Récupération d'énergie sur sources de chaleur basse température – ENERCOLT

Dans un contexte où la raréfaction progressive des ressources fossiles se conjugue avec des contraintes sur les émissions de CO2 , ce projet vise à améliorer l'efficacité énergétique des procédés de production de gaz industriel en particulier en ce qui concerne les rejets à basse température. Les procédés visés sont les suivants : - Séparation d'air : la compression d'air amont de l'étape de séparation génère des rejets sous forme d'eau chaude à des température compris en général entre 80°C et 150°C , sur les unités Air Liquide, 90% de l'énergie environ est utilisée sur la compression sachant que la consommation mondiale d'énergie électrique de l'Air Liquide annuelle est de l'ordre de 22235 GW/h ( chiffres 2008 )dont environ 20% en France. En récupérant l'énergie des rejets , on peut espérer des gains allant jusqu'à 10% de l'énergie de compression suivant les situations.- Production de gaz de synthèse : Par vaporéformage , Air Liquide produit des gaz de synthèse H2 – CO .Ces gaz produits au niveau du four sont progressivement refroidis contre les fluides froids rentrant jusqu'à un niveau de 140°C puis refroidis une fois encore jusqu'à la température ambiante notamment au travers d'aéro-réfrigérants. Pour une unité « standard » de 135000Nm3/h de gaz de synthèse , il existe ainsi un potentiel allant jusqu'à 23MW en puissance d'énergie récupérable à basse température sachant que la production globale de l'Air Liquide en 2009 d'environ 1.5 million de Nm3/h, cela fait un potentiel total annuel de 2 TWh - Capture du CO2 de combustion : Les centrales thermiques de production d'énergie notamment dans le cas de l'oxycombustion génèrent des fumées chaudes à une température de 150°C et la séparation du CO2 nécessite de refroidir ces fumées. - Capture du CO2 sur les fumées de Haut-Fourneaux sidérurgiques : Un haut fourneau produit classiquement jusqu'à 200000Nm3/h de fumées à une température comprise entre 100°C et 200°C , et comme ci-dessus la capture du CO2 nécessite de refroidir jusqu'à l'ambiante ces fumées. Il existe donc un potentiel très important de récupération d'énergie si l'on parvient à traiter efficacement les gaz à basse température. Le projet consiste ainsi à développer des solutions ( cycles )thermodynamiques et les technologies associées permettant la conversion de chaleur basse température en énergie mécanique. La contrainte du faible écart entre la source et le puits de chaleur consiste une difficulté majeure. Parallèlement les pressions étant ( sauf pour les gaz de synthèse ) basses , les pertes de pression générées par les échangeurs primaires ne doivent pas ruiner les efforts de récupération. Enfin les échangeurs primaires étant exposés à la corrosion , il important de trouver des solutions industrielles à ces contraintes.Parmi les cycles envisagés, les cycles de Rankine organiques figurent en bonne place et ont fait l'objet de développements récents mettant en évidence l'importance des fluides de travail en fonction des températures des sources. Les fluides trans-critiques en particulier peuvent être intéressant du fait de l'absence de paliers de condensation. Le programme de travail se décline donc en une phase d'études théoriques permettant d'évaluer exactement le potentiel énergétique valorisable, de comparer les différentes solutions possibles et de sélectionner celles qui sont les plus pertinentes, puis une phase de sélection et de développement des composants à savoir principalement échangeurs et organes de détente extrapolables à une échelle industrielle, cette phase comprenant notamment des bancs d'essais ciblés. Les systèmes trans-critiques feront l'objet d'une expérimentation particulière du fait des particularités qui leurs sont associées ( pression ,…). Enfin une phase pilote d'une installation d'une centaine de kW est planifiée permettant de démontrer la faisabilité industrielle de la solution choisie, cette phase pilote se complète d'une tâche de dissémination en particulier vers des contextes industriels hors champs Air Liquide.