Brevet FR2670512A1 — publié le 19920619

Système d'alimentation en plantes annuelles ou copeaux de bois pour un réacteur de cuisson continu sous pression destiné à la production de pâte cellulosique. L'invention concerne un système d'alimentation de cuiseur en continu sous pression pour la fabrication de pâte cellulosique. Les systèmes d'alimentation actuellement utilisés sont pour la plupart des types suivants: a Pour les plantes annuelles: Vis continues à pas variable ou tronc conique, munies à 1 ' extrémité d'un système de contrepression Le système permet d'éviter le refoulement de la matière par la pression de va- peur régnant à l'intérieur du cuiseur (digester), en général de l'ordre de 7 bars.15 Ces vis présentent les inconvénients suivants: Usure rapide dûe à la présence de silice dans les plantes utilisées(Bagasse, kenaf, paille, chanvre,etc), ce qui né- cessite un changement fréquent de vis qui doivent être re- changées en métal.20 Pour certaines plantes (en particulier paille humide) un débit régulier est difficile à assurer car la matière tend à tourner avec la vis et n'avance plus. Ceci est de nature à nuire à la qualité de la pâte obtenue tout en diminuant la productivité de l'appareil.25 b Pour les copeaux de bois, les systèmes utilisés sont du type sas ou vannes rotatives. Ces dispositifs fonctionnent suivant le cycle suivant: 1 Une certaine quantité de copeaux est introduite dans un volume à la pression atmosphérique. 2 Le volume est clos et soumis à une pression de vapeur égale à celle du cuiseur. 3 Le volume est ouvert vers le cuiseur et les copeaux y sont déversée, 4 Le volume est clos à nouveau, puis détendu à la pression atmosphérique. Le volume est alors prêt à recevoir une nouvelle charge de copeaux. Inconvénients: Le système est discontinu et perturbe donc le fonctionne- ment du cuiseur continu. Il y a une perte de vapeur à chaque cycle. Le système proposé peut être utilisé indifféremment pour des plantes annuelles ou pour des copeaux de bois Il est particulièrement bien adapté aux procédés continus en par- ticulier au procédé en deux phases tel que décrit dans le brevet Français n 8314060 du 2 9 83 (US Patent n 4 790 905. du 13 12 88) Son principe est le suivant: 2 étapes sont nécessaires: 1 Impréghation (Idem B F ci-dessus) La plante annuelle est déchiquetée en morceaux de 5 à 10 cm préférentiellement sans que cela soit une caractéristique15 essentielle de l'invention Puis, elle est additionnée d'eau chaude et des réactifs alcalins ou alcalinoterreux nécessai- res à la cuisson pour obtenir la quakité de pâte souhaitée. Dans le cas des copeaux, ceux-ci sont immergés à chaud dans une solution de réactifs alcalins ou l calino terreux d'une concentration telle et pendant un temps suffisant pour absorber dans le: copeau la quantité de réactifs nécessaires à sa cuisson Puis, les copeaux sont égouttés. Qu'il s'agisse de plantes annuelles ou de copeaux de bois, on cherche à atteindre après imprégnation un rapport Liqueur dlimprgnation égal ou voisin de 1,5. Matière sèche ' Toutefois, le procédé marche pour des rapports de Lïqu)s r d' impi Mgnation Maière S,f ,g 1 de o,8 à 3 suivant la nature de la Matiëre sèche matière première utilisée. 2 Injectioh La matière imprégnée est injectée sous pression par une pompe à piston à double corps, chaque piston travaillant al- ternativement de façon à créer un débit quasi continu. Un seul corps de pompe peut être valablement utilisé avec 1 ' inconvénient toutefois d'une alimentation discontinue.35 La tuyauterie entre la sortie de la pompe et l'entrée du réacteur de cuisson doit être d'une longueur et d'un diamètre tels que la perte de charge créée soit-supftieure à la pression interne du réacteur (en général 7 bars) En général 3 à 5 m, de diamètre 200 à 300 mm, sans que ceci soit limitatif. Dans ces conditions, on observe que la matière comprimée dans cette longueur de tuyauterie ne refoule pas vers la pom- pe et qu'elle constitue un bouchon totalement étanche à la vapeur sous pression du réacteur de cuisson, Aucun système de vanne n'est dônc-nécessaire sur cette tuyauterie. Les pompes utilisées sont d'un modèle courant sur le mar- ché mais utilisées à d'autres fins, pompage du béton liquide en particulier Elles peuvent sans difficulté développer une pression de 80 bars à la sortie de la pompe, le piston étant actionné par un système hydraulique.15 Le résultat ci-dessus décrit peut être obtenu grâce à trois constati 6 ns-surprenantes qui sont au coeur de la présente invention. a La matière imprégnée a au départ une densité apparente- de l'ordre de 0,35 pour les plantes annuelles et de 0,45 pour les20 copeaux Après compression à 80 bars, cette densité devient voisine de 1. b Même avec des taux d'imprégnation élevés, par exemple: Liqueur d'imprégnation = 2,5 à 3, on n'observe pas de Matière sèche séparation de la phase liquide. c La matière imprégnée"glisse" sans problème dans la tuyau- terie, les réactifs alcalins jouant le rôle de lubrifiant, ce qui rend possible une alimentation sans à coups Il serait dans la plupart des cas impossible d'alimenter par ce système les mêmes matières premières simplement déchiquetées.30 Même au cas o cela serait possible, les problèmes d'usure seraient les mêmes que ceux observés avec des vis d'alimenta- tion traditionnelles. Or, les traces d'usure observées dans le système suivant l' invention, restent à un niveau imperceptible et permettent35 d'augurer une durée de service continu de-,plusieurs années sans changement de pièces. Exemple 1. 300 kg de chanvre à 8 % d'humidité coupé à longueur de cm environ sont introduits dans un mélangeur rotatif. On y ajoute: Soude en poudre:45 kg. Carbonate de soude en poudre anhydre:15 kg. Eau chaude en pulvérisation:500 kg. L'ensemble est agité énergiquement dix minutes On obtient finalement un mélange à l'aspect de fibres humides bien homogène.10 Cette masse de 860 kg sera introduite dans une pompe a' piston à commande hydraulique du type Putzmeistert&i OJ 06 J) La pompe est reliée à un cuiseur expérimental constitué d' un cylindre horizontal de longueur 4 m et de diamètre O,m 60 par l'intermédiaire d'une tuyauterie de longueur Gm et de15 diamètre 200 mm. On commence le pompage à raison de 5 à 6 coups à la minute. Après 11 ' environ le chanvre imprégné apparait à l'extré- mité du tube de 6 m On peut s'en rendre compte en laissant la bride de jonction du tube au cuiseur légèrement entrou-20 vsrt 5-. A ce stade, on boulonne cette bride de façon étanche et rè- gle la température du cuiseur à 170 C par mise sous pression de vapeur à 7 bars. La tuyauterie reliant la pompe au cuiseur ne comporte aucune25 vanne, ni autresaccessoires. On poursuit le pompage sans problème, la totalité de la ma- tière étant pompée en un peu plus de 50 minutes. Au cours de ce pompage, on n'a observé aucune sortie de li- queur de la masse imprégnée La densité de la matière pres-30 sée à la sortie du tube d'alimentation, mesurée dans un essai préliminaire a été trouvée très voisine de 1. Le bouchon de matière comprimée dans le tube d'alimentation est parfaitement étanche. Exemple 2. On procède comme dans l'exemple précédent, en utilisant de la paille d'orge non coupée sous forme de balles de 30 kg. On introduit dans le mélangeur: balles soit 300 kg de paille. Soude en poudre: 40 kg. Carbonate de soude anhydre en poudre: 12 kg. Eau chaude pulverisée: 470 kg. On agite énergiquement 10 ' Le produit obtenu, homogène, a l'aspect d'une paille humide. Avec la même pompe que précédemment et suivant les mêmes conditions opératoires, la paille imprégnée est introduite dans le cuiseur dont la pression interne est de 7 bars en minutes environ. Là iencore on constate: Que le bouchon est parfaitement étanche. Que le cuiseur a fonctionné sans problème, malgré la den- sification du produit à l'entrée du cuiseur. Que la densité de la paille imprégnée comprimée est voi- sine de 1, alors que la densité apparente initiale est de l'ordre de 0,35. Exemple 3.20 280 Kg de copeaux d'Eucalyptus 12 A B L SALIGNA à 92 % de siccité, placés dans un pannier inox perforé de trous sont immergés dans une solution de soude contenant 102,4 g /l. de Na OHIà 100 C pendant 30 '. Les copeaux de 2,5 mm d'épaisseur sur 2 cm de c 8 té environ25 sont alors retirés de la solution et égouttés 5 ' Le poids de copeaux après imprégnation est de 580 kg. En utilisant le même matériel que précédemment, ces copeaux sont poussés dans le cuiseur expérimental dont la pression interne est de 7 bars et la température de 170 C.30 Le tube reliant la sortie de la pompe à l'entrée du cuiseur a une longueur de 6 m et un diamètre de 200 mm. Au cours de l'introduction qui a duré 35 ' environ, on n'a observé: ni perte de vapeur dans cette tuyauterie, ni esso- rage de liqueur d'imprégnation sous l'effet de la pression35 exercée par le piston de la pompe. & REVENDICATIONS -1) Système d'alimentation en copeaux de bois ou plantes annuelles de cuiseurs continus sous pression destinés à la production de pâte à papier, composé d'un appareil d'im- prégnation,en réactifs de cuisson,desdits copeaux ou plan- tes annuelles,lè tout fournissant un produit imprégné solide, et d'une pompe hydraulique permettant d'introduire lesdits produits imprégnés dans le cuiseur en question. -2 > Système d'alimentation en copeaux de bois ou plantes annuelles de cuiseurs continus sous pression dans lequel l O-l'étanchéité du cuiseur est réalisée grâce à un bouchon, compact et résistant à la pression, constitué dans la tuyau- terie reliant la pompe hydraulique citée dans la revendica- tion -1 au cuiseur et éliminant de ce fait tout système de de vannes sur le circuit d'alimentation.