DESCRIPTION D'UN PROCEDE CLASSIQUE DE FABRICATION

DE PATE A PAPIER : LE PROCEDE KRAFT

 

 

 

SCHEMA GENERAL

 

L'organisation de l'usine de Tembec est illustrée par le schéma ci-dessous :

Figure 3.1 : Schéma de la production de l'usine Tembec

 


 


ATELIER BOIS      (Voir schéma)

          L'écorce étant une matière non fibreuse, sa présence diminuerait la qualité de la pâte à papier, c'est pourquoi on effectue un écorçage du bois.

  

    ~ Répartition des différents types de bois utilisés par l'usine Tembec :

 

Feuillus         

           Environ 245 000 tonnes de pâtes sont produites par an à partir de feuillus. La production d'une tonne de papier nécessitant 3.95 tonnes de feuillus, environ 970 000 tonnes de feuillus sont nécessaires. Le rendement industriel est de 44 à 46%. Ces bois se caractérisent par des fibres courtes.

Figure 3.2 : répartition des bois feuillus

    

Eucalyptus

Eucalyptus          

              Environ 25 000 tonnes de pâtes sont produites par an à partir d'eucalyptus. La production d'une tonne de papier nécessite 3 tonnes d'eucalyptus, environ 75 000 tonnes d'eucalyptus sont nécessaires. Le rendement industriel est de 48%.

 

 

 

Résineux

            Environ 25 000 tonnes de pâtes sont produites par an à partir de résineux. La production d'une tonne de papier nécessite 4.85 tonnes de feuillus, environ 12 000 tonnes de résineux sont nécessaires. Le rendement industriel est de 43%. Ces bois se caractérisent par des fibres longues.

Résineux

 

 

    ~ Ecorçage du bois :

      Le bois est reçu à l'usine par l'intermédiaire de camions sous forme de rondins.   

Figure 3.3 : Stockage de rondins de bois sur le site Tembec

         Ces rondins sont envoyés dans des tambours écorceurs. Il s'agit d'immenses cylindres ouverts aux deux extrémités et tournant sur eux-mêmes. Les rondins de bois entrent dans les tambours par l'une des deux extrémités et en s'entrechoquant les uns contre les autres, l'écorce s'en détache et sort des tambours écorceurs par les longues fentes dont ils sont pourvus.

Figure 3.4 : approvisionnement en rondins de bois sur le site Tembec

 

 

            Environ 90 000 tonnes d'écorces sont produites chaque année. Elles sont ensuite commercialisées (environ 10% de la production), brûlées (environ 44% de la production) ou stockées (environ 46% de la production). Les écorces brûlées, le sont dans une chaudière à lit fluidisé qui fournit 45 t.h -1 de vapeur à 60 bars pour produire de l'énergie mais aussi sous forme d'électricité.

 

Figure 3.5 : Ecorçage de bois

 

 

 

   Figure 3.6 : Stockage des copeaux de bois                 du site Tembec

          Le bois ainsi écorcé est ensuite dirigé vers des coupeuses qui permettent de le transformer en copeaux. A ces copeaux viennent s'ajouter des copeaux des scieries ou des copeaux de grandes longueurs sous-traités directement sur le site. Ces copeaux sont tamisés pour permettre de recycler les copeaux trop gros afin d'en faire des copeaux plus petits.

          Ces copeaux sont stockés sur deux aires spécialement prévues à cet usage :

~ une prévue pour les copeaux de feuillus, ce qui représente 35 000 tonnes de copeaux soit 100 000 m3.

~ une prévue pour les copeaux spécifiques (eucalyptus, résineux, peupliers,…) pour la fabrication de pâtes spéciales, ce qui représente 10 000 tonnes de copeaux soit 30 000 m3.

            Ces copeaux sont ensuite envoyés vers l'atelier de cuisson .


ATELIER DE CUISSON      (Voir schéma)

 

                Les copeaux de bois sont donc entraînés vers l'atelier de cuisson où ils vont être cuits. Ils passent tout d'abord dans une trémie à copeaux chauffée à 80°C . Cette trémie à copeaux a une double utilité, à savoir, d'une part servir à pré-étuver les copeaux et d'autre part réguler le flux de copeaux. Les gaz odorants dégagés sont envoyés vers l'incinérateur des gaz.

                Le mélange eau-copeaux est ensuite envoyé vers un imprégnateur pour être mis en contact avec un mélange de soude et de sulfure de sodium appelé liqueur blanche du fait de sa transparence. Cette opération d'imprégnation s'effectue à la température de 105 °C pendant une heure.

                En solution dans l'eau, l'équilibre suivant apparaît :    Na2S + H2O <=> NaOH + NaSH

 

               Le sulfure de sodium joue un rôle important dans la mesure où :

~ il facilite la pénétration des liqueurs dans la matière végétale

~ il forme avec la lignine un certain nombre de composés organiques solubles dans le milieu basique, ce qui favorise leur élimination

~ il catalyse les réactions de délignification et donc réduit les temps de cuisson ce qui est meilleur pour les fibres

~ il assure une génération continue de soude par hydrolyse, ce qui limite la dégradation et le pelage de la cellulose

               

Figure 3.7 : Lessiveur du site Tembec

          Ce mélange arrive alors dans un autoclave (appareil industriel dans lequel on place des bois pour les imprégner d'un produit de traitement, grâce à la pression que l'on peut y créer. Source : www.crit.archi.fr/~bois/Bois/9.Glossaire/A.HTML ) appelé ‘lessiveur' où s'effectue la cuisson.

 

       Les conditions de cuisson sont les suivantes  :

~ La cuisson s'effectue à une température de 150 °C pendant 10 heures.

~ La pression opératoire est de 7 à 7,5 bars.

~ Elle nécessite l'apport de 450 kg de soude par tonne de pâte à papier.

           Cette opération permet de libérer les fibres de cellulose par dissolution de la lignine.

 

 

             Le choix des températures résulte de diverses observations :

 ~ à une température inférieure à 150 °C , on note une importante dégradation des hémicelluloses (principalement les hexosanes en C6) et de 25 % de la lignine; à ce stade près de 50 % des réactifs alcalins sont consommés.

 ~ à une température comprise entre 150 °C et 175°C , 50 à 60 % de la lignine ainsi que quelques hémicelluloses en C5, les pentosanes sont dissoutes; 25 % de réactifs sont consommés.

         

              La plupart des lignines et des hémicelluloses est dissoute à ce stade. Une certaine alcalinité du milieu est conservée pour solvolyser les lignines dégradées afin d'éviter qu'elles ne se redéposent sur la pâte. Il reste, après cette opération de cuisson, 4 à 6 % de la lignine et une certaine quantité d'hémicellulose (principalement des xylanes) qui se refixent sur la pâte.

 

              A la fin de la cuisson, on récupère d'un côté la pâte qui est envoyée vers un blow tank (réservoir de décharge) pour être traitée à l'atelier de lavage , et d'un autre côté on récupère la liqueur contenant la lignine et la liqueur de cuisson usée. Cette dernière constitue ce qu'on appelle la liqueur noire du fait de sa couleur sombre résultant de la présence de lignine. Cette liqueur est conduite vers une suite de ballons de flash qui vont permettre de détendre le mélange de 7,5 bars à 1 bar. La vapeur récupérée est envoyée vers le lessiveur et vers la trémie à copeaux afin de la chauffer. La liqueur noire obtenue après passage dans ces ballons est ensuite orientée vers l'atelier de régénération.

Figure 3.8 : suite de ballons de flash du site Tembec



ATELIER DE LAVAGE ET DE BLANCHIMENT     (Voir schéma)

 

            Cette opération consiste principalement en une délignification complémentaire. Le blanchiment s'effectue en plusieurs étapes dont l'ensemble forme ce qu'on appelle une ‘séquence de blanchiment'. Ces différentes étapes sont symbolisées par une lettre majuscule.

 

~ C : traitement au chlore

~ D : traitement au dioxyde de chlore

~ E : extraction alcaline

~ O : traitement à l'oxygène

             L'usine de Saint Gaudens utilise un schéma ODEDD.

 

             La pâte est tout d'abord traitée pour éliminer les incuits à savoir les nœuds qui sont renvoyés vers l'atelier de cuisson et les bûchettes. Elle passe ensuite par des filtres de lavage où elle est mise en contact avec une liqueur de lavage (composée du condensat issu de l'atelier régénération ) avant d'être lavée à l'oxygène puis pré-blanchie dans un réacteur couplé à un diffuseur d'oxygène. On peut ici plus parler de délignification oxygénée que de blanchiment.

             L'utilisation de l'oxygène en début de séquence de blanchiment s'avère très intéressante dans la mesure où elle est peu coûteuse en réactifs (O2 gazeux et soude) et qu'elle produit des effluents non chlorés donc peu polluants et recyclables.

 

        Les conditions de cette délignification complémentaire sont les suivantes  :

 

~ Elle s'effectue à une température de 95 °C pendant 1h30.

~ La pression opératoire est de 3,5 bars.

~ Elle nécessite l'apport de 20 kg d'oxygène et de 40 kg de soude par tonne de pâte à papier.

~ La concentration d'entrée en pâte est de 10%.

             Le procédé utilisé se rapproche d'un procédé OxyTrac à un stade. Pour de plus amples informations, nous conseillons à notre lecteur averti de consulter l'adresse Internet suivante : http://www.paperage.com/01_2003delig.pdf . Le procédé OxyTrac assure une délignification plus poussée (jusqu'à 75 % de la lignine résiduelle) tout en conservant la qualité de la pâte et le rendement.

             La pâte est alors dirigée vers une presse laveuse qui permet de retirer la liqueur de lavage qui sera recyclée vers les filtres de lavage. La pâte écrue est stockée dans un réservoir.

 

             Ce pré-blanchiment doit ensuite être complété par 4 stades de blanchiment afin de retirer la lignine résiduelle.

             Ces 4 stades, qui constituent la séquence DEDD, se font par passage à travers 4 tours couplées à 4 diffuseurs de lavage. Il est à noter que tout le blanchiment s'effectue à une pression opératoire égale à la pression atmosphérique et à une concentration en pâte de 10 %. La pâte écrue transite tout d'abord par une tour de bioxyde de chlore. Elle est ensuite envoyée vers une tour de sodation afin d'effectuer une extraction avant d'être envoyée de nouveau vers deux tours de dioxyde de chlore. Le dioxyde de chlore (ClO2) est un agent de blanchiment qui permet d'obtenir des pâtes blanchies peu dégradées, possédant un niveau élevé de blancheur et stables à la lumière ainsi qu'à la chaleur.

Les différentes conditions opératoires sont répertoriées dans le tableau ci-dessous.

Tableau 3.1 : Conditions opératoires du blanchiment

 

Figure 3.9 : Stockage de pâte blanchie du site Tembec

           Les effluents issus de ces 4 stades sont envoyés vers la station d'épuration de l'usine.

           Toute l'eau utilisée circule à contre courant. Cette eau est à l'origine de l'eau industrielle.

           La pâte blanchie est alors stockée dans trois réservoirs d'une contenance de 2000, 5000 et 5000 m3.

          

            Elle est ensuite orientée vers l'atelier de mise en feuille.

         

 


ATELIER DE MISE EN FEUILLE     (Voir schéma)

 

Figure 3.10 : Presse pâte

             Après passage à travers un système composé d'un tapis roulant et de presses permettant l'égouttage et le pressage de la pâte qui contient, rappelons le, une grande quantité d'eau, la pâte forme une feuille continue de 4 mètres de large.

 

           Cette dernière est séchée dans un séchoir où elle est aéroportée par de l'air réchauffé à la vapeur. Elle est ensuite acheminée vers une coupeuse afin d'être découpée en feuilles de 80 cm de côté.

           Ces feuilles sont empilées pour former des balles de 250 kg qui sont alors emballées, cerclées et regroupées par 8 en fardeaux de 2 tonnes. Toutes ces opérations de conditionnement se font par l'intermédiaire d'une presse, d'une emballeuse, d'une cercleuse et d'une fardeleuse.

           Ces fardeaux sont finalement expédiés par camion vers les papeteries.

Figure 3.11 : Coupeuse de papier du site Tembec

 


ATELIER DE REGENERATION       (Voir schéma)

 

Figure 3.12 : Dispositif d'évaporation du site Tembec

           La liqueur noire obtenue lors de la cuisson est envoyée à l'évaporation qui s'effectue par une série d'évaporateurs. Les buées produites sont récupérées au niveau d'un condenseur. Le condensat obtenu est conduit vers l'atelier de lavage de la pâte au niveau du diffuseur d'oxygène. L'eau froide servant au refroidissement est quant à elle envoyée vers l'atelier de cuisson pour servir de liquide de transport.

 

 

 

           Cette opération permet de concentrer la liqueur noire qui contenait environ 17% de matières sèches à 70% de matières sèches. La liqueur noire ainsi concentrée est brûlée dans une chaudière. Cette opération fait intervenir un grand nombre de réactions parmi lesquelles :

 

Lignines + Hémicelluloses + O2 -> CO2 + H2O + CO + C

Na2SO4 + 2C -> Na2S + 2 CO2

Na2SO4 + C ->  Na2O + SO2 + CO

Na2O + CO2 -> Na2CO3

           Ce passage à travers la chaudière permet de produire 200 t/h de vapeur à 60 bars de pression. Cette vapeur ajoutée à celle produite grâce aux écorces brûlées, permet de fournir l'intégralité de l'énergie électrique nécessaire au bon fonctionnement de l'usine ainsi qu'un excédent exporté vers le Réseau Transport Electrique (RTE). Pour être utilisable dans les différents ateliers, cette vapeur doit être détendue à 11 et 3 bars selon l'utilisation souhaitée.

           En fin de combustion, on obtient des cendres composées essentiellement de sulfure de sodium et de carbonate de sodium. Ces cendres dissoutes dans l'eau forme ce qu'on appelle couramment la liqueur verte. Cette liqueur est clarifiée avant d'être régénérée par caustification afin de reconstituer la liqueur blanche nécessaire à la cuisson.

           La liqueur verte est mise en contact avec de la chaux éteinte (Ca(OH)2 ) à travers une série de caustifieurs. Cette chaux éteinte est produite par addition d'eau sur de la chaux vive (CaO) (stockée dans un silo à chaux) au sein d'un extincteur selon la réaction :   CaO + H2O -> Ca(OH)2 .

           Au sein des caustifieurs se déroule la régénération de la soude selon la réaction : 

                                                  Na2CO3 + Ca(OH)2 -> CaCO3 + 2 NaOH

           Après passage par un filtre, la liqueur, contenant maintenant le sulfure de sodium et la soude, peut être reconduite vers l'atelier de cuisson au niveau du lessiveur. Le carbonate de calcium, quant à lui, précipite pour former une boue de chaux qui par simple chauffage en four à chaux permet de régénérer la chaux :

                                          CaCO3 -> CaO + CO2

           La chaux ainsi obtenue est alors redirigée vers le silo à chaux.


Sources :

~ Schémas et photographies de l'usine Tembec à Saint-Gaudens : plaquette d'information de l'entreprise

~ http://www.afce.arbre.foret.org/papier_artisanal.pdf (date de consultation le 12 novembre 2005)

~ http://cerig.efpg.inpg.fr/icg/Dossiers/Papier/chap2-fab.html (date de consultation le 16 novembre 2005)

~ http://www.afocel.fr/Publications/FIF/FIF720.pdf (date de consultation le 16 novembre 2005)


 

Haut de page