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Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme de Master en : Génie des Proc

Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme de Master en : Génie des Procédés Option : Génie Chimique SIMULATION D’UNE UNITÉ DE PRODUCTION DE MÉTHANOL A L’AIDE DE L’ASPEN PLUS-HYSYS Présentée par : DJEBBARI Abdelbasset Devant le jury composé de : Promotion Juin 2014 ﺍﻟﺠﻤﻬﻮﺭﻳﺔ ﺍﻟﺠﺰﺍﺋﺮﻳﺔ ﺍﻟﺪﻳﻤﻘﺮﺍﻁﻴﺔ ﺍﻟﺸﻌﺒﻴﺔ République Algérienne Démocratique et Populaire ﻭﺯﺍﺭﺓ ﺍﻟﺘﻌﻠﻴﻢ ﺍﻟﻌﺎﻟﻲ ﻭ ﺍﻟﺒﺤﺚ ﺍﻟﻌﻠﻤﻲ Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Mohamed Khider – Biskra Faculté des Sciences et de la technologie Département : Chimie Industrielle ﺟﺎﻣﻌﺔ ﻣﺤﻤﺪ ﺧﻴﻀﺮ ﺑﺴﻜﺮﺓ ﻛﻠﻴﺔ ﺍﻟﻌﻠﻮﻡ ﻭ ﺍﻟﺘﻜﻨﻮﻟﻮﺟﻴﺎ :ﻗﺴﻢ ﺍﻟﻜﻴﻤﻴﺎء ﺍﻟﺼﻨﺎﻋﻴﺔ Président : Mr. HASSEINE Abdelmalek Encadreur : Mr. MERZOUGUI Abdelkrim Examinateur : LAIADI Djemoui Résumé La Conception des Procédés Assistée par Ordinateur (CAO) est un outil utilisé dans différents domaines de l’ingénierie et de la recherche en général, permettant d’analyser le comportement d’un système avant de l’implémenter et d’optimiser son fonctionnement en testant différentes solutions et différentes conditions opératoires. Dans ce travail, la simulation et l’optimisation d’un procédé de fabrication de méthanol sont effectuées en utilisant le logiciel «ASPEN HYSYS». C’est un simulateur modulaire séquentiel qui contient des modèles de procèdes unitaires ainsi qu’une base de données très étendue incluant les propriétés physiques et chimique des matières. Il permet en outre d’accéder aux variables d’écoulement et thermodynamiques avec lesquelles on détermine l’énergie des courants de matière ainsi que la consommation d’énergie et les rendements des différents procédés. Mots clés : CAO, méthanol, procédé, ASPEN HYSYS. Abstract Computer-aided design Process (CADP) is a tool used in various fields of engineering and research in general, to analyze the behavior of a system before implementing it and optimize its operation testing different solutions and different operating conditions. In this work, the simulation and optimization of a process of methanol manufacturing are performed using "Aspen HYSYS" software. It is a sequential modular simulator that contains process models and a base unit of extensive data, including physical and chemical properties of materials. It also allows access to the flow and thermodynamic variables with which one determines the energy flows of material and energy consumption and yields of different methods. Keywords: CADP, methanol, process, ASPEN HYSYS. Avant tout, je dois remercier Dieu le tout puissant qui m’a donné la force pour mener à terme ce long et dur travail ; Je tiens à remercier très sincèrement le docteur MERZOUGUI Abdelkrim, mon encadreur. Ce fut un grand plaisir de travailler avec lui. Je tiens aussi à remercier le docteur HASSEINE Abdelmalek pour m’avoir fait un grand honneur en acceptant de présider le jury. Je remercie aussi le docteur LAIADI Djemoui, pour m’avoir fait honneur et plaisir en acceptant d’examiner ce travail ; Je ne saurais oublier toutes les autres personnes qui, plus ou moins directement, ont contribué aussi bien à la réussite de ce travail Merci a tous Remerciement SOMMAIRE SOMMAIRE Remerciement Nomenclature Liste des figures Liste des tableaux INTRODUCTION GÉNÉRAL ........................................................................................................ 1 CHAPITRE I : LA PRODUCTION DE MÉTHANOL I.1. Introduction ................................................................................................................................ 4 I.2. Industrie du méthanol dans le monde ....................................................................................... 4 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. Procédés de synthèse du méthanol ............................................................................................. 9 I.4.1. Procédé à haute pression .............................................................................................. 9 I.4.2. Procédé À basse pression.............................................................................................. 9 I.5. Sources d'obtention du gaz de synthèse ................................................................................... 10 I.6. Propriétés physiques, chimiques et thermodynamique de méthanol .................................... 11 I.7. Utilisation du méthanol ............................................................................................................ 12 I.7.1.Produit intermédiaire et combustible ....................................................................... 12 I.7.2.Applications dans les piles à combustible ................................................................. 12 I.7.3.Traitement des eaux usées ........................................................................................... 12 I.7.4. Production de biodiesel............................................................................................... 13 I.7.5.Autres utilisations du méthanol ................................................................................. 13 I.8. Transport et distribution ........................................................................................................ 14 I.9. Stockage et manutention ........................................................................................................... 14 I.10. Prévention de la contamination ............................................................................................. 14 I.11. Matériaux de construction ...................................................................................................... 14 I.12. Protection personnelle ............................................................................................................. 15 I.12.1. Absorption ................................................................................................................. 15 I.12.2.Contact avec les yeux ................................................................................................. 15 I.12.3. Inhalation .................................................................................................................. 15 I.12.4.Ingestion ...................................................................................................................... 15 I.13. Symptômes et effets de l’exposition ........................................................................................ 15 I.14. Protection de l’environnement ............................................................................................... 15 I.14.1.Biodégradation / Toxicité en milieu aquatique ....................................................... 15 I.14.2.Traitement et élimination .......................................................................................... 16 I.14.3.Prévention des déversements .................................................................................... 16 CHAPITRE II : LA SIMULATION ET LE SIMULATEUR HYSYS II.1.Introduction ............................................................................................................................... 18 II.2. Principes de fonctionnement et rôle des simulateurs ........................................................... 18 II.3.Modes de fonctionnement des simulateurs ............................................................................. 19 II.4. Utilisation de la simulation ..................................................................................................... 20 II.5. Concepts et caractéristiques du simulateur HYSYS ............................................................. 21 II.5.1. Concepts de base du simulateur HYSYS ............................................................... 21 II.5.2. Environnement de simulation .................................................................................. 22 II.5.3. Caractéristiques principales de HYSYS.................................................................. 24 II.6. Les modèles thermodynamique de HYSYS ......................................................................... 26 CHAPITRE III : PARTIE PRATIQUE ET DISCUSSION DES RÉSULTATS III.1. Introduction ........................................................................................................................... 30 III.2.Les équipements utilisent ....................................................................................................... 30 III.3.Description du procédé .......................................................................................................... 32 III.4.Résultat et discussion ............................................................................................................. 41 III.4.1. Material streams ...................................................................................................... 41 III.4.2. Compositions ............................................................................................................ 42 III.4.3. Présentation et interprétation des profils du procèdes ........................................ 42 III.4.3.1. Au niveau de Réacteur .............................................................................. 42 III.4.3.2. Au niveau de colonne de distillation ....................................................... 45 III.4.3.2.1. Présentation des profils .............................................................. 45 III.4.3.2.2. Interprétation des profils ........................................................... 48 III.4.4.Optimisation du procédé .......................................................................................... 48 CONCLUSION GÉNÉRAL ........................................................................................................... 52 Référence bibliographique LISTE DES FIGURES Figure Titre Page Figure I.1 Historique et prévision de l'offre et la demande du monde de méthanol ................. 5 Figure I.2 Schéma synoptique du processus de production de méthanol ................................ 16 Figure I.3 Différentes sources d'obtention du gaz de synthèse ............................................... 10 Figure II.1 Interface HYSYS montrent quelques vocabulaires qui sont utilisés pendant les étapes de construction d’un modèle ......................................................................................... 23 Figure II.2 Environnements de développement dans HYSYS ................................................. 24 Figure II.3 Organigramme des environnements dans la hiérarchie......................................... 26 Figure III.1 Schéma général de la production de méthanol par le logiciel HYSYS ............... 32 Figure III.2 Fenêtre des conditions de mélange réactionnel avec l’hydrogène recyclé ........... 33 Figure III.3 Fenêtre des valeurs de chaque composition ......................................................... 33 Figure III.4 Fenêtre des propriétés d’échangeur .................................................................... 34 Figure III.5 Fenêtre des conditions des paramètres de réacteur .............................................. 35 Figure III.6 Fenêtre des compositions de réacteur .................................................................. 35 Figure III.7 Fenêtre des conditions de condenseur. ................................................................. 36 Figure III.8 Fenêtre des compositions de séparateur ................................................................ 37 Figure III.9 Page de connexion de la colonne de distillation ................................................... 38 Figure III.10 Fenêtre des conditions de condenseur ............................................................... 38 Figure III.11 Fenêtre des compositions finales ........................................................................ 38 Figure III.12 Fenêtre des composition recyclé ........................................................................ 40 Figure III.13 Fenêtre des conditions de recycle ....................................................................... 40 Figure III.14 Les propriétés de différents courants ................................................................. 41 Figure III.15 Les compositions de différents courants ............................................................. 42 Figure III.16 Débit molaire de méthanol en fonction de la température ............................... 43 Figure III.17 Débit molaire de méthanol en fonction de la pression ...................................... 44 Figure III.18 variation de la pression dans la colonne de distillation .................................... 45 Figure III.19 variation de la température dans la colonne de distillation ............................... 46 Figure III.20 variation des débits molaires dans la colonne de distillation. ........................... 46 Figure III.21 variation des compositions de la phase liquide dans la colonne de distillation 47 Figure III.22 variation des compositions de la phase vapeur dans la colonne de distillation. 47 LISTE DES TABLEAUX Tableau Titre Page Tableau I.1 Propriétés physiques, chimiques et thermodynamique de méthanol ................. 11 Tableau II.1 Domaine d’application de l’équation PR ............................................................ 28 Tableau III.1 Influence de la pression sur le fonctionnement de la colonne de distillation. ... 49 Tableau III.2 Influence de la température sur le fonctionnement de la colonne de distillation .................................................................................................................................................. 50 Tableau III.3 Influence du nombre de plateau sur le fonctionnement de la colonne de distillation ................................................................................................................................. 50 Tableau III.4 Influence de la positon d’alimentation sur le fonctionnement de la colonne de distillation. ........................................................................................................................ 51 Tableau III.5 Influence du taux de reflux sur le fonctionnement de la colonne de distillation 51 NOMENCLATEURS symbole définition l’unité VR Volume de réacteur m3 n° Nombre des étages / T TOUT TIN Tbouilleur Teb TR V P PIN POUT pc w ΔH R D H X Température Température extérieure Température intérieure Température de Bouilleur Température d’ébullition Température réduite volume Pression Pression intérieur Pression extérieur Pression critique facteur acentrique L’enthalpie Constante des gazes Le diamètre L’hauteur Taux de conversion °C, °K, °F °C, °K, °F °C, °K, °F °C, °K, °F °C, °K, °F °C, °K, °F m3 bar ,kpa ,psia bar ,kpa ,psia bar, kpa, psia bar, kpa, psia / kcal / mol bar.m3 /mol°K m m / 1 Introduction Générale Le méthanol est l'un des produits les plus importants de la synthèse organique produit à partir de multiples ressources de biomasse contenant du carbone comme le bois, les algues et le charbon. Actuellement, le méthanol est fait principalement à partir du gaz naturel, ou de méthane. Le méthanol est utilisé de plus en plus dans de nouvelles applications telles que la dénitrification des eaux usées, le biodiesel et les piles à combustible (= pour alimenter des téléphones portables ou des ordinateurs, pour les futures voitures électriques…) . Le méthanol n'étant pas présent en quantité importante dans la nature, il doit être produit industriellement. Plusieurs voies uploads/Geographie/ simulation-d-x27-une-unite-de-pdf.pdf