la liqueur blanche retirées de ladite zone réactionnelle d'extinction et de caustification sont mélangées avec la liqueur verte décantée, et ledit mélange est combiné à de la liqueur verte non décantée dans une zone de décantation de liqueur verte dans laquelle la liqueur verte décantée est séparée des matières particulaires contenues, constituées principalement par des résidus, de la boue et des impuretés. Selon la présente invention, le problème de l'élimination des impuretés, qui a considérablement entravé la technique considérée, est résolu en même temps que le coût de l'opération est grandement réduit et que son efficacité est augmentée. L'élimination des impuretés est accomplie dans un système fermé qui permet également une élimination efficace des résidus et de la boue. L'extinction et la caustification sont accomplies dans un système fermé sous pression ce qui élimine sensiblement les émissions dans l'atmosphère Le système sous pression minimise également le temps de rétention et le nombre et la taille des appareillages nécessaires L'extinction et la caustification combinées sous pression éliminent les pertes thermiques dans l'atmosphère et augmentent de 4 % la causticité de la liqueur blanche par rapport à l'optimum atmosphérique. L'extinction et la caustification sont accomplies avec le minimum d'agitation pour minimiser la dégradation des particules et améliorer les possibi- lités de filtration de la boue de chaux. Dans un mode de réalisation préféré, la liqueur verte est introduite dans la zone d'extinction et de caustification combinées dans des proportions différentes et en des points différents pour optimiser la taille des particules formées et l'effica- cité de la caustification. Dans un autre mode de réalisation préféré, le procédé selon l'invention comprend l'étape consistant à retirer de la zone d'extinction et de caustification la suspension contenant la liqueur blanche et à la décanter pour obtenir une liqueur blanche décantée. Dans un autre mode de réalisation préféré du procédé de la présente invention, au moins une partie de la liqueur verte décantée est recyclée pour être introduite dans la zone d'extinction et de caustification. Un autre mode de réalisation préféré de l'invention comprend l'étape qui consiste à introduire dans la zone d'extinction et de caustification de la liqueur verte décantée en plus de celle qui est contenue dans la suspension d'alimentation. L'homme du métier comprendra que le procédé de la présente invention peut être mis en oeuvre de manière continue, c'est-à-dire par introduc- tion continue d'une suspension d'alimentation de chaux vive et de liqueur verte décantée dans une zone réactionnelle d'extinction et de caustification sous pression et par maintien du mélange de chaux vive et de liqueur verte décantée dans la zone dans des conditions de température, de pression et de durée suffisantes pour réaliser en une étape l'extinction de la chaux vive et la transformation de la chaux éteinte en une suspension contenant la liqueur blanche, par réaction avec la liqueur verte décantée, par retrait continu d'au moins une partie de la suspension contenant la liqueur blanche de la zone, par retrait continu des impuretés et d'une partie de la suspension contenant la liqueur blanche de la zone réactionnelle d'extinction et de caustification, par mélange continu des impuretés retirées et d'une partie de la suspension contenant la liqueur blanche avec de la liqueur verte décantée, par combinaison continue dudit mélange avec de la liqueur verte non décantée dans une zone de décantation de liqueur verte, par retrait de la liqueur verte décantée de cette zone et recyclage de cette liqueur verte en vue de son introduction dans ladite zone d'extinction et de caustification. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels: la figure 1 est un schéma de principe du procédé d'extinction et de caustification en une étape de l'invention, et la figure 2 est une coupe transversale axiale de l'extincteur- caustificateur représenté sur la figure 1. Le procédé selon la présente invention est illustré sur le schéma de principe de la figure 1 De la chaux recalcinée (Ca O) est introduite depuis le silo de chaux 10 dans le mélangeur 12 dans lequel elle est mélangée avec la liqueur verte décantée recyclée d'une étape suivante ou fournie indépendamment du procédé par la conduite 16 De préférence, la liqueur verte est introduite dans le mélangeur en différents points, par exemple par des conduites 18 et 20, pour permettre un mélange optimal avec la chaux Le mélange étant réalisé, il est introduit par la pompe 21 et la conduite 24 dans l'extincteur-caustificateur combiné 22 De préférence, le temps de séjour dans le mélangeur 12, la pompe 21 et la conduite 24 est inférieur à 1 min pour éviter que la chaux et la liqueur verte ne réagissent mutuellement avant que le mélange atteigne le réacteur 22 Dans la suite, l'extincteur-caustificateur 22 sera désigné sous le terme de générateur de liqueur blanche. Le générateur de liqueur blanche 22 est alimenté en suspension de liqueur verte (Na 2 CO 3 + Na 2 S) et de chaux (Ca O + Ca CO 3) et en liqueur verte décantée par les conduites 14 et 15 Les produits chimiques actifs dans la réaction sont (H 20 + Na 2 CO 3) dans la liqueur verte et (Ca O) dans la chaux Dans une opération d'extinction et de caustification, la réaction se déroule en deux étapes. Tout d'abord, l'extinction se produit lorsque l'oxyde de calcium (Ca O) réagit avec l'eau contenue dans la liqueur verte pour former de l'hydroxyde de calcium (CalOHl 2) avec dégagement de chaleur, selon la réaction: Ca O + H 20 > Ca(OH)2, + chaleur La seconde réaction a lieu lorsque Ca(OH)2 réagit avec le carbonate de sodium (Na 2 CO 3) dans la liqueur verte pour former de l'hydroxyde de sodium (Na OH) et un précipité de carbonate de calcium (Ca CO 3), selon la réaction de caustification: Ca(OH)2 + Na 2 CO 3 2 Na OH + Ca CO 3 Bien qu'elles soient représentées en deux étapes, les réactions se chevauchent et se déroulent sensiblement en une étape du fait qu'une partie de la caustification a lieu sensiblement en même temps que l'extinction Normalement, la température de la liqueur verte et la température de la chaux qui pénètrent dans le mélangeur sont de 90,5 à 93,3 C ( 195 à 200 F) pour la liqueur et de 260 à 760 C ( 500 à 1 400 'F) pour la chaux, en fonction de la configuration du four à chaux La température à l'intérieur du générateur de liqueur blanche est de 112,8 C ( 235 F) et la pression de 55,1 x 103 Pa ( 8 psi) lorsque la température de la liqueur introduite est de 90,5 C ( 195 F) et la température de la chaux est de 260 C ( 500 F) A 90,5 'C ( 195 F) et 760 C ( 1 400 'F), respectivement, la température à l'intérieur du générateur sera de 125 'C ( 257-F) et la pression à l'intérieur du générateur sera de 117,2 x 103 Pa ( 17 psi). Lorsque la réaction dans le générateur de liqueur blanche 22 est achevée, la suspension est transportée par la conduite 26 au filtre 28, constitué par exemple par un filtre à disques sous pression, dans lequel le Ca CO 3 (boue) est séparé de la liqueur blanche décantée qui peut être utilisée sans autre traitement dans le procédé de production de pâte de cellulose. Le temps de séjour dans le générateur de liqueur blanche 22 est d'environ 1 h tandis que le temps de séjour dans un système conventionnel fonctionnant à la pression atmosphérique est d'environ 3 h. Les impuretés (particules grossières qui n'ont pas réagi) sont retirées du fond du générateur 22 en même temps qu'une partie (par exemple 0,5 à 2,0 %) de la suspension produite et sont mélangées dans le mélangeur 30 avec la liqueur verte décantée ( 5 à 15 % de la quantité totale de liqueur verte introduite dans le générateur 22) fournie par la conduite 33 et la vanne 32 qui est commandée par le dispositif de commande de débit 35 Le débit dans chacune des conduites 33 et 34 est mesuré par des capteurs de débit (non représentés) L'information obtenue est introduite dans le dispositif de commande de débit 35 qui commande la vanne 32 et la pompe 36 de manière à maintenir le débit voulu dans chacune des conduites 33 et 34 Les pointillés indiquent le passage des signaux électriques entre les capteurs des conduites 33 et 34, la vanne 32, la pompe 36 et le dispositif de commande de débit 35 Les appareillages de commande de ce type sont bien connus dans la technique Le mélange est introduit par la conduite 34 dans la pompe à vitesse variable 36 et de celle-ci par la conduite 37 dans la conduite 40 dans laquelle il est combiné avec la liqueur verte non décantée qui se dirige vers le décanteur de liqueur verte 38 Les impuretés et les résidus se déposent dans le décanteur 38 duquel ils sont pompés par la conduite 44 dans un filtre à résidus 42 qui est un filtre à couches destiné à réaliser un épaississement et un lavage Le fait de mélanger la boue de chaux et les impuretés avec la liqueur verte non décantée améliore le dépôt des résidus dans le décanteur et le lavage sur le filtre à couches. Eventuellement, les impuretés peuvent être retirées de la suspension dans un dispositif séparé, par exemple un extincteur. Le générateur de liqueur blanche 22 est représenté en détail sur la figure 2 Ce générateur 22 est une tour 102 à éléments superposés comportant quatre à huit compartiments 104 disposés verticalement qui sont suffisamment agités par des agitateurs 106 sous forme de pales et de racleurs et qui comprennent le racleur inférieur 112 Un moteur d'agitateur à vitesse variable, monté (par des supports non représentés) au sommet du générateur 22, entraîne en rotation l'arbre 103 disposé verticalement sur lequel sont fixés les agitateurs 106 et le racleur 112. L'agitateur qui racle le fond de chaque compartiment 104 déplace la chaux qui n'a pas réagi tour à tour vers la circonférence externe du fond d'un compartiment 104 sur deux et vers le centre du fond des autres compartiments o des ouvertures permettent un écoulement descendant (représenté par les flèches 108) de la chaux qui n'a pas réagi et de la chaux qui a réagi avec la liqueur Le fond de chaque compartiment est défini par une plaque horizontale 107 Sur la figure, les seconde et quatrième plaques 107 représentées, en comptant à partir du sommet, sont soutenues par des supports (non représentés) qui s'étendent depuis leurs bords externes respectifs jusqu'à la paroi interne du générateur 22 tandis que l'ouverture centrale pratiquée dans chacune de ces plaques permet à l'arbre 103 de les traverser. Les conduites d'entrée 109 (voir également la figure 1) traversent la paroi du générateur 22 et aboutissent dans des distributeurs 110 Ceci permet d'introduire la liqueur verte de manière dispersée au niveau des différents compar- timents 104 Chaque distributeur est conçu pour fournir 30 à 50 % du débit total. La suspension d'alimentation est introduite dans le générateur 22 par la conduite 24 Chaque distributeur circulaire 110 s'étend angulairement sur 360 ' et comporte une multiplicité d'ouvertures permettant de distribuer la liqueur verte vers le bas comme le montrent les flèches verticales. Au niveau du fond du générateur 22, l'agitateur 112 racle les côtés du générateur et maintient en suspension les particules de boue tandis que les impuretés se déposent (comme l'indiquent les deux flèches) puis se mélangent avec la liqueur verte dans le mélangeur 30 Ce mélangeur est sous forme d'une buse circulaire qui débouche dans la conduite de sortie 34 qui mène à l'entrée du décanteur de liqueur verte 38 De la liqueur verte peut également être introduite par la conduite 114. La liqueur caustifiée et la boue quittent le générateur 22 par un cône 118 fixé à la plaque inférieure 107 et par un tube interne qui débouche dans la conduite 26 La position de ce tube dans le générateur lui permet d'agir à la manière d'une chicane pour améliorer l'agitation Le cône et le tube sont revêtus intérieurement de Téflon pour éliminer les dépôts. Il est prévu des dispositifs de commande conventionnels et des éléments (non représentés) tels que des pompes à vitesse variable et des agitateurs à vitesse variable pour commander le débit de liqueur verte vers le mélangeur 12, le niveau à l'intérieur de celui-ci, le débit sortant de liqueur verte, le débit de liqueur verte vers le générateur 22, le niveau à l'intérieur de celui-ci et la vitesse de l'agitateur. REVENDICATIONS 1 Procédé d'extinction et de caustification en une étape pour la production de liqueur blanche à partir de chaux vive et de liqueur verte décantée, qui comprend l'introduction ( 24) d'une suspension d'alimentation de chaux vive et de liqueur verte décantée dans une zone réactionnelle d'extinction et de caustification sous pression ( 22) et le maintien du mélange de chaux vive et de liqueur verte décantée dans la zone dans des conditions de température, de pression et de durée suffisantes pour réaliser en une étape l'extinction de la chaux vive et la transformation de la chaux éteinte, par réaction avec ladite liqueur verte décantée, en une suspension contenant la liqueur blanche, caractérisé en ce que les impuretés et une partie de la suspension contenant la liqueur blanche sont retirées de ladite zone réactionnelle d'extinction et de caustification ( 22), lesdites impuretés et une partie de la suspension contenant la liqueur blanche retirées de ladite zone réactionnelle d'extinction et de caustification sont mélangées ( 30) avec la liqueur verte décantée, et ledit mélange est combiné à de la liqueur verte non décantée dans une zone de décantation de liqueur verte ( 38) dans laquelle la liqueur verte décantée est séparée des matières particulaires contenues, constituées principalement par des résidus, de la boue et des impuretés. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la suspension contenant la liqueur blanche est retirée de la zone d'extinction et de caustification ( 22) et le produit est décanté pour former une liqueur blanche décantée. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins une partie de la liqueur verte décantée est recyclée depuis la zone de décantation de liqueur verte ( 38) pour être introduite dans la zone d'extinction et de caustification ( 22). 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à introduire dans la zone d'extinction et de caustification ( 22) de la liqueur verte décantée en plus de celle qui est contenue dans la suspension d'alimentation. 5 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre en continu par introduction continue ( 24) de la suspension d'alimentation de chaux vive et de liqueur verte décantée dans la zone réactionnelle d'extinction et de caustification sous pression 22, par maintien du mélange de chaux vive et de liqueur verte décantée dans ladite zone dans des conditions de température, de pression et de durée suffisantes pour réaliser en une étape l'extinction de la chaux vive et la transformation de la chaux éteinte, par réaction avec la liqueur verte décantée, en une suspension contenant la liqueur blanche, par retrait continu ( 26) d'au moins une partie de la suspension contenant la liqueur blanche de la zone, par retrait continu des impuretés et d'une partie de la suspension contenant la liqueur blanche de la zone réactionnelle d'extinction et de caustification, par mélange continu ( 30) des impuretés retirées et d'une partie de la suspension contenant la liqueur blanche avec de la liqueur verte décantée, par combinaison continue dudit mélange avec de la liqueur verte non décantée dans une zone de décantation de liqueur verte ( 38), par retrait de la liqueur verte décantée de cette zone et par recyclage de cette liqueur verte en vue de son introduction dans ladite zone d'extinction et de caustification. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape qui consiste à décanter ladite partie de suspension contenant la liqueur blanche retirée de ladite zone ( 22) pour produire une liqueur blanche décantée. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la pression qui règne dans la zone réactionnelle d'extinction et de caustification ( 22) est supérieure à la pression atmosphérique. 8 Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la pression qui règne dans la zone réactionnelle d'extinction et de caustification ( 22) est supérieure à la pression atmosphérique.