Archivée : Code de pratiques pour la gestion des émissions atmosphériques des installations de pâtes et papiers : résumé : chapitre 3

3 Pratiques recommandées en matière de protection environnementale

• 3.1 Pratiques générales
• 3.2 Installation chimique
  • 3.2.1 Manutention et préparation du bois
  • 3.2.2 Cuisson et délignification
  • 3.2.3 Tamisage et lavage de la pâte écrue
  • 3.2.4 Blanchiment
  • 3.2.5 Séchage
  • 3.2.6 Chaudière de récupération
  • 3.2.7 Four à chaux
  • 3.2.8 Préparation des produits chimiques
  • 3.2.9 Chaudière
• 3.3 Installation mécanique
  • 3.3.1 Manutention et préparation des copeaux
  • 3.3.2 Chauffage des copeaux
  • 3.3.3 Imprégnation
  • 3.3.4 Séparation des fibres
  • 3.3.5 Classage et épuration
  • 3.3.6 Épaississement
  • 3.3.7 Blanchiment
  • 3.3.8 Chaudière

Cette section présente diverses méthodes et mesures pour limiter les émissions atmosphériques de SO₂ et de MPT pour une installation dans le secteur des pâtes et papiers. Elles ne visent pas à empêcher le recours à d'autres technologies et pratiques pouvant assurer une protection équivalente, voire meilleure de l'environnement. L’applicabilité de chaque recommandation doit aussi être évaluée en fonction des conditions et des préoccupations propres à chaque installation.

3.1 Pratiques générales

Dans le contexte du présent Code de pratiques, l'expression « pratiques générales » signifie les activités, les actions, les processus et les procédures qui, au-delà des exigences légales et techniques, contribuent à réduire le plus possible les effets néfastes qu'ont les installations sur le milieu ambiant. De plus, l'élaboration et la mise en œuvre efficaces de telles pratiques faciliteront aussi le travail d'amélioration continue de la performance environnementale globale.

Recommandations :

• Chaque installation devrait établir et maintenir des procédures d’opération et veiller à ce que tous les membres du personnel aient reçu une formation adéquate sur le fonctionnement des équipements qui génèrent des émissions atmosphériques et sur leurs systèmes de contrôle.
  
• Chaque installation devrait élaborer et mettre en œuvre un programme d’entretien et de vérification de l’efficacité des dispositifs de contrôle des émissions comprenant :
  • des procédures documentées pour l’entretien et la vérification;
  • un calendrier d’inspection documenté pour chaque équipement relié aux émissions atmosphériques;
  • des procédures documentées pour la communication des variances à la direction de l’installation.
  
  
• Chaque installation devrait élaborer, mettre en œuvre et maintenir un système de gestion de l'environnement qui soit conforme à une norme nationale reconnue, telle que la norme ISO 14000^{Note de bas de page1}.

3.2 Installation chimique

Le procédé kraft est le plus couramment utilisé dans la fabrication de la pâte chimique. Ce procédé dissout la lignine qui lie les fibres ensemble sous l’action de la liqueur de cuisson (une solution d’hydroxyde de sodium [NaOH] et de sulfure de sodium [Na₂S]) et de la haute température. Une partie de l’hémicellulose est également dissoute durant la cuisson. 

Pour la mise en pâte au sulfite, l'agent de cuisson est une solution qui peut contenir de  l’acide sulfureux (H₂SO₃), des sulfites, des sels de bisulfites au calcium (Ca), magnésium (Mg), sodium (Na) ou d’ammonium (NH₄), selon la base utilisée. La cuisson et la délignification sont réalisées par la sulfonation et les réactions d'hydrolyse qui forment des lignosulfonates solubles.

La pâte à dissoudre peut être produite à partir de pâte kraft ou de pâte au sulfite, en ajoutant une étape pour extraire l’hémicellulose.

Voici une description des principales étapes de la fabrication de la pâte chimique, avec les préoccupations et recommandations associées aux émissions atmosphériques de SO₂ et de MPT.

3.2.1 Manutention et préparation du bois

La fibre est généralement reçue directement sous forme de bois rond, de copeaux ou de sciures comme sous-produits de l’industrie des produits du bois, notamment les scieries.

Lorsque la fibre est reçue sous forme de bois rond, celui-ci contient l’écorce et doit être écorcé avant d’être utilisé dans le procédé de mise en pâte. L’écorce est ensuite acheminée vers une pile et sera par la suite utilisée comme source énergétique. Pour la mise en pâte chimique, la bille de bois sera réduite en copeaux de taille uniforme par un déchiqueteur. Quant aux copeaux, ceux-ci ne contiennent pas d’écorces et peuvent être utilisés après un lavage et un tamisage.

Préoccupation : Aucune préoccupation en lien avec les MPT et le SO₂.

3.2.2 Cuisson et délignification

Les fibres sont libérées de la matrice du bois par la dissolution de la lignine et une partie de l’hémicellulose dans une solution de cuisson qui contient de l’hydroxyde de sodium et du sulfure de sodium (procédé kraft) ou un mélange acide de sels de sulfites et de sulfites (procédé au sulfite). La cuisson peut être effectuée dans des lessiveurs en lot ou en continu.

Préoccupation : Les gaz provenant du lessiveur peuvent contenir des composés de soufre réduit et des composés organiques volatils (COV). Ces gaz peuvent aussi provenir des silos de chauffage des copeaux à la vapeur, de la fosse de soufflage ou du système de récupération de la vapeur. L’étape de cuisson de la pâte n’est pas une source d’émissions de particules significative.

Recommandation :

• Les gaz malodorants des installations de pâtes et papiers peuvent être collectés et traités en fonction de leur concentration et de leur volume. Les méthodes de traitement de ces gaz malodorants sont l'incinération et l'épuration en milieu alcalin.
  
  Il existe plusieurs endroits pour procéder à l'incinération : les fours à chaux, les oxideurs thermiques ou les chaudières de récupération.
  • Lorsqu'on incinère un gaz malodorant à faible volume et haute concentration dans le four à chaux, le soufre est partiellement absorbé par la chaux produite. Les émissions de composés de soufre réduit totaux (SRT) du four sont contrôlées grâce à un réglage efficace des conditions de lavage de la boue de chaux et de la combustion.
  • L'incinération de gaz concentrés malodorants dans un oxideur thermique transforme les émissions de SRT en émissions de SO₂. Cet oxideur thermique devrait donc être équipé d'un épurateur humide avec solution alcaline.
  • L'incinération de gaz concentrés dans la chaudière de récupération fonctionnant avec une teneur élevée en matières sèches dans la liqueur noire se traduit par de plus faibles émissions de soufre, à la fois de SO₂ et de SRT.

3.2.3 Tamisage et lavage de la pâte écrue

À la sortie du lessiveur, la pâte contient les fibres ainsi que de la liqueur résiduelle. Selon le degré de délignification atteint et le type de procédé, près de 50 % du bois est dissous durant le processus de cuisson. La liqueur résiduelle contient des composés inorganiques provenant du bois ainsi qu’une grande proportion de composés organiques. Lors du lavage de la pâte brune, la liqueur résiduelle est enlevée de la pâte et dirigée vers le système de récupération où les agents de cuisson seront récupérés.

Avant d’être acheminée à l’atelier de blanchiment, la pâte brune est tamisée pour enlever les nœuds et les buchettes présentes dans la pâte. Les rejets du tamisage peuvent être remis dans le système de cuisson, brulés dans une chaudière ou envoyés au site d’enfouissement.

Préoccupation : Aucune préoccupation en lien avec les MPT et le SO₂.

3.2.4 Blanchiment

L’objectif du blanchiment est d'éliminer ou d'oxyder la lignine résiduelle et les impuretés de la pâte en vue d’atteindre le niveau de blancheur désiré ainsi que la stabilité de la blancheur, en plus d’obtenir certains paramètres de qualité de propreté et de résistance. Le blanchiment est fait par stage, en utilisant différents produits chimiques comme le dioxyde de chlore, l'oxygène, le peroxyde d’hydrogène et l’hydroxyde de sodium, selon le procédé utilisé et les caractéristiques de pâte visées.

Préoccupation : Aucune préoccupation en lien avec les MPT et le SO₂.

3.2.5 Séchage

Dans le cas d’une usine de pâtes et papiers intégrée, la pâte blanchie est acheminée à l’état humide à une consistance de 3-4 % vers l’atelier de préparation de la pâte en vue de la fabrication du papier.

Dans les installations non intégrées, c’est-à-dire qui n'utilisent pas la pâte pour fabriquer du papier sur le même site, la pâte est conditionnée pour en faciliter la manutention. La pâte est préalablement pressée, elle subit ensuite un pressage, puis elle est séchée pour obtenir la siccité voulue. Finalement, la pâte est découpée en feuilles et des ballots sont formés en vue de l’expédition.

Préoccupation : Aucune préoccupation en lien avec les MPT et le SO₂.

3.2.6  Chaudière de récupération

Les principaux objectifs de la chaudière de récupération est d’initier la récupération des éléments inorganiques de la liqueur de cuisson présent dans la liqueur noire et de brûler la matière organique de la liqueur noire pour produire un partie importante de l’énergie (vapeur) requise par le procédé.

Préoccupation : La chaudière de récupération est une source importante d'émissions dans l'atmosphère de MPT et de SO₂. Une autre source importante d’émissions particulaires et de SRT est l’évent du réservoir de dissolution. 

Recommandations : 

• Les émissions de SRT de la chaudière de récupération peuvent être réduites par un contrôle efficace de la combustion. Le suivi du monoxyde de carbone (CO) peut servir à évaluer l’efficacité de la combustion.
  
• Les émissions de SO₂ de la chaudière de récupération peuvent être limitées en brûlant la liqueur noire à forte teneur en matières solides sèches. L’augmentation de la teneur en solides secs de la liqueur noire permet de réduire les émissions de soufre provenant de la chaudière de récupération, car une quantité plus élevée de sodium est vaporisée et réagit avec le soufre. L’augmentation de la teneur en solides secs de la liqueur noire augmente la génération d’énergie dans la chaudière de récupération ainsi que la capacité de celle-ci, mais pourrait faire augmenter les émissions d’oxydes d'azote (NO_x) de la chaudière de récupération.
  
• L'installation d'un épurateur à voie humide avec solution alcaline pour les gaz de combustion de la chaudière de récupération devrait se faire de préférence en même temps que l’installation d’une nouvelle chaudière, bien qu'il soit également possible, à un coût souvent plus élevé, d'équiper des chaudières existantes avec des épurateurs. Les chaudières de récupération qui brûlent de la liqueur noire à forte teneur en solides secs donnent lieu à une faible mais variable émission de soufre. Ceci peut rendre le contrôle du SO₂ (même avec un épurateur avec solution alcaline) peu efficace, ce qui peut rendre cette option moins intéressante.
  
• Les émissions de poussière de la chaudière de récupération peuvent être réduites à l'aide de précipitateurs électrostatiques efficaces.
  
• Les émissions de soufre de la chaudière de récupération peuvent être réduites en contrôlant les paramètres du processus de combustion, en particulier la température, l’alimentation en air, la distribution de la liqueur noire dans la chaudière et le chargement de la chaudière.
  
• Les émissions de SRT provenant de l’évent du réservoir de dissolution peuvent être réduites à l’aide d’un épurateur à voie humide. Une solution alcaline contenant de l’hydroxyde de sodium permet d’enlever une partie des SRT, et l’action mécanique dans l’épurateur enlève les particules. Les MPT peuvent aussi être controlées à l’aide d’épurateur venturi humide suivi d’un éliminateur de gouttelettes.

3.2.7 Four à chaux

Cet équipement fait partie de la boucle de régénération de la liqueur de cuisson, en transformant le carbonate de calcium (CaCO₃) en chaux (CaO) et dioxyde de carbone (CO₂). Il consomme généralement du gaz naturel ou des combustibles fossiles pour fournir la chaleur à cette réaction.

Préoccupation : Selon les combustibles utilisés, le four à chaux peut être une source importante d'émissions dans l'atmosphère de SO₂ et de MPT. Les combustibles typiques sont le mazout et le gaz naturel.

Recommandations : 

• Les émissions de SO₂ du four à chaux peuvent être réduites en utilisant des combustibles à faible teneur en soufre. Pour minimiser la formation de SO₂, on peut soit réduire l’apport de soufre (combustible à basse teneur en soufre), soit - s'il s'agit de brûler les gaz non condensables malodorants- éliminer les composés acides de soufre contenus dans ces gaz par lavage avant leur incinération dans le four à chaux.
  
• Les émissions de poussière du four à chaux peuvent être réduites à l'aide d’un précipitateur électrostatique ou d’un épurateur à voie humide. Le four à chaux avec un épurateur à voie humide pour le contrôle des MPT peut obtenir une réduction supplémentaire des SO₂ en utilisant une solution alcaline.

3.2.8 Préparation des produits chimiques

Les agents chimiques de blanchiment principalement utilisés dans le procédé kraft sont le dioxyde de chlore, l’ozone, l’oxygène et le peroxyde.

Plusieurs techniques existent pour fabriquer du dioxyde de chlore. Généralement au Canada, celui-ci est obtenu à partir du chlorate de sodium. Pour transformer l’ion chlorate en dioxyde de chlore, on a recours à un agent réducteur comme l'ion chlorure, le peroxyde d'hydrogène, le bioxyde de soufre et le méthanol.

En ce qui concerne l’ozone, celui-ci devrait être produit sur le site étant donné son instabilité. Il est fabriqué à partir d’oxygène qui est introduit entre deux électrodes où une tension élevée est appliquée.

Préoccupation : Aucune préoccupation en lien avec les MPT et le SO₂.

3.2.9 Chaudière

La chaudière est composée d’une chambre de combustion qui a pour usage de capturer l’énergie thermique de combustion d’un combustible et de la transférer à un fluide caloporteur (tel que de l’eau ou de l’huile). L’énergie sert typiquement à produire de la vapeur, qui est utilisée pour la production d’électricité et le chauffage du procédé.

Contrairement à la chaudière de récupération, la liqueur noire n’y est pas brûlée. Deux principaux types de chaudières sont généralement utilisés :

1. Chaudière à combustibles fossiles
2. Chaudière à biocombustibles

La chaudière à combustibles fossiles utilise comme combustible le gaz naturel, le mazout ou une combinaison de ceux-ci.

La chaudière à biocombustibles peut utiliser de nombreux types de combustibles, tels que les résidus de bois, les écorces ou les biosolides provenant du traitement des effluents.

Préoccupation : Selon les combustibles utilisés, la chaudière peut être une source importante d'émissions dans l'atmosphère de SO₂ et de MPT.

Recommandations : 

• Les émissions peuvent être limitées en équilibrant la cogénération de chaleur et d'énergie selon la demande pour celles-ci.
  
• Les émissions de poussière peuvent être réduites en utilisant un précipitateur électrostatique ou des filtres à manches efficaces.
  
• Les émissions de SO₂ de la chaudière peuvent être réduites en utilisant un combustible à faible teneur en soufre ou en brûlant de la biomasse. Durant la co-combustion avec la biomasse, une fraction significative du SO₂ formé par la combustion est capturé par la cendre de bois.
  
• Les émissions de SO₂ de la chaudière à biocombustibles peuvent être réduites en installant un épurateur à voie humide.

3.3 Installation mécanique

Les procédés de mise en pâte mécanique et chimico-mécanique requièrent une action mécanique tout en faisant peu ou pas appel aux produits chimiques pour la séparation des fibres. Dans le cas du procédé chimico-mécanique, les copeaux sont légèrement traités chimiquement avant le raffinage.

Il existe plusieurs procédés pour produire de la pâte mécanique, dépendamment de la présence ou non de traitement chimique, du type de procédé de séparation des fibres et de la pression à laquelle elle s’effectue, tels que :

• Procédé à meule avec ou sans pression (SGW ou PGW) : les billes de bois écorcées sont défibrées sur une meule abrasive;
• Raffinage à pression atmosphérique (RMP) : les copeaux sont défibrés entre deux disques rotatifs;
• Raffinage sous pression (PRMP) : les copeaux sont défibrés entre deux disques rotatifs, sous pression;
• Pâte thermomécanique (PTM) : les copeaux sont préchauffés à la vapeur puis défibrés entre deux disques rotatifs, généralement sous pression;
• Pâte chimico-mécanique (CMP) : les copeaux sont imprégnés avec un produit chimique (sulfite de sodium [Na₂SO₃], hydroxyde de sodium [NaOH], carbonate de sodium [Na₂CO₃]) puis défibrés avec un des procédés de raffinage;
• Remise en pâte : la pâte séchée est mouillée et brassée à l’aide d’un agitateur mécanique, jusqu’à ce que la séparation des fibres et la consistance désirée soient obtenues.

Voici une description des principales étapes de la fabrication de la pâte mécanique, avec les préoccupations et recommandations associées aux émissions atmosphériques de SO₂ et de MPT.

3.3.1 Manutention et préparation des copeaux

La fibre est généralement reçue sous forme de copeaux, un sous-produit de l’industrie des produits du bois, notamment les scieries. Un tamisage est effectué pour retirer les copeaux trop gros et les sciures. Les gros copeaux peuvent être recoupés pour atteindre la dimension voulue. Les copeaux tamisés sont ensuite lavés afin d’éliminer tout débris qui pourrait abimer les raffineurs.

Préoccupation : Aucune préoccupation en lien avec les MPT et le SO₂.

3.3.2 Chauffage des copeaux

Dans le procédé de PTM, les copeaux sont chauffés à la vapeur sous une pression pendant quelques minutes avant le raffinage.

Préoccupation : Aucune préoccupation en lien avec les MPT et le SO₂.

3.3.3 Imprégnation

Cette étape est surtout utilisée dans le procédé chimico-mécanique. Les copeaux sont imprégnés avec un produit chimique (Na₂SO₃, NaOH, Na₂CO₃) avant d’être raffinés avec un des procédés de pâte mécanique.

Préoccupation : Aucune préoccupation en lien avec les MPT et le SO₂.

3.3.4 Séparation des fibres

Dans le procédé de pâte de meule, les billes de bois écorcées sont mises en contact avec une meule abrasive.
Dans le procédé de raffinage, les copeaux et de l’eau sont conduits entre deux disques rotatifs, espacés d’un millimètre ou moins. À la surface de chaque disque, des fentes et des barres font subir aux copeaux des compressions et du cisaillement afin de les défibrer. Une partie de l’énergie utilisée par le raffineur transforme l’eau en vapeur.

Préoccupation : Dans le procédé de raffinage, la vapeur produite entraine des polluants, notamment des matières particulaires.

Recommandation :

• Un épurateur sur la vapeur sale produite ou un système de récupération de vapeur réduit grandement les MPT émises, en plus d’améliorer l’efficacité énergétique de l’installation.

3.3.5 Classage et épuration

La pâte est épurée au moyen de classeurs sous pression et d'hydrocyclones. Le classage est effectué à l'aide de paniers percés de trous ou de fentes. On utilise les hydrocyclones en complément des classeurs. Les rejets sont envoyés au stade suivant dans un arrangement en cascades, ou au raffinage des rejets.

Préoccupation : Aucune préoccupation en lien avec les MPT et le SO₂.

3.3.6 Épaississement

L’épaississement de la pâte finale se fait à l’aide d’un filtre à disque ou d’une presse à vis. Cette étape est importante pour éliminer une partie des matières dissoutes présentes dans l’eau qui pourraient affecter la machine à papier, et pour maximiser la capacité du réservoir de stockage de pâte.

Préoccupation : Aucune préoccupation en lien avec les MPT et le SO₂.

3.3.7 Blanchiment

Le blanchiment de la pâte mécanique se fait généralement avec du peroxyde d’hydrogène ou de l’hydrosulfite de sodium. Un ou deux stages de blanchiment peuvent être utilisés, selon la brillance visée.

Préoccupation : Aucune préoccupation en lien avec les MPT et le SO₂.

3.3.8 Chaudière

Les chaudières fournissent l’énergie nécessaire au procédé. Les mêmes préoccupations et recommandations que pour la chaudière du procédé de pâte chimique s’appliquent (section 3.2.9).