MEMOIRE FINALE.pdf

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE

SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE MOHAMED KHIDER BISKRA

FACULTE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE

DPARTEMENT DE CHIMIE INDUSTRIELLE

Mmoire de fin dtudes

En vue de lobtention du diplme

Master En Gnie des procds

Option : Gnie chimique

THEME

Promotion Juin 2012

CALCUL DES PARAMTRES DE FONCTIONNEMENT

DU DPROPANISEUR (UNIT (38) ; TRAITEMENT DE GPL)

"MODULE III HASSI RMEL"

Devant le jury compos de:

M r

.NEDJAR Zohir Prsident

M r

.BENDJAOUAHDOU Chaouki Rapporteur

Melle

.GHEBGHOUB Fatima Examinateur

Prsent par :

CHEBLI Laid et ABBASSI Youcef

i

TABLE DE MATIRE .........................................................................................................i

LISTE DES TABLEAUX .................................................................................................. iii

LISTE DES FIGURES ........................................................................................................ v

INTRODUCTION GNRALE.......................................................................................... 1

-1.Introduction ...................................................................................................................... 2

-2.Le gaz naturel dans le monde ............................................................................................ 2

-3.Le gaz naturel en Algrie .................................................................................................. 4

-4.Caractristiques du gaz naturel .......................................................................................... 7

-1.Situation gographique .................................................................................................... 9

-2.Historique et Dveloppement du champ de Hassi Rmel ................................................ 10

-3.Exploitation du champ de Hassi Rmel ......................................................................... 11

II-4.Technique de traitement du gaz naturel .......................................................................... 14

II-4.1.procd HUDSON ..................................................................................................... 14

II-4.2.procd PRITCHARD ................................................................................................ 14

-5.Spcification du gaz brut de Hassi Rmel ....................................................................... 15

II-6. Description gnrale de l'usine MPP III ........................................................................ 16

II-6.1.Introduction ................................................................................................................ 16

II-6.2.Spcifications des produits finis .................................................................................. 17

II-6.3.Description du procd ............................................................................................... 18

III-1.Dfinition ..................................................................................................................... 20

III-2.Origine du GPL ............................................................................................................ 20

III-3.Caractristique du GPL................................................................................................. 20

III-4.Utilisation du GPL........................................................................................................ 21

III-5.Avantages et inconvnients techniques des GPL ........................................................... 22

III-6.GPL en Algrie ............................................................................................................ 22

III-6.1.Production des GPL issus des champs........................................................................ 23

III-6.2.Demande nationale des GPL ...................................................................................... 23

III-7.Consommation mondiale de GPL ................................................................................. 24

CHAPITRE I : GAZ NATUREL DANS LE MONDE ET EN ALGERIE

CHAPITRE I : GAZ NATUREL DANS LE MONDE ET EN ALGERIE

CHAPITRE II : PRESENTATION DU CHAMP DE HASSI R'MEL

CHAPITRE III : GENERALITES SUR LE GAZ DE PETROLE LIQUEFIE

ii

IV-1.Introduction .................................................................................................................. 25

IV-2.Dfinition de la rectification ......................................................................................... 25

IV-3.Colonne de rectification ............................................................................................... 25

IV-3.1.Description et fonctionnement ................................................................................... 26

IV-4.Types de colonnes de rectification ................................................................................ 27

IV-4.1.Colonnes plateaux................................................................................................... 27

IV-4.2.Colonnes garnissage ............................................................................................... 28

IV-5.Bilan matire de la colonne .......................................................................................... 29

IV-5.1.Bilan matire de la zone de rectification .................................................................... 30

IV-5.2.Bilan matire de la zone dpuisement ....................................................................... 30

IV-6.Choix de la pression dans la colonne ............................................................................ 32

IV-7.Rgime de temprature de la colonne de rectification ................................................... 33

IV-8.Taux de vaporisation et composition des phases liquide et vapeur de la charge ............. 34

IV-9.Fonctionnement dune colonne reflux minimal .......................................................... 35

IV-10.Taux de reflux optimal ............................................................................................... 35

V-1.spcification des produits ............................................................................................... 37

V-2.Description des installations .......................................................................................... 37

V-3.Procde.......................................................................................................................... 37

V-4.Section de chargement de butane ................................................................................... 38

VI.Partie de calcul ............................................................................................................... 39

VII.Modlisation De Lunit Dpropanisation Par Le Logiciel HYSYS ............................ 51

CONCLUSION GNRALE ........................................................................................... 60

LES ANNEXES

LISTE DES RFRENCES

CHAPITRE V : DESCRIPTION DE LA SECTION DU DEPROPANISATION

CHAPITRE VI : PARTIE CALCUL

CHAPITRE VII : MODLISATION DE LUNIT 38 PAR LE LOGICIEL HYSYS

CHAPITRE IV : LA RECTIFICATION

iii

Tableau (I-2.3): Demande mondiale de gaz naturel par rgion ...............................................4

Tableau (II.5) : Spcifications du gaz brut de Hassi Rmel. ................................................. 15

Tableau (III-7) : Consommation mondiale des GPL ............................................................ 24

Tableau (IV-6.1) : Diffrent valeurs des pressions dans la colonne de rectification : ............ 33

Tableau (IV-6.2) : Equations des isothermes pour les diffrentes parties de la colonne ........ 33

Tableau (VI-1.1) : Composition molaire de lalimentation ................................................... 39

Tableau (VI-2.1) : Quantits massiques et molaires des constituants ................................... 40

Tableau (VI-2.2) : Composition des constituants ................................................................. 43

Tableau (VI-2.3.1) : Coefficients dquilibre 18.2 bar et 45C .......................................... 44

Tableau (VI-2.3.2) : Coefficients dquilibre 18.5 bar et 51.5C ....................................... 45



Tableau (VI-2.4.1) : Volatilit relative des constituants aux diffrences niveaux de la

colonne..47

Tableau (VI-2.5.1) : Taux de vaporisation . ....................................................................... 47

Tableau (VI-2.6.1) : Taux reflux minimal. ........................................................................... 48

Tableau (VII-1.1) : Paramtres de la colonne C801 en fonction de la temprature

dalimentation selon le cas DESIGN. .................................................................................... 52

Tableau (VII-1.2) : Composition dalimentation selon le cas DESIGN. ............................... 53

Tableau (VII-1.3) : Composition molaire des produits finis daprs le cas DESIGN. .......... 53

Tableau (VII-2.1) : Compositions molaires des produites finis daprs la simulation du cas

design selon lquation de Peng-Robinson. ........................................................................... 54

Tableau (VII-2.2) : Comparaison entre les nergies du cas DESIGN et cette trouves par la

simulation selon lquation Peng-Robinson. ......................................................................... 54

Tableau (VII-2.3) : Rsultats des paramtres simuls du cas DESIGN donns par le logiciel

HYSYS. ............................................................................................................................... 55

iv


dalimentation selon le cas actuel. ......................................................................................... 56

Tableau (VII-3.2) : Composition de lalimentation de la colonne est obtenue par les analyses

chromatographiques au niveau du laboratoire du module 3 (14/02/2012). ............................. 56

Tableau (VII-3.3) : Comparaison entre les paramtres simuls du cas actuel donns par le

logiciel HYSYS et ceux donner par le DCS. ....57

v

Figure (I-3.3) : Rpartition des rserves gazires en Algrie. .................................................6

Figure (II.1) : Situation gographique. ...................................................................................9

Figure (II.3) : Exploitation du champ de Hassi Rmel ......................................................... 12

Figure II.3 : Schma gnrale du module ............................................................................ 16

Figure (III-6.2.1) : Demande nationale des GPL. ................................................................. 23

Figure (III-6.2.2) : Rpartition de la demande du GPL ........................................................ 24

Figure (IV-5) : Schma de la colonne de rectification. ......................................................... 29

Figure (VII-1.1) : Schma gnrale de la section de dpropaniseur (lunit 38) donns par le

Logiciel HYSYS................................................................................................................... 52

Figure (VII-3.1) : Profil de temprature ............................................................................... 57

Figure (VII-3.2) : Profil de pression .................................................................................... 58

Figure (VII-3.3) : Profil des dbits liquide et vapeur. ........................................................... 58

Figure (VII-3.4) : Profil de la composition. ......................................................................... 58

1

Le gaz naturel, une nergie primaire non renouvelable bien repartie dans le monde,

propre et de plus en plus utilise, il est connu depuis lAntiquit, son utilisation sest

gnralise surtout aprs la seconde guerre mondiale. Il dispose de nombreux avantages :

Abondance relative, souplesse dutilisation, prix comptitifs en tant que combustible cest un

mlange de constituants la phase gazeuse avec 75% 95% de mthane; un pourcentage non

ngligeable de CO2 et de H2O ainsi que des traces de certains lments mtallique ; sous cette

forme il est pratiquement inutilisable, donc il faut le traiter pour obtenir les gammes des

produits consommables.

Le march international demande un traitement rigoureux, afin que le transport et la

distribution se font par canalisation de gaz naturel est caractris par certaines spcifications

notamment le pouvoir calorifique, la teneur C5+ et la teneur en eau.

Pour obtenir du gaz ON SPEC le gaz brut venant des puits subit un traitement en

chane pour liminer leau et rcuprer les fractions dhydrocarbures lourdes (condenst et

GPL).

La sparation de GPL ncessite une colonne nombre de plateau lev (43 plateaux) a

cause du point dbullition proche de Propane et Butane, et cette colonne sera lobjet de notre

tude.

Il nous t propos dtudier la possibilit dactualiser lunit de dpropaniseur afin

de conserver la composition du butane demand par NAFTAL diffrentes saisons ( t-

hiver).

Dans la perspective de cette tude, le calcul sest bas sur :

La dtermination des paramtres (T,P) dans la colonne et dans le ballon de reflux.

Modlisation de la section de dpropaniseur par le logiciel HYSYS.

Pour ce faire, On peut dire que le travail se divisera en deux parties, une partie thorique

contient une gnralit sur le gaz naturel et le GPL, et aussi la prsentation de champ

HASSI RMEL et description de lunit Dpropanisation, et en fin la thorie de rectification.

Et lautre partie est base sur la dtermination des diffrents paramtres opratoires et en

outre la modlisation du dpropaniseur par le logiciel HYSYS.

2

. GAZ NATUREL DANS LE MONDE ET EN ALGERIE

-1.Introduction :

Le gaz naturel est une nergie primaire bien rpartie dans le monde, propre et de plus en

plus utilise. Elle dispose de nombreuses qualits abondance relative, souplesse dutilisation,

qualits cologiques, prix comptitifs. La mise en uvre de cette nergie repose sur la

matrise technique de lensemble de la chane gazire, qui va de lextraction aux utilisateurs,

en passant par le stockage, le transport, et la distribution.

Le gaz naturel est une nergie fossile comme la houille, le charbon ou le lignite. Cest

un mlange dont le constituant principal de 75 % 95 % de mthane (CH4). [5]

-2.Le gaz naturel dans le monde :

-2.1.Rserves de gaz :

La comparaison des taux d'puisement des ressources d'hydrocarbures montre que le

gaz naturel est une ressource nergtique relativement peu exploite par rapport au ptrole

brut.

En janvier 2004 les rserves totales de gaz dans le monde sont estimes 202,404 Gm3

plus de 2,2% par rapport l'anne de 2000 dont 146,800 Gm3 de rserves rcuprables

prouves. Les rserves prouves de gaz reprsentent, en quivalent nergtique, plus de 95 %

des rserves prouves de ptrole brut.

La plus forte part (40%) des rserves totales se trouve en Europe de l'Est, Asie du Nord.

En ce qui concerne les rserves prouves, elles se situent pour 38% en Europe de l'Est, Asie

du Nord et 31% au Proche-Orient, les parts des autres rgions tant toutes infrieures 10%.

Par comparaison avec le ptrole brut, dont les deux tiers des rserves prouves se

trouvent au Proche-Orient, le gaz naturel reprsente une diversification gographique des

sources d'nergie dans le monde.

Aprs trois annes de production, les rserves estimes ont encore augment de 4% par

rapport celles de janvier 1999. L'augmentation est particulirement importante dans les

rgions d'Europe de l'Est Asie du Nord et d'Amrique du Nord.

3

Cette augmentation suit et confirme celle de 22% constate en 1996 et 1999 et tient en

grande partie l'impact des nouvelles technologies sur le niveau de rcupration des rserves

avec des prix des nergies quasiment stables : l'essentiel de l'volution est d des nouvelles

estimations des ressources des champs de gaz dj connus.

-2.2. Production mondiale du gaz naturel :

La concentration de la production de gaz naturel dans deux pays CEI (communaut des

tats indpendants) et les Etats Unis qui contribuent pour plus de 50% la production

annuelle est trs frappante.

Le classement des pays producteurs illustre surtout les problmes lies au cot lev du

transport du gaz naturel hors CEI et USA. Les principaux producteurs sont proches des grands

marchs consommateurs : Canada, Pays- Bas, Royaume-Uni et Algrie.

L'offre mondiale crot rapidement pour se situer dans l'intervalle 2520-2890 Gm3/an en

2000, puis dans l'intervalle 2960-3640 Gm3/an en 2010. Cette croissance se ralentit ensuite

dans les deux scnarios, le niveau d'offre potentielle en 2030 tant compris entre 3110 et 4130

Gm3/an

-2.3.Demande actuelle de gaz naturel :

Entre 1985 et 1995, la demande mondiale d'nergie a augment un rythme moyen de

1,6 % par an. Durant la mme priode, la croissance a t de 2,2% par an pour le gaz naturel

dont la consommation a atteint 2120 Gm3 en 1996, soit presque 23 % de la demande

d'nergie. Cette croissance de la demande de gaz est proche des prvisions court terme des

tudes ralises au triennat prcdent. Elle est observe en toutes rgions, sauf toutefois en

Europe de l'Est, et en Asie du Nord o une diminution importante a t enregistre durant le

dernier triennat.

4

Tableau (I-2.3): La Demande mondiale de gaz naturel par rgion. [3]

Unit : Gm3 (10

9m

3) Ralis Potentiel

Anne 1994 1995 2000 2010 2020

Afrique 43 49 68 105 145

Asie Centrale & de l'Est 139 145 233 342 441

Asie du Sud Est & Ocanie 68 74 103 132 157

Europe de l'Est - Asie du Nord 548 522 614 740 812

Proche-Orient 128 144 203 278 337

Amrique du Nord 698 727 760 899 980

Amrique du Sud 68 75 99 134 164

Europe Centrale & Occidentale 356 384 467 560 614

Monde 2,048 2,120 2,547 3,190 3,650

-3.Le gaz naturel en Algrie :

-3.1.Introduction :

LAlgrie a une importante industrie du gaz naturel avec un important producteur de

gaz au niveau mondial.

A la fin de 1953, plusieurs compagnes sismique aboutirent la mise en vidence

dune zone haute pouvant constituer un anticlinal, notamment dans la rgion de HASSI

RMEL, un premier forage (HR1) a t ralis en 1956. Huit puits sont alors raliss,

dlimitant ainsi une structure anticlinale constituant un grand rservoir de gaz.

Ce premier dveloppement du champ permet de prciser les niveaux gologiques et

dapprofondir les connaissances sur le rservoir et son effluent.

5

Quatre puits sont relies un centre de traitement permettant lexploitation commerciale

du champ, Ds fvrier 1961 deux units livrent du gaz GL4-Z travers un gazoduc reliant

HASSI-RMEL ARZEW, le condenst tait vacu HAOUDH EL HAMRA via

loloduc N8 .

Depuis la mise en exploitation, plusieurs tapes ont t marques avant datteindre la

phase actuelle de dveloppement.

De 1961 1971, la production annuelle de gaz brut passe de 0,8 3,2 milliards de m3 et

celle du condenst passe de 126 000 623 000 tonnes.

De 1971 1974 : des tudes des rservoirs permettent de dfinir le mode dexploitation

du champ.

En 1974, paralllement ces tudes, une extension du centre de traitement tait ralise

par ladjonction de six nouvelles units dune capacit totale de 300.106 m3/j.

Un programme de forage complmentaire tait port sur 23 nouveaux puits raliss

entre 1971 et 1974.

Depuis 1980, lAlgrie est devenue lun des grands exportateurs mondiaux de gaz

naturel. Une particularit souligner est que lAlgrie a pu raliser diverses installations de

liqufaction de gaz naturel qui lui permettent de le commercialiser sous forme liquide et le

transporter dans des mthaniers vers le march extrieur (Etats-Unis, Europe.. etc.).

Paralllement ce mode de transport lAlgrie a pu transporter son gaz par des

gazoducs reliant directement HASSI-RMEL lEurope, cest ainsi quelle exploite

actuellement le fameux gazoduc transmditerranen qui relie lAlgrie lItalie et la Slovnie

via la Tunisie et lEspagne via la Maroc.

-3.2.Richesse Algrienne en gaz naturel :

LAlgrie possde des rserves immenses en gaz naturel savoir le champ de HASSI-

RMEL, qui est le plus grand lchelle mondiale et celui de AIN-SALAH qui sera exploit

en lan 2002. LAlgrie est place au quatrime rang, en possdant 10% environ des rserves

mondiales.

Lexploitation de gaz naturel en provenance de lAlgrie atteindra 80 milliards m3 de

production. Autrement dit lAlgrie deviendra le premier exportateur dans ce secteur.

6

-3.3.Les rserves gazires en Algrie:

En janvier 2003 les rserves prouves de gaz naturel sont estimes 4,077.109 m3. Au

cours des dix dernires annes les bassins de BERKINE et d'ILLIZI ont enregistr les taux de

russite les plus leves dans l'exploration, avec respectivement 51% et 50%. Parmi les autres

bassins de BERKINE qui se classent comme les plus fructueux figure le bassin dOUED

MYA ou ils ont effectu une autre dcouverte de gaz et de ptrole en 2002, ainsi que les

bassins de TIMIMOUN et HASSI MESSAOUD.

Il est estim actuellement que des investissements de l'ordre de 7Milliards de $ devront

tre dbloqus les prochaines annes afin de dvelopper toutes les dcouvertes ralises. [2]

Figure (I-3.3) : Rpartition des rserves gazires en Algrie

7

-4.Caractristiques du gaz naturel :

Au stade final de son exploitation, le gaz naturel peut tre caractris par les proprits

suivantes :

-4.1.Densit :

Pour un gaz elle est dfinie par le rapport de sa masse volumique celle de l'air dans

les conditions dtermines de la temprature et de la pression.

-4.2.Pouvoir calorifique :

C'est la quantit de chaleur dgage par la combustion d'une unit de volume du gaz,

mesure dans les conditions de rfrence. Le pouvoir calorifique pour le gaz naturel s'exprime

en (j/m3).

Il existe deux valeurs de pouvoir calorifique :

-4.2.1.Pouvoir calorifique suprieur (PCS):

C'est la quantit de chaleur dgage lorsque tous les produits de combustion sont

ramnes la temprature ambiante, l'eau forme tant liquide.

-4.2.2.Pouvoir calorifique infrieur (PCI):

C'est la quantit de chaleur dgage lorsque tous les produits de combustion sont

ramnes la temprature ambiante, l'eau reste l'tat vapeur.

-5.Les types de gaz naturel :

La prsence et l'apparition d'une phase liquide avec le gaz selon les conditions de

pression et la temprature dans le rservoir de gisement et en surface conduit distinguer.

-5.1.Le gaz sec :

Dans les conditions de production de ce gaz, il n'y a pas une formation de phase liquide

et le gaz est concentr en mthane et contient trs peu d'hydrocarbures plus lourds que

l'thane.

8

-5.2.Le gaz humide :

Dans les conditions de production de ce gaz, il y'a une formation de phase liquide dans

les conditions de surface et le gaz est moins concentr en mthane.

-5.3.Le gaz condenst :

Dans les conditions de production de ce gaz, il y'a une formation de phase condense

riche en constituants lourds dans le rservoir.

-5.4.Le gaz associ :

C'est un gaz de couverture qui existe avec la phase d'huile dans le rservoir d'huile

(Gisement de ptrole). [8]

9

.PRESENTATION DU CHAMP DE HASSI R'MEL

-1.Situation gographique :

Hassi Rmel est situe environ 550 km au sud de la capitale une altitude moyenne

de 760 m, le paysage est constitu dun vaste plateau rocailleux. Son climat est caractris par

une humidit moyenne de 19% en t et 34% en hiver, les variations de temprature son -5C

en hiver 45C en t. [4]

Figure (II.1) : La Situation gographique.

10

-2.Historique et Dveloppement du champ de Hassi Rmel :

Les tudes du gisement ont prouv que le rservoir contenait du gaz, du condenst et du

GPL, les richesses initiales taient de 200 g/m3 pour le condenst et de 80 g/m3 pour le

GPL.

Dautres tudes ont mis en vidence la prsence du ptrole brut tout au tour du

gisement, mais plus particulirement dans les parties Est et Sud du champ. On parle

ainsi de prsence danneau dhuile (ptrole brut).

Dans le champ de Hassi Rmel, le premier puits HR1 t for en 1956 sous le sommet

de lanticlinale que constitue le gisement de Hassi Rmel. Ce puits mis en vidence la

prsence de gaz riche en condenst dans le trias grseux une pression de 310 atm et une

temprature de 90C, la profondeur atteinte est de 2332 m qui rvla la prsence dun

rservoir de gaz humide.

Pendant la priode de 1957 1960, furent fors huit puits (HR2, HR3, HR4, HR5, HR6,

HR7, HR8, HR9), qui ont mis jour lexistence de trois rservoirs (A, B, C).

Le dveloppement du champ de Hassi Rmel est troitement li au dveloppement de

lindustrie du gaz dans le monde et les importantes rserves receles par ce gisement, plus de

2800 milliards de m3 ont constitus un atout important pour lancer une politique dindustrie

gazire de grande envergure pour le pays. Trois tapes importantes ont marqus le

dveloppement du champ de Hassi Rmel.

1. Premire tape :

- 1961 : La ralisation dune petite unit de traitement du gaz 1.3 milliards de m3 par

an, cette ralisation a concide avec la construction de la premire usine de liqufaction de

gaz en 1964.

- 1969 : Cette capacit est porte 4 milliards de m3 par an.

2. Deuxime tape :

La capacit de traitement de gaz du champ de Hassi Rmel atteint 14 milliards de m3

par an aprs la nationalisation des hydrocarbures en 1971.

11

3. Troisime tape :

Cette priode a permis de concrtiser un plan de dveloppement qui concerne

lensemble du champ en mesure de rpondre aux besoins nergtiques du pays ainsi quaux

besoins de nos partenaires.

Ce plan permis de doter Hassi Rmel dun modle dexploitation en mesure

doptimiser la rcupration de diffrents produits.

La capacit de traitement a t porte 94 milliards de m3 par an avec :

- La ralisation de 4 complexes de traitement de 20 milliards de m3 par an.

- Le forage de 150 puits producteurs.

- Le forage de 52 puits injecteurs.

- La ralisation de deux stations de rinjection de gaz dune capacit unitaire de 30

milliards de m3 par an.

-3. Exploitation du champ de Hassi Rmel

La forme gomtrique, la nature de leffluent et lhomognit du rservoir du champ

de Hassi Rmel ont conduit au choix dun schma dexploitation alterne comportant trois

zones de production (nord, centre et sud) ; intercales par deux stations de compression et de

rinjection du gaz.

12

Figure (II.3) :Lexploitation du champ de Hassi Rmel

A- Module : Cest le diminutif de Module Processing Plant qui dsigne une unit de

traitement. Il est constitu dun ensemble dquipements conus et raliss pour permettre un

traitement spcifique du gaz, condensat et GPL, conformment un procd appropri et

rpondant aux spcifications commerciales.

Cinq modules sont implants Hassi Rmel. Quatre ont une capacit unitaire de 60

millions de Sm3 /jour. Le cinquime est le module 0 qui a une capacit de 30 millions/jour.

Un sixime module dessert le petit gisement de Djebel Bissa .en rapport avec sa

capacit modeste de 6 millions de m3/jour. Il est dsign par lappellation de centre de

traitement de gaz.

Les modules de traitement de gaz sont relis pour le stockage des liquides au centre de

stockage CSTF.

13

B- Stockage et Transfert des Hydrocarbures : Tout le condensat et le GPL produits par

les diffrents modules sont achemins vers le CSTF : Central Storage and Transfer Facilits

qui est un centre de stockage et transfert des hydrocarbures liquides se trouvant dans la zone

centrale de Hassi Rmel.

Ils y subissent une dernire dcantation pour les dbarrasser des ventuelles quantits

deau rsiduelles, avant de les expdier travers un systme de comptage vers Arzew au

moyen dun Oloduc de 28 pouces pour le condensat et 24 pouces pour le GPL

C- CNDG (Le Centre National de Dispatching Gaz) : Il est constitu dun ensemble

dinstallations pipelines, vannes automatiques, quipements de rgulation, quipements de

comptageetc. commandes partir dune salle de contrle et qui permettent la

rcupration de tout le gaz produit dans le sud Algrien et Hassi Rmel et sa rpartition vers

les diffrents destinataires.

Les centrales de production dlectricit.

Les usines de liqufaction du GN Arzew et Skikda.

Les gazoducs desservant lItalie via la Tunisie

Les gazoducs desservant lEspagne via le Maroc

Les stations de compression et de rinjection de gaz dans les gisements de Hassi RMel.

La consommation domestique et industrielle du pays

D- Station Boosting : Lhistorique de production montre une baisse de pression du

gisement conformment au programme de soutirage.

Les units de traitement de gaz sont conues pour fonctionner une pression minimale

de 100 bars lentre. Tenant compte de ces deux paramtres, le Boosting est une ncessit

incontournable.

Compte tenu du profil de soutirage considr, lchance Boosting a t repousse

2003, moyennant les actions suivantes :

Forage de puits additionnels,

Mise en exploitation du collecteur W8 sur le Module 3, 4

Modification sur le rseau de collecte existant.

14

Le projet consiste en la ralisation de :

Un forage de 59 puits rpartis sur les trois zones: Centre, Nord et Sud. Ce chiffre 59 a t

optimis par modle.

Un nouveau rseau de collectes et la modification du rseau de collectes existant pour le

rendre compatible avec les nouveaux paramtres de service des modules partir de lanne

2003.

Trois stations Boosting implantes au niveau du Module 2, du Module 3 et de la zone

centrale regroupant les Modules 0, 1 et 4.

E- La station compression : Le but de rinjection du gaz sec au niveau du gisement pour

le maintient de pression afin de rcuprer le maximum des liquides (GPL et condensat). La

capacit de rinjections de chaque unit des deux stations de compressions nord et sud est de

90 millions standard de m3/jour. [2]

-4.Technique de traitement du gaz naturel:

-4.1.procd HUDSON:

Il est bas sur le refroidissement du gaz par change thermique et par une srie de

dtentes compltes dune dtente travers une machine appele Joule Thomson qui

permet datteindre un niveau de temprature de -18C puis par Turbo-Expander pour

atteindre une temprature jusqu -38c.

Le procde Hudson est trs performant car il permet une grande rcupration des

hydrocarbures liquides.

-4.2.procd PRITCHARD :

Il est bas sur le refroidissement du gaz par change thermique et par dtente avec

utilisation dune boucle de propane comme systme rfrigrant pour atteindre en fin de cycle

une temprature voisine de 23c.

15

-5.Spcification du gaz brut de Hassi Rmel:

Tableau (II.5) : Les spcifications du gaz brut de Hassi Rmel.

% mol Composants

5,56 N2

0,20 CO2

78,36 CH4

7,42 C2H6

2,88 C3H8

0,62 i-C4H10

1,10 n-C4H10

0,36 i-C5H12

0,48 n-C5H12

0,59 C6H14

0,56 C7H16

0,45 C8H18

0,37 C9H20

0,27 C10H22

0,21 C11H24

0,57 C12 plus

100,00 Total

16

II-6. Description gnrale de l'usine MPP III

Figure II.3 : Schma gnrale du module

II-6.1.Introduction

Lusine MPPIII est un ensemble dinstallations qui permettent de rcuprer les

hydrocarbures lourds (GPL et Condenst) des gaz bruts recueillis partir de nombreux puits

et de produire des gaz traits (gaz de vente ou gaz de rinjections).

Le MPPIII (Modul Processing Plant) se compose de trois trains, chaque train comporte

les mmes appareillages de process et sont de mme capacit. Ce module assure une

production journalire de :

60x106 m3/jour de gaz traite. (Toute fois, il est prvu 65 .106 Sm3 /jour).

1709 tonnes /jour de condenst.

4200 tonnes /jour de GPL.

215 tonnes/jour de butane

Les hydrocarbures liquides rcuprs en GPL et Condenst scoulent vers les

installations centrales de stockage et de transfert (CSTF). On distingue aussi dans ce module

deux types de fonctionnement :

17

Le fonctionnement normal qui se prsente en fonction de la pression dentre du gaz

brut et de pression de sortie du gaz traite

Le fonctionnement spcial qui se prsente dans le cas o un ou plusieurs des

principaux appareillages sont larrt.

II-6.2.Spcifications des produits finis :

II-6.2-1. Spcifications des produits finis :

Lusine en exploitation normale permet dobtenir les produits dont les spcifications

sont les suivantes :

II-6.2-1.1. Spcifications du gaz de vente :

Point de rose : - 6C (max) 80,5 Kg/cm2 G.

Teneur en eau: 50 ppm en volume (Max).

Pouvoir calorifique suprieur : 9350~9450 k cal/m3 :( 15C ,1atm)

Densit : 0.676~0.680

Teneur en

: 0,5 % molaire (max).

II-6.2-1.2. Spcifications du GPL :

Teneur en : 3 % molaire (max).

Teneur en

: 0,5 % molaire (max).

Densit : 0.540~0.547

II-6.2-1.3. Spcification du Condenst :

Tension de vapeur Reid (TVR) :10 Psia (max).

La densit : 0,7040. [1]

18

II-6.3. Description du procd :

Le gaz dalimentation provenant des puits producteurs 81.5 Kg/cm2G et 60 C,

pntre dans les installations sous forme dun mlange tri phasique (gaz, condenst et H2O).

Il est envoy via le collecteur dentrer de la section de Boosting vers chaque unit de

Boosting par le passage travers les ballons de sparation gaz-liquide (D901-A, B/C) qui sert

sparer le liquide en gouttelettes du gaz pour assurer lexploitation des machines

turbocompresseurs.

Le gaz brut comprim par les compresseurs (K901) de 81.5 Kg/cm2G 112 Kg/cm

2G

aprs llimination des liquides par les ballons daspiration (D902) de (K901)

Le gaz brut sort 112 Kg/cm2G et 75 C alimente une batterie darorfrigrants (E901)

qui le refroidit de 75 C 60 C avant de passer travers un diffuseur pour tre distribue

dune manire gale aux trois trains parallles de sparation de condenst gaz.

Le gaz 112 Kg/cm2G et 60 C alimente la batterie darorfrigrants qui le refroidit de

60 C 40 C, le mlange refroidit est rcupr dans un ballon haute pression (D101).

Leau rcupre au niveau du ballon est vacue vers le puisard.

Le gaz 112 Kg/cm2g et une temprature de 40 C est refroidit dans la batterie

dchangeurs de chaleur (E102-A/B...F), (E103-A/B) de 40 C 6 C puis subit une dtente

isenthalpique dans une vanne Joule Thomson de (112 Kg/cm2G, - 6 C) (100Kg/ cm

2G,

- 15 C).

Le mlange bi phasique est rcupr dans un ballon (D102) o les hydrocarbures

liquides et gazeux sont spars.

Le gaz en tte du ballon (D102) subit une dtente isentropique travers une machine

dynamique appele Turbo Expander (K101).

Le mlange ainsi obtenu (64 Kg/cm2G, -35 C) est rcupr dans un ballon (D103) o il

sera rchauff dans une batterie dchangeurs (E102) de 35C +30 C, puis comprim par

le compresseur (K101) de (64 Kg/cm2G 72 Kg/cm

2G) et (+30 C 40 C). Le gaz sec

obtenu alimente la pipe 42"pouces de gaz de vente.

19

Pour viter la formation des hydrates aux niveaux des changeurs basse temprature,

une solution de mono thylne glycol (MEG) 80 % est injecte dans la plaque tubulaire

dentre de chaque changeur.

Le liquide (C5+) rcupr au niveau des ballons HP : (D901, D101) subit un flash de 112

Kg/cm2G, (60 C et 40 C) (32 C et 30 C) dans un ballon MP (D105), le liquide sortant de

ce ballon est rchauff dans un changeur liquide liquide (E104) de 35 C 125 C et

constitue ainsi lalimentation chaude de la colonne de distillation appel dethaniseur (C101).

Le liquide rcupr au niveau des ballons (D102) et (D103) est flash dans le ballon MP

(D104) 36 Kg/cm2G et - 42 C.

Le liquide froid sortant du ballon (D104) refroidit les vapeurs de tte de la colonne

C101 travers un changeur liquide gaz (E106), et se rchauffe de - 40 C - 25 C, et

constitue ainsi lalimentation froide de (C101). Les vapeurs de tte de (C101) sont condenses

et rcupres au niveau du ballon de reflux (D107).

Les gaz froids sortant de (D107) et (D104) sont mlanges et rchauffs de - 38C 40

C travers un changeur gaz gaz (E103-A/B), puis envoys vers le compresseur (K002)

pour tre comprims jusqu 74Kg/cm2G et injects dans le pipe contenant le gaz de vente.

La partie liquide soutire de la colonne de la rectification (C101) est introduite dans le

dbutaniseur (C102). Le GPL sort en tte de colonne et refroidit dans la batterie des

arorfrigrants (E108) de 65 C 48 C.

Une partie de ce GPL sert de reflux froid pour la colonne (C102), tandis que la

deuxime partie est envoye vers CSTF pour commercialisation et vers une unit de

dpropanisation pour lextraction du butane destin la commercialisation.

Le condenst (C5+) stabilise est rcupr en fond de colonne 14 Kg/cm

2G et 185 C

prchauffe la charge du dethaniseur (E104) et circule vers le systme de dgazage travers

le refroidisseur de condenst (E107) de 82 C 35 C.

Aprs dgazage le condenst produit scoule par le pipeline vers CSTF sil rpond aux

spcifications (On Spec), dans le cas o il ne rpond pas aux spcifications (Off Spec) il est

envoy vers les bacs (T001 A/B). [5]

20

III.GNRALITS SUR LE GAZ DE PTROLE LIQUFIE (GPL)

III-1.Dfinition :

Le GPL est un mlange gazeux compos essentiellement de butane et du propane

temprature ambiante et pression atmosphrique, et peut passer ltat liquide sous les

conditions suivantes :

Pression releve la temprature ambiante.

Pression atmosphrique et basse temprature.

Pression modre et temprature pas tellement basse.

Cette proprit lui permet dtre stock dans un volume rduit (250 litres de GPL

gazeux gale un litre de GPL liquide).

La composition des GPL est variable selon les normes et ses utilisations dans diffrents

pays. Il peut contenir ; le propylne, butne, une faible quantit de mthane, thylne,

pentane, exceptionnellement des hydrocarbures tels que le butadine, lactylne et le

mthylacrylique. [9]

III-2.Origine du GPL :

Le GPL est extrait partir de diverses sources qui peuvent tre :

de la rcupration partir de la liqufaction des gaz associes ( champs

ptroliers ) .

comme sous produit partir des units de liqufaction du gaz naturel

GNL.

du ptrole brut aprs raffinage comme sous produit.

de la rcupration partir des champs gaziers.

III-3.Caractristique du GPL :

Densit : Dans ltat gazeux il est plus lourd que lair : La densit du propane

est de 0.51 et celle du butane est de 0.58.

Dilatation : ltat liquide, il a un coefficient de dilatation dont il faut tenir

compte lors de leur stockage, car les sphres ne doivent jamais tre remplies

compltement.

21

Tension de vapeur : Soumis des tempratures suprieures leur point

dbullition, le propane et le butane ne peuvent tre amens ltat liquide sous

pression ou par rfrigration .Le GPL une tension de vapeur 20 C gale :

Pour le butane : 2 bars.

Pour le propane : 8 bars.

Temprature dbullition : A la pression atmosphrique, la temprature

dbullition du butane est de 0.6 C et celle du propane est de 40 C.

Impurets : Le GPL produit au niveau des diffrents champs doit rpondre aux

spcifications suivantes :

Teneur en gaz sec infrieure ou gale 3 % mol.

Teneur en condenst infrieur ou gale 0.4 % mol.

Odeur et couleur : Le GPL est incolore, soit ltat vapeur ou liquide et

pratiquement inodore. Pour des raisons de scurit un odorant doit tre ajoute

pour la dtection des fuites. Cet odorant est base de soufres appels

Mercaptans.

Toxicit : Le GPL senflamme dans lair, il met un gaz considre comme

toxique. Le gaz en question dnomme le monoxyde de carbone est form suite

une combustion.

Pouvoir calorifique suprieur : (KCal / Nm3)

Pcs (ic4) = 29460.

Pcs (c3) = 22506.

Pcs (nc4) = 29622.

III-4.Utilisation du GPL :

Il est utilis dans plusieurs domaines tels que :

Source dnergie domestique :

Actuellement de nombreux appareils de cuisson et de chauffage, sont conus de

manire sadapter lutilisation des GPL.

Climatisation :

La dtente des GPL absorbe la chaleur et cre du froid (Rfrigrateurs, climatiseurs).

22

GPLC (carburant) :

Les GPL, en plus de leur utilisation domestique, ils sont utiliss comme carburants

dans les vhicules. La consommation mondiale du GPL comme carburant slevait

prs de 10 millions tonne en 1993, un pourcentage de 7 8 % des GPL consomm

mondialement lest sous forme de carburant.

III-5.Avantages et inconvnients techniques des GPL :

Lhomognit du mlange air-GPL donne une meilleure rgularit du couple moteur

aux bas rgimes mais perd environ 58 % de puissance haut rgime, les reprises se

font plus souples. Le fonctionnement du moteur est plus silencieux et les vibrations

diminuent contrairement aux carburants classiques, la combustion du GPL ne laisse

aucun dpt et procure au moteur et au lubrifiant une longvit accrue. Les rvisions

peuvent tre espaces tous les 30000 Km.

La surconsommation des GPLC est de lordre de 15 20 % par rapport aux carburants

traditionnels.

Il existe un inconvnient majeur dencombrement, le rservoir peut amputer le volume

du coffre. Toutefois les constructeurs proposent ds la conception de leurs modles

une version GPL /c avec rservoir intgr.

Les gaz dchappements sont exempts de poussires, de plomb et de soufre.

Les missions en oxyde de carbone sont rduites principalement en circulation

urbaine.

Les GPL carburant rpondent bien aux problmes de pollution des villes.

III-6.GPL en Algrie:

Dans les pays ptrolier et gazier comme lAlgrie, lindustrie des GPL est mconnue du

grand public.

En Algrie la majeure partie des GPL provient des champs ptroliers (79%) suite la

sparation du gaz et du traitement du ptrole brut, soit 4.35 millions de tonnes, Lautre partie

est produite au niveau des raffineries du ptrole de Skikda ; Alger et Arzew (10%).

23

III-6.1.Production des GPL issus des champs :

Loffre issue des champs (gisement dhydrocarbures) reprsente 79 % de loffre

national. Le plan adopt depuis les annes 1990, sarticule autour de deux axes :

1) Le dveloppement de nouveaux champs de gaz situs au Sud-Est de Hassi Rmel

pour la rcupration du gaz sec, du condenst et de GPL.

2) La rcupration des GPL, issus des champs, passe de 330.000 tonnes en 1996 ;

cet accroissement est du la mise en place dunits dextraction au niveau des

champs suivants :

1979 : Hassi Rmel.

1985 : Adrar.

1993: Haoud Berkaoui .

1995 : Haoud el-Hamra.

1996 : Oued Noumer .

Le champs de Hassi Rmel avec un apport de 3 millions de tonnes, contribue lui

seul plus de 65 % dans cette production, soit 57 % de loffre nationale des GPL .

III-6.2.Demande nationale des GPL :

Le niveau de la demande nationale des GPL est de lordre 1.4 millions de tonnes dont

90 % du butane, 5 %du propane et 5 %des GPL carburant.

Figure (III-6.2.1) : La demande nationale des GPL.

90% Butane

5% GPL/c

5% Propane

24

Elle repartit comme suit :

336.000 tonnes (24 %) dans la rgion Ouest.

516.000 tonnes (37 %) dans la rgion Est.

401.000 tonnes (29 %) dans la rgion Centre.

Et en fin (10%) au Sud.

III-7.Consommation mondiale de GPL :

La consommation mondiale de GPL a augment de 50 % entre 1980 et 1981 alors que

celle du ptrole restait quasiment stable pendant cette priode.

En 2002, la consommation totale de ptrole de gaz ptrole liqufi est de 134.6 Mt, alors

quelle a t en 1970 de 69 Mt. [7]

Tableau (III-7) : Consommation mondiale des GPL

Pays Consommation (Mt) Pays Consommation (Mt)

U.S.A 41.000 Espagne 2.327

Japon 18..900 Russie 8.600

Italie 3.430 Algrie 3.600

Grande Bretagne 2.750 Australie 1.400

Allemagne 2.677 Chine 2.300

France 2.655 Inde 2.000

Hollande 2.5 - -

Figure (III-6.2.2) : Rpartition de la demande du

GPL par rgion

25

IV.LA RCTIFICATION :

IV-1.Introduction :

Si lon vaporise un mlange de deux constituants miscibles ou quon condense leurs

vapeurs, on obtient respectivement une vapeur plus riche et un liquide plus pauvre en

constituant le plus volatil. Bien que lopration simple permette denrichir la vapeur en

constituant le plus volatil et le liquide en constituant le moins volatil, elle ne peut pas

conduire un degr de sparation raisonnable. Cest par une vaporisation fractionne quon

peut obtenir un liquide on une vapeur de composition voulue encore que la fraction obtenue

soit ngligeable par rapport la quantit de liquide de dpart ; cette solution nest donc

satisfaisante que dun point de vue purement qualitatif. On ne peut pas obtenir une sparation

complte des constituants puisquau cours de lopration dimportantes quantits de vapeur et

de liquide de titres diffrents seront limines.

IV-2. Dfinition de la rectification :

La rectification est un procd physique de sparation dun mlange en constituants

pratiquement purs de compositions drives, et cela par des changes de matire et dnergie

entre deux phases circulant contre-courant dans un appareil appel colonne de

rectification .

La rectification est une distillation fractionne, autrement dit qualitative, et cette

augmentation de qualit par rapport la distillation est due au placement soit des plateaux,

soit des garnissages lintrieur de la colonne, par consquent il ya augmentation de la

surface de contact qui implique laugmentation du degr de puret.

IV-3. Colonne de rectification :

La colonne de rectification est une capacit cylindrique de hauteur et de diamtre

variable, form dune virole et de deux fonds. Lintrieur est divis en compartiments

horizontaux appels plateaux. Gnralement la colonne peut atteindre prs de 50m de hauteur

et 6m de diamtre .Elle est monte verticalement et repose sur des pieds ou une jupe.

26

IV-3.1.Description et fonctionnement :

La colonne de rectification est un appareil qui spare un mlange en deux ou plusieurs

produits qui sont soit des corps purs, soit des mlanges comportant moins de constituants que

le mlange initial.

La colonne est une enveloppe cylindrique verticale (virole) qui renferme des dispositifs

permettant dassurer un contact intime entre les flux liquide et gazeux qui les traversent

contre-courant. Ce sont des plateaux ou des garnissages.

Zone de flash : la partie de la colonne o seffectue lalimentation.

Zone de rectification : elle se trouve au dessus de la zone de flash, son rle est de

rendre plus grande la concentration de llment le plus volatil jusqu atteindre la

valeur dsire.

Zone dpuisement : elle se trouve au dessous de la zone de flash, son rle est de

rcuprer les lments volatils entrans par liquide.

La colonne de rectification est munie toujours dun rebouilleur et dun condenseur

partiel.

Rle du condenseur : A laide du condenseur partiel on enlve au sommet de la

colonne une quantit du condensat qui est renvoy dans la colonne en qualit de reflux

froid qui ajuste la temprature en tte de colonne la valeur choisie.

Rle du rebouilleur : A laide du rebouilleur on apporte une quantit de chaleur, et

cest dans le rebouilleur que le liquide provenant du plateau infrieur se vaporise

partiellement.

La vapeur obtenue retourne dans la colonne en qualit de reflux chaud et le rsidu

quitte lappareil.

La quantit de matire change dpend de :

- Concentration initial et finale.

- Pressions partielles.

- Surface de llment (plateau).

- Nature de lcoulement (vitesse).

27

Le fonctionnement normal de la colonne de rectification pour lobtention dun distillat,

et dun rsidu avec des compositions voulues dpend principalement de ltat de la charge et

par consquent, du lieu dalimentation.

La charge peut tre envoye dans la colonne :

- Etat liquide : = 0.

- Etat vapeur : = 1.

- Etat liquide-vapeur : 0 < < 1. [3]

Remarque : Si la charge est ltat liquide, lalimentation doit se faire dans la partie

suprieure de la colonne. Et si elle est ltat liquide-vapeur, lalimentation se fait dans la

partie mdiane de la colonne.

IV-4.Types de colonnes de rectification :

On distingue deux types de colonnes selon leurs plateaux :

Colonne plateaux.

Colonne garnissage.

IV-4.1.Colonnes plateaux :

Le transfert de matire entre les phases vapeur et liquide rsulte du contact intime de

ces deux phases circulant contre-courant .Ce contact seffectue en discontinu sur des

plateaux. Les paramtres (T, P) ainsi que le nombre de plateaux thoriques et les quantits de

chaleur mettre en uvre ; sont fonction des bilans massiques et thermiques et des quations

dquilibres.

Classification des plateaux : On peut classer plusieurs types de plateaux :

1. Plateau perfor dversoirs (seive tray).

2. Plateau sans dversoir.

3. Plateau calottes (bubble cap tray).

4. Plateau (Uniflux).

5. Plateau clapets (valve tray).

6. Plateau jet directionnel (jet tray).

28

Plateau clapets (valve tray) :

Il constitue un compromis entre les deux types prcdents , cest un plateau perfor

dont les orifices sont quips de clapets , la hauteur de soulvement de ce dernier est

fonction de la vapeur qui schappe horizontalement dans le liquide , Exactement comme

aux fentes des calottes , dans les marques Flexitray et Ballast tray , le clapet peut

tre tar convenance en fonction du dbit vapeur .

Il semble probable que les plateaux clapets se substitueront progressivement aux

plateaux calottes car leur performances sont lgrement suprieures pour un prix de

revient plus faible, lusage dira si un systme dynamique a la mme longvit quun

systme statique.

IV-4.2.Colonnes garnissage :

Elles sont utilises dans la distillation et labsorption. Ces colonnes ralisent un contre-

courant continu. Cest pourquoi elles sont remplies dlments solides. On emploie comme

garnissage nimporte quels morceaux solides, gnralement du coke ou de la brique qui ont

lavantage dtre particulirement bon march. Le garnissage efficace doit tre tel que la

surface par unit de volume soit la plus grande possible, distribution du liquide et du gaz et

faibles pertes de charges.

Les garnissages utiliss dans lindustrie sont de type RASHIG qui est des

manchons de cylindres dont la hauteur est gale au diamtre extrieur.

Avantage :

- Prix moins lev.

- Faible perte de charge.

- Rtention peu importante.

Inconvnients :

- Faible flexibilit. [9]

29

IV-5.Bilan matire de la colonne :

Figure (IV-5) : Schma de la colonne de rectification.

30

Bilan matire global :

Bilan matire partielle :

Avec :

L, D, R : Sont respectivement les dbits de la charge, du distillat et du rsidu (Kg / h).

XL , YD , XR : Concentrations molaires du constituant le plus volatil respectivement

dans la charge , dans le distillat et dans le rsidu .(Figure IV-5)

IV-5.1 Bilan matire de la zone de rectification :

La rsolution de cette quation par rapport YD, i , donne lquation de concentration

( opratoire ) de la zone de rectification :

Avec :

O : rf : est le taux de reflux.

IV-5.2 Bilan matire de la zone dpuisement :

L = D + R

L XL , i= D YD, i +R XR , i

G = g + D

L Yn, i = g Xn-1,i + D YD,i

Yn ,i = m Xn-1 + (1-m) YD ,i

m = g / G = rf / ( rf +1 )

g = G + R

g Xn+1 , i = GYn , i + R XR , i

(IV-5.1)

(IV-5.2)

(IV-5.3)

(IV-5.8)

(IV-5.5)

(IV-5.4)

(IV-5.6)

(IV-5.7)

31

La rsolution de lquation (IV.5.8) par rapport X n+1 , i permet dobtenir lquation de

concentration de la zone dpuisement :

Avec :

O : rb : est le taux de rebouillage.

Il y a lieu de procder au bilan matire de la zone dalimentation. On a donc le bilan

matire effectu juste au-dessous du plateau suprieur de cette zone.

De mme, la vapeur Gm alimentant la zone de rectification est la somme de vapeur GK

et de la phase GD. Ainsi, le bilan matire effectu juste au- dessous du plateau infrieur de la

zone de rectification donne :

Dans le cas de la rectification des mlanges complexes, on sera amen effectuer des

sries de calculs dquilibre sur chaque plateau. Pour viter le travail long et fastidieux des

approximations successives, on peut utiliser une mthode simplifie rapide donnant une

prcision souvent suffisante. Cette mthode fait intervenir la notion de volatilit i qui est le

rapport du coefficient dquilibre de constituant i celui dun constituant de rfrence r.

En qualit de constituants de rfrence, on peut choisir nimporte quel constituant

(habituellement le constituant moins volatil du mlange).

Xn+1 , i = Yn , i /m+[( m-1 )/m]XR , i

m = g/ G= ( rb +1 ) / rb

gm = gk + gD= GK + R

gm Xm , i = GK YK , i + R XR , i

Gm = GK+GD= gK+D

Gm Ym , i= GKYK , i +GDXD , i

i = Ki / Kr

(IV-5.9)

(IV-5.10)

(IV-5.11)

(IV-5.12)

(IV-5.14)

(IV-5.15)

(IV-5.13)

32

En tenant compte de (IV.5.15), lquation dquilibre peut tre crite sous la forme :

La somme des quations (IV-5.16) et (IV-5.17) nous donne :

IV-6.Choix de la pression dans la colonne :

Le choix de la pression dans la colonne dpend essentiellement de la composition et de

la nature physique et chimique des mlanges sparer. Quelle que soient leurs complexits, le

choix de la pression est avant tout un problme conomique.

A faible pression, la slectivit de la sparation est meilleure, on peut viter laltration

thermique des produits, mais en contre partie, faible pression, il faut condenser basse

temprature les vapeurs de tte pour obtenir donc le choix du fluide rfrigrant qui va imposer

la pression de la colonne.

Si la temprature de condensation des vapeurs de distillat la pression atmosphrique

est plus basse que celle de lair ou de leau, la colonne doit fonctionner sous haute pression

pour que la condensation des vapeurs du distillat puisse tre ralise par rfrigration

ordinaire.

Quelle que soit la temprature de service, la temprature de la combustion totale des

vapeurs du distillat doit tre prise au moins de 15 20 C plus grande que celle du fluide

rfrigrant.

La pression dans le ballon de reflux Pb est dtermine par approximation successive

daprs lquation disotherme de la phase liquide :

Yi=Ki Xi=i Kr Xi

Xi= Yi/ i Kr

Kr = 1 / i Xi

Kr = Yi / i

Yi = i Xi / i Xi

( Ki. XD, i ) = 1

(IV-5.16)

(IV-5.17)

(IV-5.18)

(IV-5.19)

(IV-5.20)

(IV-6.1)

33

Les valeurs de la pression sont rsume dans le tableau (IV-6.1)

Tableau (IV-6.1) : Diffrent valeurs des pressions dans la colonne de rectification :

O : P1 : Pertes de charges dues aux rsistances des conduites et du conducteur.

P2 : Pertes de charges dues aux rsistances des plateaux.

IV-7.Rgime de temprature de la colonne de rectification :

En utilisant les quations disotherme des diffrentes phases, on dtermine par

approximations successives les diffrentes tempratures dans la colonne de rectification :

Tableau (IV-6.2) : Les quations des isothermes pour les diffrentes parties de la colonne

(1): (IV-7.1) / (2): (IV-7.3) / (3): (IV-7.3) / (4): (IV-7.4) / (5): (IV-7.5) / (6): (IV-7.6)

O Xo,i : Concentration molaire du constituant i dans la phase liquide .

Yo,i : Concentration molaire du constituant i dans la phase vapeur .

XL,i : Concentration molaire du constituant i dans la charge .

Pression P ( atm )

1 Au sommet de la colonne PS= Pb+ P1 0.2 0.4

2 Au fond de la colonne Pf = PS+ P2 0.3 0.5

3 Dans la zone dalimentation PL = (PS+Pf)/2 -

Temprature Phase Equation disotherme

Au sommet de la colonne Vapeur ( YD,i / Ki ) = 1 1

Au fond de la colonne Liquide ( Ki . XR,i ) = 1 2

De la charge

Vapeur ( YL,i / Ki ) = 1 3

Liquide ( Ki . Xl,i ) = 1 4

Liquide

-

Vapeur

Xo,i = XL,i / 1+e( Ki-1 ) = 1

Xo,i = Yo,i / Ki

5

6

34

IV-8.Taux de vaporisation et composition des phases liquide et vapeur de la charge :

Dans le calcul de la zone dalimentation, il est ncessaire de disposer du dbit et de la

composition des phases liquide et vapeur de la charge.

Taux de vaporisation :

Taux de condensation :

Dou :

O :

: Taux de vaporisation molaire de la charge.

ro : Taux de condensation molaire.

go : Dbit molaire de la phase liquide de la charge.

Go : Dbit molaire de la phase vapeur de la charge.

Remarque :

A une temprature et une pression donne, le taux de vaporisation ainsi que la

composition de la charge sont dtermins par lquation de TREGOUBOV :

Avec :

= Go / L

ro = go / L

Go = . L

go = ro . L

+ ro= 1

XL,i

Xo,i = = 1 1 + ( Ki 1 )

(IV-8.1)

(IV-8.2)

(IV-8.3)

(IV-8.4)

35

IV-9.Fonctionnement dune colonne reflux minimal :

Le fonctionnement reflux minimal correspond un nombre infini de plateaux pour la

sparation spcifie, donc daprs la formule dUNDERWOOD :

O :

i,L : Coefficient de volatilit dun constituant i par rapport au constituant cl lourd

dtermin la temprature dentre de la charge .

: Paramtre conventionnel dtermin par approximations successives

: Taux de vaporisation molaire de la charge.

Autre formule dtermin (rb)min

IV-10.Taux de reflux optimal :

A partir du taux de reflux opratoire choisi, ltude du procd de rectification montre

qu chaque valeur du taux de reflux, correspond un nombre fini de plateaux thoriques et que

ce nombre diminue quand le taux de reflux saccrot. Pour cela on utilise la formule propose

par GILLILAND. [6]

Pour le rapport , on aura :

(rf)min= YD,i / i,L-

- (rb)min= i,L. XR,i / i,L-

D(rf)min/ L+(1-) -R / L

(rb)min =

R / L

(rf)op- (rf)min

= 0.1 0.3

( rf)op+ 1

(rb)op= 1.3(rf)min+0.30

(IV-9.1)

(IV-9.2)

(IV-9.3)

(IV-10.1)

36

V.DESCRIPTION DE LA SECTION DU DEPROPANISATION :

Figure (V) : Schma gnrale de la section de dpropaniseur (lunit 38)

Lunit de Dpropanisation est conue dans le but davoir des produits propane et

butane commerciaux, mais actuellement il ny a que le butane qui est commercialis.

(Figure V).

37

V-1.spcification des produits

Les spcifications du propane et du butane sont comme suit :

Propane :

Densit 0.502

Pression de vapeur 11.5 19.3 bar 50C

Butane :

Densit 0.559 Min

Pression de vapeur 6.9 bar 50C max

V-2.Description des installations

Les installations de Dpropanisation sont constitues des units suivantes

Section dpropaniseur

Section de chargement du butane

La production des installations de Dpropanisation est :

Charge dentre 400 tonnes/ jour

Production de propane 206 tonnes/jour

Production de butane 194 tonnes/jour

Le but du dpropaniseur consiste obtenir du propane et du butane aprs sparation du

GPL On-Spec dans la section de stockage de GPL existante.

V-3.Procde :

La charge, venant du pipeline dexpdition de GPL, entre dans la colonne (38 C-801)

qui est une pression de 18.4 bar et une temprature de 50.6C pour les produits de tte et de

99C pour les produits du fond.

Cette section squipe de nombreux accessoires, comme suit :

Ballon de reflux du dpropaniseur (38 D-801).

Pompes de reflux du dpropaniseur (38 P-801A/B).

Condenseur des produits de tte du dpropaniseur (38 E-801).

Refroidisseur du butane (38 E-802).

38

Rebouilleur du dpropaniseur (38 H-801).

Pompes des produits dans le fond du dpropaniseur (38 P-802A/B).

Ballon tampon de gaz combustible (38 D-802).

Les produits de tte, dont la production est de 8.566m3/h de Propane (cas maximum

8.481m3/h) sont dlivrs au gazoduc de GPL et mlangs au GPL ON-SPEC de lexpdition.

Les produits de fond, dont la production de 8.101m3/h de butane (cas maximum

8.186m3/h) sont refroidis dans le refroidisseur du Butane (38 E-802 55c et transfrs dans

la section de chargement de butane.

Les produits Off-Spec, Propane et butane sont mlangs et retourns au ballon de

dtente de GPL existant (30-D-005).

V-4.Section de chargement de butane :

Le butane On-Spec, qui est refroidi dans la section de Dpropanisation, est transfr au

ballon de stockage du butane (38-D-804-A-H) et stock jusquau chargement sur camion. [1]

39

VI - PARTIE CALCUL

V1-1 : Donnes de dpart :

1-Dbit lalimentation de la charge de GPL est : L = 417 T/ J

2-Composition de lalimentation (%mol) (Tableau (VI-1.1))

Tableau (VI-1.1) : Composition molaire de lalimentation.

3-Temprature dalimentation : t = (0 57.6C) actuellement est de 27 C

4-A partir les caractristiques du butane commercial et propane commercial :

Teneur en C3H8 dans le rsidu (butane commercial) : 9,27%

Teneur de iC4H10 dans le distillat (propane commercial) : 0.01%

V1-2.Procdure de calcul

1- partir du dbit et de la composition de la charge on dtermine les quantits massiques et

molaires de chaque constituant.

2-On calcul les dbits et les compositions de distillat et de rsidu.

3-On dtermine la pression de service et les tempratures au sommet et au fond de la colonne.

4-On calcul le taux de vaporisation ainsi que la composition des phases liquides et vapeurs de

la change lentre de la colonne.

5-Pour le fonctionnement reflux total, on vrifie la justesse du choix des constituants

distribus.

6-Pour le taux de reflux minimal et le taux de rebouillage minimal.

6-a-Pour le taux de reflux opratoire (optimal) on calcul la zone de rectification

6-b-pour le taux de rebouillage opratoire on calcul la zone dpuisement.

7-Aprs avoir calcul la zone dalimentation, on tabli dfinitivement le nombre de plateaux

thorique dans les zones de rectification et d puisement de la colonne.

Constituant CH4 C2H6 C3H8 iC4H10 nC4H10

Fraction molaire 0.0048 0.0091 0.5952 0.1475 0.2434

40

Tableau (VI-2.1) : Les quantits massiques et molaires des constituants.

V1-2.1.La masse molculaire moyenne de dalimentation :

Mm = X'Li Mi=49.21g/mole.

1-a-Dbit massique:

G = 417x1000 24 = 17375 Kg h (de lalimentation)

Gi = G. X'Li (Dbit massique dun constituant).

1-b-Dbit molaire:

G = G Mm =17375/49.21 = 353.07 K mole/ h (de lalimentation)

Gi = G/Mi (dun constituant)

1-c-Concentration massique :

Xli = Gi/ Gi

Constituant

Mi

X'Li

Mi X'Li

XLi

Quantit

Gi

Kg/ h

Gi

K mole / h

CH4

16

0.0048 0.0768

0.00156 26.0625

1.6289

C2H6

30

0.0091

0.273

0.0055

95.5625

3.1854

C3H8 44

0.5952

26.188

0.5321

9245.2375

210.119

iC4H10

58

0.1475

8.555

0.1738

3019.775

52.065

nC4H10

58

0.2434

14.1172

0.2868

4983.15

85.9163

Total

-

1 49.21 1 17375 353.07

41

V1-2.2.Dtermination des Dbit et composition de distillat D et le rsidu R

: Constituant cl volatil C3H8

: Constituant cl lourd C4H10

Daprs les donnes de dpart le dbit de la charge est gal 17375 Kg /h savoir

353.07 kmole /h

Etant donne les concentration admise de butane dans le distillat YD,i4 =0.0001 et

propane dans le rsidu XR ,3=0.0927

Le bilan de matire dans la colonne entire pour un constituant i quelconque

scrit :

Bilan de matire global :

L = D + R

Bilans de matire partielle :

LX'Li =DY'Di + RX'Ri

Lapplication de cette quation pour chaque constituant (i) la de charge donne :

C1: LX'L1 = D Y'D1 + RX'R1 (1)

C2: LX'L2 = D Y'D2 + RX'R2 (2)

C3: LX'L3 = D Y'D3 + RX'R3 (3)

iC4: LX'Li4 = D Y'Di4+ RX'Ri4 (4)

nC4: LX'Ln4 = D Y'Dn4+ RX'Rn4 (5)

On a :

X'R1= 0 , X'R2= 0 Et Y'Dn4 = 0

Donc :

C1: LX'L1 = DY'D1 (1)

42

C2: LX'L2 = DY'D2 (2)

C3: LX'L3 = DY'D3 + RX'R3 (3)

iC4: LX'Li4 = DY'Di4+ RX'Ri4 (4)

nC4: LX'Ln4 = RX'Rn4 (5)

(1) + (2) + (3) L (X'L1 + X'L2 + X'L3) = D (Y'D1 + Y'D2 + Y'D3) + RX'R3

L (X'L1 + X'L2 + X'L3) = D (Y'D1 + Y'D2 + Y'D3 - X'R3) + LX'R3 (a)

On a :

Y'Di = 1

Donc :

Y'D1 + Y'D2 + Y'D3 + Y'Di4 = 1

Y'D1 + Y'D2 + Y'D3 = 1-0.0001 = 0.9999

(a) D = L (X'L1 + X'L2 + X'L3 - X'R3) / (Y'D1 + Y'D2 + Y'D3 - X'R3)

D = 353.07(0.0048+0.0091+0.5952-0.0927) / (0.9999-0.0927)

D = 200.97 K mole/ h

On a :

R = L - D = 353.07-200.97

R = 152.1 K mole/ h

2-b Dtermination de X'Ri et Y'Di

(1) LX'L1 = DY'D1 Y'D1 = (L/D) X'L1

Y'D1 = 0.0084

(2) LX'L2 = DY'D2 Y'D2 = (L/D) X'L2

43

Y'D2 = 0.016

(3) LX'L3 = DY'D3 + RX'R3 Y'D3 = (LX'L3-RX'R3)/D

Y'D3 = 0.9755

(4) LX'Li4 = DY'Di4+ RX'Ri4 X'Ri4 = (L/R) X'Li4 - (D/R) Y'Di4

X'Ri4 = 0.3422

(5) LX'Ln4 = RX'Rn4 X'Rn4 = (L/R) X'Ln4

X'Rn4 = 0.565

Les rsultats sont regroups dans le tableau ci-dessous.

Tableau (VI-2.2) : La composition des constituants.

Constituant

Charge Distillat Rsidu

Xli L.Xli YDi D.YDi XRi R.XRi

C1 0.0048 1.6947 0.0084 1.688 0 0

C2 0.0091 3.2130 0.016 3.2152 0 0

C3 0.5952 210.1472 0.9755 196.0462 0.1387 14.1006

iC4 0.1475 52.0778 0.0001 0.02 0.3314 52.0486

nC4 0.2434 85.9372 0 0 0.5295 85.94.21

Total 1 353.07 1 200.97 1 152.1

44

V1-2.3.La temprature et la pression dans le dpropaniseur :

1. Dans le ballon de reflux

La pression de la condensation totale du distillat cest - dire la pression dans le ballon

de reflux sera P = 18.2 bar ainsi la temprature ncessaire dans ce ballon est calcule une

pression fixe par la formule disotherme de la phase liquide :

Ki X'Di=1

Les coefficients dquilibre sont dtermins partir du diagramme (Sheibel & Jenny)

(Figure III-1.8, Annexe), et par approximation successive on trouve :

Tb = 45C (temprature da le ballon)

Tableau (VI-2.3.1) : Les coefficients dquilibre 18.2 bar et 45C.

Constituant X'Di = Y'Di Ki 18.2 bar et 45C X'Di Ki

C1 0.0084 10.1 0.0848

C2 0.016 2.25 0 .0368

C3 0.9755 0.9 0.878

iC4 0.0001 4.2 0.0004

nC4 0 - 0

Total 1 - 1

2. Dans le sommet de la colonne

Ps : La pression au sommet de la colonne

Pb : La pression du ballon de reflux

Ps =Pb + 0.3 =18.5 bar

La temprature au sommet de la colonne est dtermine par approximation successive

selon lquation de l`isotherme de la phase vapeur Y'Di /Ki =1 et a l`aide du diagramme

(Sheibel & Jenny)

On trouve : TS = 51.5C

45

Tableau (VI-2.3.2) : Les coefficients dquilibre 18.5 bar et 51.5C.

3. Dans le fond de la colonne :

On estime les pertes de charge dans la colonne :

P2=0.4

On peut trouver approximativement la pression au fond Pf de la colonne :

Pf = PS+0.4 = 18.5 +0.4 = 18.9 bar

La temprature au fond de la colonne est dtermine par approximation successive

selon lquation de l`isotherme de la phase liquide XRi.Ki =1 et a l`aide du diagramme

(Sheibel & Jenny), On trouve : Tf = 96C


Constituant X'Ri Ki 18.9 bar et 96C XRi.Ki

C1 0 - 0

C2 0 - 0

C3 0.0927 1.8 0.1668

iC4 0.3422 1 0.3422

nC4 0.565 0.87 0.4915

Total 1 - 1.0005

Constituant Y'Di Ki 18.5 bar et 51.5C Y'Di /Ki

C1 0.0084 11 0.0007

C2 0.016 2.6 0 .0061

C3 0.9755 0.985 0.9903

iC4 0.0001 0.49 0.0002

nC4 0 0.38 0

Total 1 - 1

46

4. Dans lalimentation de la colonne

On calcule la pression dans la zone dalimentation par lquation suivant :

P = 0. 5(Pf + PS) = 0. 5 (18.5 + 18.9) = 18.7 bar

La temprature dans la zone dalimentation est dtermine par approximation

successive selon lquation de l`isotherme de la phase liquide XRi.Ki =1 et a l`aide du

diagramme (Sheibel & Jenny)

On trouve : Ta = 64C


V1-2.4.Calcul de la volatilit relative des constituants aux diffrences niveaux de la

colonne:

On se base sur les formules

i =Ki Kref

Ki : coefficient dquilibre du constituant i

Kref : coefficient dquilibre du constituant de rfrence, dans notre cas le iC4 Cest - dire le

constituant cl lourd, les valeurs moyennes des volatilits relatives des les zones rectification

et dpuisement sont dtermines par les formules suivantes :

1-Pour la zone de rectification : Dim =0.5 ( Li+ Di)

2-Pour la zone dpuisement : Rim = 0.5 ( Li+ Ri)

Constituant X'Ri Ki 18.7 bar et 64C X'Ri.Ki

C1 0.0048 12.25 0.0588

C2 0.0091 3 0.0273

C3 0.5952 1.18 0.7023

iC4 0.1475 0.62 0.0914

nC4 0.2434 0.48 0.1168

Total 1 - 1

47

Tableau (VI-2.4.1) : la volatilit relative des constituants aux diffrences niveaux de la

colonne:

V1-2.5.Taux de vaporisation

Taux de vaporisation de lalimentation et les compositions de ses phases dquilibre

(vapeur et liquide) lentre de la colonne C 801 (P = 18.7 bar et T = 64C), sont dtermine

par approximation successive selon lquation de TREGOUBOV.

X'0i = [X'Li/1+ (Ki- 1)]=1

Y'0i = X'0i.Ki

Y'0i : concentration molaire du constituant (i ) dans la phase vapeur.

X'0i : concentration molaire du constituant (i ) dans la phase liquide.

X'Li : concentration molaire du constituant (i ) dans la charge GPL

Tableau (VI-2.5.1) : Le taux de vaporisation .

Constituant Zone dalimentation Zone de rectification Zone dpuisement

Ki Li Ki Di Dim Ki Ri Rim

C1 12.25 19.758 11 22.449 21.1035 15 15 17.379

C2 3 4.8387 2.6 5.3061 5.0724 5.8 5.8 5.3193

C3 1.18 2.9032 0.985 2.0102 2.4567 1.8 1.8 2.3516

iC4 0.62 1 0.49 1 1 1 1 1

nC4 0.48 0.7742 0.38 0.7755 0.7748 0.87 0.87 0.8221

Constituant X'Li Ki 1+ (Ki- 1) X'Li/1+ (Ki- 1) Y'0i

C1 0.0048 12.25 1.1125 0.0043 0.0526

C2 0.0091 3 1.02 0.009 0.027

C3 0.5952 1.18 1. 0018 0.5941 0.701

iC4 0.1475 0.62 0.9962 0.1480 0.0971

nC4 0.2434 0.48 0.9948 0.2446 0.1174

Total 1 - - - 0.9951

48

V1-2.6.Calcul du taux reflux minimal :

Se fait par la formule de ENDERWOOD

Rf min=[Y'Di /(Li-)]

: paramtre conventionnel dtermin par approximation successive, dune manire

gnrale la valeur de se trouve dans lintervalle (Li4 Li3)

Etant respectivement les volatilies des cl- volatile et cl- lourd

Li (cl lourd) Li(cl lger)

=( X'Li Li)/( Li- )=0.01

Tableau (VI-2.6.1) : Le taux reflux minimal.

Constituant X'Li Li X'LiLi Li- X'LiLi/ Li-

C1 0.0048 19.758 0.0948 18.5246 0.0051

C2 0.0091 4.8387 0.044 3.6053 0.0122

C3 0.5952 2.9032 1.758 1.6698 1.0348

iC4 0.1475 1 0.1475 -0.2334 -0.6319

nC4 0.2434 0.7742 0.1884 -0.4592 -0.4102

Total 1 - - - 0.01

On trouve : =1.2334

Donc : (Rf) min= [Y'Di /(Li-)]

(Rf) min=0.7213

Le taux de reflux optimal :

(Rf) opt = 1.3 (Rf min) + 0.3

(Rf) opt = 1.2377

49

V1-2.7.Le taux de rebouillage minimal :

(Rb) min = -( X'Ri Li)/( Li- )

(Rb) min = 1.71

Le taux de rebouillage optimal :

(Rb) opt = [(D /R) (Rf)opt + (1- ) (L/R) 1]

(Rb) opt =2.9333

V1-2.8.Calcul de nombre de plateaux thoriques :

a- Dans la zone de rectification (Mthode approximative de Gilliland) :

Le nombre de plateaux thorique dans la zone de rectification est donn par lquation

suivante:

NR min = Ln [Y'D3 X'Li4 / Y'Di4 X'L3] / Ln (Rm3 /Rmi4)

NR min = 8.66

On utilise le diagramme de Gilliand qui donne la relation entre le nombre de plateaux

thorique et le taux de reflux :

(N R - NR min) / (NR +1) =f [(Rf opt -Rf min ) / (Rf opt +1)]

(NR - NR min) / (NR +1)= (Rf opt -Rf min / R f opt +1)

(NR - NR min) / (NR +1)= 0.43 ( partir de la figure III 1.95, Annexe)

NR=16

Donc : NRel = NR / Efficacit

NRel = 16 / 0.60 = 27

NRel = 27

b- Dans la Zone dpuisement (Mthode approximative de Gilliand)

NE min = Ln [(X'L3 X'RiC4)/ (X'Li4 X'R3)] / Ln (Em3 /Emi4)

NE min = 3.15

Et on a :

50

(NE - NE min) / (NE+1) = 0.75 [1- (Rf opt -Rf min / Rf opt +1)0.566

]

(NE - NE min) = 0.42(NE+1) NE ( 1- 0.42) =0.42 +3.15

NE=6.15

Donc NRel = NR / Efficacit

NRel = 6.15 / 0.60 = 1 NRel = 10

Le nombre des plateaux total sera donc :

NT = 37

51

VII. MODLISATION DE LA SECTION DE DEPROPANISEUR PAR LE LOGICIEL

HYSYS :

Introduction :

La simulation est devenue de nos jours la mthode de modlisation des procds

industriels, la plus importante dans le monde.

La simulation est lutilisation dun modle mathmatique pour gnrer le comportement

dun procd, Lavantage majeur de la simulation est la fourniture dun aperu du

comportement dun systme rel, qui est difficile de lavoir travers lexprience en

particulier pour les systmes complexes avec plusieurs variables.

La simulation peut tre classe comme une mthode commode qui ne cote pas chre et

sans intervention sur le procd rel en cours de fonctionnement, les simulateurs disponibles

pour la conception des nouvelle units ou pour loptimisation des procds rels sont :

ASPENS PLUS, PRO-II, HYSIS.

Le logiciel de simulation HYSIS, dvelopp par la socit canadienne HYPROTECH,

est spcifique pour les procds de gnie chimique, sparation bi- phasiques et tri- phasiques,

la distillation et la transformation chimique. [4]

VII-1.Prsentation du modle de simulation de la section de Dpropanisation du MPP3

Nous avons inclus un modle dans logiciel de conception oriente objets HYSYS ;aprs

les diffrents oprations effectues savoir les base des donns et lintroduction des quations

dtats thermodynamique ainsi que la construction des quipements dans le but de confirmer

lexactitude de notre modle et de connaitre linfluence des diffrents paramtres sur le

procd , on a procd a la simulation du cas de fonctionnement selon le cas DESIGN , puis

on a effectu une tude comparative des rsultats obtenu par la simulation dans notre modle

et ceux du cas DESIGN donns par le constructeur JGC.

Les rsultats de la simulation sont publis dans le manuel opratoire du MPP3 (la

simulation est faite par la socit japonaise "JGCORPORATION" pour raliser lunit

dpropaniseur 2000).

Selon le constructeur les conditions et les paramtres du cas DESIGN adapts sont

reprsents dans les tableaux ci-dessus : [1]

52

FIGURE (VII-1.1) : Schma gnrale de la section de dpropaniseur (lunit 38) donns

par le logiciel HYSYS.


dalimentation selon le cas DESIGN.

Paramtres C801 T = 57,6 C T = 0 C

Nbr de plateaux

Plateau dalimentation

Temprature dalimentation [C]

Pression dalimentation [bar]

Temprature de condenseur [C]

Temprature de fond [C]

Temprature du rebouilleur [C]

Pression de condenseur [bar]

Pression de rebouilleur [bar]

Dbit dalimentation de GPL [Kmol /h]

Dbit de distillat [Kmol /h]

Dbit de rsidu [Kmol /h]

Taux de reflux

QC, chaleur extraire de condenseur [KCal/h]

QR, chaleur du four [KCal/h]

43

17

57.6

31.51

56.4

110

109

20.51

21.01

334.9

194.5

140.4

3

2.21x106

2.53x106

43

17

0

31.51

56.1

108.8

109.9

20.51

21.01

334.9

193

141.9

3

2.18x106

3.13x106

53

Tableau (VII-1.3) : La composition molaire des produits finis daprs le cas DESIGN.

Constituants

T = 0 C T = 57,6 C

C3 C4 C3 C4

C2

C3

iC4

nC4

C5+

2.36

96.43

0.91

0.30

0

0

3.00

37.43

59.55

0.02

2.34

95.71

1.45

0.5

0

0

3.00

37.07

59.9

0.02

La fiabilit du modle de simulation dpend essentiellement du choix de lquation

dtat, or le constructeur na pas dfini le modle thermodynamique utilis dans sa propre

simulation.

Nous avons procd la recherche dun modle qui donne des rsultats similaires avec

ceux trouvs par le constructeur, on bas notre modle sur lquation dtat "Peng-Robinson.

qui est la plus rpandue dans le domaine de lindustrie gazire et ptrolire.

Composition dalimentation (%)

C2 = 1,36

C3 = 56,85

iC4 = 16, 38

nC4 = 25,4

C5+

= 0,01

Total = 100%

Tableau (VII-1.2) : La composition dalimentation selon le cas DESIGN.

54

VII-2.Simulation du cas design par lquation de Peng robinson

Les rsultats de simulation du cas design selon lquation de Peng Robinson sont

rcapituls dans les tableaux suivants :

constituants

T = 0 C T = 57.6 C

C3 C4 C3 C4

C2

C3

iC4

nC4

C5+

0.023594

0.975542

0.000819

0.000045

0

0

0.01459

0.385588

0.599586

0.000236

0.023417

0.975253

0.001261

0.000069

0

0

0.004989

0.38898

0.605792

0.000239

Tableau (VII-2.2) : Comparaison entre les nergies du cas DESIGN et cette trouves

par la simulation selon lquation Peng-Robinson.

Equipements

Condenseur Rebouilleur

T=57.6C

T=0C

T=57.6C T=0C

Quantit dnergie selon le cas DESIGN

[Kcal /h]

2.21x106

2.18x106

2.53x106

3.13x106

Quantit dnergie selon simulation par

HYSYS [Kcal /h]

2.17x106

2.157x106

2.483x106

3.078x106

Tableau (VII-2.1) : Compositions molaires des produites finis daprs la simulation

du cas design selon lquation de Peng-Robinson.

55

Tableau (VII-2.3) : Les rsultats des paramtres simuls du cas DESIGN donns par le

logiciel HYSYS.

Par consquent, on peut conclure que notre modle avec lquation Peng-Robinson

donne des rsultats satisfaisants.

VII-3.Simulation du fonctionnement actuel

Dans lintention dactualiser notre projet dune part et effectuer des tudes avances sur

la section de fonctionnement dautre part, et mieux encore ltude du comportement de cette

dernire, on a procd la simulation du fonctionnement actuel de cette section.

Les paramtres actuel de fonctionnement de la section ont t collects au niveau de la

salle de contrle dans la quelle un systme numrique (DCS).

Les donns actuelles des charges dalimentation de la colonne C801 sont consignes

dans les tableaux suivants :

Paramtres T = 57,6 C T = 0 C

Temprature dalimentation [C]

Pression dalimentation [bar]

Temprature de sommet [C]

Temprature de condenseur [C]

Temprature de fond [C]

Temprature de rebouilleur [C]

Pression de condenseur [bar]

Pression de Rebouilleur [bar]

Dbit de distillat [Kmol /h]

Dbit de rsidu [Kmol /h]

Taux de reflux

QC condenseur [Kj/h]

QR du Rebouilleur

57.6

31.51

57.30

56.12

107.5

108.1

20.51

20.01

194.5

140.4

3

2.17x106

2.483x106

0

31.51

57.26

56.09

109.2

110.2

20.51

21.01

193.0

141.9

3

2.157x106

3.078x106

56

Tableau (VII-3.1) : Paramtres dalimentation de la colonne C801 selon le cas actuel.

Tableau (VII-3.2) : La composition de lalimentation de la colonne est obtenue par les

analyses chromatographiques au niveau du laboratoire du module 3 (14/02/2012).

Constituants %

C1

C2

C3

iC4

nC4

0.48

0.91

59.52

14.75

24.34

TOTAL 100%

La comparaison entre les paramtres

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