FR2502203A1 - Procede de delignification de pate de cellulose - Google Patents

Abstract

PROCEDE DE DELIGNIFICATION DE PATE DE CELLULOSE PRODUITE PAR CUISSON CHIMIQUE DE MATIERES LIGNOCELLULOSIQUES. DANS CE PROCEDE, LA PATE EST MISE EN CONTACT, DANS UNE PHASE D'ACTIVATION, AVEC UNE PHASE GAZEUSE CONTENANT DU NO ET DU GAZ OXYGENE ALIMENTE A CETTE PHASE D'ACTIVATION, DE FACON QUE L'OXYDE NITRIQUE INTERMEDIAIRE SOIT UTILISE POUR ACTIVER LA PATE, CETTE PHASE D'ACTIVATION ETANT CONDUITE SOUS DES CONDITIONS ENERGIQUES, C'EST-A-DIRE A DES TEMPERATURES SI ELEVEES QU'ELLES PROVOQUENT UNE CERTAINE DEGRADATION DES MOLECULES DE CELLULOSE, LA PATE ETANT ENSUITE SOUMISE A UNE PHASE DE TRAITEMENT A L'ALCALI ET AU GAZ OXYGENE DANS UN MELANGE DE PATE ET D'EAU, LA PRESSION PARTIELLE DU GAZ OXYGENE PENDANT CETTE PHASE ETANT MAINTENUE COMPRISE ENTRE 0,005 ET 0,18 MPA, CETTE PRESSION PARTIELLE DU GAZ OXYGENE NE DEVANT PAS TOMBER EN DESSOUS DE LA LIMITE DE PRESSION LA PLUS FAIBLE PENDANT N'IMPORTE QUELLE PARTIE DU PROCESSUS DE TRAITEMENT.

Description

La présente invention concerne un procédé de délignification de pâte de cellulose et, plus particulièrement, un procédé de blanchiment des pâtes chimiques de cellulose, notamment des pâtes obtenues par cuisson alcaline. Des exemples de telles pâtes comprennent les pâtes obtenues par des procédés au sulfate, au polysulfite et au carbonate de sodium.

Les pâtes obtenues par un procédé au carbonate de sodium comprennent les pâtes digérées avec de l'hydrate de sodium pendant la cuisson chimique, en présence de divers additifs parmi lesquels on peut citer les catalyseurs redox, tels que l'anthraquinone. La présente invention peut également être appliquée à d'autres pâtes chimiques de cellulose, par exemple, les pâtes obtenues par un procédé au sulfite.

Dans la technique antérieure, dans la brochure "Paper Trade
Journal Tappi Sect. 118, 62 (1944), CLARKE a indiqué que la pâte de cellulose peut être partiellement délignifiée en la traitant dans une suspension avec du peroxyde d'azote, à 90 C pendant une période de une heure à une heure et demie, suivie par une extraction à 90"C pendant trente minutes, ou à 500C pendant une heure, à une concentration de pâte de 7 % et une charge d'alcali correspondant à 2 % de NaOH calculés sur le poids à sec de la pâte. Ce traitement provoque un très fort degré de dégradation de la cellulose, qui se traduit par une pâte dont la viscosité est extrêmement faible par rapport à celle d'une pâte qui a été soumise à une chloration et une extraction alcaline.

Dans le brevet français nO 2 158 873, BOURIT évite la dépolymérisation au moyen d'un processus de délignification comprenant un traitement avec du peroxyde d'azote à de faibles températures, de préférence des températures inférieures à 200C, et pendant de longues durées, ce traitement étant suivi par une extraction alcaline sous de douces conditions. Cependant, le degré de délignification est très faible et le procédé ne fournit pas une solution aux problèmes courants de l'environnement.

En second lieu, un procédé dans lequel la pâte est prétraitée au moyen de peroxyde d'azote, puis blanchie au gaz oxygéné, a été également décrit, mais ce procédé provoque un abaissement considérable de la viscosité, sans pour autant atteindre un haut degré de délignification.

Actuellement, le problème technique à résoudre tient au fait que, pour des raisons d'environnement, il est important de découvrir un procédé économique qui éviterait le besoin de chloration de la pâte de cellulose dans la fabrication de pâte chimique blanchie.

Lors du blanchiment d'une pâte au gaz oxygéné, il est de pratique courante d'utiliser une haute pression de gaz, souvent pendant toute la durée du traitement. L'abaissement de la pression de gaz oxygéné provoque une diminution du taux de délignification et une sélectivité réduite, définie en tant que viscosité à un indice kappa donne, après la phase de blanchiment au gaz oxygéné. La délignification pendant le traitement sous des conditions déterminées dans la phase au gaz oxygéné peut être amé- libre si ce traitement est précédé par une phase d'activation dans laquelle la pâte est traitée avec du peroxyde d'azote.Une sélectivité améliorée peut être également réalisée au moyen d'une telle activation, même si l'on met en pratique les procedés définis precedemment, mais il est seulement possible d'obtenir un taux limité de délignification, sans dépolymérisation de la cellulose à une valeur relativement forte et sans utiliser des appareils très onéreux.

Selon un autre processus proposé antérieurement, l'activation avec du peroxyde d'azote est suivie par un traitement à l'alcali chaud. Ceci nécessite une charge d'alcali très élevee et provoque une forte perte d'hydrates de carbone, si les deux phases du processus sont effectuées pour ateindre une faible teneur en lignine.

tes problèmes évoqués ci-dessus sont résolus au moyen de la présente invention, qui concerne plus particulièrement un procedé adapté pour délignifier une pâte de cellulose produite par une cuisson chimique de matières lignocellulosiques, procédé dans lequel la pâte est mise en contact, dans une phase d'activation, avec une phase gazeuse contenant du
N02 et du gaz oxygéné alimenté à cette phase d'activation, de façon que
L'oxyde nitrique intermédiaire soit utilisé pour activer la pâte, cette phase d'activation étant conduite sous des conditions énergiques, c'est-à- dire à des températures si élevées qu'elles provoquent une certaine degradation des molécules de cellulose, ce procedé étant remarquable du fait que la pâte est ensuite soumise à une phase de traitement alcalin et au gaz oxygéné dans un melange de pâte et d'eau, dans laquelle la pression partielle du gaz oxygéné pendant cette phase de traitement est maintenue comprise entre 0,005 et 0,18 MPa, cette pression partielle ne devant pas tomber en dessous de la limite de pression partielle la plus faible pendant n'importe quelle phase du processus de traitement.

Une pression partielle de 0,18 MPa du gaz oxygéné pendant la majeure partie du processus de traitement alcalin et gaz oxygéné provoque une rapide délignification et une bonne sélectivité, alors que la délignification sous pression de 0,005 MPa se produit très lentement. Une pression partielle inférieure à 0,005 MPa diminue la brillance de la pâte qui prend une couleur grisâtre, alors que la pâte traitée avec du gaz oxygéné sous la pression la plus elevée prend une couleur jaune pur. De plus, le rendement de pâte diminue. Une brillance de pâte améliorée à un indice kappa donné et une meilleure sélectivité sont obtenues lorsque la pression partielle se situe dans une gamme de pressions comprises entre 0,015 et 0,09 MPa.Lors d'une délignification intermédiaire de pâte au sulfate non blanchie, produite à partir de bois mou, les meilleurs résultats, en ce qui concerne la brillance et la sélectivité, ont été obtenus en appliquant la gamme de pressions de 0,03 à 0,09 MPa. Lorsque l'on travaille à l'intérieur de cette gamme, on obtient un temps de rétention raisonnable dans la phase de traitement alcalin et gaz oxygéné, même à des températures modérées.

Pour mesurer la valeur à laquelle les molécules de cellulose sont dégradées, on a utilisé, dans le cas présent, les changements se produisant dans la viscosité intrinsèque de la pâte de cellulose et déterminés conformément aux règles normalisées suédoises. Les valeurs données ci-après ont été déterminées sans enlevement de lignine et d'hémicellulose, ce qui est le procédé le plus reproductible dans le cas de pates ayant des teneurs modérées en lignine (par exemple dans le cas de pâtes au sulfate ayant un indice kappa inferieur à 35).Cependant, on a pu observer que la lignine et I'hémicellulose contribuent seulement faiblement à la viscosité, comparativement avec la meme quantité en poids de molécules de cellulose, et que le blanchiment est poursuivi pour diminuer la teneur en lignine et également pour libérer l'hemicellulose, alors que la perte de cellulose pure est tres faible dans les conditions appliquées. En conséquence, dans ceux des cas où la dépolymérisation de la cellulose est négligeable, la viscosité intrinsèque peut augmenter.Avec des pâtes de pin au sulfate, du genre utilisé dans la majorité des exemples qui suivent dans la présente description, une diminution de l'indice kappa de dix unités provoque une augmentation de la viscosité d'environ 50 dm3/kg sous celles des conditions où la dépolymérisation de la cellulose peut être ignorée, alors qu'une augmentation correspondante, dans le cas de pâtes de bois durs au sulfate et au sulfite, est beaucoup plus marquée du fait que plus d'hémicellulose est perdue. Les mesures de la viscosité selon les règles normalisées suédoises (SCAN-C15:62) sont utilisées pour contrdler qu' un certain degré de dégradation des molécules de cellulose prend place pendant la phase d'activation, ces mesures pouvant être faites sur la pâte activée, après son lavage à l'eau et son séchage rapide à 35"C, pour déterminer immédiatement sa viscosité.

Conformément au procédé selon la présente invention, la pate, après son activation et son lavage à l'eau, présente la même viscosité intrinsèque que celle qu'elle présentait avant la phase d'activation ou, de préférence, une viscosité intrinsèque qui est au moins plus faible de 5 /0 que la viscosité intrinsèque initiale. Un degré beaucoup plus élevé de délignification peut être obtenu lorsque la viscosité est abaisse d'une grande valeur, par exemple, de plus de 8 %. %.Dans la majorité des genres de pâtes, la viscosité peut être abaissée pendant la phase d'activation, avantageusement de 2 à 35 %, convenablement de 5 à 25 % et, de préférence, de 10 à 20 h. La dépolymérisation de la pâte activée se produit rapidement, par exemple, lorsque l'on applique des temps de sechage excessivement longs, des températures excessivement élevées pendant ce séchage et pendant l'em- magasinage ou le stockage. Pour ces raisons, i n est pas convenable, dans le travail de routine, de determiner la viscosité immédiatement après I'activation.

En pratique, il est souvent plus convenable d'adapter les conditions pendant l'activation, de façon que la pâte présente la viscosité désirée apres la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné. Dans les cas normaux, la pâte ayant subi cette phase de traitement présente convenablement une viscosité intrinsèque (conformement aux règles SCAN) qui est de 0 à 25 %, convenablement de 5 à 20 % et, de préférence, de 10 à 15 % plus faible que celle de la pâte non blanchie Ces limites se réfèrent principalement aux pâtes de bois mous ai sulfate. ans le cas de pates de bois durs au sulfate et de pâtes au sulfite, l'abaissement préféré de la viscosité est de la moitie de ces valeurs
Le peroxyde ou dioxyde d'azote qui est présent dans la phase d'activation est chargé seulement sous la forme de NO2 sensiblement pur, ou est amené pour former dans le réacteur, après chargement, de l'oxyde nitrique et de l'oxygène. Du N02 et du NO peuvent être également chargés
A noter que le terme de peroxyde ou dioxyde d'azote (NO2) utilisé ici couvre également le N204 et d'autres formes de polymères. Une mole de N204 est considérée comme etant égale a deux moles de NO2. Les produits d'addition dans lesquels l'oxyde nitrique est présent sont calculés de la même manière que pour l'oxyde nitrique.Ainsi, le N203 est considéré de la même maniere et comme une mole d'oxyde nitrique et une mole de peroxyde ou dioxyde d'azote. Des produits d'addition avec l'oxygène sont probablement présents en tant que produits intermédiaires.

Une quantité déterminée de gaz oxygéne peut être chargée à la phase d'activation, lorsque des additions de N02 et de NO sont faites.

En vue d'obtenir les meilleurs résultats possibles au moyen d'un appareillage le plus simple possible, il est cependant convenable d'alimenter l'oxygène à la phase d'activation, sous forme de gaz oxygéné sensiblement pur. De l'oxygène liquide peut etre également alimenté à cette phase et vaporise, c'est-à-dire en le faisant pénétrer sous cette forme dans le réacteur où le traitement d'activation est réalisé. La quantité d' oxygène chargée dans la phase d'activation peut atteindre au moins 0,05 mole calculée en tant que 02 par mole de N02 chargée. Dans certains cas, on utilise une plus grande quantité, convenablement de 0,1 à 5 moles de 2 par mole de N02 chargée, en vue d'obtenir les résultats désirés.Les meilleurs résultats dans l'appareil d'essais ont été obtenus lorsque la quantité chargée a été de 0,15 à 0,30 mole de 02 par mole de N02 chargée. Le dioxyde d'azote liquide est un produit du commerce qui peut être chargé sous cette forme dans ce processus de traitement. Le dioxyde d'azote liquide peut être convenablement vaporisé avant ou pendant son chargement dans le reacteur où la phase d'activation est réalisée. Du dioxyde d'azote peut être également obtenu par oxydation d'oxyde nitrique avec de l'oxygène. L' oxyde nitrique peut être préparé, de manière avantageuse, par combustion catalytique d'ammoniaque, laquelle peut être effectuée en relation avec 1' installation de blanchiment où le procédé conforme à l'invention est mis en oeuvre.La phase gazeuse contenant du N02 peut être obtenue en faisant réagir l'oxygène avec de l'oxyde nitrique, aussi bien avant que pendant la phase d'activation. La quantité totale de 02 chargée, calculée par mole d'oxyde nitrique chargée, doit être au moins de 0,55 mole, convenablement de 0,6 à 5 moles et, de préférence, de 0,65 à 0,80 mole de 02, afin qu'à la fois l'oxyde nitrique qui a été chargé et l'oxyde nitrique formé en tant que produit intermédiaire soient utilisés dans la phase d'activation, et afin que pratiquement tout l'oxyde nitrique et le dioxyde d'azote formé par l'oxyde nitrique soient consommés à la fin de cette phase d'activation.

Un mélange de NO et de N02 peut également être chargé à la phase d'activation. Dans ce cas, la quantité d'oxygène chargée est adaptée à la quantité de chacun de ces oxydes d'azote, conformément aux proportions données précédemment et en tenant compte des dimères, polymères et produits d'addition de la manière définie ci-dessus. La quantité à laquelle les oxydes d'azote (N02 + NO) définis précédemment doivent être chargés, doit atteindre 3 à 300, convenablement 100 à 150 et, de préférence, 25 à 75 molécules-grammes calculées pour 100 kg de pâte de cellulose sèche.

La pression totale dans la réacteur d'activation est maintenue avantageusement à un niveau inférieur à la pression atmosphérique mais, de préférence, proche de cette pression.

En vue d'obtenir les meilleurs résultats d'activation et pour assurer que le moins possible d'oxydes d'azote s'échappent du réacteur, il est important qu'un peu de gaz, inerte si possible, tel que de l'air, pénètre dans le réacteur lors du chargement de la pâte dans celuici. On a trouvé que la quantité de gaz inerte pouvant pénétrer dans le réacteur devait être au plus de 50 molécules-grammes, convenablement au plus 20 molécules-grammes et, de préférence, 0,05 à 5 molécules-grammes par tonne de pâte sèche.

Un effet d'activation désiré, suivi par la dépolymérisation de la cellulose pendant la phase d'activation, est obtenu lorsque la température est maintenue comprise entre 42 et 100 C et, de maniere convenable, comprise entre 50 et 900C. Une température plus basse nécessite normalement un plus long temps de traitement, qui n'est pas réaliste, alors qu'une température excessivement elevée provoque une dépolymérisation excessive de la cellulose. Dans le cas de certaines pâtes, la gamme préféree de températures est celle de 55 à 70 C. Le temps de rétention est adapte par rapport a la quantité de N02 et/ou de NO chargee, à la température d'activation, au type de pâte et à la concentration de pâte, et est établi en déterminant la viscosité conformément aux méthodes définies précédemment.Lorsque le traitement est réalisé à des températures comprises dans la gamme preférée de 50 à 9O0C, le temps d'activation peut excéder 10-10,2(t-50) minutes, mais doit être plus court que 66O-16(t-50) minutes, t étant la température en C. Pour de hautes concentrations de pâte et un fort chargement de 1102 et/ ou de NO, le temps peut etre choisi au voisinage de la limite inférieure, alors que, dans le cas de faibles concentrations de pâte et un faible chargement d'oxydes azote, le temps d'activation doit être augmenté.

La consistance de la pâte pendant la phase d'activation doit être maintenue comprise entre 16 et 50 %. La limite supérieure peut être difficile à atteindrez La gamme la plus usuelle en pratique est de 22 à 42 % et, de préférence, de 27 à 36 %.

Après la phase d'activation, la pâte est convenablement lavee à l'eau et/ou au moyen d'une solution aqueuse adequate. Si cette phase de lavage est omise, beaucoup plus d'agents de neutralisation alcaline seront consommés dans la phase suivante du traitement. Au lieu de laver la pâte à l'eau, ou de préférence après son lavage à l'eau, il est avantageux de traiter cette pâte avec une solution alcaline réactive, par exemple de la liqueur résiduelle de blanchiment ou de la liqueur résiduelle provenant ou dérivée de la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné.

Selon un mode de réalisation préféré, la pâte de cellulose est lavée, après la phase d'activation, au moyen d'eau et/ou d'une solution aqueuse diluée sous des conditions telles que l'on obtienne une solution acide qui pourra être utilisée pour laver la pâte après sa cuisson, de préférence après déplacement de la liqueur de cuisson avec la liqueur obtenue de n'importe quelle autre phase alcaline.

Sans tenir compte du fait que la pâte est lavée après la phase d'activation, à l'eau ou au moyen d'une solution aqueuse acide, ou que le lavage de cette pâte est omis, il est convenable de laver la pâte avec une solution alcaline réactive, à une température comprise entre 40 et 800C, avant d'entreprendre la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxy géné.

En principe, la pâte peut avoir une faible consistance pendant la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, c'est-à-dire une consistance de 3 à 8 %. Ceci nécessite le retour de fortes quantites de liqueur résiduelle à partir de cette phase et provoque, par ailleurs, une forte combustion humide. Une consistance élevée de pâte blanchie, à partir de laquelle le liquide libre en surplus est enlevé, par exemple en la pressant, pour obtenir une consistance excédant 22 %, c'est-à-dire comprise entre 27 et 35 % ou encore plus élevée, peut être appliquée. Ceci peut être particulièrement convenable lorsque l'équipement nécessaire est disponible, par exemple lors de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention dans des installations existantes de blanchiment au gaz oxygéné, ou dans d'autres installations de traitement de pâtes tres hautement concentrées.

Une sélectivité encore meilleure a été obtenue avec des pâtes de consistance moyenne, c'est-à-dire une consistance de 8 à 22 %, en utilisant des appareils relativement simples. Des résultats encore plus positifs ont été obtenus avec une consistance de pâte de 10 à 20 %, bien que la pâte soit épaissie à la limite supérieure. Des expériences réalisées en laboratoire, dans des autoclaves rotatifs, ont montré que la gamme préferee pour la pâte de pin sulfatée est de 12 à 18 %.

Alors que les conditions appliquées pendant la phase d'activation sont énergiques et dures, il est possible, conformément à la présente invention, d'utiliser de manière surprenante des conditions douces dans la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné et d'obtenir une plus grande délignification dans un appareil simple et peu onéreux, sans menacer la sélectivité et, ainsi, les propriétés du papier produit en utilisant cette pâte. Comme on le montre dans les exemples suivants, la délignifica- tion peut être poursuivie jusqu'à plus de 60 % et, convenablement, plus de 70 % en combinant les deux phases, la viscosité intrinsèque de la pâte pendant la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné tombant à moins de 20 % ou, lorsque des conditions moyennes sont utilisées, à moins de 10 %.

Une condition préalable sous ce rapport est que la pression du gaz oxygéné, la charge d'alcali et la température doivent être adaptees de manière que la délignification ne se produise pas trop rapidement. Le temps de rétention dans cette phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné peut avantageusement être plus long que celui utilisé normalement à ce jour dans les installations actuelles. Pour une délignification à plus de 60 % et, de préférence, à plus de 70 %, ce temps de rétention peut être compris entrr 30 et 300 minutes, convenablement compris entre 45 et 240 minutes et, de préférence, compris entre 60 et 180 minutes. Lorsqu'il s'agit de pâtes nécessitant un faible traitement de délignification, par exemple des pâtes sulfitées, un temps de rétention plus court peut être appliqué.Des temps de traitement plus longs augment les coûts de l'appareiilage, mais provoquent une augmentation de la sélectivité.

L'alcali utilisé dans le processus Je traitement l'alcali et au gaz oxygéné est, de préférence, l'hyèrnte de sodium. Conformément à un mode de mise en @euvre de la présenie invention, de la liqueur résiduelle contenant des résidus de lignine, après a@oir été refroidie par une alimentation en alcali, peut être utilisée dans ce processus. La quantité d' hydrate de sod-ium chargée est adaptee a la quantité d'eau présente pendant cette phase de traitement, de façon que la concentration d'hydrate de sodium libre atteigne de 1 à 30, de manière convenable de t. à 20 et, de pré- férence, de 4 à 10 grammes de NaOH libre par kg d'eau présente pendant le traitement à l'alcali.Lorsqu'aucune quantité de liqueur résiduelle provenant du traitement à l'alcali n'est renvoyée au système et lorsque la pâte contient de l'alcali résiduel provenant du traitement de lavage alcalin, ou lorsque la pâte contient de l'acide nitrique, la concentration d'hydrate de sodium libre est définie coince le quansite d'alca obtenue dans la pâte immédiatement après l'alimentation de cet alcali, cette quantité étant déterminée par titrage potentiométrique avec de l'acide chlorhydrique ayant un pH de 9.L'alcali utilise peut être différent de ceiui précédemment mentionné et être, par exemple, de la ll iqueur blanche ou de la liqueur blanche oxydée, Lorsqu'un sulfure est prises. dans la charge d'alcali, ce sulfure peut être enievé par pracipitation avact de déterminer la concentration d'hydrate de sodium libre par titrage.

La température de traitement dans la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné a ete trouvée moins critique que la durée de traitement, la pression du gaz oxygéné et la charge d'alcali. Dans le cas de pâtes ayant une faible teneur en groupes carbonyles et hémicellulose, par exemple des pâtes sulfatées de bois tendres ou mous, une gamme de tem peratures convenables se trouve comprise entre 80 et 140 C et souvent de manière plus préférable entre 90 et 1200C.

La gamme de températures de 85 à 101 C peut etre utilisée avantageusement avec des pâtes ayant une teneur élevée de groupes carbonyles ou d'hémicellulose, par exemple, avec des pâtes sulfitées et des pâtes sulfatées de bois durs.

Dans une mise en oeuvre particulière du procédé conforme à la présente invention, le gaz oxygéné peut être alimenté à l'installation d'une manière normale pendant le processus de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, c'est-à-dire une fois pendant cette phase et à un emplacement pendant ce traitement en continu. Lors du blanchiment d'une pâte de consistance élevée, par exemple une consistance de 25 à 36 %, la concentration de gaz oxygéné dans la tour de blanchiment est égalisée et le gaz oxygéné est mis continuellement en contact avec la pâte et transféré de celle-ci lorsqu'il est consommé.Lors du blanchiment d'une pâte aux consistances les plus basses, par des consistances de l'ordre de 3 à 22 %, il est souvent nécessaire de maintenir en mouvement le mélange de pâte et d'eau pendant la totalité ou une partie du processus de traitement au gaz oxygéné et à l'alcali, en vue d'améliorer le transfert d'oxygène vers la phase liquide, ce mouvement du mélange étant effectué, par exemple, par des moyens d'agitation, tels que des moyens d'avancement à vis et raclettes, ou par déplacement de l'appareil de blanchiment, c'est-à-dire en mettant, par exemple, ce dernier en rotation.

Le gaz oxygéné peut être également convenablement mélangé de manière intensive avec la pâte par introduction de ce gaz dans un mélangeur à rotation rapide, ce gaz étant ensuite mis en réaction avec la pâte lorsque le mélange de pâte et d'eau est forcé de traverser une tour de blanchiment (par exemple ici de manière ascendante). Dans le but d'éviter l'épuisement ou la diminution du gaz oxygéné, et dans le cas d'une forte délignification souvent nécessaire, il est convenable d'alimenter ce gaz à deux intervalles ou plus, ou pendant la totalité du processus de traitement.

En vue de réaliser un haut degré de sélectivité dans ce processus et, en même temps, d'obtenir une pâte traitée ayant un haut degré de brillance, il est convenable de maintenir la pression du gaz oxygéné, pendant la phase initiale du traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, à un niveau plus bas que la pression de ce gaz à la dernière phase du processus.

Il est souvent convenable que la pression partielle du gaz dans la phase terminale du processus soit plus forte que la pression pendant la majeure partie de la phase initiale du processus. Il peut être dit, au moyen d'un exemple, que pendant la phase initiale du traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, de l'air à la pression atmosphérique peut être utilisé pendant une période de début de 5 à 30 minutes, après quoi, du gaz oxygéné est admis avec le mélange de pâte et d'eau, de façon qu'il existe une pression partielle dans la phase gazeuse qui soit, par exemple, de 0,18 MPa ou, de pré fèrence, de 0,09MPa, ou encore inférieure à celle-ci.Au moyen de ces mesures, le temps pris pour effectuer le processus de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné peut être considérablement réduit, par rapport au traitement de pâte avec de l'air à la pression atmosphérique pendant la totalite du processus de traitement. La pression consignée dans cette phase se refere à la pression dans l'appareil actuel dans lequel le processus de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné est réalisé. Dans le cas de pompes, de mélangeurs à mouvement intensif et d'appareils d'admixtion, dans lesquels le temps de rétention de la pâte est inférieur à 60 secondes ou, de préfé- rence, inférieur à 30 secondes, une pression plus élevée de gaz oxygéné peut être permise, sans pour autant menacer la sélectivité et d'autres avantages apportes par le présent processus.De manière similaire, ce processus de traitement peut être suivi par un blanchiment continu au gaz oxygéné sous des conditions classiques, a une haute pression de gaz oxygéné.

Ceci est beaucoup mieux applicable lorsque l'appareil permettant de réaliser un traitement de blanchiment est de installé et lorsque les nécessites pour les propriété de résistance de la pâte sont plus faibles que les nécessités de l'environnement.

On a trouvé convenable dans n'importe quel cas de soumettre la pâte, après la phase d'activaticn, à un traitement à l'alcali chaud, ans introduire intentionnellement un gaz contenant de l'oxygène avant que la pâte soit soumise au processus de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné Cette mesure est particulièrement convenable lorsque la pâte doit être soumise a un autre traitement de blanchiment:: après le processus de traitement a l'alcali et au gaz oxygéné Lorsque la pâte doit être délignifiée à un haut degré, il est possible, du fait de la présente invention, d'utiliser un appareil simplifié, plus particulièrement lorsque la pâte doit être soumise au processus de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné sans être lavée apres le processus de traitement à l'alcali chaud. Une économie du gaz oxygéné est également obtenue lorsqu'il n'y a pas de lavage de la pâte à entreprendre.Une autre économie d'oxygène peut être faite lorsque la liqueur résiduelle est enlevée après la phase de traitement à l'alcali chaud, par exemple, en pressant et/ou en lavant la pâte, bien que, généralement, cette variante ait donné des effets moins positifs que les modes de mise en oeuvre préférés dans lesquels le melange de pâte et d'eau passe directement de la phase de traitement à l'alcali chaud à la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné. La phase de traitement à l'alcali chaud est convenablement effectuée à une température qui est approximativement la même que la température de la phase de traitement suivant à l'alcali et au gaz oxygene, par exemple, une température de 80 à 1350C, convenablement de 95 à 125 C et, de préférence, de 101 à 12O0C. L'introduction de ce traitement à l'alcali chaud provoque une augmentation de la sélectivité.En vue d'obtenir une bonne sélectivité et, en meme temps, un rendement élevé et un haut degré de brillance de la pâte délignifiée après la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, le degré auquel la pâte est délignifiée dans cette phase doit etre normalement au moins de 20 %, de préférence au moins 25 % et, convenablement, de 30 à 80 %, ce degré étant calculé sur la quantité de lignine initiale existant avant le processus de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné.

En vue de diminuer la valeur à laquelle la cellulose est dépolymérisée et de minimiser la perte d'hémicellulose pendant le processus de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, il est convenable, pendant ce processus de traitement, d'alimenter l'alcali progressivement, soit par séquences, soit continuellement à la manière d'un traitement en continu.

Cette manière de procéder a été trouvée hautement efficace avec le mode de mise en oeuvre préféré, dans lequel la consistance de la pâte est maintenue comprise entre 8 et 22 %, de manière convenable entre 10 et 20 % et, de préférence, entre 12 et 18 t. Dans ce cas, il est convenable d'alimenter au moins 50 % de l'alcali nécessaire au processus de délignification, avant de commencer le processus de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, ou que ce pourcentage d'alcali soit présent pendant les cinq premières minutes, lorsque le processus de délignification à l'alcali et au gaz oxygéné débute. L'admission d'alcali pendant la durée du processus peut être effectuée convenablement alors que le gaz contenant de l'oxygène est mélangé au mélange de pâte et d'eau, ou après cette phase.

Sans tenir compte du fait que l'alcali est alimenté pendant le temps où le processus prend place ou non, il est à noter que le pH de la liqueur résiduelle de blanchiment doit être normalement maintenu dans une gamme de 9 à 12,5, de manière convenable de 9,5 à 11,5 et, de préférence, de 10 à 11,2, en contrôlant le pH aussi bien continuellement que de maniere intermittente. Les valeurs relatives aux mesures sont prises à température ambiante.

La pâte traitée conformément à la présente invention peut être utilisée directement pour la fabrication de papier. Cependant, il est souvent préférable de soumettre cette pâte traitée à une phase finale de blanchiment en utilisant, de préférence, des agents de blanchiment qui soient en harmonie avec l'environnement, par exemple, des agents de blanchiment tels que le dioxyde de chlore, le peroxyde et l'ozone.

De nombreux avantages sont apportés par le processus de délignification de pate de cellulose chimique, conforme à la présente invention. Un facteur particulièrement distinctif de l'invention est que le procédé est à la fois favorable à l'environnement et hautement sélectif, et qu'il rend possible des économies d'énergie comparativement aux autres procédés classiques de blanchiment.

Lorsque l'on fait une comparaison entre le procédé conforme à la presente invention et un procédé classique de délignification, dans lequel la pâte de cellulose est blanchie au moyen de chlore suivi par un traitement à l'alcali, on peut comprendre que le procédé selon l'invention est beaucoup plus favorable à l'environnement. Lorsque l'on applique ce procède les liqueurs résiduelles peuvent etre récupérées et évaporées, ainsi que brûlées sans inconvénients ensemble avec la liqueur résiduelle de cuisson, dans une chaudière classique de récupération de soude. Ceci n'est pas le cas lors du blanchiment au chlore.

Lorsque l'on compare le procédé conforme à l'invention avec un processus de blanchiment au gaz oxygéné sans activation aux oxydes d'azote, on doit reconnaitre que ce procédé présente une sélectivité beaucoup plus elevee, c'est-à-dire rend possible un enlèvement beaucoup plus important de la lignine contenue dans la pâte, tout en maintenant une haute viscosité.

Par comparaison avec le traitement de pate de cellulose au moyen de dioxyde d'azote, suivi par un traitement à l'alcali chaud, il est possible, lorsque l'on applique le procédé conforme à l'invention, de délignifier beaucoup plus la pâte tout en maintenant un rendement de pâte élevé et en utilisant moins d'alcali. Ainsi, une pâte de pin sulfatée, ayant un indice kappa de 31, peut entre délignifiée en une phase, conformément à I' invention, à un indice kappa de 8 avec une perte d'hydrate de carbone de 2,2 à 5 %, tandis que, dans une variante de traitement à l'oxyde d'azote et à l'alcali chaud, pour réaliser en une phase le meme indice kappa, il y a approximativement deux fois plus de pertes d'hydrate de carbone.Lorsque l'on applique le procédé conforme à l'invention, on peut obtenir, à ce niveau d'indice kappa, une brillance de 55 (selon ISO), tandis que si la pâte est traitée de la même manière avec de l'oxyde d'azote et soumise au traitement suivant à l'alcali chaud, on obtient une brillance de 35 (selon ISO). La pâte traitée conformément à la presente invention est de couleur jaune, alors que la pâte traitée par l'autre procédé est de couleur gris - tre. Ceci est indique par les mesures de couleurs realisées conformement à la methode standard Tappis T 524 om-79.Lorsqu'on a mis en oeuvre l'invention, les valeurs (CIE) L@ = 86,6, a = -2, bX = 27 ont été obtenues à un indice kappa de 10, alors que par l'autre procédé de référence1 au même indice kappa, les valeurs correspondaient à L = 74,2, a = 1,4 et b = 24.

Un avantage particulier apporté par la présente invention par rapport aux techniques connues à ce jour réside dans le fait que le procédé de délignification à l'alcali et au gaz oxygéné est réalisé sous une faible pression d'oxygène, dans un appareil simple, et que la sélectivité est beaucoup plus forte que lorsque la pression partielle normale du gaz oxygéné de 0,5 à 0,8 MPa est appliquée. Il est particulièrement surprenant que la pâte puisse être blanchie à de plus faibles teneurs en lignine, ce qui n'était pas possible auparavant sans degrader la cellulose à un degré tel que cela produisait un effet marqué sur les propriétés du papier produit au moyen de cette pâte, même si l'on utilisait une faible pression de gaz oxygéné.

Un autre avantage apporté par le procéde selon l'invention reside dans le fait que de l'air peut etre utilisé, soit totalement, soit partiellement, pendant le processus de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, alors que l'utilisation d'air n'est pas possible ou, dans certains cas, inconvenable lorsque l'on utilise d'autres techniques. Dans les techniques autres que celles admises par la présente invention, on utilise normalement un gaz oxygéné très pur produit en conformité avec le procédé
Linde. L'invention rend possible avantageusement l'utilisation de gaz oxygéné à un faible degré, par exemple un gaz oxygéné contenant 2 à 15 % de gaz inerte, et produit par d'autres procédés beaucoup moins onéreux.

Plusieurs essais ont été faits conformément à la presente invention, en parallèle avec un certain nombre d'essais de comparaison. La façon par laquelle ces essais ont été réalisés et les résultats obtenus apparaitront des exemples suivants.

Exemple 1
Une pâte de pin sulfatée, ayant un indice kappa de 32,1 et une viscosité intrinsèque de 1 215 dm3/kg mesurée selon les règles SCAN
C15:62, a été lavée à l'eau et pressée pour obtenir une consistance de pâte de 36 %. La pâte a été duvetée dans un déchiqueteur à chevilles et chargée dans un réacteur à 60"C. L'air dans le réacteur a été expulsé de celui-ci.

Après cela, la température était tombée à 55"C. Du peroxyde ou dioxyde d' azote gazeux, obtenu par vaporisation de N204 liquide, a été chargé dans le réacteur pendant une période de 4 minutes. Cette addition correspondait à 75 molécules-grammes de N02 pour 100 kg de pâte. Après le chargement de dioxyde d'azote, 15 molécules-grammes de gaz oxygéné ont été chargées pendant une période de 4 minutes. La température a été maintenue à 55"C, en mettant en rotation le réacteur dans un bain d'eau. Le processus de traitement a été poursuivi pendant 120 minutes, prises à partir du moment où l'alimentation en dioxyde d'azote a débuté.

A la suite de l'activation de la pâte pendant ces 120 minutes, la viscosité de la pâte était tombée à 190 dm3/kg. La pâte a été ensuite lavée à l'eau, pressée et impregnée de sulfate de magnésium et d' hydrate de sodium, alors qu'elle était en cours de pétrissage.

Le processus de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné a été réalisé dans des autoclaves rotatifs, à une consistance de pâte de 11 % et à une température de 105 C, avec une charge de 8 % de NaOH et une charge de sulfate de magnésium correspondant à 0,3 % de Mg, ces charges étant toutes deux calculées sur le poids à sec de la pâte. Lorsque l'atmosphère gazeuse dans l'autoclave comprenait de l'air (pression initiale du gaz oxygéné 0,025 MPa et valeur finale 0,018 MPa), un indice kappa de 9 était atteint apres 60 minutes. La viscosité intrinsèque de la pâte etait de 1 039 dm3/kg, comparée avec la valeur de 1 040 dm3/kg obtenue avant le processus de traitement. Dans un essai comparatif utilisant le même bain de pâte ac tivée, la pression du gaz oxygéné a été montée à 0,8 MPa.Le résultat a été qu'un indice kappa de 9 a été obtenu seulement après 20 minutes. Dans ce cas, la viscosité était tombée à 970 dm3/kg.

Ces essais montrent que- lorsqu'on utilise de l'air à une pression proche de la pression atmopshérique pendant la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, on obtient une meilleure sélectivité que lorsque le traitement est effectué avec du gaz oxygéné sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, comme il est de pratique courante.

Exemples 2 à 4
De la pâte a été traitée de la même maniere que décrite dans l'exemple 1, à l'exception toutefois que la température dans la phase d'ac- tivation etait abaissée à 520C et que ia consistance de la pâte et la charge d'alcali, dans le processus de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, était modifiée respectivement à 16 et 10 %. Lorsque l'atmosphère gazeuse comprenait de l'air, un indice kappa de 9 était obtenu après 30 minutes. La viscosité etait de 1 105, comparée à 1 160 apres la phase d'activation.

Lorsque la pression partielle de gaz oxygéné était de 0,12 MPa, cet indice kappa a été atteint apres 15 minutes. La viscosité était de 1 030. Dans un essai de référence réalisé avec une pression partielle de gaz oxygéné de 0,7 MPa, la viscosité obtenue à l'indice kappa de 9 etait de 956 dm3/kg.

Le temps de réaction etait de 10 minutes. Lorsque la charge de NaOH a été réduite à 3 %, une durée de 120 minutes a été nécessaire pour obtenir un indice kappa de 9, sous une pression de gaz oxygéne de 0,12 MPa. La viscosité était de 1 100.

Ces essais montrent que le procédé selon l'invention apporte une plus forte sélectivité que les-procédés de référence. Aucune différence dans le rendement des hydrates de carbone n'a pu être observée. La quantite d'alcali chargée peut être abaissée de manière considérable en augmentant modérément la pression du gaz oxygéné ainsi que le temps de réaction, sans diminuer la sélectivité.

Exemples 5 et 6
Une pâte au polysulfite, produite en utilisant des copeaux de spruce et de pin en parties égales en poids et ayant un indice kappa de 34,7 et une viscosité de 1 272 dm3/kg, a été activée de la même maniere que celle définie dans l'exemple 1. La viscosité de cette pâte traitée est tombée à 1 120 dm3/kg. La pâte a été lavée à l'eau et soumise à un processus de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, à une consistance de pâte de 29 X et une température de 105"C, avec une addition de 0,3 Z de Mg additionné en tant qu'hydrate de magnésium et une addition d'alcali, dont la quantité correspondait a 1,5 Z de NaOH calculée sur le poids à sec de la pâte.

Lorsque la pâte a été traitée en présence d'air, la pression partielle du gaz oxygéné est tombée à environ 20 %, tandis que dans les essais de référence utilisant du gaz oxygéné pur, la pression de ce gaz n'a pas subi d'effets marqués.

Les resultats sont consignés dans le tableau 1 suivant.

Tableau 1
Pression Viscosité en dm3/kg Temps en minutes
partielle a l'indice kappa pour les indices
de 02 kappa
MPa 10 8 10 8
Air 0,024 1 060 1 020 30 120
Gaz oxygéné (ref) 0,8 1 030 970 12 40
Les essais montrent que le traitement à l'alcali et au gaz oxygéné de la pâte avec de l'air sous faible pression, même avec une consistance de pâte élevée, a pour résultat une meilleure sélectivité que lorsque cette phase de traitement est réalisée avec de l'oxygène sous pression, dans des conditions normales en pratique.

Exemples 7 a 11
Une pâte sulfatée, produite en utilisant du pin auquel est adjoint du spruce pour 20 % et du bois dur pour 10 Z et ayant un indice kappa de 34,9 et une viscosité intrinsèque de 1 231 dm3/kg, a été traitée avec du dioxyde d'azote et du gaz oxygéné, de la même manière que celle définie dans l'exemple 1, à l'exception toutefois que la consistance de la pâte était de 32 S, la température 53"C et la durée totale du traitement 55 minutes.

Après la phase d'activation, la pâte avait une viscosité de 1170 dm3/kg. Le lavage et l'addition de produits chimiques à la pâte ayant une consistance de 11 % ont été réalisés comme dans l'exemple 1, mais à 1' exception que la charge d'alcali a été abaissée à 4,3%. La température a été maintenue à 114 C. La pression initiale du gaz oxygéné était de 0,085 MPa et la pression finale de 0,07 à 0,08 MPa. Un gaz oxygéné contenant 12 % de gaz inerte (azote et gaz noble) a été utilisé.

Dans les exemples 7, 8 et 10, le gaz oxygéné était présent pendant 1, 2 et 3 heures respectivement et à une température de 114 C. Dans les exemples 9 et 11, un processus de traitement à l'alcali chaud en l'ab- sence d'oxygène, à la même température, a été inclus pendant une heure avant la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné. Aucun lavage n'a -été effectué entre les phases alcalines. Le gaz inerte dans le réacteur a été remplacé par du gaz oxygéné et le chauffage a été poursuivi directement. A et B sont des essais de référence avec seulement le traitement à l'acali chaud à la même consistance de pâte, de température et de charge d' alcali, mais en l'absence d'oxygène et sans addition de sulfate de magné sium.

Les résultats de ces essais sont consignés dans le tableau 2 suivant.

Tableau 2
Traitement à Traitement Indice Viscosité
Exemple l'alcali chaud O2-NaOH- kappa dm3/kg
h h
A 2 0 13,4 1 151
7 0 1 11,5 1 092
8 0 2 10,0 I 072
9 1 1 10,2 1 126
B 3 0 12,6 1 150
10 0 3 9,4 1 052
11 1 2 9,4 1 098
Ce tableau 2 montre que lorsque l'on applique le procédé conforme à la présente invention, une réduction marquee de l'indice kappa est obtenue par rapport à l'activation 02/N02 en combinaison avec le traitement a l'alcali chaud, et la diminution de la viscosité est modérée par rapport à celle obtenue dans le blanchiment classique au gaz oxygéné.En outre, ce tableau montre qu'un traitement à l'alcali chaud, applique immé- diatement avant la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, réduit la durée nécessaire dans la phase au gaz oxygéné pour obtenir le même degre de délignification et qu'une plus forte viscosité est obtenue, par rapport à celle que l'on obtient par un traitement où l'oxygène est présent pendant toute la durée du traitement et ce, avec le même degré de délignification.

Des mesures de pression ont démontré que le traitement à l'alcali chaud provoquait une réduction de la consommation d'oxygène d'au moins 30 Z. La perte en hydrates de carbone, avec le même indice kappa, ne différait pas de manière appréciable de celle que l'on avait dans le procédé où aucun traitement à l'alcali chaud n'intervenait. Ces essais montrent que le mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, dans lequel la pâte est soumise à un traitement à l'alcali chaud après la phase d'activation et avant la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, apporte des avantages pratiques et économiques importants.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1.- Procédé de délignification de pâte de cellulose produite par cuisson chimique de matières lignocellulosiques, dans lequel la pâte est mise en contact, dans une phase d'activation, avec une phase gazeuse contenant du N02, du gaz oxygéné étant alimenté dans cette phase d'activation de façon que le NO intermédiaire soit utilise pour activer la pâte, cette phase d'activation étant réalisée sous des conditions énergiques, c'est-à-dire à des températures élevées telles qu'elles provoquent une certaine dégradation des molecules de cellulose, ce procéde étant caractérisé par le fait que la pâte est ensuite soumise à une phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné dans un mélange de pâte et d'eau, la pression partielle du gaz oxygéné pendant cette phase étant maintenue comprise entre 0,005 et 0,18

MPa, cette pression partielle du gaz oxygéne ne devant pas tomber en dessous de la limite de pression la plus faible pendant n'importe quelle partie du processus de traitement.

2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la pression partielle du gaz oxygéné est maintenue comprise entre 0,015 et 0,09 MPa pendant la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, cette pression partielle du gaz oxygéné ne devant pas tomber en dessous de la limite de pression la plus faible pendant n'importe quelle partie du processus de traitement.

3.- Procedé selon la revendication 1, caractérise par le fait que la pression partielle du gaz oxygéné est maintenue comprise entre 0,03 et 0,09 MPa pendant la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, cette pression partielle du gaz oxygéné ne devant pas tomber en dessous de la limite de pression la plus faible pendant n'importe quelle partie du processus de traitement.

4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que, pendant la phase d'activation, la température est maintenue comprise entre 50 et 900C, de manière convenable entre 55 et 80"C et, de préférence, entre 60 et 70"C, la durée d'activation dépassant 10-0,2(t-50) minutes et étant moindre que 660-16(t-50) minutes, t étant la température en "C.

5.- Procedé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ca racterise par le fait que la consistance de la pâte est maintenue comprise entre 8 et 22 Z, de manière convenable entre 10 et 20 0 et, de préférence, entre 12 et 18 %, dans la phase de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné.

6.- Procedé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caracterisé par le fait que le gaz oxygéne est chargé en deux ou plusieurs fois, ou pendant la durée totale du processus de traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, en vue d'éviter l'épuisement de l'oxygène dans la phase liquide.

7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que pendant la phase initiale du traitement à l'alcali et au gaz oxygéné, la pression partielle du gaz oxygéné est maintenue à un niveau plus faible que pendant la dernière partie et/ou la partie terminale de cette phase de traitement.

8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'à la suite de la phase d'activation, la pâte est d'abord soumise à un traitement à l'alcali chaud à une température de 80 à 135 C, de manière convenable de 95 à 125 C et, de préférence, de 101 à 1200C, et ensuite à un traitement à l'alcali et au gaz oxygéné sans lavage intermédiaire.

9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la dépolymérisation de la cellulose est réduite et la perte d'hémicellulose est minimisée par l'alimentation en alcali nécessitée par la délignification, cette alimentation étant faite par séquences successives ou en continu au cours du traitement à l'alcali et au gaz oxygéné.

10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, ca racterise par le fait que le traitement à l'alcali et au gaz oxygéné est réalisé en présence de liqueurs residuelles contenant des résidus de lignine.