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UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE

HOUARI BOUMEDIENE

FACULTE DE GENIE MECANIQUE ET DE GENIE DES PROCEDES

DEPARTEMENT DE GENIE DES PROCEDES

OPTION CRYOGENIE

THESE

Présentée à

L'U.S.T.H.B.

Pour l'obtention du grade de

Doctorat D'Etat

par

AMOKRANE SAMIRA éps NIBOU

Intitulée

soutenue le devant la commision d'examen

Soutenue le 26/12/2007

Devant le jury composé de

LEBAILI Soltane Professeur à l'USTHB Président MAACHI Rachida Professeur à l'USTHB Examinatrice BOUCHEFFA Youcef Professeur à l'EMP Examinateur SADAOUI Zahra Maître de conférence Examinateur FEGHOULI Abdelhafid Docteur à Sonatrach Invité REBIAI Rachid Professeur à l'USTHB Directeur de thèse

ANALYSE ET VALORISATION DES GAZ NATUREL ET

GAZ TORCHES PAR LES COMPLEXES DE

LIQUEFACTION.

RESUME.

Le présent travail a pour objet l'analyse et la valorisation du gaz naturel et des gaz torchés au

niveau des complexes de liquéfaction du gaz naturel d'Arzew (GL2Z). Les analyses du gaz naturel et

des gaz torchés ont été réalisées par la technique de chromatographie en phase gazeuse.

L'analyse des résultats obtenus montre la nécessité de récupérer ces gaz torchés ceci pour deux

intérêts majeurs. La mise en valeur des quantités importantes de gaz torché pourrait constituer d'une

part un enjeu économique de premier ordre. D'autre part, le rejet à l'air libre, de quantités importantes

de gaz tels le méthane, l'éthane, le propane, le n-butane, l'isobutane, l'isopentane, le n-pentane, les

C+

6 constitue un facteur de pollution et contribue à la dégradation de la qualité de l'environnement. A

cet effet, nous avons proposé la conception d'une unité de récupération en se basant sur la composition

des gaz torchés et l'étude de la situation journalière du complexe GL2Z. Cette dernière est composée

d'un échangeur de chaleur, d'un compresseur, d'un refroidisseur utilisant l'eau de mer, d'un

échangeur utilisant le propane liquide, de deux vannes de Joule Thompson, de ballons d'aspiration et

d'autres de séparation. Une étude de dimensionnement de différents équipements de l'unité de

récupération a été réalisée selon deux méthodes. Il s'agit d'une méthode classique et d'une autre

numérique basée sur la simulation utilisant des logiciels tels que le KHEMCHER et le HYSYSTEM.

La valorisation des gaz torchés par récupération a nécessité aussi l'utilisation d'une méthode basée sur

l'adsorption de gaz sur des matériaux de types tamis moléculaires. Il s'agit de tamis de types zéolithes

(Sodalite A, Faujasites X et Y et autres...). Ces expériences ont été réalisées sur des colonnes remplies

de différents adsorbants zéolithiques. Le comportement de chacune d'elles a été analysé par la

technique de chromatographie en phase gazeuse afin d'étudier la sélectivité d'adsorption de différents

gaz sur ces adsorbants. L'analyse des gaz a nécessité la réalisation d'une rampe à vide spécifique pour

l'adsorption et la désorption de gaz. Ces analyses sont effectuées in situ par spectrophotométrie

infrarouge à transformée de Fourier.

ABSTRACT.

The present work deals with the analysis and valorisation of the natural gas and wiped gases in the complex of liquefied gas natural of Arzew (GL2Z). Analyses of natural gas and wiped gases have been achieved by chromatography technique in phase gas.

From obtained results, it is necessary to recover these wiped gases for two major interests. The first is

of economic order since the complex wipes important quantities of gas. The second is bound to the pollution of the environment by this complex while rejecting several types of gas to the free air as methane, ethane, propane, n-butane, isobutane, isopentane, n-pentane, C+6 and nitrogen. To this effect, we proposed the conception of a recuperation unit while being based on the composition of wiped gases and the study of the daily situation of the complex GL2Z. This last is composed of heat

exchanger, compressor, cooler using the water of sea, heater using the liquid propane, two floodgates

of Joule Thompson, balls of aspiration and others of separation. A study of dimensionality of different

equipments of the unit recuperation has been achieved according two methods. It is about a classic method and another numeric based on the simulation using some software as the KHEMCHER and the HYSYSTEM. The valorisation of wiped gases by recuperation also required the use of a method

based on the adsorption of gas on molecular materials sieves. It is about zeolites type (Sodalite A,

Faujasites X and Y and other...). These experiences have been achieved on columns full of different zeolite adsorbents. The behaviour of each adsorbent has been analyzed by the technique of chromatography in gas phase in order to study the selectivity of adsorption of different gases. The

analysis of gases required the realization of vacuum rail specific for gas adsorption and désorption.

These analyses take place in in-situ by infrared spectrophotometry (FTIR). Il m'est agréable d'exprimer ma profonde gratitude et mes sincères remerciements à Mr R.Rebiai professeur à l'USTHB pour l'orientation dans la réalisation de mon modeste travail et d'avoir proposer ce sujet. Je tiens à exprimer tout mon respect, admiration et reconnaissance à Monsieur Soltane Lebaili professeur à l'USTHB pour l'honneur qu'il m'a fait en acceptant de présider le jury. Mes remerciements vont également à Mme Rachida Maachi professeur et Doyenne de la Faculté de Génie Mécanique et Génie des Procédés et à Mme Zahra Sadaoui maître de conférence à l'USTHB pour l'honneur qu'elles m'ont fait en acceptant d'examiner et de juger mon travail et en répondant à mon appel sans hésitation. Je tiens également à remercier particulièrement Mr Youcef Boucheffa professeur à l'Ecole Militaire Polytechnique et Mr Abdelhafid Feghouli vice président aval à Sonatrach d'avoir accepté d'examiner et de juger mon travail. Je tiens à remercier Mme Hahad coordinatrice de l'activité aval à sonatrach Hydra pour sa contribution à la réalisation de mon travail. Merci

Je dédie ce modeste travail à :

A la mémoire de mon père qui m'a donné tout ce qu'il avait de précieux, qui m'a rendu une

femme et que j'aurais aimé qu'il soit aujourd'hui parmi nous, que Dieu lui accorde sa miséricorde. A la chandelle qui éclaire ma vie, à celle qui m'a toujours comblé de son amour et de sa

tendresse infinie, à celle qui me souhaite tout le bonheur et le succès du monde, à celle qui ne

cesse de prier dieu pour moi, à mon trésor

Que dieu me la garde.

A mon cher époux, l'homme le plus gentil, le plus doux, le plus courageux, le plus formidable au monde, je ne le remercierais jamais assez, pour les sacrifices, les efforts et le soutien et a qui je souhaite une très longue vie.

A mes très adorables et précieux enfants :

Asma, Hibat Ellah et Abd rahmanne

A ma très chère soeur Saléha

A mes chers frères :

Mohamed, Amirouche, Omar, Abdrahmanne, Rachid, Krimo et Bouzid.

A mes belles -soeurs.

A ma belle famille

A mes très chères nièces.

A mes très chers neveux

A toutes mes amies.

A tous ceux qui m'ont encouragé et consacré leurs temps et leurs moyens.

A tous les enseignants de l'USTHB.

Samira

SOMMAIRE

NOMENCLATURE............................................................................ i LISTE DES TABLEAUX..................................................................... iv LISTE DES FIGURES......................................................................... iv INTRODUCTION GENERALE ............................................................ x

CHAPITRE I. GAZ NATUREL ET GAZ TORCHES

I.1. Gaz naturel................................................................................... 1

I.1.1. Introduction................................................................................ 1

I.1.2. Les perspectives énergétiques mondiales............................................. 3

1.1.3. Les complexes de liquéfaction de gaz naturel algérien ........................... 4

1.1.4. Composition chimique du gaz naturel ............................................... 9

1.1.5. Traitement du gaz naturel............................................................. 10

1.1.6. Procédé de Liquéfaction du gaz naturel.............................................11

1.1.6.1. Procédé en Cascade..................................................................12

1.1.6.2. Procédé MCR pré refroidi au Propane ..........................................12

1.1.7. Liquéfaction du gaz naturel du complexe GL2Z...................................13

1.1.7.1. Section de traitement de gaz........................................................13

1.1.7.2. Section de séparation et de liquéfaction .......................................................14

1.1.7.3. Section de fractionnement .............................................................................18

I.1.7.4. Le système fuel gaz.....................................................................21

I.1.7.5. Dégivrage d'un train ... ............................................................22 I.1.7.6. Démarrage et arrêt d'un train de liquéfaction...................................23

I.2. Gaz torchés..................................................................................27

I.2.1. Introduction................................................................................27

I.2.2. Système de torche .......................................................................29

I.2. 3. Réduction des gaz torchés ............................................................31

I.2. 4. Différents types de torches............................................................33 I.2. 5. Les principales sources des gaz torchés ...................................... ......34 I.2. 6. Quantités torchées au niveau du GL2/Z ...........................................37

I.2.7. Estimation des quantités torchées ..................................................38

I. 3. L'autoconsommation .....................................................................39

I.3.1. Définition .................................................................................39

I.3.2. Calculs de l'autoconsommation ......................................................40 I.3.3. Bilan production/autoconsommation du complexe GL2Z......................41

I.3.4. Estimation réelle des gaz torchés ....................................................43

I.3.5. Estimation économique des quantités torchées....................................44 CHAPITRE II. COMPOSITIONS DU GAZ NATUREL ET DES GAZ TORCHES

II. 1. Introduction.................................................................................47

II.2. Analyse des gaz par chromatographie en phase gazeuse...........................47 II.2.1. Principe et appareillage .................................................................47 II.2.2. Conditions opératoires d'analyse CPG .............................................. 49

III.2.3. Prise des échantillons....................................................................51

II.2.4. Système d'injection des échantillons ...............................................53 II. 3. Résultats des analyses du gaz naturel ..................................................53 CHAPITRE III. PROPOSITION D'UNE UNITE DE RECUPERATION

III.1. Principaux équipements de l'unité de récupération .................................64

III.2. Fonctionnement de l'unité de récupération ............................................66

III.2.1. Fonctionnement de l'unité de récupération des gaz torchés selon le mode 1...66 III.2.2. Fonctionnement de l'unité de récupération des gaz torchés selon le mode 2... 69 III.3. Dimensionnement des équipements principaux de l'unité ......................... ..73 III.3.1. Calcul des données de base de dimensionnement....................................73 III.3.2. Dimensionnement de l'échangeur selon la méthode de KERN ..................76quotesdbs_dbs2.pdfusesText_4

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