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Conception Modélisation Procédés

Bien récupérer quand ça chauffe

Réduire l'impact de ses activités sur l'environnement est une priorité de l'industrie chimique.

La récupération de la chaleur des procédés, au moyen de réseaux d’échangeurs, est une des stratégies pour y parvenir.

L'analyse Pinch* est actuellement la méthode la plus connue pour analyser et optimiser ces réseaux d'échangeurs de chaleur Heat Exchanger Networks (HEN).
Sa limite principale est qu’elle n’intègre pas les critères de faisabilité auxquels est confrontée en pratique l’ingénierie. De plus, les règles heuristiques qu’elle utilise deviennent très difficiles à appliquer lorsque le cas considéré comporte un nombre conséquent de flux.

Les chercheurs d’IFPEN ont développé un outil numérique de modélisation et d’optimisation de réseaux d’échangeurs. Celui-ci permet par exemple :

  • de prendre en compte les contraintes liées à la mise en œuvre d’échangeurs réels “2 passes/1 passe", impossibles à traiter directement par la méthode Pinch ;
  • d’éviter des configurations problématiques en termes de sécurité.

Cet outil met en jeu des centaines d’équations linéaires qui sont résolues au moyen d’un solveur de type Mixed Integer Linear (MILP) en vue d’optimiser une “fonction objectif“. Cette dernière relie les données techniques à une valeur économique par le biais d’une approximation linéaire simple. La méthode est itérative et intègre progressivement des contraintes supplémentaires en tenant compte de la faisabilité des solutions proposées par le solveur.

Cette nouvelle approche autorise une meilleure prise en compte de la flexibilité opératoire dans la conception de réseaux d’échangeurs de chaleur. Ces derniers sont ainsi optimisés à la fois au plan énergétique et technologique, avec en outre la fourniture d’une information sur les coûts d’investissement et de fonctionnement (CAPEX et OPEX).

La consommation énergétique calculée peut ensuite être comparée à l’optimum issu de l’analyse Pinch, permettant ainsi d’identifier des leviers d’amélioration.

Au demeurant, la méthodologie développée est également efficace pour analyser des procédés industriels dans une perspective de revamping.

Le recours à un solveur plus élaboré (non linéaire - MINLP) devrait permettre de passer outre un certain nombre d’hypothèses limitantes et d’étendre le domaine d’applicabilité de la méthode, par l’amélioration à la fois de la structure du modèle, des contraintes, et de la “fonction objectif“.

 

* Méthode permettant de déterminer un optimum énergétique théorique respectant les principes thermodynamiques et mettant en œuvre des règles heuristiques pour déterminer un HEN.

 

Contact scientifique :  thomas.plennevaux@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 18 - Octobre 2014

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