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Raffinage de pétrole - Particularités de l’intégration des procédés (IP) Ressou

Raffinage de pétrole - Particularités de l’intégration des procédés (IP) Ressources naturelles Canada Natural Resources Canada Canada © Sa Majesté la Reine du chef du Canada, 2003 Comment l’intégration des procédés peut-elle aider votre entreprise ? L’intégration des procédés (IP) est une approche efficace qui permet de réduire la consommation d’énergie d’installations industrielles complexes et de grande envergure. Les techniques d’IP permettent de sélectionner ou modifier les étapes d’un procédé, ainsi que la façon dont ses différentes parties sont inter-connectées et interagissent, dans l’objectif de minimiser l’utilisation des ressources (principalement l’énergie, mais aussi l’eau et l’hydrogène). Parmi les techniques d’IP, l’analyse Pinch est celle qui est le plus fréquemment utilisée. L’analyse Pinch est une procédure systématique pour étudier les flux énergétiques à l’intérieur d’un procédé et pour déterminer qu’elle est la consommation minimale d’énergie requise pour le chauffage et le refroidissement de ce même procédé. Cette dernière information est très utile parce qu’elle permet de comparer la consommation d’énergie actuelle d’une usine avec sa cible de consommation minimale et ainsi déterminer quel est le véritable potentiel d’amélioration. La méthode permet donc d’étalonner la consommation d’énergie de l’usine par rapport à sa consommation minimale possible. La méthode est également très utile pour identifier le potentiel de cogénération d’électricité et de chaleur sur un site ainsi que les possibilités d‘y utiliser des pompes à chaleur. Une fois la cible de consommation minimale d’énergie identifiée, l’analyse Pinch peut alors être utilisée pour identifier les projets d’économie d’énergie qui permettront de se rapprocher le plus possible de cette valeur cible en pratique. Les projets identifiés peuvent être à l’intérieur des différents procédés ou au niveau des utilités (production et distribution de vapeur, systèmes de refroidissement, etc.) d’un site industriel. Les résultats d’une analyse d’IP peuvent constituer la base d’une stratégie d’investissement à long terme. Les aspects généralement inclus dans un audit énergétique conventionnel (vérification du rendement des chaudières, des systèmes d’air comprimé, de l’isolation thermique, des purgeurs de vapeur, etc.) peuvent être inclus dans une étude d’IP de façon à effectuer une analyse globale et systématique de l’ensemble d’une usine. Il est essentiel d’utiliser des logiciels spécialisés qui permettent de traiter le grand nombre de données nécessaires à une analyse d’IP. Il existe des logiciels d’analyse permettant de calculer rapidement le potentiel d’économies d’énergie d’un site industriel (valeur cible) et d’aider les ingénieurs lors de la conception des projets de récupération d’énergie permettant de se rapprocher le plus possible de la valeur cible. Pour bien appliquer les techniques d’IP, il est essentiel d’avoir une bonne expérience dans leur utilisation ainsi qu’une bonne connaissance des procédés du secteur industriel dans lequel on les applique. Le moment idéal pour appliquer les techniques d’IP est à l’étape de conception d’une nouvelle unité de production ou d’une nouvelle usine. De très bonnes économies d’énergie pourront alors être obtenues en plus de réduire les investissements en capital de la nouvelle usine. Pour les usines existantes, les projets d’économies d’énergie identifiés à l’aide des techniques d’IP nécessiteront généralement des investissements. Dans ce cas, l’étude d’IP peut être spécifiquement orientée de façon à maximiser le retour sur investissements des projets proposés. Ressources naturelles Canada Natural Resources Canada Canada Raffinage de pétrole - Particularités de l’intégration des procédés (IP) L’approche utilisée dans une étude d’IP permet de s’assurer que les combinaisons de projets possibles sont évaluées simultanément de façon à s’assurer qu’il n’y ait pas de conflit entre ces projets et que les économies d’énergie ne soient pas comptées deux fois. La stratégie d’investissement des projets identifiés permettra de s’assurer que l’implantation des projets se fera de façon cohérente et avec une bonne synergie entre les projets retenus. Que ce soit pour une nouvelle usine ou pour une usine existante, une étude d’IP faite à l’aide de l’analyse Pinch débute normalement par la réalisation d’un bilan de matière et d’énergie représentant chaque procédé de l’usine. Un modèle est alors effectué à partir de ce bilan de façon à représenter la charge thermique requise pour le chauffage et le refroidissement de chaque courant du procédé. On peut alors déterminer : Les cibles de consommation minimale d’énergie pour le refroidissement et le chauffage d’un procédé (vapeur, eau de refroidissement, charges frigorifiques, etc.) ; Les possibilités de combler la demande énergétique des courants de procédé en récupérant l’énergie contenue dans d’autres courants du procédé ; Les améliorations possibles à la façon dont les utilités (vapeur à différents niveaux de pression, eau de refroidissement, électricité, etc.) sont utilisées pour chauffer ou refroidir certains courants du procédé ; Les possibilités de modifier certains équipements / opérations du procédé existant pour réduire encore davantage la demande d’énergie du site. En parallèle à une étude d’IP, on peut modéliser le système de production et de distribution de vapeur du site. Grâce à ce modèle, les économies d’énergie identifiées dans les procédés de l’usine peuvent être directement traduites en économies d’énergie achetée (gaz, huile, etc.). Cela permet d’éviter une erreur courante qui consiste à recommander des projets d’économies d’énergie en un point de l’usine qui peuvent en fait reporter le problème ou même créer un problème en un autre point du site. Un exemple typique d’une telle erreur est d’économiser de la vapeur à basse pression à un certain endroit de l’usine et, comme conséquence, d’être obligé de rejeter à l’atmosphère un surplus de vapeur à basse pression à un autre point de l’usine. Le tableau suivant présente les économies typiques pouvant être obtenues, à l’aide des techniques d’IP (principalement l’analyse Pinch), sur la consommation totale d’énergie thermique achetée d’un site industriel (sauf pour le secteur des pâtes et papiers où les économies sont exprimées en fonction de la quantité totale de vapeur produite par l’ensemble des chaudières). Ces économies sont classées en fonction de la période de retour sur investissements (PRI). Ressources naturelles Canada Natural Resources Canada Canada Raffinage de pétrole - Particularités de l’intégration des procédés (IP) Potentiel d’économies d’énergie via l’IP (%) Secteur industriel Retombées immédiates PRI de 1 à 3 ans PRI de 3 à 6 ans Potentiel Total * Raffinage de pétrole jusqu’à 5 10-15 jusqu’à 15 10-25 Pétrochimie jusqu’à 5 5-10 jusqu’à 20 10-25 Sidérurgie jusqu’à 5 5-15 10-20 10-30 Chimie jusqu’à 5 10-15 jusqu’à 25 15-35 Agroalimentaire 5 15-25 jusqu’à 25 15-40 Pâtes et papiers 5 10-25 25 10-35 * Le potentiel total d’économies n’est pas simplement la somme de toutes les colonnes parce que certains projets à longue période de retour sur investissements peuvent être une alternative à des projets ayant une plus courte période de retour sur investissements. Des économies additionnelles variant entre 5 et 15% peuvent généralement être obtenues en effectuant une bonne maintenance des procédés et équipements, en vérifiant régulièrement les purgeurs à vapeur et le contrôle des chaudières et des fournaises, en nettoyant les échangeurs de chaleur encrassés, en effectuant un suivi régulier de la consommation d’énergie, en effectuant des modifications aux procédés, etc. Les économies possibles dépendent de l’importance qui a été donnée à la réduction de la consommation d’énergie par le personnel de l’usine ainsi qu’à d’autres facteurs comme la complexité du procédé et le type de produits traités dans l’usine. Le texte qui suit traite de l’application de l’IP dans l’industrie du raffinage de pétrole et présente quelques résultats typiques découlant d’études d’IP menées dans ce secteur. Il s’agit d’informations basées sur une expérience accumulée au niveau mondial. Les résultats sont typiques et non-corrigés en fonction des particularités économiques, géographiques ou climatiques locales. Application de l’IP dans l’industrie du raffinage du pétrole Les raffineries de pétrole sont généralement déjà bien intégrées et les raffineurs sont assez actifs, de façon générale, en ce qui concerne l’amélioration de l’efficacité énergétique. Il est toutefois encore possible d’accroître l’efficacité énergétique dans une raffinerie de pétrole existante, mais cela nécessite le plus souvent des investissements en capital pour améliorer le rendement énergétique d’une unité de production analysée individuellement. Des projets à retombées immédiates ou des projets simples à implanter peuvent également être mis en oeuvre en évitant de refroidir inutilement des courants chauds transférés d’une unité de production à une autre (par exemple, le gas-oil en provenance de l’unité de distillation atmosphérique pourrait être transféré chaud à l’unité de craquage catalytique (FCC) plutôt que froid, ce qui permettrait de réduire les besoins en refroidissement de l’unité de brut ainsi que les besoins en chauffage de l’unité FCC). Ceci est communément appelé « hot transfer ». Des projets à retombées immédiates peuvent également être identifiés au niveau des utilités de l’usine, comme les réseaux de vapeur, de condensat et de gaz de procédé. Ressources naturelles Canada Natural Resources Canada Canada Raffinage de pétrole - Particularités de l’intégration des procédés (IP) Pour les unités analysées individuellement, l’IP bénéficie surtout à celles dotées d’un train de préchauffage complexe ou celles ayant un système de production de vapeur à partir de chaleur récupérée dans le procédé. Les opportunités les plus intéressantes se présentent souvent lors de la conception de nouvelles installations ou lorsqu’il est question d’unités existantes qui opèrent selon uploads/Industriel/ pi-raffinerie.pdf