Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
L’intensification des procédés consiste, par le développement de méthodes, de techniques et d’appareils adaptés, à concevoir des procédés plus compacts et plus économiques dont la capacité de production est de plusieurs fois supérieure à celle d’un procédé conventionnel. L’intensification s’inscrit dans un contexte de développement durable et répond donc à des enjeux environnementaux, économiques et sociétaux. Cet article a pour objectif de donner des éléments sur la demande industrielle de l’intensification des procédés, d’expliquer comment réaliser l’intensification des procédés, et d’indiquer les obstacles et les voies d’avenir pour l’intensification des procédés.
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Jean-Claude CHARPENTIER : Professeur et directeur de recherche émérite CNRS - Ancien directeur de l'ENSIC, de l'ESCIL et de l'ESCPE Lyon et du département sciences pour l'ingénieur du CNRS - Former président de la Fédération européenne de génie chimique Laboratoire réactions et génie des procédés CNRS/ENSIC/Université de Lorraine, France
INTRODUCTION
Dans le cadre du développement durable, de la protection de l'environnement et de la globalisation des marchés, il existe une prégnante et urgente demande qui combine à la fois un attrait des marchés « market pull » et une demande d'innovation technologique « technology push ». La réponse est apportée par l'intensification des procédés qui se définit par « produire beaucoup plus et mieux en consommant beaucoup moins » en utilisant de nouveaux modes opératoires avec les équipements existants ou bien en utilisant de nouveaux équipements basés sur des principes scientifiques qui conduisent à de nouveaux modes ou échelles de production de produits ciblés par des consommateurs de plus en plus exigeants.
L'intensification des procédés peut être menée :
-
avec des équipements et réacteurs multifonctionnels (hybridation d'opérations unitaires) ;
-
avec des réacteurs microstructurés ;
-
avec de nouveaux modes opératoires de production ;
-
avec des modes utilisant des milieux réactionnels de la chimie verte ;
-
avec une chimie intensifiée dans des réacteurs microstructurés pour lesquels les phénomènes de transfert de chaleur et de matière sont parfaitement dominés « novel process windows ».
Cela peut conduire à des économies cumulées de 30 % de matières premières et d'énergies et en coûts opératoires, mais il existe cependant plusieurs obstacles importants à surmonter pour que la méthodologie et les technologies de l'intensification des procédés soient encore plus répandues qu'elles ne le sont aujourd'hui.
Toutes ces considérations vont justifier la publication d'articles sur l'intensification des procédés dans une nouvelle rubrique de Techniques de l'Ingénieur.
L'expertise technique et scientifique de référence
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Obstacles et voies d'avenir pour l'intensification des procédés
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2. Intensification des procédés : comment ?
L'intensification des procédés peut être obtenue en utilisant des équipements et réacteurs multifonctionnels (ou hybrides) qui couplent ou découplent dans un même équipement des processus élémentaires (transfert-réaction-séparation) pour accroître la productivité et/ou la sélectivité par rapport au produit désiré ou pour faciliter la séparation des sous-produits indésirables (distillation catalytique, extraction ou absorption réactive, cristallisation membranaire, réacteurs chromatographiques ou membranaires, garnissages catalytiques structurés, réaction et transfert de chaleur ou génération de puissance, etc.). La réduction ainsi obtenue du nombre d'équipements unitaires conduit à une diminution des coûts d'investissement et à une meilleure utilisation de l'énergie. De plus, l'amélioration de la sélectivité des produits conduit à une réduction dans la consommation des matières premières et donc des coûts de fonctionnement. Toutefois, l'utilisation de ces technologies hybrides est encore aujourd'hui limitée par les problèmes de contrôle et de simulation qu'elles soulèvent et qui conduisent à des défis intéressants en modélisation dynamique et en conception, conduite et contrôle de procédés fortement non linéaires.
L'intensification des procédés peut être obtenue par de nouvelles méthodes de production :
-
fonctionnement en régime transitoire, cyclique, pulsé pour augmenter les contacts entre phases ;
-
fonctionnement dans des conditions extrêmes de température et de pression ;
-
inversion des sens d'écoulements des fluides pour réaction-génération dans le même équipement ;
-
fonctionnement avec des technologies ultrasons, microondes, rayonnements lumineux ou sous champ magnétique pour augmenter la productivité des procédés et la sélectivité de réactions catalytiques ;
-
injections étagées d'un réactif tout au long d'un réacteur pour augmenter la sélectivité dans le cas de réactions parallèles en série ;
ou par un fonctionnement avec de nouveaux milieux et environnements réactionnels relevant des pratiques de la chimie verte (utilisation de solvants néotériques, fluides supercritiques, liquides dilatables contenant des gaz comprimés, liquides ioniques, liquides fluorés...).
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Intensification des procédés : comment ?
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
F3 FACTORY, EU Large-Scale Project, Flexible, fast and future production processes http://www.f3factory.com
F3 Project, What Will Tomorrow's Chemical Plant Look Like ? https://www.process-worldwide.com/what-will-tomorrows-chemical-plant-look-like-a-300750/
COPIRIDE, EU Large-Scale Project, Combining Process Intensification-driven Manufacture of Microstructures Reactors and Process Design regarding to Industrial Dimensions and Environment http://www.copiride.eu
PILLS, EU Large-Scale Project, Process intensification methodologies for liquid-liquid systems in structures equipment http://www.fp7pills.eu
European Roadmap for Process Intensification, Creative energies, Energy transition http://fr.slideshare.net
Integrated Multiscale Process Units with Locally Structured Elements IMPULSE http://www.impulse-project.orga
Horizon 2020 (H-2020) http://www.ec.europa.eu/programmes/horizon2020
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