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i Résumé L’objectif de ce travail est d’étudier l’opération de dégazage du cata

i Résumé L’objectif de ce travail est d’étudier l’opération de dégazage du catalyseur V2O5désactivé lors de son fonctionnement. Une étude de l’influence des quelques paramètres (débit de l’air, température) a été effectuée sur la désorption. Les essais menés ont montré que les conditions optimales de dégazage sont T=300 °C et le débit d’air est QInd= 12,4 ×104 Nm3/h. Il faut noter que si le catalyseur est humide, il doit subir tout d’abord un traitement thermique qui nécessite un apport supplémentaire d’énergie. Une simulation numérique par COMSOL nous a fourni une idée détaillée sur la conversion : l’évolution de la vitesse du gaz ainsi que la concentration de SO2 dans le réacteur semi- industriel. Mots clés : Dégazage, catalyseurV2O5, désactivation, conditions optimales, COMSOL. Abstract The objective of this work is to study the degassing operation of the deactivated catalyst V2O5 during its operation. A study of the influence of the few parameters (air flow, temperature) was performed on the desorption. The tests carried out showed that the optimum degassing conditions are T = 300 ° C. and the air flow rate is QInd= 12.4 × 104 Nm 3/h. It should be noted that if the catalyst is moist, it must first be subjected to a heat treatment which requires an additional supply of energy. A numerical simulation by COMSOL gave us a detailed idea of the conversion: the evolution of the gas velocity as well as the concentration of SO2 in the semi-industrial reactor. Keywords : Degassing, catalyst V2O5, deactivation, optimal conditions, COMSOL. ii Dédicace Avec tout respect et amour je dédie ce modeste travail à : Ma mère, sources de tendresse et d’amours pour ses soutiens tout le long de notre vie scolaire Mon père, qui m’a toujours soutenue et qui a fait tout possible pour m’aider Mes sœurs, que j’aime beaucoup A toute ma famille pour leur soutien tout au long de mon parcours universitaire Mes cher ami (e) s, et enseignants. Tout qu’on collaboré de prés ou de loin à l’élaboration de ce travail. Que dieu leur accorde santé et prospérité Boukhriss Rihab iii Dédicace À ma mère Salha ‘Je vous remercie infiniment pour la vie, l’affection et le courage que tu m’as donné, Tu représentes pour moi la source de tendance qui n’a pas cessé de m’encourager et de prier pour moi’ À mon père Taieb ‘Merci pour tes sacrifices et tes efforts fournis jour et nuit depuis ma naissance jusqu’ à maintenant. Je te souhaite que Dieu te préserve et t’accorde la santé, la longue vie et le bonheur‘ À mon frère et mes sœurs ‘Je vous remercie pour votre présence dans ma vie, votre soutien et vos encouragements durant mes études’ À mes neveuxAyoub et Youssef et ma nièce Maryem ‘Je vous souhaite un avenir plein de joie, de bonheur et de succès, je vous aime beaucoup’ À tous ceux que j'aime et ceux qui m'aiment, je dédie ce travail. Shiri Khadija iv Remerciements Nous tenons, tout d’abord, à exprimer nos sincères remerciements à notre encadreur M. Becheikh Nidhal, Maître assistant à l’ENIG, pour son suivi, son aide tout au long de ce travail et pour les discussions fructueuses qui nous permettent de bénéficier ainsi que ses qualités scientifiques et humaines. Nous souhaitons aussi remercier notre encadreur industriel M.Zine Elabidine Bouabid, chef de service de l’unité sulfurique de GCT, pour nous avoir offert l’opportunité d’effectuer ce stage, ainsi pour son aide. Qu’il nous soit permis ainsi d’exprimer notre reconnaissance à notre co-encadrante Mlle Lahdhiri Ameni, assistante à l’ENIG, pour son aide et sa disponibilité. Nos vifs remerciements s’adressent également aux membres du jury qui nous ont fait l’honneur de participer à l’évaluation de notre travail. Nous remercions M. Ben Omar Hédi, Maître de conférences à l’ENIG, d’avoir présidé le jury, ainsi que Mme Boukhchana Yasmina, assistante à l’ENIG, pour avoir accepté d’examiner le rapport. Enfin, nous tenons à remercier toutes les personnes qui ont participé de près ou de loin à la réalisation de ce travail. v Nomenclature Symboles A b CSO2 CS2O3 2- C0 dp D Ea Ed f G1 JL J lit J tot Kp P Po2 PSO2 PSO3 m2 (Pression)-1 mol/Nl mol/l mol/l mm m J.mol–1 J.mol–1 _ Nm3/h Pa Pa Pa - atm atm atm atm Section du lit Constante d’équilibre d’adsorption Concentration du SO2 à la sortie Concentration de la solution du thiosulfate de sodium Concentration initial du SO2 à l’entrée du réacteur semi- industriel Diamètre de la particule de catalyseur Diamètre du convertisseur Energie d’activation pour l’adsorption Energie d’activation pour la désorption Coefficient de friction Débit d’air dans le réacteur semi-industriel Perte charge sur la longueur (linéaire) Perte de charge dans le milieu poreux Perte de charge totale Constante thermodynamique d’équilibre Pression Pression partielle d’O2 Pression partielle de SO2 Pression partielle de SO3 vi Pt Qair QInd R T Tcolonne tB tdegazage t désorption V V0 Vcat VColonne V0 S2O3 2- VS2O3 2- VI2 VR x Z atm Nm3/h Nm3/h J.mol–1.K–1 °C °C s h h m/s m/s m3 m3 l l ml m3 - m Pression totale dans le réacteur Débit d’air dans la colonne Débit d’air industriel Constante des gaz parfaits Température Température de la colonne Temps de barbotage Temps de dégazage total du réacteur semi-industriel Temps de désorption total dans la colonne Vitesse interstitielle du fluide Vitesse en fût vide Volume du catalyseur dans le convertisseur Volume du catalyseur dans la colonne Volume de thiosulfate avant barbotage Volume de thiosulfate après barbotage Volume de diode Volume du catalyseur dans le réacteur semi-industriel Taux de conversion Hauteur vii Letters Grecques   µ Ө ΔH ΔP - kg. m-3 kg. m-1. s-1 - KJ/mol Pa Degré de vide du catalyseur Masse volumique du fluide Viscosité du fluide Taux de recouvrement Enthalpie de la réaction Perte de charge viii Liste des figures Figure I.1: Convertisseur catalytique de SO2 en SO3. ............................................................... 6 Figure I.2: Circuit gaz. .............................................................................................................. 7 Figure I.3: Réacteur à lit fixe adiabatique monophasique (Guichard, 2007). .......................... 9 Figure I.4: Réacteur catalytique multitubulaire (Guichard, 2007). ........................................ 10 Figure I.5:Courbe d'équilibre de conversion de SO2 en SO3 (Louie, 2005). .......................... 11 Figure I.6:Le trajet isotherme par rapport à celui de l’adiabatique (Louie, 2005). ............... 11 Figure I.7:Processus de conversion adiabatique (Louie, 2005). ............................................. 12 Figure I.8: Formes du catalyseur (Louie, 2005). ..................................................................... 17 Figure I.9:Processus catalytique du catalyseur hétérogène (Scacchi, Bouchy, Foucaut, & Zahraa, 1996). .......................................................................................................................... 18 Figure I.10: Isotherme de Langmuir (Dumas, 2001). .............................................................. 24 Figure II.1: Colonne d’adsorption remplie du catalyseur V2O5. ............................................ 32 Figure II.2: Réacteur semi-industriel ....................................................................................... 32 Figure II.3: Barboteur .............................................................................................................. 33 Figure II.4: Evolution de la concentration de SO2 désorbée en fonction du temps : Qair=0,4Nm3/h, Tcolonne=Tambiante. .................................................................................. 37 Figure II.5: Détermination du temps de désorption dans le cas où Qair=0.4Nm3/h, Tcolonne=Tambiante. .............................................................................................................. 37 Figure II.6: Evolution de la concentration de SO2 désorbée en fonction du temps :Qair=0.6Nm3/h, Tcolonne=70°C. .......................................................................................... 38 Figure II.7: Détermination du temps de désorption dans le cas Qair=0.6Nm3/h, Tcolonne=70°C. ....................................................................................................................... 39 Figure II.8: Coloration bleu de silica gel. ............................................................................... 39 Figure II.9 : Evolution de la concentration de SO2 désorbée en fonction du temps : Qair=0,8Nm3/h, Tcolonne=70°C et VI2=250 ml. ................................................................... 40 Figure II.10: Evolution de la concentration de SO2 désorbée en fonction du temps :Qair=0.8Nm3/h, Tcolonne=70°C et VI2=200 ml. ................................................................. 41 Figure II.11 : Détermination du temps de désorption dans le cas où Qair=0.8Nm3/h, Tcolonne=70°C et VI2=200 ml. ............................................................................................... 41 Figure II.12: Evolution de la concentration en fonction du temps :Qair=0.64Nm3/h, T=80°C. .................................................................................................................................................. 43 ix Figure II.13 : Détermination du temps de désorption dans le cas oùQair=0.64Nm3/h, T=80°C. .................................................................................................................................... 43 Figure II.14 :Courbes de percée à des différentes températures ............................................. 46 Figure II.1 5: Evolution de la concentration de SO2 sortant du réacteur en fonction du temps à T=400°C et T=450°C. ........................................................................................................... 46 Figure II.16 : Evolution de la concentration de SO2 sortant du réacteur en fonction du temps pour les deux lots à des différentes températures. ................................................................... 47 Figure II.17: Evolution de la concentration de SO2 désorbée à des différentes températures avec un débit fixe G1. ............................................................................................................... 48 Figure II.18: Détermination de temps de dégazage à T=30°C................................................ 49 Figure II.19: Détermination de temps de dégazage à T=200°C.............................................. 50 Figure II.20 : Détermination de temps de dégazage à T=300°C............................................. 50 Figure II.21: Influence de la variation de débit à une température constante sur la désorption .................................................................................................................................................. 51 Figure II.22 :Courbe de percée pour les trois modèles dans le cas d’adsorption à T=30°C.. 52 Figure II.23: Comparaison des courbes de percées à des différentes températures avec le modèle de Clark ....................................................................................................................... 53 Figure II.24 :Courbes de percées à T=30°C et T=400°C avec le modèle de Clark ................ 54 Figure II.25: Histogramme de répartition des pertes de charges calculées dans les 4 lits du convertisseur. ........................................................................................................................... 57 Figure II.26 : Evolution des pertes des charges mesurées au niveau du chaque lit au cours du temps. ........................................................................................................................................ 58 Figure III.1 : Géométrie du réacteur semi-industriel. ............................................................. 62 Figure III.2 : Figure 39: Maillage du réacteur semi-industriel. ............................................. 62 Figure III.3: Evolution du profil de la vitesse le long du uploads/Geographie/ final-final-pdf.pdf