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N° Ordre........../FHC/UMBB/2017 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIR

N° Ordre........../FHC/UMBB/2017 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE M’HAMED BOUGARA-BOUMERDES Faculté des Hydrocarbures et de la Chimie Mémoire de Master Présenté par MEFTAH Nilda ZEGGAOUI Lynda Filière : Génie des procédés chimiques et pharmaceutiques Option : Technologie de la pétrochimie ETUDE DES PERFORMANCES DU FOUR DE STEAM- REFORMING F201 DE LA SECTION DE PRODUCTION DU GAZ DE SYNTHESE AU NIVEAU DU COMPLEXE PETROCHIMIQUE CP1/Z D’ARZEW Devant le jury : Mr B. HAMADA Professeur UMBB Président Mr O. KADDOUR Professeur UMBB Examinateur Mme A. BENHATHAT M. Assistante UMBB Examinateur Mme K.BEDDA M. Assistante UMBB Encadreur Année Universitaire : 2016/2017 Je dédie ce modeste travail : A ma très chère mère, ma raison de vivre, celle qui m’a soutenue jusqu’ à la fin, avec son grand amour et son aide inestimable. A mon cher et meilleur papa du monde qui a consacré tous les moyens pour y arriver, il sera inchallah heureux et fière de ce modeste travail. « Que dieu vous Protège » A la mémoire de ma grand-mère, que le bon dieu l’acceuil dans son vaste paradis. A mon grand père A ma sœur Taous, son marie Karim et leurs fils Micipsa A mes chers sœurs Sonia et Manissa que j’aime beaucoup. A mon binôme Nilda et toute sa famille A toute ma famille, cet ensemble de personnes qui forment comme une forteresse au fond de nous et où l’on peut se réfugier à tout moment. A tous les amis que j’ai eu la chance d’avoir. A tous le groupe MAPC 12 A ceux qui me sont chers et à tous ceux qui m’aiment. Lynda Je dédie ce modeste travail : A ma très chère mère, ma raison de vivre, celle qui m’a soutenue jusqu’ à la fin, avec son grand amour et son aide inestimable. A mon père « Que dieu vous Protège » A la mémoire de ma grande mère, que le bon dieu l’accueil dans son vaste paradis A mon grand père A ma sœur sarah A mes chers frères Aissa et Méckaèl que j’aime beaucoup A la plus chère personne Hamid et toute sa famille A toute ma famille, cet ensemble de personnes qui forment comme une forteresse au fond de nous et où l’on peut se réfugier à tout moment. A mon binôme Lynda et toute sa famille A tous mes amis et a tous le groupe MAPC 12 Et à ceux qui me sont chers et à tous ceux qui m’aiment. Nilda Remerciements Avant toute chose nous remercions Dieu le tout puissant de nous avoir aidés et éclairés le chemin pour la réalisation de ce modeste travail. Nous exprimons nos plus sincères remerciements à notre promotrice Mme BEDDA.K Nous tenons aussi à exprimer également toutes nos gratitudes à tous les enseignants Qui nos fait profiter de leur savoir tout Long de nos études, Enfin nous remercions tous ceux qui ont aidés De près ou de loin tout le long de notre travail. Résumé : Ce travail porte sur la vérification des performances du four de steam reforming de l’unité méthanol au niveau du complexe CP1Z. En établissant un calcul de vérification du rendement actuel du four, il sera montré que le rendement thermique actuel du four est inférieur au rendement du design défini par le constructeur Humphreys & Glasgow. Cette chute du rendement est affectée en partie par le dépôt de coke qui est localisé au niveau de la zone de radiation contenant le catalyseur à base de nickel. La formation de coke est prépondérante pour des intervalles de températures situées entre 340°C et 450°C ce qui s’accorde avec les conditions opératoires à l’entrée de la zone réactionnelle du four. Le travail portera également sur l’amélioration de la préchauffe de la charge, composée essentiellement de vapeur d’eau et de gaz naturel, jusqu’à une température de 460°C afin d’éviter au mieux la formation des dépôts de coke et ainsi prolonger la durée de vie du catalyseur qui est actuellement renouvelé après trois années d’exploitation. Cette amélioration permettra aussi de récupérer une partie de la chaleur emportée par les fumées chaudes qui sont rejetées vers l’atmosphère à travers la cheminée. L’amélioration fera intervenir un économiseur existant, au niveau de la zone de convection du four, et dont les caractéristiques sont connues, cette partie du travail portera essentiellement sur le calcul de la surface d’échange nécessaire à cette opération, et la vérification de la compatibilité de l’économiseur existant. Mots clefs Steam reforming du méthane, Dépôt de coke Abstract: This work concerns the checking of the performances of steam reforming oven in methanol unit of the CP1/Z complex, by establishing a checking calculation of the current output of the oven. It will be shown that the current thermal efficiency of the oven is lower than the output of the design which is defined by the manufacturer Humphreys and Glasgow because of coke deposit which is localized on zone of radiation containing nickel catalyst. This deposit is dominating between 340¨°C and 450¨°C what agrees with the operating conditions at the entrance of the reaction zone of the oven. The work also concern the improvement of preheat load, primarily made up of natural gas and steam to 460°C in order avoid the training of the coke deposits and thus to prolong the lifetime of the catalyst which is currently renewed after three years of exploitation. This improvement will also make it possible to recover the heat loss by hot smoke which is rejected towards the atmosphere through the chimney. The improvement will use an existing saver, on the zone of convection of the oven , and whose characteristic are known, this part of the work will primarily concern the calculation of the necessary area of exchange to this operation and to check the compatibility of the existing . Keywords: Methane steam reforming, Coke deposit Tables des matières Liste des abréviations Liste des tableaux Liste des figures Introduction…………………………………………………………………........1 Chapitre I : présentation du complexe CP1Z I -1- Historique ……………………………………………………………………………………..…..3 I-2- Situation géographique du complexe CP1/Z …………………………………………….…...3 I-4-Missions principales du complexe CP1/Z …………………………….………………………..3 I-5- Activités du complexe CP1/Z ………………………………………………………………...…4 Partie théorique : Chapitre II :Procédés de production du gaz de synthèse II-1-Le gaz naturel ……………………………………………………………………………..……..6 II-2-La vapeur d’eau dans les procédés…………………………………………………………….8 II-3-Le gaz de synthèse……………………………………………………………………..……..…9 II-4-Généralités sur les procédés de production du syngaz ……………………………………12 II-5-Comparaison entre les différents types de procédés de conversion du méthane…..…..17 II-6- Aspects thermodynamiques…………………………………………………………………..19 II-7- Les catalyseurs utilisés dans le vaporeformage…………………………………………....19 II-8-Vitesse et cinétique de la réaction de reformage…………………………………….…...…24 II-9-Désactivation des catalyseurs ……………………………………………………………...…28 II-10-Limites du procédé conventionnel de reformage………………………………………..…32 Chapitre III : Les fours de steam reforming III-1-Introduction………………………………………………………………………………….….34 III-2-Grandeurs thermiques……………………………………………………………………..….34 III-3-Modes de transfert de chaleur…………………………………………………………..……35 III-4-Caractéristiques des fours de reformage……………………………………………….…..38 III-5-Les bruleurs…………………………………………………………………………………..…38 III-6-La combustion……………………………………………………………………………….…39 III-7- Excès d’air……………………………………………………………………………….…..…40 III-8-Rendement d’un four……………………………………………………………………….….40 III-9-Conception des reformeurs……………………………………………………………….…..40 III-10- Les différents types de fours de vaporeformage…………………………………………42 III-11-Les tubes de reformage………………………………………………………………….…..45 III-12-Les contraintes industrielles des tubes de reformage…………………………………….46 III-13-Observations et maintenances de l’équipement de reformage………………………….49 Partie technologique : Chapitre IV : Description de l’unité de production du méthanol IV-1-Généralités…………………………………………………………………………………...…50 IV-2-Description des différentes sections de l’unité……………………………………………..52 IV-2-1- Détente et désulfuration de la charge d’alimentation (Section 100)……………….….52 IV-2-2 Steam reforming (Section 200)……………………………………………………….……53 IV-2-3- Refroidissement du gaz de synthèse (Section 300)………………………………..….53 IV-2-4-Compression du gaz de synthèse (Section 400) ………………………………….……54 VI-2-5- La boucle de synthèse (Section 500)………………………………………………….…54 IV-2-6- Distillation du méthanol brut (Section 600)………………………………………..…….55 IV-2-7-Système de vapeur (Section 700)…………………………………………………...…….57 IV-3-Description du four de steam reforming F201……………………………………………..66 IV-4-Problématique…………………………………………………………………………71 IV-4-1-Problème de formation de coke dans le four F201……………………………………..71 IV-4-2-Causes du dépôt de coke……………………………………………………………..……72 IV-4-3-Localisation du dépôt de coke………………………………………………………..72 IV-4-4-Conséquences du cokage sur la production…………………………………………….73 Partie calcul : Chapitre V : Calcul de vérification du rendement du four de steam reforming V-1-Introduction………………………………………………………………………………………79 V-2-Détermination de la chaleur libérée par le four…………………………………….………..79 V-2-1-Détermination de la quantité de chaleur libérée par la combustion du gaz naturel QGN.............................................................................................................................80 V-2-2-Détermination de la quantité de chaleur libérée par la combustion du gaz de purge…………………………………………………………………………………………………..81 V-2-3-Détermination de la quantité de chaleur libérée par la combustion du gaz de flash QGF…………………………………………………………………………………………………….82 V-2-4-Détermination de la quantité de chaleur libérée par les bruleurs auxiliaires QAUX……………………………………………………………………………………….83 V-2-5-Calcul de la quantité de chaleur totale libérée par le four……………………………….84 V-3-Détermination du débit des fumées sortie four……………………..………………….…..84 V-3-1-Composition des fumées en sortie de la zone de radiation……………...……………..84 V-4-Détermination de la chaleur absorbée en zone de radiation………………………………90 V-4-1-Détermination de la quantité de chaleur absorbée en zone de radiation…………..….91 V-5-Calcul de la quantité de chaleur absorbée au niveau de la zone de convection……..…95 V-5-1 La quantité de chaleur absorbée par le F205 (chaudière à circulation naturelle)……..95 V-5-2 Quantité de chaleur absorbée par le F204 (Réchauffeur de GN)………………….……95 V-5-3 Quantité de chaleur consommée par le F206 (Réchauffeur d’eau vers F208)………..96 V-5-4 Quantité de chaleur absorbée par le F203 (Surchauffeur de vapeur HP)………….….96 V-6 Calcul du rendement thermique actuel du four………………………………………………97 V-7-Comparaison des résultats obtenus avec le design……………………………….…...…..97 Chapitre VI : Etude de l’amélioration du process par l’augmentation de la température de la charge VI-1-Introduction…………………………………………………………………………………….99 VI-2- Description de la modification proposée…………………………………………………99 VI-3- Données de l’étude…………………………………………………………………….…….99 VI-3-1- Données du gaz procédé………………………………………………………………...99 VI-3-2-Données des fumées……………………………………………………………………...100 VI-3-3-Données de l’économiseur F207………………………………………………………...100 VI-4-Calcul de la uploads/Geographie/ memoir-de-master-etude-des-performances-du-four-de-steam-reforming-f201-de-la-section-de-production-du-syngaz-200-au-nive-1.pdf