piece program for north american mobility in higher education rev:2.3 créé à lÉcole...

Créé àCréé àL’École Polytechnique de L’École Polytechnique de

Montréal &Montréal &Universidad de GuanajuatoUniversidad de Guanajuato

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 Program for North American Mobility in Higher Education (NAMP)in 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 à Introduction à l’Intégration des Procédés - l’Intégration des Procédés -

Niveau 3Niveau 3

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PIECENAMP

Module 8: Introduction à l’intégration des procédés

Résumé du projet

Objectifs Objectifs Créer des modules disponibles via internet pour aider Créer des modules disponibles via internet pour aider les universités à présenter l’introduction de les universités à présenter l’introduction de l’intégration des procédés dans les programmes l’intégration des procédés dans les programmes d’études en ingénierie.d’études en ingénierie.Rendre ces modules largement disponibles dans Rendre ces modules largement disponibles dans chacun des pays participantschacun des pays participants

Institutions participantesInstitutions participantes

Deux universités dans chacun des trois pays (Canada, Deux universités dans chacun des trois pays (Canada, Mexique et États-Unis)Mexique et États-Unis)Deux instituts de recherche dans différents secteurs de Deux instituts de recherche dans différents secteurs de l’industrie: pétrole (Mexique), pâtes et papiers (Canada)l’industrie: pétrole (Mexique), pâtes et papiers (Canada)Chacune des six universités a parrainé 7 échanges Chacune des six universités a parrainé 7 échanges d’étudiants durant la période de la bourse, d’étudiants durant la période de la bourse, subventionnée en partie par le gouvernement des 3 subventionnée en partie par le gouvernement des 3 pays.pays.

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PIECENAMP


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

Tous les modules sont divisés en 3 niveaux, chacun ayant un Tous les modules sont divisés en 3 niveaux, chacun ayant un but spécifique:but spécifique:

Niveau 1: Information préliminaireNiveau 1: Information préliminaire

Niveau 2: Application avec des études de casNiveau 2: Application avec des études de cas

Niveau 3: Problèmes avec structure de réponse ouverteNiveau 3: Problèmes avec structure de réponse ouverte

Ces niveaux doivent être complétés dans cet ordre spécifique. Ces niveaux doivent être complétés dans cet ordre spécifique. Les étudiants seront questionnés à différents moments pour Les étudiants seront questionnés à différents moments pour mesurer leur degré de compréhension, avant de passer au mesurer leur degré de compréhension, avant de passer au niveau suivant.niveau suivant.

Chaque niveau comprend un énoncé d’intention au début et Chaque niveau comprend un énoncé d’intention au début et un quiz à la fin.un quiz à la fin.

Structure du Module 8

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PIECENAMP


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 méthodes et outils de l’Intégration des Procédésméthodes et outils de l’Intégration des Procédés, et , et de situer de situer l’Intégration des Procédésl’Intégration des Procédés dans une dans une perspective plus vaste. Cette étape a été identifiée comme perspective plus vaste. Cette étape a été identifiée comme pré-requis pour les autres modules en relation avec pré-requis pour les autres modules en relation avec l’apprentissage de l’apprentissage de l’Intégration des Procédés. l’Intégration des Procédés.

But du Module 8

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PIECENAMP


Niveau 3Problèmes à développement

ouvert

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PIECENAMP


Niveau 3: Objectif

Niveau 3: Énoncé d’intentionNiveau 3: Énoncé d’intentionLe but de ce niveau est de résoudre une application réelle Le but de ce niveau est de résoudre une application réelle de de

l’ Intégration des Procédés dans lequel l’étudiant doit l’ Intégration des Procédés dans lequel l’étudiant doit interpréterinterpréter les résultats obtenus à partir d’un éventail les résultats obtenus à partir d’un éventail d’outils de l’ Intégration des Procédés. À la fin du niveau 3, d’outils de l’ Intégration des Procédés. À la fin du niveau 3, l’étudiant devrait être capable d’identifier:l’étudiant devrait être capable d’identifier:

Les bénéfices à utiliser les outils de l’ Intégration des Les bénéfices à utiliser les outils de l’ Intégration des ProcédésProcédésLes opportunités potentielles d’économie lorsque les Les opportunités potentielles d’économie lorsque les outils de l’ Intégration des Procédés sont utilisésoutils de l’ Intégration des Procédés sont utilisésLa réduction de l’impact environnemental résultant La réduction de l’impact environnemental résultant de l’application des outils de l’ Intégration des de l’application des outils de l’ Intégration des ProcédésProcédésComment l’application des outils de l’ Intégration des Comment l’application des outils de l’ Intégration des Procédés peut être utilisée pour obtenir un procédé Procédés peut être utilisée pour obtenir un procédé fonctionnelfonctionnel

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PIECENAMP


Le procédé de mise en pâte KraftLe procédé de mise en pâte KraftLes caractéristiques de base du Les caractéristiques de base du procédé de mise en pâteprocédé de mise en pâte KraftKraft sont décrites sur la diapositive sont décrites sur la diapositive suivante. Les copeaux de bois (contenant 50% d’eau) sont amenés d’une suivante. Les copeaux de bois (contenant 50% d’eau) sont amenés d’une trémie d’impulsiontrémie d’impulsion ((a surge hoppera surge hopper) vers une ) vers une unité de préétuvageunité de préétuvage pour faciliter l’imprégnation subséquente des pour faciliter l’imprégnation subséquente des copeaux avec les produits chimiques. Un alimentateur à haute pression transfère les copeaux copeaux avec les produits chimiques. Un alimentateur à haute pression transfère les copeaux à partir deà partir de l’étuveur l’étuveur jusqu’au lessiveurjusqu’au lessiveur. Dans le . Dans le lessiveurlessiveur, les copeaux de bois sont “cuits” , les copeaux de bois sont “cuits” avec une avec une liqueur blancheliqueur blanche (un mélange de produits chimiques de cuisson, incluant NaOH, (un mélange de produits chimiques de cuisson, incluant NaOH, Na2S, Na2CO3 et de l’eau) pour solubiliser la lignine dans les copeaux de bois. Dans le Na2S, Na2CO3 et de l’eau) pour solubiliser la lignine dans les copeaux de bois. Dans le procédé de cuisson, du méthanol est produit. Suite au lessivage de la lignine, les produits procédé de cuisson, du méthanol est produit. Suite au lessivage de la lignine, les produits chimiques servant à la cuisson sont éliminés de la pâte. Une unité de lavage chimiques servant à la cuisson sont éliminés de la pâte. Une unité de lavage à contre-courant à contre-courant à étapes multiplesà étapes multiples est utilisée pour minimiser les traces de produits chimiques dans la pâte. est utilisée pour minimiser les traces de produits chimiques dans la pâte. On appelle On appelle liqueur noire faibleliqueur noire faible, les résidus chimiques suite au procédé de mise en pâte. La , les résidus chimiques suite au procédé de mise en pâte. La liqueur noire contient des sels de sodium, de la lignine dissoute, liqueur noire contient des sels de sodium, de la lignine dissoute, (hydroxyde, sulfure, (hydroxyde, sulfure, carbonate, chlorure, sulfite et sulfate), du carbonate, chlorure, sulfite et sulfate), du méthanol et de l’eau. Avant que l’évacuation méthanol et de l’eau. Avant que l’évacuation (the (the outletoutlet) ) du lessiveurdu lessiveur soit alimentée vers soit alimentée vers la blanchisseusela blanchisseuse, la pâte cuite et la liqueur noire , la pâte cuite et la liqueur noire passent dans un passent dans un réservoir de déchargeréservoir de décharge où la pâte est séparée de la liqueur noire faible qui où la pâte est séparée de la liqueur noire faible qui est dirigée vers un système de récupération pour être convertie en liqueur blanche. La est dirigée vers un système de récupération pour être convertie en liqueur blanche. La première étape de la première étape de la récupérationrécupération est la concentration de la liqueur noire faible via des est la concentration de la liqueur noire faible via des évaporateurs à effets multiplesévaporateurs à effets multiples ((multiple effect evaporators).multiple effect evaporators). La solution concentrée est La solution concentrée est pulvériséepulvérisée dans une chaudièredans une chaudière de récupérationde récupération. Le procédé d’évaporation résulte dans la . Le procédé d’évaporation résulte dans la production d’une grande quantité de condensats combinés, considérée comme un courant production d’une grande quantité de condensats combinés, considérée comme un courant d’eaux usées et de déchets gazeux dont le polluant principal est le Hd’eaux usées et de déchets gazeux dont le polluant principal est le H22S. Le S. Le salinsalin en en

provenance du four est dissout dans l’eau pour former une solution verte qui entre en provenance du four est dissout dans l’eau pour former une solution verte qui entre en réaction avec de la chaux (CaO) pour produire une liqueur blanche et une « boue » de réaction avec de la chaux (CaO) pour produire une liqueur blanche et une « boue » de carbonate de calcium. La liqueur blanche récupérée est mélangée avec du matériel de carbonate de calcium. La liqueur blanche récupérée est mélangée avec du matériel de fabricationfabrication ((make-up)make-up) et recyclé vers le lessiveur. La boue de carbonate de calcium est et recyclé vers le lessiveur. La boue de carbonate de calcium est décomposée par la chaleur (décomposée par la chaleur (thermally)thermally) dans un four pour produire de la chaux laquelle est dans un four pour produire de la chaux laquelle est utilisée dans la utilisée dans la réaction de caustificationréaction de caustification. Il y a de nombreux déchets gazeux émis durant le . Il y a de nombreux déchets gazeux émis durant le procédé, certains pouvant être utilisés pour générer ou cogénérer de la vapeur. procédé, certains pouvant être utilisés pour générer ou cogénérer de la vapeur.

Niveau 3 – Énoncé du problème

Reference: El-Halwagi, M. M., Reference: El-Halwagi, M. M., Pollution Prevention through Process Integration: Systematic Design 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

Évap

ora

teu

rs

À e

ffet

mu

ltip

le

Chaux

Liqueur blanche

récupérée

Pâte pour fabricatio

n ultérieure

GazSortie des gaz

Copeaux de bois

VapeurLiqueu

r noire faible

Vapeur

Liqueur noire forte

Condensat

Gaz de

carneau

Salin

Sortie de 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 usées dans la mise en pâte Kraft Traitement des eaux usées dans la mise en pâte Kraft Les moulins de pâtes et papiers utilisent beaucoup d’eau fraîche qui Les moulins de pâtes et papiers utilisent beaucoup d’eau fraîche qui

entraîne la production d’une quantité significative d’effluents aqueux. Donc, l’objectif entraîne la production d’une quantité significative d’effluents aqueux. Donc, l’objectif d’optimiser l’usage de l’eau et du rejet des eaux usées présente un défi majeur à d’optimiser l’usage de l’eau et du rejet des eaux usées présente un défi majeur à l’industrie. Dû au contact direct de l’eau avec des espèces variées, les sédiments l’industrie. Dû au contact direct de l’eau avec des espèces variées, les sédiments aqueux sont chargés de composés divers incluant du méthanol, des éléments non-aqueux sont chargés de composés divers incluant du méthanol, des éléments non-traités et des espèces organiques et inorganiques. Le méthanol est classé comme un traités et des espèces organiques et inorganiques. Le méthanol est classé comme un polluant à haute priorité pour l’industrie des pâtes et papiers. De plus, il pourrait polluant à haute priorité pour l’industrie des pâtes et papiers. De plus, il pourrait produire une source de revenus s’il était adéquatement récupéré.produire une source de revenus s’il était adéquatement récupéré.

Le méLe méthanol se retrouve dans la plupart des sédiments du procédé de mise en pâte thanol se retrouve dans la plupart des sédiments du procédé de mise en pâte Kraft, particulièrement dans le condensat à la sortie de l’unité d’évaporation à effet Kraft, particulièrement dans le condensat à la sortie de l’unité d’évaporation à effet multiple et le condensateur utilisé pour condenser la vapeur de l’unité de pré-multiple et le condensateur utilisé pour condenser la vapeur de l’unité de pré-vaporisage avant que les copeaux de bois soient dirigés vers le lessiveur. Tous les vaporisage avant que les copeaux de bois soient dirigés vers le lessiveur. Tous les sédiments des eaux usées sont traités en utilisant des bio-traitements puis rejetés à sédiments des eaux usées sont traités en utilisant des bio-traitements puis rejetés à la rivière. Tous les sédiments rejetés dans la rivière ne doivent pas contenir de la rivière. Tous les sédiments rejetés dans la rivière ne doivent pas contenir de méthanol dans une proportion excédant 15 ppmw. L’information suivante est méthanol dans une proportion excédant 15 ppmw. L’information suivante est disponible pour l’équipement de bio-traitement:disponible pour l’équipement de bio-traitement:

• Composition de méthanol acceptable à l’entrée du bio-traitement Composition de méthanol acceptable à l’entrée du bio-traitement << 1.000 1.000 ppmwppmw

• Composition moyenne de méthanol à la sortie = 15 ppmwComposition moyenne de méthanol à la sortie = 15 ppmw• Coût d’opération du bio-traitement = 0.11*Coût d’opération du bio-traitement = 0.11*MM + 0.0013* + 0.0013*G G où où M M est la charge est la charge

de masse (kgde masse (kg//h) de méthanol et h) de méthanol et GG est le débit des eaux usées (kg est le débit des eaux usées (kg//h)h)


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

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Traitement des eaux usées dans la mise en pâte Kraft Traitement des eaux usées dans la mise en pâte Kraft (2)(2)

La quantité de méthanol dans les eaux usées pourrait être réduite en utilisantLa quantité de méthanol dans les eaux usées pourrait être réduite en utilisant un un stripage stripage à l’airà l’air et récupérée à partir des courants aqueux pour produire des ventes de et récupérée à partir des courants aqueux pour produire des ventes de méthanol supérieures au coût de récupération. Le débit de l’air est déterminé méthanol supérieures au coût de récupération. Le débit de l’air est déterminé comme suit:comme suit:

LL = 0.5* = 0.5*ƒƒ**GG

Où Où LL et et GG sont respectivement le sont respectivement le débit de massedébit de masse (kg (kg//h) d’air et des eaux usées, et h) d’air et des eaux usées, et ƒ ƒ est le retrait de la masse fractionnaire de méthanol dans l’eau, par est le retrait de la masse fractionnaire de méthanol dans l’eau, par stripage ou stripage ou épuration (stripping).épuration (stripping). Le coût d’opération de l’épuration à l’air Le coût d’opération de l’épuration à l’air (air stripping)(air stripping) nous est nous est donné dans la relation suivante:donné dans la relation suivante:

Coût d’opération Coût d’opération (US$(US$//h) = 0.003*h) = 0.003*LL (kg air (kg air//h)h)

Ce coût inclut la compression de l’air et la condensation du méthanol.Ce coût inclut la compression de l’air et la condensation du méthanol.

L’opérateur du plan de traitement des eaux usées a également des difficultés à L’opérateur du plan de traitement des eaux usées a également des difficultés à prévoir quand le procédé de traitement ira d’un régime d’opération à un autre, ou prévoir quand le procédé de traitement ira d’un régime d’opération à un autre, ou quand le procédé produira de l’eau avec des concentrations de méthanol et autres quand le procédé produira de l’eau avec des concentrations de méthanol et autres polluants au delà des limites permises. Il dispose des données d’opération de l’unité polluants au delà des limites permises. Il dispose des données d’opération de l’unité de traitement pour les trois dernières années, mais il ne sait pas comment de traitement pour les trois dernières années, mais il ne sait pas comment interpréter une si grande quantité d’information.interpréter une si grande quantité d’information.


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Traitement des eaux usées dans la mise en pâte Kraft Traitement des eaux usées dans la mise en pâte Kraft (3)(3)

En plus du méthanol, un des principaux polluants retrouvés dans les effluents aqueux des En plus du méthanol, un des principaux polluants retrouvés dans les effluents aqueux des moulins de mise en pâte moulins de mise en pâte Kraft, on retrouve d’autres composés organiques et Kraft, on retrouve d’autres composés organiques et inorganiques. Ils incluent le chloroforme, la formaldéhyde, le phénol, etc, inorganiques. Ils incluent le chloroforme, la formaldéhyde, le phénol, etc, dépendamment du moulin et du procédé utilisé. Le phénol est une préoccupation dépendamment du moulin et du procédé utilisé. Le phénol est une préoccupation principalement à cause de sa toxicité, de sa désoxygénation et de sa turbidité. De principalement à cause de sa toxicité, de sa désoxygénation et de sa turbidité. De plus le phénol peut causer un goût inacceptable à la chair de poisson et à l’eau plus le phénol peut causer un goût inacceptable à la chair de poisson et à l’eau potable.potable.

Différentes techniques peuvent être utilisées pour séparer le phénol. Trois Différentes techniques peuvent être utilisées pour séparer le phénol. Trois technologies externes sont considérées ici pour retirer le phénol. Ces procédés technologies externes sont considérées ici pour retirer le phénol. Ces procédés incluent l’adsorption avec du charbon activé, l’échange d’ions utilisant une résine incluent l’adsorption avec du charbon activé, l’échange d’ions utilisant une résine polymérique et le débourrage en utilisant de l’air.polymérique et le débourrage en utilisant de l’air.

Les coûts d’opération pour chacune des méthodes comprend le coût de fabrication Les coûts d’opération pour chacune des méthodes comprend le coût de fabrication (make-up)(make-up) et le coût de régénération. Pour le charbon activé, la vapeur est utilisée et le coût de régénération. Pour le charbon activé, la vapeur est utilisée pour régénérer l’agent séparateur de masse pour régénérer l’agent séparateur de masse (the mass-separating agent)(the mass-separating agent) tandis que tandis que la soude caustique (NaOH) est utilisée pour la régénération de la résine d’échange la soude caustique (NaOH) est utilisée pour la régénération de la résine d’échange d’ions d’ions (the ion exchange resin(the ion exchange resin). Dans le cas de l’épuration à l’air ). Dans le cas de l’épuration à l’air (air stripping(air stripping), la ), la vapeur gazeuse qui sort de l’unité d’échange de masse vapeur gazeuse qui sort de l’unité d’échange de masse (mass-exchange unit(mass-exchange unit) ne ) ne peut pas être libéré dans l’atmosphère dû à la régulation sur la qualité de l’air. peut pas être libéré dans l’atmosphère dû à la régulation sur la qualité de l’air. Donc, l’air sortant de l’unité de séparation (Donc, l’air sortant de l’unité de séparation (separation unitseparation unit) approvisionne une unité ) approvisionne une unité de récupération du phénol dans laquelle on utilise un réfrigérant pour condenser le de récupération du phénol dans laquelle on utilise un réfrigérant pour condenser le phénol. Le coût d’opération pour chaque technologie est donc respectivement 0.737 phénol. Le coût d’opération pour chaque technologie est donc respectivement 0.737 US$, 1.150 US$ et 2.069 US$ par kg de phénol retiré pour le charbon activé, la US$, 1.150 US$ et 2.069 US$ par kg de phénol retiré pour le charbon activé, la résine d’échange d’ions et le débourrage par succion.résine d’échange d’ions et le débourrage par succion.


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Énergie dans le procédé de mise en pâte KraftÉnergie dans le procédé de mise en pâte KraftLe procédé de mise en pâte Kraft est un procédé à forte intensité d’énergie: l’utilisation Le procédé de mise en pâte Kraft est un procédé à forte intensité d’énergie: l’utilisation de l’électricité, commune à tous les moulins de pâtes et papiers, inclut le pompage, de l’électricité, commune à tous les moulins de pâtes et papiers, inclut le pompage, l’utilisation de l’air et de l’allumage l’utilisation de l’air et de l’allumage (lighting(lighting). De plus, les besoins en vapeur et la grande ). De plus, les besoins en vapeur et la grande quantité de liquide à traiterquantité de liquide à traiter( process streams( process streams) font de ce secteur de l’industrie un bon ) font de ce secteur de l’industrie un bon candidat pour une amélioration de l’intégration de la chaleur (candidat pour une amélioration de l’intégration de la chaleur (for improved heat for improved heat integrationintegration). La concentration de liqueur noire est normalement l’opération utilisant le ). La concentration de liqueur noire est normalement l’opération utilisant le plus de vapeur dans un moulin de mise en pâte Kraft. Les évaporateurs installés dans les plus de vapeur dans un moulin de mise en pâte Kraft. Les évaporateurs installés dans les années ’60 et ’70 furent construits avec quatre ou cinq effets, tandis que la plupart des années ’60 et ’70 furent construits avec quatre ou cinq effets, tandis que la plupart des moulins Kraft aujourd’hui utilisent cinq ou six évaporateurs … moulins Kraft aujourd’hui utilisent cinq ou six évaporateurs … (effect evaporators)(effect evaporators), avec , avec un concentrateur pour augmenter encore plus le contenu en matières solides. un concentrateur pour augmenter encore plus le contenu en matières solides. L’alimentation L’alimentation (Firing(Firing) des chaudières de récupération de la liqueur noire avec des ) des chaudières de récupération de la liqueur noire avec des contenus en solides plus élevés, améliore la performance globale des chaudières et est contenus en solides plus élevés, améliore la performance globale des chaudières et est une tendance générale dans l’industrie.une tendance générale dans l’industrie.

Pour contourner ce problème de consommation d’énergie le moulin de pâte Kraft utilise la Pour contourner ce problème de consommation d’énergie le moulin de pâte Kraft utilise la biomasse. En fait, en plus d’être la matière première biomasse. En fait, en plus d’être la matière première (feedstock(feedstock) pour la production de la ) pour la production de la pâte et du papier, la biomasse est une source d’énergie majeure pour l’industrie. pâte et du papier, la biomasse est une source d’énergie majeure pour l’industrie. L’industrie a aussi accès aux résidus de l’abattage du bois de triturationL’industrie a aussi accès aux résidus de l’abattage du bois de trituration (pulpwood) (pulpwood), dont , dont certains peuvent être retirés de la forêt sur une base viable. Toute la liqueur noire et la certains peuvent être retirés de la forêt sur une base viable. Toute la liqueur noire et la plupart des résidus du moulin sont utilisés sur le site du moulin pour alimenter les plupart des résidus du moulin sont utilisés sur le site du moulin pour alimenter les systèmes de cogénération, procurant de la vapeur et de l’électricité utilisables sur place. systèmes de cogénération, procurant de la vapeur et de l’électricité utilisables sur place.

La cogénération aussi appelée “chaleur et puissance combinée” La cogénération aussi appelée “chaleur et puissance combinée” (Combined Heat and (Combined Heat and Power)Power) (CHP) est la production simultanée d’électricité et de chaleur utilisables à partir du (CHP) est la production simultanée d’électricité et de chaleur utilisables à partir du même combustible et énergie. Un système de cogénération typique consiste en un même combustible et énergie. Un système de cogénération typique consiste en un moteur (moteur (engineengine), une turbine à vapeur, ou turbine à combustion qui fait fonctionner un ), une turbine à vapeur, ou turbine à combustion qui fait fonctionner un générateur. Un échangeur thermiquegénérateur. Un échangeur thermique (waste heat exchanger) (waste heat exchanger) récupère la chaleur perdue récupère la chaleur perdue par le moteur et/ou des gaz d’échappement pour produire de l’eau chaude et de la par le moteur et/ou des gaz d’échappement pour produire de l’eau chaude et de la vapeur. vapeur.

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Énergie dans le procédé de mise en pâte Kraft (2)Énergie dans le procédé de mise en pâte Kraft (2)La cogénération produit une certaine quantité de puissance électrique et traite La cogénération produit une certaine quantité de puissance électrique et traite

de la chaleur avec 10% à 30% moins de combustible que requis pour produire l’électricité de la chaleur avec 10% à 30% moins de combustible que requis pour produire l’électricité et traiter la chaleur (et traiter la chaleur (process heat)process heat) séparément. Les installations avec des systèmes de séparément. Les installations avec des systèmes de cogénération les utilisent pour produire leur propre électricité, et utiliser l’excédent cogénération les utilisent pour produire leur propre électricité, et utiliser l’excédent (déchet) de chaleur pour fabriquer de la vapeur, pour chauffer l’eau, pour chauffer les (déchet) de chaleur pour fabriquer de la vapeur, pour chauffer l’eau, pour chauffer les locaux, et autres besoins thermiques. Ils peuvent aussi utiliser l’excès de chaleur émise locaux, et autres besoins thermiques. Ils peuvent aussi utiliser l’excès de chaleur émise pour produire de la vapeur pour la production d’électricité. Dans la récupération pour produire de la vapeur pour la production d’électricité. Dans la récupération chimiquechimique, l’usine de vapeur, les aires de cogénération, les solides de la liqueur de pâte , l’usine de vapeur, les aires de cogénération, les solides de la liqueur de pâte achetés et les résidus de bois générés sur place, la boue de clarificateur primaire, achetés et les résidus de bois générés sur place, la boue de clarificateur primaire, ((primary clarifier sludgeprimary clarifier sludge) provenant de l’usine de traitement des eaux usées, et les ) provenant de l’usine de traitement des eaux usées, et les boutons(boutons( knots knots) sont brûlés pour récupérer des matériaux chimiques de cuisson () sont brûlés pour récupérer des matériaux chimiques de cuisson (cooking cooking chemicalschemicals) et pour produire de l’énergie. Les liqueurs résiduaires) et pour produire de l’énergie. Les liqueurs résiduaires comptent aujourd’hui, comptent aujourd’hui, pour plus de 70% des combustibles dérivés de la biomasse dans l’industrie des pâtes et pour plus de 70% des combustibles dérivés de la biomasse dans l’industrie des pâtes et papiers. papiers. Dans le procédé de récupération, la liqueur noire forte résultante provenant des Dans le procédé de récupération, la liqueur noire forte résultante provenant des évaporateurs, est pulvérisée dans la chaudière de récupération, où le contenu organique évaporateurs, est pulvérisée dans la chaudière de récupération, où le contenu organique dans la liqueur est brûlé, dégageant de l’énergie et produisant de la vapeur pour dans la liqueur est brûlé, dégageant de l’énergie et produisant de la vapeur pour utilisation dans le moulin. Durant la combustion, la portion inorganique de la liqueur noire utilisation dans le moulin. Durant la combustion, la portion inorganique de la liqueur noire forte produit un gaz de carneau forte produit un gaz de carneau (flue gas)(flue gas)Le ratio de production électricité/chaleur pour un système de cogénération à turbine à Le ratio de production électricité/chaleur pour un système de cogénération à turbine à vapeur conventionnelle à contre-pressionvapeur conventionnelle à contre-pression va de 40-60 kWh/GJ, ce qui est relativement va de 40-60 kWh/GJ, ce qui est relativement bien en rapport (bien en rapport (well-matched)well-matched) aux besoins en vapeur et en électricité dans les moulins aux besoins en vapeur et en électricité dans les moulins plus anciens. Des ratios électricité/ chaleur plus élevés sont possibles en utilisant la plus anciens. Des ratios électricité/ chaleur plus élevés sont possibles en utilisant la biomasse et les technologies de cogénération de la liqueur noire, basées sur les turbines biomasse et les technologies de cogénération de la liqueur noire, basées sur les turbines au gaz au lieu des turbines à vapeur. Le développement des technologies dans un but au gaz au lieu des turbines à vapeur. Le développement des technologies dans un but commercial pour convertir la liqueur noire ou les résidus de la biomasse en combustible commercial pour convertir la liqueur noire ou les résidus de la biomasse en combustible de gaz est continu, en parallèle avec les systèmes de nettoyage nécessaires pour pouvoir de gaz est continu, en parallèle avec les systèmes de nettoyage nécessaires 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 l’eau usée dans le procédé Question 1. Le traitement de l’eau usée dans le procédé de mise en pâte Kraft de mise en pâte Kraft

Quels outils de l’Intégration des Procédés pourraient être utilisés pour Quels outils de l’Intégration des Procédés pourraient être utilisés pour aborder toutes les questions présentées dans les diapositives traitant aborder toutes les questions présentées dans les diapositives traitant du méthanol? Définir les étapes dans la méthodologie que vous du méthanol? Définir les étapes dans la méthodologie que vous utiliseriez pour répondre aux points suivants:utiliseriez pour répondre aux points suivants:

(A)(A) Une réduction au minimum du méthanol dans le flot des eaux usées, aussi bien Une réduction au minimum du méthanol dans le flot des eaux usées, aussi bien que l’utilisation réduite d’eau et la diminution du rejet des eaux usées que l’utilisation réduite d’eau et la diminution du rejet des eaux usées

(B)(B) Un compromis entre la minimisation des coûts d’opération en relation avec les Un compromis entre la minimisation des coûts d’opération en relation avec les éléments mentionnés en (A) et les bénéfices résultant de la récupération du éléments mentionnés en (A) et les bénéfices résultant de la récupération du méthanolméthanol

(C)(C) Interprétation et utilisation des données du processus d’opération pour aider Interprétation et utilisation des données du processus d’opération pour aider l’opérateur de l’usine de traitement à obtenir un meilleur contrôle de l’opération l’opérateur de l’usine de traitement à obtenir un meilleur contrôle de l’opération de l’usine de traitement des eaux uséesde l’usine de traitement des eaux uséesQuestion 2. Le traitement des eaux usées dans le Question 2. Le traitement des eaux usées dans le procédé de mise en pâte Kraft (2)procédé de mise en pâte Kraft (2)En utilisant vos connaissances des outils de l’Intégration des Procédés, En utilisant vos connaissances des outils de l’Intégration des Procédés, décrivez la méthodologie qui pourrait être utilisée pour choisir le décrivez la méthodologie qui pourrait être utilisée pour choisir le meilleur agent de séparation de masse (meilleur agent de séparation de masse (mass-separatingmass-separating) pour traiter le ) pour traiter le flot de déchets de phénol dans ce moulin de pâtes et papiers Kraft. flot de déchets de phénol dans ce moulin de pâtes et papiers Kraft.

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Niveau 3 – Questions

Question 3. L’énergie dans le procédé de mise en pâte Question 3. L’énergie dans le procédé de mise en pâte KraftKraft

Avec les connaissances acquises lors des deux derniers niveaux, de Avec les connaissances acquises lors des deux derniers niveaux, de l’Intégration des Procédés, proposez une méthodologie qui vous aiderait l’Intégration des Procédés, proposez une méthodologie qui vous aiderait à identifier les possibilités d’économie d’énergie ainsi que le potentiel à identifier les possibilités d’économie d’énergie ainsi que le potentiel de cogénération dans un moulin de pâte à papier Kraft. Donnez les de cogénération dans un moulin de pâte à papier Kraft. Donnez les détails pour chacune des étapes choisies pour conduire une telle étude, détails pour chacune des étapes choisies pour conduire une telle étude, sans oublier d’inclure dans votre proposition l’impact de votre solution sans oublier d’inclure dans votre proposition l’impact de votre solution sur l’environnement. sur l’environnement.

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Fin du Niveau 3

Ceci est la fin du Module 8. Veuillez s.v.p. soumettre votre Ceci est la fin du Module 8. Veuillez s.v.p. soumettre votre rapport à votre professeur pour évaluation.rapport à votre professeur pour évaluation.

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