Estimation du rapport vapeur/carbone à l’unité de réformage au niveau du complexe SORFERT et modélisation

Abstract

This thesis provides an in-depth analysis of the ammonia production process implemented at the SORFERT plant, structured into two main chapters. The first chapter is dedicated to general aspects of ammonia, including its physicochemical properties, major industrial applications, and a detailed description of the UHDE process. This process encompasses primary and secondary reforming, synthesis gas purification, and high-pressure catalytic ammonia synthesis. The second chapter focuses on the optimization of operating conditions, with particular emphasis on the influence of the steam-to-carbon (S/C) ratio. It presents the calculations related to natural gas and steam flow rates aimed at maximizing the yield of the synthesis reactor, and offers a comprehensive thermodynamic and kinetic analysis of the Water-Gas Shift (WGS) reaction, which is critical to the overall efficiency of the process. Keywords: Ammonia, UHDE Process, Primary Reforming, Secondary Reforming, Synthesis Gas, Steam-to-Carbon (S/C) Ratio, Water-Gas Shift (WGS) Reaction. ملخص يتناول هذا البحث دراسة معمقة لعملية إنتاج األمونياك المعتمدة في مصنع سرفرت(SORFERT (، مستندًا إلى هيكلية تتألف من فصلين رئيسيين. يُخصص الفصل األول للجوانب العامة المتعلقة باألمونياك، بما في ذلك خصائصه الفيزيائية والكيميائية، وتطبيقاته الصناعية الرئيسية، باإلضافة إلى وصف مفصل لعملية .UHDE وتشمل هذه األخيرة مراحل اإلصالح األولي والثانوي، وتنقية غاز التخليق، والتخليق التحفيزي لألمونياك تحت ضغط عا ٍل. أما الفصل الثاني، فيركز على تحسين ظروف التشغيل، مع إيالء اهتمام خاص لتأثير نسبة البخار إلى الكربون .(C/S ,Carbon-to-Steam (ويعرض هذا الفصل الحسابات المتعلقة بتدفقات الغاز الطبيعي وبخار الماء بهدف تعظيم مردودية مفاعل التخليق، كما يقدم تحليالً معمقاً من الناحيتين الديناميكية أساسياً الحرارية والحركية لتفاعل تحويل غاز الماء(WGS - Shift Gas-Water (في كفاءة العملية الكلية ، والذي يُعدّ عنصرا . ً الكلمات المفتاحية : األمونياك، عمليةUHDE، اإلصالح األولي، اإلصالح الثانوي، غاز التخليق، نسبة البخار إلى الكربون (Water-Gas Shift - WGS)الماء غاز تحويل تفاعل ،)Steam-to-Carbon, S/C) Résumé Ce mémoire examine en profondeur le procédé de production d’ammoniac mis en œuvre au sein de l’usine SORFERT, en s’appuyant sur une structure articulée en deux chapitres principaux. Le premier chapitre est consacré aux aspects généraux de l’ammoniac, notamment ses propriétés physico-chimiques, ses principales applications industrielles, ainsi qu’une description détaillée du procédé UHDE. Ce dernier inclut les étapes de reformage primaire et secondaire, la purification du gaz de synthèse, et la synthèse catalytique de l’ammoniac à haute pression. Le second chapitre porte sur l’optimisation des conditions opératoires, avec un accent particulier sur l’influence du rapport vapeur/eau au carbone (Steam-to-Carbon, S/C). Il présente les calculs relatifs aux débits de gaz naturel et de vapeur d’eau visant à maximiser le rendement du réacteur de synthèse, et propose une analyse thermodynamique et cinétique approfondie de la réaction Water-Gas Shift (WGS), essentielle à l’efficacité globale du procédé. Mots clés: Ammoniac, Procédé UHDE, Reformage primaire, Reformage secondaire, Gaz de synthèse, Rapport vapeur/carbone (Steam-to-Carbon, S/C), Réaction Water-Gas Shift (WGS)