Nous avons donc traité deux des 2K scénarii envisageables ; à savoir les deux extrêmes (M ER et
M ERCT IN). Pour les 2K− 2 scénarii restant (zone bleutée de la figure 3.3), l’ingénieur évalue un nouveau MER, indicé "CoPIN" pour Conservation Partielle de l’Intégration Nominale. L’ingé- nieur envisage alors la conservation de seulement un sous-ensemble des échangeurs d’intégration existants, le complémentaire étant reconsidéré.
L’étude de chacun des scénarii permet de détecter les échangeurs d’intégration limitants, c’est- à-dire "mal positionnés", à remettre en question dans la phase de rétro-conception du procédé. Nous proposons dans la suite de ce chapitre une approche systématique pour l’évaluation des 2K scénarii envisageables.
3.2
Étape 2.1.1 : Analyse globale du réseau d’échangeurs existant
Le premier niveau de l’étape 2.1, consistant à dresser un état des lieux de la solution de récupé- ration énergétique existante, est détaillée sur lafigure 3.4.
Étape 2.1 : Analyse du système de récupération et de fourniture d’énergie
Étape 2.1.1 : Analyse globale du réseau d’échangeurs
Étape 2.1.2 : Analyse détaillée du réseau d’échangeurs Détection des échangeurs limitants
Gain potentiel max satisfaisant ?
oui
Distinction flux « procédé »/ « utilité »
Distinction échangeurs « procédé-procédé »/ « procédé-utilité » Détermination de la température minimale d’approche Évaluation des consommations nominales et maximales
Regroupement de courants
Évaluation des consommations minimales (MER) (Scénario 1) Évaluation du gain potentiel d’amélioration maximal par intégration
thermique (GPITher)
Liste de courants, Liste des échangeurs
Étape 2.2 : Analyse exergétique du procédé complet Préconisations et suggestions d’améliorations locales
Gain potentiel satisfaisant ?
non
non
Chapitre 3
3.2.1 Distinction flux procédé/utilité et évaluation du ∆Tmin
L’analyse de la solution existante requiert d’abord l’analyse du réseau d’échangeurs de chaleur installé sur le procédé. Pour cela, il convient de faire la distinction entre deux types de flux :
• les flux "utilités" : Ces courants correspondent à des flux extérieurs au procédé permettant d’apporter la chaleur ou le froid nécessaire au fonctionnement de celui-ci. Dans une démarche d’amélioration de l’efficacité énergétique, l’ingénieur cherche à diminuer la consommation en flux "utilités". Ces courants sont donc exclus de la liste de courants pour l’analyse pincement.
• les flux "procédé" : Ce sont les courants du procédé qu’il est nécessaire de chauffer ou de refroidir. Ces courants peuvent être considérés pour l’analyse pincement.
Cette première distinction parmi les flux permet de définir deux types d’échangeurs :
• les échangeurs "procédé-utilité" : Ce sont des échangeurs dans lesquels un flux "procédé" échange de la chaleur avec un flux utilité.
• les échangeurs "procédé-procédé" (ou d’intégration) : Ces échangeurs sont le résultat d’une amélioration énergétique du procédé déjà réalisée, l’échange s’effectue entre deux flux du procédé.
Par ailleurs, l’ingénieur doit choisir une température minimale d’approche, ∆Tmin.
Un choix pragmatique autorisant la comparaison entre le procédé nominal et le procédé "MER" consiste à prendre l’écart minimal de température observé sur les échangeurs procédé-procédé déjà présents sur le procédé nominal.
Nous adopterons les notations suivantes. Q représentera une quantité1 de chaleur échangée entre deux flux. L’indice pu désignera un échangeur "procédé-utilité", et l’indice pp un échangeur "procédé-procédé". Lorsqu’il s’agit d’un échangeur "procédé-utilité", nous ferons la distinction entre les utilités chaudes et froides en utilisant respectivement les exposants c et f . Par exemple
Qcpu se référera à une quantité de chaleur échangée entre un flux de procédé et une utilité chaude.
3.2.2 Évaluation des consommations nominales et maximales
Une fois la distinction procédé/utilité effectuée par l’ingénieur, il est possible d’évaluer les consom- mations nominales et maximales. Les consommations nominales en utilités chaudes, Uc,nom, et
1. Cette quantité est négative pour un flux "puits d’énergie", et positive lorsqu’il s’agit d’une source d’énergie. 59
3.2 Étape 2.1.1 : Analyse globale du réseau d’échangeurs existant
froides, Uf,nom, sont respectivement données par les équations (3.1) et (3.2).
Uc,nom= NEcpu X i=1 Qcpu,i (3.1) Uf,nom= N Efpu X i=1 Qfpu,i (3.2) NEc
pu et NEpuf désignent les nombres échangeurs "procédé-utilité" faisant respectivement intervenir
une utilité chaude et une utilité froide.
Les quantités de chaleur ainsi que les températures des flux peuvent être aisé- ment extraites des résultats de simulation depuis un simulateur de procédés tel que ProSimPlus R.
D’une manière analogue, nous pouvons calculer les consommations maximales en utilités chaudes,
Uc,max, et en utilités froides, Uf,max :
Uc,max= NEcpu X i=1 Qcpu,i+ NEpp X i=1 Qpp,i (3.3) Uf,max= N Efpu X i=1 Qfpu,i+ NEpp X i=1 Qpp,i (3.4)
3.2.3 Regroupement de courants et évaluation du MER
Une fois les consommations nominales et maximales évaluées, l’ingénieur peut calculer le MER. Ce premier scénario envisage une restructuration complète du procédé ; l’ingénieur va donc considérer tous les flux "procédé" chauds et froids du procédé étudié, remettant ainsi en question tous les échangeurs d’intégration. Les flux "utilités" ne sont pas pris en compte.
Cette évaluation nécessite un regroupement préalable des flux de chaleur.
3.2.3.1 Regroupement de courants
La liste des courants, établie en vue du calcul du MER, doit faire l’objet d’une analyse attentive. En particulier, la question du regroupement se pose lorsqu’un même flux matière est concerné par plusieurs échangeurs de chaleur.
Prenons comme exemple les échangeurs représentés par lafigure 3.5. Sur ce procédé, les courants C1-1 à C1-4 ne se réfèrent en fait qu’à un seul et même courant qui traverse succesivement les échangeurs E101, E102 et E103.
Chapitre 3 E101 C1-1 C1-2 E102 C1-3 E103 C1-4 C2-1 C3-1 C4-1 C2-2 C3-2 C4-2
Figure 3.5 – Suite d’échangeurs
Deux listes de courants peuvent être établies en fonction du choix de regroupement des courants. La première liste, sans regroupement, est fournie au tableau 3.1. La seconde, qui les prend en compte, est disponible au tableau 3.2.
Tableau 3.1 – Liste des flux de chaleur : sans regroupement
Courant Tin Tout FCp
C1-1 TC1−1 TC1−2 |QE101| TC1−1− TC1−2 C1-2 TC1−2 TC1−3 |QE102| TC1−2− TC1−3 C1-3 TC1−3 TC1−4 |QE103| TC1−3− TC1−4 C2-1 TC2−1 TC2−2 |QE101| TC2−1− TC2−2 C3-1 TC3−1 TC3−2 |QE102| TC3−1− TC3−2 C4-1 TC4−1 TC4−2 |QE103| TC4−1− TC4−2
Tableau 3.2 – Liste des flux de chaleur : avec regroupement
Courant Tin Tout FCp
C1-1 TC1−1 TC1−4
QC1−1E101 + QC1−2E102 + QC1−3E103
TC1−1− TC1−4 C2-1 TC2−1 TC2−2 |QE101| TC2−1− TC2−2 C3-1 TC3−1 TC3−2 |QE102| TC3−1− TC3−2 C4-1 TC4−1 TC4−2 |QE103| TC4−1− TC4−2
Dans le cas où les courants ne sont pas regroupés (Tableau 3.1), l’évaluation des FCp, réalisée sur des intervalles de températures plus petits, conduit à des résultats plus précis ; ce qui est préférable