Brevet FR2672314A1 — publié le 19920807

La présente invention concerne de façon générale le traitement de la pâte à papier, et plus précisément elle concerne le blanchiment de la pâte à l'aide d'un réactif gazeux. Le blanchiment de la pâte de bois à l'aide de réactifs gazeux, tels que le bioxyde de chlore ou l'ozone, nécessite un pourcentage volumique important d'un véhicule gazeux avec le gaz réactif Ceci est dû aux procédés de préparation de ces réactifs gazeux de blanchiment. L'ozone est formé par circulation d'air ou d'oxygène dans un champ électrique d'intensité suffisante pour qu'une décharge par effluves soit formée et transforme une partie de l'oxygène en ozone Par exemple, la circulation d'oxy- gène dans l'effluve, dans certains générateurs d'ozone, provoque une transformation d'une quantité pouvant atteindre 6 % de l'oxygène en ozone L'oxygène restant est transmis à l'opération de blanchiment avec l'ozone sous forme d'un "véhicule gazeux" Lorsqu'elle réagit avec la pâte, la fraction d'ozone est pratiquement consommée et l'oxygène doit être retiré de la pâte car il ne réagit pas dans les conditions utilisées pour le blanchiment, et sa récupération est importante pour la rentabilité de la création de l'ozone. Un appareil actuellement disponible pour le blanchi- ment par l'ozone traite la pâte à une consistance élevée, de 20 à 50 % La pâte est désintégrée dans un appareil mécanique en présence du gaz réactif, elle est transportée par le gaz dans un conduit, et elle tombe librement sur un lit poreux de pâte désintégrée qui descend de façon conti- nue dans une tour cylindrique de réaction vers un tronçon dilaté qui joue le rôle d'une chambre de séparation de gaz. Le mélange de l'ozone et du véhicule gazeux est initiale- ment mélangé à la pâte dans l'appareil de désintégration afin qu'un mélange en suspension dans un gaz soit formé et permette le transport et le déclenchement de la réaction, et le mélange passe alors dans un conduit vers la partie supérieure de la tour L'ozone et le véhicule gazeux circulent dans le lit poreux à une vitesse nettement supérieure à celle à laquelle le lit descend dans la tour de réaction Le véhicule gazeux quitte le lit de pâte périphériquement dans la chambre séparation de gaz et est recyclé vers le générateur d'ozone Le blanchiment dans ce type de réacteur donne souvent un aspect moucheté dû à la perméabilité variable des agglomérats désintégrés de pâte. cette variation possible est aussi attribuée au défaut d'uniformité de la compression du lit poreux de pâte dû au choc localisé de la pâte qui tombe L'augmentation de la profondeur du lit de pâte localement augmente aussi la compression locale Ces facteurs de compression sont en outre aggravés par la perte de charge de l'ozone et du véhicule gazeux circulant dans le lit de pâte Comme la perte de charge est proportionnelle à la densité tassée du lit de pâte, le caractère aggravant du courant de gaz est manifeste En outre, la réaction exothermique de blanchi- ment provoque l'apparition de températures plus élevées dans les zones de plus basse densité et donc des vitesses plus grandes de blanchiment dans ces zones La réaction entre l'ozone et la pâte est très rapide, et comme sa vitesse diminue rapidement lorsque la concentration dimi- nue, les effets de défaut d'uniformité du blanchiment des réacteurs de la technique antérieure ont été encore aggra- vés parce qu'une fraction importante de l'ozone est consom- mée avant qu'il ait pu atteindre les fibres des zones tassées les plus denses du lit de pâte. Une caractéristique importante du réacteur du type à lit poreux est qu'il s'est révélé très efficace pour l'extraction de l'ozone de l'oxygène constituant le véhi- cule gazeux Les mesures du gaz sortant du lit poreux, dans la chambre de séparation de gaz, ont montré une teneur en ozone résiduel très faible, par exemple de 30 ppm (lorsque la charge de gaz contenait 4 % d'ozone dans de l'oxygène à la partie supérieure du réacteur) Cette utilisation élevée de l'ozone gazeux est importante pour la rentabilité du blanchiment par l'ozone car l'ozone est un produit chimique relativement coûteux On considère que ce rendement élevé d'utilisation d'ozone est le résultat de ce que la masse volumique apparente du lit de pâte augmente notablement près de la zone de séparation de gaz par les effets combi- nés du poids de la pâte agissant par-dessus et de la perte de charge du gaz traversant toute la hauteur du lit Par exemple, dans un réacteur travaillant avec un lit ayant 2,4 m de hauteur de pâte au-dessus de la zone de séparation et une vitesse de gaz dans la partie supérieure du réacteur à lit poreux d'environ 12 m/min, la masse volumique appa- rente de la pâte dans la zone de séparation de gaz a atteint 0,65 g/cm 3 environ, et la porosité a été réduite à 36 % environ du volume. Dans cette zone de porosité réduite, l'ozone gazeux est chassé en contact intime avec les fibres de la pâte, et les dernières traces d'ozone sont consommées pour le blanchiment au lieu de traverser le lit poreux et d'être détruites dans le système de recyclage utilisé pour la récupération de l'oxygène formant le véhicule gazeux. La description qui précède indique les restrictions qui existent dans les réacteurs de blanchiment de pâte à réactif gazeux qui existent actuellement Il apparaît ainsi qu'il serait avantageux de trouver une variante permettant de supprimer ces restrictions. L'invention concerne un appareil de traitement d'une matière fibreuse par un réactif gazeux, permettant une désintégration de la matière fibreuse en présence du réactif gazeux afin qu'une suspension de la - matière fibreuse dans un gaz soit formée, et un dispositif destiné à recevoir et à agiter cette suspension de la matière fibreuse dans un gaz afin que la matière fibreuse soit maintenue mécaniquement en suspension dans le réactif gazeux jusqu'à ce que celui-ci ait pratiquement totalement réagi avec la matière fibreuse Le mélange est alors transmis à une chambre de réaction en lit poreux et de dégazéification dans laquelle la réaction se termine et les gaz réactionnels restants sont retirés de la matière fibreuse. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe schématique partielle d'un appareil comprenant les caractéristiques de l'invention; la figure 2 est une coupe partielle de l'appareil, suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est un graphique donnant la vitesse de réaction de l'ozone avec la pâte de bois dans un réacteur à lit poreux; et la figurie 4 est une coupe partielle de l'appareil selon un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel le réactif gazeux est introduit dans la trémie d'alimentation de la chambre de mélange et non dans l'appa- reil de désintégration. La figure 1 représente le mode de réalisation préféré d'une installation 20 à réacteur gaz-solide selon l'invention Elle comprend essentiellement un appareil 60 de désintégration et de ventilation, qui forme le mélange de la matière solide fibreuse en suspension dans un gaz comme décrit précédemment, une chambre 40 de mélange et un réacteur 30 à lit poreux L'appareil de désintégration et de ventilation 60 et le réacteur 30 à lit poreux sont bien connus dans la technique, mais on les décrit dans le présent mémoire pour illustrer la mise en oeuvre de l'in- vention dans l'installation. L'appareil 60 de désintégration et de ventilation reçoit de la pâte 5 de consistance élevée (comprise entre et 50 *) à partir d'une presse de déshydratation, non représentée, par un conduit 66 Il reçoit aussi un mélange 71 d'un gaz 70 d'alimentation et d'un excès de gaz de ventilation 76 par une boucle 50 de circulation de gaz Le gaz 70 d'alimentation est composé d'un réactif gazeux et, suivant la réaction voulue, le réactif gazeux peut être mélangé à un véhicule gazeux convenable pratiquement non réactif Dans la description, on considère une opération de blanchiment de pâte de bois par l'ozone constituant le réactif gazeux et l'oxygène le véhicule gazeux Le mélange 70 d'alimentation est injecté par une soupape 77 dans la boucle 50 de circulation de gaz dans lequel il se mélange à l'excès de gaz 76 de ventilation et forme un mélange gazeux 71 Il pénètre dans l'appareil 60 dans lequel il se mélange à la pâte 5 en formant un mélange duveteux de pâte en suspension dans un gaz et donne le débit massique néces- saire au transport du mélange de gaz et de la matière pelucheuse 54 qui est évacuée par le conduit 51 dans un cyclone 52 d'évacuation de cette matière Ensuite, la pâte tombe dans là trémie 46 d'alimentation de la chambre de mélange et avance dans la chambre 40 de mélange sous la commande d'une vis 43. Dans la chambre de mélange 40, le mélange de pâte en suspension dans le gaz est agité mécaniquement par l'action intense des pales 44 montées sur l'arbre 42 d'un rotor qui est entraîné par un moteur 41 Les vitesses de la pâte et du gaz 69 qui est à son contact, composé du réactif gazeux restant combiné au véhicule gazeux non réactif et avec les gaz qui se dégagent et qui sont dus à la réaction progres- sive de blanchiment, ne sont pas les mêmes dans la chambre de mélange Habituellement, le gaz se déplace plus vite. L'action mécanique intense des pales maintient la pâte désintégrée en suspension dans le gaz 69 et assure ainsi un contact intime entre le gaz 69 et la pâte désintégrée si bien qu'aucune partie de la pâte ne quitte la chambre de mélange sans avoir été au contact du réactif gazeux Ceci assure un blanchiment uniforme dans la partie à grande vitesse de la réaction de blanchiment Le mélange est évacué de la chambre 40 de mélange par un col 45 d'évacua- tion dans le réacteur 30 à lit poreux L'action des pales 44 à l'entrée du col 45 empêche le bouchage du col par la pâte qui sort de la chambre de mélange 40. La pâte désintégrée, ayant formé un lit poreux, descend lentement dans le réacteur 30 à lit poreux et se tasse vers le fond comme décrit précédemment. Le gaz de mise en contact descend dans le lit perméable 7 de pâte puisqu'il a une vitesse bien supérieure à celle de la pâte dans le réacteur 30, jusqu'à ce qu'il atteigne une sortie 37 de gaz par laquelle il s'échappe périphériquement vers la chambre annulaire 32 de sortie de gaz Le gaz 69 de mise en contact, dont la totalité de l'ozone, sauf des traces, a été retiré et qui est essen- tiellement constitué d'oxygène et des gaz produits par la réaction de blanchiment, est évacué par la tuyère 75 et recyclé vers le circuit générateur d'ozone La pâte blan- chie 10, à la partie inférieure du réacteur 30 à lit poreux, est diluée par un filtrat recyclé par une tuyère de dilution 34 et est évacuée par une évacuation 36 de pâte sous forme d'une pâte blanchie diluée 15. La figure 2 est une coupe schématique partielle suivant la ligne 2-2 de la figure 1 de l'appareil 60 de désintégration et de ventilation et de l'appareillage associé La pâte 5 provenant de la presse de déshydratation pénètre dans l'appareil 62 d'alimentation à vis de compres- sion par le conduit 66 puis parvient à l'appareil 60 de désintégration et de ventilation La vis d'alimentation par compression tasse la pâte sous forme d'un bouchon 99 pratiquement imperméable qui empêche la circulation en sens inverse du mélange de gaz provenant du circuit 20 du réacteur Le mélange de gaz 71 est transmis à l'appareil 60 de désintégration et de ventilation par la boucle 50 de gaz Il se mélange à la pâte désintégrée qui est transpor- tée sous forme d'une suspension de pâte désintégrée dans un gaz par entraînement dans la pâte et le conduit 51 d'éva- cuation de gaz. On peut mieux comprendre les nouvelles caractéris- tiques de l'invention en référence aux figures 1 et 2 Les fonctions de l'appareil 60 de désintégration et de ventila- tion et de l'appareillage associé, ainsi que celles du réacteur 30 à lit poreux sont bien connues dans la tech- nique Malgré les inconvénients du réacteur à lit poreux de la technique antérieure, déjà décrits, son rendement élevé d'extraction d'ozone le rend un élément souhaitable, en combinaison avec l'invention, comme décrit dans la suite. La réaction de blanchiment de la pâte par l'ozone est très rapide La figure 3 représente un graphique indiquant la concentration d'ozone (en pourcentage) en fonction du temps (en secondes) en contact avec la pâte désintégrée dans des conditions telles que décrites précédemment, dans un réacteur à lit poreux La concentration de l'ozone dans l'oxygène provenant du générateur d'ozone est représentée comme étant d'environ 4 % On peut noter que, pour un réacteur à lit poreux, 60 % environ de l'ozone sont consom- més en moins d'une seconde de contact avec la pâte, alors que, au bout de 6 s, plus de 90 % de l'ozone sont con- sommés Pour cette raison, un mélange poussé de l'ozone avec les fibres de pâte est primordial pour que les varia- tions de blancheur de la pâte ne soient pas importantes. Ainsi, la chambre 40 de mélange mécanique est placée entre l'appareil 60 de désintégration et de ventilation et le réacteur 30 à lit poreux. Le mélange 54 de la pâte désintégrée et du gaz est injecté par le cyclone 52 d'évacuation de matière désinté- grée et la trémie 46 de la chambre de mélange dans la vis 43 qui le transporte vers les pales 44 de mélange montées sur l'arbre 42 du rotor Le débit d'alimentation est maintenu de manière que la masse volumique apparente de la pâte fortement agitée dans la chambre de mélange sensible- ment horizontale soit la plus grande possible sans que la chambre ne soit bouchée Ceci assure l'exposition de toute la pâte désintégrée circulant dans la chambre 40, au maximum, au réactif gazeux présent dans la chambre Les pales 44 assurent une action intensive de mélange entre la pâte désintégrée et le gaz afin que la suspension de la pâte désintégrée dans le gaz soit conservée après qu'elle a été formée dans l'appareil 60, pendant son temps de séjour dans la chambre 40 de mélange Les pales de mélange les plus proches du col 45 d'évacuation empêchent le bouchage du col par la pâte sortant de la chambre 40 de mélange et tombant dans le réacteur 30 à la partie supérieure du lit 7 de pâte Le gaz 69 de traitement par contact qui, après 6 s de mélange, contient moins de la moitié de l'ozone initial, continue à descendre dans le lit poreux de pâte jusqu'à ce qu'il atteigne la sortie 37 et, à ce moment, sa concentra- tion est par exemple inférieure à 30 ppm d'ozone. La chambre de mélange donne un temps de séjour de la pâte désintégrée de l'ordre de 10 s, avec maintien de la pâte en suspension dans le gaz 69 grâce au mélange méca- nique intense et intime du gaz et de la pâte désintégrée. Ceci assure unî réaction en pratique aussi importante que possible avant l'évacuation du mélange dans le réacteur à lit poreux Comme la concentration de l'ozone entrant dans le réacteur à lit poreux est nettement inférieure à la moitié de sa concentration initiale, la vitesse de réaction est beaucoup plus lente et le défaut d'uniformité de blanchiment dû à la porosité variable du lit de pâte est encore réduit. La figure 4 représente une variante de l'invention qui est analogue à celle de la figure 1 mais dans laquelle l'appareil 60 de désintégration et de ventilation a été remplacé par un appareil 90 de désintégration qui, sans aucune action de ventilation, dépose les fibres de pâte désintégrées directement dans la trémie 46 de la chambre de mélange La boucle 50 de gaz a aussi été éliminée dans ce mode de réalisation puisque le mélange réactif gazeux est introduit dans la trémie de la chambre de mélange et non dans l'appareil de désintégration. Dans son mode de réalisation préféré, l'invention présente l'avantage de donner une réaction uniforme de blanchiment dans l'exemple considéré, sans perte de l'ozone coûteux ni d'un autre réactif gazeux Grâce à la disposi- tion de la chambre de mélange mécanique avant la chambre du réacteur à lit poreux, le temps voulu de contact entre le gaz et la pâte est obtenu et le mélange intime est con- servé Ainsi, l'invention assure une réaction pratiquement totale dans des conditions utilisables dans l'industrie, sur une large plage de capacités. La réaction de la pâte de bois et de l'ozone est utilisée comme exemple illustrant les caractéristiques de l'invention Toute réaction entre un gaz et une matière solide dans laquelle la cinétique de la réaction est analogue à celle de l'ozone et de la pâte de bois et dans laquelle la matière solide a des caractéristiques fibreuses désintégrées analogues à celles de la pâte de bois est une application convenable de l'invention. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux appareils et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil de traitement d'une matière fibreuse par un réactif gazeux, caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif ( 60) destiné à désintégrer la matière fibreuse en présence du réactif gazeux afin qu'une suspen- sion de la matière fibreuse dans un gaz soit formée, un dispositif ( 40) destiné à recevoir et à agiter la suspension de la matière fibreuse dans un gaz afin que la matière fibreuse reste mécaniquement en suspension jusqu'à ce que le réactif gazeux ait pratiquement réagi avec la matière fibreuse, et un dispositif ( 30) destiné à recevoir la suspension de la matière fibreuse dans un gaz et dans lequel la réaction est tÈrminée et les gaz restants sont retirés de la matière fibreuse. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif destiné à agiter la suspension de la matière fibreuse dans un gaz est une chambre allongée de mélange ( 40) ayant plusieurs pales ( 44) de mélange montées sur un arbre ( 42) orienté axialement et entraîné en rotation. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une vis d'alimentation ( 43) placée dans une partie de réception de la chambre de mélange ( 40) et destinée à transporter la suspension de la matière fibreuse désintégrée dans le gaz vers la chambre de mélange. 4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif ( 40) destiné à recevoir et à agiter la suspension de la matière fibreuse dans le gaz travaille à une vitesse qui donne un temps de séjour de la suspension pouvant atteindre 10 S environ. Appareil de traitement d'une matière fibreuse désintégrée dans un réactif gazeux, caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif ( 60) destiné à introduire une il suspension de la matière fibreuse désintégrée dans un gaz dans une chambre de mélange ( 40), un dispositif ( 44) placé dans la chambre de mélange ( 40) et destiné à agiter mécaniquement la matière fibreuse afin qu'elle soit maintenue en suspension dans le réactif gazeux, pendant un temps de séjour qui suffit pour que la majorité du réactif gazeux ait réagi avec la matière fibreuse, et un dispositif ( 45) destiné à transmettre le mélange de la matière fibreuse et du réactif gazeux à une chambre ( 30) de réaction et de dégazéification destinée à former un lit poreux dans lequel la réaction peut se poursuivre jusqu'à ce que le réactif gazeux soit pratiquement consommé en totalité. 6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif d'introduction de la matière fibreuse et du réactif gazeux dans une chambre de mélange comporte un dispositif ( 60) destiné à désintégrer la matière fibreuse en présence du réactif gazeux. 7 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de mélange mécanique de la matière fibreuse et du réactif gazeux comporte une chambre allongée de mélange ( 40) ayant plusieurs pales ( 44) de mélange montées sur un arbre ( 42) orienté axialement et entraîné en rotation. 8 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une vis d'alimentation ( 43) placée dans une partie de réception de la chambre de mélange ( 40) et destinée à transporter la suspension de la matière fibreuse désintégrée dans le gaz dans la chambre de mélange. 9 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que la matière fibreuse est une pâte de bois ayant une consistance comprise entre 20 et 50 %, le réactif gazeux est un mélange d'ozone dilué dans l'oxygène, et le temps de séjour dans la chambre de mélange ( 40) est d'environ 10 s. Appareil de blanchiment de pâte de bois par un réactif gazeux, du type qui comporte un appareil mécanique ( 60) de désintégration de la pâte qui désintègre la pâte en présence d'un réactif gazeux afin qu'il forme une suspen- sion de la pâte dans un gaz, et une chambre ( 40) de réac- tion en lit poreux et de dégazéification, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend une chambre ( 40) de mélange mécanique ayant un rotor portant plusieurs pales de mélange ( 44), et un dispositif ( 43) de transport de la pâte et du réactif gazeux, sous forme d'une suspension de la pâte dans le gaz, dans la chambre de mélange à une vitesse telle que la majorité du réactif gazeux est consommé dans l'appareil de mélange, la chambre de mélange ( 40) étant placée entre l'appareil mécanique de désintégration ( 60) de la pâte et la chambre ( 30) de réaction en lit poreux et de dégazéification. 11 Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de transport est une vis ( 43) placée à l'entrée de la chambre de mélange ( 40). 12 Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que le transport est obtenu par une inclinaison des pales de mélange ( 44). 13 Procédé de traitement d'une matière fibreuse par un réactif gazeux, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: la désintégration de la matière fibreuse en présence du réactif gazeux afin qu'une suspension de la matière fibreuse dans un gaz se forme, l'agitation assurant le maintien mécanique de la matière fibreuse en suspension dans le réactif gazeux jusqu'à ce que le réactif gazeux ait réagi de façon impor- tante avec la matière fibreuse, et la distribution du mélange dans une chambre ( 30) de réaction à lit poreux et de dégazéification, afin que la réaction se termine et que les gaz réactionnels restants soient retirés de la matière fibreuse. 14 Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif ( 43) de transport assure un temps de séjour de la suspension de la pâte dans le gaz dans la chambre de mélange d'environ 10 s.