FR2743579A1

FR2743579A1 - PROCESS FOR PRODUCING PAPER PULP FROM LIGNOCELLULOSIC PLANTS AND PAPER PULP OBTAINED

Info

Publication number: FR2743579A1
Application number: FR9600760A
Authority: FR
Inventors: Didier Cassat
Original assignee: E MC2 DEV
Current assignee: E MC2 DEV
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 1997-07-18
Anticipated expiration: 2016-01-17
Also published as: CA2242232A1; DE69701960D1; DE69701960T2; ES2146456T3; ATE192798T1; FR2743579B1; EP0874935B1; CN1214091A; WO1997026401A1; CN1077630C; EP0874935A1

Abstract

The invention relates to a process for producing pulp, from raw lignocellulosic material based on annual or perennial plants, or residues of such plants. The process comprises impregnating said raw material with an aqueous soda solution such that the weight proportion of soda is substantially comprises between 3.5 % and 10 % based on the dry material and that the weight ratio of hydration of the cellulosic material after impregnation is at least equal to 40 %, and subjecting the lignocellulosic material thus impregnated to vapocracking which consists in pressurising said material under saturated vapour conditions and producing a sudden expansion through a direct passage valve. The solid fraction which forms the pulp is then separated from the aqueous phase and the hydrosoluble products. The process yields good quality pulps characterized particularly by a braking length higher than 5500 meters, and having a high lignine ratio (KAPPA index comprises between 60 and 65).

Description

PROCEDE DE FABRICATION DE PATE A PAPIER A PARTIR DE PLANTES
LIGNOCELLULOSIQUES ET PATE A PAPIER OBTENUE
L'invention concerne un procédé de fabrication de pâte à papier à partir de matières premières lignocellulosiques à base de plantes annuelles ou pérennes.PROCESS FOR PRODUCING PAPER PULP FROM PLANTS
LIGNOCELLULOSIC AND PAPER PULP OBTAINED
The invention relates to a process for producing paper pulp from lignocellulosic raw materials based on annual or perennial plants.

Par "plante annuelle", on entend dans la suite toute plante ayant une durée de développement d'environ une année (coton, chanvre, lin, céréale, canne à sucre, sorgho, ...) par "plantes pérennes", on entend des plantes dont le développement s'étend sur des périodes beaucoup plus longues (bambou, roseau, sisal, bois feuillus ou résineux, ...) ; les matières premières lignocellulosiques visées par l'invention peuvent contenir les plantes dans leur totalité, ou des parties seulement de ces plantes (tiges, feuilles, etc...), ou des coproduits de ces plantes (paille, bagasse...).By "annual plant" is meant in the following any plant having a development time of about a year (cotton, hemp, flax, cereal, sugar cane, sorghum, ...) by "perennial plants" means plants whose development extends over much longer periods (bamboo, reed, sisal, hardwood or softwood, ...); the lignocellulosic raw materials targeted by the invention may contain the plants in their entirety, or only parts of these plants (stems, leaves, etc.), or co-products of these plants (straw, bagasse ...).

On sait qu'il existe à l'heure actuelle essentiellement quatre types de pâtes à papier obtenues à partir de plantes pérennes ou annuelles
- pâtes de très basse qualité obtenues avec des rendements supérieurs à 90 % : pâtes mécaniques, thermomécaniques et chimicothermomécaniques,
- pâtes de basse qualité obtenues avec des rendements compris entre 80 et 90 Oc : pâtes chimicomécaniques ou mécanochimiques,
- pâtes de qualité moyenne obtenues avec des rendements compris entre 70 et 80 % : pâtes michimiques,
- pâtes de bonne qualité obtenues avec des rendements compris entre 45 et 55 % : pâtes chimiques.It is known that there are at present essentially four types of paper pulp obtained from perennial or annual plants
- pastes of very low quality obtained with yields greater than 90%: mechanical, thermomechanical and chemothermomechanical pulps,
low quality pastes obtained with yields of between 80 and 90 ° C: chemomechanical or mechanochemical pastes,
- Pasta of average quality obtained with yields between 70 and 80%: michimic pastes,
- Pasta of good quality obtained with yields between 45 and 55%: chemical pulps.

(Par "rendement", on entend de façon habituelle dans le domaine des pâtes à papier, la proportion pondérale de pâte obtenue rapportée au poids initial de matière végétale). (By "yield" is meant in the usual way in the field of pulp, the proportion by weight of pulp obtained relative to the initial weight of plant material).

Les coûts de fabrication vont en croissant depuis les pâtes de très basse qualité jusqu'aux pâtes de bonne qualité, en raison des pertes croissantes de matières premières, des dépenses croissantes d'énergie sous forme mécanique ou thermique, et de la consommation croissante des produits chimiques utilisés. Manufacturing costs are increasing from very low quality pasta to high quality pasta, due to increasing raw material losses, increasing energy costs in mechanical or thermal form, and rising product consumption. used chemicals.

Dans le cas des pâtes à papier fabriquées à partir de plantes annuelles, seules les pâtes chimiques présentent de hautes résistances mécaniques correspondant à des longueurs de rupture supérieures ou égales de 5 500 à 6 000 mètres ; dans le cas de pâtes fabriquées à partir de plantes pérennes, certaines pâtes mi-chimiques peuvent atteindre ces valeurs de résistances. On sait que la longueur de rupture représente la longueur d'une bande de largeur quelconque mais uniforme, supposée suspendue par une de ses extrémités, se rompant sous l'effet de son propre poids. Cette longueur de rupture- se calcule par la 1 06.RT formule où : 15g.G - RT est la résistance à la rupture par traction exprimée
en newtons (norme NFQ 03002), - G est le grammage de la pâte (masse par m2) et, - g est l'accélération de la pesanteur (9,8 m/s/s).In the case of paper pulp made from annual plants, only chemical pulps have high mechanical strengths corresponding to breaking lengths greater than or equal to 5,500 to 6,000 meters; in the case of pasta made from perennial plants, some semi-chemical pulps can reach these resistance values. It is known that the length of rupture represents the length of a band of any width but uniform, supposed suspended by one of its extremities, breaking under the effect of its own weight. This breaking length is calculated by the 1 06.RT formula where: 15g.G-RT is the tensile tensile strength expressed
in newtons (standard NFQ 03002), - G is the grammage of the paste (mass per m2) and, - g is the acceleration of gravity (9.8 m / s / s).

Il existe par ailleurs des procédés de traitement de plantes en vue de fabriquer à partir de celles-ci des composants d'aliments pour le bétail. Un de ces procédés, dit de vapocraquage, consiste à soumettre la matière première lignocellulosique à une pression et une température élevées (de l'ordre de 20 à 30 bars et de 2100 C à 2400 C) puis à lui faire subir une brusque décompression en vue de déstructurer le végétal par cette détente explosive et ainsi d'améliorer sa digestibilité. De par sa nature même, un tel procédé conduit à une dégradation importante des matières lignocellulosiques, c'est-à-dire à une rupture importante des fibres due à la brusque détente et une hydrolyse intense des constituants hémicellulosiques et cellulosiques de la matière végétale. There are also processes for the treatment of plants with a view to producing from them components of feeds for livestock. One of these processes, called steam cracking, consists of subjecting the lignocellulosic raw material to a high pressure and a high temperature (of the order of 20 to 30 bar and 2100 C to 2400 C) and then to make it undergo a sudden decompression in to destructure the plant by this explosive relaxation and thus improve its digestibility. By its very nature, such a process leads to a significant degradation of the lignocellulosic materials, that is to say to a significant rupture of the fibers due to the sudden relaxation and an intense hydrolysis of the hemicellulosic and cellulosic constituents of the vegetable matter.

Ce procédé de vapocraquage a été proposé pour réaliser des pâtes à papier de très basse ou de basse qualité essentiellement à partir du bois ; les unités expérimentales réalisées permettent de fabriquer ce type de pâtes avec des rendements supérieurs à 80 %. Dans certaines unités, le vapocraquage est combiné à un traitement au sulfite de sodium Na2SO3 et également parfois à la soude avec des teneurs en soude faibles, inférieures ou égales à 2 % (proportion pondérale de soude rapportée à la matière sèche lignocellulosique). Il convient de souligner que le procédé de vapocraquage, qui impose des contraintes mécaniques très élevées à la matière lignocellulosique, réalisant une rupture importante des fibres, paraît a priori incompatible avec l'obtention de pâtes de bonne qualité ayant des longueurs de rupture supérieures ou égales à 5 500 mètres, car l'obtention d'une telle qualité exige que les fibres soient préservées. Ainsi, toutes les propositions d'utilisation du vapocraquage pour réaliser des pâtes à papier se cantonnent à la fabrication de pâtes de très basse ou basse qualité du type purement mécanique ou chimicomécanique. This steam cracking process has been proposed to produce pulp of very low or low quality essentially from wood; the experimental units produced make it possible to produce this type of pasta with yields greater than 80%. In some units, steam-cracking is combined with treatment with sodium sulphite Na2SO3 and also sometimes sodium hydroxide with low sodium content, less than or equal to 2% (proportion by weight of sodium relative to lignocellulosic dry matter). It should be emphasized that the steam cracking process, which imposes very high mechanical stresses on the lignocellulosic material, producing a significant fiber break, seems a priori incompatible with the production of good quality pastes having greater or equal breaking lengths. at 5,500 meters because obtaining such a quality requires that the fibers be preserved. Thus, all the proposals for using steam-cracking to produce paper pulps are limited to the manufacture of very low or low quality pasta of the purely mechanical or chemical-mechanical type.

Il faut noter par exception aux observations ci-dessus que le document : "B.V. KOKTA et al., Cellulose Chem. Technol, 26, 107-123 (1992)" étudie les possibilités d'obtenir une pâte de bonne qualité en utilisant le procédé de vapocraquage ; ce document paraît montrer que cela est possible mais en utilisant une forte proportion de sulfite de sodium (16 %), de sorte que ce procédé est soumis aux défauts des procédés chimiques grande quantité de produits chimiques utilisés rendant onéreux leur recyclage (au surplus, on sait que le sulfite de sodium pose des problèmes de recyclage particulièrement difficiles à résoudre). It should be noted as an exception to the above observations that the document "BV Kokta et al., Cellulose Chem Technol, 26, 107-123 (1992)" investigates the possibilities of obtaining a good quality paste using the process. steam cracking; this document seems to show that this is possible but using a high proportion of sodium sulphite (16%), so that this process is subject to the defects of chemical processes large amount of chemicals used making it expensive to recycle (in addition, knows that sodium sulphite poses recycling problems that are particularly difficult to solve).

A l'heure actuelle, les seuls procédés d'obtention de pâtes de bonne qualité à partir de plantes annuelles (longueurs de rupture supérieures ou égales à 5 500 mètres) sont les procédés chimiques, traditionnels ou dérivés, qui utilisent des proportions très élevées de produits chimiques (en particulier 14 à 18 % de soude pour les procédés chimiques traditionnels et 16 % de sulfite pour le procédé évoqué dans la publication précitée) et qui, pour les procédés traditionnels, présentent de faibles rendements compris entre 45 % et 55 %. En ce qui concerne les plantes pérennes, certains procédés mi-chimiques permettent d'atteindre ces valeurs mais uniquement avec certains bois (résineux), les performances étant beaucoup plus faibles avec d'autres bois ou avec les plantes annuelles. At present, the only processes for obtaining good quality pasta from annual plants (breaking length greater than or equal to 5,500 meters) are chemical processes, traditional or derived, which use very high proportions of chemicals (in particular 14 to 18% sodium hydroxide for traditional chemical processes and 16% sulphite for the process mentioned in the aforementioned publication) and which, for conventional processes, have low yields of between 45% and 55%. In the case of perennial plants, some semi-chemical processes make it possible to achieve these values, but only with certain (coniferous) woods, the performances being much lower with other woods or with annuals.

La présente invention se propose de fournir un procédé de fabrication de pâte à papier à partir de plantes annuelles ou pérennes, qui conduise à des pâtes de bonne qualité (en particulier longueur de rupture au moins égale à 5 500 mètres) et qui bénéficie d'un rendement de 60 à 70 %, très supérieur au rendement d'obtention des pâtes chimiques de qualité analogue. Elle vise un procédé qui permette d'obtenir ces performances quelle que soit la nature des plantes utilisées. The present invention proposes to provide a process for manufacturing paper pulp from annual or perennial plants, which leads to good quality pasta (in particular a breaking length of at least 5 500 meters) and which benefits from a yield of 60 to 70%, much higher than the yield of obtaining chemical pulps of similar quality. It aims a process that allows to obtain these performances regardless of the nature of the plants used.

A cet effet, le procédé de fabrication de pâte à papier conforme à l'invention se caractérise en ce que
- on imprègne une matière première lignocellulosique à base de plantes annuelles, ou pérennes ou de résidus de ces plantes au moyen d'une solution aqueuse de soude de façon que la proportion pondérale de soude contenue dans ladite matière lignocellulosique soit sensiblement comprise entre 3 % et 10 % rapportée à la matière sèche et que le taux pondéral d'hydratation de ladite matière cellulosique après imprégnation soit au moins égal à sensiblement 40 %,
- on soumet ensuite la matière lignocellulosique ainsi imprégnée à un vapocraquage, en réalisant une mise en pression de celle-ci à la vapeur saturée suivie d'une détente brutale,
- et on sépare la fraction solide constituant la pâte à papier, de la phase aqueuse et des produits hydrosolubles.For this purpose, the pulp production method according to the invention is characterized in that
a lignocellulosic raw material based on annual or perennial plants or residues of these plants is impregnated with an aqueous solution of sodium hydroxide so that the proportion by weight of sodium hydroxide contained in said lignocellulosic material is substantially between 3% and 10% referred to the dry matter and that the weight of hydration of said cellulosic material after impregnation is at least equal to substantially 40%,
the lignocellulosic material thus impregnated is then subjected to steam-cracking, by putting it under pressure with saturated steam followed by a sudden expansion,
and separating the solid fraction constituting the pulp, the aqueous phase and the water-soluble products.

Le procédé de l'invention est issu de la constatation surprenante suivante : lorsqu'on réalise un vapocraquage de matières lignocellulosiques en présence d'une proportion pondérale de soude comprise entre 3 % et 10 %, on évite une dégradation des fibres et on préserve la qualité papetière de celles-ci malgré les contraintes élevées subies, et ce, quel que soit le type de plantes (annuelles ou pérennes). On obtient ainsi des pâtes très résistantes de qualité correspondant à celle des pâtes chimiques, avec un rendement très supérieur à celui des procédés chimiques (rendement de l'ordre de 60 à 70 % dans les expérimentations effectuées). L'invention permet ainsi, par rapport aux procédés chimiques traditionnels ou dérivés, d'une part d'obtenir un poids de pâte supérieur rapporté au même poids de matière première lignocellulosique, d'autre part d'utiliser des quantités beaucoup plus faibles de produits chimiques (moins de 10 % de soude) ; ces quantités moindres de soude utilisées représentent un avantage économique essentiel en pratique puisqu'elles conduisent à une réduction considérable des coûts de recyclage de ce produit. Il faut souligner que l'utilisation de la soude représente un avantage essentiel par rapport à d'autres réactifs chimiques utilisés tel que le sulfite, car la soude est, par nature, facile à recycler chimiquement (transformation en carbonate de sodium, incinération et caustification à la chaux). The process of the invention is derived from the following surprising observation: when steam cracking of lignocellulosic materials is carried out in the presence of a weight proportion of sodium hydroxide of between 3% and 10%, fiber degradation is avoided and the paper quality of these despite the high stresses undergone, regardless of the type of plants (annual or perennial). High-quality pulps of a quality corresponding to that of chemical pulps are thus obtained, with a yield much higher than that of the chemical processes (yield of the order of 60 to 70% in the experiments carried out). The invention thus makes it possible, in relation to traditional or derived chemical processes, firstly to obtain a higher pulp weight based on the same weight of lignocellulosic raw material, and secondly to use much smaller quantities of products. chemical (less than 10% soda); these smaller quantities of soda used represent a major economic advantage in practice since they lead to a considerable reduction in the recycling costs of this product. It should be noted that the use of sodium hydroxide represents an essential advantage over other chemical reagents used, such as sulphite, because soda is by nature easy to recycle chemically (transformation into sodium carbonate, incineration and caustification). with lime).

Les mécanismes par lesquels la soude, en quantité appropriée, vient se combiner au vapocraquage pour réaliser le défibrage tout en préservant la qualité papetière des fibres sont difficiles à expliquer ; les hypothèses suivantes peuvent toutefois être avancées
1) Une partie de la soude introduite dans les proportions visées réagit avec les acides organiques libérés par hydrolyse des constituants les plus fragiles de la matière sous l'effet de la température. La soude et les acides libérés se neutralisent et le milieu de cuisson reste légèrement basique grâce à la soude n'ayant pas réagi. Le phénomène d'autohydrolyse dans ces conditions de pH basique est inhibé, ce qui se traduit par une augmentation de rendement en pâte et une préservation des fibres de cellulose qui ne sont pas attaquées.The mechanisms by which soda, in appropriate quantity, combines with steam-cracking to achieve the defibration while preserving the paper quality of the fibers are difficult to explain; the following hypotheses can however be advanced
1) A part of the soda introduced in the target proportions reacts with the organic acids released by hydrolysis of the most fragile constituents of the material under the effect of the temperature. The soda and the released acids are neutralized and the cooking medium remains slightly basic thanks to the unreacted soda. The phenomenon of autohydrolysis under these conditions of basic pH is inhibited, which results in an increase in pulp yield and a preservation of cellulose fibers which are not attacked.

2) La quantité de soude restante (soude n'ayant pas réagi avec les acides organiques) permet quant à elle une légère solubilisation des hémicelluloses et des lignines qui constituent le liant essentiel entre les fibres de sorte que la matière première imprégnée qui est soumise au vapocraquage présente une élasticité très supérieure à son élasticité d'origine et supporte mieux la brusque détente ; dans ces conditions, cette détente est apte à réaliser une libération des fibres (le taux d'hydratation prévu favorisant cette libération) tout en limitant les ruptures dégradantes de ces dernières. Au contraire, dans les procédés de vapocraquage connus, mis en oeuvre en l'absence de soude ou avec des proportions inférieures ou égales à 2 % (généralement comprises entre 0,5 % et 1 %), la matière première très structurée bénéficie d' une élasticité moindre et subit l'explosion dans des conditions très dommageables pour les fibres. 2) The quantity of soda remaining (soda unreacted with organic acids) allows for a slight solubilization of hemicelluloses and lignins which constitute the essential binder between the fibers so that the impregnated raw material which is subjected to steam-cracking has an elasticity much higher than its original elasticity and better withstands sudden relaxation; under these conditions, this relaxation is able to achieve a release of the fibers (the expected hydration rate promoting this release) while limiting the degrading breaks of the latter. On the contrary, in known steam-cracking processes, carried out in the absence of sodium hydroxide or with proportions of less than or equal to 2% (generally between 0.5% and 1%), the highly structured raw material benefits from less elasticity and undergoes explosion under very damaging conditions for the fibers.

Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre à partir de plantes, parties de plantes ou mélanges de plantes du groupe suivant
- plantes annuelles (coton, chanvre, lin...),
- pailles de céréales (blé, orge, seigle, avoine, triticale, riz...),
- plantes pérennes (bambou, roseau, sisal, feuillu, résineux ...),
- résidus agricoles (bagasse de canne à sucre, bagasse de sorgho sucrier...).The process of the invention may be carried out from plants, parts of plants or mixtures of plants of the following group
- annual plants (cotton, hemp, linen ...),
- cereal straws (wheat, barley, rye, oats, triticale, rice ...),
- perennial plants (bamboo, reed, sisal, hardwood, softwood ...),
- agricultural residues (sugar cane bagasse, sugar sorghum bagasse ...).

Le procédé est particulièrement intéressant pour les plantes annuelles, car il permet une excellente valorisation de produits considérés aujourd'hui comme de seconde catégorie, et ce, sans présenter les défauts des procédés chimiques. The process is particularly interesting for annual plants, because it allows an excellent valuation of products considered today as second-class, and without presenting the defects of chemical processes.

De préférence, on réalise un hachage préalable de la matière lignocellulosique de façon à la réduire en fragments de longueur sensiblement comprise entre 0,5 et 15 centimètres. On augmente ainsi la surface spécifique de contact des matières premières avec la soude et la vapeur saturée. Preferably, the lignocellulosic material is pre-minced so as to reduce it to fragments of length substantially between 0.5 and 15 centimeters. This increases the specific contact surface of the raw materials with sodium hydroxide and saturated steam.

Il semble que l'on obtienne une qualité de pâtes maximale en ajustant les paramètres de la façon suivante
- proportion pondérale de soude sensiblement comprise entre 4 % et 8 %,
- taux d'hydratation sensiblement compris entre 55 % et 85 %.It appears that we obtain a maximum pasta quality by adjusting the parameters as follows
- weight proportion of sodium hydroxide substantially between 4% and 8%,
- Hydration rate substantially between 55% and 85%.

Selon un premier mode de mise en oeuvre, l'imprégnation est réalisée par immersion de durée comprise entre 10 et 30 minutes, dans une solution aqueuse de soude de concentration sensiblement comprise entre 5 et 15 g/l, avec un hydrovolume (poids de solution/poids sec de matière lignocellulosique) sensiblement compris entre 8 et 20. Ce mode de mise en oeuvre conduit à des équipements simples et peu onereux. According to a first embodiment, the impregnation is carried out by immersing for a period of between 10 and 30 minutes, in an aqueous sodium hydroxide solution of concentration substantially between 5 and 15 g / l, with a hydrovolume (weight of solution dry weight of lignocellulosic material) substantially between 8 and 20. This embodiment leads to simple and inexpensive equipment.

Selon un autre mode de mise en oeuvre, l'imprégnation est réalisée par pulvérisation sur la matière première cellulosique d'une solution aqueuse de soude de concentration sensiblement comprise entre 10 et 25 g/l en quantité appropriée pour atteindre la proportion pondérale et le taux d'hydratation précités, la matière lignocellulosique subissant un malaxage au cours de ladite pulvérisation. According to another embodiment, the impregnation is carried out by spraying the cellulosic raw material with an aqueous sodium hydroxide solution with a concentration of between 10 and 25 g / l in an appropriate quantity to reach the proportion by weight and the of hydration above, the lignocellulosic material being kneaded during said spraying.

L'imprégnation peut être réalisée à température ambiante. Une légère augmentation de température favorise cette imprégnation et, en pratique, il est possible de choisir une température d'imprégnation comprise entre 400 C et 600 C. The impregnation can be carried out at ambient temperature. A slight increase in temperature favors this impregnation and, in practice, it is possible to choose an impregnation temperature of between 400 ° C. and 600 ° C.

Les conditions générales de mise en oeuvre du vapocraquage sont en elles-mêmes connues : celui-ci est avantageusement effectué en réalisant en enceinte fermée une montée en pression et en température de la matière lignocellulosique imprégnée, par introduction d'une vapeur saturée à une pression sensiblement comprise entre 12 et 22 bars (12.105 et 22.105 pascals), et à une température sensiblement comprise entre 140 OC et 230 OC, puis après un temps de cuisson, en décompressant le milieu pour le ramener à la pression atmosphérique en moins de 5 secondes. The general conditions for carrying out steam-cracking are in themselves known: this is advantageously carried out by producing in a closed enclosure a rise in pressure and temperature of the impregnated lignocellulosic material, by introducing a saturated steam at a pressure substantially between 12 and 22 bars (12.105 and 22.105 Pascals), and at a temperature substantially between 140 OC and 230 OC, then after a cooking time, decompressing the medium to bring it back to atmospheric pressure in less than 5 seconds .

Le temps de vapocraquage (montée en température et en pression, cuisson, détente) est de préférence ajusté entre sensiblement 4 et 8 minutes, ce qui permet un bon défibrage sans dégradation sensible des fibres. The steam-cracking time (rise in temperature and pressure, cooking, expansion) is preferably adjusted between approximately 4 and 8 minutes, which allows a good defibration without significant degradation of the fibers.

Selon un mode de mise en oeuvre préféré, préalablement au vapocraquage, on réalise un préchauffage de la matière imprégnée pour l'amener à une température comprise entre 600 et 1000 C, ledit préchauffage étant combiné à une opération d'homogénéisation mécanique. Le vapocraquage s'effectue ensuite dans des conditions optimales (meilleure productivité). According to a preferred embodiment, prior to steam-cracking, the impregnated material is preheated to bring it to a temperature of between 600 and 1000 ° C., said preheating being combined with a mechanical homogenization operation. Steam cracking is then carried out under optimal conditions (better productivity).

L'invention s'étend aux pâtes à papier fabriquées à partir de plantes annuelles par mise en oeuvre du procédé défini précédemment ; ces pâtes à papier peuvent être caractérisées par
- une longueur de rupture sensiblement comprise entre 5 500 m et 9 000 m,
- un indice d'éclatement sensiblement compris entre 2,5 et 5 Kpa m2/g,
- un indice de déchirure sensiblement compris entre 3,7 et 7 m N.m2/g,
- un indice CMT (Concora Medium Test) sensiblement compris entre 1,5 et 2,5 N.m2/g,
- et une répartition pondérale suivante de la cellulose, des hémicelluloses et des lignines cellulose entre 55 % et 80 %, hémicelluloses entre 10 % et 20 %, et lignines entre 7 % et 14 %.The invention extends to paper pulps made from annual plants by implementing the method defined above; these paper stocks can be characterized by
a breaking length substantially between 5 500 m and 9 000 m,
a burst index substantially between 2.5 and 5 Kpa m2 / g,
- a tear index substantially between 3.7 and 7 m N.m2 / g,
a CMT index (Concora Medium Test) substantially between 1.5 and 2.5 N.m2 / g,
and a subsequent weight distribution of cellulose, hemicellulose and lignin cellulose between 55% and 80%, hemicelluloses between 10% and 20%, and lignins between 7% and 14%.

La longueur de rupture est mesurée selon la norme NFQ 03002, l'indice d'éclatement selon la norme
NFQ 03053, l'indice de déchirure selon la norme NFQ 03011 et l'indice CMT selon la norme NFQ 03044.The breaking length is measured according to standard NFQ 03002, the burst index according to the standard
NFQ 03053, the tear rating according to standard NFQ 03011 and the CMT index according to standard NFQ 03044.

Le procédé de l'invention est illustré par les exemples qui suivent, pour lesquels le vapocraquage a été mis en oeuvre dans une installation de type de celle représentée en coupe schématique à la figure unique des dessins. The process of the invention is illustrated by the examples which follow, for which the steam cracking has been implemented in an installation of the type shown in schematic section in the single figure of the drawings.

Le protocole mis en oeuvre dans les exemples est le suivant
La matière première lignocellulosique est d'abord débarrassée des éléments étrangers indésirables (poussière, sable, terre, feuilles...) par des procédés traditionnels. Elle est ensuite hachée en brins de 0,5 à 15 cm au moyen d'une ensileuse 12 couteaux.The protocol implemented in the examples is the following
The lignocellulosic raw material is first freed of unwanted foreign elements (dust, sand, earth, leaves ...) by traditional methods. It is then minced in strands of 0.5 to 15 cm by means of a 12-knife forage harvester.

L'étape d'imprégnation est effectuée par immersion totale de la matière première dans une solution aqueuse de soude à une température de 400 C. Le taux de soude fixé et le taux d'hydratation sont ajustés par réglage des paramètres suivants : concentration de la solution en soude, durée du trempage, mode d'agitation et d'égouttage (l'égouttage étant réalisé - par des presses à vis). The impregnation stage is carried out by total immersion of the raw material in an aqueous sodium hydroxide solution at a temperature of 400 ° C. The fixed sodium content and the degree of hydration are adjusted by adjusting the following parameters: concentration of the sodium hydroxide solution, soaking time, stirring and dripping mode (dripping being carried out - by screw presses).

La matière première imprégnée est ensuite introduite dans un mélangeur/préchauffeur tel que symbolisé en 1 à la figure des dessins. Dans ce dispositif, la matière est chauffée à une température d'environ 900 C par admission de vapeur à 3 bars ; la durée de séjour de la matière est de 10 minutes. The impregnated raw material is then introduced into a mixer / preheater as symbolized at 1 in the figure of the drawings. In this device, the material is heated to a temperature of about 900 C by admission of steam to 3 bars; the residence time of the material is 10 minutes.

La matière imprégnée, homogénéisée et préchauffée est ensuite introduite dans un réacteur de vaprocraquage 2. The impregnated, homogenized and preheated material is then introduced into a vaprocracking reactor 2.

La première phase du vapocraquage consiste en une mise en pression de vapeur saturée du réacteur et une montée en température des matières. Cette phase est de courte durée (de l'ordre de 1 à 2 minutes) grâce à l'utilisation d'une chaudière à fort débit de vapeur. The first phase of the steam cracking consists in pressurizing saturated steam of the reactor and raising the temperature of the materials. This phase is of short duration (of the order of 1 to 2 minutes) thanks to the use of a steam boiler.

Lorsque la pression désirée est atteinte, la phase suivante du vapocraquage est réalisée ; elle consiste en une cuisson isotherme et isobare des matières. When the desired pressure is reached, the next phase of steam cracking is carried out; it consists of isothermal and isobaric cooking of the materials.

Le maintien en pression et en température est réalisé grâce à une boucle de régulation 3 qui alimente le réacteur en vapeur au fur et à mesure que la vapeur du réacteur se condense.Maintaining pressure and temperature is achieved through a control loop 3 which supplies the reactor with steam as the steam of the reactor condenses.

La dernière phase est la phase de détente brusque et est opérée en ouvrant brusquement une vanne de purge 4 située au pied du réacteur. Sous l'effet de la brusque détente, l'eau sous pression condensée dans le végétal se transforme en vapeur et libère l'énergie nécessaire au défibrage de la matière végétale. The last phase is the sudden expansion phase and is operated by suddenly opening a purge valve 4 located at the foot of the reactor. Under the effect of the sudden relaxation, the pressurized water condensed in the plant is transformed into steam and releases the energy necessary for the defibration of the plant material.

Après l'opération de vapocraquage, un cyclone 5 permet de séparer et de récupérer la phase aqueuse et solide (sortie 6) de la phase gazeuse générée lors de l'explosion (sortie 7). After the steam-cracking operation, a cyclone 5 makes it possible to separate and recover the aqueous and solid phase (exit 6) from the gas phase generated during the explosion (exit 7).

5 exemples ont été mis en oeuvre avec des pailles de céréales, respectivement blé (exemple 1), triticale (exemple 2), seigle (exemple 3), avoine (exemple 4), orge de printemps (exemple 5). Examples were made with cereal straws, respectively wheat (example 1), triticale (example 2), rye (example 3), oats (example 4), spring barley (example 5).

Les caractéristiques mécaniques papetières obtenues ont été mesurées après mise en formettes des pâtes selon les normes suivantes
- Grammage : NF Q 03 019
- Epaisseur : NF Q 03016
- Résistance à la traction et allongement
NF Q 03 002
- Résistance au déchirement : NF Q 03 011
- Résistance à l'éclatement : NF Q 03 053
- Résistance à la compression à plat ou
CMT : NF Q 03 044
- Ring Crush Test ou RCT : TAPPI T822 om 87
Les tableaux ci-après résument les conditions opératoires et les résultats obtenus.

The paper-making mechanical characteristics obtained were measured after shaping the pasta according to the following standards
- Weight: NF Q 03 019
- Thickness: NF Q 03016
- Tensile strength and elongation
NF Q 03 002
- Tear resistance: NF Q 03 011
- Resistance to bursting: NF Q 03 053
- Compressive resistance to flat or
CMT: NF Q 03 044
- Ring Crush Test or RCT: TAPPI T822 om 87
The tables below summarize the operating conditions and the results obtained.

EXEMPLE <SEP> 1 <SEP> EXEMPLE <SEP> 2 <SEP> EXEMPLE <SEP> 3 <SEP> EXEMPLE <SEP> 4 <SEP> EXEMPLE <SEP> 5
<tb> Poids <SEP> de <SEP> matière <SEP> sèche <SEP> traitée <SEP> 393,9 <SEP> 44,8 <SEP> 46,7 <SEP> 45,9 <SEP> 36
<tb> (kg)
<tb> IMPREGNATION
<tb> Volume <SEP> de <SEP> solution <SEP> (1) <SEP> 3 <SEP> 218 <SEP> 1 <SEP> 000 <SEP> 1 <SEP> 000 <SEP> 1 <SEP> 000 <SEP> 1 <SEP> 000
<tb> Concentration <SEP> en <SEP> soude <SEP> de <SEP> la <SEP> 9,7 <SEP> 10,4 <SEP> 5,6 <SEP> 9,2 <SEP> 10,2
<tb> solution <SEP> avant <SEP> trempage <SEP> (g/l)
<tb> Duréd <SEP> du <SEP> trempage <SEP> (min.) <SEP> 30 <SEP> 40 <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 30
<tb> Volume <SEP> de <SEP> solution <SEP> restante <SEP> après <SEP> 1 <SEP> 919 <SEP> 870 <SEP> 880 <SEP> 850 <SEP> 850
<tb> trempage <SEP> et <SEP> égouttage <SEP> (1)
<tb> Concentration <SEP> en <SEP> soude <SEP> de <SEP> la
<tb> solution <SEP> après <SEP> trempage <SEP> et <SEP> 3,1 <SEP> 9,5 <SEP> 4,4 <SEP> 8,8 <SEP> 9,1
<tb> égouttage <SEP> (g/l)
<tb> Taux <SEP> de <SEP> soude <SEP> fixe <SEP> (%) <SEP> pondéral <SEP> 6 <SEP> 4,6 <SEP> 3,6 <SEP> 3,8 <SEP> 6,7
<tb> Taux <SEP> d'hydratation <SEP> (%) <SEP> pondéral <SEP> 76,7 <SEP> 74,4 <SEP> 72,0 <SEP> 76,6 <SEP> 80,6
<tb> HOMOGENEISATION <SEP> PRECHAUFFAGE
<tb> Taux <SEP> de <SEP> matière <SEP> sèche <SEP> du <SEP> végétal
<tb> après <SEP> homogénéisation <SEP> (%) <SEP> 20,5 <SEP> 22,2 <SEP> 23,4 <SEP> 19,5 <SEP> 16,4
<tb> pondéral
<tb> VAPOCRAQUAGE
<tb> Pression <SEP> de <SEP> cuisson <SEP> (Bar) <SEP> 19 <SEP> 19 <SEP> 16 <SEP> 17,5 <SEP> 17,5
<tb> Température <SEP> de <SEP> cuisson <SEP> ( C) <SEP> 212 <SEP> 212 <SEP> 204 <SEP> 208 <SEP> 208
<tb> Durée <SEP> de <SEP> montée <SEP> en <SEP> pression <SEP> (sec) <SEP> 100 <SEP> 106 <SEP> 93 <SEP> 59 <SEP> 51
<tb> Duréd <SEP> de <SEP> cuisson <SEP> (sec) <SEP> 330 <SEP> 270 <SEP> 300 <SEP> 330 <SEP> 360
<tb>

EXAMPLE <SEP> 1 <SEP> EXAMPLE <SEP> 2 <SEP> EXAMPLE <SEP> 3 <SEP> EXAMPLE <SEP> 4 <SEP> EXAMPLE <SEP> 5
<tb> Weight <SEP> of <SEP> dry matter <SEP> treated <SEP> 393.9 <SEP> 44.8 <SEP> 46.7 <SEP> 45.9 <SEP> 36
<tb> (kg)
<tb> IMPREGNATION
<tb> Volume <SEP> of <SEP> solution <SEP> (1) <SEP> 3 <SEP> 218 <SEP> 1 <SEP> 000 <SEP> 1 <SEP> 000 <SEP> 1 <SEP> 000 <SEP> 1 <SEP> 000
<tb> Concentration <SEP> in <SEP> soda <SEP> of <SEP><SEP> 9.7 <SEP> 10.4 <SEP> 5.6 <SEP> 9.2 <SEQ> 10.2
<tb> solution <SEP> before <SEP> soaking <SEP> (g / l)
<tb> Hard <SEP> of <SEP> Soaking <SEP> (min.) <SEP> 30 <SEP> 40 <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 30
<tb> Volume <SEP> of <SEP> Solution <SEP> Remaining <SEP> After <SEP> 1 <SEP> 919 <SEP> 870 <SEP> 880 <SEP> 850 <SEP> 850
<tb> Soaking <SEP> and <SEP> Draining <SEP> (1)
<tb> Concentration <SEP> in <SEP> soda <SEP> of <SEP> la
<tb> solution <SEP> after <SEP> soak <SEP> and <SEP> 3.1 <SEP> 9.5 <SEP> 4.4 <SEP> 8.8 <SEP> 9.1
<tb> dewatering <SEP> (g / l)
<tb> Rate <SEP> of <SEP> soda <SEP> fixed <SEP> (%) <SEP> by weight <SEP> 6 <SEP> 4.6 <SEP> 3.6 <SEP> 3.8 <SEP > 6.7
<tb>SEP> hydration rate <SEP> (%) <SEP> weight <SEP> 76.7 <SEP> 74.4 <SEP> 72.0 <SEP> 76.6 <SEP> 80.6
<tb> HOMOGENIZATION <SEP> PREHEATING
<tb> Rate <SEP> of <SEP> material <SEP> dry <SEP> of <SEP> plant
<tb> after <SEP> Homogenization <SEP> (%) <SEP> 20.5 <SEP> 22.2 <SEP> 23.4 <SEP> 19.5 <SEP> 16.4
<tb> weight
<tb> VAPOCRAQUAGE
<tb> Pressure <SEP> of <SEP> cooking <SEP> (Bar) <SEP> 19 <SEP> 19 <SEP> 16 <SEP> 17.5 <SEP> 17.5
<tb> Temperature <SEP> of <SEP> cooking <SEP> (C) <SEP> 212 <SEP> 212 <SEP> 204 <SEP> 208 <SEP> 208
<tb> Time <SEP> of <SEP> rise <SEP> at <SEP> pressure <SEP> (sec) <SEP> 100 <SEP> 106 <SEP> 93 <SEP> 59 <SEP> 51
<tb> Hard <SEP> of <SEP> cooking <SEP> (sec) <SEP> 330 <SEP> 270 <SEP> 300 <SEP> 330 <SEP> 360
<Tb>

EXEMPLE <SEP> 1 <SEP> EXEMPLE <SEP> 2 <SEP> EXEMPLE <SEP> 3 <SEP> EXEMPLE <SEP> 4 <SEP> EXEMPLE <SEP> 5
<tb> RENDEMENTS <SEP> ET <SEP> CARACTERISTIQUES
<tb> Rendement <SEP> global <SEP> de <SEP> récupération
<tb> de <SEP> pâte <SEP> en <SEP> matière <SEP> sèche <SEP> après <SEP> 92,7 <SEP> 83,8 <SEP> 81,7 <SEP> 92,7 <SEP> 94,2
<tb> lavage, <SEP> raffinage, <SEP> classage,
<tb> épuration <SEP> (%) <SEP> pondéral
<tb> Rendement <SEP> global <SEP> de <SEP> récupération
<tb> de <SEP> pâte <SEP> en <SEP> matière <SEP> sèche <SEP> (%) <SEP> 65,00 <SEP> 66,5 <SEP> 70,27 <SEP> 70,15 <SEP> 62,5
<tb> pondéral
<tb> Refus <SEP> de <SEP> classage <SEP> (%) <SEP> 0,3 <SEP> 0,5 <SEP> 1,2 <SEP> 4,9 <SEP> 2,1
<tb> Indice <SEP> d'égouttage <SEP> après <SEP> classage <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 39 <SEP> 41
<tb> ( SR)
<tb> Indice <SEP> d'égouttage <SEP> après <SEP> 32,5 <SEP> 45 <SEP> 45 <SEP> 38 <SEP> 53
<tb> raffinage <SEP> ( SR)
<tb> Grammage <SEP> (g/m2) <SEP> 111,6 <SEP> 104,4 <SEP> 106,5 <SEP> 111,7 <SEP> 114,8
<tb> Epaisseur <SEP> (1/1000 <SEP> mm) <SEP> 151 <SEP> 158 <SEP> 177 <SEP> 149 <SEP> 142
<tb> Volume <SEP> massique <SEP> (cm3/g) <SEP> 1,35 <SEP> 1,51 <SEP> 1,67 <SEP> 1,34 <SEP> 1,24
<tb> Longueur <SEP> de <SEP> rupture <SEP> (m) <SEP> 8 <SEP> 083 <SEP> 6 <SEP> 690 <SEP> 5 <SEP> 530 <SEP> 7 <SEP> 500 <SEP> 7 <SEP> 740
<tb> Allongement <SEP> (%) <SEP> - <SEP> 2,99 <SEP> 3,00 <SEP> 3,34 <SEP> 2,99
<tb> Indice <SEP> d'éclatement <SEP> (kPa <SEP> m2/g) <SEP> 4,78 <SEP> 3,9 <SEP> 3,2 <SEP> 4,59 <SEP> 4,61
<tb> Indice <SEP> de <SEP> déchirure <SEP> (mNm2/g) <SEP> 4,38 <SEP> 5,3 <SEP> 5,6 <SEP> 6,35 <SEP> 3,83
<tb> RCT <SEP> (N) <SEP> <SEP> Ring <SEP> Crush <SEP> Test <SEP> <SEP> - <SEP> 148 <SEP> 161 <SEP> 182 <SEP> 172
<tb> Indice <SEP> CMT <SEP> (Nm2/g) <SEP> 2,00 <SEP> 1,68 <SEP> 1,51 <SEP> 1,55 <SEP> 1,61
<tb> Rigidité <SEP> KODAK <SEP> (mN.m) <SEP> 0,82
<tb> SCT <SEP> (nN/m) <SEP> 4,10
<tb> EXAMPLE <SEP> 1 <SEP> EXAMPLE <SEP> 2 <SEP> EXAMPLE <SEP> 3 <SEP> EXAMPLE <SEP> 4 <SEP> EXAMPLE <SEP> 5
<tb> YIELDS <SEP> AND <SEP> CHARACTERISTICS
<tb> Overall <SEP> Performance <SEP> of <SEP> Recovery
<tb> of <SEP> paste <SEP> in <SEP> material <SEP> dry <SEP> after <SEP> 92.7 <SEP> 83.8 <SEP> 81.7 <SE> 92.7 <SEP > 94.2
<tb> washing, <SEP> refining, <SEP> classification,
<tb> purification <SEP> (%) <SEP> weight
<tb> Overall <SEP> Performance <SEP> of <SEP> Recovery
<tb> of <SEP> paste <SEP> in <SEP> dry matter <SEP><SEP> (%) <SEP> 65,00 <SEP> 66,5 <SEP> 70,27 <SEP> 70,15 <SEP> 62.5
<tb> weight
<tb> Refusal <SEP> of <SEP> classification <SEP> (%) <SEP> 0.3 <SEP> 0.5 <SEP> 1.2 <SEP> 4.9 <SEP> 2.1
<tb><SEP> dewatering index <SEP> after <SEP> classification <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 39 <SEP> 41
<tb> (SR)
<tb><SEP> dewatering index <SEP> after <SEP> 32.5 <SEP> 45 <SEP> 45 <SEP> 38 <SEP> 53
<tb> refining <SEP> (SR)
<tb> Weight <SEP> (g / m2) <SEP> 111.6 <SEP> 104.4 <SEP> 106.5 <SEP> 111.7 <SEP> 114.8
<tb> Thickness <SEP> (1/1000 <SEP> mm) <SEP> 151 <SEP> 158 <SEP> 177 <SEP> 149 <SEP> 142
<tb> Mass <SEP> Mass <SEP> (cm3 / g) <SEP> 1.35 <SEP> 1.51 <SEP> 1.67 <SEP> 1.34 <SEP> 1.24
<tb> Length <SEP> of <SEP> rupture <SEP> (m) <SEP> 8 <SEP> 083 <SEP> 6 <SEP> 690 <SEP> 5 <SEP> 530 <SEP> 7 <SEP> 500 <SEP> 7 <SEP> 740
<tb> Lengthening <SEP> (%) <SEP> - <SEP> 2.99 <SEP> 3.00 <SEP> 3.34 <SEP> 2.99
<tb> Bursting index <SEP><SEP> (kPa <SEP> m2 / g) <SEP> 4.78 <SEP> 3.9 <SEP> 3.2 <SEP> 4.59 <SEP> 4 61
<tb> Index <SEP> of <SEP> Tear <SEP> (mNm2 / g) <SEP> 4.38 <SEP> 5.3 <SEP> 5.6 <SEP> 6.35 <SEP> 3.83
<tb> RCT <SEP> (N) <SEP><SEP> Ring <SEP> Crush <SEP> Test <SEP><SEP> - <SEP> 148 <SEP> 161 <SEP> 182 <SEP> 172
<tb> Index <SEP> CMT <SEP> (Nm2 / g) <SEP> 2.00 <SEP> 1.68 <SEP> 1.51 <SEP> 1.55 <SEP> 1.61
<tb> Rigidity <SEP> KODAK <SEP> (mNm) <SEP> 0.82
<tb> SCT <SEP> (nN / m) <SEP> 4.10
<Tb>

L'analyse des constituants de la pâte obtenue à l'exemple 1 a donné les résultats suivants (répartition pondérale)
- cellulose : 58,4 %
- hémicelluloses : 17,3 %
- lignines : 10,5 % Analysis of the constituents of the paste obtained in Example 1 gave the following results (weight distribution)
- cellulose: 58.4%
- hemicelluloses: 17.3%
- lignins: 10.5%

Claims

1 / - Process for the production of pulp, characterized in that

a lignocellulosic raw material based on annual or perennial plants or residues of these plants is impregnated with an aqueous solution of sodium hydroxide so that the proportion by weight of sodium hydroxide contained in said lignocellulosic material is substantially between 3% and 10% referred to the dry matter and that the weight of hydration of said cellulosic material after impregnation is at least equal to substantially 40%,

the lignocellulosic material thus impregnated is then subjected to steam-cracking, by putting it under pressure with saturated steam followed by a sudden expansion,

and separating the solid fraction constituting the pulp, the aqueous phase and the water-soluble products.

2 / - The method of claim 1, wherein the hash is carried out prior to the lignocellulosic material so as to reduce it into fragments of length substantially between 0.5 and 15 centimeters.

3 / - Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the impregnation is carried out so that the proportion by weight of sodium hydroxide in the lignocellulosic material is substantially between 4% and 8% and its hydration rate substantially between 55% and 85%.

4 / - Method according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the impregnation is carried out by immersion of duration between 10 and 30 minutes, using an aqueous sodium hydroxide solution of concentration substantially between 5 and 15 g / l, with a hydrovolume (solution weight / dry weight of lignocellulosic material) substantially between 8 and 20.

5 / - Method according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the impregnation is carried out by spraying on the cellulosic raw material of an aqueous solution of sodium hydroxide concentration substantially between 10 and 25 g / l in an amount appropriate to achieve the aforementioned proportion by weight and hydration rate, the lignocellulosic material being kneaded during said spraying.

6 / - Method according to one of claims 1, 2, 3, 4, 5, characterized in that impregnation is performed by means of an aqueous solution of sodium hydroxide at a temperature between 400 C and 600 C.

7 / - Method according to one of claims 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein the steam-cracking is carried out by performing in a closed enclosure a rise in pressure and temperature of the impregnated lignocellulosic material, by introduction of saturated steam at a pressure substantially between 12 and 22 bar (12.105 and 22.105 pascals), and at a temperature substantially between 140 OC and 230 OC, then after a cooking time, by decompressing the medium to bring it back to the pressure atmospheric in less than 5 seconds.

8 / - Method according to claim 7, characterized in that the steam-cracking of the impregnated lignocellulosic material (temperature rise and pressure, baking, expansion) is carried out in a time substantially between 4 and 8 minutes.

9 / - Method according to one of claims 7 or 8, characterized in that, prior to steam-cracking, is carried out a preheating of the impregnated material to bring it to a temperature between 600 and 1000 C, said preheating being combined with a mechanical homogenization operation.

10 / - Method according to one of claims 1 to 9, wherein is used as raw material lignocellulosic plants, part of plants or mixtures of plants of the next group

- annual plants (cotton, hemp, linen ...),

- cereal straws (wheat, barley, rye, oats, triticale, rice ...),

- perennial plants (bamboo, reed, sisal, hardwood, softwood ...),

- agricultural residues (sugar cane bagasse, sugar sorghum bagasse ...).

11 / - Pulp made from annual plants by carrying out the method according to one of claims 1 to 10, combining the following characteristics

a breaking length substantially between 5 500 m and 9 000 m,

a burst index substantially between 2.5 and 5 Kpa m2 / g,

- a tear index substantially between 3.7 and 7 m N.m2 / g,

a CMT index (Concora Medium Test) substantially between 1.5 and 2.5 N.m2 / g,

and a subsequent weight distribution of cellulose, hemicellulose and lignin cellulose between 55% and 80%, hemicelluloses between 10% and 20%, and lignins between 7% and 14%.