EP0570385A1 - Procede d'alimentation de cuiseurs continus sous pression pour l'obtention de pates cellulosiques. - Google Patents

Procede d'alimentation de cuiseurs continus sous pression pour l'obtention de pates cellulosiques.

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EP0570385A1
EP0570385A1 EP92901780A EP92901780A EP0570385A1 EP 0570385 A1 EP0570385 A1 EP 0570385A1 EP 92901780 A EP92901780 A EP 92901780A EP 92901780 A EP92901780 A EP 92901780A EP 0570385 A1 EP0570385 A1 EP 0570385A1
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pressure
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pump
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C1/00—Pretreatment of the finely-divided materials before digesting
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C7/00—Digesters
    • D21C7/06—Feeding devices

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of cellulosic pastes by cooking lignocellulosic materials, such as wood chips or annual plants, in a continuous pressure cooking reactor and more particularly to a process for supply to said reactor.
  • the feeding systems currently used are for the most part of the following types, a - For annual plants: Continuous screws with variable or frustoconical pitch, fitted at the end with a back-pressure system.
  • the system makes it possible to prevent the material from being discharged by the vapor pressure prevailing inside the cooker, generally of the order of 7 bars.
  • These screws have drawbacks, namely rapid wear due to the presence of silica in the plants used (bagasse, kenaf, straw, hemp, etc.), which necessitates a frequent change of screws which must be recharged with metal and, for certain plants (in particular wet straw), a difficulty in ensuring a regular flow because the material tends to rotate with the screw and no longer.
  • the systems used are of the airlock or rotary valve type. These devices operate in the following cycle. 1. A certain quantity of chips is introduced into a volume at atmospheric pressure.
  • the volume is closed and subjected to a vapor pressure equal to that of the cooker.
  • the volume is opened towards the cooker and the chips are poured there.
  • the volume is then ready to receive a new chip load.
  • Such systems have drawbacks because they are discontinuous and consequently disturb the operation of the cooker and cause a pressure drop at each cycle.
  • the proposed system can be used both for annual plants and for wood chips. It is particularly well suited to continuous processes and in particular to the two-step process, as described in the French utility certificate n ° 2542 021 (see also European patent n ° 0 136 325 and American patent n ° 4 790 905).
  • the continuous cooker feeding process for obtaining cellulosic pulp according to the present invention is characterized in that one introduces into a piston pump with an open cylinder head which re ⁇ flows in a piping connected to the cooker of ignocellulosic materials. 'such as wood shavings or annual plants, impregnated beforehand with chemical reagents in a quantity just necessary for their cooking and with water in sufficient quantity to obtain a pasty but non-liquid consistency.
  • the seal of the cooker is ensured by a plug of material impregnated in the supply piping, which therefore does not include a valve or a sealing valve.
  • the impregnation at the heart of the lignocellulose material is ensured in two phases: a) mixing of the impregnation liquor and the lignocellulose materials in proportions necessary for cooking by conventional agitation, and b) subjecting this mixture during introduction into the cooker to a high pressure, preferably of the order of 80 bars, by pressure using the piston pump with open cylinder head, which forces the penetration of the impregnation liquor at the heart of the lignocellulosic material.
  • the first step of the process is impregnation, for example described in the aforementioned patents.
  • the annual plant is torn to pieces of 5 to 10 cm, for example. Then it is added with hot water and alkaline or alkaline earth reagents necessary for cooking to obtain the desired quality of dough.
  • these are immersed hot in a solution of alkaline or alkaline-earth reagents of a given concentration for a time sufficient to absorb in the co ⁇ skin the quantity of reagents necessary for its cooking. Then the skins are drained.
  • a liquor impregnation / dry matter ratio (LI / MS) preferably equal to or close to 1.5, which can also vary according to the nature of the raw material used from 0.8 to 3.
  • the second phase of the process includes injection.
  • the impregnated material is injected under pressure by the open cylinder head piston pump 2 into the piping 3 connected to the cooker 1 provided with a double jacket heated by means of steam.
  • the piston pump can be a double body, each piston working alternately so as to create an almost continuous or single-body flow.
  • the piping 3 between the outlet of the pump and the inlet of the cooking reactor must be of a length and diameter such that the pressure drop created, thanks to the formation of a plug 4 resulting from the compression action of the pump piston, greater than the internal pressure of the reactor.
  • the length of the pipe 3 and its diameter can be 3 to 3 m and 200 to 300 mm respectively.
  • this flange is bolted tightly and the temperature of the cooker is adjusted to 170 ° C. by vapor pressure at 7 bars.
  • the piping connecting the pump to the cooker does not have any valve or valve.
  • the plug of compressed material in the supply tube is perfectly sealed.
  • Example 2 The procedure is as in the previous example, using uncut barley straw in the form of 30 kg bales.
  • bales of straw i.e. 300 kg soda powder 40 kg anhydrous soda ash powder 12 kg hot water spray 470 kg
  • the product obtained is homogeneous and has the appearance of a wet straw.
  • the impregnated straw is introduced into the cooker whose pressure is 7 bars, the duration of the introduction being
  • Example 3 280 kg of ABL SALIGNA Eucalyptus 12 shavings at 92% dryness, placed in a stainless steel basket perforated with holes, are immersed in a sodium hydroxide solution containing 102.4 g / l of NaOH at 100 ° C for 30 minutes. * The chips 2.5 mm thick and 2 cm long are then removed from the solution and drained for 5 minutes. The weight of chips after impregnation is 580 kg. Using the same equipment as before, these chips are pushed into the experimental cooker whose internal pressure is 7 bars and the temperature of 170 ° C. The tube connecting the outlet of the pump to the inlet of the cooker has a length of 6 m and a diameter of 200 mm.

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Abstract

L'invention concerne un système d'alimentation en copeaux de bois ou plantes annuelles de cuiseurs continus destinés à la production de pâtes à papier. Le système comporte deux étapes: une première étape d'imprégnation où les copeaux sont imprégnés de la quantité de réactifs chimiques nécessaires à leur cuisson par imprégnation à chaud dans des solutions alcalines ou alcalino-terreuses, puis égouttés. S'il s'agit de plantes annuelles, celles-ci sont mélangées mécaniquement avec des réactifs alcalins et/ou alcalino-terreux et avec un minimum d'eau chaude pour obtenir un mélange à l'aspect de fibres humides. Une deuxième étape où le produit imprégné ci-dessus est pompé directement dans un cuiseur (1) sous pression par une pompe à piston hydraulique (2), le bouchon (4) formé dans la tuyauterie (3) reliant cette pompe au cuiseur réalisant l'étanchéité et la résistance à la pression nécessaire.

Description

Procédé d'alimentation de cuiseurs continus sous pression pour l'obtention de pâtes cellulosiques
La présente invention se rapporte à un procédé de préparation de pâtes cellulosiques par la cuisson de matières ligno-cellulosiques, telles que copeaux de bois ou de plantes annuelles, dans un réac¬ teur de cuisson continu sous pression et plus particulièrement à un procédé d'alimentation dudit réacteur.
Les systèmes d'alimentation utilisés actuellement sont pour la plu¬ part des types suivants, a - Pour les plantes annuelles: Vis continues à pas variable ou tronconique, munies à l'extrémité d'un système de contre-pression. Le système permet d'éviter le re¬ foulement de la matière par la pression de vapeur régnant à l'in¬ térieur du cuiseur, en général de l'ordre de 7 bars. Ces vis présentent des inconvénients, à savoir une usure rapide due à la présence de silice dans les plantes utilisées (bagasse, kenaf, paille, chanvre etc.), ce qui nécessite un changement fréquent de vis qui doivent être rechargées en métal et, pour certaines plantes (en particulier paille humide), une difficulté d'assurer un débit régulier du fait que la matière tend à tourner avec la vis et n'avan¬ ce plus. Cet inconvénient nuit à la qualité de la pâte obtenue tout en dimi¬ nuant la productivité de l'installation. b - Pour les copeaux de bois, les systèmes utilisés sont du type à sas ou vannes rotatives. Ces dispositifs fonctionnent suivant le cycle suivant. 1. Une certaine quantité de copeaux est introduite dans un volume à la pression atmosphérique.
2. Le volume est clos et soumis à une pression de vapeur égale à celle du cuiseur.
3. Le volume est ouvert vers le cuiseur et les copeaux y sont déver- ses.
4. Le volume est clos de nouveau, puis détendu à la pression atmos¬ phérique.
FEuιυ-ε o- Le volume est alors prêt à recevoir une nouvelle charge de copeaux. De tels systèmes présentent des- inconvénients, car ils sont discon¬ tinus et perturbent en conséquence le fonctionnement du cuiseur et occasionnent une perte de charge à chaque cycle. Le système proposé peut être utilisé aussi bien pour les plantes annuelles, que pour des copeaux de bois. Il est particulièrement bien adapté aux procédés continus et en particulier au procédé en deux étapes, tel que décrit dans le certificat d'util té français n° 2542 021 (voir aussi le brevet européen n° 0 136 325 et le brevet américain n° 4 790 905). Le procédé d'alimentation de cuiseur continu pour l'obtention de pâte cellulosique selon la présente invention est caractérisé en ce qu'on introduit dans une pompe à piston à culasse ouverte qui re¬ foule dans une tuyauterie reliée au cuiseur des matières igno- cellulosiqueSj'itelles que copeaux de bois ou de plantes annuelles, imprégnées au préalable de réactifschimiques en quantité juste né¬ cessaire à leur cuisson et d'eau en quantité suffisante pour obtenir une consistance pâteuse mais non liquide.
Une des caractéristiques importantes de l'invention réside dans le fait que Tétanchéité du cuiseur est assurée par un bouchon de matière imprégnée dans la tuyauterie d'alimentation, qui de ce fait peut ne pas comporter de vanne ou de clapet d'étanchéité. De préférence, l'imprégnation à coeur de la matière ligno-cellulo- sique est assurée en deux phases: a) mélange de la liqueur d'imprégnation et des matières ligno-cellu- losiques en proportions nécessaires à la cuisson par une agitation classique, et b) soumission de ce mélange en cours d'introduction dans le cuiseur à une pression élevée, de préférence de l'ordre de 80 bars, par com¬ pression au moyen de la pompe à piston à culasse ouverte, qui force la pénétration de la liqueur d'imprégnation au coeur de la matière ligno-cellulosique.
La mise en oeuvre du procédé selon l'invention sera décrite ci-après par référence au dessin, dont la figure unique représente en coupe en élévation un cuiseur 1 alimenté par une pompe à piston à culasse
•SEN ouverte 2 par l'intermédiaire de la tuyauterie 3 comportant une en¬ trée de vapeur 5.
La première étape du procédé est l'imprégnation, par exemple décrite dans les brevets précités. La plante annuelle est déchiquetée en or- ceaux de 5 à 10 cm, par exemple. Puis elle est additionnée d'eau chaude et de réactifs alcalins ou alcalino-terreux nécessaire à la cuisson pour obtenir la qualité de pâte souhaitée. Dans le cas des copeaux de bois, ceux-ci sont immergés à chaud dans une solution de réactifs alcalins ou alcalino-terreux d'une concen- tration donnée pendant un temps suffisant pour absorber dans le co¬ peau la quantité de réactifs nécessaire à sa cuisson. Puis les co¬ peaux sont égouttés. Qu'il s'agisse de plantes annuelles ou de co¬ peaux de bois, on cherche à atteindre après imprégnation un rapport liqueur d'imprégnation / matière sèche (LI/MS) de préférence égal ou voisin de 1,5, qui peut aussi varier suivant la nature de la matière première employée de 0,8 à 3.
La deuxième phase du procédé comprend l'injection. La matière im¬ prégnée est injectée sous pression par la pompe à piston à culasse ouverte 2 dans la tuyauterie 3 reliée au cuiseur 1 muni d'une double enveloppe chauffée au moyen de la vapeur. La pompe à piston peut être à double corps, chaque piston travaillant alternativement de façon à créer un débit quasi continu ou à corps simple. La tuyauterie 3 entre la sortie de la pompe et l'entrée du réacteur de cuisson doit être d'une longueur et d'un diamètre tels, que la perte de charge créée, grâce à la formation d'un bouchon 4 résultant de l'action de compression du piston de la pompe, soit supérieure à la pression interne du réacteur. La longueur du tuyau 3 et son diamètre peuvent être respectivement de 3 à 3 m et de 200 à 300 mm. Dans ces conditions, on observe que la> atière comprimée dans cette longueur de tuyauterie ne refoule pas vers la pompe et qu'elle con¬ stitue un bouchon totalement étanche à la vapeur sous pression du réacteur de cuisson. Aucun système de vanne ou de clapet n'est donc nécessaire. Les pompes utilisées sont d'un modèle courant sur le marché, utilisées
-.c REMPLACEMENT FEUIU-E DE REN"- à d'autres fins, tels que le pompage du béton liquide. Elles peuvent sans difficulté développer une. pression de 80 bars à la sortie de la pompe, le piston étant actionné par un système hydraulique, tel qu'un vérin. Le résultat ci-dessus décrit peut être obtenu grâce à trois consta¬ tations surprenantes qui sont au coeur de la présente invention, a) La matière imprégnée a au départ une densité apparente de Tordre de 0,35 pour les plantes annuelles et de 0,45 pour les copeaux. Après compression à 80 bars, cette densité devient voisine à 1. b) Même avec des taux d'imprégnation élevés, par exemple pour LI/MS situé entre 2,5 et 3, on n'observe pas de séparation de la phase liquide. c) La matière imprégnée "glisse" sans problème dans la tuyauterie, les réactifs alcalins jouant le rôle de lubrifiant, ce qui rend possible une alimentation sans à coup. Il serait dans la plupart des cas impossible d'alimenter par ce système les mêmes matières premières simplement déchiquetées.
Même au cas où cela serait possible, les problèmes d'usure seraient les mêmes que ceux observés avec des vis d'alimentation tradition- nelles.
Or, les traces d'usure observées dans le système suivant l'invention, restent à un niveau imperceptible et permettent d'augurer une durée de service continu de plusieurs années sans changement de pièces.
Exemple 1.
300 kg de chanvre à 8% d'humidité coupé à la longueur de 5 cm envi¬ ron sont introduits dans un mélangeur rotatif. On y ajoute: soude en poudre 45 kg carbonate de soude anhydre en poudre 15 kg eau chaude 500 kg
L'ensemble est agité énergiquement pendant dix minutes. On obtient finalement un mélange à l'aspect de fibres humides bien homogène. Cette masse de 860 kg sera introduite dans une pompe à piston à com¬ mande hydraulique du type Putzmeister (CK01061). La pompe est reliée à un cuiseur expérimental constitué d'un cylindre horizontal de lon¬ gueur de 4 m et de diamètre de 0,60 m par l'intermédiaire d'une
FEUILLE DE RE F ACEME t tuyauterie de 6 m de longueur et de diamètre de 200 mm.
On commence le pompage à raison de 5 à 6 coups à la minute. Après environ 11 minutes, le chanvre imprégné apparait à l'extrémité du tube de 6 m. On peut s'en rendre compte en laissant la bride de jon- ction du tube au cuiseur légèrement entreouverte.
A ce stade, on boulonne cette bride de façon étanche et on règle la température du cuiseur à 170°C par mise sous pression de vapeur à 7 bars.
La tuyauterie reliant la pompe au cuiseur ne comporte aucune vanne ni clapet.
On poursuit le pompage sans problème, la totalité de la matière étant pompée en un peu plus de 50 minutes.
Au cours du pompage, on n'a observé aucune séparation de liqueur de la masse imprégnée. La densité de la matière passée à la sortie du tube d'alimentation, mesurée dans un essai préliminaire a été trouvée très voisine de 1.
Le bouchon de matière comprimée dans le tube d'alimentation est par¬ faitement étanche.
Exemple 2 On procède comme dans l'exemple précédent, en utilisant de la paille d'orge non coupée sous forme de balles de 30 kg.
On introduit dans le mélangeur:
10 balles de paille, soit 300 kg soude en poudre 40 kg carbonate de soude anhydre en poudre 12 kg eau chaude pulvérisée 470 kg
On agite énergiquement pendant 10 minutes. Le produit obtenu est homogène et a l'aspect d'une paille humide.
Avec la même pompe que précédemment et suivant les -mêmes conditions opératoires, la paille imprégnée est introduite dans le cuiseur dont la pression est de 7 bars, la durée de l'introduction étant de
50 minutes.
Là, on constate encore que le bouchon est parfaitement étanche et que le cuiseur a fonctionné sans problème, malgré le compactage et
FEU,LLE DE BER CEMENT la densification du produit à l'entrée du cuiseur. En outre, on a constaté que la densité de la paille imprégnée comprimée est voisine de 1, alors que sa densité apparente initiale est de l'ordre de 0,35.
Exemple 3 280 kg de copeaux d'Eucalyptus 12 A.B.L. SALIGNA à 92% de siccité, placés dans un panier en métal inoxydable perforé de trous, sont immer¬ gés dans une solution de soude contenant 102,4 g/1 de NaOH à 100°C pendant 30 minutes.* Les copeaux de 2,5 mm d'épaisseur et de 2 cm de longueur environ sont alors retirés de la solution et égouttés pendant 5 minutes. Le poids de copeaux après l'imprégnation est de 580 kg. En utilisant le même matériel que précédemment, ces copeaux sont poussés dans le cuiseur expérimental dont la pression interne est de 7 bars et la température de 170°C. Le tube reliant la sortie de la pompe à l'entrée du cuiseur a une longueur de 6 m et un diamètre de 200 mm.
Au cours de l'introduction qui a duré 35 minutes environ, on n'a observé ni perte de vapeur dans cette tuyauterie, ni essorage du liquide d'imprégnation soi-s l'effet de la pression exercée par le piston de la pompe.
FEUILLE DE REMPLACEMENT

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'alimentation de cuiseurs continus pour l'obtention de pâte cellulosique à partir de matières ligno-cellulosiques, caractérisé en ce qu'on introduit dans une pompe à piston à culasse ouverte (2) qui refoule dans une tuyauterie (3) reliée, au cuiseur (1) des ma- tières .1 igno-cellulosiques, telles que copeaux de bois ou de plantes annuelles, imprégnées au préalable de réactifs chimiques en quantité juste nécessaire à leur cuisson et d'eau en quantité suffisante pour obtenir une consistance pâteuse mais non liquide.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étanchéité du cuiseur est assurée par un bouchon de matière imprégnée dans la tuyauterie d'alimentatάon, qui de ce fait peut ne pas comporter de vanne ou de clapet d'étanchéité.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'impré¬ gnation à coeur de la matière ligno-cellulosique est assurée en deux phases: a) mélange de la liqueur d'imprégnation et des matières ligno-cellu¬ losiques en proportions nécessaires à la cuisson par une agitation classique, et b) soumission de ce mélange en cours d'introduction dans le cuiseur à une pression élevée , de préférence de l'ordre de 80 bars, par com¬ pression au moyen de la pompe à piston à culasse ouverte, qui force la pénétration de la liqueur d'imprégnation au coeur de la matière ligno-cellulosique.
4. Dispositif d'alimentation de cuiseurs continus sous pression pour l'obtention d'une pâte cellulosique.pourapplication du procédé selon Tune des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe à piston à culasse ouverte (2) reliée au cuiseur (1) au moyen d'une tuyauterie (3) ne comportant aucune vanne ni aucun clapet d'étanchéité, la compression produite par le piston de la pompe (2) créant un bouchon (4), dont la perte de charge produite est supérieure à la pression interne du cuiseur (1).
FEUILLE DE REMPLACEMENT REVENDICATICNS MODIFIEES
[reçues par le Bureau international le 27 avril 1992 (27.04.92); revendication 1 modifiée; revendications 2-4 inchangées ( 1 page )]
1. Procédé d'alimentation de cuiseurs continus pour l'obtention de pâte cellulosique à partir de matières ligno-cellulosiques qui sont impré¬ gnées au préalable de réactifs chimiques, puis traitées pour amener la proportion de matières sèches à au moins 25%, caractérisé en ce que l'alimentation de cuiseur.. est assurée par le refoulement d'une matière en forme de bouchon, compactée dans une pompe à piston à cu¬ lasse ouverte et présentant une densité d'environ Ldans le cuiseur.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que Tétanchéité du cuiseur est assurée par un bouchon de matière imprégnée dans la tuyauterie d'alimentation, qui de ce fait peut ne pas comporter de vanne ou de clapet d1étanchéité.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'impré¬ gnation à coeur de la matière ligno-cellulosique est assurée en deux phases: a) mélange de la liqueur d'imprégnation et des matières ligno-cellu¬ losiques en proportions nécessaires à la cuisson par une agitation classique, et b) soumission de ce mélange en cours d'introduction dans le cuiseur à une pression élevée , de préférence de Tordre de 80 bars, par com¬ pression au moyen de la pompe à piston à culasse ouverte, qui force la pénétration de la liqueur d'imprégnation au coeur de la matière ligno-cellulosique.
4. Dispositif d'alimentation de cuiseurs continus sous pression pour l'obtention d'une pâte cellulosique.pourapplication du procédé selon Tune des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe à piston à culasse ouverte (2) reliée au cuiseur (1) au moyen d'une tuyauterie (3) ne comportant aucune vanne ni aucun clapet d'étanchéité, la compression produite par le piston de la pompe (2) créant un bouchon (4), dont la perte de charge produite est supérieure à la pression interne du cuiseur (1).
EP92901780A 1990-12-17 1991-12-09 Procede d'alimentation de cuiseurs continus sous pression pour l'obtention de pates cellulosiques Expired - Lifetime EP0570385B1 (fr)

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FR9015759 1990-12-17
PCT/FR1991/000986 WO1992011409A1 (fr) 1990-12-17 1991-12-09 Procede d'alimentation de cuiseurs continus sous pression pour l'obtention de pates cellulosiques

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