Le coût élevé de la capture du carbone, en raison de l’énergie requise, présente des défis pour son adoption généralisée par l’industrie du ciment. Cet article explique comment l’automatisation avancée peut améliorer l’efficacité énergétique de la capture du carbone, augmentant ainsi sa viabilité dans la production de ciment.
L’industrie du ciment est responsable d’environ 8 % des émissions mondiales de CO2, il est donc essentiel de réduire l’empreinte carbone de ce secteur difficile à décarboner en mettant en œuvre des technologies de capture et de stockage du carbone (CCS) à l’échelle commerciale. Cependant, plusieurs défis clés doivent être relevés pour atteindre un changement significatif, notamment la réduction des coûts opérationnels et l’augmentation de l’efficacité du processus de capture du carbone, qui est très énergivore.
Dans un article de l’International Cement Review, intitulé « Technology d’automatisation pour réduire les coûts de capture du carbone », nous révélons que, selon l’Agence internationale de l’énergie, la plupart des processus de capture du carbone aujourd’hui consomment entre 10 % et 40 % de l’énergie générée pour l’ensemble du processus de production. Ce ratio est appelé la pénalité énergétique et détermine l’efficacité d’un système de capture du carbone. Comme l’explique l’article, il est important que l’industrie du ciment :
…développe des technologies de capture plus éco-énergétiques et utilise des sources renouvelables pour alimenter les systèmes de capture. Les gains d’efficacité opérationnelle commencent par des considérations de conception, où les ingénieurs sélectionnent stratégiquement les matériaux, les conditions de fonctionnement, les configurations de processus et les équipements pour établir l’intégrité des coûts, garantir la faisabilité du projet et maximiser le retour sur investissement. Des défauts ou une sélection d’équipements inadéquate à cette étape peuvent entraîner des inefficacités et des pertes d’énergie permanentes.
Les logiciels d’ingénierie de performance avancée jouent un rôle crucial dans l’évaluation de la faisabilité économique des processus de capture du carbone proposés bien avant leur mise en œuvre. Ces outils permettent aux ingénieurs de modéliser avec précision des systèmes chimiques et thermodynamiques complexes, d’identifier les inefficacités, d’estimer les besoins énergétiques, d’évaluer les risques et de résoudre les problèmes de manière proactive. L’ajustement de variables telles que le type de solvant, la concentration, la température, la pression et les conditions d’écoulement peut réduire considérablement les besoins en énergie et entraîner une pénalité énergétique plus faible.
L’article explique comment la technologie des jumeaux numériques permet aux ingénieurs d’optimiser la conception et le fonctionnement des systèmes de capture du carbone en utilisant des modèles informatiques analytiques pour améliorer l’efficacité énergétique et réduire les coûts, à la fois avant et après la mise en service d’un système. Il indique :
…Les jumeaux numériques de capture du carbone peuvent simuler l’écoulement des gaz et des liquides à travers le système de capture, permettant aux ingénieurs d’identifier les conditions optimales pour capturer le CO2 avec une consommation d’énergie minimale et obtenir des conseils pour des opérations optimales à mesure que les compositions des gaz de combustion changent avec l’utilisation de différents combustibles dans le four. La technologie des jumeaux numériques facilite également la surveillance en temps réel et la comparaison des performances, permettant de détecter rapidement les écarts ou anomalies indiquant un gaspillage d’énergie.
Nous décrivons ensuite comment les équipements de génération et de transfert de chaleur efficaces sont au cœur de l’intégrité des coûts de toute installation engagée dans la capture du carbone et pourquoi la surveillance et la gestion continues de ces équipements sont cruciales pour minimiser la pénalité énergétique d’un système de capture du carbone. Les avancées dans la technologie sans fil ont rendu cette surveillance plus fiable et rentable. L’article poursuit :
…Les capteurs de haute précision, déployés à l’aide de la technologie sans fil, peuvent améliorer la collecte de données pour l’optimisation du transfert de chaleur. La mesure en temps réel de la pression différentielle, du débit et de la température à l’aide d’un seul appareil sans fil d’auto-diagnostique améliore encore la précision. Les dispositifs de mesure sans fil aident à améliorer la gestion des équipements de transfert de chaleur, cruciaux pour minimiser la pénalité énergétique d’un système de capture.
L’optimisation des performances s’étend au-delà des échangeurs de chaleur, aux chaudières, pompes, compresseurs et équipements critiques. L’article explique comment les logiciels avancés de contrôle de processus adaptatif améliorent l’efficacité des systèmes de capture du carbone sur de multiples variables en permettant aux équipements de fonctionner plus près des contraintes opérationnelles et de sécurité, minimisant ainsi la consommation d’énergie. Les systèmes d’information de gestion de l’énergie consolident les performances énergétiques de nombreux actifs complexes, permettant aux opérateurs de prioriser les activités pour un impact maximal. Les logiciels d’analyse préconfigurés adaptés aux chaudières multi-carburant utilisant des gaz de combustion, des combustibles de déchets et de la biomasse, réduisent davantage l’empreinte carbone d’un système tout en augmentant la capacité et la stabilité de la production de vapeur.
L’article explique que l’objectif de toutes les unités de capture du carbone est d’isoler autant de CO2 pur que possible avec une consommation d’énergie minimale. Il indique :
…Atteindre le juste équilibre entre le taux de capture et le coût énergétique est là où l’automatisation a un potentiel significatif. Une évaluation complète des facteurs et une approche systématique et multidimensionnelle sont nécessaires. Les techniques de simulation de processus rigoureuses jouent un rôle crucial, aidant les opérateurs à comprendre le comportement et la performance de leur système de capture.
Les modèles analytiques prédisent avec précision les interactions entre les différentes composantes dans le processus d’absorption ou d’adsorption du CO2 et le processus de régénération des solvants, ainsi que les besoins énergétiques qui en résultent. En simulant différents scénarios et paramètres opérationnels, l’impact des taux de capture variables sur la consommation d’énergie et vice versa peut être évalué sans expérimentation réelle. La simulation de processus, examinant les températures de régénération, les pressions, les compositions chimiques et d’autres variables, peut minimiser les besoins énergétiques tout en maintenant un taux de capture satisfaisant.
Nous expliquons ensuite comment les systèmes de contrôle intégrés sont essentiels pour gérer les taux de capture et la consommation d’énergie dans les systèmes de capture du carbone. L’article continue :
…En surveillant continuellement les conditions de fonctionnement, les indicateurs de performance et les paramètres pertinents, tels que la température, la pression, le débit et la composition, les systèmes de contrôle optimisent le processus de capture en temps réel. Ils régulent des paramètres tels que la température du lit adsorbant, la pression d’adsorption ou le débit de solvant pour garantir que le taux de capture du CO2 reste dans la plage souhaitée. Ce schéma de contrôle aide à maintenir une haute efficacité de capture, à minimiser la consommation d’énergie et à optimiser les performances du système.
L’article décrit ensuite comment les logiciels avancés de contrôle de processus (APC) facilitent l’intégration du système de capture du carbone avec le processus de production existant. Grâce à l’intégration entre l’APC d’AspenTech et le système de contrôle distribué DeltaV™ d’Emerson, les avantages du système de contrôle distribué peuvent être étendus à une optimisation multivariée complète, optimisant ainsi l’utilisation de l’énergie et la répartition de la charge, garantissant une utilisation efficace des ressources et maximisant l’efficacité globale du système. La valeur de l’APC s’étend aux nouvelles installations, en particulier au sein de l’unité d’adsorption/absorption, en utilisant des algorithmes avancés de machine learning pour optimiser les performances.
Enfin, l’article explique comment les technologies de mesure avancées telles que les densimètres et les analyseurs de gaz peuvent également contribuer de manière significative à maintenir l’équilibre idéal entre capture et consommation d’énergie. Il indique :
…Les densimètres fournissent des informations cruciales sur la concentration de l’agent de capture, aidant à contrôler la régénération du solvant et à optimiser la consommation d’énergie. Les analyseurs de gaz en continu offrent des données en temps réel sur la composition chimique et la concentration de CO2, permettant au système de contrôle de réguler la chaleur utilisée pour la régénération du solvant. Ces analyseurs simplifient les rapports réglementaires, aidant les opérateurs à prendre de meilleures décisions opérationnelles et à atteindre l’équilibre souhaité entre la capture et l’énergie. L’analyse des gaz en continu fournit des données en temps réel sur la composition chimique et la concentration de CO2, permettant de réguler la chaleur utilisée pour la régénération du solvant.
Pour plus d’informations sur l’optimisation du processus de capture du carbone, visitez www.Emerson.com/fr-fr/esg/environmental-sustainability/carbon-capture-storage.
