PROJET DE GESTION ET MANAGEMENT DES RISQUES

David Devesa-Velasco

Illakia Sireetharan

MASTER PARIS CENTRE SPÉCIALITÉ INGÉNIERIE CHIMIQUE

PRODUCTION DE L’ANHYDRIDE PHTALIQUE

Plan

1. Description du procédé

2. Modélisation sur HYSYS

3. Analyses des risques

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1. Description du procédé

Description du procédé

Synthèse de l’anhydride phtalique par oxydation catalytique de l’ortho-xylène

+ 3 O2 + 3 H2O ΔH1= -1.105cal/mol

Téb= 144°C Tfus= -25°C

Tautoinfla= 465°C LII=1.7% LIS=7.6%

Téb= 295°C Tfus= 131°C

Tautoinfla= 570°C LII=1.7% LIS=10.4%

k1= 6.696.1011..eE/RT S-1

E1=27008 kcal/kgmol

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Source : MSDS Acros Organics

Réactions secondaires: décompositions

ΔH2= -3.105cal/mol

ΔH3= -2.105cal/mol

k2= 2.77.1011..eE/RT S-1

E2=28681 kcal/kgmol

k3= 1,83.1012..eE/RT S-1

E3= 31071 kcal/kgmol

+ 21/2 O2 5 H2O + 8 CO2

+ 15/2 O2 2 H2O + 8 CO2

2. Modélisation sur HYSYS

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Schéma initial du procédé

Les régulateurs présentés ici ne sont pas des barrières

Modélisation sur HYSYS

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Modèle thermodynamique: UNIQUAC D’après un arbre de décision

Fv= 1.94m3/h

L’activité du catalyseur est limitée à 703K

Réacteur maintenu à 627K par refroidissement à l’ethylène glycol.

Excès d’air

Évite fluctuation légère de débit lié aux contractions et expansion moléculaire

Absorbe les perturbations thermiques

Ethylène glycol Cp=140,5 cal/mol.°C U=1,05.106W/m2°C Coeftube/milieu=410 kcal/h.m2.°C

P=233.8kPa Tréaction= 354°C TLimCata= 430°C Ф=0,0254m L=3m

Réaction en phase gazeuse T>Téb

Modélisation sur HYSYS

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Le réacteur tubulaire à lit fixe de catalyseur

Fnair= 86,296mol/h

Fno-Xy= 0,804mol/h

Calcul du volume des échangeurs pour l’obtention de temps de séjour de 15 minutes.

Refroidissement Aira Chauffage o-Xy

Fair sortie comp= 1,85m3/h Fo-xy sortie pompe= 9,65.10-5 m3/h

Vcooler= 0,463m3 Vheater= 2,432.10-5 m3

Véchangeur (m3) = Fv (m3/h) /60 (min/h) x 15 (min)

Modélisation sur HYSYS

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Dimensionnement des échangeurs

Modélisation sur HYSYS - la ligne d’alimentation en air

Marche normale:

Para Valeur

T(°C) 354

P(kPa) 234

F(kgmol/h) 0,086

Para Valeur

T(°C) 366

P(kPa) 304

F(kgmol/h) 0,086

Para Valeur

T(°C) 20

P(kPa) 30,84

F(kgmol/h) 0,086

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Changement Température

Ouverture vanne

Puissance compresseur

Flux liquide caloporteur

Evolution générale

Modélisation sur HYSYS - la ligne d’alimentation en air

Modélisation sur HYSYS

Points critiques

• Ratio ouverture vanne et puissance compresseur

Flux de liquide caloporteur de l’échangeur

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Le flux étant de l’air, s’il atteint la température évacuation

Marche normale:

Paramètres Valeur

T(°C) 354

P(kPa) 234

F(10-4kgmol/h) 8,04

Paramètres Valeur

T(°C) 20,5

P(kPa) 304

F(10-4kgmol/h) 8,04

Paramètres Valeur

T(°C) 20

P(kPa) 31

F(10-4kgmol/h) 8,04

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Modélisation sur HYSYS - la ligne d’alimentation en orthoxylène

Changement Température

Ouverture vanne

Puissance pompe

Flux liquide caloporteur

Modélisation sur HYSYS

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Point critique

• Flux dans l’échangeur

Modélisation sur HYSYS - la ligne d’alimentation en orthoxylène

Temps de séjour dans l’échangeur: température

Causes: fermeture de la vanne, défaillance de la pompe...

Modélisation sur HYSYS

Marche normale:

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Modélisation sur HYSYS – le réacteur

Modélisation du réacteur

FEG=500kgmol/h

Influence du débit de fluide caloporteur (éthylène glycol)

FEG=0,2kgmol/h

Emballement/Auto-inflammation de l’o-XY

si

Modélisation sur HYSYS

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• Flux d’éthylène glycol

Sans refroidissement du réacteur l’emballement thermique est immédiat.

Points critiques

L’évolution des débits n’a que peu d’influence sur le profil de température du réacteur, tant qu’ils n’atteignent pas à la température d’auto-inflammation

Le point le plus chaud du réacteur est son entrée

Modélisation sur HYSYS – le réacteur

Modélisation sur HYSYS

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Points critiques du procédé:

Risque d’auto-inflammation L’un des deux flux atteint 465°C :

Risque d’emballement Débit d’éthylène glycol

• Ratio vanne/compresseur • Débit liquide de refroidissement • Temps de séjour dans le heater trop long • Débit de liquide caloporteur

2. Analyse des risques

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EG

A

O-Xy

A C

Pc

P

Pp

R

FF

H

FT

B

A= Air O-Xy = Ortho-Xylène Pc= Puissance compresseur Pp= Puissance pompe FF= Fluide frigorigène FT= Fluide thermique EG= Ethylène Glycol

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Schéma de principe utilisé pour la méthode Hazop

ISO 10628:1997

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Méthode HAZOP

Exemple:

Ligne Paramètre Déviation Causes Conséquences Actions

O-xyl

Flux 4

Pas de (Fo-xy=0kg/h)

4.a

Vanne B bloqué fermée

Augmentation de la température en sortie

d‘échangeur jusqu’à auto-inflammation de l'o-Xy en 1H15

-Filtre avant vanne B -FI4 après la vanne B

-FIC2 Régulation ouverture vanne B -FI5

-FIA2 si F<7,5.10-2kg-h opérateur ouvre manuellement B, analyse PI

4,5,6 Si F<5.10-2kg-h fermeture vanne H

(flux FT) si F<3.10-2kg-h ouverture vanne GN'2

(flux GN) -Maintenance vanne b

-idem 5.c

Conduite obstruée

Pompe HS

Conduite rompue après la pompe

Pollution Risque incendie atelier

Risque explosion si fuite après échangeur6

Rejet toxique Retour de matière réacteur

-FI 4,5,6 -FdA2 si Delta=-0 fermeture vanne H

ouverture R2 -Clapet de non retour avant réacteur

-Conduite renforcée -Ventilation de l’atelier

Modélisation

Efficace Systématique

Pas 2 défaillances en mm temps LONGUE Infos non importante

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Nouveaux schéma de principe

Installations ajoutées

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Mise en marche et arret

Ce procédé utilisant un comburant et un carburant, la mise en marche et l’arrêt sont des étapes critiques.

(Pas d’analyse des causes) Procédures à suivre ? méthode what-if

Mise en marche & arrêt: Ajout d’un purgeur

1) Flux o-xy 2) Fluide caloporteur

1) Arret du fluide caloporteur 2) Arret flux o-Xy

Température

Evite surchauffe o-Xy

Température

ϕl

ϕg

ϕl

ϕg

Evite liquide dans le compresseur

Parties de procédé non étudiées 21

Schéma de principe final

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Auto-inflammation de l’o-xylène

Mélange air/O-xy

LII≤o-xy≤LIS

Air dans canalisation o-

xy

Marche normale

Fuite d’o-xy

T≥465°C

Flux d’air

≥465°C

Flux d’O-xy

≥465°C

Réacteur

≥465°C

1 2

3 4 5

(1)

(2) (1)

(1) Installation d’un capteur et d’un régulateur de température avec un système d’alarme (TI, TIC, TIA) (2) Installation d’un capteur et d’un régulateur de débit avec un système d’alarme (FI, FIC, FIA)

Arbre de défaillance

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T reacteur

≥465°C

Installation de sécurité

défaillante

Pas d’alimentation d’azote

GN2 ouvre pas

Vanne bloquée

TIAr HS

Conduite bouchée

Pas de douche

Panne d’aliment

ation générale

Conduite bouchée

R4 ouvre pas

Vanne bloquée TIA HS

Débit EG

Insuffisant

Teg trop élevé

FIA

HS

TICsr

HS

R3 Bloquée

5

(16)

(16)

(16)

(16) Maintenance préventive des vannes gn2 R3 et R4 ainsi que de leur TIA correspondant

(3)

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Arbre d’évènements

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Points critiques

HAZOP

Barrières

Tests avec arbres

Simulation

Hysys

A adapter en fonction du budget.

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