L'intégration des procédés dans l'industrie de la ... · Principales étapes d'une étude d’IP...
Transcript of L'intégration des procédés dans l'industrie de la ... · Principales étapes d'une étude d’IP...
1
L'intégration des procédés dans l'industrie de la transformation du lait
Serge Bédard, gestionnaire principal de projet
CanmetÉNERGIE-Varennes
Ressources naturelles Canada
2
Contexte et enjeux de l'industrie de la transformation du lait
Qu'est-ce que l'intégration des procédés (IP)?
Procédés industriels pouvant bénéficier de l’IP
Principales étapes d'une étude d’IP
Exemple d’application de l’IP dans l’industrie de la
transformation du lait
Conclusions
Questions et réponses
Aperçu de la présentation
3
Secteur industriel très diversifié
Petites, moyennes et grandes usines
Usine de production de lait, usine de production beurre et
fromage, usine de transformation du lactosérum, production de
poudre de lait, etc.
Une combinaison de plusieurs procédés est fréquente
Les usines peuvent être très complexes et disposer de
nombreux équipements énergivores
Les systèmes utilitaires sont souvent complexes et
présentent
Des opportunités de récupération de chaleur
Des opportunités d’amélioration de leur efficacité
Contexte et enjeux de l'industrie de la transformation du lait
4
Quelles sont les possibilités de récupération de chaleur?
Lesquelles devrait-on prioriser? Quels effets croisés ces projets peuvent-ils avoir?
L'intégration des procédés (IP) peut répondre à ces questions
Contexte et enjeux de l'industrie de la transformation du lait
Réfrigération
Air comprimé
Chaudières à vapeur
HVAC
5
Qu'est-ce que l'intégration des procédés?
Comment déterminer les projets de récupération
de chaleur dans les procédés industriels complexes?
Efficacité énergétique, réduction des GES, compétitivité
6
Une méthodologie pour analyser les
courants d’énergie, identifier et
corriger les inefficacités énergétiques
dans les procédés industriels
complexes
Analyse le procédé dans son
ensemble ainsi que les interactions
entre les différentes parties du
procédé, plutôt que de considérer les
opérations individuellement
Qu'est-ce que l'intégration des procédés?
Une approche globale :
Permet de déterminer, dans le procédé, les points où la chaleur est utilisée, où
elle devrait être récupérée et où elle devrait être utilisée
Reconnue comme l’une des meilleures pratiques dans plusieurs industries
pour une gestion efficace de la chaleur (énergie thermique)
Une approche pouvant conduire à des économies d’énergie thermique et d’eau de 15 à 35%, avec un retour sur l’investissement intéressant
7
Qu'est-ce que l'intégration des procédés?
Préchauffage eau d’appoint
Échangeurs
de chaleur
Retour de
condensat
Production
d’eau chaude
Système
réfrigération
Compresseurs
d’air
Alimentation
séchoirs
Chauffage de bâtiment
Alimentation
évaporateurs
Fumée des
chaudières
Effluents
liquides
Analyse d’intégration des procédés (Approche globale
structurée)
Air humide
séchoirs
9
Procédés dotés de systèmes énergétiques
complexes comportant plusieurs des éléments
suivants :
Nombreuses demandes de chauffage et de
refroidissement
Nombreux échangeurs de chaleur de procédé
Équipements énergivores (par ex. séchoirs, évaporateurs,
chaudières, fours, réacteurs, colonnes à distiller)
Grande consommation de vapeur ou de combustible
Grande consommation d'eau chaude ou d’huile thermique
Grande utilisation de refroidissement
Gros compresseurs
Procédés utilisant une quantité importante
d'énergie thermique
Consommation d'énergie thermique > 75 000 GJ/an
ou l’équivalent d’une consommation
de gaz naturel > 2 000 000 m3/an
Procédés pouvant bénéficier d’une étude d’IP
11
PRI moyenne des projets : 6 mois à 3 ans, en général
Coût d'une étude d’IP : 30 000 $ à 80 000 $ pour l’agro-alimentaire
Intégration des procédés Bénéfices potentiels – Énergie thermique
Sources : Linnhoff-March et RNCan
THERMIQUE
14
Étude d'intégration des procédés: Principales étapes
Étape 1. Diagramme simplifié des courants d’énergie du procédé
Étape 2. Bilan de masse et d’énergie
Étape 3. Bilan d’énergie détaillé de certains équipements
complexes
Étape 4. Analyse des possibilités de modifications aux conditions
opératoires
Étape 5. Analyse de pincement (analyse « Pinch ») Identifier les points d’échange de chaleur et extraire les données
Tracer les courbes composites (CC)
Identifier les inefficacités énergétiques
Prioriser les échanges qui sont des sources importantes d’inefficacité
Identifier les options de projet
Étape 6. Étude de préfaisabilité technico-économique
Étape 7. Sélection des projets et développement d’une stratégie
d’implantation
21
Une étude d’IP fournit une liste de mesures d’économie
d’énergie rentables présentées dans un plan d’action pour
améliorer l’efficacité énergétique de l’usine à court, moyen
et long terme
1. Améliorations aux conditions d’opération
2. Récupération des rejets thermiques
Systèmes de production des utilités et équipements énergivores
3. Récupération de la chaleur dans le procédé
Entre les courants chauds et les courants froids du procédé
Par génération de vapeur
4. Projets d'économie d'eau ayant un impact sur l'énergie
5. Cogénération et pompes à chaleur
Résultats d’une étude d’IP
23
Description de l’usine
Environ 300 employés
Principaux produits: fromage, beurre, divers
produits séchés à base de lait et de
lactosérum
Facture énergétique : 5,5 millions $/yr
(3,5M$ en gaz naturel et 2M$ en électricité)
Plusieurs lignes de production
Chaudières à vapeur totalisant 1 600 HP
Systèmes de réfrigération de 3 000 HP
Pasteurisation et plus de 40 échangeurs de
chaleur
Évaporateur
Séchoir
26
50
100
150
200
250
2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000
Analyse de pincement: Courbes composites
Les courbes composites:
un outil puissant pour
Identifier la consommation
minimale d’utilité chaude
(potentiel maximal de
réduction)
Identifier les inefficacités
thermodynamiques les plus
importantes (localisation et
quantification)
Définir les règles à suivre
pour corriger les
inefficacités et réduire le
plus possible la
consommation d’énergie
Qchaud min
Zone de récupération de
chaleur maximale
Tem
péra
ture
Charge thermique (kW)
28
Opportunités d’économie d’énergie Les courbes composites montrent que pour obtenir une
récupération de chaleur optimale:
Aucune utilité chaude (vapeur, gaz naturel, huile thermique) ne doit
être utilisée pour chauffer un courant de procédé à une température
inférieure à 70 C
Aucune utilité froide (glycol, eau glacée) n’est requise pour refroidir
un courant de procédé ayant une température de plus de 10 C
Les opportunités les plus importantes étaient:
Récupération de chaleur des fumées de la chaudière et du séchoir
pour faire une boucle d’eau chaude
Préchauffage de l’alimentation au séchoir
Préchauffage de l’air de séchage
Production d’eau chaude par récupération de chaleur
Modification au préchauffage de l’eau d’appoint des chaudières
Modification à une unité de pasteurisation
29
29
L’étude d’intégration des procédés a permis d’identifier des inefficacités thermodynamiques dans cette section de l’usine
Glycol
Lactosérum
30°C 5°C
850 kW
Modification à une unité de pasteurisation
Configuration initiale du procédé
Réchauffeur à vapeur
5°C 40°C
Séparateur de crème
74°C
Crème allant vers un autre procédé
V
35°C 74°C
Tube de maintien
1 000 kW
1 100 kW
Lait pasteurisé vers d’autres procédés
Lait cru
40°C
40°C
30
30
Lait cru
Lait pasteurisé Échangeur de chaleur
Régénération
Violation du point de pincement (transfert de chaleur à travers le point de pincement)
Potentiel de récupération d’énergie
Analyse des courbes composites
(modification à une unité de pasteurisation)
31
31
Source de chaleur au-dessous du point de pincement
Analyse des courbes composites
(modification à une unité de pasteurisation)
Puits de chaleur au-dessus du point de pincement
Échangeur de chaleur
Réchauffeur à vapeur
Pénalité due à l’utilisation de vapeur
Potentiel de récupération d’énergie
Échangeur de chaleur
Refroidisseur lactosérum
Pénalité due à l’utilisation de refroidissement
Potentiel de récupération d’énergie
32
32
Procédé intégré : nouvelle configuration
Lait cru
25°C
Séparateur
de crème
74°C
Crème V
Tube de maintien
630 kW
Lactosérum
12°C 35°C
40°C 40°C 61°C
370 kW
52°C
630 kW 470 kW
Glycol
220 kW
5°C
Réchauffeur à vapeur
Lait pasteurisé
5°C
30°C
Lactosérum
Échangeur nouveau ou modifié
Modification à une unité de pasteurisation
33
Une des premières études d’IP dans une usine de transformation du lait au Canada
4 projets principaux ont été identifiés dont un qui combine plusieurs sous-projets
Tous ces projets étaient techniquement et économiquement viables
Plusieurs de ces projets auraient été difficiles à identifier ou conçus différemment sans la réalisation d’une étude d’intégration des procédés
4 700 Réduction CO2 (tonnes/an)
30% Réduction gaz
naturel
1 100 000 Économie ($/an) PRI < 3 ans
L’ensemble de l’étude a nécessité 400 heures de travail
D’autres projets ayant une PRI plus longues ont également été identifiés. Ces projets permettraient une économie d’énergie supplémentaire de 10%
Résultats
34
Une étude d’IP peut être réalisée en 7 étapes
Elle permet d’identifier des projets d’économie d’énergie rentables incluant
La mise en place de meilleures pratiques opératoires
Des projets de récupération de chaleur
Des projets de pompage de la chaleur et de cogénération
Elle permet généralement d’obtenir des économies d’énergie thermique de 20% à 30% dans les usines de transformation du lait
Elle permet le développement d’une stratégie d’investissement en efficacité énergétique
Il est recommandé d’inclure un audit des systèmes utilitaires, principalement les systèmes de réfrigération et les chaudières puisque de nombreux projets d’amélioration sont souvent identifiés dans ces systèmes
Conclusions
35
Ressources naturelles Canada et ses partenaires
encouragent l’utilisation de l’IP dans l’industrie
canadienne
Information, incitatifs financiers (OEE, BEIE, GazMétro)
Formation, outils, et soutien technique : présentement offerts
au Québec avec le support du BEIE
Notre objectif - Faire de l'intégration des procédés une
pratique courante dans le domaine de l'efficacité
énergétique industrielle
Pour plus d’information sur le support offert, visitez-nous
au kiosque de Ressources naturelles Canada
Conclusions
36
Serge Bédard CanmetÉNERGIE
Optimisation des procédés industriels
Courriel: [email protected]
Téléphone: 450-652-4957
Questions
et réponses
Renseignements : http://canmetenergie.rncan.gc.ca
Merci pour votre attention