EP0180529B1

EP0180529B1 - Procédé pour la préparation des pâtes papetières chimiques en vue du blanchiment

Info

Publication number: EP0180529B1
Application number: EP85420187A
Authority: EP
Inventors: Dominique Lachenal; Christian De Choudens
Original assignee: Atochem SA; Elf Atochem SA; Centre Technique de lIndustrie des Papiers Cartons et Celluloses
Current assignee: Centre Technique De L'industrie Des Papiers Car; Arkema France SA
Priority date: 1984-10-25
Filing date: 1985-10-22
Publication date: 1988-06-29
Anticipated expiration: 2005-10-22
Also published as: AU4910885A; EP0180529A1; DE180529T1; AU576394B2; ES8606557A1; FI82726C; FR2572431A1; FI854148L; CA1273755A; FR2572431B1; DE3563548D1; JPS61102495A; FI854148A0; FI82726B; EP0180529B2; ES548166A0; ATE35433T1

Description

L'invention concerne un procédé pour la préparation des pâtes papetières chimiques en vue de leur blanchiment.
Comme on le sait, la délignification est une opération qui consiste à enlever le maximum de la lignine contenue dans les fibres. Pour enlever la lignine résiduelle et/ou dégradée par ce traitement, il faut préparer la pâte en vue du blanchiment proprement dit.
A ce jour, essentiellement, trois types de procédés ont été proposés.
Dans un premier type de procédé, on a suggéré de traiter la pâte par du chlore. Ce procédé ne permet pas malheureusement de recycler les etfluents dans les circuits de l'usine, du fait de leur teneur élevée en chlorures. En outre, l'augmentation de la température du traitement par le chlore, inévitable en cas de recyclage intensif, provoquerait une dégradation importante de la cellulose (voir la publication "Pulp and Paper Magazine of Canada", Juin 1974 - Vol. 75 N° 6 - pages 67 et suivantes).
Un second type de procédé consiste à traiter la pâte au moyen d'oxygène en milieu alcalin. Toutefois, si ce procédé permet de recycler les effluents, en revanche, en pratique, on ne dépasse guère un taux d'extraction de la lignine voisin de 50 %, afin d'éviter l'oxydation et donc la dégradation de la cellulose par l'oxygène. (voir TAPPI-Juin 1981 Vol. 64 N° 6 - pages 91 et suivantes).
Dans un troisième type de procédé, on a suggéré de traiter la pâte au moyen de peroxydes, notamment de peroxyde d'hydrogène. Toutefois, en pratique, ce procédé n'est efficace qu'à des températures supérieures à 100°C, notamment au voisinage de 120°C. Malheureusement comme on le sait, par ces conditions de température, on provoque une degradation importante de la pâte.
Dans le brevet français FR-A-2 018 562, on a proposé de traiter la pâte tout d'abord à l'aide d'une suspension aqueuse de chlore, puis ensuite avec de l'oxygène gazeux en milieu alcalin à une pression supérieure à la pression atmosphérique. Une forme de réalisation avantageuse consiste à traiter la pâte en suspension aqueuse à une température ambiante, avec 2 à 8 % de chlore actif en poids par rapport à la pâte, notamment sous forme d'hypochlorite, puis à traiter cette suspension aqueuse à une consistance de 3 à 12 % avec de l'oxygène, notamment sous forme peroxyde en milieu alcalin à une pression d'au moins deux bars. On obtient ainsi une pâte conduisant à de bonnes caractéristiques papetières. Malheureusement, du fait de la grande quantité d'hypochlorite introduite, les effluents ne peuvent pas être recyclés. De la sorte, ce procédé ne s'est guère développé.
Le brevet US-A-4 402 788 confirme la pratique de la chloration à l'aide de quantités de chlore absorbé égales à environ 4 à 7 % et la nécessité d'opérer à basse température si l'on veut éviter la dégradation de la matière lignocellulosique qu'entraîne une chloration à chaud pourtant réalisée à une température encore relativement faible et voisine de 70° C avant qu'intervienne le peroxyde d'hydrogène.
Le brevet FR-A-2 322 235 enseigne quant à lui qu'une chloration avant action du peroxyde d'hydrogène dans une séquence complexe pour le blanchiment complet de la cellulose, ne peut être profitable que si elle est à la fois partielle et de bas niveau en étant réalisée, même avec une quantité de chlore réduite, sur une matière lignocellulosique ayant une consistance faible, inférieure à 5 %, et à froid une fois encore.
Bref, toutes les solutions proposées jusqu'à ce jour pour préparer les pâtes papetières chimiques en vue de leur blanchiment, présentent l'inconvénient soit d'entraîner une dégradation importante de la cellulose, soit de ne pas permettre le recyclage des effluents sauf à faire appel à des stades additionnels de traitement. L'invention pallie ces inconvénients. Elle vise un procédé perfectionné pour la préparation en vue du blanchiment au moyen d'un composé contenant du chlore actif puis au moyen d'un composé contenant de l'oxygène, qui soit plus économique à mettre en oeuvre, et qui permette d'atteindre un taux de délignification et une blancheur améliorés.
Ce procédé de traitement des pâtes papetières chimiques en plusieurs stades, du type dans lequel ladite pâte est traitée tout d'abord par du chlore actif puis ensuite au moyen d'un composé oxygéné, se caractérise en ce que le traitement au chlore actif est effectué:

- à une température comprise entre 70° C et 90° C, de préférence entre 70 et 80° C;
- sur une pâte dont la consistance est comprise entre 5 et 15 %, de préférence entre 8 et 12 ⁰/₀;
- et enfin, à une concentration en chlore actif comprise entre 0,8 % et 1,5 %, de préférence au voisinage de 1 à 15 % en poids par rapport au poids de la pâte.

Ainsi, le choix de ces conditions opératoires spécifiques permet, de manière tout à fait inattendue, de pouvoir recycler les effluents, ce que ne permettait pas les traitements proposés jusqu'alors tout en obtenant d'aussi bons résultats de blancheur et sans dégrader la cellulose.
Avantageusement, en pratique:

- le prétraitement au chlore actif est effectué par du chlore gazeux pendant une durée comprise entre cinq et trente minutes, de préférence entre dix et vingt minutes;
- le traitement ultérieur à l'oxygène est effectué par du peroxyde d'hydrogène à une température supérieure à 100°C, avantageusement voisine de 120°C.

Ainsi, le prétraitement au chlore inhibe la dégradation qui se produit normalement lors du blanchiment au peroxyde. Ainsi, de manière tout à fait inattendue, le procédé selon l'invention permet d'atteindre un excellent degré de préblanchiment sans toutefois dégrader la cellulose.
On a observé que si la concentration en chlore était inférieure à 0,5 % en poids du poids de la pâte, l'effet inhibiteur devenait insuffisant. De même, si cette concentration excédait 1,5 %, cela entraînerait une consommation inutile de chlore et surtout une plus grande difficulté du recyclage des effluents. Comme déjà dit, dans le procédé de l'invention, la concentration en chlore doit être comprise entre 0,8 et 1,5 % en poids du poids de la pâte.
De même, si la température du prétraitement au chlore était inférieure à 50° C, cela poserait des problèmes sur le plan pratique, notamment pour faire appel aux effluents de recyclage qui se trouvent au moins à cette température. De même, si cette température excédait 100° C, il faudrait faire appel à des appareils spéciaux et à un apport de calories, ce qui rendrait le prétraitement difficile à réaliser.
Comme déjà dit, dans le procédé de l'invention, la température de ce prétraitement au chlore doit être comprise entre 70 et 90°C. Si la température dépasse 90°C, on a tendance à dégrader la cellulose sans améliorer notablement le préblanchiment. Si cette température est inférieure à 70° C, le traitement perd de son efficacité.
En ce qui concerne la consistance de la pâte, on a observé que si cette consistance était inférieure à 5 %, cela entraînerait la manipulation d'une grande quantité d'eau, ce qui rendrait peu économique le recyclage des effluents. De même, si la consistance était superieure à 15 %, la manipulation de la pâte deviendrait plus difficile.
Comme déjà dit, le procédé selon l'invention réside essentiellement dans une sélection particulière des conditions opératoires d'un procédé connu de traitement en plusieurs phases, l'une au chlore, l'autre à l'aide d'un composé oxygéné. Grâce à cette sélection dans les conditions opératoires, ce préblanchiment assure de manière inattendue la protection de la cellulose tout en permettant le recyclage des effluents après le traitement par le composé oxygéné. Le stade de chloration étant réalisé à chaud, le recyclage de ces effluents contenant très peu de chlorures au lavage de la pâte écrue, ne pose en effet aucun problème.
Le brevet FR-A-2 018 562 déjà cité, qui enseignait le traitement en deux phases au moyen tout d'abord d'une suspension aqueuse de chlore et ensuite au moyen d'oxygène gazeux en milieu alcalin, faisait appel à des quantités de chlore importantes, d'au moins 2 %, ce qui rendait le recyclage des effluents impossible. De plus, l'augmentation de la température de la chloration qui en résulterait entraînerait une dégradation de la cellulose. De la sorte, il fallait opérer à froid.
Le procédé selon l'invention a vaincu ce préjugé car on ne pouvait s'attendre à ce qu'en utilisant une concentration en chlore voisine mais différente sur une pâte ayant une consistance particulière et à une température appropriée, on observe plus les phénomènes de dégradation provoqués à la fois par la chloration et l'oxydation par le composé oxygéné.
La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif mais non limitatif.
Dans la suite, les taux de réactifs indiqués seront exprimés en pour cent (%) en poids par rapport au poids de la pâte comptée en sec.

Exemple 1:

On réalise un témoin en opérant de la manière suivante.
On traite une pâte kraft commerciale, de bois résineux d'indice Kappa 30 (norme NF-T-12018) dont le degré de polymérisation de la cellulose (DP) est de 1600 (TAPPI-T-230 of 76) par de l'oxygène en milieu alcalin dans les conditions conventionnelles et industrielles suivantes:

- pression de l'oxygène (mesurée à froid) : 5bars
- quantité de soude : 2 %,
- température de traitement : 110°C,
- concentration de la pâte : 25 %,
- durée de traitement : 45 min

0,5 % de sulfate de magnésium ont été introduits comme protecteur de la cellulose.
Après lavage dans des conditions usuelles, l'indice Kappa est ramené à 14,0 et le DP à 1400.
Comme on le sait, on ne peut augmenter l'action délignifiante de l'oxygène sans dégrader parallèlement la cellulose. Ainsi, si au lieu d'utiliser 2 % de soude, on en utilisait 3, puis 4 %, l'indice Kappa tomberait respectivement à 12,1, puis à 10,2 et le DP chuterait parallèlement à 1280, puis 1130.

Exemple 2:

On utilise la même pâte kraft qu'à l'exemple 1. On traite celle-ci, préalablement au traitement à l'oxygène, par 1 % de chlore gazeux, à 70°C, pendant dix minutes, la concentration en pâte étant de 10 %.
Après lavage, le traitement à l'oxygène est réalisé avec une solution de soude à 3 %, les autres conditions restant celles de l'exemple 1. L'indice Kappa obtenu est de 9,7 et le DP, au lieu de chuter à 1280 comme à l'exemple 1, se maintient à 1350.
Ainsi, bien que la délignification obtenue soit plus importante (indice Kappa inférieur), le degré de polymérisation de la cellulose reste à un bon niveau, ce qui permet de conserver les propriétés mécaniques de la pâte.

Exemple 3:

On répète l'exemple 2 en modifiant simplement la température du prétraitement par le chlore qui est portée à 90°C. L'indice Kappa obtenu est de 8,5 et le DP de 1450.
Cet exemple illustre parfaitement l'effet favorable de l'augmentation de la température du prétraitement.

Exemple 4:

On répète l'exemple 2 en augmentant à 4 % le taux de soude lors du traitement à l'oxygène.
L'indice Kappa obtenu est de 7,9 et le DP chute seulement à 1300.
A titre indicatif, les indices Kappa obtenus dans les exemples 3 et 4 sont du même niveau que ceux obtenus par le procédé conventionnel de chlorosodation (CE) dans lequel on utilise environ 6 % de chlore.

Exemple 5:

On répète l'exemple 2 en supprimant l'oxygène.
L'indice Kappa initialement de 30, au lieu d'être ramené à 9,7 comme dans l'exemple 2, est seulement de 24.
Cela illustre parfaitement l'action délignifiante de l'oxygène dans le procédé selon l'invention.
Dans l'exemple 2, on a décrit l'utilisation de l'oxygène comme agent du traitement de délignification. On peut également utiliser d'autres composés oxygénés, tels que le peroxyde d'hydrogène.

Exemple 6:

On délignifie la pâte kraft de l'exemple 1 (indice Kappa 30, DP 1600) dans les conditions suivantes.

- peroxyde d'hydrogène : 1 %,
- soude : 3 %,
- température de traitement : 120°C,
- durée de traitement : 90 min.,
- concentration en pâte: 12 %.

Après lavage, l'indice Kappa est ramené à 17,1 et le DP à 1250.

Exemple 7:

On répète l'exemple 6 en faisant subir à la pâte un prétraitement par le chlore dans les conditions suivantes:

- taux de chlore : 1,5 %,
- température : 70°C,
- durée : 15 min.,
- concentration en pâte : 12 %.

Après le traitement au peroxyde dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 6, l'indice Kappa est ramené à 13 au lieu de 17,1 mais le DP ne chute qu'à 1470 au lieu de 1250.
Ces deux exemples 6 et 7 illustrent également parfaitement l'effet favorable du prétraitement au chlore sur l'efficacité de la délignification et sur sa sélectivité.
Les résultats de ces exemples 1 à 7 sont rassemblés par commodité dans le tableau annexé.
Si l'on examine ce tableau, notamment les valeurs obtenues par les procédés connus, c'est-à-dire dans lesquels on effectue un traitement à l'oxygène (exemple 1) ou un traitement au chlore (exemple 5), on voit nettement le progrés réalisé par l'invention (exemples 2, 3 et 4). En effet, il est bien connu que le traitement délignifiant à l'oxygène et le traitement par le chlore à chaud sont deux traitements qui dégradent la cellulose. Il n'était donc nullement évident qu'en combinant ces deux traitements connus séparément et dans des conditions particulières, la délignification par l'oxygène deviendrait aussi sélective, puisqu'elle ne toucherait que la lignine sans provoquer de dépolymérisation de la cellulose. En d'autres termes, il est surprenant que la combinaison de deux traitements connus pour dégrader la cellulose conduisent à une opération qui non seulement ne dégrada pas la cellulose, mais améliore la délignification.
En outre, le procède selon l'invention nécessite une faible consommation de réactif. En effet, la comparaison avec le traitement conventionnel de chlorosodation (CE) (voir publication "Pulp and Paper Magazine of Canada" Juin 1974, vol. 75 N° 6, pages 67 et suivantes, rappelée dans le préambule), montre qu'à performances pratiquement identiques, le taux de chlore utilisé dans le procédé selon l'invention ne représente que le quart, voire le sixième de celui de ce traitement (CE). Certes, la consommation d'oxygène dans le procédé selon l'invention (2 à 3 % maximum) est notable, mais le coût de cette consommation est faible par rapport à l'économie réalisée sur le chlore, de sorte que le bilan économique du procédé est largement positif.
D'autres avantages du procédé selon l'invention proviennent de ce que l'on utilise de très faibles quantités de chlore. La quantité des produits organiques chlorés formés lors du prétraitement par le chlore est donc très faible, ce qui réduit considérablement le problème de la pollution posé par ces produits dont le caractère mutagène est connu. Par ailleurs, le taux de chlorures dans l'effluent de chloration ou de délignification par l'oxygène est également très faible, ce qui permet d'envisager favorablement le recyclage de ces effluents dans les circuits de régéneration. Il en résulte donc une réduction importante de la pollution aqueuse provoquée par les effluents de blanchiment, réduction supérieure à celle qu'autorise la délignification conventionnelle à l'oxygène.
Le procédé de délignification selon l'invention est applicable à tout type de pâte chimique papetière quel que soit le végétal de départ (bois résineux ou feuillus, plantes annuelles, etc.).

Claims

1. Procédé pour la préparation des pâtes papetières chimiques en vue de leur blanchiment, du type dans lequel ladite pâte est traitée avec du chlore, puis ensuite au moyen d'un composé oxygéné, caractérisé en ce que le prétraitement au chlore est effectué sur une pâte ayant une consistance comprise entre 5 % et 15 %, à une température comprise entre 70°C et 90°C, avec une concentration en chlore comprise entre 0,8 % et 1,5 % au poids par rapport au poids de la pâte.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée du prétraitement au chlore est comprise entre cinq et trente minutes, de préférence entre dix et vingt minutes.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant le prétraitement au chlore, la consistance de la pâte est comprise entre 8 et 12 %.

4. Procedé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé oxygéné est de l'oxygène.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé oxygéné est du peroxyde d'hydrogène que l'on fait réagir à une température voisine de 120°C.