Code de pratiques pour la gestion des émissions atmosphériques des installations de pâtes et papiers : chapitre 3
3 Pratiques recommandées en matière de protection environnementale
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 environnementale équivalente ou supérieur. 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 émissions des installations. De plus, l’élaboration et la mise en œuvre efficace 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 documenté d’entretien et de vérification de l’efficacité des dispositifs de contrôle des émissions comprenant :
- des procédures pour l’entretien et la vérification;
- un calendrier d’inspection pour chaque équipement relié aux émissions atmosphériques;
- des procédures 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 de l’Organisation internationale de normalisation (ISO).
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 à haute température.
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 Gaz non condensables à BVHC et HVBC
Dans les installations chimiques, les émissions de composés sulfuriques gazeux provenant des procédés de production sont générées à partir de multiples emplacements dans les zones de mise en pâte et de récupération des produits chimiques. Il peut s'agir de gaz non condensables (GNC) à bas volume et haute concentration (BVHC) ou de gaz non condensables à haut volume et basse concentration (HVBC). Voir les définitions.
Préoccupation : Sources de SO2
Recommandations :
- La collecte et le traitement de ces gaz sont bénéfiques car ils réduisent les rejets de gaz odorants dans l'atmosphère et permettent une certaine récupération d'énergie et de produits chimiques.
- La combustion oxyde les gaz SRT en SO2 pendant l'incinération. Les gaz HVBC et BVHC peuvent être traités pour réduire les composés de soufres qu'ils contiennent avant leur incinération, et/ou les émissions provenant de la combustion peuvent être traitées dans un épurateur humide en utilisant un alcali dans la solution de lavage. Les gaz HVBC et BVHC peuvent être collectés dans un système séparé.
3.2.2 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 et les billes de bois sont réduites en copeaux.
Préoccupation : Aucune préoccupation en lien avec les MPT et le SO2.
3.2.3 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 par procédé en lot ou en continu.
Préoccupation :
Le processus du lessiveur, qui comprend des vaisseaux de pré-traitement à la vapeur des copeaux de bois, des réservoirs de soufflage et des condenseurs de décharge de la vapeur, génère un mélange de gaz contenant du soufre.
Les gaz non condensables provenant de la zone du lessiveur contiennent des niveaux élevés de SRT. Les composés de soufres réduits sont transformés en SO2 si ces gaz sont brûlés dans des fours à chaux, des chaudières, des chaudières de récupération ou des oxydateurs thermiques autonomes. La combustion est une pratique couramment utilisée pour éliminer les GNC.
Recommandations :
Les fours à chaux, les chaudières et les oxydateurs thermiques sont généralement utilisés pour brûler les gaz à BVHC, tandis que les gaz à HVBC peuvent être brûlés dans les chaudières et les chaudières de récupération étant donné que ces unités peuvent traiter des volumes de gaz plus large. À condition que les émissions de SO2 associées soient relativement stables, elles peuvent être réduites en installant un épurateur humide utilisant un alcali dans la solution de lavage.
3.2.4 Tamisage et lavage de la pâte écrue
À la sortie du lessiveur, la pâte contient les fibres du bois 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 organiques et inorganiques provenant du bois. 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.
La pâte brune est ensuite tamisée pour enlever les nœuds et les buchettes présentes dans la pâte. Les rejets du tamisage et de l’enlèvement des nœuds peuvent être remis dans le système de cuisson, brûlés dans une chaudière ou envoyés au site d’enfouissement.
Préoccupation : Aucune préoccupation en lien avec les MPT. Les piles laveuses de pâte brune produisent des gaz qui proviennent de la liqueur résiduelle. Ces gaz sont une source d’odeur provenant du sulfure réduit total et du SO2.
Recommandation :
Afin de réduire les émissions de SO2 des évents de lavage de la pâte, les émissions des évents peuvent être collectés et envoyés au système de collecte des gaz non condensable à HVBC. Voir section 3.2.1.
3.2.5 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 étapes, 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.
3.2.6 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 essorée, 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.
3.2.7 Concentration de la liqueur de cuisson résiduaire
La liqueur résiduaire faible (10-20% de solides) est concentrée dans l'évaporateur avant la combustion dans la chaudière de récupération chimique. La concentration de la liqueur résiduaire est habituellement obtenue en utilisant des évaporateurs à effets multiples chauffés à la vapeur et des concentrateurs chauffés indirectement. Les gaz libérés par les évaporateurs à effets multiples sont principalement constitués de SRT et de COV.
Préoccupations : Ces gaz sont généralement collectés dans le système HVBC et brûlés, ce qui entraîne des émissions de SO2.
Recommandations : Voir la section 3.2.1
3.2.8 Chaudière de récupération
Les objectifs principaux de la chaudière de récupération sont d’initier la récupération des éléments inorganiques de la liqueur de cuisson présents dans la liqueur résiduelle et de brûler la matière organique de la liqueur de cuisson pour produire une partie importante de l’énergie (vapeur) requise par le procédé.
Préoccupation : La chaudière de récupération est une source importante d’émissions atmosphériques de MPT et de SO2.
Recommandations :
- Les émissions de MPT de la chaudière de récupération peuvent être réduites à l’aide de précipitateurs électrostatiques.
- Un épurateur humide avec une solution alcaline peut être utilisé sur une chaudière de récupération pour réduire les émissions de soufre. Étant donné la variabilité de la concentration en SO2 des émissions de la chaudière de récupération, le rendement d’élimination peut varier mais il est typiquement supérieur à 90 %.
- Afin de réduire les émissions de SO2 provenant de la combustion des gaz collectés, ces gaz peuvent être traités par un épurateur humide avec une solution alcaline avant d’être acheminés à la chaudière de récupération.
- Les émissions de SO2 de la chaudière de récupération d’une installation kraft, peuvent être limitées en brûlant la liqueur résiduelle à forte teneur en matières solides sèches.
- L’augmentation de la teneur en solides secs de la liqueur résiduelle 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. La liqueur résiduelle des procédés Kraft modernes peut avoir une teneur en solides secs supérieure à 80 %. Toutefois, cette mesure pourrait faire augmenter les émissions de MPT et d’oxydes d’azote (NOx) de la chaudière de récupération si des mesures d’atténuation ne sont pas mises en œuvre.
- 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 résiduelle dans la chaudière et le chargement de la chaudière. En général, les émissions de soufre (en tant que SO2) provenant des chaudières de récupération de procédé kraft peuvent être réduites en créant des conditions pour que la zone inférieure du four soit plus chaude. Ces conditions favorisent une volatilisation plus importante de composés de sodium à partir du carbonisat fondu formé dans le lit de charbon et dans les gouttelettes de liqueur qui tombent. Les composés de sodium réagissent ensuite avec le SO2 pour former des sulfates de sodium ce qui réduit les émissions de SO2.
- En ce qui concerne les installations utilisant le procédé au sulfite, les émissions de soufre peuvent être traitées en installant une série d’épurateurs et de laveurs utilisant une solution alcaline. Pendant les cycles de nettoyage des épurateurs et des lessiveurs, les émissions doivent être traitées par les autres épurateurs ou lessiveurs fonctionnels.
- La configuration et l’opération des équipements de contrôle des émissions comme les cyclones multiples, les précipitateurs électrostatiques ou les épurateurs à stade multiples est spécifiques à l’installation.
3.2.9 Réservoir de dissolution
Le réservoir de dissolution reçoit les résidus provenant de la chaudière de récupération. Le réservoir de dissolution évacue des gaz contenant des quantités élevées de SRT et de particules. Le réservoir de dissolution génère des niveaux d’émissions de SO2 plus faibles. Les gaz d’évacuation ont une forte teneur en humidité. Les résidus fondues de la chaudière de récupération sont drainés dans le réservoir de dissolution où ils sont dilués avec de la liqueur faible pour former de la liqueur verte. Le réservoir de dissolution n’est pas une source importante de SO2 mais l’humidité du réservoir contient des SRT et des MPT.
Préoccupation : Le réservoir de dissolution évacue une quantité importante de matières particulaires et d’émissions de SRT. L’évent des gaz du réservoir de dissolution est habituellement collecté avec les gaz à BVHC pour être brûlé. La combustion des émissions de SRT concentrées transforme le soufre réduit en SO2.
Recommandations :
- Les émissions gazeuses provenant du réservoir de dissolution peuvent être réduites par traitement dans un épurateur humide en utilisant une solution alcaline telle que la liqueur faible.
- Les émissions de particules provenant du réservoir de dissolution peuvent également être traitées dans un épurateur par voie humide, puis un éliminateur de brouillard pour éliminer les gouttelettes entraînées.
- L'incinération des gaz d’évacuation peut se faire dans des fours à chaux, des oxydateurs thermiques, des chaudières ou dans des chaudières de récupération construites plus récemment ou modifiées pour l'incinération des gaz d’évacuation des réservoirs de dissolution.
- Les gaz du réservoir de dissolution qui doivent être incinérés dans une chaudière de récupération doivent d'abord être conditionnés en les faisant passer à travers un condenseur à contact direct, un éliminateur de brouillard et un réchauffeur. Avec cette approche, la chaudière de récupération est l'unité qui traite finalement la charge de MPT, de SRT et de SO2 provenant du réservoir de dissolution.
3.2.10 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. Les gaz sortant du four sont chargés de matière particulaire (poussière de chaux) et peuvent aussi contenir des composés de sulfure provenant de l’entrainement de liqueur dans la boue de chaux. Les fours à chaux peuvent aussi servir à incinérer les gaz non condensables à BVHC et à HVBC ce qui oxyde les composés odorant de SRT en SO2.
Les émissions de MPT dépendent principalement du type de carburant, de la technologie de combustion et du dispositif antipollution, tandis que les émissions de SO2 dépendent principalement de la teneur en soufre du carburant (p. ex., mazout, coke de pétrole, GNC ou DGDE) et à l’occasion des contrôles post combustion (p. ex. désulfuration). Une partie relativement plus faible du soufre provient de la boue de chaux.
Préoccupation :
Le MPT et le SO2 sont des émissions importantes des fours à chaux
- une grande partie du soufre entrant dans le four avec le combustible est oxydée en SO2 dans des conditions normales; et
- des niveaux élevés de particules sont captés par les gaz de combustion lorsqu'ils traversent le four.
- Pour la réduction des émissions de SO2 provenant des fours à chaux, les épurateurs par voie humide avec des solutions alcalines peuvent être une solution possible. Lorsque les combustibles contenant du soufre sont incinérés dans un four à chaux, une partie du soufre peut être absorbée par le produit jusqu'à un certain niveau total de soufre. Au-delà de ce point, les émissions de SO2 peuvent être réduites en limitant la quantité totale de soufre entrant dans le four via les combustibles et les gaz non condensables, y compris les bas volumes et hautes concentrations (BVHC) et les gaz dégagés par le dispositif de stripage (GDS).
- Lors de la combustion de BVHC ou du GDS dans le four à chaux, les installations pourraient utiliser un épurateur humide pour réduire les composés de soufres contenus dans ces gaz avant l'incinération.
- Avec un lavage et une filtration efficaces de boue, le soufre soluble dans la boue peut être réduit avant d'entrer dans le four à chaux, réduisant ainsi la quantité de soufre qui est oxydée en SO2 pendant l'incinération.
Pour réduire les émissions de MPT, les précipitateurs électrostatiques ou les filtres à sac peuvent être utilisés comme contrôles.
3.2.11 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.
3.2.12 Chaudières
Les chaudières servent typiquement à produire de la vapeur, qui est utilisée à différentes fins, comme la production d’électricité et le chauffage du procédé. Les chaudières peuvent utiliser un seul type de carburant (p. ex., gazeux), ou plusieurs carburants simultanément ou en alternance (p. ex., biomasse et mazout lourd). La combustion de combustibles solides, tels que la biomasse, génère des émissions chargées de particules. La combustion de combustibles fossiles contenant du soufre ou la combustion de gaz non condensables à BVHC ou à HVBC peuvent mener à la génération de SO2.
Préoccupation : Les chaudières peuvent être utilisées pour brûler plusieurs types de combustibles et de déchets qui peuvent transporter divers polluants. La chaudière peut être une source importante d’émissions de SO2 et de MPT dans l’atmosphère.
Recommandations :
- Les émissions de poussière peuvent être réduites en utilisant un précipitateur électrostatique ou des filtres à manches efficaces. Les précipitateurs électrostatiques et les filtres à manches peuvent être des dispositifs d’élimination de particules hautement efficaces avec une efficacité de conception supérieure à 99 %.
- Les émissions de SO2 peuvent être réduites en utilisant un combustible à faible teneur en soufre ou en installant un épurateur à voie humide avec une solution alcaline.
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 :
- la mise en pâte mécanique de défibreur (PMD – sans pression) ou la mise en pâte mécanique sous pression (PMSP) : les billes de bois écorcées sont défibrées sur une meule abrasive.
- mise en pâte mécanique de raffineur à pression atmosphérique (PMR) : les copeaux sont défibrés entre deux disques rotatifs.
- mise en pâte mécanique de raffineur sous pression (PMRSP) : 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 (re-trituration): 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 défibreur, 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 entraîne des polluants, notamment des matières particulaires.
Recommandation :
Un épurateur sur la vapeur contaminée 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 nettoyée au moyen de classeurs sous pression et d’épurateurs centrifuges. Le classage est effectué à l’aide de paniers percés de trous ou de fentes. 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 chimique s’appliquent (section 3.2.12).
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