Brevet FR2885371A1 — publié le 20061110

i0 "Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé de production de pâte à papier, de lignines et de sucres et procédé de production au moyen d'une telle installation" DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé de production de pâte à papier, de lignines, et de sucres. ETAT DE LA TECHNIQUE L'invention concerne notamment une installation pour la mise en oeuvre du procédé décrit dans le brevet européen 15 EP-B1-1.180.171 RESUME DE L'INVENTION La présente invention vise notamment à proposer une installation permettant une mise en oeuvre optimale et économique de ce procédé en permettant notamment d'extraire sélectivement les produits tels que les lignines et les sucres. Dans ce but, l'invention propose une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé de production de pâte à papier, de lignines, et de sucres dans lequel: * les plantes annuelles ou pérennes, utilisées en tout ou partie, qui constituent la matière première lignocellulosique de départ (MP) sont, au cours d'une étape d'imprégnation, mises en présence d'un mélange d'acides organiques; * on sépare ensuite, au cours d'une étape de fractionnement, la fraction solide constituant la pâte à papier de la phase organique contenant notamment en solution les acides organiques de départ, des sucres monomères et polymères solubilisés, et des lignines issus de la matière première végétale initiale; * l'imprégnation et le fractionnement sont conduits à la pression atmosphérique; caractérisée en ce qu'elle comporte: - des moyens pour faire passer la matière première, d'amont en aval, successivement en un premier poste et au moins un deuxième poste de traitement de la matière première qui sont agencés consécutivement d'amont en aval et constituant un io premier couple de postes consécutifs de traitement, chaque poste de traitement comportant: des moyens dits d'imprégnation pour, au premier poste, mettre temporairement la matière première en présence d'une quantité d'un premier mélange, dit d'imprégnation, d'acides organiques, et pour, au deuxième poste, mettre temporairement la matière première en présence d'une quantité d'un deuxième mélange d'imprégnation d'acides organiques; et des moyens pour, après imprégnation, récupérer au moins partiellement ladite quantité de deuxième mélange après imprégnation et pour réutiliser au moins une partie du deuxième mélange récupérée pour constituer au moins en partie ledit premier mélange d'imprégnation utilisé au premier poste. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - chaque poste comporte des moyens pour, après imprégnation, prélever une partie de ladite quantité de deuxième mélange en vue d'en extraire notamment des sucres monomères et polymères solubilisés, et des lignines issus de la matière première végétale initiale; - les moyens d'imprégnation pour mettre temporairement la matière première en présence d'une quantité d'un mélange d'acides organiques comportent des moyens d'arrosage de la matière première de manière que le mélange d'imprégnation traverse la matière première; - les moyens pour faire passer la matière première, d'amont en aval, comportent un convoyeur, notamment du type à bande, sur lequel la matière première est déposée en amont du premier poste et est transportée en continu; - après la traversée de la matière première, le mélange d'imprégnation est évacué du convoyeur par gravité ; - chaque poste de traitement comporte, sous le convoyeur, des moyens qui collectent le mélange d'acides organiques après la traversée de la matière première; lo - les moyens collecteurs comportent au moins une auge qui reçoit, par gravité, le mélange d'acides organiques après la traversée de la matière première; - chaque poste de traitement comporte au moins une pompe dont l'entrée, ou aspiration, est reliée aux moyens collecteurs du poste et dont la sortie, ou refoulement, peut être reliée sélectivement à un circuit de réutilisation et/ou à un circuit d'extraction; - à chaque poste, l'installation comporte des moyens de chauffage et de régulation en température de ladite quantité de mélange d'imprégnation; - l'installation comporte des moyens pour alimenter en continu ledit premier poste en matière première; - l'installation comporte des moyens de pré-imprégnation, ou d'imprégnation préalable, de la matière première avec un mélange d'acides organiques, préalablement à l'introduction de la matière première au premier poste; - l'installation comporte des moyens d'alimentation d'au moins un poste aval avec un mélange d'acides organiques d'imprégnation; - l'installation comporte des moyens d'alimentation du poste situé le plus en aval avec un mélange d'acides organiques d'imprégnation; - l'installation comporte des moyens de chauffage et de régulation en température dudit mélange; - l'installation comporte une enceinte, à l'intérieur de laquelle règne la pression atmosphérique, à l'intérieur de laquelle sont agencés lesdits moyens pour faire passer la matière première successivement à chacun des postes consécutifs de traitement, et qui comporte une entrée pour l'introduction de la matière première dans l'enceinte en vue d'alimenter ledit premier poste, une sortie pour évacuer la matière première après son passage au dernier poste, et à l'intérieur de laquelle sont agencés au moins en partie lesdits moyens d'imprégnation et lesdits io moyens de récupération; - l'installation comporte, successivement d'amont en aval, n postes de traitement auxquels la matière première passe successivement, et en ce que chaque couple de postes consécutifs est réalisé de la même manière que ledit premier couple de postes consécutifs. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle, on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation d'une installation conforme aux enseignements de l'invention comportant, à titre non limitatif, sept postes successifs de traitement de la matière première; - la figure 2 est un schéma à plus grande échelle illustrant, de manière simplifiée, la circulation des différents mélanges d'acides organiques entre trois postes consécutifs de traitements Ti-1, Ti et Ti+1; - la figure 3 est une représentation schématique d'un tronçon de la bande du convoyeur à bande; et - la figure 4 est une représentation schématique illustrant un agencement particulier des auges de collecte. DESCRIPTION DETAILLE DES FIGURES Dans la description qui va suivre, tous les éléments et composants identiques, similaires ou analogues, seront désignés 5 par les mêmes références. On utilisera les termes longitudinal, vertical, et transversal en référence au trièdre L, V, T indiqué sur les figures. On utilisera aussi l'orientation amont-aval pour la circulation longitudinale de la matière première de droite à io gauche, en considérant la figurant 1, selon l'axe L. L'installation 10 illustrée schématiquement à la figure 1 comporte une enceinte de traitement 12 qui se présente sous la forme générale d'un parallélépipède rectangle orienté longitudinalement et sensiblement horizontal, par exemple avec une pente faible d'aval en amont comme illustré à la figure 1. L'enceinte de traitement 12 est étanche pour éviter toute dissipation dans l'atmosphère de vapeurs d'acides et elle comporte une entrée amont 14 d'alimentation en matière première et une sortie aval 16 d'évacuation de la matière première traitée. La pression atmosphérique règne à l'intérieur de l'enceinte de traitement 12. A l'intérieur de l'enceinte 12 est agencé un convoyeur motorisé 18 dont la bande 20, en partie supérieure, défile d'amont en aval de droite à gauche et reçoit, au voisinage de son extrémité amont, la matière première MP à traiter pénétrant dans l'enceinte de traitement 12 par l'entrée 14. Le convoyeur 18 à bande 20 permet ainsi de faire circuler la matière première d'amont en aval à l'intérieur de l'enceinte 12 à vitesse constante ou régulée par des moyens d'entraînement et de commande, ainsi que par des moyens non représentés de régulation de la vitesse de défilement de la matière première MP. Comme on peut le voir sur le schéma de la figure 3, la bande 20 s'étend sur une largeur transversale déterminée et elle est par exemple constituée par une tôle ondulée réalisée en matériau résistant aux mélanges acides. La matière première MP est ainsi répartie le plus uniformément possible, par des moyens non représentés, sur 5 toute la largeur de la bande 20 du convoyeur 18. La bande 20 est agencée dans l'enceinte de traitement 12 de manière que les liquides qui atteignent la face supérieure de la bande supérieure 20 puissent s'écouler, ici latéralement, de part et d'autre des bords longitudinaux 22 de la bande et/ou, à titre de lo variante non représentée, à travers la bande 20 qui est alors perforée à cet effet. L'installation 10 comporte une trémie 24 d'alimentation de l'enceinte de traitement 12 en matière première MP. La trémie 24 est reliée à l'entrée 14 par une vis 26 de 15 propulsion de la matière première dans une conduite 28 reliée à l'entrée 14. Comme illustré à la figure 1, la trémie 24 peut être reliée par une canalisation 30, à un réservoir 32 contenant un mélange d'acides organiques afin de réaliser, dans la trémie 24, un premier traitement de la matière première MP par pré-imprégnation de la matière première. Le débit d'alimentation de la trémie 24 en mélange d'acides de préimprégnation peut être régulé par une électrovanne 34. Lorsque la matière première MP quitte la bande supérieure 20 du convoyeur 18, elle chute par gravité dans la sortie 16 et elle est évacuée par une conduite d'évacuation 36. La nature des matières premières utilisées, telles que par exemple de la paille, ainsi que la composition des mélanges d'acides organiques et leurs températures dépendent du procédé de production de pâte à papier, lignines, et sucres mis en oeuvre au moyen de l'installation 10. A titre d'exemple, on pourra notamment se reporter au contenu du brevet européen EP-B1-1.180.171 pour connaître ces paramètres physico-chimiques. Conformément aux enseignements de l'invention, outre l'enceinte de traitement 12 et ses moyens d'alimentation en matière première MP, l'installation 10 comporte successivement, d'amont en aval, une série de n postes de traitement PTi avec i compris entre 1 et n. Dans l'exemple illustré à la figure 1, le nombre de postes io de traitement est égal à sept. Ainsi, le premier poste de traitement amont est le poste PT1 tandis que le dernier poste aval est le poste PT7. Tous les composants d'un poste PTi seront désignés par les mêmes références indicées "i". Chaque poste de traitement PTi est un poste "autonome" et a pour fonction d'assurer la mise en présence ou en mise en contact temporaire de la matière première MP avec un mélange d'acides organiques sous forme liquide afin d'assurer, à chaque poste de traitement PTi, une "imprégnation" de la matière première MP. Sur les figures, les différents postes de traitement consécutifs sont délimités par des traits mixtes verticaux. Chaque poste de traitement PTi comporte, agencé verticalement au-dessus de la bande supérieure 20 transportant la matière première MP, des moyens d'arrosage par gravité de la matière première en mélange d'acides organiques. A titre d'exemple non limitatif, les moyens d'arrosage de la matière première MP sont ici, à chaque poste, constitués par un godet Gi qui, sur les figures, est illustré en position de repos et de remplissage et qui est susceptible de basculer autour de son axe inférieur horizontal Xi pour déverser son contenu verticalement, et sensiblement sur toute la largueur transversale de la bande 20, sur la matière première MP située sur la bande supérieure 20 sensiblement au droit du godet Gi. A titre de variante non représentée, les moyens d'arrosage de la matière première à chaque poste peuvent être constitués par une ou plusieurs rampes d'arrosage ou d'aspersion par gravité de la matière première, toujours de manière à garantir une répartition la plus homogène possible du mélange d'acides organiques. Chaque poste PTi comporte aussi des moyens pour récupérer le mélange d'acides organiques d'imprégnation de la matière première MP après que ce mélange a traversé la matière lo première MP, puis se soit écoulé latéralement de part et d'autre du convoyeur à bande 20 et/ou a traversé la bande si cette dernière est perforée ou ajourée à cet effet avec des perforations de dimensions suffisamment réduites pour ne permettre que le passage des liquides à récupérer. Ces moyens de collecte du mélange d'acides organiques après la traversée de la matière première MP sont ici constitués, à chaque poste, par une auge de collecte Ai qui s'étend transversalement sur toute la largueur de l'enceinte de traitement 12 et longitudinalement sensiblement sur toute la longueur d'un poste de traitement PTi. Au sens de l'invention, on appelle mélange "frais" d'acides organiques, à chaque poste, le mélange d'acides organiques qui remplit le godet Gi et qui, au poste considéré, va être mis temporairement en contact avec la matière première MP pour imprégner cette dernière en la traversant. On effectue ainsi une "immersion" temporaire de la matière première MP au poste PTi par traversée par gravité de la matière première MP par un mélange frais d'acides organiques. On note aussi que, conformément au principe de l'invention, la matière première n'est jamais reçue dans un bain de mélange d'acides organiques, mais seulement imprégnée et traversée temporairement. Chaque godet Gi est alimenté en mélange frais par une conduite d'alimentation CFi dans laquelle est interposée une électrovanne de régulation du débit de mélange frais EVFi. Un échangeur thermique Ei, ou tout autre moyen de chauffage équivalent, muni de moyens Ti de régulation de la température, permet de déterminer avec précision la température du mélange frais alimentant le godet Gi. Après sa récupération dans l'auge de collecte Ai, le mélange d'acides organiques est aspiré ici par une pompé Pi dont io l'entrée d'aspiration est reliée à l'auge Ai par une conduite de récupération CRi avec interposition d'une électrovanne EVRi de régulation du débit dans le conduit CRi. Comme cela est illustré schématiquement aux figures, la sortie de refoulement de la pompe Pi est reliée tout d'abord à une ts conduite d'extraction CEi dans laquelle est interposée une électrovanne EVEi de régulation du débit d'extraction. La sortie de refoulement de la pompe Pi est aussi reliée à une conduite CRUi de réutilisation d'au moins une partie du mélange d'acides organiques récupéré avec interposition dans la conduite CRUi d'une électrovanne EVRUi de régulation du débit. Toutes les électrovannes de l'installation sont reliées à une unité centrale de commande non représentée, de même que les moyens de chauffage Ei et de régulation thermique Ti. La conduite de réutilisation CRUi d'un poste de traitement PTi est reliée, ici à travers l'échangeur thermique Ei-1, à la conduite CFi-1 qui alimente le godet Gi-1 du poste de traitement PTi-1 situé ici immédiatement en amont du poste PTi. Ainsi, conformément aux enseignements de l'invention, au "deuxième" poste de traitement Pi, on imprègne la matière première MP avec un "deuxième" mélange frais d'acides organiques puis on récupère une partie du deuxième mélange après imprégnation de la matière MP pour le réutiliser pour constituer au moins en partie le "premier" mélange d'acide frais destiné, au "premier" poste de traitement PTi-1, d'imprégnation de io la matière première MP situé immédiatement en amont du poste PTi. Bien entendu, au dernier poste aval PTn, c'est-à-dire ici au poste PT7, il est prévu des moyens E7, T7 et EVF7 d'alimentation 5 du godet G7 en un mélange d'acide frais. A cet effet, l'échangeur thermique E7 est par exemple lui aussi relié au réservoir de mélange d'acides organiques 32 par une conduite 36 avec une électrovanne 38 de régulation du débit. Le mélange initial d'acides organiques contenu dans le lo réservoir 32 qui alimente le dernier poste aval PTn est ainsi au moins en partie réutilisé de poste en poste jusqu'au premier poste PT1. Au premier poste amont PT1, la conduite CRU1 est ici une conduite d'évacuation du mélange d'acides organiques aspiré par 15 la pompe P1 qui n'est pas réutilisé. Sans sortir du cadre de l'invention, on peut concevoir que chaque poste PTi, c'est-à-dire chaque godet Gi est, outre le mélange d'acides organiques récupéré au poste immédiatement situé en aval, alimenté lui aussi en partie avec un mélange d'acides organiques provenant d'une autre source, et par exemple du réservoir 32 de mélange initial d'acides organiques. La conduite d'extraction CE1 de chaque poste de traitement PTi permet de prélever une partie du mélange d'acides organiques ayant traversé la matière première MP à ce poste, en vue notamment d'en extraire des sucres monomères et polymères solubilisés et des lignines issus de la matière première végétale MP. La possibilité de prélever, en vue d'extraction(s) à chaque poste de traitement PTi offre de nombreux avantages. Elle permet notamment d'extraire des lignines de poids moléculaires distincts et connus, ces lignines pouvant être caractérisées, de manière connue, notamment par spectrométrie de masse. Il Il en est de même des sucres et notamment des hémicelluloses hydrolysées. On constate que le mélange d'acides organiques par sa récupération et sa réutilisation de poste en poste se change progressivement en lignines et en sucres, tout en voyant sa concentration en acides organiques se modifier. Le fait de pouvoir procéder à une extraction à chaque poste, et notamment au premier poste PT1, permet aussi de ré-équilibrer la teneur en eau, notamment afin de prendre compte io l'humidité ou teneur en eau de la matière première MP qui dépend de sa nature proprement dite et par exemple aussi de ses conditions de stockage préalablement à son traitement dans l'installation. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit. Le convoyeur à bande peut-être remplacé par tout dispositif analogue, tel que par exemple un convoyeur à vis. Tous les postes de traitement peuvent être répartis par groupes successifs dans des enceintes distinctes avec transfert de la matière première et des mélanges d'acides d'une enceinte à la suivante. Les auges de collecte ont été illustrées aux figures sous la forme de composants discrets, c'est-à-dire chaque poste PTi comportant son auge Ai. Comme on l'a représenté schématiquement à la figure 4, les auges Ai peuvent appartenir à un ensemble permettant que tous les mélanges ayant traversés la matière première MP et ayant été évacués du convoyeur à bande 18, soient collectés, sensiblement au droit de chaque poste de traitement PTi par une auge de collecte. Les dimensions, selon la direction longitudinale L de chaque auge de collecte Ai et entre les zones consécutives permet notamment de "réguler" les poids moléculaires ou groupes de poids moléculaires des lignines extraites à chaque poste. L'invention concerne aussi un procédé de production de pâte à papier au moyen d'une installation selon l'invention, qui est caractérisé en ce que l'on prélève une partie de ladite quantité de deuxième mélange en vue d'en extraire des sucres monomères et polymères de poids moléculaires déterminés. L'invention concerne aussi les sucres monomères et polymères de poids moléculaires déterminés obtenus selon ce procédé. REVENDICATIONS 1. Installation (10) pour la mise en oeuvre d'un procédé de production de pâte à papier, de lignines, et de sucres dans lequel: s * les plantes annuelles ou pérennes, utilisées en tout ou partie, qui constituent la matière première lignocellulosique de départ (MP) sont, au cours d'une étape d'imprégnation, mises en présence d'un mélange d'acides organiques; * on sépare ensuite, au cours d'une étape de fraction- nement, la fraction solide constituant la pâte à papier de la phase organique contenant notamment en solution les acides organiques de départ, des sucres monomères et polymères solubilisés, et des lignines issus de la matière première végétale initiale; * l'imprégnation et le fractionnement sont conduits à la 1s pression atmosphérique; caractérisée en ce qu'elle comporte: - des moyens (18, 20) pour faire passer la matière première (MP) , d'amont en aval, successivement en un premier poste (PTi-1) et au moins un deuxième poste (PTi) de traitement de la matière première qui sont agencés consécutivement d'amont en aval et constituant un premier couple de postes consécutifs de traitement, chaque poste (Pi) de traitement comportant: - des moyens (Gi) dits d'imprégnation pour, au premier poste (PTi-1), mettre temporairement la matière première (MP) en présence d'une quantité d'un premier mélange, dit d'imprégnation, d'acides organiques, et pour, au deuxième poste (PTi), mettre temporairement la matière première (MP) en présence d'une quantité d'un deuxième mélange d'imprégnation d'acides organiques; et - des moyens pour, après imprégnation, récupérer au moins partiellement ladite quantité de deuxième mélange après imprégnation et pour ré-utiliser au moins une partie du deuxième mélange récupérée pour constituer au moins en partie ledit premier mélange d'imprégnation utilisé au premier poste (PTi-1). 2. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque poste (PTi) comporte des moyens (Pi) pour, après imprégnation, prélever une partie de ladite quantité de deuxième mélange en vue d'en extraire notamment des sucres monomères et polymères solubilisés, et des lignines issus de la matière première végétale initiale. 3. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens d'imprégnation (Gi) pour mettre temporairement la matière première (MP) en présence d'une quantité d'un mélange d'acides organiques comportent des moyens d'arrosage de la matière première (MP) de manière que le mélange d'imprégnation traverse la matière première. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens pour faire passer la matière première, d'amont en aval comportent un convoyeur (18), notamment du type à bande (20), sur lequel la matière première (MP) est déposée en amont (14) du premier poste (PTi) et est transportée en continu. 5. Installation selon la revendication 4 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisée en ce que, après la traversée de la matière première (MP), ledit mélange d'imprégnation est évacué du convoyeur (18) par gravité. 6. Installation selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que chaque poste (PTi) comporte, sous le convoyeur (18) , des moyens (Ai) qui collectent le mélange d'acides organiques après la traversée de la matière première (MP). 7. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les moyens collecteurs comportent au moins une auge (Ai) qui reçoit, par gravité, le mélange d'acides organiques après la traversée de la matière première (MP). 8. Installation selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que chaque poste (PTi) comporte au moins une pompe (Pi) dont l'entrée, ou aspiration, est reliée aux moyens collecteurs (Ai) du poste (PTi) et dont la sortie, ou refoulement, peut être reliée sélectivement à un circuit de ré-utilisation (CRUi) et/ou à un circuit d'extraction (CEi). 9. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, à chaque poste (PTi), elle comporte des moyens de chauffage (Ei) et de régulation (Ti) en température de ladite quantité de mélange d'imprégnation. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications io précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (24, 26) pour alimenter en continu ledit premier poste (PT1) en matière première (MP). 11. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (30, 32, 34) de préimprégnation, ou d'imprégnation préalable, de la matière première (MP) avec un mélange d'acides organiques, préalablement à l'introduction de la matière première (MP) au premier poste (PT1). 12. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (32, E7) d'alimentation d'au moins un poste aval (PT7) avec un mélange d'acides organiques d'imprégnation. 13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (32, E7) d'alimentation du poste (PT7) situé le plus en aval avec un mélange d'acides organiques d'imprégnation. 14. Installation selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (E7) de chauffage et de régulation (T7) en température dudit mélange. 15. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comporte une enceinte (12), à l'intérieur de laquelle règne la pression atmosphérique, à l'intérieur de laquelle sont agencés lesdits moyens (18, 20) pour faire passer la matière première (MP) successivement à chacun des postes consécutifs (PTi) de traitement, et qui comporte une entrée (14) pour l'introduction de la matière première (MP) dans l'enceinte (12) en vue d'alimenter ledit premier poste (PT1), une sortie (16) pour évacuer la matière première après son passage au dernier poste (PT7), et à l'intérieur de laquelle sont agencés au moins en partie lesdits moyens d'imprégnation (Gi) et lesdits moyens de récupération (Ai). 16. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte, successive-ment d'amont en aval, n postes (PT1 à PTn) de traitement auxquels la matière première (MP) passe successivement, et en ce que chaque couple de postes consécutifs (PTi-1, PTi) est réalisé de la même manière que ledit premier couple de postes consécutifs (PTi-1, PTi). 17. Procédé de production de pâte à papier au moyen d'une installation selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on prélève une partie de ladite quantité de deuxième mélange en vue d'en extraire des sucres monomères et polymères de poids moléculaires déterminés.