Vue d'ensemble
Un producteur d'éthanol du Midwest s'est associé à RCM Thermal Kinetics (RCM-TK) pour mener à bien une refonte radicale, fondée sur des données, de son système de distillation, déshydratation et évaporation (DD&E).
Conçue à l'origine pour traiter 40 millions de gallons par an (MMGPY), l'usine avait progressivement atteint une capacité de 85 MMGPY grâce à des modifications incrémentielles et à des ajustements opérationnels. Mais pour rester compétitif, le client avait besoin d'un changement radical, capable d'apporter des gains importants sans nécessiter de remplacement majeur des équipements.
Grâce à laplateforme d'ingénierie NEXT™, RCM-TK a procédé à une refonte stratégique qui a permis d'augmenter la capacité du système DD&E à 105 MMGPY, soit une transformation de plus de 250 % par rapport à la conception initiale, tout en améliorant l'efficacité, les performances de séparation et la qualité des produits.
Ce projet démontre ce qu'il est possible de réaliser lorsque la conception de procédés avancés répond aux contraintes du monde réel. Il ouvre la voie à une augmentation spectaculaire de la production des usines existantes, à une réduction du coût par gallon et au renforcement de leur position concurrentielle sur le marché des carburants renouvelables.
Roy Viteri, ingénieur chimiste
Le défi
Malgré les mises à niveau précédentes, le système DD&E avait atteint son plafond opérationnel.
À 85 MMGPY, le système présentait :
- Pertes de charge excessives dans la tour
- Pompes, vannes et équipements de transfert thermique sous-dimensionnés
- Transfert de la colonne à bière vers le rectificateur
- Contraintes hydrauliques dans les circuits de liquide et de vapeur
Les objectifs généraux étaient les suivants :
- Moderniser un système original de 40 MMGPY pour produire de manière fiable 105 MMGPY.
- Réduire les résidus et améliorer la qualité de l'éthanol
- Réduire les dépenses d'investissement grâce à l'optimisation stratégique des actifs existants
Approche de la plateforme d'ingénierie NEXT™
1. Établir une base de référence fiable
RCM-TK a lancé le projet avec une campagne complète de collecte de données sur le terrain à l'aide de la plateforme NEXT™ afin de mettre en évidence les véritables contraintes opérationnelles, notamment :
- Inspections détaillées visant à valider la tuyauterie, l'équipement, les vannes, les pompes et les moteurs
- Une étude complète de la pression et de la température couvrant les tours, les évaporateurs et les systèmes sous vide.
- Système de contrôle de la collecte des données pour vérifier les tendances en matière de débit, de niveau et de performances
Ce modèle opérationnel précis « tel quel » a permis :
- Identification des goulots d'étranglement cachés
- Validation des simulations de processus
- Sélection fiable et fondée sur des données des stratégies de rénovation
2. Simulation et modélisation des performances
À partir de données de terrain validées, les ingénieurs ont construit un modèle numérique précis du processus afin d'évaluer plusieurs scénarios de rénovation. Voici quelques-unes des principales conclusions :
- Chute de pression importante dans les colonnes de distillation et les circuits de vapeur
- Vaporisateur sous-dimensionné et capacité de préchauffage de l'alimentation
- Limitations de la pompe, du moteur et des vannes restreignant les performances hydrauliques
3. Ingénierie et optimisation
À l'aide de NEXT™, RCM-TK a conçu des mises à niveau ciblées visant à maximiser le débit avec un investissement en capital minimal :
- Plateaux de distillation et tuyaux de descente personnalisés à haute capacité
- Emballage avancé pour augmenter l'efficacité de séparation du redresseur et la résistance à l'éthanol
- Zone de transfert thermique élargie pour une meilleure utilisation de l'énergie
- Un nouveau vaporisateur pour augmenter la capacité de déshydratation
- Des roues et/ou des moteurs plus grands pour réduire les contraintes hydrauliques
- Dispositif d'alimentation vapeur-liquide à grand élan pour réduire le transfert à des débits élevés
Exécution
Le balayage laser 3D de l'installation, intégré directement dans les modèles de conception NEXT™, a permis d'assurer un ajustement précis, d'éliminer les retouches et de réduire les risques liés au démarrage.
Avant la fermeture (5 mois)
- Ingénierie détaillée via NEXT™
- Approvisionnement en éléments internes de colonne, vaporisateur, équipement de condensation, pompes, moteurs, vannes et instruments
- Remplacement du conduit de vapeur supérieur de la colonne à bière
- Coordination multi-fournisseurs et gestion de projet
Arrêt (5 jours)
- Améliorations apportées aux plateaux, aux garnissages et aux éléments internes des tours dans la colonne de brassage et le rectificateur (aucune soudure requise dans les tours)
- Améliorations apportées à l'échangeur thermique et à la capacité de la pompe
- Modifications apportées à la tuyauterie et aux vannes de régulation
Résultats
La refonte menée par NEXT™ a permis une transformation à forte valeur ajoutée et à faible coût d'investissement :
- Capacité augmentée de 40 MMGPY à 105 MMGPY (plus de 250 %)
- Amélioration de la teneur en éthanol grâce à une efficacité accrue de la séparation par rectificateur
- Réduction significative des reports
- Utilisation maximale des actifs DD&E
- Aucun remplacement majeur d'équipement requis
Leçons apprises
- Des données de terrain précises constituent la base de toute rénovation réussie.
- L'alignement avant l'arrêt évite les surprises coûteuses.
- Une planification rigoureuse de l'exécution minimise les temps d'arrêt et accélère le retour sur investissement.
Conclusion
Ce projet montre comment la plateforme d'ingénierie NEXT™ transforme un système DD&E vieillissant de 40 MMGPY en une installation moderne, optimisée et hautement performante produisant 105 MMGPY.
En combinant les connaissances acquises sur le terrain avec une méthodologie de niveau raffinerie pétrolière, une simulation validée et une ingénierie ciblée, RCM Thermal Kinetics a aidé le client à obtenir des gains de rendement exceptionnels, à améliorer la qualité des produits et à réduire les risques opérationnels, le tout avec un investissement en capital minimal.