Brevet FR2542021A1 — publié le 19840907

PROCEDE DE TRAITEMENT DU BOI S OU AUTRE MATIERE LIGNO-CELLULOSIQUE POUR L'OBTENTION DE PATE CELLULOSIQUE - PAPIER OU CARTON- PRODUIT CflIMIQUES. Patrick de la Brunière Jean Philippe Galichon Dans les procédés classiques aujourd'hui utilisés dans l'industrie, le bois est traite par des solutions aqueuses chimiques telles que sels alcalins ou alcalino terreux de l'acide sulphydrique ou de l'acide sulfureux. Ces techniques présentent les inconvénients suivants: - Durée de cuisson de plusieurs heures, jusqu'à 10-12 heures. - Grande dilution des solutions aqueuses, d'où nécéssité de disposer d'un volume d'eau important et dépenser une grande quantité d'énergie. - Le sous-produit de liqueur noire doit être évapore pour récupérer les produits chimiques, d'où une nouvelle dépense énergétique. - Investissements élevés des aw: volumes et à la pression de service des reacteurs. Pollution de l'atmosphère par des sous-produits sulfures gazeux (diméthylsulfure, méthylmercaptan). - Pollution des eaux par les résidus liquides de cuisson. D'autres procèdes qui ne sont pas parvenus au niveau industriel, consistent a traiter le bois par des solvants du type alcool, amine, aminoalcool, suif oxyde, en milieu acide ou en présence de bases alcalines ou alcalino terreuses. Ces procédés qui présentent certains avantages par rapport aux procédes classiques tels que plus grande rapidité de cuisson (30' à 3 heures) et absence de pollution, sont cependant difficiles a' justifier économiquement, , du fait de la consommation trop importante du solvant mis an oeuvre par rapport au prix de ce dernier. Cet te consommation est elle-même lise en partie au volume de solvant mis en oeuvre(2 à 6 fois le poids du bois). Une amélioration destines a diminuer la consommation de solvant est décrite dans le brevet français n 15.229 du 14/05/79. Elle consiste à traiter les copeaux de bois dans une extrudeuse malaxeuse à double vis avec un minimum de solvant et de soude caustique par exemple, pour obtenir cependant une consistance pâteuse. Dans ce procédé amélioré, la perte de solvant bien que réduite n'est cependant pas négligeable et l'équipement à utiliser doit être mis au point spécialement pour éviter en particulier la séparation fibres cellulosiques, liqueur noire de façon prématurée dans le corps de l'extrudeuse, ce qui conduirait à des bouchons. Le procédé suivant l'invention repose sur la découverte que la lignine peut être transformée à pression atmosphérique par les bases en particulier alcalines en un produit soluble dans l'eau dans le bois en phase solide en présence d'une quantité minime de solvant de point d'ébullition élevé ( > 150 C.), d'un sel alcalin d'acide gras tel que oleique ou stéarique, de tout produit chimique permettant d'abaisser la température de fusion des réactifs alcalins ou alcalino terreux employés vers 150-190 C. On comprendra mieux le procédé en en décrivant les phases: I/ Imprégnation. Elle est particulièrement importante pour la réussite des phases suivantes. Le liquide d'imprégnation est de l'eau additionnée de solvant type glycol, diols, éthanolamine,etc... à un pour- centage de 2 à 20%; de réactifs chimiques alcalins type carbonate de soude, soude, sulfure de sodium ou polysulfure de sodium,etc... ou alcalino terreux solubles dans l'eau à un pourcentage de 2 à 20%. Cette imprégnation se fait de préférence à température voisine de 100 C. et en utilisant des mises sous depressions et pressions alternées de façon à s'assurer d'une pénétration à coeur de la liqueur d'imprégnation. Une division mecanique plus poussée du bois permet aussi 1 t amélioration de l'imprégnation. 2/ Egouttage.Séchage. Les copeaux imprégnés sont égouttes, puis la masse solide est introduite dans un four où elle se de place par gravité, soit par un moyen mécanique (par exemple, sous une épaisseur de quelques centimètres sur un tapis métallique se déplaçant à l'intérieur du four). La vapeur d'eau, avec éventuellement de petites quantités de solvant, qui se degage de la masse de bois impré- gnée est recyclée à la phase imprégnation. La chaleur latente est récuperee. 3/ Réaction Les copeaux de bois contenant encore le solvant en pourcentage faible et les réactifs chimiques, sont alors portés à 150-190 C., à pression atmosphérique pendant un temps variable (5' à 30', , par exemple). Le solvant qui se degage est récupéré et recyclé. Au cours de ce traitement en phase solide, la lignine réagit avec les réactifs alcalins. 4/ Séparation fibres cellulosiques - liqueur noire. Les copeaux sortant du four sont additionnes de la quantité minimum d'eau pour obtenir une pute. Ceci est rendu possible par le fait que la lignine a été transformée en un produit soluble dans l'eau au cours du traitement précédent, ce qui rend facile la défibra- tion du bois sans action mecanique poussée. Cette patte est pressee dans un appareil conventionnel du type pressoir à vis. L'avantage d'ajouter la quantité minima d'eau est d' obtenir une liqueur noire concentres plus facile à amener à sec ou qui peut être directement brûles pour récupérer les réactifs alcalins L'extraction complète par l'eau de la lignine solu- bilisée se fait par pressages successifs de préférance en recyclant à chaque fois la liqueur extraite au stade d' extraction précédant. Puis, la pâte cellulosique laves est traites suivent les procédés classiques de purification et blanchiment. Par rapport à un procédé classique les avantages que l'on peut attendre d'un tel procédé sont: - Economie d'énergie. En effet, la quantité d'eau mise en oeuvre est faible et la récupération de la chaleur latente de la vapeur de eau facile dans la phase séchage du bois Après imprégnation. Un autre élément important est l'élimination de la phase concentration de la liqueur noire. - Investissements plus faibles. Les principaux postes sont: La phase traitement du bois où le volume des équipe ment s est réduit grâce au traitement en phase solide et au temps de réaction plus court. . L'élimination des équipements de concentration de la liqueur noire. - Diminution considérable de la pollution. . par la suppression des eaux résiduaires de réaction puisque le traitement chimique a lieu en phase solide; . par le contrdle des effluents gazeux au moment du passage dans le four de réaction. Par rapport aux procédés en phase solvant, l'avantage est la faible quantite de solvant mis en oeuvre qui limite les pertes. A titre indicatif, le rapport solvant sur bois est d'environ 1/10 de celui d'un procédé en phase solvant. (Brevet du 2 avril 1973 de S.P.E.I.P.B. à Genève) EXEMPLE S: Parmi les nombreux mélanges de sels, bases et en solvants qui peuvent être utilise's pour mettre en oeuvre la réaction, ceux décrits ci-dessous seront choisis préférentiellement: . Diéthanolamine P.E. 268 C. . Monoéthanolamine P.E. 172 C. . Glycol P.E. I970C. . Propylène glycol P.E. 189 C. . Butyglycol P.E. I920C. . Soufre P.F. 112 C, Soude NaOH Potasse KOH Chaux Ca(OH)2 Sulfures et polysulfures de Na et K Carbonates de Na et K Sels de Na et K Sels de Na et K d'acides gras tels que stéarique, oléïque,etc... Exemple I. On réalise une solution aqueuse avec Eau 900 g. Glycol IOo g. Hydroxyde de sodium 100 g. 200 g. de copeaux de bois (comptés en sec) soit 260 g. brut, sont introduits dans la solution. On fait le vide trois ou quatre fois, puis chauffe à I00 C. environ. Après refroidissement, les copeaux imprégnés sont égouttés. Le poids est après égouttage de 915 g. Le bois a donc absorbé 655 g de solution. La masse des copeaux imprégnés est alors portée dans un four à température à température de 180 C. pendant 45'. Dans les 20 premières minutes, on recueille 480 grammes d'eau environ contenant un faible pourcentage de glycol. Après 45' et à la même temperature, l'étuve est mise sous vide partiel et on recueille enoore IIO g. de liquide contenant 50% de glycol environ. On casse le vide et introduit la masse des copeaux encore chauds dans un recipient avec agitateur à bras contenant 100 g. d'eau. On obtient une pâte dont on peut extraire par pressage à chaud une liqueur noire épaissie, environ 120 g., contenant environ 50% de matière sèche. La pâte restante est traitée 3 fois suivant la meme technique en extrayant à chaque fois une liqueur noire moins concentrée. Dans un procédé industriel, les filtrats successifs pourraient être recycles au lavage précédent de façon à n'obtenir finalement qu'une liqueur noire concentrée. On obtient finalement après la dernière filtration et séchage I20 g. de pate à IO% dgeau, soit 108 g. comptés en sec. La liqueur noire peut être incinérée et laisse un residu de carbonate de soude. Exemple 2. On realise une solution contenant: Eau 900 g. Soude 100 g. Sulfure de sodium 100 g. (comptés en Na2 S) Les opérations successives sont les mêmes que dans l'exemple I. Toutefois, au cours du passage au four, on observe un léger dégagement de produits sulfurés. Ceux-ci peuvent être incinérés et absorbés dans une solution de soude ou de carbonate de soude. On recueille finalement 115 g. de patte cellulosique à 10% d'eau. La liqueur noire incinérée laisse un résidu de carbonate et sulfure de sodium Revendications" I - Procédé de fabrication de pâte cellulosique dans lequel la lignine du bois est transformee en phase solide à pression atmosphérique et à température appropriée (de préférence I50 à I900 C.), par des hydroxydes, sels alcalins ou alcalino terreux en présence ou non de solvants appropriés, en dérivés de la lignine soluble dans l'eau et caracterise en ce que la transformation de la lignine en dérivés solubles dans l'eau dans le bois en phase solide est facilite en choisissant la liqueur d'imprégnation du bois de façon telle que le mélange restant dans le bois après évaporation de l'eau ait un -point de fusion de préférence compris entre I50 et I900 C. Ceci étant réalise par un choix approprie de sels alcalins ou alcalino terreux et/ou de solvants solubles dans l'eau. 2 - Procédé de fabrication de pâte cellulosiqueS selon la revendication I, dans lequel le bois après traitement chimique à sec est disperse mécaniquement dans une quantité minima d'eau de façon à obtenir une liqueur noire suffisemment concentrée pour dtre directement combustible et à minimiser la consommation d'énergie et la pollution de l'air et de l'eau. 3 - Procédé de fabrication de pâte cellulosique, selon les revendications I, 2, dans lequel la matière première peut être une matière ligno-cellulosique quelconque telle que le bois, paille, alfa ou bagasse.