La conception optimisée des procédés est une démarche complexe mais prometteuse au regard des bénéfices attendus sur l’efficacité des systèmes industriels et sur leurs performances en service.
Ceci a fait l’objet de travaux de thèse(1) réalisés en collaboration avec l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) sur un exemple lié aux carburants alternatifs : la production de bioéthanol à partir de la canne à sucre et de ses feuilles, associée à de la cogénération. L’objectif était de diminuer la consommation d’énergie de l’unité, tout en maximisant l’exportation de l’énergie excédentaire(1-2).
La stratégie d’optimisation a consisté à considérer l’intégralité du procédé, c’est-à-dire simultanément :
- l’enchaînement des équipements (réacteurs, échangeurs, colonnes à distiller),
- le réseau d’utilités (vapeur et électricité),
- et les conditions opératoires (températures, pressions, etc.).
La mise en œuvre de cette stratégie a nécessité de modéliser et de simuler entièrement le procédé et la production des utilités.
Quelques chiffres illustrent la complexité du problème :
- 28 variables d’optimisation des équipements,
- 50 flux matière à intégrer thermiquement,
- et 75 équipements.
L’optimisation réalisée étant multi-objectif, elle a permis de restituer toutes les solutions de compromis économique et énergétique liées à une ou plusieurs des fonctions « objectifs» définie(s) par l’utilisateur.
Ces travaux ont montré qu’il était possible de réaliser un gain de 7 % sur l’efficacité énergétique globale et une augmentation de la production électrique de 20 %(1), tout en maintenant inchangée la production d’éthanol.
(1) R. Bechara, Methodology for the design of optimal processes: application to sugarcane conversion processes, thèse de doctorat, université Lyon 1 (2015)
>> https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01276302/document
(2) R. Bechara, A. Gomez, V. Saint-Antonin, J-M. Schweitzer, F. Maréchal, Methodology for the optimal design of an integrated sugarcane distillery and cogeneration process for ethanol and power production - Energy 117 (2016).
>> DOI: 10.1016/j.energy.2016.07.018
(3) R. Bechara, A. Gomez, V. Saint-Antonin, J-M. Schweitzer, F. Maréchal, Methodology for the design and comparison of optimal production configurations of first and first and second generation ethanol with power, Applied Energy, 2016
>> DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.09.100
(4) R. Bechara, A. Gomez, V. Saint-Antonin, J-M. Schweitzer, F. Maréchal, Methodology for the optimal design of an integrated first and second generation ethanol production plant combined with power cogeneration, Bioresource Technology, 2016
>> DOI: 10.1016/j.biortech.2016.04.130
Contact scientifique : adrien.gomez@ifpen.fr