Technologies de gestion du carbone – Systèmes avancés de combustion et d'énergie (TGC-SACE)

Aperçu du projet

Ce projet a pour but de poursuivre le développement et la démonstration de technologies brevetées en interne dans des secteurs industriels clés tels que la fabrication de chaux et de ciment, la sidérurgie et la production de vapeur et d'eau chaude. Les principales technologies envisagées dans le cadre de ce projet sont les suivantes :

1. Fabrication de chaux basée sur la capture du carbone – en utilisant l'un des deux arrangements dans lesquels soit les gaz de combustion oxygénés à forte teneur en CO₂, soit le CO₂ pur recyclé à partir du flux d'effluents de la zone de calcination, sont chauffés à 1 000 degrés Celsius et utilisés comme source de chaleur primaire pour entraîner la décomposition thermique. On obtient ainsi un gaz d'échappement dont la teneur en CO₂ est suffisamment élevée pour que la purification et le transport soient économiquement réalisables dans l'industrie de la chaux et du ciment.
2. Fabrication de chaux basée sur la capture du carbone – en utilisant l'un des deux arrangements dans lesquels soit les gaz de combustion oxygénés à forte teneur en CO₂, soit le CO₂ pur recyclé à partir du flux d'effluents de la zone de calcination, sont chauffés à 1 000 degrés Celsius et utilisés comme source de chaleur primaire pour entraîner la décomposition thermique. On obtient ainsi un gaz d'échappement dont la teneur en CO₂ est suffisamment élevée pour que la purification et le transport soient économiquement réalisables dans l'industrie de la chaux et du ciment.

Figure 1 : Filières de fabrication de l'acier avec indication des principales étapes.

3. Assainissement thermique de l'eau – utilisation de la production de vapeur par contact direct (direct contact steam generation ou DCSG) ou de la production d'eau chaude par contact direct (direct contact hot water ou DCHW) pour traiter thermiquement les eaux usées tout en répondant aux besoins de chauffage thermique de l'installation principale grâce à la production de vapeur et d'eau chaude. Le but est d'évaluer l'aptitude d'une source d'eaux usées au traitement thermique afin de l'utiliser comme source de vapeur ou d'eau chaude qui serait autrement produite avec de l'eau propre. Cela permet d'améliorer l'efficacité globale du processus en faisant correspondre l'apport d'énergie pour le traitement des eaux usées à la demande de chauffage de l'installation. Cette technologie, développée à l'origine pour le pétrole et le gaz, est aujourd'hui envisagée pour des améliorations similaires dans d'autres secteurs tels que l'exploitation minière et l'agriculture.

Objectifs principaux

Notre objectif principal est d'évaluer l'adéquation de nos technologies brevetées internes pour améliorer l'efficacité globale des processus dans les secteurs industriels canadiens clés qui sont associés à des émissions élevées et qui se sont avérés difficiles à décarboniser (à savoir le ciment, l'acier, le pétrole, le gaz et l'exploitation minière). Nous espérons y parvenir grâce à la démonstration d'installations pilotes et de démonstrations à l'échelle du banc d'essai de certaines parties du processus qui nécessitent une étude spécifique afin de déterminer les conditions d'exploitation en vue d'une mise à l'échelle plus poussée. Ces activités fourniront également les informations sur les procédés nécessaires pour atteindre la capacité de production souhaitée (p. ex., 2 millions de tonnes d'acier coulé par an pour la métallisation éclair ou 500 millions de barils d'équivalent eau froide par an pour la production de vapeur par contact direct) et déterminer les coûts d'investissement et d'exploitation afin d'évaluer la viabilité économique des technologies dans différentes circonstances telles que les taxes sur le carbone ou la variation des prix au niveau des apports de matières et des produits.

Impact et avantages

Nos nouvelles technologies développées en interne sont évaluées pour leur capacité à améliorer l'efficacité, à intégrer le captage du carbone et à réduire la taille et la complexité des équipements. Bien que certaines de ces technologies soient encore à un stade précoce de maturité technologique (p. ex., NMT 2-3 pour la métallisation flash), notre but est de tirer parti des installations existantes pour démontrer et réduire les risques liés au processus de mise à l'échelle afin de permettre aux utilisateurs finaux de mettre en œuvre ces technologies dans leurs propres installations avec fiabilité et avec un rendement prévisible.

Nos nouvelles technologies développées en interne sont évaluées pour leur capacité à améliorer l'efficacité, à intégrer le captage du carbone et à réduire la taille et la complexité des équipements. Bien que certaines de ces technologies soient encore à un stade précoce de maturité technologique (p. ex., NMT 2-3 pour la métallisation flash), notre but est de tirer parti des installations existantes pour démontrer et réduire les risques liés au processus de mise à l'échelle afin de permettre aux utilisateurs finaux de mettre en œuvre ces technologies dans leurs propres installations avec fiabilité et avec un rendement prévisible

Principales innovations

Ce projet bénéficie de plusieurs brevets sur les technologies qui lui sont propres :

1. Chaux et ciment à faible teneur en carbone : Brevet en cours de rédaction en vue de sa présentation
2. Métallisation éclair : CA2979698C (https://patents.google.com/patent/CA2979698C/en), US11208706B2 (https://patents.google.com/patent/US11208706B2/en)
3. Assainissement thermique des eaux : US 20110232545A1 (https://patents.google.com/patent/US20110232545A1/en?oq=US+20110232545A1), CA3133905A1(https://patents.google.com/patent/CA3133905A1/en), US20230115790A1 (https://patents.google.com/patent/US20230115790A1/en)

Figure 2 :Schéma fonctionnel du nouveau procédé de fabrication d'acier par métallisation éclair utilisant l’oxycombustion sous haute pression de CE-O.

Installations

Figure 3: Réacteur à écoulement entraîné utilisant la technologie d’oxycombustion sous haute pression de CE-O.

Figure 4: Réacteur à écoulement entraîné utilisant la technologie d’oxycombustion sous haute pression de CE-O.

Contacter CanmetÉNERGIE à Ottawa

Pour en apprendre davantage à propos de ce projet, faites parvenir un courriel à notre bureau des partenariats en recherche et relations extérieures.
Pour en apprendre advantage :

• Programme d’industrie de CanmetÉNERGIE à Ottawa
• Programme de captage, utilisation et stockage du CO₂ de CanmetÉNERGIE à Ottawa
• CanmetÉNERGIE à Ottawa