USINE DE PAPIER JOURNAL MODÈLE

L'usine de papier journal modèle renferme un atelier de pâte et une machine à papier, et est dotée d'un système de traitement des effluents. La fibre utilisée par une usine moderne comprendrait de la pâte thermomécanique (PTM) ou des matières recyclées, selon la disponibilité de la fibre et les exigences du marché. Les besoins énergétiques pour la fabrication de la pâte et du papier sont décrits dans les sections qui suivent.

Atelier de pâte thermomécanique

Le tableau IV présente la consommation énergétique d'un atelier de PTM moderne. L'usine produit de la PTM afin de fabriquer du papier journal à partir de copeaux de résineux. Jackson et Wild ont estimé la consommation énergétique d'un atelier de PTM à chaîne unique ayant une capacité de 500 tonnes métriques de bois absolument sec par jour (TMAS/j). [5]. L'énergie spécifique de raffinage totale serait de 2 400 kWh/tonne métrique (t.m.), un niveau typique des ateliers de PTM utilisant des copeaux d'épinette noire pour produire du papier journal [5]. À titre de comparaison, on peut se référer à un audit industriel détaillé mené par Nygaard [6] pour des usines de PTM suédoises, la plupart produisant du papier journal. Ces usines avaient toutes la même demande d'énergie externe moyenne, soit environ 2 420 kWh/t.a.

La quantité d'énergie de raffinage pour la PTM est influencée par l'essence du bois; les essences canadiennes courantes comme le pin exigent plus d'énergie que l'épinette noire [7]. La quantité d'énergie de raffinage dépend aussi de la catégorie de papier, les papiers impression de qualité supérieure à base de pâte mécanique exigeant plus d'énergie. Bien qu'il existe de nouveaux procédés pour réduire quelque peu l'énergie de raffinage [8], l'industrie n'a pas encore atteint un rendement constant.

Les usines modernes de papier journal et de PTM ont recours à la récupération de chaleur pour récupérer une partie de l'énergie de raffinage sous forme de vapeur propre sous pression. La production de vapeur propre présentée au tableau IV a été calculée en fonction de la récupération de chaleur de la vapeur provenant des raffineurs principaux et des raffineurs de rejets par un rebouilleur [5]. La production de vapeur estimée pour l'usine de PTM moderne, soit 5,5 GJ/t.a., est équivalente à la production de vapeur possible calculée par Nygaard, soit 5,2 GJ/t.a., pour la même énergie de raffinage spécifique [6]. La production de vapeur excédentaire moyenne pour les usines de PTM suédoises en 1994 était inférieure, soit d'environ 4,4 GJ/t.a. [6].

Usine de fibre recyclée

La consommation d'électricité d'une usine de fibre recyclée moderne produisant de la pâte désencrée (PD) pour la fabrication de papier journal s'établit à 400 kWh/t.a. [3]. La demande d'énergie externe moyenne pour les usines de fibre recyclée de Suède en 1994 était inférieure, soit d'environ 330 kWh/t.a. [6]. La consommation de vapeur d'une usine de fibre recyclée moyenne est de 0,8 GJ/t.a., selon l'usine modèle décrite dans l'analyse de Nygaard [6]. La demande de chaleur de combustible moyenne pour les usines de Suède en 1994 était inférieure, soit d'environ 0,3 GJ/t.a. [6].

Machine à papier

Le tableau V indique la consommation énergétique d'une machine à papier journal moderne [9]. La consommation d'électricité moyenne pour les usines de papier journal suédoises en 1994 était supérieure, soit d'environ 440 kWh/t.a. [6]. Talja et collab. ont mesuré une consommation d'électricité de 344 kWh/t.a. pour une machine moderne produisant du papier de catégorie SC [10]. La vapeur nécessaire au séchage du papier dépend de la concentration de la feuille après la section des presses et de l'efficacité de la machine. Nilsson et collab. ont indiqué que l'énergie de séchage minimale nécessaire pour une concentration allant de 50 à 90 p. 100 est de 2,26 GJ/t.a. de papier produit [3]. La consommation de vapeur de séchage, qui est de 3,4 GJ/t.a., équivaut à la vapeur nécessaire pour sécher la feuille à une concentration de 43 p. 100 si l'on suppose l'évaporation de 1,25 kg de vapeur par kg d'eau [11] et des pertes de 10 p. 100 à lamachine à papier en raison du découpage et des casses. Talja et collab. ont mesuré une consommation de vapeur totale de 2,71 GJ/t.a. pour une machine moderne produisant du papier SC [10].

Traitement des effluents

Le système de traitement des effluents comprend une clarification primaire et un traitement de boues activées. Sa consommation d'électricité est de 60 kWh/t.a. [5].

Usine de papier journal intégrée

La consommation énergétique de trois usines de papier journal intégrées modernes est présentée dans le tableau VI. Ces usines fabriquent leur produit à partir de PTM, de PD ou d'une combinaison de 80 p. 100 de PTM + 20 p. 100 de PD. La teneur en fibre recyclée du papier journal produit par les usines de papier journal et de PTM-PD correspond à la teneur moyenne du papier journal produit par les usines décrites dans le Energy Monitoring Report de l'APFC [2].

Les différences de consommation de vapeur et d'électricité entre les trois usines s'expliquent par la quantité d'énergie nécessaire pour la mise en pâte et la récupération de chaleur. La production de PD exige moins d'énergie que la fabrication de la PTM, mais elle ne produit pas de vapeur pouvant être récupérée et utilisée dans la machine à papier. La possibilité de production de vapeur propre par récupération de la chaleur dans l'usine de papier journal avec PTM est supérieure aux besoins de vapeur de la machine à papier, ce qui donne une production de vapeur nette de 1,1 GJ/t.a.

La consommation d'énergie des usines de papier journal avec PTM et des usines de papier journal avec PD selon le tableau VI est semblable à celle qui a été obtenue par Lähepelto dans une étude menée par Jaakko Pöyry [12]. La consommation d'énergie d'une usine moderne de papier journal avec PTM était de -1,33 GJ/t.a. de chaleur et de 2 190 kWh/t.a. d'électricité [12]. La consommation d'électricité varie selon l'énergie spécifique utilisée pour le raffinage de la PTM. La consommation d'énergie signalée pour une usine moderne de papier journal avec PD était de 5,27 GJ/t.a. de chaleur et de 870 kWh/t.a. d'électricité [12].

Le tableau VII présente la consommation d'énergie achetée pour les trois usines de papier journal intégrées modernes. L'usine de papier journal avec PTM n'a pas besoin de produire de la vapeur en brûlant des combustibles fossiles durant le fonctionnement normal de son atelier de PTM en raison de la vapeur excédentaire produite par la récupération de chaleur. Par contre, il lui faut un système de vapeur auxiliaire incluant une chaudière autonome et un accumulateur de vapeur pour produire de la vapeur de procédé lors d'un arrêt de production à l'atelier de PTM[5]. On présume dans le tableau VII qu'une chaudière alimentée au gaz naturel produirait une quantité de vapeur auxiliaire équivalant à 10 p. 100 de la consommation de vapeur de la machine à papier avec une chaudière efficace à 85 p. 100.

L'usine de papier journal avec PD a besoin de vapeur parce qu'elle utilise moins d'énergie pour la mise en pâte et parce qu'elle ne récupère pas de chaleur. La vapeur peut provenir de deux sources. D'une part, l'usine pourrait brûler des combustibles fossiles et des boues pour produire de la vapeur. On présume dans le tableau VII que la vapeur proviendrait d'une chaudière alimentée au gaz naturel et ayant une efficacité de 85 p. 100. D'autre part, un atelier de cogénération faisant appel à une turbine à gaz pourrait produire de la vapeur et de l'électricité. Si l'on présume un rapport énergie-vapeur s'approchant de 1:1, l'atelier de cogénération produirait de l'électricité excédentaire qui pourrait être vendue [13].

L'usine de papier journal avec PTM et PD satisfait la plus grande partie de ses besoins de vapeur grâce à la récupération de chaleur dans des conditions d'exploitation normales. Toutefois, il lui faut également un système de vapeur auxiliaire pour produire de la vapeur de procédé pendant des arrêts de production à l'atelier de PTM. On présume dans le tableau VII qu'une chaudière alimentée au gaz naturel produirait 0,2 GJ/t.a. de vapeur continue et une quantité de vapeur auxiliaire équivalant à 10 p. 100 de la consommation de vapeur de la machine à papier avec une chaudière efficace à 85 p. 100.

On suppose que l'usine de papier journal moderne récupère de la chaleur des raffineurs principaux et des raffineurs de rejets. Certaines usines peuvent décider de ne pas récupérer la vapeur des raffineurs de rejets, ce qui a pour effet d'augmenter la demande de vapeur de la chaudière d'énergie. Cette demande de vapeur serait satisfaite par le brûlage de déchets de bois et de boues. En 1999, les usines canadiennes de papier journal ont produit 3,97 GJ/t.a. de vapeur à partir de déchets de bois et de boues [2]. Donc, cette récupération de chaleur plus faible n'aurait pas nécessairement pour effet de faire grimper la consommation de combustibles fossiles ni les émissions de GES.

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