Récupération de chaleur perdue par l'intégration des procédés

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1 Récupération de chaleur perdue par l'intégration des procédés ÉNERGIE 2009 : Écono et écolo Centre de congrès de Toronto, 24 et 25 novembre 2009 Serge Bédard, ing, M. ing. Groupe Optimisation des systèmes industriels CanmetÉNERGIE serge.bedard@rncan-nrcan.gc.ca Aperçu Possibilité de récupération de chaleur et de production d'énergie Exemples de récupération de chaleur et de mises à niveau technologiques Pourquoi recommande-t-on l'intégration des procédés? Qu'est-ce que l'intégration des procédés? Exemples d'intégration des procédés Conclusions

2 La possibilité (1 de 2) La chaleur industrielle non récupérée est d'une valeur inestimable PJ par année de chaleur perdue sous forme liquide ou gazeuse dans les industries canadiennes Pâtes et papiers, métallurgie, chimie et pétrochimie, raffinage du pétrole Des études effectuées dans le passé par diverses organisations indiquent que 25 % de cette chaleur perdue (c.-à-d. 400 PJ par année) peut être récupérée en utilisant des technologies conventionnelles, ce qui représente : une économie de 27 tonnes métriques de GES par année une économie de la quantité d'eau utilisée pour le refroidissement une réduction des émissions grâce à une utilisation réduite de combustibles fossiles pour produire de la chaleur et de l'énergie Les études menées partout dans le monde sur l'intégration des procédés indiquent que les économies d'énergie réalisées grâce à cette méthode sont de 10 à 35 % La possibilité (2 de 2) D'importantes études récentes indiquent que : l'amélioration des technologies de récupération et de valorisation de la chaleur offre de grandes possibilités le plein potentiel des nouvelles méthodologies et technologies de réduction de perte de chaleur est méconnu l'intégration dans les systèmes des sources de chaleur industrielle et les demandes de réduction des pertes de chaleur sont au nombre des priorités le véritable potentiel graduel des technologies de production d'énergie devrait être évalué au moyen d'outils systématiques d'intégration des procédés AIE Département de l énergie des É.-U. Diverses études de l'epri 4

3 Technologies de récupération et de valorisation de la chaleur - Quelques exemples (1 de 3) Échangeurs de chaleur Générateur de vapeur à récupération de chaleur Technologies de récupération et de valorisation de la chaleur - Quelques exemples (2 de 3) T Compresseur mécanique de vapeur

4 Technologies de récupération et de valorisation de la chaleur - Quelques exemples (3 de 3) Thermopompe mécanique industrielle de grande taille Refroidisseur à absorption à double effet Cycles de Rankine à caloporteur organique et cycles binaires pour la production d'énergie Autres technologies utilisées pour convertir la chaleur perdue en énergie Quelles sont les technologies les plus appropriées dans un contexte donné? Qu'est-ce que l'intégration des procédés? L'intégration des procédés (IP) est une approche à l'échelle detous sites qui analyse la consommation d'énergie afin de relever et de corriger les inefficacités dans des procédés industriels complexes Les procédés et les interactions entre les diverses parties sont examinés dans leur ensemble plutôt qu'une opération à la fois L'analyse globale de l'ensemble des procédés permet de déterminer où la chaleur peut être récupérée et comment elle peut être utilisée Elle permet de déterminer le véritable potentiel en matière de production d'énergie Les entreprises canadiennes peuvent grandement profiter de l'ip : en réalisant des économies en énergie et en eau de 10 à 35 %

5 Qu'est-ce qu'une analyse de l'ip? Chauffage de l'eau d'alimentation Contrôle des procédés Récupération de la chaleur Séchoirs Efficacité des chaudières Systèmes de réfrigération Analyse à l'échelle de tous les sites Réservoirs de stockage Tours de refroidissement Production d'eau chaude Séchoirs et fours Réacteurs Tours de distillation Exemples des avantages de l'ip Grande usine métallurgique 1 Dans une grande usine métallurgique, on a envisagé d'utiliser un cycle de Rankine à caloporteur organique pour produire de l'énergie en utilisant les gaz de combustion créés par plusieurs opérations unitaires Une évaluation de l'ip a démontré que la majorité de l'énergie créée par les gaz de combustion pouvait être récupérée pour préchauffer divers procédés à l'intérieur d'une même usine Il est nécessaire d'installer un collecteur de vapeur moyenne pression et quelques générateurs de vapeur à récupération de chaleur Dans cette usine, le projet d'utiliser le cycle de Rankine à caloporteur organique est directement en concurrence avec un projet de générateur de vapeur Une analyse préliminaire indique que le projet de production de vapeur est plus rentable

6 Exemples des avantages de l'ip Grande usine métallurgique 2 Dans cet exemple, l'usine souhaitait récupérer la grande quantité d'énergie contenue dans les gaz de combustion d'une fournaise à une température d'environ 150 C pour chauffer les procédés Une étude préliminaire de l'ip a indiqué qu'il existait plusieurs possibilités de réduire la quantité d'énergie utilisée par l'usine avant d'envisager la récupération des gaz de combustion Une fois que les projets d'amélioration des procédés seront en place, le potentiel, apparemment très prometteur, de récupération de la chaleur produite par les gaz de combustion sera en fait très restreint Dans la pratique, pour tirer parti de cet important potentiel, la chaleur devrait être valorisée afin d'augmenter sa température ou être utilisée pour produire de l'énergie Étude d'intégration des procédés Étapes principales Établir un bilan général de chaleur et de matière Établir un bilan de matière et d'énergie détaillé pour du matériel précis Déterminer les projets d'amélioration des contrôles Déterminer les puits et les sources de chaleur Procéder à une analyse d'intégration de la chaleur en utilisant des techniques spécialisées comme l'analyse Pinch Relever les possibiltés d'économie d'énergie Analyser les effets croisés entre les projets Procéder à l'ingénierie préliminaire de chaque projet

7 Étude d'intégration des procédés Les outils logiciels Dans les usines complexes, il faudra des outils logiciels sophistiqués pour cerner et examiner les possibilités les plus intéressantes Combiner méthodologie et technologie dans une approche systématique Période de récupération Vérification fondée sur une inspection Analyse de l'intégration des procédés Intégration des procédés + technologies de valorisation de la chaleur Économies d'énergie potentielles

8 Conclusions Une analyse d'intégration des procédés permet de relever les diverses possibilités de récupération et de valorisation de la chaleur perdue. Il ne faut pas oublier que les projets peuvent souvent être en concurrence l'un avec l'autre. De manière générale, la récupération directe ou indirecte de chaleur par la production de vapeur est plus rentable que le production d'énergie. On devrait envisager la récupération de la chaleur perdue dans les cas suivants : pour récupérer la vraie chaleur perdue, c.-à-d. lorsque des projets de récupération de chaleur ne peuvent pas être mis sur pied lorsque l'aménagement de l'usine ne favorisent pas les projets de récupération de chaleur dans des cas particuliers, p. ex., des coûts en énergie très élevés ou congestion des lignes de transport La récupération de la chaleur perdue pour la production d'énergie présente des avantages certains. Cependant, cette solution doit être examinée dans le contexte d'une analyse d'intégration des procédés. 2/26/ Merci! Questions ou commentaires? Serge Bédard, ing, M. ing. Groupe Optimisation des systèmes industriels CanmetÉNERGIE serge.bedard@rncan-nrcan.gc.ca