FR2731021A1 - Procede et installation de fabrication de pate a papier utilisant les effluents de traitement basiques d'une installation de production de peroxyde d'hydrogene - Google Patents
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Abstract
Installation de fabrication de pâte à papier notamment de pâte chimique comprenant au moins une station (25) d'imprégnation de la matière résultant du broyage du bois, une station (20) de cuisson, et une station (28) de blanchiment de la pâte à papier, ces stations étant alimentées chacune par une source de solution basique de traitement, caractérisée en ce que la source (24) de solution basique est la sortie de l'effluent du traitement basique de la solution de travail d'une installation (I) production de peroxyde d'hydrogène sur le site de l'installation (II) de fabrication de pâte à papier.
Description
La présente invention se rapporte aux installations de fabrication de pâte à papier et concerne plus particulièrement de telles installations utilisant comme agent de blanchiment du peroxyde d'hydrogène produit par une installation sur le site de l'installation de fabrication de pâte à papier.
Les installations de production du peroxyde d'oxygène mettent généralement en oeuvre un procédé comprenant les étapes suivantes
a) réduction dans un hydrogénateur d'une solution organique d'un dérivé anthraquinonique, par de l'hydrogène, en présence d'un catalyseur;
b) oxydation après filtration du catalyseur, de la solution réduite par un gaz ou un mélange de gaz contenant de l'oxygène;
c) traitement de la solution par de l'eau pour extraire le peroxyde d'hydrogène formé;
d) recyclage à l'hydrogénateur de la solution organique extraite à l'eau, après traitement en totalité ou partiellement, par une solution aqueuse basique.
a) réduction dans un hydrogénateur d'une solution organique d'un dérivé anthraquinonique, par de l'hydrogène, en présence d'un catalyseur;
b) oxydation après filtration du catalyseur, de la solution réduite par un gaz ou un mélange de gaz contenant de l'oxygène;
c) traitement de la solution par de l'eau pour extraire le peroxyde d'hydrogène formé;
d) recyclage à l'hydrogénateur de la solution organique extraite à l'eau, après traitement en totalité ou partiellement, par une solution aqueuse basique.
Dans les installations classiques de production de peroxyde d'hydrogène, la solution basique ayant servi au traitement, conserve une basicité substantielle et doit donc être neutralisée pour pouvoir être rejetée alors qu'elle pourrait encore être utilisée dans une opération industrielle qui serait mise en oeuvre sur le site de l'installation de production du peroxyde d'hydrogène.
En outre, le traitement de neutralisation qui nécessite des opérations supplémentaires ne permet cependant pas aux effluents d'être dépourvus de tout danger pour l'environnement.
Dans une usine de fabrication de papier, on utilise des solutions basiques en de nombreux points du processus de traitement de la pâte à papier.
L'invention vise donc à remédier aux inconvénients causés par le rejet des effluents d'une installation de production d'eau oxygénée.
Elle a donc pour objet un procédé de fabrication de pâte à papier, comprenant des phases de traitement à l'aide d'une solution basique, caractérisé en ce que la solution basique est constituée par l'effluent du traitement basique de la solution de travail utilisée dans un procédé de production de peroxyde d'hydrogène mis en oeuvre sur le site de la fabrication de la pâte à papier.
L'invention a également pour objet une installation de fabrication de pâte à papier notamment de pâte chimique destinée à la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus et comprenant au moins une station d'imprégnation de la matière résultant du broyage du bois, une station de cuisson, et une station de blanchiment de la pâte à papier, ces stations étant alimentées chacune par une source de solution basique de traitement, caractérisée en ce que la source de solution basique est la sortie de l'effluent du traitement basique de la solution de travail d'une installation de production de peroxyde d'hydrogène sur le site de l'installation de fabrication de pâte à papier.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé, sur lequel
La figure unique est une vue schématique d'une installation de production de peroxyde d'hydrogène associée à une installation de fabrication de pâte à papier sur un site commun suivant l'invention.
La figure unique est une vue schématique d'une installation de production de peroxyde d'hydrogène associée à une installation de fabrication de pâte à papier sur un site commun suivant l'invention.
L'installation représentée sur la figure comprend installées sur le même site, une installation I de production de peroxyde d'hydrogène et une installation II de production de pâte à papier.
L'installation I de production de peroxyde de l'hydrogène comprend trois appareils principaux en forme de colonnes : un hydrogènateur catalytique 1, un oxydeur à contre-courant 2, et un extracteur à eau 3. Elle comporte également de nombreux équipements associés à ces trois appareils, dont seuls certains ont été représentés: un ensemble surpresseur-condenseur 4 de recirculation du mélange gazeux contenant l'hydrogène, associé à l'hydrogènateur, un filtre 6, une pompe 7, un échangeur de chaleur 8, un réfrigérant à eau 9, un condenseur de tête 10 et un compresseur d'air 11 associés à l'oxydeur, une conduite 12, aussi courte que possible, reliant la base de l'oxydeur 2 à celle de l'extracteur 3 et un coalesceur 14 et une pompe 15 pour le recyclage de la solution de travail.
On a également représenté sur la figure 1, une conduite 16 d'alimentation de l'hydrogènateur en hydrogène d'appoint, une conduite 17 d'alimentation en air du compresseur 11, une conduite 18 d'alimentation de l'extracteur 3 en eau déminéralisée, une conduite 19 de production de peroxyde d'hydrogène, qui part de la base de l'extracteur 3 et aboutit à l'installation II de production de pâte à papier consommant du peroxyde d'hydrogène sous la même concentration, et une conduite 21 de recyclage de la solution de travail.
L'installation II se trouve sur le même site que l'installation I de production de peroxyde d'hydrogène.
L'installation de production de peroxyde d'hydrogène comprend en outre un dispositif 22 de traitement par une solution basique d'une fraction de la solution de travail, placé sur une dérivation 23 de la boucle de recyclage de la solution de travail, par exemple immédiatement en aval du coalesceur 14.
Le dispositif de traitement 22 est destiné à éliminer de la portion dérivée de la solution de travail des composés provenant de la dégradation, essentiellement par oxydation, des solvants et des dérivés anthraquinoniques pour maintenir l'acidité de la solution de travail à un niveau approprié.
Dans le présent exemple, le dispositif de traitement 22 est alimenté par une solution de soude qui après traitement de la portion dérivée de la solution de travail sort de l'installation par une conduite 24 d'alimentation en solution basique de l'installation II de fabrication de pâte à papier.
L'installation II représentée très schématiquement est une installation de fabrication de pâte à papier chimique de type Kraft.
Elle comporte entre autres, une station 25 d'imprégnation des produits résultant du tranchage ou du sciage ou du broyage du bois, une station 26 de cuisson, une station 27 de délignification et une station de blanchiment de la pâte à papier à laquelle est reliée la conduite 19 d'alimentation en peroxyde d'hydrogène provenant de l'installation I.
Ainsi qu'il est bien connu dans la technique, les stations de traitement 25 sont alimentées chacune par une source de solution basique de traitement.
Suivant l'invention, la source de solution basique pour les stations de traitement 25 à 28 de l'installation II de fabrication de pâte à papier est constituée par la sortie du dispositif 22 de traitement par solution basique de la solution de travail de l'installation I de production de peroxyde.
Cette sortie est constituée par la conduite 24 reliée aux stations 25 à 28 par des embranchements 29,30,31,32 respectivement.
Dans la station de blanchiment 28, plusieurs processus de blanchiment successifs mettent en oeuvre de manière connue l'action de la soude sur la pâte à papier.
Cependant, la station de blanchiment 28 a été représentée au dessin comme ne comportant qu'une seule conduite 31 d'alimentation en solution basique.
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 1 via la conduite de recyclage 21 reliée au refoulement de la pompe 15, et un courant de gaz contenant de l'hydrogène est également introduit à la base de l'hydrogénateur. Ce courant gazeux est constitué d'une part du courant gazeux soutiré au sommet de l'hydrogéna- teur, recirculé par l'ensemble surpresseur-condensateur 4, et d'autre part, d'hydrogène d'appoint arrivant via la conduite 16.
Le dérivé anthraquinonique 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, iso-amyle, ainsi que les dérivés tétrahydro5,6,7,8 correspondants, ou parmi les dialkyl 9,10 anthraquinones dans lesquelles les substituants alkyles, identiques ou différents, comprennent de 1 à 5 atomes de carbone, tel que les radicaux méthyle, éthyle, tertio-butyle, par exemple 1,3 diméthyle, 1,4 diméthyle, 2,3 diméthyle, 2,7 diméthyle, 1,3 diéthyle, 2,7 ditertio-butyle, 2 éthyle 6 tertio-butyle 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 isomères 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 diiso-butylcarbinol, le triméthyl-3,5,5 hexanol, 1' iso- heptanol, 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 éthyl hexyle), le phosphate de tri (n-octyle), les urées tétrasubstituées telles que la tétra (n-butyl urée).
La solution de travail est ainsi partiellement réduite. La solution réduite, soutirée de la base de l'hydrogénateur par la pompe 7 via le filtre 6, contient donc des dérivés hydroquinoniques (par exemple 80% de tétrahydroanthrahydroquinone et 20% d ' anthrahydroquinone).
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 2 est de 100%, est désignée par "équivalent peroxyde d'hydrogène". 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.
Dans le cas présent, on effectue l'hydrogénation à une température comprise entre 50 et 70"C, 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 6 pour éliminer toute trace de catalyseur, puis refroidie en 8 puis en 9 jusqu'à une température de l'ordre de 35 à 40". 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 2, le fluide de tête de l'oxydeur étant partiellement condensé en 10.
Le peroxyde d'hydrogène formé par la réaction d'oxydation est soutiré de la base de l'oxydeur, dans une quantite égale au produit de l'équivalent peroxyde dhy- drogène 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 12, grâce à la différence de pression motrice, à la base de l'extracteur 3, 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'installation Il de fabrication de pâte à papier. La concentration en peroxyde d'hydrogène est choisie inférieure à 15% en poids, par exemple comprise entre 5 à 12% en poids.
La solution de travail séparée du peroxyde d'hydrogène est soutirée du sommet de l'extracteur 3, débarrassée des gouttelettes de phase aqueuse qu'elle a entraînées dans le coalesceur 14, puis envoyée par la pompe 15 à l'échangeur de chaleur 8, dans lequel elle se réchauffe, et, de là, recyclée à la base de l'hydrogénateur 1.
Les composés dégradés contenus dans la solution de travail circulant dans la conduite de recyclage qui sont essentiellement formés par oxydation des solvants et des dérivés anthraquinoniques doivent être éliminés de la solution de travail car ils accroissent l'acidité de la phase organique et modifient la tension superficielle du liquide, ce qui risque de créer des problèmes à l'étage d'extraction, et réduisent à la fois l'activité et la sélectivité du catalyseur d'hydrogénation.
Une fraction de la solution de travail est donc dérivée du courant principal à la sortie du coalesceur 14 et traitée à l'aide de la solution de soude dans le dispositif de traitement 22, pour maintenir l'acidité de la solution de travail au-dessous d'un niveau raisonnable.
Ensuite, la phase organique est lavée avec une solution aqueuse d'acide minéral, puis soigneusement par de l'eau dans des équipements non représentés avant d'être recyclée.
La solution basique issue du dispositif de traitement 22 est envoyée par la conduite 24 à l'installation II de fabrication de pâte à papier et répartie dans les embranchements 29 à 32 pour être introduite dans les stations successives 25 à 28, d'imprégnation, de cuisson, de délignification et de blanchiment.
Dans l'opération de cuisson de la pâte à papier réalisée à la station de cuisson 26, la solution de soude issue de l'installation de production de peroxyde d'hydrogène est utilisée sous forme de mélange de soude et de sulfure de sodium reçu par une conduite 34.
Dans l'étape de délignification, l'effluent de traitement basique précité est utilisé à la station de délignification 27 comme source d'alcali mettant en oeuvre de l'oxygène reçu par une conduite 35.
Dans la station de blanchiment, l'effluent de traitement basique est utilisé comme source d'alcali, dans une étape "E" d'extraction alcaline ou dans une étape Eow d'extraction alcaline renforcée à l'oxygène de pâte à papier.
Toujours dans la station de blanchiment, l'ef- fluent du traitement basique de la solution de travail de l'installation de production de peroxyde d'hydrogène est mélangé avec une partie de la solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène.
Un agent stabilisant du peroxyde d'hydrogène est ajouté à la solution basique de peroxyde d'hydrogène.
Cet agent stabilisant est choisi parmi les composés carboxyliques, aminométhylènecarboxyliques, phosphoniques, aminométhylènephosphoniques.
En particulier, cet agent stabilisant est choisi parmi l'acide l'éthylènediamine tétraacétique ("EDTA") ou ses sels, l'acide diéthylènetriaminepentaacétique ("DTPA") ou ses sels, les acides polyacryliques, l'acide éthylènediaminetetraméthylènephosphonique ou ses sels, l'acide diéthylènetriaminepentaméthylènephosphonique ou ses sels, l'acide diamino-1,2 NNN'N' tétraméthylènephosphonique ou ses sels, l'acide hydroxyéthylbisméthylènephosphonique ou ses sels.
La solution basique de peroxyde d'hydrogène peut être de plus utilisée dans un stade d'extraction alcaline renforcée à l'oxygène et au peroxyde d'hydrogène "Eop".
La solution basique de peroxyde d'hydrogène peut être également utilisée dans un stade de blanchiment de la pâte à papier, conduit à une température supérieure à 100"C et à une pression supérieure à la pression atmosphérique, en présence d'un gaz ou d'un mélange de gaz contenant de l'oxygène.
La solution basique utilisée correspond à la solution basique de traitement de la solution de travail de l'installation de production de peroxyde d'hydrogène.
Elle peut être une solution d'hydroxyde de sodium à une concentration comprise entre 0,01 et 10 M et de préférence entre 1 et 3 M.
I1 conviendrait également de mentionner que la solution basique n'est pas nécessairement l'unique source d'alcali mais peut intervenir en complément d'une autre source d'alcali.
Grâce à l'agencement qui vient d'être décrit, on tire profit dans l'installation de fabrication de pâte à papier de la source de solution basique que constituent les effluents basiques de l'installation de production de peroxyde d'hydrogène se trouvant sur le site de l'installation de fabrication de pâte à papier alors que dans une installation de production de peroxyde d'hydrogène indépendante, ces effluents basiques ne trouvaient pas d'utilisation et devaient donc être rejetés.
Claims (14)
1. Procédé de fabrication de pâte à papier, comprenant des phases de traitement à l'aide d'une solution basique, caractérisé en ce que la solution basique est constituée par l'effluent du traitement basique de la solution de travail utilisée dans un procédé de production de peroxyde d'hydrogène mis en oeuvre sur le site de la fabrication de la pâte à papier.
2. Procédé suivant la revendication 1, comprenant une phase de cuisson de pâte chimique de type Kraft, caractérisé en ce que la solution basique résiduelle du traitement de la solution de travail utilisée dans le procédé de production de peroxyde d'hydrogène est une solution de soude qui est mélangée avec du sulfure de sodium.
3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, comprenant une étape de délignification mettant en oeuvre de l'oxygène et dans laquelle l'effluent du traitement basique est utilisé comme source d'alcali.
4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, comprenant une phase de blanchiment de la pâte à papier dans laquelle l'effluent du traitement basique est utilisé dans une étape d'extraction alcaline "E" ou une étape d'extraction alcaline renforcée d'oxygène "Eo" de la pâte à papier.
5. Procédé suivant la revendication 4, dans lequel l'effluent du traitement basique est mélangé avec une partie de la solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène produite sur le site de la fabrication de la pâte à papier.
6. Procédé suivant la revendication 5, dans lequel un agent stabilisant du peroxyde d'hydrogène est ajouté à la solution basique de peroxyde d'hydrogène.
7. Procédé suivant la revendication 6, dans lequel l'agent stabilisant du peroxyde d'hydrogène est choisi parmi les composés carboxyliques, aminométhylène carboxyl iques, phosphoniques, aminométhylènephosphoniques.
8. Procédé suivant la revendication 7, dans lequel l'agent stabilisant du peroxyde d'hydrogène est choisi parmi l'acide l'éthylènediamine tétraacétique ("EDTA") ou ses sels, l'acide diéthylènetriaminepentaacé- tique ("DTPA") ou ses sels, les acides polyacryliques, l'acide éthylènediaminetetraméthylènephosphonique ou ses sels, 1 'acide diéthylènetriaminepentaméthylènephosphonique ou ses sels, l'acide diamino-l,2 NNN'N' tétraméthylène- phosphonique ou ses sels, l'acide hydroxyéthylbisméthylènephosphonique ou ses sels.
9. Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel la solution basique de peroxyde d'hydrogène est utilisée dans un stade d'extraction alcaline renforcée à l'oxygène et au peroxyde d'hydrogène "Eop".
10. Procédé suivant l'une des revendications 4 à 9, dans lequel le stade de blanchiment de la pâte est conduit à une température supérieur à 100"C et à une pression supérieure à la pression atmosphérique, en présence d'un gaz ou d'un mélange de gaz contenant de l'oxygène.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 et 3 à 10, dans lequel la base utilisée dans la solution basique de traitement de la solution de travail du procédé de production du peroxyde d'hydrogène est l'hydroxyde de sodium.
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la concentration de l'hydroxyde de sodium est comprise entre 0,01 et 10 M et de préférence entre 1 et 3
M.
13. Installation de fabrication de pâte à papier notamment de pâte chimique destinée à la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13 et installation de fabrication de pâte à papier notamment de pâte chimique destinée à la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus et comprenant au moins une station (25) d'imprégnation de la matière résultant du broyage du bois, une station (26) de cuisson, et une station (28) de blanchiment de la pâte à papier, ces stations étant alimentées chacune par une source de solution basique de traitement, caractérisée en ce que la source de solution basique est la sortie (24) de lteffluent du traitement basique de la solution de travail d'une installation (I) production de peroxyde d'hydrogène sur le site de l'installation (II) de fabrication de pâte à papier.
14. Installation suivant la revendication 13, comprenant en outre une station de délignification (27) et dans laquelle la source de solution basique (24) est reliée à la station de délignification (27) à laquelle est également reliée une source d'oxygène.
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