Brevet FR2281455A1 — publié le 19760305

La trituration du bois et d'autres matières de départ cellulosiques avec de l'oxygène dans une solution tampon , par exemple de Na2CO3 et de NaHC03, est connue dans la technique, voir par exemple les brevets des EUA nO 2,673,148; 2,926,114 et 3,654,070. Un procédé d'exploitation industrielle d'un tel système de trituration pour obtenir une pâte consiste en un appareil qui ressemble aux unités de digestion classiques discontinues ou continues utilisées à l'heure actuelle dans la trituration. Dans un tel appareil, on entasse des copeaux de bois ou d'autres matières de départ ou bien on les laisse se déposer naturellement en un système aussi compact que possible, et généralement la liqueur de cuisson remplit les vides. Ceci donne les rapports classiques de liqueur au bois d'environ 5 à 1, ce rapport minimum étant de 3 ou 4 à I et le maximum pouvant être de 6 ou 7 à 1. Avec le système de trituration à l'oxygene, l'utilisation d'un rapport liqueur au bois beaucoup plus élevé, c'est-à-dire un procédé de formation de pate à "faible consistance", présente certains avantages dans les caractéristiques de trituration et les pro priétés de la pâte, Dans un tel procédé, le rapport de la liqueur au bois doit être au moins de 10 à 1, et pourrait être aussi élevé que 5D à 1 ou même 100 à 1. De toute manière, ce système serait Ca- caractérisé par un rapport de la liqueur au bois d'au moins 10 à 1. Un appareil que l'on pourrait utiliser et que l'on a proposé d'uti liser dans un tel système est un appareil d'oxydation à l'air par voie humide classique. De nombreux systèmes semblables sont en service dans le traitement des eaux usées des villes, des vidanges,et des rejets industriels, voir par exemple le brevet des EUA nO 2,665,249. En utilisant un système tel que décrit dans ce brevet ou tel que décrit dans un article de G.H. Teletzke dans le numéro de Janvier 1964 de Chemical Engineering Progress, et en concevant le le système de façon à effectuer une oxydation partielle du bois ou de toute autre matière de départ cellulosique, on obtient une suspension de pate cellulosique.Le bois (ou toute autre matière de départ cellulosique) est soumis à un certain type de pré-traitement qui doit au minimum être un traitement de réduction de taille mais pourrait etre un traitement plus important par des produits chimiques, de la vapeur d'eau, etc..., et la matière de départ pré-traitée est mise en suspension avec une solution tampon de ; par exemple, carbonate de sodium et bicarbonate de sodium. La suspension est pompée jusqu'à la pression du système qui peut etre comprise entre environ 7 et 210kg/cm2 ou plus, la suspension est chauffée dans un échangeur de chaleur jusqu'à la température de trituration au voisinage de 1500C, puis elle passe dans un récipient de réaction.L'oxydation partielle par voie humide a lieu dans le réacteur et la suspension sort du réacteur par l'échangeur de chialeur, en chauffant le matériau qui arrive,apres quoi le courant gazeux est séparé du courant liquide contenant le matériau trituré. La pâte est séparée du liquide et le liquide est régénéré d'une auelconque manière et envoyé a l'entrée du procédé. La pâte est envoyée à l'atelier de blanchiment ou la fabrique de papier. Un tel système présente plusieurs inconvénients 1. Le réacteur dans l'appareil est un récipient presque totalement mélangé. Ceci signifie qu'une partie de la matière de départ aura un temps de séjour très court et qu'une autre partie aura un temps de séjour très long, selon la "courbe en forme de cloche" bien connue décrivant la répartition du temps de séjour pour les éléments séparés de la matière de départ. Un long temps de séjour de la matière de départ provoque une surcuisson et une dégradation, alors qu'une partie de la matière de départ ne sera pas assez cuite. 2. La réaction de trituration est exothermique et la suspens ion en cours de trituration subira une augmentation de température. La température de sortie du réacteur est supérieure à la température d'entrée dans le réacteur. Avec une suspension de ma tière première d'une consistance de 5% et un rendement en pâte de 50% du poids de la matière de départ, l'élévation de température pourrait être, par exemple, de 280C. Ceci singifie que la tempéra- ture d'entrée dans le réacteur sera trop faible et la vitesse de triburation sera trop lente pour être réalisable ; ou que la température de sortie du réacteur sera trop élevée et la pâte sera dégradée. Il peut être indiqué de soutirer ou d'ajouter de la solution tampon à divers moments au cours de la trituration, et avec les systèmes de la technique antérieure ceci est impossible. Dans la présente invention, le récipient de réaction est divisé en deux ou plusieurs récipients séparés, et dans le mode de réalisation préféré, suffisamment de récipients sont utilisés pour limiter la montée de température dans l'un quelconque des récipients 2,5-5,50C, de sorte que l'augmentation de la température dans chaque récipient est faible et donc tolérable. Chaque récipient peut être tota1-=ent mélangé, matis avec les récipients , > it?les, 1er,cft total permet d'approcher les conditions d'un écoulement à bouchon donnant une durez de séjour uniforme pour la totalité de la matière de départ.Entre chaque récipient est placé un réfrigérant où la chaleur est éliminée, ce qui limite l'augmentation totale de température dans l'appareil à la petite augmentation tolérable de température dans chaque récipient. On se réfère au dessin annexé , dans lequel La figure 1 est un schéma qui illustre un système de la technique antérieure tel que décrit précédemment ; la figure 2 est un schéma représentant un mode de réalisation de la présente invention ; et La figure 3 est un schéma représentant un autre mode de réalisation de la présente invention. On pense que la figure 1 se suffit à elle seule. Le bois ou toute autre matière de départ cellulosique est introduit dans le réservoir de pré-traitement,en est pompé (par l-a pompe P) jus qu'à l'échangeur de chaleur E.C. après addition d'une solution. tampon et incorporation d'air (du compresseur C) dans la canalisation juste avant l'entrée dans l'échangeur de chaleur. De l'échangeur de chaleur, la matière passe dans le réacteur R, de nouveau dans l'échangeur de chaleur autour du matériau qui est introduit par pompage dans le réacteur, puis vers le réservoir de retenueoù elle est soutirée au fond sous forme d'une suspension et le gaz est soutiré au sommet. Sur la figure 2, le matériau cellulosique brut est dirigé vers un réservoir de pré-traitement 10, comme précédémment, la solution tampon est ajoutée en 12, dans ce cas avant la pomp e 14, et le matériau est pompé avec addition d'air en 16 vers l'echan- geur de chaleur 18. Dans ce cas, le reacteur est divisé en plusieurs chambres ou récipients séparés 20, 20, de façon à limiter 1 'augmen- tation de tempErature dans l'un quelconque de ces récipients à 2,55,50C, de sorte que l'augmentation de température dans chaque récipient est faible et donc tolérable. Chaque récipient est complètement mélangé, mais avec les récipients multiples, l'effet total est d'approcher une condition d'écoulement à bouchon donnant un temps de séjour uniforme pour la totalité de matière de départ que l'on traite. Entre chaque récipient est placé un dispositif de refroidissement 22 où la chaleur est éliminée, limitant ainsi l'ausmenta- tion totale de température dans tout l'appareil à ltaugmen.ation qe température faible et tolérable de chaque récipient séparé L otap- pareil de refroidissement peut fonctionner avec n'importe quel fluide convenable, et il est dans certains cas désirable de récupérer la chaleur extraite sous forme de vapeur d'eau sous faible pression ou sous toute autre forme. Comme indiqué en 24 et 26 aux sorties des récipients, la liqueur peut être soutirée du système à travers un tamis comme en 28, 28 en laissant le bois ou la pâte derrière dans le système. La liqueur franche ou la liqueur régénérée peut être introduite par exemple en 30, 30, ou en dgautrespointsconvenables Ceci permet de recycler la solution tampon partiellement épuiséeen tête du système et permet d'introduire de la solution tampon fratche ou régénérée en aval en plusieurs points. Cet effet est comparable au recyclage de la liqueur noire dXans-un système classique de digestion de pâte kraft. Après avoir passé dans la série des récipients en série, la matière passe dans un réservoir de retenue 32, où la suspension de pâte est soutirée au fond et le gaz au sommet. La figure 3 représente un autre exemple d'une installation que l'on peut utiliser au lieu de celle de la figure 2. Dans ce cas, le réservoir de pré-traitement et sa pompe de prélèvement (P), l'entrée de la solution tampon et l'échangeur de chaleur (E.C.) sont similaires à ceux préalablement décrits, mais les récipients sont des compartiments séparés 34,34, etc..., contenu dans un seul récipient sous pression, au lieu des réacteurs séparés. La suspension est soutirée d'un compartiment, refroidie en 36, 36, et introduite dans le compartiment suivant comme indiqué par le schéma. Il faut noter que le récipient peut être vertical, ou dans une position horizontale comme représenté. De l'air provenant du compresseur C peut être ajouté séparément à chacun des récipients comme en 38, 38, etc..., ou bien l'air pourrait être ajouté simplement à l'échangeur de chaleur. Le gaz est repris dans une canalisation de tête, et la suspension peut être enlevée du compartiment final, à l'extrémité du système, et renvoyée à la chambre de chauffage par l1intermé- diaire de l'échangeur de chaleur comme précédemment. REVENT ICAT IONS 1. Procédé de trituration du bois ou d'une autre matière première cellulosique avec un agent oxydant, caractérisé par le fait que l'on effectue la réaction de trituration dans une série dé réacteurs en série, la matière étant refroidie entre les réacteurs au moins partiellement pour éliminer les calories dues aux réactions. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le refroidissement entre les réaeteurs limite l'augmentation totale de température dans le système total de réacteurs à 1'augmentation de température dans un seul récipient. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on introduit de l'air dans le système avant le premier réacteur en ligne, ou dans chaque réacteur. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1,2 et 3, caractérise' en ce qu'on soutire la liqueur en certains points du système, qu'on filtre la liqueur, et qu'on laisse les solides dans le système, et que, si on le désire, on introduit de la liqueur, par exemple de la liqueur franche ou de la liqueur régénérée, en certains endroits du système. 5. Appareil de trituration d'une matière de départ cellulosique avec de l'oxygène dans une solution tampon, caractérisé par une série de réacteurs (20 ; 34), comportant chacun une entrée et une sortie permettant le passage de la matière à travers le réacteur et étant disposes de telle sorte que la sortie d'un réacteur est reliée à l'entrée d'un autre réacteur pour permettre un écoulement selon la série ; et des moyens de refroidissement (22,36) placés entre deux réacteurs consécutifs, lesdits moyens de refroidissement limitant l'augmentation de température dans toute la série de réacteurs à pas plus que l'augmentation de température dans un réacteur donné. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les réacteurs sont séparés et sont constitués de récipients séparés. 7. Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les réacteurs sont des compartiments séparés dans un seul récipient. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5, 6 et 7, caractérisé par le fait que les moyens de refroidissement (22,36) sont placés à l'extérieur des récipients. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3, 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant d'introduire de l'air dans le système avant le réacteur initial ou avant chaque réacteur. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens destinés à soutirer la liqueur de certains endroits choisis du système, des tamis placés dans lesdits moyens pour laisser les solides dans les réacteurs, et des moyens permettant d'introduire de la liqueur en certains endroits choisis du système.