Résultats de simulation : cas de base du procédé HDA

Les modèles des opérations unitaires ont été intégrés dans le simulateur de procédé HDA, le bilan matière a été validé par comparaison avec les résultats du modèle conçu sous ProSimPlusTM. Les résultats obtenus par la simulation du procédé HDA à partir du simulateur de procédé, du cas de base proposé par Douglas [DOU 88], sont présentés dans l’annexe 3. Dans cette annexe, sont présentées les dimensions des principaux équipements obtenues par simulation. Le tableau 4.9 présente les valeurs des conditions opératoires de la simulation de référence proposée par Douglas [DOU 88]. Comme mentionné plus haut, le stabilisateur du modèle de Douglas a été remplacé par un flash basse pression, et le ratio de consommation de combustible est fixé à 0,5 pour le four.

La production de benzène est de 265 kmol/h avec une pureté de 0,9997.

Tableau 4. 9. Valeurs des variables pour la simulation du cas de base [DOU 88]

Variables unité Valeur Minimum Maximum

Taux de conversion % 0,75 0,1 0,8

Débit d’hydrogène à la purge Kmol/h 198 30 300

Pression flash HP bar 32 30 34

Pression flash BP bar 10 4 10

Pression colonne 1 bar 2 2 3

Pression Colonne 1 bar 1,5 1 2

L’annexe 3 du chapitre 4 présente seulement les paramètres nécessaires au calcul du critère économique, déterminés dans le cas de base de [DOU 88].

4.6 Conclusion

Ce chapitre a présenté les principes de base du développement du simulateur de procédé HDA par incorporation des modèles d’opérations unitaires dans le logiciel MS Excel®. Pour le calcul des propriétés thermodynamiques, le serveur de propriétés thermodynamiques, « Simulis® Thermidynamics » a été utilisé. ArianeTM et PlessalaTM ont été mis en œuvre pour le calcul des utilités nécessaires au fonctionnement du procédé HDA. Dans le but de valider le bilan matière, le procédé a été simulé sous ProSimPlusTM. La comparaison des résultats obtenus a montré une bonne concordance entre ces derniers avec les résultats du simulateur simplifié. Les dimensions des principaux équipements du procédé ont ainsi été calculées à partir des bilans matières, bilan énergétiques et d’heuristiques. Cette étude préliminaire est la pierre angulaire pour le calcul des critères de performance, environnementaux et économiques et l’insertion de ce modèle global procédé-production d’utilités au sein d’une boucle d’optimisation multiobjectif qui fera l’objet du chapitre suivant.

hapitre 5

C

Méthodologie d’éco-conception

appliquée au procédé HDA

NOMENCLATURE ET SYMBOLES

AP : Potentiel d’Acidification (Acidification Potential) (t éq. SO2/an)

AC : Coût annuel (M$ / an)

EP : Potentiel d’Eutrophisation (Eutrophication Potential) (t éq. PO43-/an)

FUCA : Faire Un Choix Adéquat FE : Fardeaux environnementaux

GWP : Potentiel de Réchauffement global (Global Warming Potential) (t éq. CO2/an)

HDA : Production de benzène par Hydrodealkylation du toluène HP : Haute pression (Bar)

HTP : Potentiel de Toxicité Humaine (Human Toxicity Potential) (t éq. C6H6/an)

POCP : Oxydation Photochimique Potentiel (t éq. C2H4/an)

TOPSIS : Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution Symboles

ProdB : Production de benzène (kmol / h) Lettres grecques

γ : Rapport des capacités calorifiques à pression et volume constants µ: : Viscosité dynamique du liquide (cP)

Définition des objectifs du champ de l'étude Calcul de l'inventaire Procédé chimique Production d'énergie Données brutes Matières

premières Produits, Co-produits

Déchets Source primaire d'énergie Modélisation Pertes énergétiques Classification Caractérisation Effet de serre Epuisement de la couche d'ozone Eutrophisation Acidification Epuisement ressources Toxicité humaine Critères économiques Front de Pareto Méthode d'aide à la décision multicritère Stratégie d'optimisation Variables de décision ArianeTM Modèle du procédé

5.1 Introduction.

Le chapitre 2 a présenté les outils (modélisation, stratégie d’optimisation, aide à la décision multicritère) nécessaires pour le développement de la méthodologie d’éco-conception. Une première phase d’intégration des modèles de simulation du procédé de production et de celui de production d’utilités a été proposée dans le chapitre 4. L’étape suivante consiste à imbriquer les modèles au sein d’une boucle d’optimisation multiobjectif. Les solutions optimales au sens de Pareto qui seront obtenues feront l’objet d’une analyse multicritère afin de sélectionner les plus pertinentes. Ce chapitre, dédié à l’intégration des procédures d’optimisation et d’aide à la décision, étudie l’application de cette méthodologie à l’exemple de l’hydrodésalkylation du toluène modélisé au chapitre 4 qui sert de fil directeur à ce travail. Deux variantes structurelles du procédé de production d’énergie couplées au procédé HDA, sont étudiées : utilisation d’une turbine à vapeur et d’une turbine à gaz. Comme nous l’avons mentionné dans les chapitres précédents, la figure 5.1 précise les points qui seront particulièrement considérés ; à savoir la procédure d’optimisation multiobjectif à travers le lien entre les variables du procédé et les solutions optimales, ainsi que l’exploitation de ces dernières pour la mise au point d’une stratégie d’aide à la décision.

Ce chapitre est articulé autour des points suivants : nous traitons dans une première partie la formulation du problème d’optimisation et nous présenterons ensuite les critères économiques et environnementaux retenus. L’étude du procédé HDA couplé à une turbine à vapeur est ensuite proposée dans une deuxième partie. L’objectif de cette démarche est d’étudier la dépendance entre les différents critères sur un procédé chimique donné. Il s’agit de réduire le nombre de critères à prendre en compte dans l’optimisation multiobjectif, afin de ne retenir que ceux qui sont contradictoires entre eux. Deux scénarios sont ensuite analysés, faisant intervenir dans un premier temps une étude économique suivie d’une étude environnementale dans laquelle le niveau de production a été fixé par optimisation, et dans un second temps une étude économique et environnementale simultanée dans laquelle le domaine du niveau de production a été élargi autour de la valeur optimale précédente. Les impacts des produits et des équipements du procédé des solutions retenues dans le cadre de l’analyse multicritère sont ensuite analysés. Une analyse de cycle de vie est ensuite effectuée sur les solutions optimales obtenues à des fins de validation. Enfin, une étude de l’influence du mode de production des utilités est réalisée pour améliorer les performances environnementales du système.