De la raffinerie de pétrole brut à la bioraffinerie - Passer des modèles d’affaires actuels aux nouveaux modèles en appliquant des méthodes hybrides

Une vingtaine de produits clés sont en voie de devenir des composants de base de ces nouvelles gammes de produits. L’industrie doit toutefois relever certains défis pour réussir à bien comprendre ces produits et à rendre leur production viables .

En utilisant comme référence les secteurs classiques commercialement rentables, il est possible de cerner des éléments différenciateurs afin d’intégrer de façon viable le concept de bioraffinerie.

Procédés de production

Le développement de bioraffineries novatrices est la clé qui permettra d’accélérer la production de ces nouveaux produits. C’est pourquoi il est essentiel d’établir une comparaison avec les usines pétrochimiques et les raffineries traditionnelles, efficaces et bien implantées pour s’assurer que les bioraffineries deviendront rapidement des unités d’affaires et technologiques rentables. Ces atouts s’ajouteront à leurs avantages indéniables sur les plans environnemental et social.

Modélisation et programmation linéaire

Historiquement, la modélisation par programmation linéaire (PL) est un outil analytique utilisé pour la plupart des raffineries de pétrole brut et les usines pétrochimiques, car elle facilite la prise de décisions optimales sur le plan économique pour l’exploitation et les activités commerciales. Selon les conditions du marché (prix et volume du brut et des produits) et les capacités de traitement (capacités et rendements), la modélisation par PL aide à déterminer les options optimales pour la sélection des matières premières, l’opération des unités de traitement et de conversion ainsi que les produits pouvant générer des profits.

Cet outil analytique s’applique bien à l’opération des bioraffineries. Les modèles de PL peuvent fournir des renseignements importants lors de la conception qui permettent de configurer les unités, de déterminer les options de production et d’optimiser l’exploitation des bioraffineries. Puisque les matières premières utilisées dans ces dernières sont plus complexes, une multiplicité de procédés de production doit être considérés de manière systématique.

Nouvelles configurations des unités de production dans les bioraffineries

Les unités de production des bioraffineries soulèvent des défis sur les plans conceptuel et opérationnel :

• Comparées aux raffineries et aux usines pétrochimiques, les bioraffineries doivent combiner une plus grande quantité de procédés chimiques et biotechnologiques diversifiés. L’intégration constitue donc un nouveau défi pour l’ensemble du secteur.
• Des temps de résidence supérieurs en régime pseudo-permanent sont requis, compte tenu de la nature des procédés biochimiques qui nécessitent des opérations discontinues. s.
• Des conditions d’opération relativement modérées et des taux de pureté élevés ont des répercussions sur le choix des matériaux utilisés dans la construction.
• La présence d’oxygène, habituellement nuisible aux procédés, peut être mise à profit dans la charge d’alimentation.
• Comparés aux procédés de production des hydrocarbures, plus homogènes, les procédés hétérogènes impliquent une vaste gamme de méthodes de production.
• Le rendement de la conversion des produits est faible en raison de la nature des procédés biotechnologiques.
• Une quantité importante d’eau est habituellement requise afin de traiter les matières premières et les résidus.

Matières premières, produits et sous-produits

Voici quelques caractéristiques des matières premières, produits et sous-produits retrouvés dans les bioraffineries comparées à ceux des usines de traitement des hydrocarbures traditionnelles :

• Les substances qui composent les matières premières sont beaucoup plus diversifiées : hydrates de carbone, lignine, protéines et huiles, entre autres. On les trouve normalement dans les morphologies polymériques.
• Généralement, le poids moléculaire d’un produit diminue avec les différentes étapes de production. La caractérisation adéquate et la transformation possible des matières premières nécessitent une définition et une description de fonctionnalité plus précises.
• La teneur en soufre est généralement faible.
• Ils contiennent peu de métaux pouvant contribuer de façon positive aux réactions chimiques.
• Les produits sont encore rares, mais se diversifient avec l’évolution des technologies (p. ex. éthanol, furfural, biodiésel, monoéthanol glycol, acide lactique et acide succinique, entre autres).
• Pour alimenter en continu les unités de production, les matières premières utilisées à l’échelle commerciale nécessitent beaucoup plus d’espace et un plus grand nombre d’opérations est requis.

De l’indice de complexité Nelson (NCI) à l’indice de complexité des bioraffineries (BCI)

Dans le secteur de la pétrochimie, des facteurs de complexité, comme l’indice Nelson et d’autres facteurs, sont appliqués de façon positive pour prévoir la réussite d’une exploitation, en accordant une attention particulière à l’aspect financier. Selon la complexité de l’exploitation, la capacité de transformer des matières premières en produits plus ou moins complexes doit être considérée par rapport à la rentabilité de l’investissement. L’indice de complexité des bioraffineries (BCI), graduellement implémenté dans l’industrie, est utilisé de façon similaire à l’indice Nelson. Étant donné que la nature des matières premières traitées dans les bioraffineries accroît nécessairement la complexité, il sera possible d’assurer la fonctionnalité et la viabilité des installations seulement si les procédés sont à l’étape de l’application commerciale Ceci signifie que les projets mis en œuvre doivent représenter de plus faibles risques techniques et économiques afin d’assurer leur réussite.

Sommaire

Le concept de bioraffinerie vise à accroître la capacité de transformer les matières premières variables et de produire une plus grande variété de produits aux caractéristiques diverses. Alors que ce concept se développe et que de plus en plus de types de procédés de production sont définis et ajoutés, la complexité de ces bioraffineries novatrices doit être soigneusement étudiée pour garantir leur gérabilité et leur réussite financière.

Très intéressant, le modèle hybride offre une approche assez logique. En intégrant la production de bioproduits aux usines pétrochimiques et aux raffineries, transformées grâce à des projets spéciaux pour produire de nouveaux biens, les bioraffineries pourront évoluer rapidement vers un avenir intégré où la production est plus efficace, contribuant ainsi à la résolution plus rapide des défis de conception, d’exploitation et de maintenance.

Certains produits, tels que le carburant biodiésel et l’hydrogène verts, la lignine pyrolytique, les alcools verts, tous des produits bien établis et, dans de nombreux cas, intégrés à des raffineries existantes, sont d’excellents exemples de réussite. Des unités de production bien connues sont en cours de transformation pour traiter la biomasse ou les matières intermédiaires. Les approches intégrées dans les usines pétrochimiques et les raffineries peuvent être et sont utilisées pour les matières premières tirées de la biomasse. De nouveaux procédés de production bénéficient également des utilités et produits chimiques additionnels disponibles dans les installations établis.

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