Brevet FR3041664A1 — publié le 20170331

SYSTÈME ET PROCÉDÉ D'EPUISEMENT DE COMPOSES ORGANIQUES VOLATILS A PARTIR D'UN CONDENSAT IMPUR Domaine de l'invention La présente invention concerne le traitement de condensats impurs, tels que ceux produits par des usines de fabrication de pâte de bois kraft. Contexte de l'invention Dans les procédés des usines de pâte kraft, une liqueur noire est produite par des digesteurs. Cette liqueur noire est soumise à un procédé d'évaporation qui produit typiquement diverses catégories de condensat allant d'un condensat relativement pur à un condensat impur. Les condensats impurs provenant d'évaporateurs contiennent typiquement des composés sulfurés réduits et des composés organiques tels que le méthanol qui contribuent largement à la pollution de l'eau par les usines de pâte sous forme de demande biochimique d'oxygène (DBO) et à la toxicité et à la pollution de l'air sous forme de composés organiques volatils. Pour ces raisons, les condensats impurs sont généralement recueillis et traités en épuisant les 20 polluants à partir du condensat impur. La vapeur d'eau de l'installation est typiquement utilisée pour purifier le condensat impur. Cette approche n'est pas la plus rentable de traiter le toujours la façon condensat impur. 25 Par conséquent, il a fallu et il faut toujours une approche économique et pratique du traitement de 3041664 2 condensat impur, notamment ceux produits dans les procédés d'usine de pâte kraft. Résumé de l'invention 5 La présente invention concerne un système et un procédé de traitement de condensat impur. Le condensat impur est dirigé à travers une machine d'épuisement par entraînement à la vapeur d'eau pour produire un condensat pur. Une portion du condensat pur est 10 évaporée par un flux de vapeur riche en éléments volatils produit par la machine d'épuisement par entraînement à la vapeur d'eau au cours du traitement du condensat impur. La vapeur produite par l'évaporation du condensat pur est dirigée vers un ou 15 plusieurs recompresseurs mécaniques de vapeur à commande électrique qui compriment et produisent ainsi la vapeur d'eau qui est utilisée dans la machine d'épuisement par entraînement à la vapeur d'eau. Dans un mode de réalisation particulier de la 20 présente invention, le procédé comporte le traitement du condensat impur. Le condensat impur est dirigé vers le bas à travers une colonne d'épuisement. Le procédé entraîne la production de vapeur d'eau et le fait de diriger la vapeur d'eau vers le haut à travers la 25 colonne d'épuisement et l'épuisement de composés volatils à partir du condensat impur pour produire un condensat pur et un flux de vapeur riche en éléments volatils qui contient des composés volatils. Le flux de vapeur riche en éléments volatils est dirigé vers un 30 condenseur à reflux qui condense une portion du flux de vapeur riche en éléments volatils pour produire un 3041664 3 reflux. Le procédé et le système sont utilisés pour diriger au moins une portion du condensat pur de la colonne d'épuisement à travers le condenseur à reflux et pour évaporer partiellement le condensat pur afin de 5 produire un flux de vapeur. Le flux de vapeur est dirigé vers une ou plusieurs unités de recompression mécanique de vapeur alimentées électriquement qui recompriment et convertissent ainsi le flux de vapeur en vapeur d'eau qui est alors dirigée dans la colonne 10 d'épuisement. D'autres objets et avantages de la présente invention apparaîtront à l'étude de la description qui suit et des dessins qui l'accompagnent qui sont simplement illustratifs de cette invention. 15 Description des dessins La figure 1 est une illustration schématique du système et du procédé d'épuisement de composés organiques volatils à partir de condensat impur. Description d'exemples de modes de réalisation Dans ce qu'on appelle le procédé kraft, les usines de pâtes produisent une liqueur noire. La liqueur noire est soumise à un procédé d'évaporation qui produit un 25 condensat qui, en grande partie, peut être utilisé lors de divers processus dans l'usine de pâte. En général, le condensat produit lors du procédé d'évaporation peut être groupé selon sa qualité ou sa pureté. Par exemple, le condensat de plus haute qualité (catégorie A) est 30 souvent utilisé pour le lavage de pâte tandis qu'un condensat de qualité intermédiaire (catégorie B) peut 3041664 4 être utilisé dans la section de caustification de l'usine de pâte. L'évaporation de la liqueur noire produit également le condensat impur. Dans certaines usines de pâte, un condensat impur supplémentaire est 5 produit par des procédé d'épuisement associés au digesteur de pâte. Du condensat impur peut également être produit dans la chaudière de récupération. En tout cas, le condensat impur comporte du méthanol et d'autres composés volatils qui sont libérés pendant les 10 premières étapes du procédé d'évaporation. En général, le condensat impur contient du méthanol, des composés sulfurés réduits et d'autres composés tels que l'éthanol, l'acide acétique, menant tous à des niveaux inacceptables de demande chimique d'oxygène (DO0). 15 La présente invention a pour objet un système et un procédé permettant d'éliminer le condensat impur produit lors de procédé industriels, comme dans des usines de pâte. Comme évoqué ci-dessous, le condensat impur est dirigé à travers une machine d'épuisement qui 20 élimine les composés volatils du condensat impur et produit un condensat pur. Une portion du condensat pur est évaporée par un flux de vapeur riche en éléments volatils produit par la machine d'épuisement par entraînement à la vapeur d'eau. La vapeur produite par évaporation du condensat pur est dirigée vers un ou plusieurs recompresseurs mécaniques de vapeur à commande électrique qui produisent de la vapeur d'eau qui est utilisée dans la machine d'épuisement par entraînement à la vapeur d'eau pour épuiser des 30 composés volatils à partir du condensat impur. 3041664 5 En référence particulière au dessin (figure 1), le condensat impur 12 est dirigé vers un préchauffeur 18 qui chauffe le condensat impur. La chaleur est fournie au préchauffeur 18 par un condensat purifié 5 relativement chaud 14A produit par le système. Lors du procédé de chauffage du condensat impur, le condensat purifié chaud est refroidi. Après que le condensat impur 12 a été chauffé par le préchauffeur 18, il est dirigé dans la portion supérieure d'une colonne 10 d'épuisement 20. En général, le condensat impur est injecté ou dirigé dans la colonne d'épuisement 20 en dessous de la section de rectification de la colonne d'épuisement. De la vapeur d'eau 32 est injectée dans la partie inférieure de la colonne d'épuisement 20. La 15 génération de la vapeur d'eau 32 qui est injectée dans la colonne d'épuisement 20 est évoquée ultérieurement ici. En tout cas, la vapeur d'eau 32 dirigée dans la partie inférieure de la colonne d'épuisement 20 remonte à travers la colonne d'épuisement et entre en contact 20 avec le condensat impur s'écoulant vers le bas. Lors du procédé, la vapeur d'eau 32 se déplaçant vers le haut à travers la colonne d'épuisement épuise ou élimine des composés volatils à partir du condensat impur. Cela produit un flux de vapeur riche en éléments volatils 16 25 qui est évacué à partir de la portion supérieure de la colonne d'épuisement 20. L'épuisement de composés volatils à partir du condensat impur dans la colonne d'épuisement 20 produit un condensat pur 14 qui est pompé ou dirigé à partir du bas de la colonne d'épuisement 20. 3041664 6 Le flux de vapeur riche en éléments volatils 16 évacué à partir de la colonne d'épuisement 20 est dirigé dans et à travers un condenseur à reflux 22. Dans le condenseur à reflux, une portion du flux de 5 vapeur riche en éléments volatils 16 se condense et forme un reflux liquide qui est recueilli dans la calandre du condenseur à reflux. Le flux de vapeur riche en éléments volatils 16 s'écoule alors du condenseur à reflux 22 vers un condenseur 10 d'épuisement 24. A noter, de l'eau de refroidissement ou autre milieu de refroidissement tel que par exemple la liqueur noire froide est dirigée dans et à travers le condenseur d'épuisement 24 pour aider ou faciliter la condensation d'une portion du flux de vapeur riche 15 en éléments volatils passant à travers le condenseur d'épuisement. Comme avec le condenseur à reflux 22, une portion du flux de vapeur riche en éléments volatils se condense sous forme de reflux liquide dans le condenseur d'épuisement 24 et se recueille dans la 20 calandre du condenseur d'épuisement. Le condenseur d'épuisement 24 produit un gaz d'épuisement 19 qui comprend typiquement approximativement 50 % en poids de vapeur d'eau et approximativement 50 % en poids de méthanol gazeux. 25 Le reflux recueilli dans les calandres du condenseur à reflux 22 et du condenseur d'épuisement 24 est dirigé vers une cuve de stockage de reflux 26. A partir de la cuve de stockage de reflux 26, le reflux est pompé dans une portion supérieure de la colonne 30 d'épuisement 20 (section de rectification) et est traité de la même manière que le condensat impur. En 3041664 7 d'autres termes, le reflux recueilli est mis en contact avec la vapeur d'eau s'écoulant vers le haut qui en épuise des composés volatils et ces composés volatils font partie du flux de vapeur riche en éléments 5 volatils 16 évacué de la colonne d'épuisement 20. Le présent système et le présent procédé emploient un système de recompression mécanique de vapeur 28 pour produire ou générer la vapeur d'eau utilisée dans la colonne d'épuisement 20 qui élimine des composés 10 volatils du condensat impur 12. L'avantage de cette approche, comparée à d'autres approches classiques, est que le système de recompression mécanique de vapeur 28 employé ici est commandé par l'électricité qui, dans certaines régions, est plus rentable que d'autres 15 formes d'énergie. Pour y parvenir, le condensat pur 14 est dirigé de la colonne d'épuisement 20 vers le condenseur à reflux 22. Le condensat pur 14 est remis en circulation à travers le condenseur à reflux dans une relation d'échange de chaleur avec le flux de 20 vapeur riche en éléments volatils 16 s'écoulant dans le condenseur à reflux. La chaleur provenant du flux de vapeur riche en éléments volatils 16 est transférée au condensat pur 14 et cela produit une vapeur 30 qui est dirigée vers un ou plusieurs recompresseurs mécaniques 25 de vapeur 28. Les recompresseurs mécaniques de vapeur 28 compriment la vapeur 30 et produisent de la vapeur d'eau 32 qui est dirigée dans la partie inférieure de la colonne d'épuisement 20. On peut rencontrer des situations où la vapeur d'eau 32 30 produite par les recompresseurs mécaniques de vapeur 28 est insuffisante pour traiter le condensat impur 12 et 3041664 8 le reflux. Dans ces cas, la vapeur d'eau de l'installation peut être utilisée pour compléter la vapeur d'eau 32 produite par les recompresseurs mécaniques de vapeur 28. 5 Au cours de l'évaporation ou du chauffage du condensat pur 14 dans le condenseur à reflux 22, il s'ensuit qu'un condensat pur relativement chaud 14A est produit. La majeure partie du condensat pur chaud 14A est dirigée à travers le préchauffeur 18 et sa chaleur 10 est transférée au condensat impur 12 passant à travers le préchauffeur. Une fraction relativement petite du condensat pur chaud 14A est utilisée pour désurchauffer la vapeur d'eau dirigée vers la partie inférieure de la colonne d'épuisement. La désurchauffe est obtenue par 15 la vaporisation du condensat injecté dans la conduite de vapeur d'eau. Le système et le procédé de la présente invention sont appropriés pour traiter un condensat impur provenant d'une grande variété de procédés de 20 fabrication de pâte. Ils sont particulièrement utiles lorsqu'ils sont employés dans un système et un procédé de fabrication de pâte de bois qui produit un flux d'eaux usées qui est typiquement qualifié de liqueur. La liqueur, qui est parfois qualifiée de liqueur noire, 25 est dirigée, dans un exemple, vers une unité d'évaporation qui concentre la liqueur noire jusqu'à un état où la teneur en matières solides est d'approximativement 60 à 80 %. L'unité d'évaporation peut produire un condensat impur et c'est ce condensat 30 impur qui peut être traité par le système et le procédé montrés dans le dessin annexé. 3041664 9 L'avantage du présent système et du présent procédé réside dans l'utilisation des recompresseurs mécaniques de vapeur 28 pour produire la totalité ou au moins la majeure partie de la vapeur d'eau requise pour 5 épuiser des composés volatils du condensat impur et du reflux. Les recompresseurs mécaniques de vapeur sont alimentés par électricité, qui, comme indiqué ci-dessus, est économique dans certains emplacements géographiques. Un second avantage du présent système et du présent 10 procédé réside dans l'utilisation du condenseur à reflux 22 pour évaporer une portion du condensat pur produit par la colonne d'épuisement 20. En d'autres termes, le condenseur à reflux 22 fonctionne pour évaporer une portion du condensat pur et produire une 15 vapeur qui forme l'entrée aux recompresseurs mécaniques de vapeur 28 qui produisent la vapeur d'eau utilisée dans la colonne d'épuisement 20. Enfin, le système et le procédé décrits ci-dessus sont extrêmement efficaces pour éliminer des composés volatils du flux de vapeur 20 riche en éléments volatils 16 évacué de la colonne d'épuisement 20. Cela est rendu possible, au moins en partie, par le fonctionnement du condenseur à reflux 22 et du condenseur d'épuisement 24 pour condenser un condensat de reflux et le recycler vers la colonne 25 d'épuisement 20 pour un traitement ultérieur. Dans l'ensemble, le système et le procédé décrits ci-dessus et montrés dans le dessin sont un système et un procédé rentables et efficaces pour éliminer des composés volatils, en particulier le méthanol, à partir de 30 condensat impur. 3041664 10 La présente invention peut bien sûr être réalisée selon d'autres façons que celles% présentées spécifiquement ici sans s'éloigner des caractéristiques essentielles de l'invention. Les présents modes de 5 réalisation doivent être considérés à tout égard comme étant illustratifs et non restrictifs, et tous les changements s'inscrivant dans la signification et dans la plage d'équivalence des revendications annexées sont entendus comme étant englobés ici. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de pâte de bois et procédé de traitement de condensat impur (12) produit pendant le procédé de fabrication de pâte de bois, comprenant : la fabrication de pâte de bois et la production d'une liqueur ; la concentration de la liqueur dans un ou plusieurs évaporateurs pour produire une liqueur concentrée et au moins un condensat impur (12) ; le fait de diriger le condensat impur (12) vers une colonne d'épuisement (20) et le fait de diriger le condensat impur (12) vers le bas à travers la colonne d'épuisement (20) ; la production de vapeur d'eau (32) et le fait de diriger la vapeur d'eau (32) vers le haut à travers la colonne d'épuisement pour épuiser des composés volatils à partir du condensat impur (12) et la production d'un condensat pur (14) et d'un flux de vapeur riche en éléments volatils (16) qui est évacué de la colonne d'épuisement (20) ; l'évaporation d'une portion du condensat pur (14) en chauffant le condensat pur (14) avec le flux de vapeur riche en éléments volatils (16) et la production d'une vapeur (30) ; et le fait de diriger la vapeur (30) vers une ou plusieurs unités de recompression mécanique de vapeur (28) et la compression de la vapeur (30) pour former au moins une portion de la vapeur d'eau (31) qui est dirigée dans la colonne d'épuisement (20). 3041664 12 2. Procédé selon la revendication 1, comportant un condenseur à reflux (22) qui reçoit le flux de vapeur riche en éléments volatils (16) et le condensat pur (14) et où le procédé comporte la condensation d'une portion 5 du flux de vapeur riche en éléments volatils (16) dans le condenseur à reflux (22) pour produire un reflux et le fait de diriger le reflux du condenseur à reflux (22) vers la colonne d'épuisement (20) où la vapeur d'eau (32) se déplaçant à travers la colonne 10 d'épuisement (20) élimine des composés volatils du reflux. 3. Procédé selon la revendication 2, comportant le fait de diriger le flux de vapeur riche en éléments volatils (16) du condenseur à reflux (22) vers un 15 condenseur d'épuisement (24) et la condensation d'une partie du flux de vapeur riche en éléments volatils (16) pour former un reflux supplémentaire et le fait de diriger le reflux et le reflux supplémentaire vers la colonne d'épuisement (20) pour qu'ils y soient traités. 20 4. Procédé selon la revendication 1, comportant : le fait de diriger le flux de vapeur riche en éléments volatils (16) dans un condenseur à reflux (22) et la condensation d'une portion du flux de vapeur riche en éléments volatils (16) pour produire un reflux 25 liquide ; après condensation d'une portion du flux de vapeur riche en éléments volatils (16) dans le condenseur à reflux (22), le fait de diriger le flux de vapeur riche en éléments volatils (16) vers un condenseur d'épuisement (24) et la condensation du flux de vapeur 3041664 13 riche en éléments volatils (16) pour former un reflux liquide supplémentaire ; le fait de diriger le reflux liquide et le reflux liquide supplémentaire vers la colonne d'épuisement (20) 5 et vers le bas à travers la colonne d'épuisement (20) où le reflux liquide et le reflux liquide supplémentaire sont mis en contact par la vapeur d'eau (32) se déplaçant vers le haut à travers la colonne d'épuisement (20) ; et 10 dans lequel l'évaporation d'une portion du condensat pur (14) comporte le fait de diriger le condensat pur (14) vers le condenseur à reflux (22) et le transfert de chaleur du flux de vapeur riche en éléments volatils (16) passant à travers le contenant à 15 reflux au condensat pur (14) pour produire la vapeur (30) qui est dirigée vers les une ou plusieurs unités de recompression mécanique de vapeur (28). 5. Système de fabrication de pâte de bois, comprenant : 20 une unité de fabrication de pâte permettant de fabriquer de la pâte de bois ou des copeaux de bois et qui produit une liqueur ; une unité de concentration permettant de recevoir la liqueur en provenance de l'unité de fabrication de 25 pâte et de concentrer la liqueur pour former une liqueur concentrée et au moins un condensat impur (12) ; une colonne d'épuisement (20) permettant de recevoir et d'épuiser des composés volatils à partir du condensat impur (12) ; 30 une ou plusieurs unités de recompression mécanique de vapeur (28) permettant de recevoir une vapeur (30) 3041664 14 et de comprimer la vapeur (30) pour former de la vapeur d'eau (32), la vapeur d'eau (32) étant dirigée à travers la colonne d'épuisement (20) ; un ou plusieurs conduits permettant de diriger le 5 condensat impur (12) vers la colonne d'épuisement (20) où le condensat impur (12) se déplace à travers la colonne d'épuisement (20) et est mis en contact avec la vapeur d'eau (32) qui se déplace à travers la colonne d'épuisement (20) pour produire un condensat pur (14) 10 et un flux de vapeur riche en éléments volatils (16) ; un condenseur à reflux (22) ; un conduit permettant de diriger le flux de vapeur riche en éléments volatils de la colonne d'épuisement (20) vers le condenseur à reflux (22) ; et 15 dans lequel le condenseur à reflux (22) reçoit le condensat pur (14) et le flux de vapeur riche en éléments volatils (16) et par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur associé au condenseur à reflux (22) transfère de la chaleur du flux de vapeur riche en 20 éléments volatils (16) au condensat pur (14) pour évaporer partiellement le condensat pur (14) et produire la vapeur (30) qui est dirigée vers les unités de recompression mécanique de vapeur (28) permettant de former de la vapeur d'eau (32). 25 6. Système de fabrication de pâte de bois selon la revendication 5, dans lequel le condenseur à reflux (22) est configuré pour produire un reflux liquide et dans lequel est prévu un conduit permettant de diriger le reflux liquide, directement ou indirectement, du 30 condenseur à reflux (22) vers la colonne d'épuisement (20) où le reflux liquide est mis en 3041664 15 contact avec la vapeur d'eau (32) se déplaçant à travers la colonne d'épuisement (20). 7. Système de fabrication de pâte de bois selon la revendication 5, comportant un condenseur 5 d'épuisement (24) situé en aval du condenseur à reflux (22) et dans lequel se trouve un conduit relié opérationnellement au condenseur à reflux (22) et au condenseur d'épuisement (24) permettant de diriger le flux de vapeur riche en éléments volatils (16) du 10 condenseur à reflux (22) vers le condenseur d'épuisement (24) et dans lequel le condenseur d'épuisement (24) produit un reflux liquide supplémentaire. 8. Procédé de traitement de condensat impur (12), 15 comprenant : le fait de diriger le condensat impur (12) vers le bas à travers une colonne d'épuisement (20) ; la production de vapeur d'eau (32) et le fait de diriger la vapeur d'eau (32) vers le haut à travers la 20 colonne d'épuisement (20) et l'épuisement de composés volatils à partir du condensat impur (12) pour produire un condensat pur (14) et un flux de vapeur riche en éléments volatils (16) qui contient des composés volatils ; 25 le fait de diriger le flux de vapeur riche en éléments volatils (16) vers un condenseur à reflux (22) et la condensation d'une portion du flux de vapeur riche en éléments volatils (16) pour produire un reflux ; 30 le fait de diriger au moins une portion du condensat pur (14) de la colonne d'épuisement (20) vers 3041664 16 le condenseur à reflux (22) et l'évaporation partielle du condensat pur (14) pour produire un flux de vapeur ; et le fait de diriger le flux de vapeur produit dans 5 le condenseur à reflux (22) vers une ou plusieurs unités de recompression mécanique de vapeur (28) alimentées électriquement et la conversion du flux de vapeur en vapeur d'eau (32) qui est dirigée dans la colonne d'épuisement (20). 10 9. Procédé selon la revendication 8, comportant en outre le fait de diriger le reflux vers la colonne d'épuisement (20) et vers le bas à travers la colonne d'épuisement (20) où la vapeur d'eau (32) se déplaçant vers le haut entre en contact avec le reflux et épuise 15 des composés volatils. 10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel est prévu un condenseur d'épuisement (24) situé en aval du condenseur à reflux (22) et le procédé comporte le fait de diriger le flux de vapeur riche en éléments 20 volatils (16) du, condenseur à reflux (22) vers le condenseur d'épuisement (24) et la condensation partielle du flux de vapeur riche en éléments volatils (16) dans le condenseur d'épuisement (24) pour produire un reflux supplémentaire, et dans lequel le 25 procédé comporte le fait de diriger le reflux du condenseur à reflux (22) et du condenseur d'épuisement (24) vers la colonne d'épuisement (20) pour qu'il y soit davantage traité.