USINE MODÈLE DE PÂTE KRAFT COMMERCIALE

L'usine modèle de pâte kraft commerciale produit de la pâte entièrement blanchie à partir de copeaux de bois transportés des scieries environnantes. Ses opérations ont un rendement énergétique optimal selon ce qui est techniquement réalisable. La chaudière utilise des déchets de bois, et des turbines à vapeur à condensation-extraction servent à produire de l'électricité. L'effluent liquide total émanant de l'usine serait d'environ 35 m³ de tonnes séchées à l'air (t.a.).

La consommation d'énergie de l'usine modèle est décrite dans le tableau I; sa production d'énergie est présentée dans le tableau II. Enfin, sa consommation d'énergie achetée figure au tableau III. La conception de son procédé est décrite en détail ci-dessous.

Transport des copeaux

On présume que les copeaux sont achetés de scieries. Les copeaux de bois sont transportés par des convoyeurs à courroie entre l'aire d'entreposage et les réservoirs de pré-étuvage. On se sert de la chaleur des réservoirs de liqueur noire pour préchauffer les copeaux dans ce réservoir, de sorte qu'on n'a pas besoin de vapeur vive. Les besoins d'électricité pour les opérations de transport sont évalués à 20 kWh/t.a. [3].

Lessiveur

Une usine moderne de pâte kraft utiliserait un procédé de cuisson continue dans un lessiveur Kamyr. L'indice kappa visé (pour les résineux) serait de 30 afin de préserver le rendement du bois. Ce procédé nécessiterait 1,7 GJ/t.a. de vapeur vive [3] et 40 kWh/t.a. d'électricité [3].

Lavage et classage

L'usine a recours à des laveurs hautement efficaces, comme des filtres pressurisés, pour le lavage de la pâte écrue. La concentration de la pâte à l'admission de ces laveurs est d'environ 4 p. 100, soit plus du double de celle d'une pile laveuse classique, réduisant par le fait même la quantité de liquide de dilution à pomper. Toutefois, le souffleur nécessaire pour mettre le laveur sous pression consomme ces économies d'électricité. Il en résulte un meilleur lavage pour à peu près la même consommation d'énergie. L'atelier de classage est fermé et le classage s'effectue à une concentration de 5 p. 100. La concentration plus élevée réduit les besoins de pompage. Le condensat des évaporateurs de liqueur noire sert d'eau de lavage. On n'utilise pas de vapeur vive pour le lavage et le classage. Les besoins d'électricité sont évalués à 30 kWh/t.a. [3].

Délignification à l'oxygène

La délignification à l'oxygène sert à délignifier la pâte davantage avant son blanchiment. On obtient une délignification à environ 60 p. 100 en deux stades. L'oxygène est acheté d'un fournisseur externe. Il faut deux stades de lavage après la délignification à l'oxygène, ce qui exige des presses à rouleaux jumelés. La vapeur vive requise pour chauffer les stades à l'oxygène serait de 0,5 GJ/t.a. [3] et ce processus exigerait 75 kWh/t.a. d'électricité.

Blanchiment

Une usine moderne peut obtenir de la pâte entièrement blanchie dans un atelier de blanchiment ECF à quatre stades selon la séquence D_oE_oD_ND. Des filtres pressurisés hautement efficaces servent au lavage entre les stades de blanchiment. Tous les stades s'effectuent à concentration moyenne afin de réduire les besoins de pompage. Le stade D_o s'effectue à 60 °C avec du ClO₂ à 0,96 p. 100; le stade E_o, à 90 °C avec du NaOH à 1,5 p. 100; le stade D_N, à 70 °C avec du ClO ₂ à 0,75 p. 100; puis le stade D, à 70 °C avec du ClO₂ à 0,20 p. 100.

Tout le ClO₂ est produit sur place à partir de chlorate de sodium et au moyen du procédé R10. On achète le NaOH. Les besoins de vapeur pour la production de ClO₂ sont de 0,2 GJ/t.a. [4]. Les besoins de vapeur pour le chauffage pendant le reste du blanchiment s'élèvent à environ 2,1 GJ/t.a. L'atelier de blanchiment consommerait 100 kWh/t.a. d'électricité.

Machine à pâte

Une section des presses comportant une double toile sert à obtenir une concentration de 50 p. 100 à l'entrée de la sécherie de la machine. Cet équipement a permis de réduire la consommation de vapeur à 2,3 GJ/t.a. dans une usine [3]. La consommation d'électricité de cette installation était de 141 kWh/t.a. [3].

Évaporation de la liqueur noire

La liqueur noire faible renferme au départ 15 p. 100 de solides, et elle est ensuite évaporée à 78 p. 100 de solides dans un système d'évaporateurs à sept effets relié à un superconcentrateur intégré. L'économie de vapeur est évaluée à 6,0 kg d'eau par kg de vapeur selon cet arrangement. La liqueur noire contient 1,6 kg de solides par kg de pâte. Les besoins de vapeur pour les évaporateurs sont estimés à 3,1 GJ/t.a. Les évaporateurs consommeraient 30 kWh/t.a. [3] d'électricité.

Centrale thermique

L'usine utiliserait une chaudière de récupération à forte teneur en solides pour obtenir une efficacité chaleur-vapeur de 75 p. 100. La valeur calorifique de la liqueur noire serait d'environ 6 250 Btu/lb de solides (21,0 GJ/t.a. de pâte). L'air de la chaudière est chauffé à 150 °C au moyen de vapeur, et les souffleurs de suie, dont l'utilisation est limitée au minimum, consomment 0,9 GJ/t.a. de vapeur. L'usine récupère 70 p. 100 du condensat de vapeur et la consommation énergétique du désaérateur est de 1,0 GJ/t.a. Des turbines à vapeur à condensation-extraction servent à produire de l'électricité avec un rapport énergie-chaleur de 100 kWh/GJ. La chaudière d'énergie de l'usine brûle des déchets de bois et atteint une efficacité chaleur-vapeur de 70 p. 100. L'usine produit 15,8 GJ/t.a. dans la chaudière de récupération afin de satisfaire aux besoins de chaleur du procédé et aux besoins de production d'électricité. Une turbine à contrepression génère 520 kWh/t.a., tandis que l'excédent de vapeur à haute pression génère 135 kWh/t.a. au moyen d'une turbine à condensation. Le total d'électricité généré par l'usine est donc de 655 kWh/t.a. La centrale thermique consomme environ 60 kWh/t.a. [3] d'électricité parasite.

Four à chaux et caustification

Le four a recours à des séchoirs-éclair et des refroidisseurs pour minimiser la consommation d'énergie. On se sert de gaz naturel pour obtenir les 1,2 GJ/t.a. d'énergie calorifique dont on a besoin. Les filtres pressurisés servent à séparer les solides des liqueurs de procédé. Les besoins d'électricité sont de 50 kWh/t.a. [3].

Système d'eau chaude

On produit de l'eau tiède (50 °C) en récupérant la chaleur des condenseurs des évaporateurs. L'eau chaude (70 °C) provient de la récupération de la chaleur du condenseur à surface du lessiveur, du refroidissement par décharge à froid de la liqueur et du refroidissement de la liqueur noire. L'eau chaude utilisée dans la machine à pâte est produite par la récupération de la chaleur de la sécherie. Les besoins d'électricité sont de 32 kWh/t.a.

Traitement des eaux usées

On traite l'effluent de l'usine au moyen d'un clarificateur primaire et d'une lagune secondaire à boues activées. L'effluent total de l'usine est de 35m3/t.a. Il faut une tour de refroidissement pour éliminer la chaleur excédentaire du procédé. Les besoins d'électricité sont de 30 kWh/t.a. pour l'aération et le pompage.

Divers

Cette section comprend le chauffage, la ventilation et la climatisation, l'éclairage, les services de bureau, etc. Aucune vapeur vive n'est requise. Les besoins d'électricité s'élèvent à environ 30 kWh/t.a.

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