Méthodologie d’optimisation hybride (Exergie/Pinch) et application aux procédés industriels

Hybrid optimization methodology (Exergy/Pinch) and application to industrial processes

• Auteur / Autrice : Christelle Bou Malham
• Direction : Assaad Zoughaib, Rodrigo Rivera Tinoco
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et procédés
• Date : Soutenance le 07/12/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Efficacité Énergétique des Systèmes. Paris
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Feidt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaële Théry Hétreux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Neveu, Mahmoud M. El Halwagi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optimisation combinatoire

Heuristique

Exergie

Génie industriel

Mots clés libres

Analyse Pinch

Analyse exergétique

Optimisation des conditions opératoires

Optimisation de la structure

Heuristiques

Procédés industriels

Pinch Analysis

Exergy Analysis

Operating conditions optimization

Structural optimization

Heuristics

Industrial processes

Résumé

Dans la perspective du présent scénario énergétique, ce travail de thèse propose une méthodologie qui associe la méthode du pincement à l’analyse exergétique de manière à dépasser leurs limitations individuelles aboutissant à une conception améliorée aux deux niveaux : paramètres opératoires et topologie. Une méthodologie globale, consistant à hybrider les deux méthodes thermodynamiques dans une approche entrelacée avec des règles heuristiques et une optimisation numérique, est donc évoquée. À l'aide de nouveaux critères d'optimisation basés sur l’exergie, l'analyse exergétique est utilisée non seulement pour évaluer les pertes d’exergie mais également pour guider les améliorations potentielles des conditions de fonctionnement et de structure des procédés industriels. En plus, au lieu de considérer uniquement l’intégration de la chaleur pour satisfaire des besoins existants, la méthodologie proposée étend la méthode de pincement pour inclure d’autres formes d’exergie récupérables et exploiter de nouvelles voies de synergie via des systèmes de conversion. Après avoir présenté les lignes directrices de la méthodologie proposée, l’approche est démontrée sur deux systèmes industriels, un procédé d’hydrotraitement de gasoil sous vide et un procédé de liquéfaction de gaz naturel. L’application du cadre méthodologique à des processus réalistes a montré comment ajuster les conditions opératoires de chaque procédé et comment mettre en œuvre des systèmes de conversion générant des économies d’énergie substantielles.

In the perspective of the prevailing and alarming energy scene, this doctoral work puts forward a methodology that couples pinch and exergy analysis in a way to surpass their individual limitations in the aim of generating optimal operating conditions and topology for industrial processes. A global methodology, a hybrid of the two thermodynamic methods in an intertwined approach with heuristic rules and numerical optimization, is therefore evoked. Using new optimizing exergy-based criteria, exergy analysis is used not only to assess the exergy losses but also to guide the potential improvements in industrial processes structure and operating conditions. And while pinch analysis considers only heat integration to satisfy existent needs, the proposed methodology allows including other forms of recoverable exergy and explores new synergy pathways through conversion systems. After exhibiting the guidelines of the proposed methodology, the entire approach is demonstrated on two industrial systems, a vacuum gasoil hydrotreating process and a natural gas liquefaction process. The application of the methodological framework on realistic processes demonstrated how to adjust each process operating conditions and how to implement conversion systems ensuing substantial energy savings.