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INTRODUCTION GÉNÉRALE Le groupe OCP soumis aux contraintes du marché mondial, met tout en œuvre pour répondre aux besoins spécifiques de ce marché, et anticiper sur les besoins futur. Il a ainsi développé en permanence le nombre des qualités marchandes de phosphate qu’il exporte directement, et des dérivés qu’il transforme sur place. Pour l’acide phosphorique(ACP), par exemple, dont une seule qualité était commercialisé en 1987, d’autres qualités sont mises au point et commercialisées pour répondre aux nouveaux besoins spécifiques des clients. Dans le domaine des dérivés de phosphate, le groupe OCP développe ses produits en agissants sur l’amélioration des procédés et l’introduction de nouvelles techniques d’épuration et de purification, en particulier l’amélioration de la qualité des produits ACP où on peut mentionner, par exemple les opérations de désulfatation, défluoration,décadmiation et désarséniation. Ces opérations visent à réduire la teneur en impuretés contenues dans l’ACP telles que les sulfates, le fluor, le cadmium et l’arsenic. C’est dans ce but qu’une station de prétraitement d’acide phosphorique 54% P2O5 est en cours de montage à Maroc Phosphore II de Maroc Phosphore Safi ; cette station aura pour objectif la production des quatre qualités commercialisées par le groupe, à savoir : BG Normal, Tessenderlo, Bugue et Tortuga. Notre travail consiste à simuler l’unité de réaction- filtration et l’unité de concentration âpres le démarrage de la nouvelle station de traitement ainsi qu’un diagnostic de la situation actuelle de traitement d’acide phosphorique. Le premier chapitre sera dédié à une présentation générale du groupe OCP, de la division MPII et des procédés de fabrication de l’ACP. Le deuxième chapitre sera consacré à une étude bibliographique succincte sur les procédés de purification d’ACP. Le troisième chapitre portera sur diagnostique de la situation actuelle de traitement d’acide avec étude de performance. 1 Le quatrième chapitre évaluera les performances de l’unité de traitement qui sera implantée, en outre les paramètres de marche âpres le démarrage pour l’unité de réaction-filtration et l’unité de concentration Enfin, une conclusion générale et des recommandations clôtureront le rapport. Première Partie Présentation du groupe OCP 2 I. Présentation du groupe OCP : Le Groupe Office Chérifien des Phosphates OCP est spécialisé dans l’extraction, la valorisation et la commercialisation du phosphate et de ses produits dérivés. Chaque année, plus de 23 millions de tonnes de minerais sont extraites du sous-sol marocain qui recèle les trois-quarts des réserves mondiales. Le Groupe OCP est le premier exportateur mondial de phosphate sous toutes ses formes avec 95% de sa production écoulée en dehors des frontières nationales. Le groupe réalise un chiffre d’affaires annuel d’environ 1,3 milliard de dollars. Le phosphate provenant des sites de Khouribga, Benguérir, Youssoufia ou Boucraâ, subit une ou plusieurs opérations de traitement (criblage, séchage, calcination, flottation, enrichissement à sec…) pour être ensuite exporté tel quel ou bien livré aux industries chimiques du Groupe, à Safi ou à Jorf Lasfar, pour sa transformation en produits dérivés: acide phosphorique de base, acide phosphorique purifié, engrais solides. Le pôle chimie de Safi nommé Maroc Phosphore Safi comprend trois divisions : Maroc Chimie Maroc Phosphore I Maroc Phosphore II Nous avons effectué notre stage de fin d’études au sein de la division Maroc Phosphore II. II. Division Maroc Phosphore II Safi : Créée en 1981, Maroc Phosphore II est la division la plus récente du pôle chimie Safi. Elle produit de l’acide phosphorique à partir du phosphate de Benguerir. L’organigramme suivant illustre l’organisation de cette division : 3 Figure 1 : organigramme de la division Maroc Phosphore II La division comprend trois services : Service Production Service Matériel Service Amélioration technique 1.1. Service Production : 1.1.1. Laverie Il est constitué de quatre lignes de traitement pour le phosphate de Benguerir, sa production nominale et de 360 tonnes/h. Le but du lavage est d’enrichir le phosphate en P2O5 en vue de satisfaire aux exigences du procédé de fabrication de l’acide phosphorique : Une teneur en P2O5 > 30.6% Une teneur en MgO < 0.65% Une teneur en SiO2 < 7% Une teneur en Cl-< 500ppm 4 1.1.2. Atelier sulfurique Il est constitué de trois unités de production nominale de 1700 T/j selon le procédé simple absorption. Il assure en outre la production de la vapeur haute pression (57 bar à 490°C) à partir des chaudières de récupération. La production de l’acide sulfurique est nécessaire pour la production de l’acide phosphorique. 1.1.3. Atelier phosphorique : L’atelier phosphorique de la division MPII a été conçu pour la production d’un acide titrant 54% en P2O5 selon le procédé NISSAN. L’atelier phosphorique est constitué de trois lignes de broyage, trois lignes de réaction et quatre lignes de concentration, chaque ligne est approvisionnée en phosphate issu de la laverie et en acide sulfurique issu de l’atelier sulfurique. Sa production et de 1500 T P2O5/j. 1.1.4. Atelier énergie et fluides Constitué d’une centrale thermoélectrique, d’une unité de traitement d’eau douce et d’une station de pompage d’eau de mer. Cet atelier permet d’alimenter le complexe de toutes les utilités dont il a besoin, à savoir : Les différentes qualités d’eau : eau filtrée, eau déminéralisée, eau d’alimentation, La vapeur MP, L’air comprimé, L’énergie électrique fournie par deux groupes turboalternateurs. Aussi, la centrale thermoélectrique dispose d’une chaudière auxiliaire de capacité 50T/h, assurant, l’appoint de vapeur en cas d’arrêt d’une ligne sulfurique ou pour le démarrage du complexe. III. Procédé de production de l’acide phosphorique Les procédés de fabrication de l’acide phosphorique sont classés en deux grandes catégories : les procédés de voie sèche et les procédés de voie humide. 3.1. Les procédés de voie sèche : 5 Dans ces procédés (appelé aussi voie thermique), le phosphore contenu dans le phosphate est sublimé par chauffage à haute température en présence de carbone sous forme de coke. La réaction chimique qui se produit à pour stœchiométrie l’équation suivante : Ca3 (PO4) 2+3SiO2+5C+chaleur 3(CaO.SiO2) +5CO+P2 (R1) Cette transformation est réalisée dans un four électrique porté à 1500°C. À cette température, le silicate de calcium, les sels et les oxydes du minerai sont à l’état fondu et forme un « laitier », tandis que l’oxyde de carbone et le phosphore sont volatilisés. Le phosphore est ensuite séparé à 45°C dans une tour arrosé à l’eau fraiche. Le phosphore liquide ainsi obtenu alimente le brûleur d’un four de combustion où, en présence d’oxygène provenant d’air injecté dans le four, il se transforme en P2O5 selon la réaction : P2+5/2O2 P2O5 (R2) Les gaz de cette combustion sont ensuite introduits dans une autre colonne arrosée à contre-courant par l’eau dispersée en gouttelettes pour l’absorption de P2O5 selon l’équation : P2O5 +3H2O 2H3PO4 (R3) Ce procédé permet de fabriquer de l’acide phosphorique de grande pureté mais consomme une quantité considérable d’énergie conférant à l’acide produit un prix élevé. 3.2. Les procédés de voie humide : Ces procédés utilisent l’attaque du minerai de phosphate par un acide fort. Ce sont les trois grands acides minéraux qui sont utilisés : l’acide chlorhydrique, l’acide nitrique et l’acide sulfurique. L’attaque à l’acide chlorhydrique est représentée par l’équation : H2O Ca3 (PO4)2 + 6HCl 3CaCl2 + 2H3PO4 (R4) Ce chlorure de calcium ainsi produit est presque sans valeur et soluble dans la solution d’acide phosphorique produite. Sa séparation est très difficile et par conséquent ce procédé est peu utilisé. 6 L’attaque à l’acide nitrique est décrite par l’équation : H2O Ca3 (PO4) 2 + 6 HNO3 3Ca (NO3) 2 + 2H3PO4 (R5) Il y a production du nitrate de calcium qui est soluble dans la solution d’acide phosphorique, pour l’en extraire sous forme de cristaux par exemple, il faut refroidir rigoureusement la solution, ce qui rend le procédé onéreux et peu pratiqué. L’attaque à l’acide sulfurique : Cette attaque entraîne, quant à elle, l’apparition de sulfate de calcium dans l’acide phosphorique fabriqué. Suivant la température de réaction, ce sulfate de calcium est plus ou moins hydraté : A T< 90 °C, il est sous forme de dihydrate (CaSO4.2H2O), ou de gypse : Ca3 (PO4)2 + 3H2SO4+ H2O 3CaSO4.2H2O + 2H3PO4 (R6) A 90°C<T>150°C), il est sous forme d’hémihydrate ou plâtre (CaSO4.1/2H2O), Ca3 (PO4)2 + 3H2SO4 + H2O 3CaSO4.0.5 H2O +2H3PO4 (R7) A (T>150°C) sous forme d’anhydrite ou sulfate de calcium anhydre : CaSO4.Ca3 (PO4) 2 + 3H2SO4 + H2O 3CaSO4 + 2 H3PO4 (R8) L’attaque sulfurique présente le grand avantage que le sulfate de calcium produit est quasiment insoluble dans la solution d’acide phosphorique et par conséquent s’en sépare très aisément par précipitation sous forme solide. Ce sous-produit peut trouver des utilisations intéressantes dans la fabrication des matériaux de construction (ciment blanc, plâtre …). Un autre avantage non négligeable réside dans la synthèse de H2SO4 qui assure au complexe son autonomie énergétique en besoin d’électricité et de vapeur d’eau. Ainsi, la très grande majorité des installations de production d’acide phosphorique de par le monde utilisent l’acide sulfurique comme acide d’attaque. IV. description du procédé de Maroc phosphore II : 7 Introduction La fabrication de l’acide phosphorique à Maroc phosphore II s’effectue par attaque sulfurique selon le procédé NISSAN. Les étapes de production sont : le broyage la réaction- filtration-désulfatation. la concentration la uploads/Industriel/ chapitre-1 5 .pdf