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Afin de tirer le meilleur parti d’installations très coûteuses, le développement des procédés industriels doit tenir compte de l’intégration entre unités, à la fois pour les développements sur les sujets matures et comme prérequis sur les nouveaux sujets (bioproduits, complexes pétrochimiques).

La synthèse automatique - associant choix des briques technologiques, routage des flux entre elles et étape d’optimisation - est une approche scientifique qui permet de répondre à ces besoins. Conceptualisée dans les années 70, elle a du mal à aboutir à cause de la complexité des optimisations avec des variables décisionnelles (binaires). Les techniques d’optimisation basées sur la modélisation détaillée du problème sont très limitées. En outre, réduire la complexité du système par le recours à un méta-modèlea global ne résout que très partiellement les limitations induites par les techniques d’optimisation avec variables mixtes.

IFPEN a adopté une approche faisant appel aux solveurs MINLPb les plus avancés qui permettent de prendre en compte des variables binaires. La démarche repose sur la décomposition du problème en blocs représentés par des méta-modèles simples(1). Pour les unités de conversion, l’enjeu a été de réduire la complexité des modèles tout en gardant leur représentativité. Par ailleurs, la séparation des effluents a été conceptualisée en ne tenant compte que des points de coupesc, sans considération énergétique(2).
 

synthèse optimisation
Évolution de la marge d’un ensemble de procédés en fonction de sa complexité.

Cette nouvelle approche permet la synthèse automatique et l’optimisation d’un ensemble de procédés, avec des gains économiques à la clé (figure) et ouvre des perspectives pour intensifier les études de schémas d’enchaînement de procédés. Toutefois, la séparation des effluents est encore traitée de façon trop sommaire dans l’outil et l’effort actuel porte sur une meilleure prise en compte des différents types d’unités de séparation : extraction liquide/liquide, par solvant ou en lit mobile simulé.


a - Réseau de neurones, krigeage
b - Mixed Integer Non Linear Programming
c - Seuil de séparation des composés chimiques
 


(1) L. Mencarelli, A. Pagot, P. Duchene. Computers and Chemical Engineering, révision soumise en décembre 2019.

(2) L. Mencarelli, A. Pagot. Escape30, Milan 24-27 mai 2020.

 

Contact scientifique : alexandre.pagot@ifpen.fr

>> NUMÉRO 40 DE SCIENCE@IFPEN