Projet de génie chimique

PCGC

ALBERICO, David

GRAVEL, Maxime

RENAUD, Pénélope

TUMBA, Nazir

WAFY, Fatouma

Travail en équipe et projet de génie chimique – GCH1140

Rapport final

Travail présenté à

VIDAL David

Département de génie chimique

École Polytechnique de Montréal

 2 décembre 2015

Table des matières

1. INTRODUCTION         

2. REVUE DE LA LITTÉRATURE        

2.1 Matières premières et produits        

2.1.1 Lignine        

2.1.2 Liqueur noire        

2.1.3 Résine phénol-formaldéhyde        

2.2 Procédé général        

2.2.1 Unité d’extraction de la lignine à partir de la liqueur noire        

2.2.1.1 LignoForce        

2.2.1.2 LignoBoost        

2.2.1 Unité de transformation de la lignine en résine        

2.2.1.1 Procédé de modification de la lignine        

2.2.1.1 Procédé de synthèse de résine phénol-formaldéhyde en utilisant de la lignine        

Références        

Liste des figures

Figure 1. Schéma-bloc de l’unité d’extraction de la lignine (LignoBoost)        6

Figure 2. Schéma-bloc du procédé de méthylolation de la lignine        7

Figure 3. Schéma-bloc de l’unité de synthèse de résine phénol-formaldéhyde        8

1. INTRODUCTION

OBJECTIFS GÉNÉRAUX

Notre compagnie a comme mandat de satisfaire son client en proposant des solutions innovantes dans les unités de production de bioraffinerie. Sa stratégie tourne autour de plusieurs objectifs généraux :

• Maximiser la production de pâte Kraft en contournant un pourcentage du courant de liqueur noire, causant ainsi un désengorgement de la chaudière de récupération.
• Produire une résine phénol-formaldéhyde à base de lignine possédant des propriétés mécaniques semblables à celles de la résine PF classique.
• Aider notre client à réduire son empreinte écologique en diminuant sa consommation de phénol, produit provenant d’une ressource non-renouvelable, le pétrole.

2. REVUE DE LA LITTÉRATURE

2.1 Matières premières et produits

La matière première d’une usine de pâte Kraft est le bois qui se retrouve généralement sous la forme de copeaux. Le bois peut être divisé en trois constituants principaux soit la cellulose, les hémicelluloses et la lignine. Chacune de ces composantes joue un rôle précis et différent dans la structure du bois.

2.1.1 Lignine

La lignine se retrouve dans la paroi secondaire des cellules végétales où elle confère une plus grande rigidité au bois. La lignine est présente sous la forme de polymère, non pas linéaire, mais tridimensionnel. De plus, elle permet aux cellules végétales d’être imperméables en raison de son hydrophobicité. Cette hydrophobicité conduit aussi à une bonne circulation de la sève à travers les différents canaux des arbres. On retrouve donc la lignine en plus forte concentration dans les cellules servant au soutien de la plante ainsi que dans celles responsables du transport de l’eau et des minéraux. Dans l’industrie papetière, la lignine induit le jaunissement du papier après une exposition au soleil. Cependant, elle possède des caractéristiques calorifiques qui sont recherchées dans le bois de chauffage. Des recherches sont actuellement en cours pour intégrer la lignine aux biocarburants et afin qu’elle remplace certains dérivés pétroliers (Société Chimique de France, N.D.).

2.1.2 Liqueur noire

La liqueur noire n’est pas une composante du bois, mais plutôt un sous-produit de la transformation du bois en pâte dans le procédé Kraft. Elle est formée lors de la séparation des fibres de celluloses des deux autres composantes principales du bois. Elle est donc constituée d’hémicelluloses et de lignine, mais aussi d’autres résidus chimiques qui ont été nécessaires lors de cette séparation. Traditionnellement, la liqueur noire sert de combustible afin de fournir l’énergie nécessaire à l’usine de pâte et papier et permet l’approvisionnement en liqueur blanche qui est aussi nécessaire au procédé Kraft (Futura-Sciences, N.D.).

2.1.3 Résine phénol-formaldéhyde

Les résines phénoliques (PF), des plastiques de synthèse utilisés à l’échelle industrielle, sont les thermodurcissables les plus répandus. Elles ont été découvertes en 1907 par le chimiste belgo-américain Léo Hendricks Baekeland et présentent un grand nombre d’avantages, tels qu’une excellente résistance à la chaleur, des propriétés auto-extinguibles et non toxiques et une dureté élevée.

2.2 PROCÉDÉ GÉNÉRAL

Un courant de liqueur noire concentré (30 % solide) provenant de la série d’évaporateurs du procédé Kraft est dévié pour alimenter l’unité d’extraction de la lignine. Le débit moyen de liqueur noire disponible entrant dans cette unité est de 4055 tonnes/jour. Le procédé utilisé pour ce projet se divise en deux grandes unités : une unité d’extraction de la lignine à partir de la liqueur noire et une unité de synthèse de résines phénol-formaldéhyde en utilisant de la lignine.

2.2.1 Unité d’extraction de la lignine à partir de la liqueur noire

La littérature concernant l’extraction de la lignine est extrêmement vaste. Depuis le siècle dernier, plusieurs technologies ont été développées pour séparer les différentes composantes de la biomasse. Les trois principaux procédés de mise en pâte sont :

• Chimique (Kraft, bisulfite lignosulfonates, organosolv)
• Thermomécanique
• Désencrage/Recyclage

La méthode Kraft est utilisée par plus de 90 % du marché mondial de l’industrie de mise en pâte. Ce résultat n’est pas étonnant, car le procédé Kraft produit de la pâte de bonne qualité et permet d’extraire de la lignine qui peut ensuite être utilisée comme matière première dans plusieurs produits, tels que les panneaux à lamelles orientées (OSB). Il existe de nombreuses méthodes d’extraction de lignine : la méthode électrotechnique, l’extraction par cation métallique, la précipitation à l’acide et l’acidification au CO2 (Diop, 2014, p. 33). Cette dernière méthode permet d’obtenir un produit d’une valeur supérieure à celles de ses concurrents, les lignosulfonates et les lignines organosolv. Par conséquent, elle a été introduite dans les usines Kraft et a donné naissance à deux procédés : LignoBoost et LignoForce (Bontems, 2014, p. 13).

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