Intégration Énergétique de Procédés Industriels

8/18/2019 Intégration Énergétique de Procédés Industriels

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Collection

INDUSTRIERAVEL

1994 724.321 f

Intégration énergétiquede procédés industriels

par la méthodedu pincement

Office fédéral des questions conjoncturelles


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INTÉGRATION ÉNERGÉTIQUE DE PROCÉDÉS INDUSTRIELS PAR LA MÉTHODE DUPINCEMENTRésumé français

L’intégration énergétique visant à utiliser l’énergie thermique pour différents usages, en une sorte de cas-cade exergétique, est une des approches les plus prometteuses en vue d’une utilisation rationnelle del’énergie. La méthode du pincement (Pinch Technology) est une méthode d’intégration qui permet d’opti-miser à la fois thermodynamiquement et économiquement les possibilités de récupération d’énergie(rejets thermiques) de tout type de procédé industriel (chimie, alimentaire, distribution d’énergie, etc.).

ENERGETISCHE INTEGRATION INDUSTRIELLER PROZESSE MIT DER PINCH-METHODEDeutsche ZusammenfassungDie Energieintegration ist eine vielversprechende Methode zur effizienteren thermischenEnergienutzung. Sie vereinfacht die Konzeption von Wärmetauschernetzen, in denen Wärmeenergie

immer vom höheren auf das nächstniedrigere Temperaturniveau übertragen wird (als exergetischeKaskade). Die Pinchmethode (Pinch Technology) ist eine Integrationsmethode, die es ermöglicht, dieEnergierückgewinnung in vielfältigen Prozessen (Chemie- und Nahrungsmittelindustrie, Energie-verteilung, etc.) gleichzeitig thermodynamisch und ökonomisch zu optimieren.

ImpressumCe manuel s’inscrit dans la collection RAVEL INDUSTRIE

EditeurOffice fédéral des questions conjoncturelles, Schwarztorstrasse 11, 3003 Berne

Chef de domaine RAVEL INDUSTRIEDaniel Spreng, EPF-Zürich, ETH-Zentrum/ETL, 8092 Zürich

Responsable romand RAVEL INDUSTRIEWeinmann-Energies SA, Ingénieurs-conseils, 1040 Echallens

Diffusion romandeCoordination romande du programme d'action, M. Daniel Notter, EPFL-LESOCase postale 15, 1015 Lausanne

Auteurs

Professeur Daniel Favrat et Frédéric Staine, EPF-Lausanne, Laboratoire d’Energétique Industrielle,Département de Génie Mécanique, 1015 Lausanne

Mise en page et photocompositionConsortium DAC/City Comp SA, Lausanne et Morges

Impression et diffusionOffice central fédéral des imprimés et du matériel (OCFIM), 3000 BerneN° de commande 724.321 f

Copyright © Office fédéral des questions conjoncturelles, 3003 Berne, juillet 1994

Reproduction partielle autorisée avec mention de la source.

ISBN 3-905233-62-2Form. 724.321 f 8.94 500


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Intégration énergétiquede procédés industrielspar la méthode

du pincement

Résumé

Intégration énergétique de procédés industriels par la méthode du pincement

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Introduction

L’intégration énergétique visant à utiliser l’énergie thermique pour

différents usages, en une sorte de cascade exergétique, est une desapproches les plus prometteuses en vue d’une utilisation rationnellede l’énergie. L’intégration énergétique est avant tout adaptée à dessites à forte densité d’utilisateurs différenciés que l’on retrouvent,en priorité, sur des sites industriels, commerciaux ou urbains. Lacogénération, par centrales chaleur-force et réseaux de chauffage àdistance, en est l’exemple le mieux connu.

Certes, qui dit intégration dit nécessairement interdépendance avecles inévitables contraintes liées aux questions opérationnelles et defiabilité. Intégration implique également la nécessité d’avoir unevue d’ensemble dont l’obtention n’est pas toujours aisée d’un point

de vue méthodologique notamment. Dans l’industrie, l’applicationde méthodes évoluées comme la théorie exergétique se heurte mal-heureusement souvent à l’absence de connaissances thermodyna-miques complètes et à une structure tarifaire interne fréquemmentinadéquate. Une réponse à cet état de fait est parfois la réalisationde programmes d’ordinateur mathématiquement très complexessimulant une large panoplie de composants thermiques ou chi-miques et permettant de calculer un grand nombre de variantes. Ce

jeu de base de données conduit souvent à des approches fastidieuseset onéreuses.

Dans ces conditions, l’ingénieur se bornera fréquemment à partir

de l’existant en proposant des améliorations locales sans avoir unepleine appréciation des disponibilités incorrectement exploitées auniveau du site complet. Il se retrouve un peu comme l’explorateurde pyramide qui, sans altimètre, voudrait en atteindre le sommet àtravers le labyrinthe des différentes salles sans avoir le temps ni lesmoyens de documenter et de différencier les multiples trajectoiress’offrant à lui (figure 1).

Utiliser l’énergie pour

différents usages

Des méthodes

Des aides

Résumé

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Consommation

minimale d'énergie

Consommation

maximale d'énergie

Figure 1: Pyramide des solutions énergétiques aux besoins d’un site donné.


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La méthodedu pincement

Des diagrammes simples

Placement optimaldes pompes à chaleur,

des groupes chaleur-force


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Cette lacune méthodologique a fort heureusement été complétéedepuis environ une douzaine d’années par le développement de laméthode du pincement optimal (Pinch Technology), à l’initiative

de Bodo Linnhoff de l’Université de Manchester (réf. 1). Cettethéorie a été complétée récemment par de nombreux chercheurscomme Loecken en Norvège (réf. 2), Gourlia en France (réf. 3),Kemp en Angleterre (réf. 9) et largement appliquée à travers lemonde en priorité dans le cadre de l’industrie chimique et pétro-lière. Cette théorie vise à simplifier l’application des premier etdeuxième principes de la thermodynamique en effectuant la syn-thèse des besoins et des disponibilités en énergie chaleur à l’aidede diagrammes température-différence d’enthalpie (puissance-transformation). De cette façon chaque puissance-transformationou -chaleur susceptible d’être échangée est constamment référée àson niveau de température ce qui a le double avantage d’éviter deconcevoir par erreur des échangeurs impossibles et d’avoir uneappréciation immédiate des pertes par transfert de chaleur souschute de température. Cette structure de l’information énergétiquedu site conduit tout naturellement à privilégier les opérations detransferts de chaleur interne en cascade entre les flux de matière dusite avant de recourir à des techniques plus sophistiquées (pompesà chaleur, cogénération, etc.).

La technique du pincement optimal (ou global), par la représenta-tion en diagrammes simples de l’ensemble des puissances-trans-formation des réseaux du site, permet d’établir en préanalyse un

diagnostic cohérent et de fixer des buts réalistes de consommationd’énergie. La méthode préconise également, et cela même pourl’amélioration de sites existants, de reprendre le problème à la baseen essayant tout d’abord de déterminer une (la!) solution à consom-mation d’énergie minimale physiquement (et économiquement)réaliste. En d’autres termes, la méthode donne au concepteur la pos-sibilité de se placer au sommet de la pyramide des solutions pos-sibles (sans être dans les nuages), en déterminant un réseaud’échanges de chaleur optimal avec des pincements finis. C’est àpartir de cette solution optimale que le concepteur peut décider defaire des concessions énergétiques de simplification de son dia-

gramme d’écoulement mais en ayant une référence claire pour enquantifier les conséquences.

La méthode du pincement optimal (global) permet également demieux évaluer l’emplacement d’unités de puissance comme despompes à chaleur ou des unités chaleur-force dans le contexte del’ensemble du site. De nombreuses analyses de sites (réf.1 à 3) ontmontré que les solutions obtenues par cette méthode conduisent nonseulement à des économies substantielles d’énergie mais aussi fré-quemment à une réduction des investissements. Cette dernière affir-mation s’inscrit à l’encontre de l’image simpliste et trop répanduequi consiste à admettre que toute solution de récupération d’éner-gie, pour une nouvelle installation, conduit nécessairement à unaccroissement des investissements. En réalité, les méthodes ther-modynamiques peuvent nous permettre, à surface globale d’échan-


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F i g u r e 2 a : S c h é m a d ’ u n e i n s t a l l a t i o n d e p r o d u c t i o n d ’ a c i d e n i t r i q u e .


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Résumé

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La figure 2b donne le schéma de synthèse provenant de cette pre-mière opération de recherche du cahier des charges du site représentéà la figure 2a. Par convention, les flux qui doivent être chauffés et

traduisent les besoins énergétiques sont appelés flux froids et ceuxqui peuvent être refroidis et constituent des opportunités de récu-pération d’énergie sont appelés flux chauds.

Notre but à ce stade est de concevoir un réseau d’échangeurs, com-plété en deuxième priorité d’unités de puissance, permettant derépondre à ce cahier des charges en minimisant le coût de fonc-tionnement (incluant l’amortissement) tout en garantissant la mêmefonctionnalité. Un tel coût est normalement dicté avant tout parl’énergie de chauffage des sources externes chaudes (utilitéschaudes), la puissance de refroidissement (utilité froide) et sonmode (quantité d’eau de refroidissement, etc.), ainsi que par le

nombre et le pincement moyen des échangeurs, et par le coût desunités de puissance.

Synthèse sous la formed’un tableau de flux

But initial: un réseaud’échangeurs de chaleur

Figure 2b: Diagramme simplifié (cahier des charges) d’une installation de production d’acide nitrique.


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Diagrammes des composites

La théorie du pincement optimal (réf.1, 5, 6, 7, 8) consiste à repré-

senter tous les vecteurs flux chauds a, b, c, d, e ainsi que les vec-teurs froids a’, b’, c’, d’, e’ d’un problème donné dans un dia-gramme Température – Puissance-transformation (figure 3). Anoter que dans un tel diagramme seule l’ordonnée est absolue (tem-pérature = fonction d’état) car les puissances reportées en abscisse(grandeurs de parcours) n’ont pas de référence absolue. Les vec-teurs peuvent donc être librement déplacés horizontalement.

Dans le but d’avoir une vue d’ensemble, les vecteurs de flux chauds,représentant toutes les opportunités de récupération d’énergie cha-leur, sont combinés par addition en une courbe composite ditechaude, et les vecteurs de flux froids, représentant tous les besoins,sont également combinés en une courbe composite dite froide.

Conformément à ce qui a été mentionné ci-dessus, chacune descomposites peut être librement déplacée horizontalement en res-pectant ainsi le niveau de température. L’objectif étant de visuali-ser les possibilités de transfert de chaleur entre flux, il convientcependant de veiller à ce que la composite chaude soit intégrale-ment supérieure à la composite froide.

A la limite, les composites se touchent en un point caractéristiquedont la température est appelée la température de pincement glo-

bal et qui joue un rôle de premier plan. Si on admet que les éner-gies chaleur sont transférées verticalement de la composite chaudeà la composite froide comme dans une sorte de grand échangeur àcontre-courant, la température de pincement met en évidence lazone du site la plus contrainte pour effectuer les transferts de cha-leur désirés. En fait, comme le pincement est nul à la limite, il fau-drait une surface d’échange infinie pour pouvoir transférer vertica-lement de la chaleur entre la courbe composite chaude et lacomposite froide à cet endroit. L’extrémité la plus froide de la com-posite froide et l’extrémité la plus chaude de la composite chaudedélimitent la zone d’échange interne théoriquement possible. Anoter que cette zone est maximale lorsque les composites se tou-chent. Afin de s’éloigner de ce cas extrême, indicatif mais peu réa-liste, la procédure consiste à écarter les composites par déplacementhorizontal jusqu’à l’obtention d’une différence de températureminimale (pincement) économiquement réaliste.

Températurede pincement et écart

de températureminimum (∆Tmin)


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Diagrammes

Température-Puissance

Courbes compositeschaude et froide


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Résumé

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Minima de besoinset de rejets

Deux sous-systèmes

Déterminationdes consommationsd’énergie minimales

Le segment de puissance (en abscisse), considéré positivemententre les extrémités inférieures en température des compositeschaude et froide, est représentatif de la puissance minimale qu’ilest nécessaire d’éliminer à une source externe froide (utilité froide).De façon similaire, le vecteur de puissance, considéré positivemententre les extrémités supérieures en température des compositeschaude et froide, représente la puissance minimale qu’il est néces-saire de fournir au site à partir d’une source chaude externe (utilitéchaude). On peut ainsi constater que plus on écarte les composites(∆Tmin croissant), plus la zone d’échange de chaleur interne seréduit, et plus les minima de consommation des utilités augmen-

tent.

Le pincement global présente la propriété remarquable de séparerle système étudié en deux sous-systèmes distincts:• le sous-système à droite du pincement qui est caractérisé par un

manque d’énergie et que l’on peut qualifier de puits d’énergie-chaleur;

• le sous-système à gauche du pincement qui est caractérisé par unsurplus d’énergie, certes à basse exergie que l’on peut qualifierde source d’énergie-chaleur.

On perçoit déjà un des grands avantages de la méthode du pince-ment: la détermination aisée des consommations minimales d’unsite même complexe et une bonne évaluation de l’écart entre la

c

ab

d

e

a'

b'

c'

d'

Energie àhaute exergie

Rejet àl'environnement

e'

Zone d'échangede chaleur interne

Pincement

∆ T m in

T e m p é r a t u r e

Puissance transformation

Figure 3: Vecteurs flux et courbes composites dans un diagramme Température – Puissance-transformation.


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consommation réelle d’un site existant par exemple et le minimumthéorique. Cette comparaison permet en général à l’ingénieurconseil de mieux évaluer les possibilités d’amélioration d’un site.

Un écart proportionnellement important est un indicateur clair dupotentiel d’économie et des chances de succès d’une étude pluspoussée.

La figure 4 illustre les possibilités de synthèse par composites appli-quées successivement au procédé d’acide nitrique précédemmentdécrit, à l’ensemble d’un site industriel où il devrait être implantéet à l’ensemble des deux, à savoir le site complet après incorpora-tion de ce nouveau procédé. Ces diagrammes mettent bien en évi-dence les bénéfices potentiels d’une intégration énergétique.

Composites du procédéde la figure 2a

Figure 4a: Composites de l’installation d’acide nitrique seule.


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Résumé

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Figure 4b: Composites du site existant.

Figure 4c: Composites du site + acide nitrique.


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Règles de conception de réseaux permettantune utilisation rationnelle de l’énergie

Comme nous l’avons vu, le pincement sépare le système en deuxsous-systèmes distincts. Le sous-système de droite (puits) ne néces-site en principe qu’un apport de chauffage et le sous-système degauche ne nécessite en principe que des possibilités de refroidisse-ment. Les deux sous-systèmes peuvent donc être considérés commethermodynamiquement distincts et on peut énoncer les règles sui-vantes:• ne pas transmettre d’énergie-chaleur à travers le pincement;• ne pas avoir recours à un refroidissement externe au-dessus du

pincement;• ne pas avoir recours à un chauffage externe au-dessous du pin-

cement;• ne pas introduire d’unité de cogénération fournissant une grande

part d’énergie thermique au-dessous du pincement;• ne pas placer de pompes à chaleur autrement qu’à travers le pin-

cement.

Le pincement optimum ∆Tmin est généralement déterminé enfonction de critères économiques classiques (figure 5) mais rienempêche l’utilisation de critères énergétiques globaux incluant parexemple l’exergie grise et/ou des facteurs environnementaux.

Les 5 règlesfondamentales de laméthode du pincement

Critères de choixde ∆Tmin

Programmes

informatiques

T o t a l

i n v e s t i s

s e m e

n t

é n e r g i e C o û t a n n u e l t o t a l

optimum

∆ Tmin

Figure 5: Evolution des différents coûts en fonction du∆Tmin.

Tant la détermination des composites et du pincement que l’élabo-

ration des réseaux d’échanges peuvent être facilitées par l’usage deméthodes complémentaires (réf.1, 5) et de programmes de concep-tion assistée par ordinateur (réf. 6).


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Description


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Etablissement thermal

L’établissement est alimenté par une source thermale (figure 9) qui

couvre l’essentiel des besoins de chaleur, à savoir: alimentation eneau thermale des deux piscines et leur maintien en température,ventilation des piscines, préparation de l’eau chaude sanitaire etchauffage des bâtiments (par pompe à chaleur et chaudière).

Le cahier des charges des besoins thermiques défini au tableau 2conduit aux courbes composites de la figure 10a (réf. 12).

Figure 9: Schéma simplifié des réseaux de distribution de l’établissement thermal.

Tin [°C] Tout [°C] ∆H [kW] Commentaires

60 15 1230 refroidissement de l’eau thermale

10 50 110 préparation de l’ECS

35 40 400 maintien des piscines

35 55 373 chauffage des bâtiments

35 50 243 ventilation

.

Tableau 2: Flux traduisant le cahier des charges de l’établissement thermal.

Les besoins de chauffage ne peuvent pas être assurés par l’eau ther-

male seule. L’énergie contenue dans l’eau thermale entre 37 et 15°Cne peut pas être utilisée directement. Cependant cette puissancedisponible peut être revalorisée à l’aide d’une pompe à chaleur.

Cahier des charges

Proposition: pompe

à chaleur


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Résumé

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L’évaporateur de la pompe à chaleur est alimenté par l’eau ther-male après son passage dans les piscines (température d’évapora-tion = 12.5°C). L’eau thermale la plus chaude est utilisée pour assu-

rer les besoins de chauffage à plus haute température. Unetempérature de condensation de 51.5°C est suffisante, le coefficientde performance du cycle de la pompe à chaleur étant alors de 5.02(avec le réfrigérant R134A). La pompe à chaleur est capable decouvrir à elle seule (c’est-à-dire sans chaudière d’appoint) lesbesoins de chaleur non assurés par l’eau thermale directement.

Figure 10a: Composites correspondant au cahier des charges de l’établisse-ment thermal.

Figure 10b: Composites de l’établissement thermal avec pompe à chaleur seule.


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Des économies d’énergie

substantielles


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Conclusions

La théorie du pincement optimal global est un nouvel instrument

très puissant à disposition de l’ingénieur. Elle a déjà permis et per-mettra encore de substantielles économies d’énergie dans l’indus-trie. Il convient de rappeler qu’elle est encore l’objet de recherches,notamment pour l’application aux nombreux procédés «batch» quel’on peut fréquemment rencontrer. Il convient également de se rap-peler que, si elle facilite la détermination de l’emplacement descomposants de systèmes thermiques, elle ne permet pas encored’entrer dans le détail et de tenir efficacement compte de pertes,comme les pertes de charge, qui deviennent significatives à faiblepincement. A notre avis, même si cette méthode est essentielle pourl’ingénieur énergéticien, elle complète mais ne remplace pas lesméthodes thermodynamiques plus générales comme la théorie del’exergie.

Références

1. B. Linnhoff et al., A user guide on process integration for theefficient use of energy, publié par « The Institution of ChemicalEngineers», 1982, U.K.

2. P.A. Loecken, Interactive computer program used on the retro-fit of a dewatering process AICHE Meeting, Houston, March24-25, 1985.

3. J.P. Gourlia, Intégration thermique, Chap. 10. Guide pratiquede l’énergie dans l’entreprise, ATEE, 94110 Arcueil (France),1984.

4. B. Linnhoff, F.J. Alanis, Integration of a new process into anexisting site – A case study, ASME winter meeting, Chicago,1988.

5. D. Favrat, Intégration énergétique de procédés thermiques.Cours du cycle postgrade sur l’énergie de l’EPFL, 1991.

6. D. Favrat and F. Staine, An interactive approach to the energyintegration of thermal processes. Proceedings of the Int. Conf.on Computer Aided Learning and Instrumentation in Scienceand Engineering, Lausanne, sept. 1991.

7. F. Staine et D. Favrat, Evaluation des économies d’énergie parla méthode du pincement dans une usine de fabrication de pan-neaux de plâtre. Entropie 164/165, 1991.

8. P. Krummenacher, F. Staine and D. Favrat, Process IntegrationStudy at Swiss Brewery. CADDET Newsletter N° 4/1992.


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9. I.C. Kemp, Applications of the Time Dependant CascadeAnalysis in Process Integration. Heat Recovery Systems andCHP, Vol 10, N°4, 1990.

10. L. Borel, Thermodynamique et énergétique. Presses Polytech-niques Romandes, Lausanne, 1984.

11. F. Staine, 1991, Bilan exergétique global du procédé de pro-duction d’acide méthoxyacétique, Rapport interne, Labo-ratoire d’Energétique Industrielle, EPFL.

12. B. Quinodoz, 1994, Analyse énergétique préliminaire de l’éta-blissement thermal de Lavey-les-Bains, Projet de semestre,Laboratoire d’Energétique Industrielle, EPFL.

Résumé

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Energetische Integrationindustrieller Prozessemit der Pinchmethode

Deutsche Zusammenfassung

Energetische Integration industrieller Prozesse mit der Pinchmethode

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Einleitung

Die Energieintegration ist eine vielversprechende Methode zur effi-

zienteren thermischen Energienutzung. Sie vereinfacht dieKonzeption von Wärmetauschernetzen, in denen Wärmeenergieimmer vom höheren auf das nächstniedrigere Temperaturniveauübertragen wird (als exergetische Kaskade).

Die Energieintegration wird vor allem in Gebieten mit einer hohenDichte von verschiedenen Verbrauchern angewendet, und hierbesonders in Industrie-, Gewerbe-, und Wohngebieten. Die Kraft-Wärme Kopplung, bei der Elektrizität erzeugt und die dabei entste-hende Abwärme als Fernwärme oder Prozesswärme genutzt wird,ist das bekannteste Beispiel.

Wer Integration sagt, meint notwendigerweise auch die unvermeid-baren Einschränkungen, die mit Fragen des Betriebs und derVerfügbarkeit verbunden sind. Integration bedeutet auch dieNotwendigkeit einer ganzheitlichen Sicht, was vom Standpunkt derMethodik her nicht immer einfach ist. Die Anwendung von entwik-kelten Methoden in der Industrie scheitert, wie die Theorie derExergie, oft an fehlenden thermodynamischen Kenntnissen undeiner nicht angepassten Preisstruktur. Ein anderer Lösungsansatzsind mathematische Simulationsprogramme, mit denen eineVielzahl von Fällen simuliert werden können und die eine unüber-sichtliche Menge von Daten erzeugen. Sie sind ausserdem mithohen Kosten verbunden.

Ein Ingenieur kann unter diesen Umständen, wenn er ohne eine glo-bale Sicht der Möglichkeiten und vom Existierenden ausgeht, nurpunktuelle Verbesserungen vorschlagen. Er erinnert an einenPyramidenforscher, der, ohne Höhenmesser, die Spitze erreichenwill, und durch alle Säle keine Möglichkeit hat, die sich ihm bie-tenden Wege zu dokumentieren und einzuschätzen (Abb.1).

Verschiedene

Energieverbraucher

Methoden

Hilfen

Zusammenfassung

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minimaler

Energieverbrauch

maximaler

Energieverbrauch

Abb. 1: Pyramide der energetischen Lösungen an einer gegebenen Anlage.


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Setzen der Prioritäten (Rahmenbedingungen)für eine Anlage

In der Industrie ist der Ingenieur mit oft sehr komplexenStrömungsdiagrammen konfrontiert und muß einen vorläufigenGesamtüberblick gewinnen. Erinnern wir uns, daß das erste Zielkeine Ueberarbeitung der existierenden Anlage, sondern eineBestimmung des wirklichen Einsparpotentials ist. Daher müssenam Anfang alle für das Hauptziel unwichtigen Elemente aus demDiagramm entfernt werden. Zu entfernende Elemente sindWärmetauscher der Energieversorger (Heizung, Kühlung),Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung, Kraft-Wärme Kop-plung, etc., die nichts direkt mit dem untersuchten Prozeß zu tunhaben.

Nehmen wir zum Beispiel eine existierende Anlage zur Gewinnungvon Salpetersäure, die in Abb. 2a1 [4] gezeigt ist. Obwohl diesesDiagramm bereits erheblich vereinfacht ist, erlaubt es keineschnelle ganzheitliche Sicht der wichtigen Elemente. Es wird emp-fohlen, anfangs den eintretenden Hauptströmen bis zu denHaupteinheiten (Konverter, Absorber, Reaktor) zu folgen. Die ther-modynamischen Zustände beim Eintritt in das System und bei derAnkunft an der Einheit bilden die beiden Endpunkte desEnergievektors. Die gleiche Operation kann für alle Produkte zwi-schen dem Austritt der einen Einheit und dem Eintritt einer ande-ren Einheit durchgeführt werden. Bei den oben erwähnten

Operationen werden die von Spezialisten gegebenen Ein- undAustrittsbedingungen nicht verändert.

Abb. 2b zeigt das Synthese-schema, das aus der erstenUntersuchung der in Abb. 2a gezeigten Anlage hervorgeht. NachVereinbarung werden die zu erwärmenden Ströme, die denEnergiebedarf repräsentieren, kalte Ströme genannt. DiejenigenStröme, die gekühlt werden können und Möglichkeiten zurEnergiegewinnung darstellen, werden als warme Ströme bezeich-net.

In diesem Stadium ist es unser Ziel, erst ein Netzwerk ausWärmetauschern zu schaffen und dann mit Energieerzeugern zuergänzen, was es erlaubt, bei voller Funktion den Grundanfor-derungen gerecht zu werden und gleichzeitig die Betriebskosten zuminimieren (Abschreibung eingeschlossen). Diese Kosten setzensich aus Energiekosten für extern gelieferte Heizenergie undKühlung, für das Heiz- oder Kühlmedium (Kühlwassermenge,etc.), den Investitionskosten für die Wärmetauscher und ihren mit-tleren Pinch, sowie für die Energieerzeuger zusammen.

Vereinfachung undBeibehaltung derwichtigsten Elemente

Beispeil derAbbildung 2a

Synthese imStromdiagramm

Erstes Ziel: ein Netzwerkaus Wärmetauschern

Zusammenfassung

25

1 soll nur als Beispiel gesehen werden un dann Ungenauigkeiten verursachen


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Zusammenfassung

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Abb 2b: Wichtigste Aufgaben einer Salpetersäureanlage (vereinfachtes Schema).


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Diagramm

Temperatur - Enthalpie

Warme und kalteComposite Kurven

Pinchtemperatur undminimale

Temperaturdifferenz∆Tmin


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Diagramm der Composite Curve

Die Theorie des optimalen Pinch [1, 5, 6, 7, 8] besteht aus der

Darstellung aller Vektoren der warmen Ströme a, b, c, d, e und allerkalten Ströme a’, b’, c’, d’, e’ in einem Temperatur- EnthalpieDiagramm (Abb. 3). In einem solchen Diagramm ist nur dieOrdinate absolut (Temperatur = Funktion des Zustandes), währenddie Enthalpie auf der Abszisse als Enthalpieänderung gegeben istund keine absoluten Masstab hat. Die Vektoren können daher hori-zontal frei verschoben werden.

Mit dem Ziel einer ganzheitlichen Sicht repräsentieren die warmenStröme alle Möglich-keiten zur Wärmerückgewinnung und werdenzu einer als «warm» bezeichneten Composite Curve zusammenge-setzt. Die kalten Ströme, die den Verbrauch repräsentieren, werdenzu einer ähnlichen, «kalt» genannten Composite Curve kombiniert.

Wie oben erwähnt, kann jede Composite frei horizontal innerhalbihres Temperaturniveaus verschoben werden. Das Ziel ist, dieMöglichkeiten zur Wärmeübertragung zwischen den Strömensichtbar zu machen; es ist darauf zu achten, daß die warme immerüber der kalten Composite Curve liegt.

An der Grenze berühren sich die Kurven in einem charakteristischenPunkt, dessen Temperatur Pinchtemperatur genannt wird, und welcheeine wichtige Rolle spielt. Wenn man berücksichtigt, dass Wärme-

energie immer vertikal von der warmen zur kalten Composite, wie ineiner Art großem Gegenstromwärmetauscher übertragen wird, zeigtdie Pinchtemperatur die geringste Temperaturdifferenz an, bei der diegewünschte Wärme-übertragung möglich ist. Bei einem Pinch gleichNull braucht man Wärmetauscher mit unendlich grosser Oberfläche.Das kälteste Ende der kalten Composite und das wärmste Ende derwarmen Composite begrenzen den Bereich, in dem interneWärmeübertragung theoretisch möglich ist. Dieser Bereich ist maxi-mal, wenn sich die beiden Kurven berühren. Wenn man sich von die-sem unrealistischen Extremfall entfernt, verschiebt man die Kurvenhorizontal, bis man eine wirtschaftlich sinnvolle minimale (Pinch)Temperaturdifferenz erreicht.Die Enthalpiedifferenz zwischen warmem und kaltem Strom bei


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Zusammenfassung

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c

ab

d

e

a'

b'

c'

d'

Energie mit

höher Exergie

An Umgebung

abgegeben

e'

Bereich interner

Wärmeübertragung

Pinch

∆ T m in

T e m p e r a t u r

Enthalpie

Abb. 3: Stromvektoren und Composite Curves in einem Temperatur - Enthalpie Diagramm.

der niedrigsten Temperatur, am unteren Ende der Kurven, trägt einpositives Vorzeichen. Sie repräsentiert die minimale Energie-menge, die das System an eine externes «Kältereservoir» abgebenmuss. Analog ist die Enthalpiedifferenz am oberen Ende derComposite Curves die minimale Energiemenge, die dem Systemvon einer externen Wärmequelle geliefert werden muß. Je weiterman die Compositen voneinander entfernt (wachsendes ∆Tmin),desto mehr reduziert sich die Zone der internen Wärme-übertragung, und desto mehr erhöht sich der minimaleEnergieverbrauch des Systems.

Der Pinch hat die bemerkenswerte Eigenschaft, das untersuchteSystem in zwei Unter-systeme zu teilen:• Das Untersystem rechts vom Pinch ist von einem Mangel an

Energie gekenn-zeichnet und kann Wärmesenke genannt wer-den.

• Das Untersystem links vom Pinch hat einen Energieüberschuß,aber mit niedriger Exergie, und kann als Wärmequelle dienen.

Man sieht bereits einen der grossen Vorteile des Pinch: Die leichteBestimmung des Minimalverbrauchs selbst bei komplexenAnlagen und eine gute Beurteilung der Differenz zwischen demwirklichen Verbrauch der existierenden Anlage und dem theoreti-schen Minimalverbrauch. Dieser Vergleich erlaubt dem Ingenieur,die Verbesserungsmöglich-keiten der Anlage besser zu beurteilen.

Minimaler Verbrauchund Verluste

Zwei Untersysteme

Bestimmung desminimalenErnergieverbrauchs


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Composite Kurven desProzesses in Abb. 2a


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Eine grosse Differenz zeigt klar das wirtschaftliche Potential unddie Chancen einer weiteren Untersuchung auf.

Die Abbildung 4 zeigt die Möglichkeiten eines Gesamtüberblicksmit Composite Curves am Beispiel eines Prozesses zur Salpeter-säureproduktion, einer Industrieanlage, in der dieser eingesetztwerden soll, und der Anlage mit implementiertem Prozeß. DasPotential einer energetischen Integration ist deutlich zu sehen.Regeln zur Konzeption von

Abb. 4a: Composite Curves der Salpetersäureproduktion.


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Zusammenfassung

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Abb. 4b: Composite Curves der existierenden Anlage.

Abb. 4c: Composite Curves der existierenden Anlage und der Salpetersäure.


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S u m m e

I n v e s t i t i

o n

E n e r g i e

J ä h r l i s c h e K o s t e n o d e r

A m o r t i s a t i o n s d a u e r

optimum

∆Tmin

Abb. 5: Entwicklung der verschiedenen Kosten in Abhängigkeit von∆Tmin.

Wärmetauschernetzwerken für rationelleEnergienutzung

Wie wir gesehen haben, trennt der Pinch das das System in zweiUntersysteme. Das Untersystem zur Rechten (Senke) fordert imPrinzip einzig einen Zufluss an Wärme, das Untersystem zurLinken benötigt im Prinzip nichts als die Möglichkeit zur Kühlung.Die beiden Untersysteme können thermodynamisch als getrenntangesehen werden und man kann folgende Regeln festlegen:• keine Energieübertragung über den Pinchpunkt hinaus• keine externe Kühlung über dem Pinchpunkt• keine externe Heizung unter dem Pinchpunkt• keine Kraft-Wärme Kopplung, die einen Grossteil der Energie

unter dem Pinchpunkt liefert• keine Wärmepumpen, außer wenn sie über den Pinchpunkt

arbeiten.

Der optimale Pinch ∆Tmin wird normalerweise von klassischenwirtschaftlichen Kriterien bestimmt (Abb. 5), man kann jedochauch globale energetischen Kriterien nutzen, wie zum Beispielgraue Exergie und/oder Umweltfaktoren. Sowohl die Bestimmungder Composits und des Pinch als auch die Entwicklung derNetzwerke können durch die Nutzung zusätzlicher Methoden [1,5]und computerunterstützter Programme erleichtert werden [6].Es ist interessant festzustellen, daß, wenn man die Composits nicht in

Die 5 grundlegendenRegeln der

Pinchmethode

Auswahlkriterienfür ∆Tmin


32/113

einem Diagramm (T,∆H), sondern in einem Diagramm (1-Ta/T,∆H)zeichnet, die Fläche unter den Kurven die Koenthalpie (Wärme-exergie) repräsentiert, und die Fläche zwischen den Kurven in der

Uebertragungszone die exergetische Verluste des internen Wärme-austauschs (Abb. 6).

Beispiele zur Anwendung der Pinchmethode

Exergieverluste

Zusammenfassung

33

. .

sich auf exergetischeVerluste beziehende

Fläche

1

- T a

/

T

Enthalpie

Abb. 6: Exergetische Verluste der internen Wärmeübertragung.


33/113

Tin [°C] Tout [°C] ∆H [kW] Anmerkungen

45.01 45 380 Reaktorkühlung

45 100 115 Kolonnenheizung

96.91 96.9 158 Destillation desKondensatrückflusses

96.91 45 856 Verdampfer Destillation

116.5 116.51 913 Kondensatdestillation

89.71 89.7 11 Rektifikation desKondensatrückflusses

89.71 45 47 Kondensatrektifikation

190.1 190.11 63 Verdampfer Rektifikation

190.1 45 19 Säurekühlung

Rahmenbedingungen


34

Herstellung von Methoxyessigsäure

Die Herstellung von Methoxyessigsäure erfolgt nach einem Patentvon Hoechst durch Oxidation. Methoxyäthanol reagiert mitSauerstoff und einer grossen Wassermenge. Nach Verlassen desReaktors durchläuft das Produkt zur Trennung von Wasser undSäure zwei aufeinander folgende Destillationskolonnen(Destillation und dann Rektification) (Abbildung 7). Die in Tabelle1 definierten Rahmenbedingungen des ursprünglichen Prozessesführen zu den Composite Curves in Abbildung 8a [11].

Die Dampftemperatur in der Spitze der Destillationskolonne (große

Abb. 7: Vereinfachtes Schema der Produktion von Methoxyessigsäure.

Tabelle 1: Rahmenbedingungen des Prozesses.

.

Beschreibung


34/113

Stufe in der warmen Composite Curve) ist zur Beheizung desVerdampfers am Kolonnenfuß (Stufe in der kalten CompositeCurve) zu niedrig. Eine Erhöhung der Kondensationstemperatur

durch einen Kompression des Dampfes von 0.9 auf 3 bar mit Hilfeeines mechanischen Kompressors kann die Verdampfungswärmezu Heizzecken nutzbar machen. Die kalte Composite Curve könntesomit teilweise unter die warme geschoben und eine erheblicheEnergieeinsparung erzielt werden. Anstelle von 981 kW Heizleis-tung aus Hochdruck-Prozeßdampf werden nur noch 118kWHeizleistung und 114 kW elektrischer Leistung benötigt.Thermalbad

Vorschlag: mechanischeBrüdenverdichtung

Zusammenfassung

35

Abb. 8a: Ursprüngliche Composite Curves des Prozesses Methoxyessigsäure.

Abb. 8b: Composite Curves des Prozesses Methoxyessigsäure mit integrierter Dampfkompression.


35/113


36/113

Zusammenfassung

37

Thermalbecken austretenden Wasser Energie (Verdampfungstem-peratur = 12.5°C) und befördert sie auf ein höheres, nutzbaresTemperaturniveau. Dieses liegt bei der Kondensationstemperatur

51.5°C, der Leistungskoeffizient der Wärmepumpe beträgt mit demKühlmittel R134A 5.02. Da der Bedarf an Energie höhererTemperatur bereits durch das heiße Quellwasser gedeckt wird,reicht diese aus, und die Wärmepumpe kann zusammen mit demheißen Quellwasser den Wärmebedarf decken. Eine zusätzlicherHeizkessel ist unnötig.Schlussfolgerung

Abb. 10a: Den Rahmenbedingungen des Thermalbades entsprechende Compo-site Curves.

Abb.10b: Composite Curves des ausschließlich mit einer Wärmepumpe beheiz-ten Thermalbades.


37/113

Mit der Theorie des optimalen Pinch steht dem Ingenieur ein neues,sehr leistungsfähiges Instrument zur Verfügung. Sie hat bereits sub-

stantielle Energieeinsparungen in der Industrie ermöglicht und wirdes noch. Vor allem für Anwendungen in zahlreichen und häufig vor-kommenden «batch» Prozessen muß die Methode noch weiter ent-wickelt werden. Wenn auch die Theorie die Bestimmung undPlatzierung der Komponenten erleichtert , so erlaubt sie noch nicht,effizient und detailliert Verluste zu bestimmen, wie z.B. Druckver-luste, die bei kleinem Pinch wichtig werden. Unserer Meinungnach, selbst wenn diese Methode für den Energieingenieur wichtigist, vervollständigt sie zwar die allgemeineren Methoden derThermodynamik wie z.B. die Theorie der Exergie, ersetzt sie abernicht .

Literatur

1. B. Linnhoff et al., A user guide on process integration for theefficient use of energy, publié par «The Institution of ChemicalEngineers, 1982, U.K.

2. P.A. Loecken, Interactive computer program used on the retro-

fit of a dewatering process AICHE Meeting, Houston, March24-25,1985.

3. J.P. Gourlia, Intégration thermique, Chap. 10. Guide pratiquede l’énergie dans l’entreprise, ATEE, 94110 Arcueil (France),1984.

4. B. Linnhoff, F.J. Alanis, Integration of a new process into anexisting site - A case study, ASME winter meeting, Chicago,1988.

5. D. Favrat, Intégration énergétique de procédés thermiques.Cours du cycle postgrade sur l’énergie de l’EPFL, 1991

6. D. Favrat and F. Staine, An interactive approach to the energyintegration of thermal processes. Proceedings of the Int. Conf.on Computer Aided Learning and Instrumentation in Scienceand Engineering, Lausanne, sept. 1991.

7. F. Staine et D. Favrat, Evaluation des économies d’énergie parla méthode du pincement dans une usine de fabrication de pan-neaux de plâtre. Entropie 164/165, 1991.

8. P. Krummenacher, F. Staine and D. Favrat, Process IntegrationStudy at Swiss Brewery . CADDET Newsletter N° 4 /1992.

9. I.C. Kemp, Applications of the Time Dependant Cascade

Substantielle

Energiesparungen


38


38/113

Zusammenfassung

39

Analysis in Process Integration. Heat Recovery Systems andCHP, Vol 10, N°4, 1990.

10. L. Borel, Thermodynamique et énergétique. Presses Polytech-niques Romandes, Lausanne, 1984.

11. F. Staine, 1991, Bilan exergétique global du procédé de pro-duction d’acide méthoxyacétique, Rapport interne, Labo-ratoire d’Energétique Industrielle, EPFL.

12. B. Quinodoz, 1994, Analyse énergétique préliminaire de l’éta-blissement thermal de Lavey-les-Bains, Projet de semestre,Laboratoire d’Energétique Industrielle, EPFL.


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Intégration énergétiquede procédés industrielspar la méthode

du pincement


41


40/113

Table des matières

1. Introduction 45

2. Détermination du cahier des charges du site étudié 49

3. Courbes composites 553.1 Diagramme des composites 553.2 Méthode des tableaux 583.3 Cas limite de composites 613.4 Courbes composites et pertes exergétiques 63

4. Interprétation du pincementet des minima énergétiques 64

5. Conception d’un réseau d’échangeurs optimal 685.1 Réseau supérieur au pincement (puits) 695.2 Réseau inférieur au pincement (source) 705.3 Équilibre entre consommation d’énergie

et investissement 735.4 Résumé de la méthode de conception

de réseaux à énergie minimum 82

6. Procédures de déterminationdu pincement optimal 84

6.1 Critères économiques simples6.2 Coûts d’équipement 846.3 Calcul de la surface d’échange moyenne

de tout le réseau 846.4 Détermination du pincement économiquement

optimum 85

7. Courbe grande composite 88

8. Intégration d’unités de puissance 97

8.1 Unités moteurs 978.2 Unités de pompes à chaleur 1048.3 Intégration de colonnes de distillation 113

9. Conclusions 114

Références 115Nomenclature 116

Publications du programme d’impulsionsRAVEL 117

Table des matières

43


41/113

1. INTRODUCTION

Même si nous vivons actuellement une trêve sur le plan de la dis-ponibilité des ressources en énergie primaire, nous sommes gra-duellement contraints de prendre conscience des limites de notreplanète, de ses capacités d’absorption de nos rejets notamment. Acela s’ajoute une sensibilité accrue aux impacts, pourtant inévi-tables, liés aux grandes centrales de conversion d’énergie et à leursréseaux de distribution.

Notre société industrielle s’est graduellement orientée vers uneorganisation intégrée formée d’un tissu de fonctions ou d’entre-prises spécialisées produisant chacune une gamme de produits,certes restreinte, mais adaptée à son potentiel humain et matériel.

C’est cette complémentarité où chacun fait ce qu’il est le mieux àmême de faire qui a largement contribué à notre prospérité. Al’opposé, dans le domaine de l’énergie, la distinction entre le poten-tiel utile de différentes formes d’énergie (niveau exergétique) a ététrop longtemps ignorée et, en l’absence de taxation des rejets pol-luants, se traduit par une tendance excessive à l’utilisation d’éner-gie primaire à haute valeur pour satisfaire des besoins à faibleniveau. Cette attitude du «qui peut le plus peut le moins» est opé-rationnellement simple mais souvent fort éloignée d’une solutionoptimale d’un point de vue de société.

L’intégration énergétique visant à utiliser l’énergie pour différentsusages, en une sorte de cascade exergétique, n’est encorequ’embryonnaire ou limitée à la condition d’alibi publicitaire dansde trop nombreux cas. Certes, qui dit intégration dit nécessairementinterdépendance qui, d’un point de vue opérationnel et de fiabilité,n’est pas toujours facile à gérer. Intégration implique aussi fré-quemment la nécessité d’avoir une vue d’ensemble et s’écarte quel-quefois de la mode actuelle de management très décentralisé.

Il convient d’ajouter à ces généralités le problème très concret dutransport de l’énergie qui, de façon simplifiée, peut être considérécomme inversement proportionnel au niveau exergétique. L’inté-

gration énergétique est donc avant tout adaptée à des sites à fortedensité d’utilisateurs différenciés que l’on retrouvent, en priorité,sur des sites industriels, commerciaux ou urbains. La cogénération,par centrales chaleur-force et réseaux de chauffage à distance, enest l’exemple le mieux connu.

En site industriel, l’ingénieur énergéticien se retrouve fréquemmentconfronté à deux types de difficultés:– des diagrammes d’écoulement (flowsheets) complexes plus ou

moins à jour et documentés, desquels il est difficile d’extraire unesynthèse;

– des critères économiques extrêmement sévères avec, parexemple, des contraintes de durée d’amortissement pour lesinvestissements en matière d’économie d’énergie ne devant pasexcéder 2 à 3 ans.

Capacités d’absorptiondes rejets

1. Introduction

45

Niveau éxergétique ignoré

Utiliser l’énergiepour différents usages

Utilisateurs différenciés

Deux difficultés


42/113

Des méthodes


46

L’application de méthodes évoluées comme la théorie exergétiquese heurte malheureusement souvent à l’absence de connaissancesthermodynamiques complètes et à une structure tarifaire interne

inadéquate.Une réponse à cet état de fait est souvent la réalisation de pro-grammes d’ordinateur mathématiquement très complexes simulantune large panoplie de composants thermiques ou chimiques et per-mettant de calculer un grand nombre de variantes. Ce jeu de basede données trop souvent assimilable à un jeu de fléchettes conduità des approches fastidieuses et onéreuses.

Dans ces conditions, l’ingénieur se bornera fréquemment à partirde l’existant en proposant des améliorations locales sans avoir unepleine appréciation des disponibilités incorrectement exploitées au

niveau du site complet. Il se retrouve un peu comme l’explorateurde pyramide qui, sans altimètre, voudrait en atteindre le sommet àtravers le labyrinthe des différentes salles sans avoir le temps ni lesmoyens de documenter et de différencier les multiples trajectoiress’offrant à lui (figure 1).

Consommation

minimale d'énergie

Consommation

maximale d'énergie

Figure 1: Pyramide des solutions énergétiques aux besoins d’un site donné.

Cette lacune a fort heureusement été complétée depuis environ unedouzaine d’années par le développement de la méthode du pince-ment optimal (Pinch Technology), à l’initiative de Bodo Linnhoff de l’Université de Manchester (réf. 1). Cette théorie a été complé-tée récemment par de nombreux chercheurs comme Loecken en

Norvège (réf. 2), Gourlia en France (réf. 3) et largement appliquéeà travers le monde en priorité dans le cadre de l’industrie chimiqueet pétrolière. Cette théorie vise à simplifier l’application des pre-

Comme un explorateur

La méthodedu pincement


43/113


44/113

Economies d’énergieet réduction

des investissements


48

La solution la plus simpliste consiste à ne pratiquer aucune inté-gration et à alimenter chaque flux selon ses besoins par un apportd’énergie ou un refroidissement externes, d’où la nécessité dequatre échangeurs externes (figure 2a). La solution la plus sophis-tiquée consisterait à une intégration maximaliste de tous les fluxconduisant à quatre échangeurs internes avec deux, voire trois ou

quatre échangeurs externes (utilités) permettant l’ajustement despuissances requises (figure 2b). La solution d’intégration optimale,si toutes les puissances-transformation de chaque flux sont iden-tiques, revient à placer deux échangeurs internes seulement(figure2c). Certes, les possibilités offertes par chacune de ces alter-natives ne sont pas identiques mais la solution 2c répond parfaite-ment au cahier des charges correspondant au cas idéalisé de flux àpuissances-transformation identiques. Même si nous devons tenircompte du fait que les coûts d’échangeurs de chaleur sont propor-tionnels à la charge et inversement proportionnels au pincement, lasolution 2c a toutes les chances de conduire à un investissement

inférieur aux solutions 2a et 2b pour le même cas. Nous voyonsainsi qu’une méthode d’intégration, directement inspirée des prin-cipes de la thermodynamique, comme la méthode du pincementglobal, peut également contribuer à optimiser, voire minimiser lesinvestissements.

La méthode du pincement global peut parfois également contribuerà mettre en évidence les modes d’interaction les plus favorables envue d’améliorer la planification du site, son contrôle et sa sécurité.

A noter la représentation des flux (flèche dans le sens de l’évolu-tion désirée des températures), des échangeurs internes (deuxcercles reliés) et des échangeurs de sources externes ou utilités(cercle simple). Cette représentation sera conservée tout au long ducours pour les diagrammes de conception de réseaux.

a b c

Figure 2: Solutions possibles de réseaux d’échange pour un site simplifié à quatre flux.


45/113

2. DÉTERMINATION DU CAHIER DESCHARGES DU SITE ÉTUDIÉ

Comme nous l’avons relevé plus haut, l’ingénieur se retrouve fré-quemment en présence de diagrammes d’écoulement de com-plexité souvent élevée et nécessitant une étude préliminaire de syn-thèse. Rappelons que le but premier devrait être de rechercher nonpas une retouche mais de déterminer le potentiel réel d’économied’énergie lié au site examiné. Pour ce faire il convient, en premièreapproche, de dépouiller le diagramme de tous les éléments qui n’ontrien à faire avec le cahier des charges strict du site étudié. Les élé-ments à éliminer (du diagramme) seront donc les échangeurs desutilités spécifiques (chauffage, refroidissement), les échangeurs derécupération de chaleur ou de production de vapeur de récupéra-tion, les unités de puissance, etc., qui n’ont pas directement à voiravec les ingrédients ou résidus du (ou des) procédé (s) étudié (s).Ces éléments agissent souvent comme des leurres en voilantl’essentiel. Il convient cependant d’en établir un inventaire précis àdes fins de réutilisation au cours de la phase ultérieure d’analysedes différentes solutions.

Prenons comme exemple l’unité de production d’acide nitriqueexistante et représentée schématiquement en figure 3a1.Ce diagramme pourtant déjà considérablement simplifié ne permetpas d’avoir une vue d’ensemble en dégageant rapidement les élé-

ments essentiels aux procédés étudiés. Dans un premier temps, ilest recommandé de suivre chacun des flux entrants jusqu’aux prin-cipales unités de transformation (convertisseur, absorbeur, réacteur,etc.). Les conditions thermodynamiques d’entrée sur le site etd’arrivée à l’unité de transformation constituent les deux extrémi-tés du vecteur puissance-transformation relatif à l’ingrédient sélec-tionné. La même opération peut être faite avec les produits ou rési-dus entre la sortie des convertisseurs et autres réacteurs et l’entréed’une autre unité de transformation ou la sortie du site étudié.

Au cours des opérations susmentionnées, on ne remet en général

pas en cause les conditions thermodynamiques d’entrée et de sor-tie des unités de transformation qui sont définies par les spécialistesdes procédés.

Simplifier et garder leséléments vitaux

2. Détermination du cahier des charges du site étudié

49

1 doit être considéré comme un exemple seulement et peut comporter desinexactitudes sur le plan du procédé

Exemple de la figure 3a


46/113


50

F i g u r e 3 a : S c h é m a d ’ u n e i n s t a l l a t i o n d e p r o d u c t i o n d ’ a c i d e n i t r i q u e .


47/113

La figure 3b donne le schéma de synthèse provenant de cette pre-mière opération de recherche du cahier des charges du site repré-senté à la figure 3a. Par convention, les flux qui doivent être chauf-

fés et traduisent les besoins énergétiques sont appelés flux froids etceux qui peuvent être refroidis et constituent des opportunités derécupération d’énergie sont appelés flux chauds.

Synthèse sous la formed’un tableau de flux


51

Figure 3b: Diagramme simplifié (cahier des charges) d’une installation de production d’acide nitrique.

Dans notre exemple, les flux suivants ont été déterminés:1. L’ammoniac (flux froid) qui entre à 7°C doit être évaporé puis

chauffé à 76°C avant d’être mélangé à l’air pour entrer dans leconvertisseur. A noter que cette opération s’effectue en troisphases avec le plateau d’évaporation. La partie d’air mélangéen’est pas vraiment considérée car son état thermodynamiquen’est pas modifié entre le compresseur et la zone de mélange.

L’opération de mélange à température différente, qui fait quel’air réchauffe l’ammoniac, n’est ici pas remise en cause car onadmet que l’on garde le même type de compresseur d’air.

Liste des flux


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But inital: un réseaud'échangeurs


52

2. L’autre partie de l’air comprimé peut être refroidie de 184°C à104°C à l’entrée du purificateur ("bleacher") et constitue doncun flux chaud.

3. La réaction étant exothermique, le produit du convertisseur peutêtre refroidi de 840°C à 148°C, constituant ainsi un flux chaud.4. Les gaz de reflux après oxydation peuvent être refroidis de

235°C à 43°C.5. Une partie des gaz sont condensés dans le séparateur avec un

refroidissement global de 148°C à 50°C avec un plateau de chan-gement de phase à 80°C. C’est à cette dernière température quele condensat est envoyé à l’absorbeur alors que les gaz résiduelssont recyclés.

6. Les gaz de tête de colonne d’absorption, qui ont une pressionnon négligeable, peuvent être réchauffés avant détente dans une

turbine d’entraînement de compresseur.7. Les mêmes gaz peuvent encore être refroidis à la sortie de la tur-

bine avant d’être envoyés à la cheminée.

A noter que ces deux derniers flux pourraient éventuellement aussiêtre éliminés car ils ont essentiellement pour but de récupérer del’énergie seulement avec une double opération de chauffage et derefroidissement qui n’est pas essentielle au procédé lui-même.

Notre but à ce stade est de concevoir à la base un réseau d’échan-geurs, complété en deuxième priorité d’unités de puissance, per-

mettant de répondre à ce cahier des charges en minimisant le coûtde fonctionnement (incluant l’amortissement) tout en garantissantla même fonctionnalité. Un tel coût est normalement dicté avanttout par l’énergie de chauffage des sources externes chaudes (utili-tés chaudes), la puissance de refroidissement (utilité froide) et sonmode (quantité d’eau de refroidissement, etc.), ainsi que par lenombre et le pincement moyen des échangeurs, et par le coût desunités de puissance. Cet exemple très réel et relativement complexe,ayant pour but d’illustrer la phase de simplification de diagramme,inclut des flux à chaleur spécifique fortement non linéaire et doncpeu propice à un traitement simple. Nous allons donc par la suitenous pencher sur un exemple plus simple décrit à la figure 4a.

Le cahier des charges (figure 4b) du système considéré ici com-prend:1. Un produit A qui transite et peut être refroidi de 90°C à 60°C

(flux chaud).2. Un produit B qui doit être chauffé de 40°C à 133°C qui est la

condition d’entrée dans le réacteur chimique (flux froid).3. Un produit C, résultat de la réaction qui doit être refroidi de

150°C à 40°C (flux chaud).4. Un produit D qui doit être chauffé de 25°C à 100°C à l’entrée

du même réacteur (flux froid).

Cette installation demande actuellement une puissance cumulée de

Exemple de la figure 4a


49/113

chauffage externe (utilité) de 1620 kW et une puissance de refroi-dissement externe de 1780 kW, la réaction étant exothermique.


53

Figure 4a: Exemple de site de production d’un composé chimique.

Est-il possible de concevoir un réseau de composants meilleur quecelui-ci? Il est certes possible d’appliquer le premier principe endéduisant toutes les énergies transformations des flux froids à celles

des flux chauds et en déterminant ainsi le déficit ou le surplus appa-rent d’énergie. Dans ce cas nous obtiendrions seulement un besoinde refroidissement de 160 kW. Une telle approche négligeraitcependant les contraintes liées aux niveaux de température qui ren-dent fréquemment impossible certains échanges internes. Donc laréponse à une telle question n’est pas triviale et requiert normale-ment l’exploration (avec tâtonnements et si possible intuition) dessolutions possibles avec une comparaison des niveaux de tempéra-ture à chaque échangeur.

Nous allons voir que la méthode du pincement optimal va nous per-mettre de combler cette lacune en déterminant aisément les objec-

tifs de consommation énergétique et de refroidissement minimumréalisables puis d’édicter des règles à suivre pour la conception demeilleurs réseaux.

Est-il possible de concevoirun meilleur réseau?

Oui, à l'aide de la méthodedu pincement


50/113

Etablir le cahierdes charges

Définir les vecteurs flux


54

Cette phase d’établissement du cahier des charges par simplifica-tion du diagramme d’écoulement original est cependant essentielleet une erreur d’interprétation à ce niveau peut compromettre tousles efforts ultérieurs de recherche d’une solution optimale. Aprèssimplification une puissance transformation peut être associée àchaque flux, et inclue dans une table des flux comme représenté entable 1 pour l’exemple de la figure 4b. Ceci implique naturellementque l’on puisse déterminer pour chaque flux les conditions de tem-pérature entrée - sortie, le débit-masse et les principales propriétésphysiques (chaleur spécifique, etc.). Les flux peuvent également ne

pas être représentables par de simples vecteurs mais par des lignesbrisées approximant une chaleur spécifique fortement non linéaireou un flux présentant un palier de changement de phase avec éven-tuellement sous-refroidissement et surchauffe. En cas de capacitéthermique fortement non linéaire, il est préférable de faire passer lalibre brisée approximant une courbe du côté des températures supé-rieures pour un flux chaud et inférieures pour un flux froid. De cettemanière le pincement dans les échangeurs ne sera jamais inférieurau pincement optimum global désiré.

Figure 4b: Schéma d'écoulement simplifié de l'exemple du procédé de la figure4a.


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3. COURBES COMPOSITES

3.1 Diagramme des compositesLa théorie du pincement optimal (réf. 2) consiste à représenter tousles vecteurs flux chauds a, b, c, d, e ainsi que les vecteurs froids a’,b’, c’, d’, e’ d’un problème donné dans un diagramme Température- Puissance-transformation (figure 5). A noter que dans un tel dia-gramme seule l’ordonnée est absolue (température = fonctiond’état) car les puissances reportées en abscisse (grandeurs de par-cours) n’ont pas de référence absolue. Les vecteurs peuvent doncêtre librement déplacés horizontalement. Dans le but d’avoir unevue d’ensemble, les vecteurs de flux chauds, représentant toutes lesopportunités de récupération d’énergie chaleur, sont combinés paraddition en une courbe composite dite chaude, et les vecteurs deflux froids, représentant tous les besoins, sont également combinésen une courbe composite dite froide.

Conformément à ce qui a été mentionné ci-dessus, chacune descomposites peut être librement déplacée horizontalement en res-pectant ainsi le niveau de température. L’objectif étant de visuali-ser les possibilités de transfert de chaleur entre flux, il convientcependant de veiller à ce que la composite chaude soit intégrale-ment supérieure à la composite froide.

A la limite, les composites se touchent en un point caractéristiquedont la température est appelée la température de pincement glo-bal et qui joue un rôle de premier plan. Si on admet que les éner-gies chaleur sont transférées verticalement de la composite chaudeà la composite froide comme dans une sorte de grand échangeur àcontre-courant, la température de pincement met en évidence lazone du site la plus contrainte pour effectuer les transferts de cha-leur désirés. En fait, comme le pincement est nul à la limite, il fau-drait une surface d’échange infinie pour pouvoir transférer vertica-lement de la chaleur entre la courbe composite chaude et lacomposite froide à cet endroit. L’extrémité la plus froide de la com-posite froide et l’extrémité la plus chaude de la composite chaudedélimitent la zone d’échange interne théoriquement possible. Anoter que cette zone est maximale lorsque les composites se tou-chent. Afin de s’éloigner de ce cas extrême, indicatif mais peu réa-liste, la procédure consiste à écarter les composites par déplacementhorizontal jusqu’à l’obtention d’une différence de température mini-male (pincement) économiquement réaliste.

Diagrammestempérature, puissance

Courbes compositeschaude et froide

Températurede pincement et écartde températureminimum (∆Tmin)

3. Courbes composites

55


52/113

Deux sous-systèmes

Eviter tout transfert

de chaleur à traversle pincement


56

Le segment de puissance (en abscisse), considéré positivemententre les extrémités inférieures en température des compositeschaude et froide, est représentatif de la puissance minimale qu’ilest nécessaire d’éliminer à une source externe froide (utilité froide).De façon similaire, le vecteur de puissance, considéré positivemententre les extrémités supérieures en température des compositeschaude et froide, représente la puissance minimale qu’il est néces-saire de fournir au site à partir d’une source chaude externe (utilitéchaude). On peut ainsi constater que plus on écarte les composites(∆Tmin croissant), plus la zone d’échange de chaleur interne seréduit, et plus les minima de consommation des utilités augmen-tent.

Le pincement global présente la propriété remarquable de séparerle système étudié en deux sous-systèmes distincts:• le sous-système à droite du pincement qui est caractérisé par un

manque d’énergie et que l’on peut qualifier de puits d’énergie-chaleur ;

• le sous-système à gauche du pincement qui est caractérisé parun surplus d’énergie, certes à basse exergie que l’on peut quali-fier de source d’énergie-chaleur.

Malheureusement le surplus de chaleur de la source est à un niveau

de température trop faible pour alimenter le puits et est en généralrejeté au réseau d’eau de refroidissement ou à l’atmosphère. Lazone du pincement global étant la zone la plus contraignante du

c

ab

d

e

a'

b'

c'

d'

Energie àhaute exergie

Rejet àl'environnement

e'

Zone d'échangede chaleur interne

Pincement

∆ T m in

T e m p é r a t u r e

Puissance transformation

Figure 5: Vecteurs flux et courbes composites dans un diagramme Température - Puissance-transformation.

Minima des besoinset des rejets


53/113

point de vue du transfert de chaleur interne, il est important d’évi-ter tout transfert de chaleur entre le puits et la source à travers lazone du pincement. Un tel transfert reviendrait à prélever de l’éner-gie dans le sous-système qui n’en a déjà pas assez (le puits) pourla transmettre au sous-système qui en a globalement déjà trop (lasource).

Comme nous l’avons déjà relevé, le fait d’accroître la différence detempérature ∆Tmin au pincement revient à augmenter les besoinsénergétiques de chauffage mais aussi de refroidissement. Tout sepasse comme si l’énergie supplémentaire reçue de l’utilité chaudeétait transférée en cascade à travers le pincement, du puits à lasource, en devant finalement y être éliminée par l’intermédiaire del’utilité froide. Cette opération n’est cependant pas purement gra-tuite car elle contribue à mieux répondre aux besoins de la partie àtempérature élevée des flux de la composite froide, ce qui permetd’améliorer les conditions de transfert à l’étranglement, à savoir,dans la zone du pincement.

A noter que, le pincement global étant choisi, le réseau optimumd’échangeurs sera tel que tous les échangeurs auront un pincementindividuel supérieur au ∆Tmin, sauf pour les échangeurs ayant unesortie ou une entrée à température proche de celle du pincement.

On perçoit déjà un des grands avantages de la méthode du pince-ment: la détermination aisée des consommations minimales d’un

Le fait d'accroître∆Tmin

Détermination des consom-mations d'énergie minimales


57

Pincement

minima des utilités(buts énergétiques)

Plus on consomme d'énergie à

haute exergie, plus il faut

refroidir

Source et puits sont séparés

Figure 6: Influence du ∆Tmin sur les minima de consommations énergétiques.


54/113

A la main, pour un∆Tmin donné


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site même complexe et une bonne évaluation de l’écart entre laconsommation réelle d’un site existant par exemple et le minimumthéorique. Cette comparaison permet en général à l’ingénieur de

mieux évaluer les possibilités d’amélioration d’un site. Un écartproportionnellement important est un indicateur clair du potentield’économie et des chances de succès d’une étude plus poussée.

3.2 Méthode des tableaux

La méthode des graphes composites a l’avantage de permettre uneappréciation graphique excellente du bilan en puissance-chaleur duprocédé étudié, y compris des minima énergétiques. C’est égale-ment ce type d’approche qu’on retrouve dans les programmesd’ordinateur qui sont commercialisés depuis peu tels que «Advent»

(réf. 5).

Cependant, en l’absence d’ordinateur, cette méthode implique undéplacement d’une courbe par rapport à l’autre et requiert soit ungrand nombre de dessins successifs soit une approche papier -ciseaux qui, bien que techniquement praticable, peut être encom-brante. Linnhoff et Flower (réf. 6) proposent une alternative, laméthode des tableaux, que nous allons décrire en considérantl’exemple de la figure 4b avec 4 flux (2 chauds et 2 froids). Letableau des flux est donné ci-dessous:

Flux Tin Tout Mcp ∆H[°C] [°C] [kW/°C] [kW]

A (ch) 90 60 80 2400

B (fr) 40 133 30 -2790

C (ch) 150 40 20 2200

D (fr) 25 100 22 -1650

. .

Table 1: Tableau des flux correspondant à l’exemple de la figure 4b.

Hypothèse de départ: ∆Tmin = 15°C

Afin de faire manuellement le bilan énergétique des vecteurs flux,la technique des tableaux consiste à établir tout d’abord undeuxième tableau divisé verticalement en intervalles de tempéra-ture. Les bornes de chaque intervalle de température correspondentaux changements de pente de l’une ou l’autre des composites à plus∆Tmin/2 pour les flux froids et à moins∆Tmin/2 pour les flux chauds.L’intention de ces dernières règles est de s’assurer que le pincementindividuel de chaque échangeur ultérieurement choisi sera au moins

égal ou supérieur au∆Tmin fixé pour l’ensemble du réseau. La tem-pérature des flux froids étant exagérée vers le haut et la tempéra-ture des flux chauds vers le bas nous sommes alors assurés de pou-

A plus ou moins∆Tmin/2


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voir transmettre la chaleur entre les parties de flux correspondant àchaque intervalle. Ainsi donc le flux chaud correspondant au pro-duit A est introduit dans le tableau comme variant de 82.5°C à

52.5°C, le flux froid correspondant au produit B de 47.5°C à140.5°C, et ainsi de suite pour chacun des vecteurs flux.

Le bilan de puissance au niveau de chaque intervalle du tableau pré-cédent donne soit un surplus de puissance soit un déficit mais jamaisles deux à la fois. Les intervalles de température sont numérotés de1 à i à partir des températures les plus hautes. Les niveaux de tem-pérature sont également numérotés de 1 à i + 1 en partant de la tem-pérature la plus élevée.

Il suffit maintenant d’identifier les flux qui interviennent à chaqueintervalle de température et de faire le bilan de puissance-transfor-

mation à chaque intervalle qui peut s’écrire comme suit:

A noter que nous sommes toujours au stade de l’analyse globale dusite ou du procédé, avec un ordre de grandeur de précision espérén’excédant pas 10% et destiné à être amélioré par la suite. Dans cesconditions, la prise en compte d’une chaleur spécifique moyennepour chaque flux est généralement suffisante.

De par le jeu des pentes des composites le bilan local se traduit, àchaque intervalle de température, par un surplus ou par un déficitd’énergie. Il est intéressant de noter que le surplus de puissance-chaleur au niveau d’un intervalle i est à une température suffisantepour être transmis à l’intervalle i +1 qui est au niveau de tempéra-ture immédiatement inférieur. Il n’est par contre pas envisageablede transmettre un déficit d’énergie. Le concepteur devra doncs’arranger pour fournir une quantité d’énergie supplémentaired’une utilité chaude à un niveau de température au moins supérieurà l’intervalle considéré. Comme nous l’avons vu précédemment,cette énergie complémentaire sera alors transmise en cascade à tousles autres intervalles en aval jusqu’à l’utilité froide. Etant donné quele pincement global ∆Tmin a déjà été pris en compte, le but duconcepteur sera d’augmenter la puissance requise des utilitéschaudes jusqu’à ce qu’aucun déficit n’apparaisse (figure 7).

La température de pincement est alors mise en évidence et corres-pond à la température séparant les deux intervalles à échange dechaleur nul.

Les minima de consommation d’utilités chaudes et froides sont éga-lement déterminés lorsque la cascade de transfert de chaleur entreintervalles ne comprend plus de valeurs négatives et comporte une

valeur nulle.

∆H = Ti – T i + 1 ΣΣ Mcp, ch – ΣΣM cp, fr i

Surplus ou déficit


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Transfert de haut en bas

Bilan d'énergie

Températurede pincement


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Pour les études d’amélioration de sites ce sont ces minima-là quipeuvent être comparés avec la consommation connue du site etpermettent de juger de l’intérêt potentiel d’une transformation.

Toutes les données nécessaires aux tableaux ci-dessus sont généra-lement accessibles ou peuvent être extraites des diagrammesd’écoulement. Pour des systèmes trop limités, dans un site donné,il peut quelquefois être difficile de séparer la consommation parti-culière du système étudié de la consommation globale, auquel casdes mesures peuvent s’avérer nécessaires.

A titre de comparaison, la figure 8 donne la représentation sousforme de composites du cas traité par la méthode des tableaux à lafigure 7.

Comparaisonentre les minima deconsommation

et la consommation réelle


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Figure 8: Résultats obtenus par le programme PINCHY (réf. 8).

3.3 Cas limite de composites

Considérons l’exemple correspondant au tableau de flux suivant:

Flux Tin Tout Mcp ∆H[°C] [°C] [kW/°C] [kW]

Ch 1 130 45 1.56 132.6

Fr 1 10 130 1.15 138

Fr 2 45 130 0.26 22.1

Fr 3 40 61 2.51 52.71

Table 2: Exemple de flux conduisant à un cas limite de composites.

. .

Exemple particulier


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La présence d’un pincement fictif lors du calcul effectué à la table3,illustrait le fait qu’avec un∆Tmin de 10°C, le réseau doit compor-ter un échangeur d’utilité chaude au-dessous de la température depincement réelle. Un tel réseau est déconseillé car le pincementréduit par rapport au cas optimum (∆Tmin =27°C) ne fait qu’aug-menter la surface nécessaire pour les échangeurs sans diminuer laconsommation d’utilité chaude. A l’extrême elle pourrait être uti-lisée pour mettre en valeur un résidu d’énergie chaleur à basse tem-pérature. Cependant si un tel résidu existe, il aurait dû être pris encompte dans les flux au moment de l’établissement des composites.

3.4 Courbes composites et pertes exergétiques

Il est intéressant de noter que si on place les composites non pasdans un diagramme (T, ∆H) mais dans un diagramme

étant appelé le facteur de Carnot, les surfaces sous les courbes repré-sentent les copuissances-chaleur (exergie-chaleur) et la surfaceentre les courbes composites dans la zone d’échange correspondaux pertes exergétiques de transfert de chaleur interne (figure 10).

1 –Ta

T, ∆H , 1 –

Ta

T

A déconseiller


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∆Tmin = 10°C

∆Tmin = 27°C

80.21 kW

80.21 kW

Figure 9: Cas limite de composites relatives aux flux de la table 2.

. Représentationdes pertes exergétiques


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Une indication précieuse


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4. INTERPRÉTATION DU PINCEMENT ETDES MINIMA ÉNERGÉTIQUES

Le tableau de la figure 7 ou le diagramme des composites de lafigure 8 nous indiquent que les minima énergétiques pour l’exemplechoisi avec un pincement global de 15°C sont de 1090 kW à four-nir à l’utilité chaude et de 1250 kW à éliminer à la source froide.Ces grandeurs sont largement inférieures aux consommations dusite réel représenté à la figure 4a qui étaient respectivement de 1620et 1780 kW. Cette indication est précieuse et constitue une motiva-

tion pour le concepteur qui sait alors précisément dans quel cadreil évolue. En d’autres termes, le sommet de la pyramide de repré-sentation des solutions possibles est maintenant identifié.

Il va sans dire que les conclusions concernant la température de pin-cement, les minima énergétiques et le réseau d’échange optimal quien découlent sont strictement liés au système considéré. Chaqueextension ou contraction de l’angle d’analyse nécessite une nou-velle procédure, sans quoi les résultats peuvent être erronés. Dansle cas d’adjonction d’un nouveau procédé sur un site existant, il ya souvent lieu de faire l’analyse trois fois, à savoir:

• pour le site existant ;• pour le nouveau procédé considéré isolément;• pour l’ensemble des deux.

surface correspondantaux pertes exergétiques

1 -

T a /

T

Figure 10: Représentation des pertes exergétiques de transfert de chaleur interne.

Une analysepour chaque site


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4. Interprétation du pincement et des minima énergétiques

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F i g u r e 1 1 : I n s t a l l a t i o n d e p r o d u c t i o n d ’ a c i d e n i t r i q u e ( fi g . 3 a ) i n t é g r é e à u n s i t e e x i s t a

n t ( r é f . 4 ) .

c o n d e n s a t s

a p p o i n t

d é g a z e u r

e a u d ' a l i m e n t a t i o n

v a p e u r

5 0 0 ° C

1 0 0 ° C

4 7 3 ° C

3 7 0 ° C

1 5 0 ° C

8 0 ° C

1 0 0 ° C

2 0 ° C

6 2 ° C

1 0 0 ° C

1 6 4 ° C

c h a r b o n

a u t r

e s

p r o c é d é s


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Contrôlerles perspectives

d'intégration


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Une telle analyse permet de contrôler les perspectives d’intégrationoptimale dans le site industriel, ce d’autant que le nouveau procédépeut parfois déséquilibrer l’offre et la demande des principaux

réseaux du site (électricité, réseaux de vapeur, de froid, etc.) etremettre en question des choix antérieurs concernant des unités decogénération par exemple. La figure 11 montre l’unité de produc-tion d’acide nitrique (figure 3) intégrée à un site existant et la figure12 montre les diagrammes de composites de chaque cas. La diffé-rence est aisément perceptible et modifie considérablementl’approche ultérieure.

Figure 12a: Composites de l’installation d’acide nitrique seule.

Composites de l'exemplede la figure 11


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4. Interprétation du pincement et des minima énergétiques

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Figure 12b: Composites du site existant.

Figure 12c: Composites acide nitrique + site existant


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Trois règlesfondamentales


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5. CONCEPTION D’UN RÉSEAUD’ÉCHANGEURS OPTIMAL

Comme nous l’avons vu, le pincement sépare le système en deuxsous-systèmes distincts. Le sous-système de droite (puits) ne néces-site en principe qu’un apport de chauffage et le sous-système degauche ne nécessite en principe que des possibilités de refroidisse-ment. Les deux sous-systèmes peuvent donc être considérés commethermodynamiquement distincts et on peut énoncer les règles sui-vantes:• ne pas transmettre d’énergie-chaleur à travers le pincement;• ne pas avoir recours à un refroidissement externe au-dessus du

pincement;

• ne pas avoir recours à un chauffage externe au-dessous du pin-cement.

Ces deux dernières règles impliquent que le réseau d’échangeursdoit être conçu de telle sorte que les différents flux de part et d’autredu pincement doivent être amenés aux conditions de températureexactes du pincement. Cela signifie que l’on doit commencer laconception du réseau d’échangeurs à partir du pincement.

Revenons à l’exemple de la table 1. Nous avons déterminé le pin-cement à 82.5°C, ce qui correspond à 75°C pour les flux froids et

90°C pour les flux chauds (∆

Tmin = 15°C). Il est commode dereprésenter les flux et le réseau à créer dans le diagramme linéaireci-dessous:

Figure 13: Diagramme de représentation des flux et échangeurs d’utilités.

Exemple de la table 1


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Le diagramme est organisé selon l’échelle verticale des tempéra-tures avec une ligne intermédiaire horizontale qui situe la tempéra-ture de pincement global. Les températures d’entrée, désirées au

pincement, et de sortie sont mentionnées dans les rectangles super-posés aux vecteurs flux. Les cercles représentent les échangeursd’utilités externes qui sont placés à priori et rappellent les puis-sances énergétiques en jeu pour chacune des zones (puits ousource).

5.1 Réseau supérieur au pincemen

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Intégration Énergétique de Procédés Industriels