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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.

 

Schéma d’un procédé de production d’éthanol et de cogénération de chaleur/électricité.
Schéma d’un procédé de production d’éthanol et de cogénération de chaleur/électricité.

(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

> NUMÉRO 30 DE SCIENCE@IFPEN