Brevet FR2730984A1 — publié le 19960830

La présente invention concerne une installation pour l'alimentation en peroxyde d'hydrogène d'une unité de traitement d'un site industriel. Elle s'applique en particulier à l'alimentation en peroxyde d'hydrogène d'une unité de blanchiment de pâte à papier dans un site de production de papier. De nombreux sites industriels sont consommateurs de grandes quantités de peroxyde d'hydrogène, en particulier, les sites de production de pâte à papier. Dans la pratique, le peroxyde d'hydrogène utilisé est toujours livré à l'unité de traitement, sous forme de solution acqueuse concentrée, par exemple de 50 à 70% en poids, par citerne ou par conteneur. Ce mode de fourniture de peroxyde d'hydrogène présente de nombreux inconvénients, notamment des problèmes de sécurité liés aux nombreuses opérations de déchargement des solutions concentrées de peroxyde d'hydrogène et des coûts associés à son transport et à sa dilution à la concentration d'emploi sur l'unité de traitement. La demanderesse a envisagé la production de peroxyde d'hydrogène en solution acqueuse plus faiblement concentrée sur l'unité de traitement du site industriel lui même. Toutefois, la plupart des sites fonctionnement quasiment en continu sur toute l'année, fréquemment au moins 360 jours par an et n'autorisent pas l'interruption de fourniture en peroxyde d'hydrogène. Une telle interruption est susceptible d'intervenir, par exemple lors des opérations d'entretien de l'installation de production de peroxyde d'hydrogène. L'invention a pour but de permettre une alimentation ininterrompue de l'unité de traitement en peroxyde d'hydrogène, tout en permettant les opérations d'entretien usuel de l'installation d'alimentation. A cet effet l'invention a pour objet une installation pour l'alimentation en peroxyde d'hydrogène d'une unité de traitement d'un site industriel, caractérisée en ce qu'elle comprend une installation principale de production de peroxyde d'hydrogène à une concentration d'utilisation, agencée sur le site même de l'unité de traitement, et une installation de secours, destinée à alimenter l'unité de traitement en cas d'arrêt de l'installation principale, comportant une réserve de secours de peroxyde d'hydrogène à une concentration de stockage supérieure à la concentration d'utilisation et des moyens de dilution du peroxyde d'hydrogène stocké raccordés entre la réserve et l'unité de traitement et permettant de réduire la concentration de peroxyde d'hydrogène stocké jusqu'à la concentration d'utilisation. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: - l'installation de secours comporte de plus des moyens d'injection d'un stabilisant dans le peroxyde d'hydrogène dilué - la concentration d'utilisation du peroxyde d'hydrogène est comprise entre 5 et 15% en poids - la concentration du peroxyde d'hydrogène en réserve est comprise entre 50 et 70% en poids - le poids du volume du peroxyde d'hydrogène en réserve est compris entre 100 et 200 tonnes - l'installation principale de production est du type mettant en oeuvre un procédé de production de peroxyde d'hydrogène à l'anthraquinone - l'unité de traitement est une unité de blanchiment de pâte à papier dans un site de production de papier. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple pour la compréhension de laquelle on se réfèrera aux dessins, dans lesquels - la figure 1 est un schéma synoptique d'une installation d'alimentation en peroxyde d'hydrogène selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'une installation principale de production de peroxyde d'hydrogène, intégré à l'installation de la figure 1, selon un mode de réalisation préféré. On a représenté sur la figure 1 une installation 10 pour l'alimentation en peroxyde d'hydrogène d'une unité de traitement 12 d'un site industriel. Cette unité de traitement 12 est par exemple une unité de blanchiment de pâte à papier d'une usine ou site de production de papier. L'installation 10 comprend une installation principale 14 de production de peroxyde d'hydrogène agencée sur le site même de l'unité de traitement 12. L'installation principale 14 est destinée à produire du peroxyde d' hydrogène a une concentration d'utilisation relativement faible comprise de préférence entre 5 et 15% en poids. L'installation 10 d'alimentation en peroxyde d'hydrogène comporte également une installation de secours 16 destinée à alimenter l'unité de traitement 12 en cas d'arrêt de l'installation principale 14. L'installation de secours 16 comporte une réserve de peroxyde d'hydrogène de secours 18 et des moyens 20 de dilution de peroxyde d'hydrogène stocké de type connu. Ces moyens de dilution 20 sont raccordés entre la réserve 18 et l'unité de traitement 12 par l'intermédiaire d'un conduit amont 22 et d'un conduit aval 24. Le peroxyde d'hydrogène stocké dans la réserve 18 est du type habituellement fourni sur le marché. Le peroxyde d'hydrogène en réserve a une concentration supérieure à la concentration d'utilisation, comprise de préférence entre 50 et 70% en poids, et un volume dont le poids est compris, de préférence, entre 100 et 200 tonnes, de manière à pouvoir approvisionner par exemple une unité de blanchiment de pâte à papier classique pendant environ une semaine. L'installation principale 14 est reliée à l'unité de traitement 12 par l'intermédiaire d'un conduit 26. Le conduit 24 en aval de la réserve 18 et le conduit 26 en aval de l'installation 14 sont raccordés à un même conduit 28 d'alimentation de l'unité de traitement 12. Des vannes 30,32 permettent d'isoler respectivement l'installation principale 14 et l'installation de secours 18 de l'unité de traitement 12. Le sens d'écoulement général des fluides est indiqué par des flèches sur la figure 1. Le fonctionnement de l'installation d'alimentation en peroxyde d'hydrogène selon l'invention peut être réalisé selon la manière décrite ci-dessous. Habituellement, le peroxyde d'hydrogène a la concentration d'utilisation souhaitée est fourni directement à l'unité de traitement par l'installation principale de production 14. Dans ce cas, cette dernière installation est reliée à l'unité de traitement 12 par ouverture de la vanne 30 alors que la réserve 18 est isolée de l'unité de traitement 12 par fermeture de la vanne 32. Lorsque l'installation principale 14 est arrêtée, notamment pour y effectuer des opérations d'entretien, cette installation est isolée de l'unité de traitement 32 par fermeture de la vanne 30, l'alimentation en peroxyde d'hydrogène de l'unité 12 se faisant par la réserve 18 après ouverture de la vanne 32. La concentration du peroxyde d'hydrogène stocké est réduite grâce aux moyens de dilution 20 Jusqu'à obtenir la concentration d'utilisation normalement fournie par l'installation principale de production 14. De préférence, l'installation de secours 16 comporte des moyens 34 d'injection dans le peroxyde d'hydrogène dilué d'un stabilisant de type connu, choisi par exemple parmi les composés carboxyliques, aminométhylène-carboxyliques, phosphoniques et aminométhylènephosphoniques, en particulier l'acide éthylènediamine tétraacétique (EDTA) ou ses sels, l'acide diéthylènetriamine pentaacétique (DTPA) ou ses sels, les acides polyacryliques, l'acide diéthylènetriaminepentaméthylènephosphonique ou ses sels, l'acide diamino-1,2NNN'N' tétramêthy- lènephosphonique ou ses sels, l'acide hydroxyéthylbisme- thylènephosphonique ou ses sels. Le stabilisant permet d'éviter la décomposition du peroxyde d'hydrogène à concentration relativement faible jusqu'à l'injection de ce peroxyde d'hydrogène dans l'unité de traitement 12. L'installation principale 14 de production de peroxyde d'hydrogène est de préférence du type mettant en oeuvre un procédé à l'anthraquinone. Une installation de ce type est représentée à la figure 2. L'installation de production 14 à la figure 2 comprend trois appareils principaux en forme de colonnes: un hydrogénateur catalytique 101, un oxydeur à contrecourant 102, et un extracteur à eau 103. Elle comporte également de nombreux équipements associés à ces trois appareils, dont seuls certains ont été représentés : un ensemble surpresseur-condenseur 104 de recirculation du mélange gazeux contenant l'hydrogène, associé à l'hydrogénateur ; un filtre 106, une pompe 107, un échangeur de chaleur 108, un réfrigérant à eau 109, un condenseur de tête 110 et un compresseur d'air 111 associés à l'oxydeur; une conduite 112, aussi courte que possible, reliant la base de l'oxydeur 102 à celle de l'extracteur 103 ; et un coalesceur 114 et une pompe 115 pour le recyclage de la solution de travail. On a également représenté sur la figure 2 une conduite 116 d'alimentation de l'hydrogénateur en hydrogène d'appoint, une conduite 117 d'alimentation en air du compresseur 111, une conduite 118 d'alimentation de l'extracteur 103 en eau déminéralisée, une conduite 119 de production de peroxyde d'hydrogène, qui part de la base de l'extracteur 103 et aboutit à l'unité de traitement 12 consommatrice de peroxyde d'hydrogène sous la même concentration, et une conduite 121 de recyclage de la solution de travail. La conduite 119 est reliée au conduit 26. L'installation de production de peroxyde d'hydrogène comprend de nombreux autres équipements bien connus dans la technique et non représentés, tels que des moyens de régénération de produits dégradés de la solution de travail, de mise en oeuvre du catalyseur, de récupération de solvant, etc. En fonctionnement, la solution de travail, constituée d'au moins un dérivé anthraquinonique et d'au moins un solvant organique, est introduite à la base de l'hydrogénateur 101 via la conduite de recyclage 121 reliée au refoulement de la pompe 115, et un courant de gaz contenant de l'hydrogène est également introduit à la base de l'hydrogénateur. Ce courant gazeux est constitue d'une part du courant gazeux soutiré au sommet de l'hydrogénateur, recirculé par l'ensemble surpresseur-condenseur 104, et d'autre part d'hydrogène d'appoint arrivant via la conduite 116. La solution de travail est ainsi partiellement réduite. La solution réduite, soutirée de la base de l'hydrogénateur par la pompe 107 via le filtre 106, contient donc des dérivés hydroquinoniques (par exemple 80* de tétrahydroanthrahydroquinone et 20t d'anthrahydroquinone). Le dérivé anthraquinonine constitutif de la solution de travail est choisi de préférence parmi les 2 alkyl 9,10 anthraquinones dans lesquelles le substituant alkyle comprend de 1 à 5 atomes de carbone, tel que les radicaux méthyle, éthyle, sec-butyle, tertio-butyle, tertio-amyle, ainsi que les dérivés tétrahydro-5,6,7,8 correspondants, ou parmi les dialkyl 9,10 anthraquinones dans lesquelles les substituants alkyle identiques ou différents comprennent de 1 à 5 atomes de carbone, tel que les radicaux méthyle, éthyle, tertiobutyle, par exemple 1,3 diméthyle, 1,4 diméthyle, 2,3 diméthyle, 2,7 diméthyle, 1,3 diéthyle, 2,7 ditertiobutyle, 2 éthyle 6 tertiobutyle et les dérivés tétrahydro-5,6,7,8 correspondants. Le solvant organique constitutif de la solution de travail est de préférence un mélange d'un composé non polaire et d'un composé polaire.Le composé non polaire est choisi de préférence parmi les coupes pétrolières à point d'ébullition supérieur à 140"C contenant majoritairement des hydrocarbures aromatiques comportant au moins 9 atomes de carbone, tel que les isomères du triméthylbenzene, les isomères du tétraméthylbenzène, le tertiobutylbenzène, les isomères du méthylnaphtalène, les isomè- res du diméthylnaphtalène.Le composé polaire est choisi de préférence parmi les alcools saturés comportant de préférence de 7 à 11 atomes de carbone, tels que le diisobutylcarbinol, le triméthyl-3,5,5 hexanol, 1' isohep- tanol, les esters d'acides carboxyliques tels que l'acétate de méthyle cyclohexyl commercialisé sous le nom de "Sextate", l'acétate d'heptyle, le benzoate de butyle, l'heptanoate d'éthyle, les esters de l'acide phosphorique tels que le phosphate de tributyle, le phosphate de tri (2 éthyl butyle), le phosphate de tri (2 éthyle hexyle), le phosphate de tri (n-octyle), les urées tétrasubstituées telle que la tétra (n-butyl urée). On entendra ci-dessous par "équivalent peroxyde d'hydrogène", la quantité de peroxyde d'hydrogène, exprimée en gramme, qu'un litre de solution de travail est susceptible de fournir à l'issue de l'étape d'oxydation si le rendement de cette étape dans l'oxydeur 102 est de 100%. Cette concentration massique potentielle en peroxyde correspond à une concentration molaire qui est égale à la concentration molaire de l'ensemble des formes anthrahydroquinoniques réoxydables dans la solution de travail. Elle dépend d'une part de la concentration en formes anthraquinoniques de la solution de travail de départ, et d'autre part des conditions d'hydrogénation en 101. Dans le cas présent, on effectue l'hydrogénation à une température comprise entre 50 et 700C, avec une pression dans le ciel gazeux de l'hydrogénateur (pression qui régule le débit d'hydrogène) de 0,8 à 1,5 bar environ, et on règle l'équivalent peroxyde d'hydrogène à une valeur comprise entre 7 et 9 g/l environ, par ajustement du temps de séjour dans l'hydrogénateur, pour une concentration donnée en formes anthraquinoniques. La solution de travail réduite soutirée de l'hydrogénateur est filtrée en 106 pour éliminer toute trace de catalyseur, puis refroidie en 108 puis en 109 jusqu'à une température de l'ordre de 35 à 40"C. La pression du ciel gazeux de l'oxydeur est maintenue à une valeur comprise entre 2 et 4 bars. La solution de travail réduite est ainsi oxydée en 102, le fluide de tête de l'oxydeur étant partiellement condensé en 110. Le peroxyde d'hydrogène formé par la réaction d'oxydation est soutiré de la base de l'oxydeur, dans une quantité égale au produit de l'équivalent peroxyde d'hydrogène précité par le rendement de l'oxydeur, en mélange avec la solution de travail de nouveau oxydée. Ce liquide est envoyé directement via la conduite 112, grâce à la différence de pression motrice à la base de l'extracteur 103, lequel fonctionne un peu au-dessus de la pression atmosphérique. Dans l'extracteur s'effectue une extraction liquide-liquide au moyen de l'eau déminéralisée introduite au sommet de l'extracteur. On soutire de la base de ce dernier une solution eau-peroxyde d'hydrogène, dont la concentration en peroxyde d'hydrogène est réglée sur la valeur nécessaire pour son utilisation directe dans l'unité de traitement 12. La solution de travail séparée du peroxyde d'hydrogène est soutirée du sommet de l'extracteur 103, débarrassée des gouttelettes de phase aqueuse qu'elle a entraînées dans le coalesceur 114, puis envoyée par la pompe 115 à l'échangeur de chaleur 108, dans lequel elle se réchauffe, et, de là, recyclée à la base de l'hydrogénateur 101. L'oxydeur 102 comporte une enveloppe extérieure contenant un garnissage organisé, ou des plateaux perforés simples ou des plateaux du type des plateaux de distillation, c'est-à-dire avec chacun une garde de liquide, des orifices de bullage du gaz montant à travers cette garde, et des moyens de descente de liquide d'un plateau au suivant, ou encore une combinaison d'un garnissage organisé et de tels plateaux. L'invention comporte de nombreux avantages. L'installation selon l'invention permet d'alimenter de façon ininterrompue une unité de traitement en peroxyde d'hydrogène, tout en permettant des opérations d'entretien de l'installation. Ainsi, lorsque l'installation principale de production de peroxyde d'hydrogène est arrêtée, l'installation de secours alimente l'unité de traitement à la place de l'installation principale. Les dimensions de la réserve 18 sont relativement faibles étant donné la concentration élevée du peroxyde d'hydrogène qui y est stocké. L'installation selon l'invention permet d'obvier les inconvénients dus à la fourniture de peroxyde d'hydrogène, sous forme de solution aqueuse concentrée, en particulier les risques associés aux opérations de déchargement. REVENDICATIONS 1. Installation pour l'alimentation en peroxyde d'hydrogène d'une unité de traitement (12) d'un site industriel, caractérisée en ce qu'elle comprend une installation principale (14) de production de peroxyde d'hydrogène à une concentration d'utilisation, agencée sur le site même de l'unité de traitement (12), et une installation de secours (16), destinée à alimenter l'unité de traitement (12) en cas d'arrêt de l'installation principale (14), comportant une réserve de secours (18) de peroxyde d'hydrogène à une concentration de stockage supérieure à la concentration d'utilisation et des moyens de dilution du peroxyde d'hydrogène stocké raccordés entre la réserve (18) et l'unité de traitement (12) et permettant de réduire la concentration de peroxyde d'hydrogène stocké jusqu'à la concentration d'utilisation. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'installation de secours (16) comporte de plus des moyens (34) d'injection d'un stabilisant dans le peroxyde d'hydrogène dilué. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la concentration d'utilisation du peroxyde d'hydrogène est comprise entre 5 et 15% en poids. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la concentration du peroxyde d'hydrogène en réserve est comprise entre 50 et 70% en poids. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le poids du volume du peroxyde d'hydrogène en réserve est compris entre 100 et 200 tonnes. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'installation principale de production (14) est du type mettant en oeuvre un procédé de production de peroxyde d'hydrogène à l'anthraquinone. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'unité de traitement (12) est une unité de blanchiment de pâte à papier dans un site de production de papier.