Oxydation catalytique de la liqueur blanche pour une délignification à l’oxygène améliorée

Le principal avantage de la délignification à l’oxygène par rapport à la fabrication de pâte kraft réside dans l’élimination plus sélective de 30 à 65 % en poids de la lignine encore présente dans la pâte brune. La liqueur blanche partiellement oxydée (P-OWL) est préférée à la soude caustique comme source d’alcalis dans la délignification à l’oxygène afin de mieux contrôler l’équilibre sodium/soufre de l’usine et les stocks de liqueur blanche. Malgré les nombreux avantages de la P-OWL par rapport à la soude caustique, les espèces soufrées, comme les sulfures et les composés soufrés partiellement oxydés (c’est-à-dire le thiosulfate et le sulfite), présentes dans la P-OWL entrent en concurrence avec la lignine pour l’oxygène et les alcalis. Par conséquent, la P-OWL, en tant que source d’alcalis, peut avoir pour effet de ralentir la vitesse de délignification (entraînant une variabilité de l’indice kappa_post-O₂) par rapport à la liqueur blanche entièrement oxydée (F-OWL), où le soufre se présente à son état d’oxydation le plus élevé (c’est-à-dire sous forme d’ions sulfate qui ne consomment ni oxygène ni alcalis). Sans l’utilisation d’un catalyseur, des températures élevées (160 °C) sont nécessaires pour produire une liqueur blanche entièrement oxydée, ce qui expose les oxydateurs de liqueur blanche conventionnels à un risque élevé de fissuration et d’explosion par corrosion sous contrainte. Ces travaux ont permis d’identifier un catalyseur économique qui, à très faibles doses, peut augmenter le degré d’oxydation du sulfure en sulfate dans la liqueur blanche à des températures inférieures à 120 °C, ce qui correspond à la température maximale de conception de nombreux réacteurs P-OWL conventionnels.

Un essai pilote mené dans une usine membre de FPInnovations s’est achevé en mars 2026. L’oxydateur pilote IsoFlo™ de NORAM Engineering a été utilisé dans le cadre de ces travaux. Le réacteur est conçu sous forme de conduite à double enveloppe, ce qui permet un contrôle isothermique de la température et un ajout d’oxygène en plusieurs points. Le système pilote est configuré pour permettre le prélèvement d’échantillons intermédiaires et a été adapté pour permettre le dosage du catalyseur du côté aspiration de la pompe d’alimentation. Le plan d’essai comprenait un fonctionnement de référence aux limites supérieures de conception pour l’ajout d’oxygène et la température, afin d’isoler l’effet du catalyseur sur le degré d’oxydation du sulfure de la liqueur blanche en sulfate. Quatre niveaux d’ajout de catalyseur ont été évalués à une température et à une charge d’oxygène fixes afin d’observer le degré d’oxydation, la répartition du catalyseur entre la pâte et le filtrat de délignification à l’oxygène, ainsi que d’autres procédés en aval. De plus, l’effet du catalyseur sur les propriétés de la pâte délignifiée à l’oxygène a été évalué dans les laboratoires de FPInnovations à l’aide de pâte brune d’usine.

L’essai a montré une augmentation constante du degré d’oxydation du sulfure en sulfate dans la liqueur blanche, passant de 38,5 % dans les conditions d’exploitation de référence à 91,0 % à la dose la plus élevée de catalyseur testée. Les propriétés de la pâte dans les conditions avec catalyseur et de référence étaient identiques aux doses de catalyseur évaluées lors de l’essai. Les résultats préliminaires suggèrent que la majeure partie du catalyseur adhère à la pâte et est ainsi entraînée vers l’usine de blanchiment. Un essai de plus longue durée est actuellement à l’étude afin de suivre le parcours du catalyseur à travers toutes les opérations de l’usine.

L’essai a clairement démontré la capacité du catalyseur à accroître le degré d’oxydation du sulfure en sulfate dans la liqueur blanche, minimisant ainsi la variabilité des doses d’oxygène et d’alcalis et, par extension, la valeur de l’indice kappa à la fin de l’étape de délignification à l’oxygène. D’après des travaux antérieurs, cette approche permettrait aux usines de réduire de 0,6 unité l’indice kappa de la pâte entrant dans l’usine de blanchiment, ce qui représentera une économie de 0,6 M$ par année en coûts de produits chimiques de blanchiment pour une usine canadienne type, avec des dépenses d’investissement et d’exploitation très faibles pour cette stratégie. Le délai de récupération de l’investissement lié à l’installation d’un système de dosage dans un oxydateur de liqueur blanche existant est de deux à quatre mois.