Brevet FR2546545A1 — publié le 19841130

Procédé de digestion thermomécanique utilisant des blanchissants ". L'invention concerne un procédé de digestion thermomécanique utilisant des blanchissants, et plus précisément un procédé p.erfectionn-é pour produire une pulpe thermomécanique plus claire. Une clarté G. E. de 55OC peut être obtenue avec une pulpe thermomécanique en utilisant une technique de décompressions multiples associée à la présence d'un blanchissant pendant toute la digestion. Un problème se pose dans la digestion thermomécanique du fait qu'à des températures supérieures à 1500C environ, ce qui coresspond à une pression de 2 vapeur autogenede l'ordre de 3,8 kg/cm2, les fibres ligneuses et autres substances non cellulosiques décolorent rapidement la pulpe. Cela est équivalent à une 2 pression d'environ 3,8 kg/cm2. Au contraire, une température plus-élevée augmenterait l'élimination de fibres ligneuses, ce qui nuit a' la productivité du fait de la décoloration de la pulpe. Par exemple, une bagasse présentant une clarté initiale d'environ 40 à 45 doit avoir la meme clarté G. E. qu'une pulpe, soit 20 à 25, si elle est traitée à environ 1600C. Cette valeur peut être augmentée à une clarté G. E. d'environ 40 à 50, par un fort blanchiment après mise en pulpe. Cependant, quelle sur soit l'efficacité du blanchiment, une pulpe thermomécanique ne peut jamais atteindre une clarté G. E. supé- rieure à 50. Telle qu'elle est utilisée dans la présente spécification, une pulpe thermomécanique est une pulpe obtenue par traitement mécanique et traitement à la vapeur. S'il est utilise, pour la digestion, une température élevée mais sans blanchiment, l'effet global obtenu correspond à l'élimination d'une plus grande quantité de fibres ligneuses et autres matériaux non cellu losiques,.mais à l'obtention d'une pulpe pouvant toujours présenter une clarté G. E. de 50 ou moins. Par suite, les procédés thermomécaniques ont généralement été mis en oeuvre au-dessous de 1400C environ. I1 a cependant été constaté qu'on pouvait pallier cette difficulté en utilisant un procédé de digestion thermomécanique à décompressions multiples, et en conservant la présence d'un blanchissant pendant toute la digéstion thermomécanique. Le blanchissant est, de préférence, ajouté à l'alimentation en fibres, juste avant chaque décompression.De cette manière, une quantité suffisante de blanchissant est présente pendant tout le processus de mise en pulpe thermomécanique. Bien qu'il soit possible d'utiliser différents types connus de blanchissants, celui préféré est le peroxyde d'hydrogène (ou eau oxygénée). I1 est généralement considéré qu'au- dessus d'environ 100du, le peroxyde d'hydrogène se décompose su rapidement que le blanchiment n'est pas si effectif pendant toute la digestion. Cela conduirait au même problème de noircissement de la pulpe. Il a cependant été constaté que dans le présent processus, le peroxyde d'hydrogène ne se décompose pas si rapidement qu'on ne pusse en disposer pendant tout le blanchiment. En fait, le rthme de décomposition est tel qu'il permet d'assurer le blanchiment pendant toute la digestion. Un procédé semblable à celui décrit ici est exposé dans le Brevet U.S.A. 4 437 101. Cependant, dans le procédé selon ce dernier brevet, il est necessaire de maintenir la température de formation thermomé- canique de la pulpe au-dessous d'environ 1500C. La raison en est la décoloration. Dans ce procédé salement, il est nécessaire de soumettre la pulpe au blanchiment et de mélanger la pulpe blanchie à une pulpe semi-mécanique pour obtenir une grande clarté. L'avantage du perfectionnement selon l'invention est que, dans un processus tel que celui décrit dans le Brevet U.S.A 4 347 101, seule une petite quantité de pulpe semichimique, si du moins celle-ci existe, doit être ajoutée pour obtenir la même clarté.Cela présente l'avantage de permettre la production de papiers plus solides, car il est possible de fabriquer des papiers plus solides à partir d'une pulpe thermomécanique, qu'à partir d'une pulpe semi-chimique. De plus, les pulpes semi-chimiques sont plus chères à fabriquer et sont moins opaques. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'invention concerne un procédé pour améliorer la clarté d'une pulpe thermomécanique, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les différentes étapes consistant a- (a) amener une source de fibre en contact avec un blan chissant et de la vapeur à une pression autogène de 2 kg/cm2 à 15 kg/cm2 ; (b) diminuer rapidement d'au moins 0,5 kg/cm2 la pression appliquée à la source de fibre pour l'amener à une première pression plus basse (c) poursuivre le contact de la source de fibre.avec la vapeur et le blanchissant à cette première pression plus basse, et (d) ajouter du blanchissant et diminuer rapidement d'au 2 moins 0.5 kg/cm la pression appliquée å la source de fibre pour l'amener à une seconde pression plus basse. En résumé, le procédé selon l'invention consiste à soumettre une source de matière fibreuse telle que du bois et de la fibre végétale, à une pression de 2 vapeur autogène d'environ 2 à 15 kg/cm2 en présence d'un blanchissant, à réduire la pression d'au moins 0,5 kg/cm2 environ par une série de décompressions effectuées en étapes successives, et à ajouter le blanchissant juste avant une ou plusieurs étapes de décompression. La haute pression et les étapes de décompression éliminent les matières ligneuses et autres matières non cellulosiques, et la présence du blanchissant évite la décoloration de la pulpe, L'invention sera décrite en détail en se référant au dessin de la figure unique jointe représentant schématiquement le procédé de digestion selon l'invention. Plus en détail, le procédé selon l'invention peut être m-is en oeuvre par fournées ou en régime continu. I1 est preféré cependant d'utiliser un procédé fonctionnant en régime continu. S-i le procédé est mis en oeuvre par fournées, on peut utiliser un réacteur sous pression. La décompression par étapes se fait en relachant la pression par la soupape placée au sommet de l'appareil de digestion. En fonctionnement en régime continu, il est préférable d'utiliser un certain nombre de dispositifs de digestion à chambres tubulaires conte -nant chacune une vis sans fin -destin.ée à entrainer la pulpe d'une extrémité à l'autre. Entre chacun des dispositifs de digestion tubulaires se trouvent des moyens de réduction de pression constitués, par exemple, par une soupape de décompression ou un raffineur à disque. Un raffineur à disque peut fonctionner en soupape de décompression. La pression est réduite d'au moins 2 0,5 kg/Gm2 environ et, de préférence, de l'ordre de 2 1 ks!cm2 à chaque décompression. De plus, des moyens de soupape sont utilisés, avant chaque décompression, pour ajouter le blanchissant à la pulpe. Bien qu'il soit possible d'utiliser de deux à dix chambres tubulaires, il est préférable d'utiliser deux ou trois chambres tubulaires. Le blanchissant préféré est le peroxyde d'hydrogène (ou eau oxygénée), bien que d'autres blanchissants puissent être utilisés tels que le peroxyde de sodium, l'oxygène, l'ozone, l'hyposulfite de zinc ou l'hyposulfite de sodium. Le peroxyde d'hydrogène ou eau oxygénée est un blanchissant facile à manipuler et il a été constaté qu'il présentait un rythme de décomposition suffisamment lent aux températures et aux pressions utilisées dans le procédé selon l'invention. Le peroxyde d'hydrogène commence à se décomposer à environ 1000C, mais ne se décompose pas rapidement au-dessous d'une température d'environ 1700C. Ce rythme de décomposition relativement lent permet d'assurer la présence du blanchissant pendant toute la digestion. La quantité totale de blanchissant ajoutée est située entre environ 1 à 5 % en poids d'oxygène disponible calculé pour la teneur en fibre, sur la base d'un produit sec. I1 est utilisé, de préférence, environ 3 % en poids d'oxygène disponible. On entend par oxygène disponible l'oxygène disponible pour le blanchiment. Le peroxyde d'hydrogène présente par exemple 1 mole d'oxygène disponible par mole de peroxyde d'hydrogène. Le blanchissant est ajouté à raison de 1 à 5 % en poids de solution aqueuse. La quantité de solution ajoutée dépend de l'oxygène disponible qu'il faut utiliser par le blanchiment et la dilution du blanchissant. Le procédé selon l'invention est mainte nant plus particulèrement décrit en se référant à la figure dans laquelle le matériau cellulosique fibreux d'alimentation, qui peut être du bois déchiqueté, du bambou, de l'eucalyptus ou un végétal tel que de la bagasse, des tiges ou de la paille de blé, est amené par un convoyeur 20 dans le convoyeur à vis sans fin 21. La fibre passe du convoyeur 21 à un dispositif d'alimentation à vis sans fin 23, puis pénètre dans la chambre tubulaire T1 par le conduit 24. En ce point, il est ajouté, à la fibre cellulosique de la vapeur et Jusqu'à environ les deux tiers de la solution de blanchiment. La fibre est entraînée, depuis l'extrémité d'entrée de la chambre tubulaire Tl, par une vis entrainée par le moteur M. Le temps de séjour de la fibre dans T1 peut être de 1 à 20 minutes ou plus. I1 a cependant été constaté qu'un temps de séjour de 2 à 10 minutes était suffisant pour traiter la fibre et obtenir un débit de sortie raisonnable. La fibre sort de T1 en 27. 11 est ajouté en ce point jusqu'à environ les deux tiers du blanchissant restant, à la fibre, par la conduite 13. La fibre subit ensuite une décompres 2 sion d'environ 1 kg/cm2 à l'endroit de la soupape de décompression 28. I1 peut être utilisé un raffineur en guise de soupape de décompression, avec l'avantage supplémentaire d'effectuer un certain travail sur la fibre. La fibre se trouvant maintenant à pression réduite passe par la conduite 29 pour pénétrer dans la chambre tubulaire T2. Cette chambre tubulaire T2 peut avoir le même volume que la chambre tubulaire T1 ou un volume différent de celle-ci. Les volumes de T1 et T2 déterminent dans une large mesure le temps de séjour de la fibre dans chaque chambre tubulaire. I1 est préférable d'utiliser un temps de séjour plus long d'environ 1 a 20 minutes dans la seconde chambre tubulaire. Au dessin, les chambres tubulaires sont représentées avec le même volume, mais cela n'est pas indispensable. La fibre est entrainée à travers T2 au moyen d'une vis sans fin entraînée par le moteur M-. Comme le volume de T2 st le meme que celui de TI, le temps de séjour de la fibre dans T2 est approximativement le même que dans T1 ou éventuellement légèrement supérieur. Le temps de séjour- dans T2 peut être légèrement supérieur au temps de séjour dans la chambre tubulaire T1, car la teneur en fibres solides diminue au cours du traitement dans T1. Cette diminution de la teneur en matières solides doit permettre un certain réglage du convoyeur à vis sans fin de la chambre tubulaire T2, de manière à obtenir un temps de séjour plus long dans T2. La fibre sort de la chambre tubulaire T2 en 31. Le reste du blanchissant est aJouté par laconduite 14 et les fibres digérées sont transformées en matière première chaude comprimée en~33, ou traitées- de toute autre manière. Après le raffinage sous pression de la matière première chaude constituant une forme préférée de mise en oeuvre de l'invention, la pression est abaissée à la valeur de la pre-ssion atmosphérique en 35, avec récupération de la fibre et de la chaleur dans-le réservoir de décompression 37. La fibre-peut maintenant être lavée et utilisée, ou être soumise à un traitement supplémentaire. Bien que le procédé selon l'inventionait été décrit en utilisant un dispositif de digestion à deux chambres tubulaires, il est cependant possible d'utiliser un dispositif de digestion à trois chambres tubulaires ou plus, avec décompression entre chaque chambre tubulaire. Cependant, les bénéfices qui peuvent être retirés de l'utilisation de plus de trois chambres tubulaires sont généralement inférieurs aux couts d'investissement en matériel. Le processus qui suit décrit un procédé de mise en oeuvre de l'invention se rtferat plus partir culièrenent à la figure jointe. Processus de traitement en régime continu Un dispositif d-e digestion à deux étages de chambres tubulaircs, dans l-equel chaq.t ckanbre tubt,- laire présente une longueur de 10 mètres et un diamètre de 1,5 mètre, est utilisé avec une décompression de 1,2 kg/cm2 au passage de la première chambre tubulaire T1 -à la seconde chambre tubulaire T2. La pression dans 2 T1 est de 3,0 kg/cm2. La vapeur est ajoutée au rythme de 130 kg/minute et l'eau cha-ude est ajoutée au rythme de 300 kg/minute. De la bagasse, présentant une teneur en poids d'humidité de 60 %, est ajoutée au rythme de 325 kg/minute.Une solution aqueuse de 5 S en poids de peroxyde d'hydrogène est ajoutée à T1 au rythme de 26 kg/minute. La vis sans fin contenue dans T1 est actionnée de manière à donner un temps de séjour de 3 minutes. La température dans T1 est normalement de 1450C. La fibre sort ensuite de T1 et subit une décompression de 1,2 kg/cm2 dans une soupape de décompression classique. Juste avant la décompression, il est ajouté, à raison de 9,5 kg/minute, une solution aqueuse de 5 en poids de peroxyde d'hydrogène. La fibre, la vapeur et l'eau passent ensuite dans T2. Le débit est d'environ 130 kg/minute de matières solides, 60 kg/minute de vapeur, et 600 kg/minute d'eau. Le temps de séjour dans T2 est de 5 minutes. La fibre sort de T2 et il est ajouté le reste de blanchissant (à raison de 4,5 kg/minute). La fibre subit ensuite un raffinage de matière première chaude et une décompression. La fibre et les matières solides sont séparées de la vapeur et de l'eau chaude à environ 1000C dans ie réservoir de décompression. La vapeur et l'eau chaude sont recyclées pour être de nouveau utilisées dans le processus. La fibre est ensuite soumise à un lavage ou à tout autre traitement. Différentes modifications ou variantes peuvent être apportées au processus ci-dessus. Cependant, pour profiter pleinement des avantages de ce processus, il faut effectuer une décompression entre les étages de digestion, il faut que le blanchissant soit présent pendant toute la digestion, et il faut, de préférence, ajouter du blanchissant avant chaque décompression. Par suite, toute modification ou variante du processus cidessus doit être considérée comme faisant partie de l'invention. R E V E N D I C A T I o N S 10) Procédé pour améliorer la clarté d'une pulpe thermomécanique, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les différentes étapes consistant à : (a) amener une source de fibre en contact (en T1) avec un blanchissant (12) et de la vapeur (11) à une 2 2 pression autogène de 2 kg/cm2 à 15 kg/cm ; (b) diminuer rapidement (en 28) d'au moins 0,5 kg/cm2 la pression appliquée à la source de fibre pour l'ame ner à une première pression plus basse ; (c) poursuivre le contact de la source de fibre avec la vapeur (en T2) et le blanchissant à cette première pression plus basse ; et (d) ajouter du blanchissant (13, 14) et diminuer rapide 2 ment d'au moins 0,5 kg/cm2 la pression appliquée à la source de fibre pour l'amener à une seconde pres sion plus basse. 2 ) Procédé selon-la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde pression (en 33) plus basse appliquée à la source de fibre est encore diminuée pour l'amener à la pression atmosphérique. 30) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la source de fibre est choisie dans le groupe comprenant le bois, le bambou, la bagasse, la paille et l'eucalyptus. 40) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le blanchissant est choisi dans le groupe comprenant le peroxyde d'hydrogène (eau oxygénée), l'ozone, l'oxygène, le peroxyde de sodium, l'hydrosulfite de sodium, et l'hydrosulfite de zinc. 50) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pression autogène de la vapeur en contact avec la source de fibre kg/cm2' 2 est d'environ 2,5 kg/cm2 à 10 kg/cm2. 60) Procédé selon l'une quelconque des revendications l à 5, caractérisé en ce que la pression 2 autogène estdiminuée d'au moins 1 kg/cm2 pour l'amener à une première pression plus basse, puis encore d'au moins l kg/en2 pour l'amener à une seconde pression plus basse. 70) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'avant de diminuer rapidement la pression appliquée à la source de fibre pour l'amener à une première pression plus basse, il est ajouté du blanchissant supplémentaire- (13)à la source de fibre. 80) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le blanchissant est choisi dans le groupe comprenant le peroxyde d'hydrogène, (eau oxygénée), le peroxyde de sodium, l'oxygène, l'ozone, l'hyposulfite de sodium, et- l'hypo- sulfite de zinc. 90) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pression autogène de la vapeur venant en contact avec la source 2 2 de fibre est d'environ 2,5 kg/cm2 à 10 kg/cm2. 100) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la pression 2 autogène est diminuée d'au moins 1 kg/cm2 po-ur l'amener à une première pression plus basse, puis encore d'au moins 1 kg/cm2 pour l'amener à une seconde pression plus basse