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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique UNIVERSITE DE M'HAMMED BOUGARA BOUMERDES Faculté des Hydrocarbures et de la Chimie Département de Génie des Procédés Chimiques et Pharmaceutiques MEMOIRE DE FIN D’ETUDES En vue de l’obtention de diplôme d’ingénieur d‘état Option : pétrochimie Thème Réalisé par : Promoteur: DJEDDI Salim el eddine Pr. HAMADA .B DJOUMAD Kamel Année Universitaire 2012 – 2013 REMERCIEMENT Nous remercions notre Dieu de nous avoir donné la force, la volonté, la sagesse et la patience pour arriver à ce stade d’études. En premier lieu nous tenons à présenter nos sincères remerciements à notre consultant Mr HAMADA .B pour son aide précieuse, ainsi qu’à tous les professeurs du département de Génie des Procédés Chimiques et Pharmaceutiques qui ont contribué à notre formation durant ce cycle. Profonde reconnaissance avec le remerciement les plus respectueux à notre co-promotrice Melle BOUFADES .DJ pour nous avoir suivi et consacré son temps précieux à la correction et l’élaboration de ce projet de fin d’études Nous tenons à remercier tout le personnel du complexe pétrochimique CP2K à Skikda, service de production, en particulier Mr. REZIOUK Fares et tous qui nous ont aidé pendant toute la période du stage. Nous saurions remercier toutes les personnes qui de prés ou de loin nous ont supportées, encouragés, aidés tout au long de cette année. Elles sont trop nombreuses ! Mais nous estimons essentielle de dire un grand merci à tous les membres de groupe IGCP/08. Je dédié ce travail à : Celle qui ne pense qu’ à moi : ma très chère mère ; Celui qui n’a cessé de m’aider avec son indéfectible soutien ;mon cher père * Mes frères ; * Toute ma grande famille ; * Tous mes amis ; A toutes les personnes qui ont contribuées de prés ou de loin a l’élaboration de ce travail . Kamel Je dédié ce travail à : Je dédie ce travail à mes très chers parents, qui m’ont encouragé et poussé à donner le meilleur de moi-même. A toute la famille DJEDDI A tous les enseignants qui ont contribué à ma formation durant mes études. A mes chers amis, et à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce travail. Salim el eddine SOMMAIRE i Remerciement Dédicace Sommaire Abréviation Introduction ...........................................................................................................................................01 CHAPITRE I : PRESENTATION DE L’UNITE CP2K I-1-Historique ....……………………………………………………….……………………....…….. 03 I-2-Présentation de l’unité CP2K ...............................................................................................…... 04  I-2-1-Implantation de CP2K ………………………………………………..…..…....………05  I-2-2-Description de l’usine ………………….....................….……..….………….….………05  I-2-3-Découpage du complexe …………………...........……….……..……………..….……..06  I-2-4-Installations principales de l’usine ……………….....………..….……………..…..……06  I-2-5-Installations auxiliaires ...…………………………....……….…...………….......………..07  I-2-6-Organisation de l’unité CP2K ....…………………………...….…....………….……….. .08 I-3-Destination de produit PEHD ………...……………...............…………….…………................09 I-4-Production mondiale …………………...…………..............……………..………..…................09 I-5-Consommation mondiale de polyéthylène …...……………...............……….……..…...............09 CHAPITRE II : GENERALITES SUR LES POLYMERES II-1-Classification des polymères ........................................................................................................10 II-1-1-Selon leur origine .........................................................................................................................10  Polymères naturels ......................................................................................................................10  Polymères artificiels ...................................................................................................................10  Polymères synthétiques ..............................................................................................................10 II-1-2-Selon leur propriétés ....................................................................................................................10  Les thermoplastiques ..................................................................................................................10  Les thermodurcissables ..............................................................................................................10  Les élastomères (caoutchoucs) ...................................................................................................11 SOMMAIRE ii II-1-3-Selon leur structure ......................................................................................................................11 a)-Dimensionnalité .............................................................................................................................11  Polymères linéaires .....................................................................................................................11  Polymères bidimensionnels ........................................................................................................12  Polymères tridimensionnels .................................................................................................. .....12 b)-Etat physique ..................................................................................................................................12  Polymères cristallins ...................................................................................................................12  Polymères semi-cristallins ..........................................................................................................13  Polymères amorphes ...................................................................................................................13 c)- Configuration .................................................................................................................................13  Isotactiques ....................................................................................................................................13  Syndiotactiques .............................................................................................................................13  Atactiques ......................................................................................................................................13 II-2- Synthèse des polymères ...............................................................................................................14 II-2-1-Polymérisation en chaîne .............................................................................................................14 II-2-1-1-Caractères généraux ..................................................................................................................14 II-2-1-2-Polymérisation radicalaire ........................................................................................................14 a)-Amorçage ........................................................................................................................................15 b)-Propagation .....................................................................................................................................15 c)-Rupture de la chaîne ........................................................................................................................15  Réaction de combinaison ............................................................................................................15  Réaction par dismutation ............................................................................................................15  Réaction par transfert ..................................................................................................................15  Cinétique de réaction ..................................................................................................................15 II-2-1-3- Les polymérisations ioniques ..................................................................................................16 II-2-1-3-1- Polymérisation cationique ....................................................................................................16 a)- Initiation ........................................................................................................................................17 b)- Propagation ...................................................................................................................................17 c)- Arrêt de la chaîne ..........................................................................................................................17 SOMMAIRE iii  Perte de proton ............................................................................................................................17  Capture de l’anion .......................................................................................................................17  Cinétique de réaction ..................................................................................................................17 II-2-1-3-2-Polymérisation anionique ......................................................................................................18  Initiation .....................................................................................................................................18  Propagation .................................................................................................................................18  Rupture de la chaîne ...................................................................................................................18  Cinétique de réaction ..................................................................................................................18 II-2-1-4- Polymérisation par coordination ..............................................................................................18 a)- Catalyse Ziegler-Natta ...................................................................................................................19 b)- Catalyse Phillips .............................................................................................................................19 c)- Métallocènes ..................................................................................................................................19 II-2-2- Réactions de polymérisation par étapes (polycondensation) .......................................................19 II-3-Procédés de polymérisations...........................................................................................................20 II-3-1- Procédés en masse.........................................................................................................................20 II-3-2- Procédés en solution ....................................................................................................................21 II-3-3- Procédés en suspension ...............................................................................................................21 II-3-4- Procédés en émulsion ..................................................................................................................22 II-3-5- Procédés en phase gazeuse ..........................................................................................................23 II-3-6- Principaux polymères, techniques de polymérisation et applications .........................................25 CHAPITRE III : PRODUCTION DE POLYETHYLENE III-1-L’obtention du monomère ...........................................................................................................27 III-1-1-Caractéristique ............................................................................................................................27 III-1-2-Méthodes de fabrication de l’éthylène ........................................................................................27 III-1-2-1-Déshydratation de l’alcool .......................................................................................................27 III-1-2-2-Pyrolyse ...................................................................................................................................27  Mécanisme ......................................................................................................................................27 SOMMAIRE iv  Influence des paramètres ..................................................................................................................28 a) La température ............................................................................................................................28 b) La pression ..................................................................................................................................28 c) Le temps de séjours .....................................................................................................................28 d) La charge ......................................................................................................................................29 III-2-Le polyéthylène ............................................................................................................................29 III-2-1-Procédé à basse densité (PEBD) .................................................................................................29 III-2-1-1-Autoclave .................................................................................................................................30 III-2-1-2-Tubulaire ..................................................................................................................................30 III-2-1-2-1- Chimisme .............................................................................................................................30 III-2-1-2-2-Mécanisme ............................................................................................................................30 III-2-1-2-3- La cinétique de la réaction ...................................................................................................31 III-2-1-2-4- La thermodynamique ...........................................................................................................33 III-2-1-2-5- Influence des paramètres .....................................................................................................33  La température ...............................................................................................................................33  La pression .....................................................................................................................................34  L’initiateur de la réaction ...............................................................................................................34  La vitesse de la réaction .................................................................................................................34 III-2-2-Procédé à haute densité (PE-HD) ................................................................................................34 III-2-2-1-Le catalyseur du type Ziegler-Natta .........................................................................................35  Mécanisme réactionnel ................................................................................................................35 III-2-2-2-Catalyses au chrome ................................................................................................................36 a)-Préparation des catalyseurs ..........................................................................................................36 b)-La réduction du CrVI+ en CrII+ ......................................................................................................37 c)-Rôle du support ............................................................................................................................37 d)-Mécanisme réactionnel .................................................................................................................38 e)-Cinétique de la réaction .................................................................................................................39 SOMMAIRE v III-3-Autres types de polyéthylènes .....................................................................................................41  Polyéthylène linéaire à basse densité (PEBDL) ..........................................................................41  Polyéthylène à ultra haut poids moléculaire (PEUHPM) ...........................................................41  Polyéthylène réticulé (PER) ........................................................................................................41  Polyéthylène moyen densité (PEMD) .........................................................................................41  Polyéthylène de densité très faible (PETFD) ..............................................................................41 CHAPITRE IV : DESCRIPTION DE PROCEDES DE PRODUCTION DE PEHD IV-1- Description générale de procédés ..............................................................................................42 IV-1- Traitement des matières premières ...............................................................................................42 IV-1-1- Ethylène .....................................................................................................................................42 IV-1-2- Hexène........................................................................................................................................47 IV-1-3- Isobutane frais (IBF)...................................................................................................................48 IV-1-4- Hydrogène..................................................................................................................................49 IV-1-5- Isobutane de recyclage ...............................................................................................................50 IV-2- Activation et addition du catalyseur ..........................................................................................50 IV-2-1- Le catalyseur PF et son activation .............................................................................................50 IV-2-2- Le catalyseur XPF ......................................................................................................................52 IV-2-3-Co-catalyseur - triéthyl d'aluminium (TEA) ..............................................................................53 IV-3- Réacteur de polymérisation ........................................................................................................53 IV-3-1-Alimentation au réacteur .............................................................................................................54 IV-3-2-Circulation du mélange dans le réacteur .....................................................................................54 IV-3-3-Patte de décantation ....................................................................................................................54 IV-3-4-Systeme d’additif et scanvenger au réacteur................................................................................55 IV-3-5-Système de réfrigération du réacteur ..........................................................................................56 IV-3-6-Conditions d’opérations dans le réacteur.....................................................................................58 IV-4-Vaporisation et séchage de polymère..........................................................................................60 SOMMAIRE vi CHAPITRE V : PARTIE CALCUL IV-5-Récupération et purification de l’isobutane, récupération du gaz de purge...........................61 IV-5-1- Récupération du solide................................................................................................................63 IV-5-2-Compression de gaz de recyclage d’isobutane ........................................................................65 IV-5-3- Système de colonne d’isobutane de recyclage 950-173.............................................................66 IV-5-4- Système de la colonne déshexaniseuse 950-181........................................................................68 IV-5-5-Système de stockage de l’isobutane de recyclage........................................................................70 IV-6-Transport pneumatique et de finition.........................................................................................71 Partie 1 : Calcul de vérification et dimensionnement de réacteur de PEHD...................................73 V-1-Données de départ ...........................................................................................................................73 V-2-Calcul du bilan matière de l’instalation ..........................................................................................73 V-3-Calcul du bilan thermique de réacteur ............................................................................................77 V-4 Transfert de chaleur dans le réacteur ..............................................................................................82 Partie 2 : Optimisation de la colonne de purification d’IBR par simulation .................................89 V-A-Introduction à la simulation..........................................................................................................89 V-B-Simulation de la colonne de purification d’isobutane (950-173) .............................................93 VI-B-1-Données de départ de la colonne ................................................................................................93 VI-B-2-Les résultats de travail ................................................................................................................94 VI-B-3-Interprétation des résultats .........................................................................................................96 CONCLUSION GENERALE ..............................................................................................................97 Bibliographie Annexe INTRODUCTION PETROCHIMIE 2013 Page 1 Introduction : Les polymères synthétiques font de plus en plus partie de nos vies quotidiennes. Ils sont obtenus par la répétition d’une unité constitutive (motif), comportant un groupe d’atomes liés par des liaisons covalents. Ces matériaux sont presque entièrement des produits de la pétrochimie, paradoxalement la crise pétrolière de 1973 a favorisé leur développement car le cout énergétique de leur production est nettement plus faible que celui des matériaux traditionnels. Ce développement industriel qui s’accompagne d’une augmentation très importante de la production des polymères techniques (polycarbonates, poly imides, polyester, polyamide, etc.) vont de pair avec un accroissement sans précédent de la production des polymères d’usage courant (polypropylène, PVC, PE). Vu à leur propriété importants et leur prix de revient qui est relativement faible, le PEHD possède une large utilisation presque dans tous les domaines tels que : les films, câbles, canalisations, emballage, agriculture, aviation, électronique,…..etc.) La production du PEHD a lieu dans un réacteur sous forme de boucle unie à sa base par 04 pattes verticales chemisés en opération continue, celui-ci est alimenté par les courants sous traitements, le catalyseur, hexène, hydrogène, isobutane frais et isobutane de recyclage, ce dernier est utilisé comme solvant dans le réacteur pour transporter les solides du PE. L’unité de purification d’IBR a enregistrée ces dernières années une faible pureté provoquant le bouchage des pattes de décantation de réacteur qui en fonction des paramètres opératoires une mauvaise séparation d’IBR de l’éthylène/hexène-hexane. Pour cela nous avons optimisé des paramètres de fonctionnement de purification d’IBR par le logiciel HYSYS et le comparer avec le cas design afin d’obtenir un solvant pur. Notre étude porté sur la proposition de nouveaux paramètres de fonctionnement (T, P) de la colonne de purification d’isobutane dans la zone sèche de complexe du production de polyéthylène à haut densité, afin de maximiser la teneur en i-C4 soutiré de 25ème plateaux. Dans ce contexte, nous avons devisé ce mémoire en cinq chapitres : Chapitre I : où sera décrite l’unité de production de PEHD. INTRODUCTION PETROCHIMIE 2013 Page 2 Chapitre II : consacré une étude générale sur les polymères. Chapitre III : localisé un aperçu uploads/Geographie/ djeddi-salim-el-eddine.pdf