Module 8: Introduction à l’Intégration des Procédés - … · Résumé du projet Objectifs ... Cette étape a été identifiée comme pré-requis pour les autres modules en relation

CrCréééé ààLL’É’École Polytechniquecole Polytechnique de de

MontrMontrééal &al &Universidad de Universidad de GuanajuatoGuanajuato

PIeCEPIeCEProgram for North American Mobility In Higher EducationProgram for North American Mobility In Higher Education

Rev:2.3Rev:2.3

Program for North American Mobility in Program for North American Mobility in Higher Education (NAMP)Higher Education (NAMP)

Introducing Process Integration for Introducing Process Integration for Environmental Control in Engineering Environmental Control in Engineering

Curricula (PIECE)Curricula (PIECE)

Module 8: Module 8: Introduction Introduction ààll’’IntIntéégration des Procgration des Procééddéés s --

Niveau 3Niveau 3

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Module 8: Introduction à l’intégration des procédés

Résumé du projet

Objectifs Objectifs CrCrééer des modules disponibles via er des modules disponibles via internetinternet pour aider les pour aider les universituniversitéés s àà prpréésenter lsenter l’’introduction de lintroduction de l’’intintéégration des gration des procprocééddéés dans les programmes ds dans les programmes d’é’études en ingtudes en ingéénierie.nierie.Rendre ces modules largement disponibles dans chacun des Rendre ces modules largement disponibles dans chacun des pays participantspays participants

Institutions participantesInstitutions participantesDeux universitDeux universitéés dans chacun des trois pays (Canada, s dans chacun des trois pays (Canada, Mexique et Mexique et ÉÉtatstats--Unis)Unis)Deux instituts de recherche dans diffDeux instituts de recherche dans difféérents secteurs de rents secteurs de ll’’industrie: pindustrie: péétrole (Mexique), pâtes et papiers (Canada)trole (Mexique), pâtes et papiers (Canada)Chacune des six universitChacune des six universitéés a parrains a parrainéé 7 7 ééchanges changes dd’é’étudiants durant la ptudiants durant la péériode de la bourse, subventionnriode de la bourse, subventionnéée en e en partie par le gouvernement des 3 pays.partie par le gouvernement des 3 pays.

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Quelle est la structure de ce module ?Quelle est la structure de ce module ?

Tous les modules sont divisTous les modules sont diviséés en 3 niveaux, chacun ayant un but s en 3 niveaux, chacun ayant un but spspéécifique:cifique:

Niveau 1: Information prNiveau 1: Information prééliminaireliminaireNiveau 2: Application avec des Niveau 2: Application avec des éétudes de castudes de casNiveau 3: ProblNiveau 3: Problèèmes avec structure de rmes avec structure de rééponse ouverteponse ouverte

Ces niveaux doivent être complCes niveaux doivent être complééttéés dans cet ordre sps dans cet ordre spéécifique. Les cifique. Les éétudiants seront questionntudiants seront questionnéés s àà diffdifféérents moments pour mesurer rents moments pour mesurer leur degrleur degréé de comprde comprééhension, avant de passer au niveau suivant.hension, avant de passer au niveau suivant.

Chaque niveau comprend un Chaque niveau comprend un éénoncnoncéé dd’’intention au dintention au déébut et un quiz but et un quiz àà la fin.la fin.

Structure du Module 8

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Quel est le but de ce module ?Quel est le but de ce module ?

Le but de ce module est de couvrir les aspects de base des Le but de ce module est de couvrir les aspects de base des mmééthodes et outils de lthodes et outils de l’’IntIntéégrationgration des Procdes Procééddééss, et de , et de situer situer ll’’IntIntéégrationgration des Procdes Procééddééss dans une perspective plus dans une perspective plus vaste. Cette vaste. Cette éétape a tape a ééttéé identifiidentifiéée comme e comme prpréé--requisrequis pour les pour les autres modules en relation avec lautres modules en relation avec l’’apprentissage de apprentissage de ll’’IntIntéégrationgrationdes Procdes Procééddéés. s.

But du Module 8

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Niveau 3Problèmes à développement

ouvert

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Niveau 3: Objectif

Niveau 3: Niveau 3: ÉÉnoncnoncéé dd’’intentionintentionLe but de ce niveau est de rLe but de ce niveau est de réésoudre une application rsoudre une application rééelle de elle de ll’’ IntIntéégration des Procgration des Procééddéés dans lequel ls dans lequel l’é’étudiant doit interprtudiant doit interprééterterles rles réésultats obtenus sultats obtenus àà partir dpartir d’’un un ééventail dventail d’’outils de loutils de l’’ IntIntéégration gration des Procdes Procééddéés. s. ÀÀ la fin du niveau 3, lla fin du niveau 3, l’é’étudiant devrait être capable tudiant devrait être capable dd’’identifier:identifier:

Les bLes béénnééfices fices àà utiliser les outils de lutiliser les outils de l’’ IntIntéégration des gration des ProcProcééddééssLes opportunitLes opportunitéés potentielles ds potentielles d’é’économie lorsque les outils conomie lorsque les outils de lde l’’ IntIntéégration des Procgration des Procééddéés sont utiliss sont utilisééssLa rLa rééduction de lduction de l’’impact environnemental rimpact environnemental réésultant de sultant de ll’’application des outils de lapplication des outils de l’’ IntIntéégration des Procgration des ProcééddééssComment lComment l’’application des outils de lapplication des outils de l’’ IntIntéégration des gration des ProcProcééddéés peut être utiliss peut être utiliséée pour obtenir un proce pour obtenir un procééddééfonctionnelfonctionnel

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Le Le procprocééddéé de de misemise en en pâtepâte KraftKraftLes caractLes caractééristiques de base du ristiques de base du procprocééddéé de mise en pâtede mise en pâte KraftKraft sont dsont déécrites sur la diapositive suivante. crites sur la diapositive suivante. Les copeaux de bois (contenant 50% dLes copeaux de bois (contenant 50% d’’eau) sont ameneau) sont amenéés ds d’’une une trtréémie dmie d’’impulsionimpulsion ((a a surgesurge hopperhopper) vers ) vers une une unitunitéé de de prpréééétuvagetuvage pour faciliter lpour faciliter l’’imprimpréégnation subsgnation subsééquente des copeaux avec les produits quente des copeaux avec les produits chimiques. Un alimentateur chimiques. Un alimentateur àà haute pression transfhaute pression transfèère les copeaux re les copeaux àà partir departir de ll’é’étuveurtuveur jusqujusqu’’au au lessiveurlessiveur. . Dans le Dans le lessiveurlessiveur, les copeaux de bois sont , les copeaux de bois sont ““cuitscuits”” avec une avec une liqueur blancheliqueur blanche (un m(un méélange de produits lange de produits chimiques de cuisson, incluant chimiques de cuisson, incluant NaOHNaOH, Na2S, Na2CO3 et de l, Na2S, Na2CO3 et de l’’eau) pour solubiliser la lignine dans les eau) pour solubiliser la lignine dans les copeaux de bois. Dans le proccopeaux de bois. Dans le procééddéé de cuisson, du mde cuisson, du mééthanol est produit. Suite au lessivage de la lignine, les thanol est produit. Suite au lessivage de la lignine, les produits chimiques servant produits chimiques servant àà la cuisson sont la cuisson sont ééliminliminéés de la pâte. Une units de la pâte. Une unitéé de lavage de lavage àà contrecontre--courant courant ààéétapes multiplestapes multiples est utilisest utiliséée pour minimiser les traces de produits chimiques dans la pâte. e pour minimiser les traces de produits chimiques dans la pâte. On appelle On appelle liqueur noire faibleliqueur noire faible, les r, les réésidus chimiques suite au procsidus chimiques suite au procééddéé de mise en pâte. La liqueur noire contient des de mise en pâte. La liqueur noire contient des sels de sodium, de la lignine dissoute, sels de sodium, de la lignine dissoute, (hydroxyde, sulfure, carbonate, chlorure, sulfite et sulfate), d(hydroxyde, sulfure, carbonate, chlorure, sulfite et sulfate), du u mmééthanol et de lthanol et de l’’eau. Avant que leau. Avant que l’é’évacuation vacuation ((thethe outletoutlet) ) du du lessiveurlessiveur soit alimentsoit alimentéée vers e vers la blanchisseusela blanchisseuse, , la pâte cuite et la liqueur noire passent dans un la pâte cuite et la liqueur noire passent dans un rrééservoir de dservoir de dééchargecharge ooùù la pâte est sla pâte est sééparparéée de la e de la liqueur noire faible qui est dirigliqueur noire faible qui est dirigéée vers un syste vers un systèème de rme de réécupcupéération pour être convertie en liqueur blanche. ration pour être convertie en liqueur blanche. La premiLa premièère re éétape de la tape de la rréécupcupéérationration est la concentration de la liqueur noire faible via des est la concentration de la liqueur noire faible via des éévaporateurs vaporateurs ààeffets multipleseffets multiples ((multiple multiple effecteffect evaporatorsevaporators).). La solution concentrLa solution concentréée est e est pulvpulvéérisrisééee dans une chaudidans une chaudièèrere de de rréécupcupéérationration. Le proc. Le procééddéé dd’é’évaporation rvaporation réésulte dans la production dsulte dans la production d’’une grande quantitune grande quantitéé de de condensatscondensatscombincombinéés, consids, considéérréée comme un courant de comme un courant d’’eaux useaux uséées et de des et de dééchets gazeux dont le polluant principal est chets gazeux dont le polluant principal est le Hle H22S. S. LeLe salinsalin en provenance du four est dissout dans len provenance du four est dissout dans l’’eau pour former une solution verte qui entre en eau pour former une solution verte qui entre en rrééaction avec de la chaux (CaO) pour produire une liqueur blanche action avec de la chaux (CaO) pour produire une liqueur blanche et une et une «« boueboue »» de carbonate de de carbonate de calcium. La liqueur blanche rcalcium. La liqueur blanche réécupcupéérréée est me est méélanglangéée avec du mate avec du matéériel de riel de fabricationfabrication ((makemake--upup)) et recyclet recycléévers le vers le lessiveurlessiveur. La boue de carbonate de calcium est d. La boue de carbonate de calcium est déécomposcomposéée par la chaleur (e par la chaleur (thermallythermally)) dans un dans un four pour produire de la chaux laquelle est utilisfour pour produire de la chaux laquelle est utiliséée dans la e dans la rrééaction de action de caustificationcaustification. Il y a de nombreux . Il y a de nombreux ddééchets gazeux chets gazeux éémis durant le procmis durant le procééddéé, certains pouvant être utilis, certains pouvant être utiliséés pour gs pour géénnéérer ou rer ou cogcogéénnéérerrer de la de la vapeur. vapeur.

Niveau 3 – Énoncé du problème

Reference: ElReference: El--HalwagiHalwagi, M. M., , M. M., Pollution Prevention through Process Integration: Systematic DesPollution Prevention through Process Integration: Systematic Design Toolsign Tools. Academic Press, 1997.. Academic Press, 1997.

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EXTINCTION DE LA CHAUX

ET CAUSTIFICATION

SÉDIMENTATION

ET FILTRATION

LESSIVEUR

RÉSERVOIR DE DÉCHARGE

FOUR DE

RÉCUPÉRATION

CUVIER À

DISSOUDRE

FOUR À CHAUX

ÉVA

PO

RA

TEU

RS

ÀEF

FET M

ULTIP

LE

Chaux

Liqueur blanche

récupérée

Pâte pour fabrication ultérieure

GazSortie

des gaz

Copeaux de bois

VapeurLiqueur

noire faible

Vapeur

Liqueur noire forte

Condensat

Gaz de carneau

Salin

Sortiede gaz

Eau

Liqueur

verte

Carbonate de Calcium

Air

Gaz

Déchet gazeux

BLANCHISSEUSE

Reference: El-Halwagi, M. M., Pollution Prevention through Process Integration: Systematic Design Tools. Academic Press, 1997.

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Traitement des eaux usTraitement des eaux uséées dans la mise en pâte Kraft es dans la mise en pâte Kraft Les moulins de pâtes et papiers utilisent beaucoup dLes moulins de pâtes et papiers utilisent beaucoup d’’eau fraeau fraîîche qui entrache qui entraîîne la production ne la production

dd’’une quantitune quantitéé significative dsignificative d’’effluents aqueux. Donc, leffluents aqueux. Donc, l’’objectif dobjectif d’’optimiser loptimiser l’’usage de lusage de l’’eau et du eau et du rejet des eaux usrejet des eaux uséées pres préésente un dsente un dééfi majeur fi majeur àà ll’’industrie. Dindustrie. Dûû au contact direct de lau contact direct de l’’eau avec des eau avec des espespèèces varices variéées, les ses, les séédiments aqueux sont chargdiments aqueux sont chargéés de composs de composéés divers incluant du ms divers incluant du mééthanol, thanol, des des ééllééments ments nonnon--traittraitééss et des espet des espèèces organiques et inorganiques. Le mces organiques et inorganiques. Le mééthanol est classthanol est classéécomme un polluant comme un polluant àà haute priorithaute prioritéé pour lpour l’’industrie des pâtes et papiers. De plus, il pourrait industrie des pâtes et papiers. De plus, il pourrait produire une source de revenus sproduire une source de revenus s’’il il éétait adtait adééquatement rquatement réécupcupéérréé..

Le mLe mééthanol se retrouve dans la plupart des sthanol se retrouve dans la plupart des séédiments du procdiments du procééddéé de mise en pâte Kraft, de mise en pâte Kraft, particuliparticulièèrement dans le rement dans le condensatcondensat àà la sortie de lla sortie de l’’unitunitéé dd’é’évaporation vaporation àà effet multiple et le effet multiple et le condensateur utiliscondensateur utiliséé pour condenser la vapeur de lpour condenser la vapeur de l’’unitunitéé de de prpréé--vaporisagevaporisage avant que les avant que les copeaux de bois soient dirigcopeaux de bois soient dirigéés vers le s vers le lessiveurlessiveur. Tous les s. Tous les séédiments des eaux usdiments des eaux uséées sont traites sont traitéés s en utilisant des en utilisant des biobio--traitementstraitements puis rejetpuis rejetéés s àà la rivila rivièère. Tous les sre. Tous les séédiments rejetdiments rejetéés dans la rivis dans la rivièère re ne doivent pas contenir de mne doivent pas contenir de mééthanol dans une proportion excthanol dans une proportion excéédant 15 dant 15 ppmwppmw. L. L’’information information suivante est disponible pour lsuivante est disponible pour l’é’équipement de quipement de biobio--traitementtraitement::

•• Composition de mComposition de mééthanol acceptable thanol acceptable àà ll’’entrentréée du e du biobio--traitementtraitement << 1.000 1.000 ppmwppmw•• Composition moyenne de mComposition moyenne de mééthanol thanol àà la sortie = 15 la sortie = 15 ppmwppmw•• CoCoûût dt d’’opopéération du ration du biobio--traitementtraitement = 0.11*= 0.11*MM + 0.0013*+ 0.0013*G G ooùù M M est la charge de masse est la charge de masse

(kg(kg//h) de mh) de mééthanol et thanol et GG est le dest le déébit des eaux usbit des eaux uséées (kges (kg//h)h)



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Traitement des eaux usTraitement des eaux uséées dans la mise en pâte Kraft es dans la mise en pâte Kraft (2)(2)La quantitLa quantitéé de mde mééthanol dans les eaux usthanol dans les eaux uséées pourrait être res pourrait être rééduite en utilisantduite en utilisant un un stripage stripage àà ll’’airair et et rréécupcupéérréée e àà partir des courants aqueux pour produire des ventes de mpartir des courants aqueux pour produire des ventes de mééthanol supthanol supéérieures au rieures au cocoûût de rt de réécupcupéération. Le dration. Le déébit de lbit de l’’air est dair est dééterminterminéé comme suit:comme suit:

LL = 0.5*= 0.5*ƒƒ**GGOOùù LL et et GG sont respectivement le sont respectivement le ddéébit de massebit de masse (kg(kg//h) dh) d’’air et des eaux usair et des eaux uséées, et es, et ƒƒ est le est le retrait de la masse fractionnaire de mretrait de la masse fractionnaire de mééthanol dans lthanol dans l’’eau, par eau, par stripage ou stripage ou éépuration (stripping).puration (stripping). Le Le cocoûût dt d’’opopéération de lration de l’é’épuration puration àà ll’’air air (air stripping)(air stripping) nous est donnnous est donnéé dans la relation suivante:dans la relation suivante:

CoCoûût dt d’’opopéération ration (US$(US$//h) = 0.003*h) = 0.003*LL (kg air(kg air//h)h)Ce coCe coûût inclut la compression de lt inclut la compression de l’’air et la condensation du mair et la condensation du mééthanol.thanol.

LL’’opopéérateur du plan de traitement des eaux usrateur du plan de traitement des eaux uséées a es a éégalement des difficultgalement des difficultéés s àà prpréévoir quand le voir quand le procprocééddéé de traitement ira dde traitement ira d’’un run réégime dgime d’’opopéération ration àà un autre, ou quand le procun autre, ou quand le procééddéé produira de produira de ll’’eau avec des concentrations de meau avec des concentrations de mééthanol et autres polluants au delthanol et autres polluants au delàà des limites permises. Il des limites permises. Il dispose des donndispose des donnéées des d’’opopéération de lration de l’’unitunitéé de traitement pour les trois dernide traitement pour les trois dernièères annres annéées, mais il es, mais il ne sait pas comment interprne sait pas comment interprééter une si grande quantitter une si grande quantitéé dd’’information.information.


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Traitement des eaux usTraitement des eaux uséées dans la mise en pâte Kraft es dans la mise en pâte Kraft (3)(3)

En plus du mEn plus du mééthanol, un des principaux polluants retrouvthanol, un des principaux polluants retrouvéés dans les effluents aqueux des moulins de s dans les effluents aqueux des moulins de mise en pâte mise en pâte Kraft, on retrouve dKraft, on retrouve d’’autres composautres composéés organiques et inorganiques. Ils incluent le s organiques et inorganiques. Ils incluent le chloroforme, la formaldchloroforme, la formaldééhyde, le phhyde, le phéénol, nol, etcetc, d, déépendamment du moulin et du procpendamment du moulin et du procééddéé utilisutiliséé. . Le phLe phéénol est une prnol est une prééoccupation principalement occupation principalement àà cause de sa toxicitcause de sa toxicitéé, de sa d, de sa déésoxygsoxygéénation et nation et de sa turbiditde sa turbiditéé. De plus le ph. De plus le phéénol peut causer un gonol peut causer un goûût inacceptable t inacceptable àà la chair de poisson et la chair de poisson et ààll’’eau potable.eau potable.DiffDifféérentes techniques peuvent être utilisrentes techniques peuvent être utiliséées pour ses pour sééparer le phparer le phéénol. Trois technologies externes nol. Trois technologies externes sont considsont considéérréées ici pour retirer le phes ici pour retirer le phéénol. Ces procnol. Ces procééddéés incluent ls incluent l’’adsorption avec du charbon adsorption avec du charbon activactivéé, l, l’é’échange dchange d’’ions utilisant une rions utilisant une réésine polymsine polyméérique et le drique et le déébourrage en utilisant de lbourrage en utilisant de l’’air.air.Les coLes coûûts dts d’’opopéération pour chacune des mration pour chacune des mééthodes comprend le cothodes comprend le coûût de fabrication t de fabrication ((makemake--upup)) et et le cole coûût de rt de rééggéénnéération. Pour le charbon activration. Pour le charbon activéé, la vapeur est utilis, la vapeur est utiliséée pour re pour rééggéénnéérer lrer l’’agent agent ssééparateur de masse parateur de masse ((thethe massmass--separatingseparating agent)agent) tandis que la soude caustique (tandis que la soude caustique (NaOHNaOH) est ) est utilisutiliséée pour la re pour la rééggéénnéération de la rration de la réésine dsine d’é’échange dchange d’’ions ions ((thethe ion ion exchangeexchange resinresin). Dans le cas ). Dans le cas de lde l’é’épuration puration àà ll’’air air (air stripping(air stripping), la vapeur gazeuse qui sort de l), la vapeur gazeuse qui sort de l’’unitunitéé dd’é’échange de masse change de masse ((massmass--exchangeexchange unitunit) ne peut pas être lib) ne peut pas être libéérréé dans ldans l’’atmosphatmosphèère dre dûû àà la rla réégulation sur la qualitgulation sur la qualitééde lde l’’air. Donc, lair. Donc, l’’air sortant de lair sortant de l’’unitunitéé de sde sééparation (paration (separationseparation unitunit) approvisionne une unit) approvisionne une unitéé de de rréécupcupéération du phration du phéénol dans laquelle on utilise un rnol dans laquelle on utilise un rééfrigfrigéérant pour condenser le phrant pour condenser le phéénol. Le conol. Le coûût t dd’’opopéération pour chaque technologie est donc respectivement 0.737 US$ration pour chaque technologie est donc respectivement 0.737 US$, 1.150 US$ et 2.069 , 1.150 US$ et 2.069 US$ par kg de phUS$ par kg de phéénol retirnol retiréé pour le charbon activpour le charbon activéé, la r, la réésine dsine d’é’échange dchange d’’ions et le dions et le déébourrage bourrage par succion.par succion.


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ÉÉnergie dans le procnergie dans le procééddéé de mise en pâte Kraftde mise en pâte KraftLe procLe procééddéé de mise en pâte Kraft est un procde mise en pâte Kraft est un procééddéé àà forte intensitforte intensitéé dd’é’énergie: lnergie: l’’utilisation de lutilisation de l’é’électricitlectricitéé, , commune commune àà tous les moulins de pâtes et papiers, inclut le pompage, ltous les moulins de pâtes et papiers, inclut le pompage, l’’utilisation de lutilisation de l’’air et de air et de ll’’allumage allumage ((lightinglighting). De plus, les besoins en vapeur et la grande quantit). De plus, les besoins en vapeur et la grande quantitéé de liquide de liquide àà traitertraiter( ( processprocessstreamsstreams) font de ce secteur de l) font de ce secteur de l’’industrie un bon candidat pour une amindustrie un bon candidat pour une améélioration de llioration de l’’intintéégration de la gration de la chaleur (chaleur (for for improvedimproved heatheat integrationintegration). La concentration de liqueur noire est normalement l). La concentration de liqueur noire est normalement l’’opopéération ration utilisant le plus de vapeur dans un moulin de mise en pâte Kraftutilisant le plus de vapeur dans un moulin de mise en pâte Kraft. Les . Les éévaporateurs installvaporateurs installéés dans les s dans les annannéées es ’’60 et 60 et ’’70 furent construits avec quatre ou cinq effets, tandis que la p70 furent construits avec quatre ou cinq effets, tandis que la plupart des moulins Kraft lupart des moulins Kraft aujourdaujourd’’hui utilisent cinq ou six hui utilisent cinq ou six éévaporateurs vaporateurs …… ((effecteffect evaporatorsevaporators)), avec un concentrateur pour , avec un concentrateur pour augmenter encore plus le contenu en matiaugmenter encore plus le contenu en matièères solides. Lres solides. L’’alimentation alimentation ((FiringFiring) des chaudi) des chaudièères de res de rréécupcupéération de la liqueur noire avec des contenus en solides plus ration de la liqueur noire avec des contenus en solides plus éélevlevéés, ams, amééliore la performance liore la performance globale des chaudiglobale des chaudièères et est une tendance gres et est une tendance géénnéérale dans lrale dans l’’industrie.industrie.Pour contourner ce problPour contourner ce problèème de consommation dme de consommation d’é’énergie le moulin de pâte Kraft utilise la biomasse. nergie le moulin de pâte Kraft utilise la biomasse. En fait, en plus dEn fait, en plus d’’être la matiêtre la matièère premire premièère re ((feedstockfeedstock) pour la production de la pâte et du papier, la ) pour la production de la pâte et du papier, la biomasse est une source dbiomasse est une source d’é’énergie majeure pour lnergie majeure pour l’’industrie. industrie. LL’’industrieindustrie a aussi acca aussi accèès aux rs aux réésidus de sidus de ll’’abattage du bois de triturationabattage du bois de trituration ((pulpwoodpulpwood)), dont certains peuvent être retir, dont certains peuvent être retiréés de la forêt sur une base s de la forêt sur une base viable. Toute la liqueur noire et la plupart des rviable. Toute la liqueur noire et la plupart des réésidus du moulin sont utilissidus du moulin sont utiliséés sur le site du moulin pour s sur le site du moulin pour alimenter les systalimenter les systèèmes de cogmes de cogéénnéération, procurant de la vapeur et de lration, procurant de la vapeur et de l’é’électricitlectricitéé utilisables sur place. utilisables sur place. La cogLa cogéénnéération aussi appelration aussi appeléée e ““chaleur et puissance combinchaleur et puissance combinééee”” ((CombinedCombined HeatHeat andand PowerPower)) (CHP) (CHP) est la production simultanest la production simultanéée de d’é’électricitlectricitéé et de chaleur utilisables et de chaleur utilisables àà partir du même combustible et partir du même combustible et éénergie. Un systnergie. Un systèème de cogme de cogéénnéération typique consiste en un moteur (ration typique consiste en un moteur (engineengine), une turbine ), une turbine àà vapeur, vapeur, ou turbine ou turbine àà combustion qui fait fonctionner un gcombustion qui fait fonctionner un géénnéérateur. Un rateur. Un ééchangeur thermiquechangeur thermique ((wastewaste heatheatexchangerexchanger)) rréécupcupèère la chaleur perdue par le moteur et/ou des gaz dre la chaleur perdue par le moteur et/ou des gaz d’é’échappement pour produire de chappement pour produire de ll’’eau chaude et de la vapeur. eau chaude et de la vapeur.

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ÉÉnergienergie dansdans le le procprocééddéé de de misemise en en pâtepâte Kraft (2)Kraft (2)La cogLa cogéénnéération produit une certaine quantitration produit une certaine quantitéé de puissance de puissance éélectrique et traite de la chaleur lectrique et traite de la chaleur

avec 10% avec 10% àà 30% moins de combustible que requis pour produire l30% moins de combustible que requis pour produire l’é’électricitlectricitéé et traiter la chaleur et traiter la chaleur ((processprocess heatheat)) ssééparparéément. Les installations avec des systment. Les installations avec des systèèmes de cogmes de cogéénnéération les utilisent pour ration les utilisent pour produire leur propre produire leur propre éélectricitlectricitéé, et utiliser l, et utiliser l’’excexcéédent (ddent (dééchet) de chaleur pour fabriquer de la vapeur, chet) de chaleur pour fabriquer de la vapeur, pour chauffer lpour chauffer l’’eau, pour chauffer les locaux, et autres besoins thermiques. Ilseau, pour chauffer les locaux, et autres besoins thermiques. Ils peuvent aussi utiliser peuvent aussi utiliser ll’’excexcèès de chaleur s de chaleur éémise pour produire de la vapeur pour la production dmise pour produire de la vapeur pour la production d’é’électricitlectricitéé. Dans la . Dans la rréécupcupéération chimiqueration chimique, l, l’’usine de vapeur, les aires de cogusine de vapeur, les aires de cogéénnéération, les solides de la liqueur de pâte ration, les solides de la liqueur de pâte achetachetéés et les rs et les réésidus de bois gsidus de bois géénnéérréés sur place, la boue de clarificateur primaire, (s sur place, la boue de clarificateur primaire, (primaryprimary clarifier clarifier sludgesludge) provenant de l) provenant de l’’usine de traitement des eaux ususine de traitement des eaux uséées, et les boutons(es, et les boutons( knotsknots) sont br) sont brûûlléés pour s pour rréécupcupéérer des matrer des matéériaux chimiques de cuisson (riaux chimiques de cuisson (cooking cooking chemicalschemicals) et pour produire de l) et pour produire de l’é’énergie. Les nergie. Les liqueurs rliqueurs réésiduairessiduaires comptent aujourdcomptent aujourd’’hui, pour plus de 70% des combustibles dhui, pour plus de 70% des combustibles déérivrivéés de la biomasse s de la biomasse dans ldans l’’industrie des pâtes et papiers. industrie des pâtes et papiers. Dans le procDans le procééddéé de rde réécupcupéération, la liqueur noire forte rration, la liqueur noire forte réésultante provenant des sultante provenant des éévaporateurs, est vaporateurs, est pulvpulvéérisriséée dans la chaudie dans la chaudièère de rre de réécupcupéération, oration, oùù le contenu organique dans la liqueur est brle contenu organique dans la liqueur est brûûlléé, , ddéégageant de lgageant de l’é’énergie et produisant de la vapeur pour utilisation dans le moulinergie et produisant de la vapeur pour utilisation dans le moulin. Durant la n. Durant la combustion, la portion inorganique de la liqueur noire forte procombustion, la portion inorganique de la liqueur noire forte produit un gaz de carneau duit un gaz de carneau (flue (flue gasgas))Le ratio de production Le ratio de production éélectricitlectricitéé/chaleur pour un syst/chaleur pour un systèème de cogme de cogéénnéération ration àà turbine turbine àà vapeur vapeur conventionnelle conventionnelle àà contrecontre--pressionpression va de 40va de 40--60 kWh/GJ, ce qui est relativement bien en rapport (60 kWh/GJ, ce qui est relativement bien en rapport (wellwell--matchedmatched)) aux besoins en vapeur et en aux besoins en vapeur et en éélectricitlectricitéé dans les moulins plus anciens. Des ratios dans les moulins plus anciens. Des ratios éélectricitlectricitéé/ / chaleur plus chaleur plus éélevlevéés sont possibles en utilisant la biomasse et les technologies des sont possibles en utilisant la biomasse et les technologies de cogcogéénnéération de la ration de la liqueur noire, basliqueur noire, baséées sur les turbines au gaz au lieu des turbines es sur les turbines au gaz au lieu des turbines àà vapeur. Le dvapeur. Le dééveloppement des veloppement des technologies dans un but commercial pour convertir la liqueur notechnologies dans un but commercial pour convertir la liqueur noire ou les rire ou les réésidus de la biomasse en sidus de la biomasse en combustible de gaz est continu, en parallcombustible de gaz est continu, en parallèèle avec les systle avec les systèèmes de nettoyage nmes de nettoyage néécessaires pour pouvoir cessaires pour pouvoir utiliser le gaz dans les cycles de turbines au gaz.utiliser le gaz dans les cycles de turbines au gaz.

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Niveau 3 – Questions

Question 1. Le traitement de lQuestion 1. Le traitement de l’’eau useau uséée dans le proce dans le procééddéé de mise de mise en pâte Kraft en pâte Kraft

Quels outils de lQuels outils de l’’IntIntéégration des Procgration des Procééddéés pourraient être utiliss pourraient être utiliséés pour aborder s pour aborder toutes les questions prtoutes les questions préésentsentéées dans les diapositives traitant du mes dans les diapositives traitant du mééthanolthanol? D? Dééfinir finir les les éétapes dans la mtapes dans la mééthodologie que vous utiliseriez pour rthodologie que vous utiliseriez pour réépondre aux points pondre aux points suivants:suivants:

(A)(A) Une rUne rééduction au minimum du mduction au minimum du mééthanol dans le flot des eaux usthanol dans le flot des eaux uséées, aussi bien que es, aussi bien que ll’’utilisation rutilisation rééduite dduite d’’eau et la diminution du rejet des eaux useau et la diminution du rejet des eaux uséées es

(B)(B) Un compromis entre la minimisation des coUn compromis entre la minimisation des coûûts dts d’’opopéération en relation avec les ration en relation avec les ééllééments ments mentionnmentionnéés en (A) et les bs en (A) et les béénnééfices rfices réésultant de la rsultant de la réécupcupéération du mration du mééthanolthanol

(C)(C) InterprInterpréétation et utilisation des donntation et utilisation des donnéées du processus des du processus d’’opopéération pour aider lration pour aider l’’opopéérateur de rateur de ll’’usine de traitement usine de traitement àà obtenir un meilleur contrôle de lobtenir un meilleur contrôle de l’’opopéération de lration de l’’usine de traitement usine de traitement des eaux usdes eaux usééeses

Question 2. Le traitement des eaux usQuestion 2. Le traitement des eaux uséées dans le proces dans le procééddéé de de mise en pâte Kraft (2)mise en pâte Kraft (2)En utilisant vos connaissances des outils de lEn utilisant vos connaissances des outils de l’’IntIntéégrationgration des Procdes Procééddéés, ds, déécrivez la crivez la mmééthodologie qui pourrait être utilisthodologie qui pourrait être utiliséée pour choisir le meilleur agent de se pour choisir le meilleur agent de sééparation paration de masse (de masse (massmass--separatingseparating) pour traiter le flot de d) pour traiter le flot de dééchets de phchets de phéénol dans ce nol dans ce moulin de pâtes et papiers Kraft. moulin de pâtes et papiers Kraft.

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Niveau 3 – Questions

Question 3. LQuestion 3. L’é’énergie dans le procnergie dans le procééddéé de mise en pâte Kraftde mise en pâte Kraft

Avec les connaissances acquises lors des deux derniers niveaux, Avec les connaissances acquises lors des deux derniers niveaux, de lde l’’IntIntéégrationgrationdes Procdes Procééddéés, proposez une ms, proposez une mééthodologie qui vous aiderait thodologie qui vous aiderait àà identifier les identifier les possibilitpossibilitéés ds d’é’économie dconomie d’é’énergie ainsi que le potentiel de cognergie ainsi que le potentiel de cogéénnéération dans un ration dans un moulin de pâte moulin de pâte àà papier Kraft. Donnez les dpapier Kraft. Donnez les déétails pour chacune des tails pour chacune des éétapes tapes choisies pour conduire une telle choisies pour conduire une telle éétude, sans oublier dtude, sans oublier d’’inclure dans votre inclure dans votre proposition lproposition l’’impact de votre solution sur limpact de votre solution sur l’’environnement. environnement.

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Fin du Niveau 3

Ceci est la fin du Module 8. Veuillez s.v.p. soumettre votre raCeci est la fin du Module 8. Veuillez s.v.p. soumettre votre rapport pport ààvotre professeur pour votre professeur pour éévaluation.valuation.

Nous sommes toujours intNous sommes toujours intééressresséés aux suggestions susceptibles s aux suggestions susceptibles dd’’amamééliorer le cours. Vous pouvez nous contacter liorer le cours. Vous pouvez nous contacter àà::http://http://processprocess--integrationintegration..tamutamu..eduedu//

Documents

Module 8: Introduction à l’Intégration des Procédés - … · Résumé du projet Objectifs ... Cette étape a été identifiée comme pré-requis pour les autres modules en relation