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Les compléments et le stockage des gaz naturels Réalisé par: CHEBOUKI Sawsen G0

Les compléments et le stockage des gaz naturels Réalisé par: CHEBOUKI Sawsen G02 République Algérienne Démocratique Populaire Université de Kasdi Merbah Ouargla Faculté des hydrocarbures, sciences de la terre et des énergies renouvelables Département de Production Module : Production de gaz Sous la supervision de Mm Robei Année universitaire : 2018/2019 1 1. INTRODUCTION : Le gaz naturel est un combustible fossile constitué d'un mélange d'hydrocarbures gazeux, dont le méthane (CH4) est l'un des principaux composants. Formé par la transformation d'organismes morts il y a des millions d'années, le gaz naturel se trouve dans divers réservoirs souterrains, parfois associé à du pétrole. Le gaz naturel est exploité pour la production de chaleur et d'électricité, ainsi que dans le cadre de processus industriels. L'usage du gaz naturel s'est accru dans le contexte de prise de conscience environnementale de ces dernières décennies. Cet hydrocarbure est en effet moins polluant et moins riche en CO2 que les autres hydrocarbures (charbon, pétrole). En outre, ses réserves sont plus importantes que celles du pétrole. Le gaz naturel est une énergie d'utilisation souple, offrant des réserves abondantes et émettant moins de CO2 que le pétrole pour une même quantité d'énergie dégagée. À ce titre, il joue un rôle important dans la transition énergétique en attendant le déploiement de nouvelles énergies à contenu moindre en carbone. Le gaz naturel permet d'aider à répondre à l'accroissement de la demande énergétique mondiale, tout en répondant aux besoins de respect de l'environnement. Pour une bonne exploitation, il est nécessaire de mettre en compte la qualité et la sécurité des produits pétroliers tell que le gaz naturel. 2 2. Propriétés physiques des gaz naturels : Le gaz naturel est un combustible gazeux, issu de gisements naturels, composé essentiellement de méthane (près de 90%), d’éthane (entre 5 et 10 %), et de moins de 1% de butane, propane et azote. Le Gaz Naturel Liquéfié(GNL) est du gaz naturel rendu liquide par refroidissement à - 162°C. Ainsi, il peut être transporté à l’état liquide. L’intérêt de ce changement d’état est que, pour une même quantité de gaz naturel, le volume de GNL est environ 600 fois inférieur à celui de son état gazeux. Son stockage est réalisé au sein d’un réservoir réfrigérant 1à pression atmosphérique 2 ou sous faible pression (jusqu’à 750 mbar eff environ). Sa masse volumique (liquide) est de l’ordre de 450 kg/m3. La masse volumique des vapeurs de GNL à -160°C est d’environ 1,7 kg/m3. De plus, il est plus lourd que l’air lorsqu’il est froid, aura donc tendance à rester près du sol. La masse volumique des vapeurs de GNL à 20°C est d’environ 0,72 kg/m3. Le gaz, plus léger que l’air, aura donc tendance à se disperser rapidement. Les vapeurs de GNL deviennent plus légères que l’air en se réchauffant au contact de l’environnement (air, eau, sol…), leur masse volumique atteignant celle de l’air aux environs de -100°C. La rapidité du réchauffage dépend des conditions atmosphériques (températures, vitesse du vent…). Le marché du gaz naturel est en croissance, avec une prévision d'une augmentation de la demande en gaz de 1,6 % pour le gaz naturel et de 3 % pour le gaz naturel liquéfié. Afin de répondre à cette demande, à un horizon 2035, les capacités de traitement à installer constituent un enjeu majeur pour les opérateurs gaziers et pour les fournisseurs de technologies. La chaîne de traitement du gaz naturel, depuis la tête de puits jusqu'à une utilisation commerciale, comporte plusieurs étapes successives qui vont dépendre de la nature du gaz (composition H2S, CO2 , COS, mercaptans, hydrocarbures lourds, aromatiques...), des conditions de disponibilité (température, pression, débit), de l'application visée (gaz naturel liquéfié ou non) et des spécifications imposées, du fait de l'application visée mais aussi variables selon les pays. Le choix des technologies est donc dépendant de critères techniques mais aussi de critères économiques. 3 3. Les compléments de gaz naturel : L'objectif de la chaîne de traitement du gaz est de :  Désacidifier le gaz brut (élimination du CO2 et de l'H2S) afin de répondre aux spécifications requises pour une utilisation, mais aussi afin de pouvoir transporter le gaz ou le liquéfier ;  Éliminer les composés soufrés tels que les mercaptans, le sulfure de carbonyle (COS) ou le disulfure de carbone (CS2) qui sont présents en faibles teneurs mais contribuent à la teneur en soufre total dans le gaz ;  Déshydrater le gaz ;  Dégasoliner le gaz traité afin de récupérer les hydrocarbures liquides valorisables ;  Traiter le gaz acide issu de l'étape de désacidification par une chaîne de production du soufre permettant de minimiser les rejets de gaz soufrés à l'atmosphère (H2S, SO2). Figure 1: chaine de GNL Pour une question de sécurité des produits d'origine pétrolière particulièrement malodorants sont ajoutés au deux types de gaz :  Le Gaz naturel en compteur, gaz de ville, gaz canalisé GRDF  Propane en citerne gaz GPL ou compteur de gaz liquéfié 4 Tous les gaz deviennent explosifs dès lors que leur mélange dans l’air atteint une certaine concentration appelée L.I.E : Limite Inférieure d’Explosion. Le Méthane (le gaz naturel) devient fortement explosif lorsqu’il se mélange à l’air ambiant dans une proportion de 5 à 15 %. Ces deux gaz sont normalement inodores. Les gaz combustibles gaz naturel et gaz propane ainsi additivés possèdent une odeur caractéristique qui permettent de les détecter même à faible concentration dans l’air. Une simple fuite est ainsi facilement repérable grâce à leur odeur forte. La limite inférieure d'explosion LIE est l'une des caractéristiques des gaz de chauffage particulièrement explosifs qui demandent donc un respect des règles de sécurité. Tous les gaz deviennent explosifs dès lors que leur mélange dans l’air atteint une certaine concentration appelée L.I.E : Limite Inférieure d’Explosion. Le Méthane (le gaz naturel) devient fortement explosif lorsqu’il se mélange à l’air ambiant dans une proportion de 5 à 15%.  Le Butane : concentration entre 1,8 % et 8,8 %.  Le Propane : concentration entre 2,4 % et 9,3 %. 4. Risques liés au Gaz naturel : Les vapeurs de GNL sont inflammables, pour des concentrations volumiques dans l’air de 5% à 15%. La formation d’un nuage inflammable de vapeurs de GNL est la conséquence d’un déversement de GNL hors de son confinement. La formation du nuage est consécutive aux étapes suivantes :  Déversement avec vaporisation partielle avant contact avec le sol,  Formation et vaporisation d’une nappe liquide au contact du sol,  Formation d’un nuage inflammable et dense de vapeurs de GNL par mélange avec l’air ambiant. Lors d’un tel déversement, une faible part de la masse GNL se vaporise avant de toucher le sol (ou l’eau) tandis que la majeure partie tombe au sol (ou sur l’eau). Au contact de la surface, celle-ci échange de la chaleur avec le GNL très froid, qui par conséquent se réchauffe et se vaporise. Lors d’un déversement massif, la chaleur apportée par la surface n’est pas suffisante pour vaporiser instantanément le GNL qui vient à son contact. Le GNL s’accumule 5 alors à la surface en formant une nappe dont l’extension croît rapidement, pour se stabiliser lorsque le débit de vaporisation du GNL devient égal au débit d’alimentation de la nappe. La nappe atteint alors une phase d’équilibre qui dure tant que le débit d’alimentation se maintient, puis se réduit rapidement pour disparaître enfin. Lors d’une inflammation d’un nuage de vapeurs de GNL, la flamme tend à remonter progressivement vers la source d’émission ce qui tend à générer un feu de nappe. Le feu de nuage peut aussi être initiateur d’un incendie. Les feux de nappe de GNL sont des feux très intenses avec des émissivités très supérieures à celles de feux d’hydrocarbures classiques. Les moyens de secours (en particulier production de mousse) doivent en tenir compte (systèmes fixes actionnables à distance à privilégier). Les installations de GNL ne sont généralement pas sujettes au risque de BLEVE dans la mesure où elles ne sont pas dimensionnées pour résister à une montée en pression 3. Les stockages sont susceptibles d’être exposés au risque de « roll-over » ou « basculement de couches » pouvant engendrer une forte pression dans le réservoir par augmentation brutale de la quantité de gaz évaporé. Le GNL ne réagit pas avec l’air, l’eau, l’eau salée ; l’eau peut cependant geler ou former des hydrates. Sous certaines conditions, lorsque le GNL est mélangé à l’eau, il peut se produire des Transitions Rapides de Phase, sortes d’explosions (mais sans phénomène de combustion) provoquant une onde de choc et des projections d’eau, de GNL, de gaz, mais dont les effets sont limités au champ proche. Les vapeurs de GNL sont incolores, quasiment inodores, non toxiques. Cependant, à cause de leur très basse température, les vapeurs de GNL condensent l’eau contenue dans l’air, ce qui provoque l’apparition d’un nuage visible (brouillard). Il existe un risque d’anoxie (asphyxie par manque d’oxygène) si la concentration en CH4dans l’air dépasse 15 à 20% (donc très au-dessus de la LIE). Du fait de sa très basse uploads/Industriel/ production-de-gaz.pdf