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Intensification des procédés : l’usine chimique de demain

Date de publication
28 février 2017
facebook twitter LinkedIn Google Mail Environnement/Industrie/Eco-conception/Technologie Print
intensificaton des procédés

L’ intensification des procédés permet des économies cumulées de 30 % en matières premières et énergies et en coûts d’investissements

L’ intensification des procédés, c’est le cheval de bataille du CERTECH (CEntre de Ressources TEchnologiques en Chimie). Ce centre de recherche est chef de file du portefeuille de projets « Intense4Chem », 3 projets d’intensification des procédés labellisés dans le cadre de la programmation FEDER 2014-2020.

Colin Ramshaw décrit l’intensification des procédés comme « une diminution de volume des réacteurs d’au moins un facteur 100 »

Wallonie : 66.000 emplois dans le secteur de la chimie

En Wallonie, l’industrie chimique, des matières plastiques et des sciences de la vie est le 2e secteur d’activité industrielle.

Il représente plus de:

  • 26.000 emplois directs,
  • 40.000 emplois indirects,
  • 11,4 milliards € de chiffre d’affaires,
  •  4,8 milliards € de solde commercial positif,
  • 1 milliard € de dépenses en R&D.

 

Certaines productions banalisées se déplacent vers des pays à main-d’œuvre bon marché. La chimie de spécialités, parmi lesquelles l’intensification des procédés, elle, devrait se maintenir en Europe occidentale. Pour autant qu’elle relève deux défis : l’innovation et l’amélioration de son image auprès du public.

Intensification des procédés : vers les nouvelles usines chimiques

intensification des procédésCes nouvelles usines chimiques peuvent être logées dans des containers métalliques. Une importante réduction de taille rendue possible grâce à une diminution drastique de la place occupée par les réacteurs. Car, l’intensification des procédés booste les réactions chimiques. Tout en utilisant un équipement à faible empreinte écologique. « Des contraintes environnementales et économiques pèsent aujourd’hui sur l’industrie chimique. Elles amènent à revoir la conception des techniques de production. Aujourd’hui, il faut développer des procédés à l’empreinte écologique plus acceptable. Des procédés qui permettent de s’inscrire dans une logique d’économie circulaire. Ce qui  implique une remise en question de l’industrie chimique. L’intensification des procédés est un des piliers de cette modernisation indispensable » explique Thierry Randoux, directeur du CERTECH.

L’ intensification des procédés : une chimie plus efficace

L’intensification des procédés, on en parle depuis les années ’70. Les contraintes auxquelles est confrontée l’industrie chimique s’accroissent régulièrement. Les installations se doivent d’être de plus en plus sûres. Tandis que les productions doivent répondre à des critères de qualité et de rendement pour pouvoir faire face à la concurrence.

Tous ces besoins ont amené les scientifiques à développer des nouvelles technologies et techniques. C’est ainsi que le concept d’intensification des procédés est né. Il a été initié par le chimiste Colin Ramshaw, en 1970.

Des économies cumulées de 30%

Il  travaille au laboratoire de Génie chimique à l’université de Newcastle et est professeur invité à l’université de Cranfield. Alerté par l’augmentation des coûts de maintenance des installations, il avait proposé de remplacer les unités déjà en place par des appareils plus compacts et plus faciles à entretenir.  Depuis, l’ intensification des procédés constitue un enjeu permanent pour l’industrie chimique. Elle est implicitement au cœur du développement de recherches au sein de la communauté du génie des procédés. Ce concept a révolutionné l’industrie chimique qui est passée d’une production traditionnelle en réacteur batch (par lots) à un réacteur continu et cela marche: l‘intensification des procédés peut ainsi conduire à des économies cumulées de 30 % en matières premières et énergies et en coûts d’investissements (CAPEX) et opératoires (OPEX), selon Jean-Claude Charpentier, Professeur et Directeur de Recherche Émérite du CNRS

Intensification des procédés : des mini réacteurs très costauds

intensification des procédésDe nombreux développements technologiques ont été nécessaires pour y parvenir. Il a fallu d’abord développer des réacteurs micro et méso-(ou milli) fluidiques. Des réacteurs que le prestigieux MIT (Massachusetts Institute of Technology) désignait en 2001 comme l’une des plus importantes technologies émergentes pour le futur. Ces réacteurs se différencient par la taille de leurs canaux qui peuvent varier du micromètre au millimètre. Colin Ramshaw décrit d’ailleurs l’intensification des procédés comme « une diminution de volume des réacteurs d’au moins un facteur 100 ». « Il s’agit d’une définition un peu restrictive, mais qui a le mérite de frapper l’imagination », explique Thierry Randoux.

Mais le changement ne se situe pas uniquement au niveau technologique. L’ intensification des procédés requiert aussi une refonte des procédés chimiques. Ainsi qu’une approche de la réaction en accord avec les principes de la chimie verte:

  • économie d’atomes,
  • nouveaux catalyseurs plus sélectifs,
  • nouveaux protocoles moins gourmands,
  • solvants alternatifs plus respectueux de l’environnement,
  • sources alternatives d’énergies,
  • etc.
Chimie durable: moins de déchets, moins de risques

 

Cette approche exploite la chimie durable. Elle permet de diminuer la consommation :

  • de matières premières,
  • de solvants,
  • d’énergie.

Elle a donc un impact favorable sur la production de déchets et les risques liés à l’industrie chimique.

Enfin, il a fallu également repenser le procédé dans son entièreté. Il s’agissait de:

  • maximiser les synergies entre étapes élémentaires,
  • simplifier les auxiliaires,
  • favoriser une utilisation très rationnelle des équipements,
  • éliminer les redondances.

Exemples d’intensification des procédés en Wallonie

intensification des procédésDequenne Chimie, installée dans la zone industrielle de Ghlin-Baudour,  devait augmenter significativement sa production, vu la demande croissante du marché. Pour y arriver, ses actionnaires avaient le choix:

  • Soit ils dupliquaient l’usine existante, ce qui, financièrement, est difficilement réalisable pour une PME.
  • Soit ils pouvaient conserver l’usine en l’état mais boostaient sa production.

 

C’est la 2e solution qu’a choisi l’entreprise montoise. Elle est spécialisée dans la production de dérivés d’aluminium utilisés:

  • pour les supports de catalyseurs,
  • comme matières premières pour les abrasifs et l’industrie graphique.

 

Elle devait faire face à une croissance de la demande. Elle voulait aussi réduire ses coûts de mise en œuvre (énergie, main-d’œuvre) afin de rester un fournisseur concurrentiel.

Durant 2 ans, les chercheurs du Certech ont développé un nouveau procédé de fabrication intensifié et en continu. Dequenne Chimie dispose désormais d’une installation qui lui permet de répondre à la demande du marché sans devoir étendre ses installations. Ces dernières ont simplement été optimisées. L’entreprise montoise utilise des équipements de petite taille afin de réduire:

  • la durée de production (de plusieurs jours à quelques minutes),
  • la consommation énergétique (récupération de chaleur),
  • l’impact environnemental (diminution des eaux de process),
  • la surface au sol occupée par le réacteur.

intensification des procédésLa société Comet Traitements fait partie du groupe Comet. Ce groupe, installé à Charleroi et à Mons, est actif dans le traitement et le négoce belge, européen et international de métaux ferreux, non ferreux et dérivés.

Il se présente comme le plus grand groupe industriel belge fournisseur et client de la sidérurgie belge et européenne. Ses activités sont le traitement, la valorisation et le recyclage de résidus solides provenant du broyage ou de toute autre opération industrielle. Pour ce faire, Comet Traitements dispose de différentes unités de productions étudiées, validées et mises en place en collaboration avec Comet Recherche.

Le projet Phoenix (Plan Marshall, pôle Mecatech) visait le développement d’un procédé intégré, à basse température et faibles émissions, pour la valorisation globale des matières organiques contenues dans les résidus de broyage de déchets métalliques. Il est constitué d’un consortium:

 

 

Il a débouché sur l’installation de l’unité pilote de production d’ Obourg (Mons). Ce site d’exploitation produit des carburants synthétiques par craquage catalytique de résidus de broyage générés lors du recyclage:

 

  • de véhicules hors d’usage,
  • de déchets électriques et électroniques, etc.

 

Le rôle de Certech dans ce projet a été le développement du procédé de craquage catalytique.

Toutefois, le travail de recherche s’est poursuivi. L’étape de craquage produit des hydrocarbures contenant encore:

  • des impuretés aminées ou soufrées qui posent des problèmes de rejets atmosphériques;
  • des siloxanes qui produisent du sable lors de leur combustion les rendant impropres à une utilisation dans des moteurs de co-génération.

Du sable dans le moteur ? Phoebus s’en mêle

Un procédé intensifié d’élimination de ces impuretés a été mis au point en laboratoire et dans une installation pilote de laboratoire. Un second projet (Phoebus, Plan Marshall, pôle Mecatech) vise quant à lui à:

  • industrialiser cette étape de purification des hydrocarbures produits
  • optimiser le processus, y compris les aspects d’émissions.

 

Il a démarré fin 2014 et devrait délivrer au terme de 2017 une unité pilote complète produisant les hydrocarbures adaptés à l’utilisation en co-génération.

Plus d’infos? Lire le dossier de presse.

 

 

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