Diapositive 1
Optimisation du rendement du procd de liqufaction dune unit de
production de CO2 liquide
Ralis par: Nidhal Ammar
Responsable lENIG: Monsieur Ali Snoussi
Responsable Air Liquide: Monsieur Yahya Bayar
Prsent le 19 Septembre 2015Projet de fin dtude: Intitul du sujet
:
Filire : Gnie chimique & procds2014/2015
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SOMMAIRE DE LA PRESENTATION :
Description du procd de production de CO2 LiquideModlisation
mathmatique du procd de liqufactionContribution la rsolution du
problmeConclusion / perspectivesPrsentation de la problmatique lie
au liqufacteur IIIIIIIVV2
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I/Description du procd de production de CO2 liquide
Circuit deau de refroidissement MEA riche en CO2 MEA Pauvre
Circuit de CO2 Circuit de fron R404A
Chaudire tubes de fume Tour de refroidissementCiterne de
stockage de CO2 LiquideColonne de dsorptionColonne de lavageColonne
dabsorptionProcess de liqufactionSparateur
gaz/liqCompresseurColonne dabsorption bullesRechauffeurLes colonnes
de dessiccation ( adsorption ) Colonne dadsorption ( Dsodoriseur
)KMnO4Na2CO3Na2CO3RecPrp
HXHXHX
Etape 1 : Combustion dans une chaudire tubes de fume 10 % de
CO23
I/Description du procd de production de CO2 liquide
Etape 2 : Lavage de la fume dans une colonne dabsorption
garnissage
Circuit deau de refroidissement MEA riche en CO2 MEA Pauvre
Circuit de CO2 Circuit de fron R404A
Chaudire tubes de fume Tour de refroidissementCiterne de
stockage de CO2 LiquideColonne de dsorptionColonne de lavageColonne
dabsorptionProcess de liqufactionSparateur
gaz/liqCompresseurColonne dabsorption bullesRechauffeurLes colonnes
de dessiccation ( adsorption ) Colonne dadsorption ( Dsodoriseur
)KMnO4Na2CO3Na2CO3RecPrp
HXHXHX
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I/Description du procd de production de CO2 liquide
Circuit deau de refroidissement MEA riche en CO2 MEA Pauvre
Circuit de CO2 Circuit de fron R404A
Chaudire tubes de fume Tour de refroidissementCiterne de
stockage de CO2 LiquideColonne de dsorptionColonne de lavageColonne
dabsorptionProcess de liqufactionSparateur
gaz/liqCompresseurColonne dabsorption bullesRechauffeurLes colonnes
de dessiccation ( adsorption ) Colonne dadsorption ( Dsodoriseur
)KMnO4Na2CO3Na2CO3RecPrpHXHXHX
Etape 3 : Rcupration de CO2 Absorption-Dsorption par une
solution de Mono-thanol Amine (MEA)
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I/Description du procd de production de CO2 liquide
Circuit deau de refroidissement MEA riche en CO2 MEA Pauvre
Circuit de CO2 Circuit de fron R404A
Chaudire tubes de fume Tour de refroidissementCiterne de
stockage de CO2 LiquideColonne de dsorptionColonne de lavageColonne
dabsorptionProcess de liqufactionSparateur
gaz/liqCompresseurColonne dabsorption bullesRechauffeurLes colonnes
de dessiccation ( adsorption ) Colonne dadsorption ( Dsodoriseur
)KMnO4Na2CO3Na2CO3RecPrpHXHXHX
Etape 4 : Compression du CO2 jusqu une pression de 21 bars
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I/Description du procd de production de CO2 liquide
Circuit deau de refroidissement MEA riche en CO2 MEA Pauvre
Circuit de CO2 Circuit de fron R404A
Chaudire tubes de fume Tour de refroidissementCiterne de
stockage de CO2 LiquideColonne de dsorptionColonne de lavageColonne
dabsorptionProcess de liqufactionSparateur
gaz/liqCompresseurColonne dabsorption bullesRechauffeurLes colonnes
de dessiccation ( adsorption ) Colonne dadsorption ( Dsodoriseur
)KMnO4Na2CO3Na2CO3RecPrpHXHXHX
Etape 5 : Llimination des NOx par absorption
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I/Description du procd de production de CO2 liquide
Circuit deau de refroidissement MEA riche en CO2 MEA Pauvre
Circuit de CO2 Circuit de fron R404A
Chaudire tubes de fume Tour de refroidissementCiterne de
stockage de CO2 LiquideColonne de dsorptionColonne de lavageColonne
dabsorptionProcess de liqufactionSparateur
gaz/liqCompresseurColonne dabsorption bullesRechauffeurLes colonnes
de dessiccation ( adsorption ) Colonne dadsorption ( Dsodoriseur
)KMnO4Na2CO3Na2CO3RecPrpHXHXHX
Etape 6 : La dessiccation
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I/Description du procd de production de CO2 liquide
Circuit deau de refroidissement MEA riche en CO2 MEA Pauvre
Circuit de CO2 Circuit de fron R404A
Chaudire tubes de fume Tour de refroidissementCiterne de
stockage de CO2 LiquideColonne de dsorptionColonne de lavageColonne
dabsorptionProcess de liqufactionSparateur
gaz/liqCompresseurColonne dabsorption bullesRechauffeurLes colonnes
de dessiccation ( adsorption ) Colonne dadsorption ( Dsodoriseur
)KMnO4Na2CO3Na2CO3RecPrpHXHXHX
Etape 7 : La dsodorisation
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I/Description du procd de production de CO2 liquide
Circuit deau de refroidissement MEA riche en CO2 MEA Pauvre
Circuit de CO2 Circuit de fron R404A
Chaudire tubes de fume Tour de refroidissementCiterne de
stockage de CO2 LiquideColonne de dsorptionColonne de lavageColonne
dabsorptionProcess de liqufactionSparateur
gaz/liqCompresseurColonne dabsorption bullesRechauffeurLes colonnes
de dessiccation ( adsorption ) Colonne dadsorption ( Dsodoriseur
)KMnO4Na2CO3Na2CO3RecPrpHXHXHX
Etape 8 : La Liqufaction : deux liqufacteurs en srie
Liqufacteur N1Liqufacteur N23
Description dtaille du procd de liqufaction de CO2
Le liqufacteur de CO2 nest autre quune machine frigorifique
compression mais dans une version un peu plus complexe que les
machines frigorifiques ordinaire de Carnot. La liqufaction de CO2
va se faire donc travers un change thermique avec le fron R404a
tournant dans cette machine.4
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Description dtaille du procd de liqufaction de CO2
Les 5 lments de la machine frigorifique :Un compresseur :
Assurer la compression du fron.
Ce compresseur subit linjection dune huile synthtique afin den
vacuer la chaleur
4
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II/ Description dtaille du procd de liqufaction de CO2
Un condenseur : Rendre au fron son tat liquide en vacuant ainsi
de la chaleur vers leau de refroidissement circulant dans le ct
tubes.
4
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Description dtaille du procd de liqufaction de CO2
Une vanne de dtente thermostatique: produire le froid dans le
fron suite la baisse de sa pression par une dtente isenthalpique de
Joule -Thomson
4
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II/ Description dtaille du procd de liqufaction de CO2
Un vaporateur : Extraire une quantit de chaleur partir du CO2
pour lexploiter dans la vaporisation totale du fron.
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Description dtaille du procd de liqufaction de CO2
Circuit conomiseur: qui assure le sous refroidissement
supplmentaire du fron la sortie du condenseur
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SOMMAIRE DE LA PRESENTATION :
Description du procd de production de CO2 LiquideModlisation
mathmatique du procd de liqufactionContribution la rsolution du
problmeConclusion / perspectivesPrsentation de la problmatique lie
au liqufacteur IIIIIIIVV
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II / Prsentation de la problmatique lie au liqufacteur
Le problme de cette machine est le fait quelle est trs sensible
aux conditions de chaleur: en effet: Pendant la saison dt et suite
la monte de la temprature ambiante lunit de liqufaction devient
incapable de faire sortir le CO2 la temprature de -25C.
Limpossibilit de sa liqufaction totale.
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II / Prsentation de la problmatique lie au liqufacteur
Intervention de lindustriel pour rendre le fonctionnement
convenable du liqufacteur
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Plan daction
Modlisation mathmatique du procd de liqufaction de CO2Etude de
linfluence des saisons sur la performance du procd de
liqufactionProposition de solutionsContribution la rsolution du
problme12AB
Optimisation du rendement du liqufacteur8
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SOMMAIRE DE LA PRESENTATION :
Description du procd de production de CO2 LiquideModlisation
mathmatique du procd de liqufactionContribution la rsolution du
problmeConclusion / perspectivesPrsentation de la problmatique lie
au liqufacteur IIIIIIIVV
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III / Modlisation mathmatique du procd de liqufaction
La caractrisation complte du procd de point de vue fluide et
composants.
Le calcul thermique des changeurs par la simulation de leurs
fonctionnement sous le logiciel ASPEN Exchanger Design & Rating
.
On prsente dans les tableaux suivant la surface et le
coefficient global dchange pour
Le condenseur
Lvaporateur secondaire
Le refroidisseur dhuile
La mise en quation du problme.
Bilan de masse
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III / Modlisation mathmatique du procd de liqufaction
Bilan nergtique sur le liqufacteur
Exemple : Pour lvaporateur (Volume de contrle N1)
Pour le compresseur (Volume de contrle N2)
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III / Modlisation mathmatique du procd de liqufaction Le bilan
nergtique va nous fournir au total 11 quations.
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III / Modlisation mathmatique du procd de liqufaction Les
quations de bilan associs aux quations de NUT nous ont donn en
totalit un systme de 16 quations indpendantes.
Ecriture des quations de NUT pour les diffrents changeurs de
chaleur
Dans cette phase, il sagit de faire lanalyse thermique des
diffrents changeurs par la mthode de NUT : cette analyse va aboutir
vers la fin une quation qui met lune des tempratures sortie de
lchangeur en relation avec son nombre dunit de transfert et lune de
ses tempratures dentre
Pour le condenseur :Pour lvaporateur secondaire : Pour le
refroidisseur dhuile :
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III / Modlisation mathmatique du procd de liqufactionEtude de la
variance du problme
Le dnombrement des inconnus : 41 inconnus Le dnombrement des
paramtres fixs : 25 paramtres V = 41 -25 = 16 On a 16 degrs de
libert
On a 16 degrs de libert 16 quations
Notre problme est bien dfinie
La validation du modle mathmatique dvelopp
Rsolution thorique du systme dquation pour le point de
fonctionnement du 13 Fvrier 2015
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III / Modlisation mathmatique du procd de liqufaction
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III / Modlisation mathmatique du procd de liqufactionSimulation
du procd de liqufaction de CO2 sous le logiciel ASPEN Plus dans le
mme point de fonctionnement choisi pour le calcul thorique
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III / Modlisation mathmatique du procd de liqufactionSimulation
du procd de liqufaction de CO2 sous le logiciel ASPEN Plus dans le
mme point de fonctionnement choisie pour le calcul thorique
30C22,7 bars
-14,86C22,7 bars
15C3 bars
17,47C3 bars 78,35C21 bars 26,19C21 bars 26,19C21 bars 10,4C8,6
bars 16,17C21 bars
-26,6C2,4 bars -9,18C2,4 bars 10,7C8,6 bars
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III / Modlisation mathmatique du procd de
liqufactionConfrontation du modle mathmatique la simulation
FluidePoint du cycleDsignationTemprature par calcul thorique
[C]Temprature par simulation [C]Ecart entre les rsultats des deux
alternatives [C]Fron R404aSortie du
compresseurT679,878,351,45Sortie du condenseurT926,826,190,61Sortie
du dtendeur secondaireT1211,410,41Sortie principale de lvaporateur
secondaireT1414,1816,17-1,99Sortie secondaire de lvaporateur
secondaireT1511,710,71Sortie du dtendeur
principalT3-25,9-26,670,77Sortie de lvaporateurT4-9,95-9,18-
0,77CO2Sortie de lvaporateurT2-15,4-14,86- 0,54EauSortie du
condenseurT1117,7417,470,27
Le modle mathmatique ralis est acceptable do sa validation.
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SOMMAIRE DE LA PRESENTATION :
Description du procd de production de CO2 LiquideModlisation
mathmatique du procd de liqufactionContribution la rsolution du
problmeConclusion / perspectivesPrsentation de la problmatique lie
au liqufacteur IIIIIIIVV
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A / Etude dynamique de linfluence des saisons sur la performance
du procd de liqufactionLidentification de la cause de dgradation de
performance
La temprature de lair ambiant ne sera plus suffisante pour
refroidir leau dans la tour de refroidissement, ainsi la temprature
de leau va augmenter
Leau de refroidissement nest plus capable de refroidir le fron
au sein du condenseur
Leau de refroidissement nest plus capable de refroidir lhuile du
compresseur
La quantit de chaleur change au sein du condenseur diminue
La machine ne sera plus apte donner son effet frigorifique
optimal
Diminution du taux de CO2 liqufi
Le fonctionnement de ce dernier va tre perturb cause de
laccumulation de chaleur excessive
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A / Etude dynamique de linfluence des saisons sur la performance
du procd de liqufactionLidentification de la cause de dgradation de
performance
Etat hivernal : Tamb = 12 C
Etat estival : Tamb = 34 C
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A / Etude dynamique de linfluence des saisons sur la performance
du procd de liqufactionLidentification des limites de
fonctionnement de linstallation
Le problme commence apparaitre partir de la temprature ambiante
de 28C
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B / La proposition de solutions Solution 1 : Lexploitation du
dbit dappoint froid avant son admission dans la tour de
refroidissement
Solution 2 : Lexploitation du froid dgag par lazote liquide dans
lvaporateur atmosphrique
Le dimensionnement sur ASPEN Plus nous a permis de dterminer la
surface dchange ncessaire cette application : 13,28 m2
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CONCLUSION / PERSPECTIVESPerspective 1 :
Installer les solutions proposes sur le plan pratique afin de
vrifier quelles sont de bonnes solutions. Perspective 2 :
La programmation du modle mathmatique sur le logiciel Visual
Basic.
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Une petite Remarque pour conclure: on constate que la seule
diffrence entre ce procd et le prcdant est dans le faite que lagent
expanseur est conduit partir dune cartouche externe et non pas
produit dans le milieu ractionnel donc tous les dtails vus
prcdemment, concernant le racteur et le racteur chimique restent
valables dans le 2me procd aussi.
Ammar Nidhal
Ecole nationale des ingnieurs de Gabes
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Evaporateur ducycle frigorifique Echangeur refroidisseur ou
condenseur Vanne de dtente Accumulateur ou sparateur biphasique (
liq gaz )Compresseur Filtre fron Filtre huile Condenseur du cycle
frigorifique ( eau )Echangeur secondaire Evaporateur
secondaireVanne de dtente
Refroidisseur dhuile Tour de refroidissement
Circuit deau de refroidissement Circuit dhuile Circuit de CO2
Circuit de fron R404A
Circuit secondaire Economiseur
VC1VC2VC3VC4VC5VC6VC7
![Travail de fin d'études et stage[BR]- Travail de fin d](https://img.pdfslide.fr/doc/110x75/61cd0b2913501116e7362baf/travail-de-fin-dtudes-et-stagebr-travail-de-fin-d-.jpg)
