Analyse des performances énergétiques de l’unité de vaporeformage au complexe pétrochimique CP1/Z.

Abstract

La découverte du méthanol depuis le XVII siècle et sa production industrielle ont constitué la base d’une chimie forte ancienne, ses utilisations restent bien vivantes et son avenir pourrait être lié à de nouvelles formes de carburants comme à la substitution de produis pétrolière pour la fourniture de l’énergie [1]. Le méthanol est principalement, à 80 %, synthétisé à partir du gaz naturel, à 17 %, du charbon et à 3 % à partir de pétrole. Les unités de production sont situées à proximité des gisements de gaz naturel, des gazoducs ou, des mines de charbon [2]. Aujourd'hui, la majeure partie de la production mondiale de méthanol repose sur l'utilisation du gaz naturel, principalement composé de méthane (CH₄), car cette matière première est abondante, économique et permet d'obtenir un rendement élevé. La production industrielle du méthanol repose principalement sur la génération d’un gaz de synthèse (syngaz) qui est essentiellement composé d’hydrogène, de monoxyde de carbone et d’anhydride carbonique, obtenu par vaporeformage du méthane en présence de vapeur d’eau [3,4]. Cependant, Dans les fours de reformage du méthane, l’efficacité globale du procédé est considérablement affectée par les pertes thermiques et par les limitations de transfert de chaleur au sein du lit catalytique. Ces dernières empêchent l’utilisation de tout le potentiel du catalyseur. De plus, le chauffage de la charge entrante dans le four composée de gaz naturel et de vapeur d’eau engendre des réactions indésirables et qui conduisent à la formation de dépôt indésirable qu’on appelle le Coke [1]. La formation de coke dans les tubes de reforming engendre plusieurs conséquences néfastes, notamment l’augmentation de la température de la peau des tubes, l’accroissement de la résistance à l’écoulement et des pertes de charge, la désactivation progressive du catalyseur de Steam reforming, ainsi que des pertes financières importantes liées à la baisse des performances de l’unité et aux opérations de maintenance [5-7]. Au cours de mon stage pratique au sein de l’unité méthanol CP1/Z d’Arzew, j’ai constaté un problème de formation de dépôts de carbone au niveau des tubes de reforming. Ce phénomène est principalement dû à l’introduction des réactifs à une température favorisant les Introduction générale 2 réactions de cokage, ce qui engendre plusieurs difficultés d’exploitation, notamment l’augmentation des pertes de charge, la désactivation du catalyseur et la diminution des performances de l’unité. Dans ce contexte, le travail qui m’a été confié consiste à étudier une amélioration du système de préchauffage de la charge afin de porter sa température à environ 460°C avant son entrée dans le four de reforming. Cette modification vise à limiter la formation de carbone sur la surface du catalyseur dans la zone de radiation du four. Pour cela, mon travail est réparti comme suit : Le premier chapitre présente le complexe CP1/Z d’Arzew, son organisation ainsi que les procédés de production du gaz de synthèse et du méthanol. Le deuxième chapitre, intitulé « Partie expérimentale », est consacré à l’étude du four de reforming F201. Une description détaillée de cet équipement y est présentée en mettant l’accent sur son principe de fonctionnement, ses différents systèmes et l’évaluation de son rendement thermique. Ce chapitre traite également du phénomène de formation de coke, de ses causes et de ses conséquences sur le fonctionnement du four et du catalyseur. La modification proposée pour réduire ce phénomène est ensuite présentée. Enfin, les calculs relatifs au rendement du four et à l’étude de cette modification sont développés. Les résultats obtenus sont analysés et interprétés afin d’évaluer l’impact de cette solution sur les performances du procédé et sur la réduction de la formation des dépôts de carbone.