Biomass Gasification Integrated into a Reference Canadian Kraft Mill

L'intégration de la bioraffinerie forestière dans l'industrie des pâtes et papiers crée une augmentation de la demande d'énergie. Comme l'industrie des pâtes et papiers est un des plus gros consommateurs de biomasse ligneuse au Canada, les déchets (écorces, liqueur noire, etc.) de cette industrie peuvent être utilisés pour répondre à la demande énergétique des usines de pâtes et papiers. Les ressources en biomasse peuvent également être utilisées pour produire des biocarburants, de l'électricité et des produits chimiques de spécialité. Le processus de gazéification est la méthode la plus efficace pour utiliser le potentiel énergétique de la biomasse. Dans cette étude, un bilan de masse et d'énergie ainsi qu'une analyse économique et environnementale d'un procédé de gazéification intégré à une usine Kraft de référence ont été réalisé. Pour ce faire, un modèle d'un procédé de gazéification comprenant une unité de séchage de la biomasse, une unité de gazéification ainsi que des unités de nettoyage des gaz a été simulé sur MATLAB puis sur Aspen Plus. Ce modèle a par la suite été lié à une simulation d'une usine Kraft de référence développée sur la plateforme CADSIM Plus. Un modèle thermodynamique d'équilibres modifiés pour le gazéificateur de biomasse a été développé afin d'améliorer la précision de la modélisation en équilibre. Le modèle a été évalué en utilisant aussi bien des données commerciales que des données provenant de la littérature. Deux études de cas pour la gazéification de la biomasse intégrée à usine Kraft de référence ont été évaluées. La comparaison des données du modèle d'équilibre avec les données expérimentales disponibles à partir de circuler gazogènes de biomasse à lit fluidisé a indiqué que le modèle d'équilibre nettement sous-estimer le rendement en méthane. Dans le modèle modifié, un modèle de dégazage est utilisé pour modérer l'écart du méthane basé sur la reconnaissance du fait que le méthane qui est initialement généré dans le processus de dégazage de la biomasse, ne pas réformer par des réactions de gazéification. Un modèle de dévolatilisation générale semi-empirique est appliqué pour prédire la composition des gaz volatils. Deux coefficients empiriques sont calculés à partir des données empiriques disponibles pour des expériences de dégazage de la biomasse. Les atomes correspondants de carbone et d'hydrogène à partir du méthane rendement prédite par le modèle de dévolatilisation sont éliminés du courant d'entrée gazéificateur. Le modèle modifié donne une meilleure estimation de la composition du gaz de synthèse à partir d'un air soufflé gazéifier de biomasse à lit fluidisé circulant en comparaison avec les données d'équilibre et deux données d'équilibre modifiés sont tirés de la littérature. Dans le IV premier cas, le produit issu de la gazéification de la biomasse est utilisé pour substituer le carburant fossile utilisé dans le four à chaux. Dans le second cas, la gazéification de la biomasse a été intégrée à un cycle combiné (cogénération). La faisabilité technique de ces deux scénarios a été démontrée. Une analyse économique pour les deux scénarios tenant compte du coût total en capital, des coûts d'exploitation et des recettes et considérant également la réduction des taxes sur les émissions de CO2 a été réalisée.