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N° ordre............../FHC/UMBB/2017 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPU

N° ordre............../FHC/UMBB/2017 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE M’HAMED BOUGARRA BOUMERDES Faculté des hydrocarbures et de la chimie Département : Génie des procédés Chimiques Laboratoire : Synthèse Pétrochimique Mémoire de Master Spécialité : Génie des procédés. Option : Technologie de la pétrochimie Calcul du réacteur de synthèse du méthanol Du complexe CP1/Z Présentée par : Encadré par : BELARBI ZOULEYKHA B.HAMADA Année Universitaire : 2016/2017 Louange tout d’abord au Bon Dieu qui ma donné la force pour terminer ce modeste travail. Toute mon infinie gratitude va à mon promoteur, B.HAMADA pour son encadrement et ses conseils précieux. Je remercie aussi l’ensemble des membres de jury qui m’ont fait l’honneur d’accepter de juger mon travail. Merci à tous les employés de l’unité méthanol qui nous ont accueillis avec beaucoup de gentillesse et une bonne humeur. Sans oublier de remercier l’ensemble des personnels de complexe pétrochimieCP1/Z pour leurs encouragements. Enfin je remercie mes parents et tous ceux qui ont contribué de prés ou de loin à l’élaboration de ce modeste travail qu’ils trouvent ici l’expression de notre profonde gratitude et respect. Dédicace J’ai l’honneur de dédier ce modeste travail A celle qui a inséré le goût de la vie et le sens de la responsabilité….merci MERE. A celui qui a été toujours la source d’inscription et de courage ….merci PERE. A mes frères et sœurs :senia ,fatima, fatiha ,malika houria,lakhdar,benzayade. A ma grand-mère Toute ma famille, mes oncles et tantes, mes cousins et mes cousines. A tous mes amis qui ont toujours été à mes côtés dans les bons et mauvais moments. Surtout : djanette, fatima, nabila, samia, saadia, chahinezAbir,manel, amel,nadia,imane. A tous mes collègues de la promotion 2016-2017,2éme Année master en pétrochimie Tous ceux qui me connaissent de loin ou de pré. SOMMAIRE I. Introduction Général ............................................................................................. 1 II. Partie Théorique Chapitre I : Généralités sur le méthanol I.1. Introduction ................................................................................................................... 3 I.2. Le méthanol................................................................................................................... 3 I.2.I. Définition du méthanol ........................................................................................... 3 I.2.2. propriétés physique, chimique et thermodynamique de méthanol ........................ 4 I.2.3. Autres propriétés chimiques ................................................................................... 5 I.3. Etapes de production de méthanol ................................................................................ 6 I.3.1. prétraitement de la charge ...................................................................................... 7 I.3.2. Production gaz de synthèse .................................................................................. 7 I. 3.3. Synthèse du méthanol... ........................................................................................ 7 I.3.4.Purification de méthanol .......................................................................................... 8 I.3.5.Réactions secondaires ............................................................................................ 8 I.4. Industrie et la production du méthanol ........................................................................... 8 I.4.1 La capacité de productions... ................................................................................... 09 I.4.2. Commerce international... ....................................................................................... 10 I.5. Les voies d’utilisation et de valorisation du méthanol ..................................................... 11 I.5.1. Application chimiques et énergétiques ................................................................... 11 I.5.2. Méthanol comme matière première ........................................................................ 14 I.5.3. Autres utilisations du méthanol... ............................................................................ 14 I.6. Transport et distribution ................................................................................................ 15 I.7. Stockage et manutention .... .......................................................................................... 15 I.8. Prévention de la contamination.... .................................................................................. 15 I.9. Matériaux de construction. ............................................................................................. 15 I.10. procédés de synthèse du méthanol. ............................................................................ 15 I.10.1. Procédé à haute pression. .................................................................................. 15 I.10.2. Procédé à basse pression .................................................................................. 16 I.10.2.1. Procédé I.C.I..... .................................................................................... 16 I.10.2.2. procédés Lurgi. ..................................................................................... 18 I.10.2.3. Procédé MGC... ..................................................................................... 19 I.10.2.4. Procédé Ammonia -Casale.... ................................................................ 19 I.10.2.5. Procédé Haldor- Topsɸe..... .................................................................. 20 I.10.2.6. procédé de synthèse en phase liquide. ................................................. 20 I.11. Source d’obtention du gaz de synthèse... .................................................................... 22 Chapitre II : Thermodynamique de la synthèse du méthanol II.1. Les aspects thermodynamique de la synthèse du méthanol ......................................... 23 II.2. Influence de la température et la pression sur le rendement du méthanol .................... 24 II.3. Méthodologie de calcul thermodynamique .................................................................. 25 Chapitre III : Cinétique de la synthèse de méthanol III.1. Introduction.................................................................................................................. 27 III.2. Cinétiques de la synthèse du méthanol ...................................................................... 27 III.3. Les différents modèles cinétiques ................................................................................ 27 III.3.1. Cinétique de Leonov et aL. (1973) ..................................................................... 27 III.3.2. Cinétique de Kilier et aL. (1982) ......................................................................... 28 III.3.3. Cinétique de Villa et aL. (1985) .......................................................................... 29 III.3.4. Cinétique de Graaf et aL. (1988) ........................................................................ 30 III.3.5. Cinétique de McNeil et aL. (1989) ...................................................................... 31 III.3.6. Cinétique de sKrzypeK et aL. (1991) ................................................................. 32 III.3.7. Cinétique de Coteron et Hayhurst (1994) ........................................................... 33 III.3.8. Cinétique deVanden Bussche et Froment (1996) ............................................... 35 III.3.9. Cinétique de Setne et Levec (2001) ................................................................... 38 III.3.10. Cinétique de Lim et al. (2009) .......................................................................... 39 Chapitre IV : Catalyseurs utilisés dans la synthèse de méthanol IV.1. Introduction ................................................................................................................ 41 IV.2. Choix d’un catalyseur approprié .................................................................................. 41 IV.3. Catalyseurs utilisés dans la synthèse de méthanol .................................................... 41 IV.3.1. Catalyseurs employés à haute pression ........................................................... 41 IV.3.2. Catalyseurs employés à basse pression .......................................................... 42 IV.3.3. Catalyseurs à base de Zirconium ..................................................................... 42 IV.3.4. Catalyseurs à base pd ....................................................................................... 44 IV.3.5. D’autres catalyseurs ........................................................................................ 44 IV.4. Le catalyseur de la synthèse du méthanol (ENIP ARZEW) ......................................... 44 IV.5. Désactivation du catalyseur ........................................................................................ 45 IV.5.1. Les causes de la désactivation d’un catalyseur ................................................. 46 IV.5.1.1. Effets de la température ....................................................................... 46 IV.5.1.2. Effets de la réaction du gaz de synthèse ............................................... 47 Chapitre V : Modélisation des réacteurs à lit fixe V.1. Introduction ................................................................................................................. 48 V.2. L’objectif de la modélisation des réacteurs ................................................................. 48 V.3. Principe généraux ....................................................................................................... 49 V.3.1. Une modélisation physico-chimique ................................................................... 49 V3.2. Résolue numériquement ..................................................................................... 50 V.4. Définition du modèle mathématique ............................................................................ 50 V.5. Classification des modèles mathématiques du réacteur à lit fixe ................................. 51 V.6. Le degré de sophistication d’un modèle ..................................................................... 52 V.7. Les aspects à considérer durant la modélisation d’un réacteur à lit fixe ..................... 53 V.8. Critères de choix du modèle mathématique .............................................................. 53 V.9. Modélisation du réacteur de synthèse de méthanol ................................................... 54 V.10. Procédure de résolution du modèle mathématique ................................................. 57 V.10.1. Intégration des équations de la phase fluide .................................................... 58 V.10.2. Intégration des équations de diffusion ............................................................. 58 Chapitre VI : Description du procédé de fabrication du méthanol VI.1. Introduction ................................................................................................................ 59 VI.2. Description du procédé de fabrication du méthanol raffiné ......................................... 59 VI.2.1. Section 100 : Détente et distribution du gaz naturel ........................................... 61 VI.2.2. Section 200 : Four de réforming ........................................................................ 62 VI.2.3. Section 300 : Refroidissement et récupération des condensats ........................ 64 VI.2.4. Section 400 : Compression du gaz de synthèse ................................................ 66 VI.2.5. Section 500 : Synthèse du méthanol ................................................................. 67 VI.2.6. Section 600 : Distillation du méthanol brut ......................................................... 69 VI.2.7. Section 700 : Système de vapeur ...................................................................... 72 VI. Partie calcul Chapitre VII : Partie calcul Le but de travail ................................................................................................................... 75 VII.1.Bilan matière .............................................................................................................. 76 VII.1.1 Introduction ..................................................................................................... 76 VII.1.2. Cas design ..................................................................................................... 77 VII.1.2.1.Bilan matière dans le cas design ....................................................... 77 VII.1.2.2.Calcul du débit de méthanol brut et raffinait ....................................... 77 VII.1.2.3. Capacité de la production par jour de méthanol ................................. 78 VII.1.2.4. calcul de la composition à l’équilibre .................................................. 78 VII.1.3. Cas réel .......................................................................................................... 80 VII.1.3.1.Bilan matière dans le cas réel ............................................................ 80 VII.1.3.2.Calcul du débit de méthanol brut et raffinait ....................................... 86 VII.1.3.3. Capacité de la production par jour de méthanol ................................. 85 VII.1.3.4. calcul de la composition à l’équilibre .................................................. 85 VII.1.3.5. Temps de séjour ................................................................................ 87 VII.1.3.6.Activité du catalyseur .......................................................................... 87 VII.2. Bilan énergétique. ...................................................................................................... 88 VII.2.1. Cas design. ..................................................................................................... 88 VII.2.1.1. La chaleur de réaction QR. .................................................................. 89 VII.2.1.2. Calcule de la chaleur sensible. ........................................................... 89 VII.2.1.3. la chaleur spécifique des produits et des réactifs. ............................... 89 VII.2.1.4. calcul de quantités de chaleur à l’entré et la sortie du réacteur. .......... 90 VII.2.2. Cas réel. ......................................................................................................... 91 VII.2.2.1. La chaleur de réaction QR. ................................................................ 91 VII.2.2.2. Calcule de la chaleur sensible. ......................................................... 91 VII.2.2.3. la chaleur spécifique des produits et des réactifs. ............................. 91 VII.2.2.4. calcul de quantités de chaleur à l’entré et la sortie du réacteur. ........ 92 VII.3. Dimensionnement du réacteur. .................................................................................. 94 VII.3.1. Calcul de la vitesse linéaire admissible. .................................................................. 95 VII.3.2. Calcul de la section transversale du réacteur. ......................................................... 95 VII.3.3.Calcul de la vitesse spatial VVH ............................................................................... 95 VII.3.4. Calcul la hauteur de l’espace remplie par le catalyseur. .......................................... 95 VII.3.5.La hauteur du réacteur. ............................................................................................ 95 VII.3.6.Calcul du volume réactionnel VR. ............................................................................. 96 V. partie Hygiène, santé et environnement Chapitre VIII : Hygiène, santé et environnement VIII.1. Introduction .............................................................................................................. 97 VIII.2. Toxicité ..................................................................................................................... 98 VIII.2.1.Toxicité aiguë ................................................................................................. 98 VIII.2.2. .Toxicité chronique ........................................................................................ 98 VIII.3. Hygiène et sécurité .................................................................................................. 98 VIII.3.1.Caractéristiques de l’exposition .................................................................... 98 VIII.3.2. Risques d’incendie ...................................................................................... 99 VIII.3.3. Mesures de protection .................................................................................. 101 VIII.3.4. Premiers secours ........................................................................................ 102 VIII.4. Causes des accidents ............................................................................................... 103 VIII.5. Recommandations .................................................................................................... 103 VIII.6. Considérations environnementales ........................................................................... 106 Conclusion générale ........................................................................................................... 107 VI. Bibliographie .......................................................................................................... 108 Liste des tableaux Chapitre I : Généralités sur le méthanol Tableau I.1 : Tableau d’identification du méthanol ............................................................... 4 Tableau I.2 : Propriétés physiques, chimiques et thermodynamiques de méthanol ........... 4 Tableau I.3 : Capacité annuelles de production en 2014 ................................................. 9 Tableau I.4: Principaux producteurs: en miliers de t de capacité annuelle de production, hors societies chinoises ............................................................................................................. 10 Tableau I.5 : Répartition de la consommation, en 2014 ....................................................... 13 Chapitre II : Thermodynamique de la synthèse du méthanol Tableau II.1 : L’influence de la température et la pression sur le rendement en méthanol ... 24 Chapitre III : Cinétique de la synthèse du méthanol Tableau III.1 : Paramètre du modèle de la cinétique équilibré selon Graff uploads/Geographie/ calcul-du-reacteur-pdf.pdf