le génie des procédés moderne vert - soltena · 2014. 2. 11. · les 2ème rencontres de la...

Le geacutenie des proceacutedeacutes moderne vert

Jean Claude CHARPENTIER

Les 2egraveme Rencontres de la chimie durable en Poitou- Charentes CCI Niort 19 Septembre 2013 JCCharpentier Laboratoire Reacuteactions et Geacutenie des Proceacutedeacutes CNRSENSICUL Nancy (F)

Dans le cadre du deacuteveloppement durable

des questions drsquoeacutenergies (eacuteconomies et nouvelles eacuteneacutergies renouvelables)

de la protection de lrsquoenvironnement

de la mondialisation des marcheacutes comportant

la probleacutematique des produits cibleacutes laquo first on the market raquo

helliphellip

et de la demande de proceacutedeacutes et drsquoinnovations technologiques durables

Vous avez dit laquoLe Geacutenie Chimique et des Proceacutedeacutes moderne laquovertraquo raquo

Ou Comment produire laquodurablementraquo des moleacutecules aux enjeux environnementaux et eacuteconomiques

Jean-Claude Charpentier

Laboratoire Reacuteactions et Geacutenie des Proceacutedeacutes CNRSENSIC

Eacutecole Nationale Supeacuterieure des Industries Chimiques

Universiteacute de Lorraine Nancy

jean-claudecharpentieruniv-lorrainefr

)


Proceacutedeacutes durables (laquovertsraquo) et propres

Petit rappel de vocabulaire introductif On va utiliser les notions de

- deacuteveloppement durable avec ses 3 composantes Eacuteconomie Environnement Socieacuteteacute Profit Planet People

- chimie verte ie 12 Principes de la Chimie Verte Notion de Green Chemistry

- Proceacutedeacutes ie proceacutedeacutes de production drsquoun produit (chimique peacutetrolier textile pharmaceutique cosmeacutetique

- alimentaire papetier verre sideacuterurgie bitume nucleacuteaire microeacutelectronique etc)

Notion de Green Engineering

- Geacutenie Chimique et Geacutenie des Proceacutedeacutes en langue anglaise Chemical Engineering et non Chemistry Engineering

- Paradigmes concepts meacutethodologie propre agrave une discipline scientifique

- par exemple pour le Geacutenie des Proceacutedeacutes les paradigmes sont

- les opeacuterations unitaires (distillation absorption extraction fluidisation filtration seacutechage etc)

- les transferts coupleacutes (matiegravere chaleur quantiteacute de mouvement) et le geacutenie de la reacuteaction chimique

- Et notions et vocabulaires interchangeables durable ou laquo vert raquo (sustainable)


Les 12 principes de la Chimie Verte


plan

LE MONDE DES INDUSTRIES CHIMIQUES ET CONNEXES AU COEUR

DrsquoUN GRAND NOMBRE de DEFIS SCIENTIFIQUES ET TECHNOLOGIQUES Dus

- agrave la croissance rapide des connaissances en chimie et biochimie

- au comportement non durable de lrsquohumaniteacute (question drsquoeacutenergies et de matiegraveres premiegraveres)

- et aux demandes du 21egraveme siegravecle clairement focaliseacutees sur des exigences socieacutetales

QUrsquoATTEND-ON DU GENIE CHIMIQUE ET DES PROCEDES et POURQUOI

Les deacutefis pour la conception de proceacutedeacutes propres et durables pour lrsquoeacutelaboration de

produits avec des proprieacuteteacutes drsquousage requises first on the market Deacuteveloppement Durable

Avec LrsquoAPPROCHE MODERNE MULTIECHELLE DU GENIE DES PROCEDES EN 2013

Vous avez dit ldquo le GENIE du TRIPLET

PROCESSUS moleacuteculaires-PRODUITS- PROCEDES (G3P)

Et alors LE GENIE DES PROCEDES QUO VAMUS

Lrsquoapproche inteacutegreacutee multidisciplinaire et multieacutechelle de temps et drsquoespace pour une technologie-cleacute

au service drsquoun grand nombre de besoins de lrsquohumaniteacute ( Energie Environnement Eau Santeacute

Alimentairehellipet Business )

ie (vers un ldquoGeacutenie des Proceacutedeacutes verts (durable)rdquo pour la conception de lrsquousine du futur

mais Comment)

4 pistes proposeacutees Charpentier lrsquoactualiteacute chimique Avril 2011 351 14


Une vision de lrsquousine du futur mettant en oeuvre le Geacutenie des Proceacutedeacutes Moderne

Durable ldquoVertrdquo avec lrsquoIntensification des Proceacutedeacutes (agrave droite) agrave comparer avec une usine

conventionnelle (agrave gauche) (Rendering courtesy of DSM)

Opeacuterant avec des PROCEDES NON POLLUANT TRES EFFICACES mettant en oeuvre

lrsquoIntensification des proceacutedeacutes pour la production de produits verts (cibleacutes)

ECONOMIES de 30 (MATIERES PREMIERES + ENERGIE + COUcircTS OPERATOIRES)

Mais de moins en moins un recircveCrsquoest lrsquoobjet de cette confeacuterence


3- Elaboration des proprieacuteteacutes drsquousage deacuteveloppement drsquoun geacutenie multidisciplinaire

laquo orienteacute produit raquo portant sur la technologie des solides et sur

la mise en œuvre des fluides complexes ldquoGeacutenie du Produitrdquo

4 pistes

proposeacutees pour un geacutenie des proceacutedeacutes moderne pour les industries chimiques et connexes

1- Augmenter la productiviteacute et la seacutelectiviteacute avec des opeacuterations intelligentes et un controcircle

multi eacutechelle des processus

2- Conception de nouveaux eacutequipements baseacutes sur des principes scientifiques et de

nouveaux modes de production laquo intensification des proceacutedeacutes raquo (avec reacuteacteurs multifonctionnels ou micro structureacutes) (microfluidique)

4- Impleacutementer la modeacutelisation et la simulation informatique multieacutechelle et

multidisciplinaire du geacutenie des proceacutedeacutes aux situations de la vie reacuteelle

ldquode lrsquoeacutechelle de la moleacutecule jusqursquoaux eacutechelles de la productionrdquo

(incluant automatique controcircle et seacutecuriteacute produitsproceacutedeacutes)

GENIE DES PROCEDES

laquoVERTraquo (durable)

GREEN PROCESS

ENGINEERING (sustainable)

GREEN PROCESS

ENGINEERING

(sustainable)

GENIE DES

PROCEDES



Qursquoest-ce donc que le geacutenie des Proceacutedeacutes

Deacutefinition anglo-saxonne du terme laquoChemical Engineeringraquo

Crsquoest la profession pour laquelle des connaissances en matheacutematiques

chimie physique et autres sciences naturelles acquises par les eacutetudes par

lrsquoexpeacuterience et par la pratique sont appliqueacutees avec jugement pour

deacutevelopper les faccedilons eacuteconomiques et environnementalement acceptables

drsquoutiliser les matiegraveres premiegraveres et lrsquoeacutenergie pour le beacuteneacutefice de lrsquohumaniteacute

Parfois reacutesumeacute par

laquo Le domaine du Geacutenie Chimique consiste dans les transformations

physiques chimiques et biologiques de la matiegravere premiegravere en produits raquo


Crsquoest une Science de lrsquoIngeacutenieur multidisciplinaire qui integravegre les concepts des sciences de

base

-Thermodynamique chimique et biologique

-Catalyse et cineacutetique chimique

-Cineacutetique physique (transfert de chaleur de masse et de quantiteacute de mouvement)

-Meacutecanique des fluides et des milieux poreux et disperseacutes

-Dynamique des systegravemes

-Optimisation Simulation Automatique Controcircle Seacutecuriteacute

-Sciences eacuteconomiques

Science de lrsquoIngeacutenieur science sous contrainte avec obligation de reacuteussite

Le but du Geacutenie des Proceacutedeacutes est le deacuteveloppement de concepts scientifiques

de meacutethodologies et de technologies pour mieux comprendre concevoir dessiner construire

extrapoler agrave lrsquoeacutechelle industrielle et faire fonctionner de faccedilon optimale

les proceacutedeacutes qui transforment les matiegraveres premiegraveres et lrsquoeacutenergie en des produits

utiles au consommateur pour leurs proprieacuteteacutes drsquousage


EVOLUTION du GENIE CHIMIQUE et DES PROCEDES DEPUIS 63 ANS

Transformations Physico Chimiques

(et Biologiques)

Matiegraveres

Premiegraveres

1950

Energie

1950

1996 Emotion du public

Contraintes environnementales

et socieacutetales

DEVELOPPEMENT

DURABLE

Produits

deacutechets

Proprieacuteteacutes

drsquousage

2013 Confeacuterence

2egraveme

Rencontre

chimie

durable en

Poitou

Charentes

CCI Niort

02092013

Information controcircle

de proceacutedeacutes

1970


Proprieacuteteacutes drsquousage drsquoun produit (end-use properties)

Les proprieacuteteacutes drsquousage sont conditionneacutees par

Maitrise de la MORPHOLOGIE GRANULOMETRIE POROSITE des SOLIDES (technologie des poudres et solides diviseacutes)

et des TAILLES de BULLES DE GAZ et des GOUTTES de LIQUIDE

(technologie et chimie des surfaces fonctionaliseacutees)

Produits beaucoup plus complexes en termes de structures moleacuteculaires que les

produits chimiques traditionnels eacutelaboreacutes avec les proceacutedeacutes eux aussi traditionnels

Forme

Couleur

Toucher

Maniement

Coheacutesion

Friabiliteacute

Douceur apregraves hydratation

Aptitude agrave se dissoudre

dimension

Rugositeacute

Goucirct Succulence

Flaveur

Estheacutetique

Proprieacuteteacutes sensorielles

Relargage controcircleacute de meacutedicaments encapsuleacutes

Emulsions (Pico nano micro) mono disperses


Paradigmes Historiques du Geacutenie des Proceacutedeacutes

pour transformer la matiegravere premiegravere et lrsquoeacutenergie en produits

1er Paradigme Opeacuterations Unitaires

2egraveme Paradigme Phenomegravenes de Transport

bull initieacute par Arthur D Little ndash ca 1907

bull livre ldquoPrinciples of Chemical Engineeringrdquo by Walker Lewis and

McAdams (1923)

bull centreacute sur les eacutequipements leurs constructions and performances

distillation absorption extraction filtration fluidisation broyagehellip

bull apparus en 1960rsquos

bull livre ldquoTransport Phenomenardquo by Bird Stewart and Lightfoot (1960)

bull centreacute sur les transferts de matiegravere chaleur et de quantiteacute de mouvement

dans les eacutequipements et leur modeacutelisation pour extrapolation labo-uniteacute

industrielle

3egraveme Paradigme Approche Systegraveme INTEGREE MULTIECHELLE (G3P)

pour un Geacutenie des Proceacutedeacutes Vert moderne ( intensification des proceacutedeacutes

eacutelaboration des proprieacuteteacutes drsquousage requises pour le Produit Vert deacutesireacute etchellip)

(vers lrsquoUsine du Futur) (Charpentier JC Chem Eng Res Des 2010 88 248)






lrsquoIntensification des proceacutedeacutes pour la production de produits agrave valeur drsquousage cibleacutee




lrsquoINTENSIFICATION des PROCEDES

reacutefegravere agrave des technologies complexes qui remplacent des eacutequipements chers de grandes dimensions

eacutenergivores et polluant ou bien certains proceacutedeacutes actuels par

- ceux qui combinent de multiples opeacuterations dans un unique eacutequipement (Ex distillation reacuteactive) ou dans

un moindre nombre drsquoeacutequipements par une Approche Simplifieacutee Inteacutegrative au stade du process design

- ou ceux qui sont plus petits moins chers moins polluant exigeant moins drsquoeacutenergie plus surs et plus

efficaces (microfluidique)

- ou de nouveaux modes opeacuteratoires avec des solvants neacuteoteacuteriques verts (fluides supercritiques liquides

ioniques) ou avec application de forces motrices externes (sources et formes alternatives drsquoeacutenergie)

Ideacutee de DEVELOPPEMENT DURABLE

laquoProduire beaucoup plus et mieux avec beaucoup moinsraquo ce qui

Ameacuteliore lrsquoimage de la chimie (conception de proceacutedeacutes propres et efficaces)

pour lrsquousine du futur


This is the most unit of its kind

EFFICIENT

UNE USINE

dans une

ldquoBOITE agrave

CHAUSSURErdquo

- Visionhellip

TU Delft 2000

70 cm

DSM 2005 DEVIENT

REALITEhellip


Mixing principles hessel 10


Reacuteacteur Microstructureacute agrave film tombant (IMM)

Intensification of GL absorption in microstructured falling film Application to the treatment of

chlorinated VOCrsquos - part I Comparison between structured and microstructured packings in

absorption devices H Monnier L Falk F Lapicque R Hadjoudj C Roizard

Chemical Engineering Science 2010 Volume 65 6425 - 6434


Les temps changenthelliphelliphelliphellip But imagine and remind


The Old 1920rsquos El Dorado Field KS


Les temps changenthelliphelliphelliphellip

Certes les temps ont changeacute avec les sites industriels conventionnels actuels

mais il reste agrave concevoir et passer agrave laquo lrsquousine du futur raquo comportant des

technologies et proceacutedeacutes propres surs efficaces et eacuteconomes en matiegraveres premiegraveres et eacutenergie

ieproceacutedeacutes zeacutero pollution zeacutero deacutefaut zeacutero accident et fournissant des produits laquo premiers sur le marcheacute raquo

pour obtenir un produit concurrentiel cibleacute pour sa laquo valeur drsquousage raquo

Crsquoest le but du Geacutenie des Proceacutedeacutes Moderne avec ses concepts comme lrsquointensification des proceacutedeacutes ou le geacutenie des produits



DrsquoUN GRAND NOMBRE de DEFIS SCIENTIFIQUES ET TECHNOLOGIQUES dus



- et aux demandes du 21egraveme siegravecle clairement focaliseacutees sur des exigences

socieacutetales


Ressources naturelles

Produits et Services

Pollution Deacutechets et Perturbations

environnementales

Seulement 25 poids de ce qui entre dans le tuyau sort sous forme de produits et services

(Source World Resource Institute)

UN DEVELOPPEMENT NON DURABLE (NON-SUSTAINABLE MANKIND)

Besoin drsquoameacuteliorer lrsquoefficaciteacute des proceacutedeacutes de production drsquoun

bull FACTEUR 4 (Von Weizsacker 1998)

bull FACTEUR 10 (Schmidt-Bleek 1993)

bull FACTEUR 20 (AllChemE 2001)

Source

World Research Institute

(2005)


(1950) Geacutenie Chimique

Creacuteation en France

Toulouse Nancy

LES CONNAISSANCES EN CHIMIE CROISSENT RAPIDEMENT

Plus de 14 millions de composeacutes moleacuteculaires ont eacuteteacute syntheacutetiseacutes en 2012

Seulement un petit nombre parmi eux se trouve dans la nature

Les autres sont et seront conccedilus et obtenus par les ingeacutenieurs et les scientifiques pour reacutepondre

aux besoins de lrsquohomme et agrave sa quecircte de connaissance (voir lrsquoegravere post-geacutenome)

ALORShellipde grands deacutefis attendent le Geacutenie des Proceacutedeacutes pour obtenir les produits deacutesireacutes

et lesquels dans le cadre des demandes du 21egraveme siegravecle

(2013) Les 2egraveme s Rencontre

s de la chimie durable

en Poitou Charentes

CCI Niort 02092013


Et elles sont clairement focaliseacutees sur des exigences socieacutetales comme

- Seacutequestration du CO2

- Combustion en boucle chimique (captage de CO2 avec peacutenaliteacutes drsquoeacutenergies limiteacutees)

- Reformage et Oxydation catalytique du meacutethane pour produire du gaz de synthegravese (CO+H2)

- Exploitation durable de nouvelles sources eacutenergeacutetiques (gaz et huiles de schistes solaire vent)

- Synthegravese de biocarburants 1egravere 2egraveme et 3egraveme geacuteneacuteration (essences gasoils production de H2hellip)

- Strateacutegie agrave long terme pour lrsquoutilisation durable de lrsquoeau

- Analyse du Cycle de Vie Conception focaliseacutee sur le cycle de vie Prendre en compte la synergie des sous-

produits et les notions drsquoeacutecosystegravemes si on veut progresser vers le Deacuteveloppement Durable (Sustainability)

- etchellip

Demandes du 21egraveme siegravecle concernent - Conversion de la biomasse

- Deacuteveacuteloppement de biomateacuteriaux

- Preacuteparation de nanoparticules

- Biotechnologies

- Relargage controcircleacute de meacutedicaments

- Utilisation de liquides ioniques et systegravemes aqueux biphasiques (chimie verte)

-Fabrication de reacuteacteurs polyphasiques micro-structureacutes pour des reacuteactions seacutelectives (proceacutedeacutes

verts)

- etchellip


Diagramme simplifieacute drsquoun captage de CO2 par un solvant


Formules Chimiques de diffeacuterentes amines utiliseacutees dans les

proceacutedeacutes drsquoabsorption par voie chimique


Absorption reacuteactive

Nouvelles technologies pour CO2Amines

- Choisir le meilleur contacteur

(ie le caracteacuteriser)

- En deacutevelopper de nouveaux

- Assurer lextrapolation et la mise en

œuvre agrave l rsquoeacutechelle industrielle


Lavage de gaz par un solvant seacutelectif Capture de CO2 par les amines


Diffeacuterentes eacutechelles de simulation

- a film de liquide cisailleacute par un gaz

- b eacutechelle de la cellule eacuteleacutementaire repreacutesentative drsquoun garnissage structureacute

- c eacutechelle drsquoun bloc de garnissage

- d eacutechelle drsquoune colonne (Sulzer Chemtech)

-


(a) Garnissage cascade Mini Rings (Koch-Glitsh) et (b) garnissage IMTP (Koch-Glitsh)

(a) Garnissage structureacute M250X (Sulzer) (b) Structure eacuteleacutementaire drsquoun garnissage structureacute


Principe de la Combustion en Boucle Chimique

Chemical Looping Combustion

Air

Reactor

Oxidation of MeO

MexOy-1+12O2 MexOy

Fuel

Reactor

reduction of MeO

2(n+m)MexOy+CnH2m

(2n+m)MexOy-1+mCO2+mH2O

Air

Depleted Air

Fuel

Flue Gas

MexOy

MexOy-1

He

at

Re

lease

CO2 for transportation and Storage

Fuel gas

CO2

Air

H2O

fuel reactor

depleted air

air

reactor

deux types de looping

bull Boucle sur loxygegravene (oxydes meacutetalliques CaS)

bull Boucle sur le CO2 (carbonates)


H H C H

H H

H C H

H

NequivN NequivN NequivN NequivN NequivN NequivN NequivN NequivN NequivN NequivN NequivN NequivN NequivN

NequivN NequivN NequivN NequivN NequivN NequivN NequivN NequivN


31

H H

C

H H C H

H

NequivN

Reacuteacte

ur

Air

Reacute

acteu

r Fue

l

Seacuteparation du CO2 avec une peacutenaliteacute eacutenergeacutetique minimale

Oxyde meacutetallique reacuteduit

Oxyde meacutetallique

Azote

Combustible

Dioxyde de carbone

eau


Solution alternative aux Amines agrave lOxycombustion agrave la

Gasification

Avantages speacutecifiques

seacuteparation CO2 intrinsegraveque

pas drsquoUniteacute de Seacuteparation drsquoAir

Un tregraves bon candidat agrave priori pour capter le CO2

Mais

Deacuteveloppement de proceacutedeacutes speacutecifiques (pas de retrofit )

Mise en oeuvre de proceacutedeacutes complexes (T lit fluidiseacute)

Incertitude sur les mateacuteriaux

Inteacuterecirct du CLC pour le captage du CO2

Peacutenaliteacute eacutenergeacutetique limiteacutee


La plupart des demandes du 21egraveme siegravecle sont reacutepertorieacutees dans des laquo feuilles de route raquo Europeacuteennes et Nord Ameacutericaines publieacutees depuis une dizaine drsquoanneacutees qui attirent lrsquoattention sur une inquieacutetude globale planeacutetaire ougrave le geacutenie des proceacutedeacutes devra jouer un rocircle crucial

- Durabiliteacute santeacute seacutecuriteacute et environnement eacutenergie eau nourriture et boisson

- geacutenie des bio systegravemes eacutenergie solaire fusion nucleacuteaire etc

Ainsi les proceacutedeacutes existant et les nouveaux proceacutedeacutes devront ecirctre progressivement adapteacutes

aux principes de la laquochimie verteraquo

Et les laquofeuilles de routeraquo proposeacutees pour reacutepondre aux besoins des industries chimiques et annexes qui doivent satisfaire agrave la fois les demandes eacuteconomiques changeantes et rester

mondialement compeacutetitives

- militent pour faire eacutevoluer le geacutenie des proceacutedeacutes vers un geacutenie des proceacutedeacutes moderne volontairement concerneacute par le deacuteveloppement durable (le geacutenie des proceacutedeacutes vert)

- confronteacute agrave de nouveaux deacutefis portant sur des systegravemes complexes agrave la fois

agrave lrsquoeacutechelle des moleacutecules agrave lrsquoeacutechelle des produits et agrave lrsquoeacutechelle des proceacutedeacutes


Parmi les tacircches mobilisant le geacutenie des proceacutedeacutes en 2013

les questions drsquoeacutenergies comme

- Diminuer la consommation eacutenergeacutetique par lrsquointensification des proceacutedeacutes leur optimisation eacutenergeacutetique et une utilisation rationnelle de lrsquoeacutenergie (faire mieux avec moins)

- Rationnaliser lrsquoutilisation des eacutenergies fossiles deacutevelopper des proceacutedeacutes propres de nouvelles geacuteneacuterations et concevoir des proceacutedeacutes originaux de capture et de stockage de dioxyde de carbone en relation avec les Geacuteosciences

- Introduire une part drsquoeacutenergie renouvelable issue en particulier de la

biomasse veacutegeacutetale etou de deacutechets en relevant les deacutefis de lrsquoadaptation des proceacutedeacutes et du recyclagereacuteutilisation

- Maicirctriser la production de biofuels et de gaz de synthegravese agrave partir de la pyrolyse-gazeacuteification de veacutegeacutetaux tout en preacuteservant lrsquoeacutequilibre eacutecologique et eacuteconomique des productions agricoles

Une attention particuliegravere est agrave apporter agrave la filiegravere nucleacuteaire en termes de proceacutedeacutes de fiabiliteacute et de seacutecuriteacute tant dans son fonctionnement que dans le deacutemantegravelement des installations


Le Geacutenie des proceacutedeacutes moderne

Que lui demande trsquoon

- ecirctre un geacutenie des proceacutedeacutes moderne laquovertraquo (ieapproche verte du Geacutenie des Proceacutedeacutes) crsquoest

agrave dire

- ecirctre un geacutenie des proceacutedeacutes durables concerneacute par le couple produits vertsproceacutedeacutes

verts pour produire laquo durablement raquo des moleacutecules aux enjeux environnementaux et

eacuteconomiques et ce pour un consommateur exigeant et changeant souvent quant agrave sa

demande de la valeur drsquousage du produit ( pharmacie alimentaire cosmeacutetiquehellip)

- agrave lrsquoaide drsquoune approche multi-eacutechelle de typelaquo moleacutecules-produits-proceacutedeacutes raquo

Pourquoi

Toujours pour ameacuteliorer le comportement non durable de lrsquohumaniteacute





environnementales

Seulement 25 poids de ce qui entre dans le tuyau sort sous forme de

produits et services


UN DEVELOPPEMENT NON DURABLE

NON-SUSTAINABLE MANKIND





Source


(2005)


Pour un comportement deacuteveloppement durable

lrsquoapproche du Geacutenie des Proceacutedeacutes doit donc se focaliser surhellip

MEILLEURS

PROCEDES

MEILLEURS PRODUITS

Environnement PLUS PROPRE amp PLUS ldquoVERTrdquo

PLUS GROS PROFITS


Un comportement laquoDEVELOPPEMENT DURABLEraquo neacutecessite des efforts bien

eacutequilibreacutes dans 3 domaines

Economie (Profit)

Environnement (Planet)

Societeacute (People)




















lrsquoIntensification des proceacutedeacutes pour la production de produits concurrentiels (cibleacutes)


Mais de moins en moins un recircve


Pas toujours un recircve (de nombreux projetshellipsources de financementhellip)

The European funding policy

- laquoFactory of the future raquo and laquo Flexible Future Production Strategies raquo Nanosciences Nanotechnologies Materials Calls EU FP7 NMP-2009 and European Commission 2010 Research-Industrial Technologies Factories of the Future

PILLS 2009 wwwfp7pillseu- COPIRIDE 2009 wwwcopirideeu- F3 FACTORY 2009 wwwf3factorycom

- Projet Institut de lrsquousine deacutecarboneacutee du futur INDEED (Appel agrave projets laquo Instituts

drsquoExcellence en Energies Deacutecarboneacutees (IEED))

- The consortium of CARENA CAtalytic REactors based on New mAterials Collaborative project to create technologies enabling efficient conversion of light alkanes and

CO2 into higher value chemicals

- Projet ANR FUTUR PROD (Systegravemes de Production du Futur)

Mais aussi deacutejagrave des reacutealisations


Concevoir des proceacutedeacutes propres et tregraves efficaces en

raffinage et peacutetrochimie

Uniteacute FCC

pour la

valorisation

des bruts

lourds pour

produire de

lrsquoessence

(conversion

profonde

16000 bpsd)

usine TAMOIL

Collombey (CH)


Esterfip H process

Premiegravere uniteacute industrielle Segravete en France (deacutemarrage 032006)

160 000 tonnes an de biodiesel

Pureteacute de Glycerine gt 985 sans eacutetape de purification

Activiteacute Catalytique stable pendant 9 mois

Concevoir des proceacutedeacutes

propres et tregraves efficaces

en raffinage et biochimie (diesel agrave partir biomasse 1G)









- Analyse du Cycle de Vie Conception focaliseacutee sur le cycle de vie Prendre en compte la synergie des sous-produits et les

notions drsquoeacutecosystegravemes si on veut progresser vers le Deacuteveloppement Durable (Sustainability)

- etchellip




- Biotechnologies




verts)

- etchellip


eacutethanol

diesters ( EMHV )

Les filiegraveres actuelles pour Biocarburants 1egravere geacuteneacuteration


Valorisation du Bois


Biocarburants 2egraveme Geacuteneacuteration


Biomasse 2G


Principales voies de fabrication de carburants 2egraveme Geacuteneacuteration


Perspectives marcheacute

carburants alternatifs Mbdoe

Biodiesel-1G 067 Mbdoe

Source Axens estimates April 2009


GTL liquids 055 Mbpdoe

CTL liquids 068 Mbdoe

Ethanol-1G 134 Mbdoe


00

05

10

15

20

25

30

35

40

45

2005 2010

est

2015

est

2020

est

2025

est

2030

est


hydrogegravene

biodieacutesel

hydrogegravene

Biocarburants de 2egraveme et 3egraveme geacuteneacuterations

2G

Biomasse

ligno-cellulosique

3G

Micro-organismes

photosyntheacutetiques

Pilotes

Deacutemonstrateurs

Recherche en

Geacutenie des

Proceacutedeacutes


De la Cellule au Photobioreacuteacteur

Ingeacutenierie des photobioreacuteacteurs


Biofuels


Alors QUrsquoATTEND-ON DU GENIE CHIMIQUE ET DES PROCEDES et POURQUOI

Relever les deacutefis pour

la conception de proceacutedeacutes propres et durables pour lrsquoeacutelaboration de produits avec des

proprieacuteteacutes drsquousage requises par consommateur exigeant et produits first on the market

donc

Comment Intensifier les Proceacutedeacutes dans le cadre du Deacuteveloppement Durable


INTENSIFICATION DES PROCEDES

DEUX DEFIS POUR

LE GENIE DES PROCEDES


-1er DEFI Production de PRODUITS de COMMODITES et drsquoINTERMEDIAIRES

(ammoniaque carbonate decalcium ethylene benzene butadiene amineshellip) (40 demande des marcheacutes)

laquo Supplying high volume bulk chemicals raquo

Issue Quels proceacutedeacutes pour produire avec les plus faibles prix possibles

LE CLIENT ACHETE UN PROCEDE

NON POLLUANT SANS DEFAUTS PARFAITEMENT SECURISES

(Geacutenie des Proceacutedeacutes Verts (Green Process Engineering)) Maishellip

la production dans le futur doit srsquoaccroicirctre (X facteur 6 en 2050 en supposant un taux de croissance de 4)

et donc les sites industriels ne pourront plus ecirctre construits dans un esprit

laquoJUST A BIT BIGGERraquo

Alors le deacutefi est de srsquoorienter vers

CHANGEMENT de TECHNOLOGIE (ie Intensification des Proceacutedeacutes)

etou INNOVATION (ie Nouveaux proceacutedeacutes)

Mais Innovationhellip



Oui mais toujours ce vieux problegraveme drsquoextrapolation agrave grande eacutechelle

Waiting until kilo-lab (or later) does not work apparently

In pharma reactor is part of approval

Au contraire pourquoi ne pas srsquooccuper du problegraveme en y apportant une innovation

Fournir aux chimistes organiciens agrave lrsquoeacutechelle du labo un reacuteacteur piston qursquoils

pourraient aimerndash ou mecircme preacutefeacuterer agrave une ldquoround bottom flaskrdquo (IMPULSE et suite)

Oui mais Innovationhellip


Integrated

Multiscale

Process

Units with

Locally

Structured

Elements

Industrial leaders GSK Degussa PampG Siemens

Consortium 20 partners from 8 European countries

Project resources 17 Meuro over 4 years

(of which 105 Meuro from the European Commission)

Project duration February 2005 to January 2009

Project goal

Effective targeted integration of innovative process

equipment (such as microreactors compact heat

exchangers thinndashfilm devices and other micro and

or mesondashstructured components) to attain radical

performance enhancement for whole process

The IMPULSE Project a European response

to a global challenge 6th European Framework Programme for

Research and Technological Development

Microstructured components in PRODUCTION

the concept of Structured Multiscale Design

Une nouvelle approche pour la conception des proceacutedeacutes chimiques

STRUCTURED

MULTISCALE

DESIGN

Principle construction of largendashscale production systems

with smallndashscale innerndashstructuring at specifically

targeted points (= locally structured elements)

Claim an opportunity for a RADICAL increase in

process performance and a MAJOR contribution

to process intensification for the chemical industries

Need a rational engineering design methodology

to put Structured Multiscale Design into practice

Approche laquo placer la chimie au centre raquo

Plutocirct qursquoadapter la chimie aux limites des eacutequipments existant

Adapter les eacutequipements pour IMPOSER les conditions locales opeacuteratoires

requises par la chimie deacutesireacutee




IMPULSE Reacutesultats en 2009

(wwwimpulse-project-net)

Secteur des Biens de Consommation ( ProcterampGamble)

Oxydation de SO2 pour fabrication de surfactants encapsulation de parfums production

drsquoeacutemulsions controcircleacutees faisabiliteacute sur site industriel

Extrapolation par paralleacutelisation drsquoeacutequipements microstructureacutes fonctionnant en continu ameacuteliorant

la qualiteacute des produits et diminuant frais investissements et fonctionnement

Secteur Pharmaceutique (GlaxoSmithKline)

Pour une Hydogeacutenation continue avec un prototype de deacutemonstration (reacuteacteur

microstructureacute) fonctionnant en reacutegime chimique avec meilleurs rendement seacutelectiviteacute et

seacutecuriteacute qursquoen technologie conventionnelle (cuve agiteacutee en discontinu)

Secteur Chimie de Speacutecialiteacutes (Solvent Innovation Evonik-Degussa)

Pour fabrication de liquides ioniques avec reacuteactions tregraves exothermiques en milieu liqliq un reacuteacteur

microstructureacute fonctionnant en continu a ameacutelioreacute la seacutecuriteacute et la qualiteacute des produits en

reacuteduisant lrsquoemploi de solvants


- 2egraveme DEFI aujourdrsquohui pour la production de produits de CHIMIE FINE et SPECIALITES

60 des produits vendus par une socieacuteteacute chimique pharmaceutique

agroalimentaire cosmeacutetiquehellipsont

- CRISTALLINS POLYMERIQUES ou SOLIDES AMORPHES

posseacutedant une forme physique clairement definie pour reacutepondre

aux qualiteacutes standards imposeacutees

- ou bien EMULSIONS et PRODUITS PAcircTEUX

la proprieacuteteacute drsquousage est une microstructure de phases disperseacutees

maintenue par des forces de liaison qui produisent la texture deacutesireacutee du produit

PRODUITS agrave COURTS TEMPS DE VIE et agrave HAUTES MARGES BENEFICIAIRES

Le consommateur achegravete le PRODUIT LE PLUS EFFICIENT et LE PREMIER SUR LE MARCHE

(il paie un prix eacuteleveacute mais attend un large beacuteneacutefice)

(Conception et production de Produit Verts - avec proprieacuteteacute drsquousage imposeacutee)

(Green Product Design and Engineering) (small scale fast switch over versatile batch equipment)


Donc

Suite aux 2 Deacutefis preacuteceacutedents poseacutes soit par les industries de proceacutedeacutes (Commoditeacutes et intermeacutediaires)

soit par les industries de chimie fine et speacutecialiteacutes (pharma santeacute cosmeacuteto alimentairehellip)

Le Geacutenie des Proceacutedeacutes moderne durable (vert) doit satisfaire

- La demande des marcheacutes pour des produits speacutecifiques verts avec des proprieacuteteacutes drsquousage requises

aux eacutechelles des nano et microstructures

- Et les contraintes sociales et environnementales des proceacutedeacutes industriels durables (verts)

aux eacutechelles meso et macro de production

Cela demande une approche pluridisciplinaire des diffeacuterents processus physico-chimiques

non-lineacuteaires non- eacutequilibreacutes et processus de transport et de transfert aux diffeacuterentes eacutechelles

de la chaicircne de production (bio)chimique

ie

APPROCHE SYSTEME INTEGRE pluridisciplinaire

AUX DIFFERENTES ECHELLES de TEMPS et drsquoESPACE de la CHAIcircNE DE PRODUCTION CHIMIQUE

Echelle de temps 10-15 agrave 108 secondes

Echelle drsquoespaces 10-8 agrave 106 megravetres

pour une bonne compreacutehension de la relation qui existe entre les pheacutenomegravenes intervenant agrave une eacutechelle

infeacuterieure avec les proprieacuteteacutes et le comportement agrave une eacutechelle supeacuterieure

(depuis eacutechelle moleacuteculaire jusqursquoagrave eacutechelle des proceacutedeacutes sur site industriel)



Le Geacutenie des Proceacutedeacutes Moderne Lrsquoapproche multi-eacutechelle de temps et drsquoespace de la chaicircne de

production chimique

Aujourdrsquohui le geacutenie des proceacutedeacutes moderne est concerneacute par la comprehension la conception

lrsquoexpeacuterimentation la modeacutelisation et simulation et le fonctionnement optimal de tous les processus

complexes qui interviennent aux diffeacuterentes eacutechelles de ldquola chaicircne de production chimiquerdquo

depuis les eacutechelles des nano et microsystegravemes ougrave les composeacutes chimiques doivent ecirctre syntheacutetiseacutes et caracteriseacutes

au niveau moleacuteculaire (chimie verte)

jusqursquoagraveux eacutechelles industrielles des proceacutedeacutes durables fonctionnant en continus ou en batch (proceacutedeacutes verts)


- La qualiteacute drsquoun produit est deacutetermineacutee aux eacutechelles nano and micro et

- Un produit avec une proprieacuteteacute deacutesireacutee doit ecirctre eacutetudieacute agrave la fois pour sa

structure et pour sa fonction

La cleacute du succegraves Crsquoest

LA CHAINE DE PRODUCTION CHIMIQUE MODEacuteLISATION MULTIEacuteCHELLE

- Drsquoobtenir la proprieacuteteacute drsquousage deacutesireacutee et ensuite de controcircler la qualiteacute du produit

en controcirclant la formation de la microstructure

Cette compreacutehension aide agrave faire le saut depuis lrsquoeacutechelle nano de la valeur drsquousage jusqursquoaux

eacutechelles meso and macro du proceacutedeacute de production qui assure la qualiteacute du produit requise

par le consommateur

(APPROCHE INTEacuteGREacuteE MULTIEacuteCHELLE DrsquoUN SYSTEME COMPLEXE)

- Alors une bonne compreacutehension de la relation structureproprieacuteteacute agrave la fois aux 2 eacutechelles

Eacutechelle moleacuteculaire (eg physique et chimie des surfaces)

Eacutechelle Microscopique (eg couplage meacutecanismes reacuteactionnels et meacutecanique

des fluides)

est de premiegravere importance pour ecirctre capable de concevoir les proceacutedeacutes de production


Paradigms of Chemical and Process Engineering

1er Paradigme Operations Unitaires

2egraveme Paradigme Pheacutenomegravenes de Transport

bull initiated by Arthur D Little ndash ca 1907

bull book ldquoPrinciples of Chemical Engineeringrdquo by Walker Lewis and McAdams (1923)

bull focus on equipments construction and performances

bull appeared in 1960rsquos

bull book ldquoTransport Phenomenardquo by Bird Stewart and Lightfoot (1960)

bull focus on momentum heat and mass transfer modelling

3egraveme Paradigme Modelisation de lrsquoApproche Multieacutechelle pour un geacutenie des proceacutedeacutes moderne (vertdurable) (pour lrsquointensification des proceacutedeacutes

pour eacutelaborer les proprieacuteteacutes drsquousage) (Charpentier Chem Eng Res Des 2010 88 248-254)

Lois drsquoextrapolation Bottom ndashup

Eacutechelles Nano Mega eacutechelles

Lois drsquoextrapolation Top-down


Les deacutefis de la

modeacutelisation et simulation en geacutenie des proceacutedeacutes pour le couple produitsproceacutedeacutes verts

Simulation proceacutedeacutes

Simulation par Champ de F (Atomes)

Modeacutelisation Meso (Nano-objets)

Aring nm microm mm m

Anneacutee

Heure

Minute

Seconde

Microseconde

Nanoseconde

Picoseconde

Ech

elle

de te

mps

Echelle despaces

Mecanique Quantique (Electrons)

HY=EY

Simulation de Reacuteacteur

I-1 I+1

Simulation CFD locale


Simulation multieacutechelle de la thermo hydraulique

diphasique des reacuteacteurs nucleacuteaires


Vision multi-eacutechelle dun proceacutedeacute catalytique agrave lit fluidiseacute

Echelles hydrodynamiques

MICRO MESO MACRO


Les eacutechelles de temps et drsquoespace couvertes dans lrsquoapproche

multieacutechelle drsquoespace et de temps

helliphellipOrganiser les niveaux de complexiteacute


Organiser les niveaux de complexiteacute croissante souligne

la preacutesentation moderne du geacutenie des proceacutedeacutes

Echelle-Macro

Uniteacutes de

Production

Usines

Echelle-Mega

Environnement

Atmosphegravere

Oceacuteans

Sols

Echelle-Meso

Reacteurs

Echangeurs

Separateurs

Pompes

Echelle-Nano

Processus

Moleculaires

Sites actifs

Echelle-Micro

Particules

Gouttes

Bulles

Mouillage

Particules

entre

COMPLEXITE

bullSTRUCTURE MOLECULAIRE

bullDYNAMIQUE DES FLUIDES

bullREACTION

COMPLEXITE

entre PROCEDE

BUSINESS

COMPRENDRE et DECRIRE les relations entre les eacuteveacutenements aux eacutechelles NANO et MICRO

pour mieux convertir les MOLECULES en PRODUTS UTILES aux eacutechelles du PROCEDE

Transformer les laquoMOLECULES INTO MONEYraquo


AINSI ORGANISER A DIFFERENTES ECHELLES

LA COMPLEXITE DU CONCUBINAGE

ENTRE LA PHYSIQUE ET LES PROCESSUS MOLECULAIRES

EST DEVENU NECESSAIRE

POUR COMPRENDRE ET DECRIRE LES RELATIONS ENTRE LES PHENOMENES INTERVENANT AUX ECHELLES

NANO ET MICRO POUR MIEUX CONVERTIR LES MOLECULES EN PRODUITS A VALEUR DrsquoUSAGE REQUISE A

LrsquoECHELLE DES PROCEDES

Crsquoest lrsquoapproche moderne du Geacutenie Chimique et des Proceacutedeacutes

(ie obtenir des produits durables (verts) avec des proceacutedeacutes durables (verts) et propres)

(Charpentier Chem Eng Res Des 2010 88 248-254)


CES CONCEPTS ET METHODES REQUIS

pour une APPROCHE INTEGREE PLURIDISCIPLINAIRE ET PLURIECHELLE

Geacutenie du triplet laquoProcessus-Produit-Proceacutedeacute (G3P)raquo

Concernant le couple produitsproceacutedeacutes verts (pour deacuteveloppement durable)

sont et seront obtenus gracircce aux

AVANCEES en

MODELISATION MOLECULAIRE

PUISSANCE DE LrsquoOUTIL INFORMATIQUE

INSTRUMENTATION SCIENTIFIQUE

en collaboration avec

Chimistes biologistes eacutecotoxicologistes matheacutematiciens et

physiciens et speacutecialistes de lrsquoinstrumentation


Mesoscale amp macroscale

Complex hydrodynamics (GSL catalytic reactor non newtonian rheology

hellip) amp complex geometries

Avanceacutees en Geacutenie des Proceacutedeacutes dues

Modeacutelisation Moleacuteculaire et Outils Informatiques

Nanoscale

to better control catalysis and surface states of catalyst

use of molecular modeling

Microscale

complex and particular systems whose properties are controlled by

interfacial phenomena fractal structure of porous media

progress in computational chemistry very useful

progress in Computational Fluid Dynamics (CFD)

(Meacutecanique des Fluides Numeacuterique)

Falk L Charpentier J C Keynote Lecture WCCE 8 Montreacuteal 2009


CHEMICAL REACTION ENGINEERING LABORATORY

Past amp Presenthellip hellip Future

REACTION ENGINEERINGhellip

Art Science

S23


Traditional

Scale-up in Size

Approaches for Scale-up

Emerging (Dream ) Apply Fundamentals on

Molecular scale

Reactor Scale

Eddy Particle

Integration of Knowledge from Catalyst Science and Reaction Process Engineering

Multi-Scale Analysis

10-12

10-3

101

L m


Heureusement pour la conception des proceacutedeacutes modernes avec technologies innovantes

tout ne sera pas conccedilu laquo in silico raquohellippar modeacutelisation numeacuterique

MAIS

Le goulot drsquoeacutetranglement pour les bons modegraveles de systegravemes complexes et multiphasiques

est la compreacutehension de la physique chimie et biologie des interactions plutocirct que le

raffinement des codes de calcul

ET

Besoin de modegraveles utiles pour un Geacutenie des Proceacutedeacutes Vert

avec laquo moins drsquoanatomie et plus de physiologie raquo

Et pour lrsquoeacutelaboration de ces modegraveles citons EINSTEIN

laquo Keep things as simple as possible but not simpler raquo

darr

Donc pour lrsquoeacutelaborationt des modegraveles il faut continuer de deacutevelopper et drsquoutiliser

- Des techniques expeacuterimentales tregraves fines et non intrusives

- Des codes de simulation drsquoeacutechelle tregraves fins pour des geacuteomeacutetries simples


(used in medical world) information both at MICROSCOPIC and MACROSCOPIC scale on physical and

chemical phenomena such as

structure and dynamics of structures (molecular and micron-scale)

rate of particle agglomeration

rate of coalescence of bubbles and drops

rate of nucleation in crystallization

rate of coagulation of colloidshellip

Nuclear Magnetic Resonance (NMR)


Fine non intrusive instrumentation and Image Processing

Magnetic Resonance Imaging (MRI) and computed Tomography Technique

(γ-ray X-Ray) coupled with 3D Image Analysis Technique

Structural heterogeneity of materials and porous media concentration temperature velocity profiles

flow distribution hellipaccess to local momentum heat and mass transferhellip

High throughput measuring techniques (expeacuterimentation agrave hauts deacutebits) kinetics thermodynamics thanks to NANO and MICRO-technology



En inteacutegrant les considerations preacuteceacutedentes sur lrsquoeacutevolution du Geacutenie des

Proceacutedeacutes

Conduisant vers

Un Geacutenie des Proceacutedeacutes vert

avec lrsquoaide de lrsquoapproche inteacutegreacutee multieacutechelle espacetemps

(G3P) LE GENIE DU TRIPLET PROCESSUS

PRODUIT

PROCEDE

Les recherches sont engageacutees simultaneacutement dans

4 pistes parallegraveles et compleacutementaires



laquoorienteacute produitraquo portant sur la technologie des solides et sur la mise en œuvre des

fluides complexes laquoGeacutenie du Produit raquo

1- Augmenter la productiviteacute et la seacutelectiviteacute avec des opeacuterations intelligentes et un

controcircle multi eacutechelle des processus ie Molecular information engineering Nano and Micro

faccedilonnage de mateacuteriaux poreux et cristallins (nanotechnology)


nouveaux modes de production laquointensification des proceacutedeacutesraquo (avec reacuteacteurs multifonctionnels ou micro structureacutes ou nouveaux modes poeacuteratoires)


multidisciplinaire du geacutenie des proceacutedeacutes aux situations de la vie reacuteelle ldquode lrsquoeacutechelle de la moleacutecule jusqursquoaux eacutechelles de la productionrdquo Automation Controcircle et seacutecuriteacute LCA

Geacutenie des Proceacutedeacutes

Vert avec approche

multieacutechelle

Green Process

Engineering with multiscale approach


Vert avec approche

multieacutechelle


Vert avec approche

multieacutechelle


2- INTENSIFICATION DES PROCEDES

Strateacutegie pour effectuer une reacuteduction significative de la taille des sites industriels

conduisant agrave des reacuteductions de coucircts drsquoinvestissement et des coucircts opeacuteratoires

ldquoProducing much more and better with using much lessrdquo

afin drsquoobtenir UN OBJECTIF DE PRODUCTION IMPOSE

- Intensification des Proceacutedeacutes en utilisant des reacuteacteurs multifonctionnels

- Intensification des Proceacutedeacutes en utilisant de nouveaux modes operatoires ou de

nouveaux fluides verts green ou lrsquoapplication de forces motrices externes

- Intensification des Proceacutedeacutes en utilisant la microenginieacuterie et microtechnologies

- Intensification des Proceacutedeacutes en utilisant une Approche Systegraveme pour simplifier

le Proceacutedeacute avec une Integration au niveau conceptuel du proceacutedeacute (least number of

processing steps)


2-1 INTENSIFICATION DES PROCEDES avec REACTEURS MULTIFONCTIONNELS qui dans le mecircme eacutequipement couplent ou deacutecouplent les processus elementaires (tranfert - reaction -

separation) pour augmenter la productiviteacute selectiviteacute ou pour facilitater la separation des sous-

produits indeacutesirables

Distillation catalytique

Absorption avec reacuteaction chimique

Extraction agrave deux phases liquide-liquide avec reaction (ou extraction reactive)

Reacuteacteurs chromatographiques

Cristallisation et distillation reacuteactives

Reacteurs membranaires MC MD emulsification membranaire membranes agrave liquide supporteacutehellip

Garnissages structureacutes monolithes lits de catalyseurs hierarchiquement structureacutes

Cela conduit aux demandes socieacutetales de durabiliteacute (eacuteconomies drsquoeacutenergies et de

matiegraveres premiegraveres etchellipavec

TECHNOLOGIES PLUS COMPACTES SECURISEES MOINS DE CONSOMMATION DrsquoENERGIES et

ldquoENVIRONMENTALLY FRIENDLY SUSTAINABLErdquo (PROCEDES ldquoVERTSrdquo et PROPRES)


22 INTENSIFICATION DES PROCEDES avec de

NOUVEAUX MODES OPERATOIRES

(new green process or green media) (solvants neacuteoteacuteriques fluides supercritiques

liquides ioniques liquides fluoreacutes)

etou

APPLICATION de FORCES MOTRICES EXTERNES (ie

alternative sources and forms of energy)


Proceacutedeacute Dimersol en chimie

+ +

6 5 9 3 4

Isooctegravenes (fabriqueacutes agrave partir du Butegravene en

utilisant une catalyse liquide biphasique

avec un solvant organique)

sont utiliseacutes comme mateacuteriau de deacutepart pour

les plastifiants PVC

05 Mt produits an


Produits

Reactifs

solvant + catalyseur

Reactifs

Produits

Ni

Catalyse Biphasique Liquide-Liquide avec liquide ionique non aqueux


Butegravenes

Catalyseur

Vers la section de

lavage et de

distillation

Proceacutedeacute Dimersol

Proceacutedeacute Difasol

Products

Reacuteactifs Phase Active

Contenant le catalyseur

Vers la section de

distillation

4 reacuteacteurs de 120 m3

1 reacuteacteur de 50 m3

consommation catalyseur (Sels de Ni) diviseacutee par 10

Meilleur rendement en dimegraveres

20th alimentation


Sources et formes alternatives drsquoeacutenergies

Energy source Intensified element

(examples)

Possible magnitude of intensification

Potential sustainability-related effects

Reaction time 1000 times

Equipment size 100 times High gravity field

Liquid-side mass transfer 200 times

Energy material efficiency waste reduction safety

Interfacial area 500 times Electric field

Heat transfer 10 times Energy

Reaction time 1250 times Electromagnetic field - microwaves Distillation time 20 times

Energy material efficiency

Electromagnetic field - light

Product yieldselectivity

Several times in some cases 100 selectivity can be achieved not achievable by conventional methods

Material efficiency waste reduction safety


Gas-liquid mass transfer 5 times Acoustic field - ultrasound

Liquid-solid mass transfer 20 times


Supersonic shockwave Gas-liquid mass transfer coefficient

10 times Energy material efficiency

(Stankiewicz Chem Eng Res Des 2006 84 511)


Utilisation de la Microfluidique

pour

lrsquoIntensification des Proceacutedeacutes avec

des reacuteacteurs et meacutelangeurs micro structureacutes




Droplet formation hessel 12


Comparaison of the 3 micromixers H29

59




Laboratory application H22


Application de la technologie microfluidique (microchannel) non seulement

pour le criblage de catalyseurs ou de principes actifs pharmaceutiques ou

cosmeacutetiques

mais

pour la production aux eacutechelles du laboratoire et du pilote industriel


Reacuteacteurs Microstructureacutes vs Reacuteacteurs Conventionels -Domaines de Variation Typiques pour les Parametres de Conception-

Volume interne 1-1000 L 100 ml-30000 L

Aire drsquointerfaceVolume 10000-50000 m2m3 100-1000 m2m3

Coefftransfert chaleur 10-25000 kWm2K

Epaisseur de film ~25 L ~250 L

Temps de Meacutelange lt 1 sec gt 1 sec

17-25 kWm2K

Puissance agrave fournir 10 X less

Reacuteacteurs Microstructureacutes

Reacuteacteurs Conventionels

Paramegravetres de conception

X



pour lrsquoIntensification des Proceacutedeacutes

Source Britest

Department of Chemical Engineering

Indian Institute of Technology Delhi India


Canaux et reacuteservoirs miniaturiseacutes

- Grand rapport surfacevolume

- Meacutelangeage et dosage preacutecis

- Controcircle thermique ameacutelioreacute

- Sureteacute de fonctionnement et de manipulation

- Coucircts reacuteduits en reacuteactifs

Inteacutegration des Systegravemes hardware wet- ware and software

- Investigation plus deacutetailleacutee pour lrsquoespace parameacutetrique

- Ameacutelioration de la recherche de lrsquoefficaciteacute

- Meilleures statistiques des reacutesultats

Avantages des Systegravemes Microstructureacutes reacuteactionnels


MICROMELANGEUR SUPERFOCUS A PLUS LARGE-CAPACITE DE PRODUCTION

(350 lh 10 bar)

Reacuteacteurs Microstructureacutes uniteacutes de production

avec des Micro reacuteacteurs technologies micro process

P Loumlb et al Chem Eng Tech 27

3 (2008) 340-345




Non seulement aux eacutechelles du laboratoire et du pilote

mais

Application de la technologie

microfluidique (microchannel) agrave de plus

grandes eacutechelles de production (jusqursquoagrave plusieurs tonnesheures)

WHY


(a) Une miniature dans G Agricola De Re Metallica 1556

(b) Bassin de seacutedimentation dans une station de traitement drsquoeaux 2006




EFFICIENT

UNE USINE

dans une

ldquoBOITE agrave

CHAUSSURErdquo

- Visionhellip

TU Delft 2000

70 cm

DSM 2005 DEVIENT

REALITEhellip


Hessel 11 PARAGDIM CHANGE microreactor

based PI

66


De fait les micromeacutelangeurs et reacuteacteurs microstructureacutes avec de nombreuses microstructures sophistiqueacutees

qui favorisent le micromeacutelange et les transferts de matiegravere et de chaleur sont maintenant utiliseacutes comme outils

de production industrielle avec une large gamme de deacutebits de fluides

- - Quelques lh dans les industries pharmaceutiques cosmeacutetiques alimentaires pour la synthegravese de produits de speacutecialiteacutes ou pour la geacuteneacuteration de cregravemes de mousses ou drsquoeacutemulsions

- - Plusieurs dizaines de m3h pour les industries chimiques et peacutetroliegraveres par exemple - - Production de polymegraveres

- - Oxydation catalytique partielle du meacutethane

- - Reacuteformage catalytique agrave la vapeur avec diminution des eacutemissions polluantes

- - Synthegravese Fischer-Tropsch pour convertir la biomasse en carburants

- - Industries de chimie fine en synthegravese organique pour la production de produits oxygeacuteneacutes comme H2O2 Oxyde de Propylegravenehellip

Un des principaux avantages est qursquoun grand nombre des proceacutedeacutes discontinus peuvent

ecirctre conduits en continus en utilisant ces nouvelles technologies qui srsquoavegraverent beaucoup

plus souples que les proceacutedeacutes traditionnels Lrsquointeacutegration des reacuteacteurs microstructureacutes au

sein des installations existantes est ainsi faciliteacutee


Pour PRODUCTION INDUSTRIELLE

62


Reacuteacteurs Microstructureacutes- Sceacutenarios Industriels Actuels (2012)


INTENSIFICATION des PROCEDES avec EQUIPEMENTS MICROSTRUCTURES en PRODUCTION CHIMIQUE

Meacutelangeurs et reacuteacteurs microstructureacutes couvrent maintenant

une grande gamme de deacutebits

Small interdigital micromixers a few mLh (laboratory)

Caterpillar micromixers ~100Lh (pilot-production)

Starlaminators series 300-30000Lh (unit-production)

Cependant obstacles agrave surmonter avant que lrsquoIntensification des Proceacutedeacutes soit encore plus reacutepandue en

production

- Maturiteacute et compeacutetitiviteacute eacuteconomique de ces nouvelles technologies comparable avec technologies

conventionnelles (eacutequipements multifonctionnels agrave lrsquoexception distillation catalytique et reacuteacteurs

membranaires)

- Conservatisme des socieacuteteacutes proprieacutetaires drsquoinstallation de production en discontinu ne permet pas

drsquoaccepter facilement des solutions de production en continu (avec dispositifs microstructureacutes)

Mais il existe aujourdrsquohui de seacuterieux efforts pour des transferts radicaux drsquoinnovation

technologique dans la pratique industrielle


Il existe aujourdrsquohui de seacuterieux efforts pour des transferts radicaux drsquoinnovation technologique

avec des changements faisant appel aux technologies micro-proceacutedeacutes et intensification des

proceacutedeacutes dans la pratique industrielle

(ie au niveau de la Commission Europeacuteenne)

Programmes de financements europeacuteens

laquoFactory of the future raquo and laquo Flexible Future Production Strategies raquo

Nanosciences Nanotechnologies Materials Calls EU FP7 NMP-2009

and European Commission 2010 Research-Industrial Technologies Factories of the Future PILLS 2009 wwwfp7pillseu- COPIRIDE 2009 wwwcopirideeu- F3 FACTORY 2009 wwwf3factorycom

La politique de financements europeacuteens

is to laquo exploit the full potential of microprocess technologies raquo to the realisation

of laquo new intensified process and plant concepts for speeding up market penetration for

enhancing the product life-cycle and improving sustainable production raquo


Politique de Financements Europeacuteens

5 grands projets lanceacutes avec la participation de partenaires industriels majeurs dont

les 3 projets

- PILLS 2009 laquo process intensification methodologies for liquid-liquid systems in structured equipment raquo wwwfp7pillseu

- COPIRIDE 2009 laquo combining process intensification-driven manufacture of micro-structured reactors and process design regarding to industrial dimensions and environment raquo wwwcopirideeu

- F3 FACTORY 2009 EU Large scale Project stands for laquo flexible fast and future production processes raquo wwwf3factorycom

Dans le cadre de ces projets lrsquoinnovation technologique doit se faire agrave 2 niveaux

- Au niveau du reacuteacteur transformer la production batch en continu ce qui doit ecirctre favoriseacute par et

- Deacutevelopper des capaciteacutes de production modulaires compactes fast-responsive et flexibles dans lesquelles les nouveaux reacuteacteurs microstructureacutes pourront ecirctre inseacutereacutes


Une ameacutelioration radicale de la durabiliteacute dans la conception des proceacutedeacutes (questions drsquoeacutenergies et drsquoenvironnement) est aujourdrsquohui techniquement concevable

avec lrsquointensification des proceacutedeacutes par le deacuteveloppement drsquoeacutequipements multifunctionels en utilisant de nouveaux opeacuteratoires ou par la miniaturisation des proceacutedeacutes (microfluidique)


LrsquoIntensification des Proceacutedeacutes pour la

Seacutecuriteacute des Proceacutedeacutes

SMALLER

is

SAFER

Bhopal December 3 1984 BHOPAL LESSON

The disaster could have been

avoided

Union Carbide design ndash 41 tons of

methyl isocyanate (MIC)

PI design ndash less than 10 kg of MIC

(D Hendershot CEP 2000)


Pour un Geacutenie des Proceacutedeacutes Moderne dans les industries chimiques et annexes

4 pistes simultaneacutees de recherche scientifique et technologique Charpentier Ind Eng Chem Res 2007 46 3465

3- Elaboration des proprieacuteteacutes drsquousage deacuteveloppement drsquoun geacutenie

multidisciplinaire laquo orienteacute produit raquo portant sur la technologie des solides

et sur la mise en œuvre des fluides complexes (Geacutenie du Produit)


multi eacutechelle des processus ie Molecular information engineering Nano and Micro faccedilonnage

de mateacuteriaux poreux et cristallins (nanotechnology)

2- Conception de nouveaux eacutequipements baseacutes sur des principes scientifiques et de nouveaux modes

de production laquo intensification des proceacutedeacutes raquo

(avec reacuteacteurs multifonctionnels ou micro structureacutes ou nouveaux modes poeacuteratoires )


multidisciplinaire du geacutenie des proceacutedeacutes aux situations de la vie reacuteelle ldquode lrsquoeacutechelle de la moleacutecule jusqursquoaux eacutechelles de la productionrdquo Automation Controcircle et seacutecuriteacute

Analyse du Cycle de Vie (LCA)








Anneacutee

Heure

Minute

Seconde

Microseconde

Nanoseconde

Picoseconde

Ech

elle

de te

mps

Echelle despaces


HY=EY Simulation de

Reacuteacteur

I-1 I+1



Predictions

Reacutesultats

Thermodynamiques

10-16

10-14

10-6

10-4

10-2

100

102

104

Eacutechelle Moleacuteculaire

Hydrodynamique Pheacutenomegravenes de transport

Seacutecuriteacute

Eacutechelle du site de

production

HPC (Calculs Hautes Performances)

(CFD couplage chimie

transfert hydrodynamique)

Simulation dynamique

Automatisation Controcircle de Proceacutedeacutes

Supervision

longueur [m]

1 2 3 4


PSM ndash process system modeling CFD ndash computational fluid dynamics CCH ndash computational chemistry

FV ndash finite volume FE ndash finite element LB ndash lattice-Boltzmann approach MC ndash Monte Carlo

MM ndash mesoscale microFE ndash micro-finite element MD ndash molecular dynamics QCH ndash quantum chemistry


EN CONCLUSION

De trop nombreux congregraves en chimie et geacutenie des proceacutedeacutes dans la derniegravere deacutecennie ont alarmeacute sur les

faiblesses et les menaces Au contraire jrsquoai essayeacute drsquoinsister sur les forces et opportuniteacutes

WE MUST BE CONFIDENT

En deacutecoupant le GATEAU Geacutenie des Proceacutedeacutes de diffeacuterentes faccedilon tout speacutecialement avec la force contenue dans

le GENIE DES PROCEDES VERT avec Intensification des Proceacutedeacutes et Geacutenie des Produits et avec le

paradigme concernant lrsquoapproche inteacutegreacutee multieacutechelle (G3P) pour le couple produitsproceacutedeacutes verts

Jrsquoessaie de convaincre que le GATEAU est plus riche et plus gros

En effet le GENIE DES PROCEDES VERT repreacutesente une contribution-cleacute pour aider agrave relever les DEFIS de

lrsquoINNOVATION INDUSTRIELLE pour le DEVELOPPEMENT DURABLE (i e eacutenergie et environnement)

et pour ameacuteliorer la QUALITE DE VIE

tout en peacuterennisant une production compeacutetitive

Lire les livres

laquoGeacutenie des Proceacutedeacutes Durables du concept agrave la concreacutetisation industrielleraquo M Poux P Cognet C Gourdon Dunod Paris 2010

laquoLe Geacutenie des proceacutedeacutes et lrsquoentreprise projets industriels et management du changementraquo Dal Pont JP Hermes Lavoisier Paris 2011

laquoSeacutecuriteacute des proceacutedeacutes chimiques Connaissances de base et meacutethodes drsquoanalyse de risquesraquo Laurent A Editions Tec amp Doc Lavoisier Paris 2011


Pour lrsquoapplication de lrsquoapproache multieacutechelle

pour un geacutenie des proceacutedeacutes moderne (durable vert)

(molecules into money)

Citations of the french revolutionnaire DANTON

DE LrsquoAUDACE

TOUJOURS DE LrsquoAUDACE

ENCORE DE LrsquoAUDACE

Pour reacutepondre comment Sciences et Technologies-cleacutes peuvent soutenir la

socieacuteteacute pour faire face aux deacutefis questions drsquoeacutenergies et drsquoenvironnement

(deacuteveloppement durable)

dans le contexte laquoDEMANDES des MARCHES VS DEVELOPPEMENTS TECHNOLOGIQUESraquo

Ce qui requiegravere Energy Resources Savings and Environmental Protection

tout en peacuterennisant la production

Charpentier Ind Eng Chem Res 2007 46 3465

intro 1

intro 2


Dans le cadre du deacuteveloppement durable

des questions drsquoeacutenergies (eacuteconomies et nouvelles eacuteneacutergies renouvelables)

de la protection de lrsquoenvironnement

de la mondialisation des marcheacutes comportant

la probleacutematique des produits cibleacutes laquo first on the market raquo

helliphellip

et de la demande de proceacutedeacutes et drsquoinnovations technologiques durables

Vous avez dit laquoLe Geacutenie Chimique et des Proceacutedeacutes moderne laquovertraquo raquo

Ou Comment produire laquodurablementraquo des moleacutecules aux enjeux environnementaux et eacuteconomiques

Jean-Claude Charpentier

Laboratoire Reacuteactions et Geacutenie des Proceacutedeacutes CNRSENSIC

Eacutecole Nationale Supeacuterieure des Industries Chimiques

Universiteacute de Lorraine Nancy

jean-claudecharpentieruniv-lorrainefr

)


















plan

















mais Comment)














4 pistes










GENIE DES PROCEDES


GREEN PROCESS


GREEN PROCESS

ENGINEERING

(sustainable)

GENIE DES

PROCEDES















base

















(et Biologiques)

Matiegraveres

Premiegraveres

1950

Energie

1950



et socieacutetales

DEVELOPPEMENT

DURABLE

Produits

deacutechets


drsquousage


2egraveme

Rencontre

chimie

durable en

Poitou

Charentes

CCI Niort

02092013



1970









Forme

Couleur

Toucher

Maniement

Coheacutesion

Friabiliteacute



dimension

Rugositeacute

Goucirct Succulence

Flaveur

Estheacutetique











McAdams (1923)







industrielle





























EFFICIENT

UNE USINE

dans une

ldquoBOITE agrave

CHAUSSURErdquo

- Visionhellip

TU Delft 2000

70 cm

DSM 2005 DEVIENT

REALITEhellip



























socieacutetales





environnementales








Source


(2005)




Toulouse Nancy










en Poitou Charentes

CCI Niort 02092013











- etchellip




- Biotechnologies




verts)

- etchellip






















-







Air

Reactor

Oxidation of MeO

MexOy-1+12O2 MexOy

Fuel

Reactor

reduction of MeO

2(n+m)MexOy+CnH2m


Air

Depleted Air

Fuel

Flue Gas

MexOy

MexOy-1

He

at

Re

lease


Fuel gas

CO2

Air

H2O

fuel reactor

depleted air

air

reactor





H H C H

H H

H C H

H




31

H H

C

H H C H

H

NequivN

Reacuteacte

ur

Air

Reacute

acteu

r Fue

l




Azote

Combustible

Dioxyde de carbone

eau



Gasification





Mais






























agrave dire






Pourquoi






environnementales










Source


(2005)




MEILLEURS

PROCEDES

MEILLEURS PRODUITS


PLUS GROS PROFITS




Economie (Profit)







































Uniteacute FCC

pour la

valorisation

des bruts

lourds pour

produire de

lrsquoessence

(conversion

profonde

16000 bpsd)

usine TAMOIL

Collombey (CH)


Esterfip H process


















- etchellip




- Biotechnologies




verts)

- etchellip


eacutethanol

diesters ( EMHV )







Biomasse 2G













00

05

10

15

20

25

30

35

40

45

2005 2010

est

2015

est

2020

est

2025

est

2030

est


hydrogegravene

biodieacutesel

hydrogegravene


2G

Biomasse

ligno-cellulosique

3G

Micro-organismes


Pilotes

Deacutemonstrateurs

Recherche en

Geacutenie des

Proceacutedeacutes





Biofuels






donc




DEUX DEFIS POUR



























Integrated

Multiscale

Process

Units with

Locally

Structured

Elements






Project goal












STRUCTURED

MULTISCALE

DESIGN















































Donc











ie











production chimique

















par le consommateur





des fluides)
























Anneacutee

Heure

Minute

Seconde

Microseconde

Nanoseconde

Picoseconde

Ech

elle

de te

mps

Echelle despaces


HY=EY


I-1 I+1








MICRO MESO MACRO








Echelle-Macro

Uniteacutes de

Production

Usines

Echelle-Mega

Environnement

Atmosphegravere

Oceacuteans

Sols

Echelle-Meso

Reacteurs

Echangeurs

Separateurs

Pompes

Echelle-Nano

Processus

Moleculaires

Sites actifs

Echelle-Micro

Particules

Gouttes

Bulles

Mouillage

Particules

entre

COMPLEXITE



bullREACTION

COMPLEXITE

entre PROCEDE

BUSINESS





















AVANCEES en













Nanoscale



Microscale











Art Science

S23


Traditional

Scale-up in Size



Molecular scale

Reactor Scale

Eddy Particle



10-12

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101

L m




MAIS




ET





darr























Proceacutedeacutes

Conduisant vers




PRODUIT

PROCEDE















Vert avec approche

multieacutechelle

Green Process



Vert avec approche

multieacutechelle


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multieacutechelle













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etou





+ +

6 5 9 3 4






05 Mt produits an


Produits

Reactifs


Reactifs

Produits

Ni



Butegravenes

Catalyseur

Vers la section de

lavage et de

distillation



Products



Vers la section de

distillation





20th alimentation




(examples)
























pour









59








cosmeacutetiques

mais









17-25 kWm2K





X




Source Britest

















(350 lh 10 bar)




3 (2008) 340-345





mais




WHY







EFFICIENT

UNE USINE

dans une

ldquoBOITE agrave

CHAUSSURErdquo

- Visionhellip

TU Delft 2000

70 cm

DSM 2005 DEVIENT

REALITEhellip



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66

















62











production



membranaires)





















les 3 projets













SMALLER

is

SAFER



avoided



























Anneacutee

Heure

Minute

Seconde

Microseconde

Nanoseconde

Picoseconde

Ech

elle

de te

mps

Echelle despaces


HY=EY Simulation de

Reacuteacteur

I-1 I+1



Predictions

Reacutesultats

Thermodynamiques

10-16

10-14

10-6

10-4

10-2

100

102

104



Seacutecuriteacute


production






Supervision

longueur [m]

1 2 3 4






EN CONCLUSION












Lire les livres









DE LrsquoAUDACE










intro 1

intro 2


















plan

















mais Comment)














4 pistes










GENIE DES PROCEDES


GREEN PROCESS


GREEN PROCESS

ENGINEERING

(sustainable)

GENIE DES

PROCEDES















base

















(et Biologiques)

Matiegraveres

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1950

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1950



et socieacutetales

DEVELOPPEMENT

DURABLE

Produits

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drsquousage


2egraveme

Rencontre

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Poitou

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CCI Niort

02092013



1970









Forme

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Estheacutetique











McAdams (1923)







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UNE USINE

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ldquoBOITE agrave

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TU Delft 2000

70 cm

DSM 2005 DEVIENT

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Source


(2005)




Toulouse Nancy










en Poitou Charentes

CCI Niort 02092013











- etchellip




- Biotechnologies




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Air

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Mais






























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Pourquoi






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(2005)




MEILLEURS

PROCEDES

MEILLEURS PRODUITS


PLUS GROS PROFITS




Economie (Profit)







































Uniteacute FCC

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valorisation

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lrsquoessence

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16000 bpsd)

usine TAMOIL

Collombey (CH)


Esterfip H process


















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Biomasse 2G













00

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2005 2010

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Proceacutedeacutes





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donc




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AVANCEES en













Nanoscale



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Art Science

S23


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Scale-up in Size



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10-12

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101

L m




MAIS




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(examples)
























pour









59








cosmeacutetiques

mais









17-25 kWm2K





X




Source Britest

















(350 lh 10 bar)




3 (2008) 340-345





mais




WHY







EFFICIENT

UNE USINE

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ldquoBOITE agrave

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TU Delft 2000

70 cm

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66

















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SMALLER

is

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Minute

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Reacuteacteur

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Thermodynamiques

10-16

10-14

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100

102

104



Seacutecuriteacute


production






Supervision

longueur [m]

1 2 3 4






EN CONCLUSION












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intro 1

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GENIE DES PROCEDES


GREEN PROCESS


GREEN PROCESS

ENGINEERING

(sustainable)

GENIE DES

PROCEDES















base

















(et Biologiques)

Matiegraveres

Premiegraveres

1950

Energie

1950



et socieacutetales

DEVELOPPEMENT

DURABLE

Produits

deacutechets


drsquousage


2egraveme

Rencontre

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durable en

Poitou

Charentes

CCI Niort

02092013



1970









Forme

Couleur

Toucher

Maniement

Coheacutesion

Friabiliteacute



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Rugositeacute

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Estheacutetique











McAdams (1923)







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EFFICIENT

UNE USINE

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TU Delft 2000

70 cm

DSM 2005 DEVIENT

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Source


(2005)




Toulouse Nancy










en Poitou Charentes

CCI Niort 02092013











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Air

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Pourquoi






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Source


(2005)




MEILLEURS

PROCEDES

MEILLEURS PRODUITS


PLUS GROS PROFITS




Economie (Profit)







































Uniteacute FCC

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profonde

16000 bpsd)

usine TAMOIL

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- etchellip




- Biotechnologies




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Biomasse 2G













00

05

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2005 2010

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2015

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Pilotes

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Recherche en

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Proceacutedeacutes





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donc




DEUX DEFIS POUR



























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STRUCTURED

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Donc











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Anneacutee

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COMPLEXITE



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AVANCEES en













Nanoscale



Microscale











Art Science

S23


Traditional

Scale-up in Size



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10-12

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101

L m




MAIS




ET





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Conduisant vers




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Vert avec approche

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05 Mt produits an


Produits

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20th alimentation




(examples)
























pour









59








cosmeacutetiques

mais









17-25 kWm2K





X




Source Britest

















(350 lh 10 bar)




3 (2008) 340-345





mais




WHY







EFFICIENT

UNE USINE

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ldquoBOITE agrave

CHAUSSURErdquo

- Visionhellip

TU Delft 2000

70 cm

DSM 2005 DEVIENT

REALITEhellip



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66

















62











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les 3 projets













SMALLER

is

SAFER



avoided



























Anneacutee

Heure

Minute

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mps

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Reacuteacteur

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Thermodynamiques

10-16

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100

102

104



Seacutecuriteacute


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Supervision

longueur [m]

1 2 3 4






EN CONCLUSION












Lire les livres









DE LrsquoAUDACE










intro 1

intro 2














base

















(et Biologiques)

Matiegraveres

Premiegraveres

1950

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1950



et socieacutetales

DEVELOPPEMENT

DURABLE

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deacutechets


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Rencontre

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Poitou

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CCI Niort

02092013



1970









Forme

Couleur

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Maniement

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Source


(2005)




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- etchellip




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Air

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Air

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31

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Pourquoi






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Source


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MEILLEURS

PROCEDES

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- etchellip




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Biomasse 2G













00

05

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2005 2010

est

2015

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donc




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Nanoscale



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L m




MAIS




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pour









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mais









17-25 kWm2K





X




Source Britest

















(350 lh 10 bar)




3 (2008) 340-345





mais




WHY







EFFICIENT

UNE USINE

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66

















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SMALLER

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10-16

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100

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Seacutecuriteacute


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1 2 3 4






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intro 1

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Matiegraveres

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1950

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DEVELOPPEMENT

DURABLE

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2egraveme

Rencontre

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Poitou

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CCI Niort

02092013



1970









Forme

Couleur

Toucher

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EFFICIENT

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70 cm

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environnementales








Source


(2005)




Toulouse Nancy










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CCI Niort 02092013











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-







Air

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Air

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31

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Azote

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Mais






























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Pourquoi






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Source


(2005)




MEILLEURS

PROCEDES

MEILLEURS PRODUITS


PLUS GROS PROFITS




Economie (Profit)







































Uniteacute FCC

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Biomasse 2G













00

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2005 2010

est

2015

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2030

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2G

Biomasse

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Micro-organismes


Pilotes

Deacutemonstrateurs

Recherche en

Geacutenie des

Proceacutedeacutes





Biofuels






donc




DEUX DEFIS POUR



























Integrated

Multiscale

Process

Units with

Locally

Structured

Elements






Project goal












STRUCTURED

MULTISCALE

DESIGN















































Donc











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production chimique

















par le consommateur





des fluides)
























Anneacutee

Heure

Minute

Seconde

Microseconde

Nanoseconde

Picoseconde

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elle

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I-1 I+1








MICRO MESO MACRO








Echelle-Macro

Uniteacutes de

Production

Usines

Echelle-Mega

Environnement

Atmosphegravere

Oceacuteans

Sols

Echelle-Meso

Reacteurs

Echangeurs

Separateurs

Pompes

Echelle-Nano

Processus

Moleculaires

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Echelle-Micro

Particules

Gouttes

Bulles

Mouillage

Particules

entre

COMPLEXITE



bullREACTION

COMPLEXITE

entre PROCEDE

BUSINESS





















AVANCEES en













Nanoscale



Microscale











Art Science

S23


Traditional

Scale-up in Size



Molecular scale

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Eddy Particle



10-12

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101

L m




MAIS




ET





darr























Proceacutedeacutes

Conduisant vers




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PROCEDE















Vert avec approche

multieacutechelle

Green Process



Vert avec approche

multieacutechelle


Vert avec approche

multieacutechelle













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+ +

6 5 9 3 4






05 Mt produits an


Produits

Reactifs


Reactifs

Produits

Ni



Butegravenes

Catalyseur

Vers la section de

lavage et de

distillation



Products



Vers la section de

distillation





20th alimentation




(examples)
























pour









59








cosmeacutetiques

mais









17-25 kWm2K





X




Source Britest

















(350 lh 10 bar)




3 (2008) 340-345





mais




WHY







EFFICIENT

UNE USINE

dans une

ldquoBOITE agrave

CHAUSSURErdquo

- Visionhellip

TU Delft 2000

70 cm

DSM 2005 DEVIENT

REALITEhellip



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66

















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les 3 projets













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is

SAFER



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Minute

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Nanoseconde

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de te

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I-1 I+1



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Thermodynamiques

10-16

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100

102

104



Seacutecuriteacute


production






Supervision

longueur [m]

1 2 3 4






EN CONCLUSION












Lire les livres









DE LrsquoAUDACE










intro 1

intro 2









Forme

Couleur

Toucher

Maniement

Coheacutesion

Friabiliteacute



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Flaveur

Estheacutetique











McAdams (1923)







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EFFICIENT

UNE USINE

dans une

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CHAUSSURErdquo

- Visionhellip

TU Delft 2000

70 cm

DSM 2005 DEVIENT

REALITEhellip



























socieacutetales





environnementales








Source


(2005)




Toulouse Nancy










en Poitou Charentes

CCI Niort 02092013











- etchellip




- Biotechnologies




verts)

- etchellip






















-







Air

Reactor

Oxidation of MeO

MexOy-1+12O2 MexOy

Fuel

Reactor

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2(n+m)MexOy+CnH2m


Air

Depleted Air

Fuel

Flue Gas

MexOy

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He

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Combustible

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Pourquoi






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Source


(2005)




MEILLEURS

PROCEDES

MEILLEURS PRODUITS


PLUS GROS PROFITS




Economie (Profit)







































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valorisation

des bruts

lourds pour

produire de

lrsquoessence

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profonde

16000 bpsd)

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Collombey (CH)


Esterfip H process


















- etchellip




- Biotechnologies




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Biomasse 2G













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est

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2025

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2030

est


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ligno-cellulosique

3G

Micro-organismes


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Deacutemonstrateurs

Recherche en

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Proceacutedeacutes





Biofuels






donc




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10-16

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1 2 3 4






EN CONCLUSION












Lire les livres









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(2005)




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2015

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2025

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Proceacutedeacutes





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Nanoscale



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S23


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10-12

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MAIS




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10-16

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1 2 3 4






EN CONCLUSION












Lire les livres









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Biomasse 2G













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Biofuels






donc




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Donc











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BUSINESS





















AVANCEES en













Nanoscale



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10-12

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MAIS




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X




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3 (2008) 340-345





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10-16

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100

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1 2 3 4






EN CONCLUSION












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Source


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Air

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Biomasse 2G













00

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2005 2010

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donc




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10-12

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3 (2008) 340-345





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Thermodynamiques

10-16

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1 2 3 4






EN CONCLUSION












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Source


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Toulouse Nancy










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-







Air

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Air

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Micro-organismes


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Proceacutedeacutes





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donc




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Multiscale

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Microscale











Art Science

S23


Traditional

Scale-up in Size



Molecular scale

Reactor Scale

Eddy Particle



10-12

10-3

101

L m




MAIS




ET





darr























Proceacutedeacutes

Conduisant vers




PRODUIT

PROCEDE















Vert avec approche

multieacutechelle

Green Process



Vert avec approche

multieacutechelle


Vert avec approche

multieacutechelle













processing steps)





















etou





+ +

6 5 9 3 4






05 Mt produits an


Produits

Reactifs


Reactifs

Produits

Ni



Butegravenes

Catalyseur

Vers la section de

lavage et de

distillation



Products



Vers la section de

distillation





20th alimentation




(examples)
























pour









59








cosmeacutetiques

mais









17-25 kWm2K





X




Source Britest

















(350 lh 10 bar)




3 (2008) 340-345





mais




WHY







EFFICIENT

UNE USINE

dans une

ldquoBOITE agrave

CHAUSSURErdquo

- Visionhellip

TU Delft 2000

70 cm

DSM 2005 DEVIENT

REALITEhellip



based PI

66

















62











production



membranaires)





















les 3 projets













SMALLER

is

SAFER



avoided



























Anneacutee

Heure

Minute

Seconde

Microseconde

Nanoseconde

Picoseconde

Ech

elle

de te

mps

Echelle despaces


HY=EY Simulation de

Reacuteacteur

I-1 I+1



Predictions

Reacutesultats

Thermodynamiques

10-16

10-14

10-6

10-4

10-2

100

102

104



Seacutecuriteacute


production






Supervision

longueur [m]

1 2 3 4






EN CONCLUSION












Lire les livres









DE LrsquoAUDACE










intro 1

intro 2




Toulouse Nancy










en Poitou Charentes

CCI Niort 02092013











- etchellip




- Biotechnologies




verts)

- etchellip






















-







Air

Reactor

Oxidation of MeO

MexOy-1+12O2 MexOy

Fuel

Reactor

reduction of MeO

2(n+m)MexOy+CnH2m


Air

Depleted Air

Fuel

Flue Gas

MexOy

MexOy-1

He

at

Re

lease


Fuel gas

CO2

Air

H2O

fuel reactor

depleted air

air

reactor





H H C H

H H

H C H

H




31

H H

C

H H C H

H

NequivN

Reacuteacte

ur

Air

Reacute

acteu

r Fue

l




Azote

Combustible

Dioxyde de carbone

eau



Gasification





Mais






























agrave dire






Pourquoi






environnementales










Source


(2005)




MEILLEURS

PROCEDES

MEILLEURS PRODUITS


PLUS GROS PROFITS




Economie (Profit)







































Uniteacute FCC

pour la

valorisation

des bruts

lourds pour

produire de

lrsquoessence

(conversion

profonde

16000 bpsd)

usine TAMOIL

Collombey (CH)


Esterfip H process


















- etchellip




- Biotechnologies




verts)

- etchellip


eacutethanol

diesters ( EMHV )







Biomasse 2G













00

05

10

15

20

25

30

35

40

45

2005 2010

est

2015

est

2020

est

2025

est

2030

est


hydrogegravene

biodieacutesel

hydrogegravene


2G

Biomasse

ligno-cellulosique

3G

Micro-organismes


Pilotes

Deacutemonstrateurs

Recherche en

Geacutenie des

Proceacutedeacutes





Biofuels






donc




DEUX DEFIS POUR



























Integrated

Multiscale

Process

Units with

Locally

Structured

Elements






Project goal












STRUCTURED

MULTISCALE

DESIGN















































Donc











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par le consommateur





des fluides)
























Anneacutee

Heure

Minute

Seconde

Microseconde

Nanoseconde

Picoseconde

Ech

elle

de te

mps

Echelle despaces


HY=EY


I-1 I+1








MICRO MESO MACRO








Echelle-Macro

Uniteacutes de

Production

Usines

Echelle-Mega

Environnement

Atmosphegravere

Oceacuteans

Sols

Echelle-Meso

Reacteurs

Echangeurs

Separateurs

Pompes

Echelle-Nano

Processus

Moleculaires

Sites actifs

Echelle-Micro

Particules

Gouttes

Bulles

Mouillage

Particules

entre

COMPLEXITE



bullREACTION

COMPLEXITE

entre PROCEDE

BUSINESS





















AVANCEES en













Nanoscale



Microscale











Art Science

S23


Traditional

Scale-up in Size



Molecular scale

Reactor Scale

Eddy Particle



10-12

10-3

101

L m




MAIS




ET





darr























Proceacutedeacutes

Conduisant vers




PRODUIT

PROCEDE















Vert avec approche

multieacutechelle

Green Process



Vert avec approche

multieacutechelle


Vert avec approche

multieacutechelle













processing steps)





















etou





+ +

6 5 9 3 4






05 Mt produits an


Produits

Reactifs


Reactifs

Produits

Ni



Butegravenes

Catalyseur

Vers la section de

lavage et de

distillation



Products



Vers la section de

distillation





20th alimentation




(examples)
























pour









59








cosmeacutetiques

mais









17-25 kWm2K





X




Source Britest

















(350 lh 10 bar)




3 (2008) 340-345





mais




WHY







EFFICIENT

UNE USINE

dans une

ldquoBOITE agrave

CHAUSSURErdquo

- Visionhellip

TU Delft 2000

70 cm

DSM 2005 DEVIENT

REALITEhellip



based PI

66

















62











production



membranaires)





















les 3 projets













SMALLER

is

SAFER



avoided



























Anneacutee

Heure

Minute

Seconde

Microseconde

Nanoseconde

Picoseconde

Ech

elle

de te

mps

Echelle despaces


HY=EY Simulation de

Reacuteacteur

I-1 I+1



Predictions

Reacutesultats

Thermodynamiques

10-16

10-14

10-6

10-4

10-2

100

102

104



Seacutecuriteacute


production






Supervision

longueur [m]

1 2 3 4






EN CONCLUSION












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le génie des procédés moderne vert - soltena · 2014. 2. 11. · les 2ème rencontres de la...

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