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Université Mohamed Khider de Biskra Faculté des sciences et de la technologie D

Université Mohamed Khider de Biskra Faculté des sciences et de la technologie Département Domaine Spécialité Réf. : Etude comparatives de quelques m de liquéfaction du gaz naturel Pr. Barkat Djamel Dr. Merzougui Abdelkrim Dr. Bendjaouhdou Chaouki MÉMOIRE DE MASTER Université Mohamed Khider de Biskra Faculté des sciences et de la technologie Département de chimie industrielle Domaine : Sciences et Techniques Filière : Génie des procédés Spécialité : Génie des procédés de l’environnement Réf. : Entrez la référence du document Présenté et soutenu par : Ghamri Nour El imane Le : samedi 6 juillet 2019 Etude comparatives de quelques m de liquéfaction du gaz naturel Jury : Pr Université de Biskra MCA Université de Biskra MCA Université de Biskra Année universitaire : 2018 - 2019 MÉMOIRE DE MASTER des procédés de l’environnement Etude comparatives de quelques méthodes de liquéfaction du gaz naturel Président Examinateur Rapporteur Résumé Résumé: L’objectif de ce travail a été de d’étudier et comparer trois méthodes de liquéfaction du gaz naturel très utilisées dans la pratique industrielle. Les résultats obtenus montrent que la méthode ou procédé de liquéfaction avec turbine de détente est la plus économique par rapport aux autres méthodes étudiées, car elle présente la plus minimale quantité d’énergie nécessaire à la liquéfaction d’une mole de gaz naturel Mots clés : liquéfaction, gaz naturel, détente, turbine, compresseur, vanne Joule-Thomson Abstract: The objective of this work was to calculate and to compare three natural gas liquefaction methods very used in the industrial practice. The obtained results show that the detent turbin based method is the most economical relatively to the other studied methods because it possesses the minimal energy required to the liquefaction of one mole of natural gas. Key words; liquefaction, natural gas, expansion, turbin, compressor, Joule-Thomson valve ﻣﻠﺨﺺ: ھﺪف ھﺬا اﻟﻌﻤﻞ ﻛﺎن ﺣﺴﺎ ب و ﻣﻘﺎرﻧﺔ ﺛﻼﺛﺔ طﺮق ﻟﺘﻤﯿﯿﻊ اﻟﻐﺎز اﻟﻄﺒﯿﻌﻲ ﺟﺪ ﻣﺴﺘﻌﻤﻠﺔ ﻓﻲ اﻟﻤﯿﺪان اﻟﺼﻨﺎﻋﻲ . اﻟﻨﺘﺎﺋﺞ اﻟﻤﺘﺤﺼﻞ ﻋﻠﯿﮭﺎ ﺗﺸﯿﺮ أن اﻟﻄﺮﯾﻘﺔ اﻟﺘﻲ ﺗﺴﺘﻌﻤﻞ ﺗﺮﺑﻦ اﻟﺘﻤﺪد ھﻲ اﻷﺣﺴﻦ ﻋﻠﻰ اﻟﻤﺴﺘﻮى اﻻﻗﺘﺼﺎدي ﺑﺎﻟﻨﺴﺒﺔ ﻟﻠ ﻄﺮق اﻷﺧﺮى اﻟﻤﺪروﺳﺔ ﻵن ﻛﻤﯿﺔ اﻟﻄﺎﻗﺔ اﻟﻤﺴﺘﮭﻠﻜﺔ ﻟﺘﻤﯿﯿﻊ ﻣﻮﻟﺔ واﺣﺪة ﻣﻦ اﻟﻐﺎز اﻟﻄﺒﯿﻌﻲ ھﻲ أدﻧﻰ. اﻟﻜﻠﻤﺎت اﻟﻤﻔﺘﺎﺣﯿﺔ ׃ ﺗﻤﯿﯿﻊ ﻏﺎز اﻟﻄﺒﯿﻌﻲ اﻟﺘﻤﺪد ﺗﺮﺑﻦ ﺿﺎﻏﻂ ﺻﻤﺎم ﺟﻮل طﻮﻣﺴﻮن Dédicace A la lumière de mes jours, la source de mes efforts, la flamme de mon cœur, celui qui s’est toujours sacrifié pour me voir réussir, ma vie et mon bonheur ; maman que j’adore. A l’homme de ma vie, mon exemple éternel, mon soutien moral et Source de joie et de bonheur, à toi mon père. A ma sœur et mes frères, ma famille mes proches et à ceux qui me donnent de l’amour et de la vivacité. Aux personnes qui m’ont toujours aidé et encouragé, qui étaient toujours à mes côtés, et qui m’ont soutenu dans les moments les plus difficiles de ma vie, a mes aimables amis. Remerciement Je remercie dieu le tout puissant de m’avoir donné la santé et la volonté d’entamer et de terminer ce mémoire. Tout d’abord, ce travail ne serait pas aussi riche et n’aurait pas pu avoir le jour sans l’aide et l’encadrement de Mr. BENDJAOUAHDOU Chouki, je le remercie pour la qualité de son encadrement exceptionnel, pour sa patience, sa rigueur et sa disponibilité durant ma préparation de ce mémoire. Je suis consciente de l’honneur que m’a fait Mr. Barkat djameI en étant président du jury et Mr. Merzougui Abdelkrim d’avoir accepté d’examiner ce travail. Ma profonds remerciements vont également à toutes les personnes qui m’ont aidés et soutenue de prés ou de loin. Merci à tous. SOMMAIRE Introduction générale …………………….……………………………………………1 CHAPITRE 1 : GENERALITE SUR LE GAZ NATUREL 1.1.Introduction …………………………………………………………………….....2 1.2.Description………………………………………………………….……………..2 1.3.Propriétés physique et chimique…………………………………………..………2 1.3.1.propriétés physique …………………………….…………………………..2 1.3.2. propriétés chimique ………………………………………………….…….3 1.4. composition du gaz naturel ……………………………………………..………..3 1.5. origine du gaz naturel………………………………………………….………….3 1.6. différents types de gaz naturel…………………………………………………….4 1.6.1.gaz conventionnel non associé ………………………………………….4 1.6.2.gaz associés ………………………………………………………..……4 1.6.3. gaz biogénique …………………………………….……………………4 1.6.4.gaz de charbon ………………………………………………….….……4 1.6.5.gaz de schiste …………………………………………..…….…….……4 1.6.6.hydrates de méthane …………………………………….………………4 1.7. le forage …………………………………………………………………………..5 1.7.1. le forage d’exploration ………………………………….……….…....5 1.7.2. matériel de forage ……………………………………………….…….5 1.7.3. production ……………………………………………………………..5 1.8. extraction et traitement .............…………………………………………………..6 1.8.1.extraction…….…………………………………………………………………..6 1.8.2. traitement ……………………………………………………………….7 1.9. stockage et transport du gaz naturel ……………………………………………..8 1.9.1. stockage du gaz naturel………………………………………………..8 1.9.2. transport du gaz naturel ………………………………………………..9 1.10.économie du gaz naturel ………………………………………………………..10 1.10.1. ressources mondiale en gaz naturel concentrées dans quelques pays…..10 1.10.2. un marché mondial du gaz naturel en perpétuelle évolution……………...10 1.11. utilisation du gaz naturel……………………………………………………….11 1.12. les risques du gaz naturel ………………………………………………………11 1.12.1. risque directs …………………………………………………………….11 1.12.2. risque indirects………….………………………………………………..11 1.13. le gaz naturel liquéfiée(GNL)…………………………………… …………….11 1.13.1. historique du gaz naturel liquéfié……………………………………….11 1.13.2.composition du gaz naturel………………………………………………12 1.13.3. propriétés physique du GNL……………………………………………..12 1.13.4.chaine du GNL…………………………………………….………………12 CHAPITRE 2 : PRESENTATION DES PROCEDES ETUDIES 2.1.Introduction …………………………………………………………………...…14 2.2. méthode de liquéfaction par détente isenthalique ………………………………14 2.3. méthode de liquéfaction par pré-refroidissement……………………………..…16 2.4. méthode de liquéfaction avec turbine de détente………………………….…….17 CHAPITRE 3 : RESULTATS ET DISCUSSION 3.1.introduction ……………………………………………………………...………19 3.2. méthode de liquéfaction par détente isenthalpique……………………….……..19 3.3. métthode de liquéfaction par pré-refroidissement……………………………….22 3.4. méthode de liquéfaction avec turbine de détente…………………..……………26 Conclusion général……………………………………………………….………29 Référence bibliographique ……………………………………………………….….30 Liste des figures Figure Titre Page Figure. I .6 Schéma des différentes types de source géologique du gaz naturel 6 Figure I.7 Coup schématique d’une tour de forage(onshore) 7 Figue I.7 Coup schématique d’une tour de forage(offshore) 7 Figure I.8.2 vue d’installation de traitement du gaz naturel 8 Figure I .9.1 Stockage du gaz naturel aérien 9 Figure I.9.2 Le transport du gaz naturel par gazoduc 10 Figure I.9.2 Le transport du gaz naturel par méthaniers 10 Figure I.13.4 Chaine du gaz naturel liquéfié 13 Figure II.1 Schéma simplifié de la méthode de liquéfaction par détente isenthalpique Figure II.2 Schéma de la méthode de liquéfaction avec pré-refroidissement Figure II.3 Schéma de la méthode de liquéfaction avec turbine de détente Figure Diagramme de Molier de l’ammoniac et procédure graphique de calcul du compresseur d’ammoniac Introduction générale Introduction générale Page 1 Introduction générale L’une des branches importantes du génie des procédés est la cryogénie qui s’intéresse aux méthodes et procédés de liquéfaction des gaz en vue surtout de faciliter leur conditionnement. La liquéfaction du gaz naturel est une opération très importante dans l’industrie pétrochimique et elle a pour but essentiellement de faciliter son transport et sa commercialisation. Dans ce mémoire nous allons étudier et comparer trois méthodes de liquéfaction du gaz naturel très utilisées dans la pratique industrielle. Les résultats trouvés au moyen de calculs thermodynamique devraient nous permettre de déterminer la méthode la plus efficace du point de vue économique et cela en tenant compte de la consommation énergétique nécessaire à la liquéfaction de 1 mole de gaz naturel. Le contenu de chaque chapitre est: Chapitre I :quelques généralité sur le gaz naturel. Chapitre II :la description du procédés étudier . Chapitre III : la discussion des résultats obtenus . Et en fin conclusion. Chapitre I Généralité sur le gaz naturel (GN) Chapitre I Généralité sur le gaz naturel (GN) Page 2 Généralités sur le gaz naturel (GN) I.1. Introduction Le gaz naturel est un combustible qui provient des couche réservoirs de la terre, il est composé essentiellement de méthane (CH4), il est incolore et inodore, c’est l’hydrocarbure le plus simple qui existe dans la nature, il a été découvert au moyen orient dans l’antiquité. Le gaz naturel est utilisé dans les industries de fabrication du ciment, du verre et de la céramique. Il est considéré comme une matière première dans l’industrie pétrochimique, citons comme exemple le méthanol, l’ammoniac, les engrais…etc. Le gaz naturel est transporté et stocké a l’état liquide appelé : gaz naturel liquéfié (GNL). Dans ce chapitre on va exposer quelques généralités sur le gaz naturel (GN) et le gaz naturel liquéfié GNL. I.2.Description Le gaz naturel, ou gaz fossile, est un mélange gazeux d'hydrocarbures naturellement présent dans certaines roches poreuses. Extrait par forage, il est utilisé comme combustible fossile ou par la carbochimie, c’est l’hydrocarbure le plus simple qui existe dans la nature. En 2016, c'est la troisième source d'énergie thermique la plus utilisée au monde avec 22,1 % de la consommation d'énergie primaire, après le pétrole (31,9 %) et le charbon (27,1 %). Sa part dans le mix (mélange) énergétique progresse rapidement (16 % en 1973), de même que sa production mondiale (+ 208 % en 44 ans, de 1973 à 2017 ; + 25,1 % de 2007 à 2017) [1]. I.3. Propriétés physiques et chimiques Le gaz naturel est un mélange gazeux d’hydrocarbures saturés, il a les propriétés physiques d’un gaz. I.3.1. Propriétés physiques Les différentes propriétés physiques du gaz naturel sont présentées dans le tableau I.1 suivant : Tableau I.1 : propriétés physiques du gaz naturel [2]. Propriété indication Odeur et apparence Gaz incolore et inodore mais contenant un produit odorant (mercaptan pour la détection des fuites) Masse molaire 16.7g/mole Densité de vapeur à 15°C 0.58 (plus léger que l’air =1) Masse volumique 0.72 g/cm3 Point de liquéfaction 109 K Point de solidification 88 K Solubilité dans l’eau 0.00023 g/mole Pourcentage de substances volatiles (%) 100 % Chapitre I Généralité sur le gaz naturel (GN) Page 3 I.3.2.Propriétés chimique Le gaz naturel est le combustible fossile le moins uploads/Finance/ ghamri-nour-el-imane.pdf