Devoir complet de pétrochimie et de plasturgie

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  • 1. Rpublique de Cte dIvoireMinistre de lEnseignement Union-Discipline-TravailSuprieur et de la RechercheScientifique ECOLE SUPERIEURE DINDUSTRIE(E S I) DEVOIR DE MAISON DE PETROCHIMIE ET DE PLASTURGIE En troisime anne dIngnieur de conception Option : Gnie Chimique option PtroleTHEMES : Gaz de synthseMthanol Ethanol Caractristiques hydrothermomcaniqueSdes plastiques Ralis par :KONE Kouwelton Patrick Franck OlivierEnseignantM. DIARRASSOUBAEnseignant au DFR-GCAA Anne acadmique : 2012-2013

2. SommaireSommaireGaz de synthse..1Mthanol.6Ethanol..11Caractristiques hydrothermodynamiques des plastiques.15Bibliographie.20 3. Gaz de synthseIntroductionLactualit nous permet de prendre conscience dans un contexte mondialis des dfisnergtiques et environnementaux. En effet la population mondiale augmente ainsi que ledveloppement des pays mergents et si les comportements humains ne changent pas, lesrserves en nergie dorigine fossile spuiseront de plus en plus vite. Dautre part unedeuxime problmatique mondiale, lie cette consommation excessive dnergie doriginefossile notamment pour le transport, est la pollution atmosphrique et en particulier le rejet degaz effet de serre comme le CO2 ou le CH4, ce qui a pour consquence laugmentation de latemprature atmosphrique moyenne du globe et un drglement climatique. Pour matriserles rejets de CO2 et rtablir lquilibre plantaire, de nombreuses solutions nergtiques sonttudies notamment celles reposant sur des sources dnergie alternatives.Cest dans cet tat desprit que lutilisation de la biomasse, qui est une source abondantesur la surface du globe, a t envisage pour fournir de lnergie. Plusieurs filires devalorisation de la biomasse sont tudies et lobjet de ces travaux est la transformationthermochimique de la biomasse lignocellulosique par gazification afin de produire un gaz desynthse, mlange de CO et H2.Un gaz de synthse ou syngas est le nom donn un mlange gazeux qui contient unequantit variable de monoxyde de carbone et dhydrogne, ainsi quun peu de dioxyde decarbone. Il existe diffrentes mthodes pour lobtenir : reformage par la vapeur du gaz naturel(ou dhydrocarbures liquides), gazification du charbon, extraction de la biomasse ougazification de dchets. Son nom provient de son utilisation lors de la cration du gaz naturelsynthtique (synthetic natural gas) ou lors de la synthse de lammoniac ou du mthanol, selonun procd appel mthanation. Il est galement utilis comme produit intermdiaire dans lafabrication du synfuel.Il sagira pour nous dtayer la production de gaz de synthse et ensuite de lutilisationde ceux-ci. Page 1 4. Gaz de synthse1. Production de gaz de synthseLe gaz de synthse destin servir de combustible est le plus souvent cr par lagazification du charbon, lextraction de la biomasse ou par la gazification des dchets. Lesractions chimiques majeures sont alors :C + H2O CO + H2C + O2 CO2CO2 + C 2 COLorsquil est utilis dans la synthse industrielle de lhydrogne grande chelle,(principalement dans la synthse de lammoniac), il peut aussi tre form partir du gaznaturel (via le reformage catalytique) :CH4 + H2O CO + 3 H2Pour produire encore plus dhydrogne partir de ce mlange, plus de vapeur est ajouteet la raction du gaz leau survient :CO + H2O CO2 + H2Lors de la synthse de lammoniac, lhydrogne doit tre spar du CO2 pour viter quece dernier nempoisonne les catalyseurs. Cela est principalement effectu par un pressureswing adsorption (PSA), par un racteur membranes ou lors dune amine scrubbing. Letableau ci-aprs rsume les diffrents procds de gazification. Page 2 5. Gaz de synthse2. Utilisation des gaz de synthseLe gaz de synthse possde moins que la moiti de la densit dnergie du gaz naturel. Ilpeut servir de combustible et est souvent utilis comme source de carburant ou composchimique intermdiaire lors de la fabrication dautres produits chimiques.Le gaz de synthse peut servir lors du procd Fischer-Tropsch pour synthtiser dudiesel ou il peut tre converti en mthane et en ther mthylique lors des procdscatalytiques. Page 3 6. Gaz de synthseLa synthse Fischer-Tropsch est une raction catalyse convertissant un mlange CO +H2 appel gaz de synthse en hydrocarbures de longueur de chane comprise entre C1 et C100ou plus.Linvention du procd Fischer-Tropsch date de 1925 et est attribue deux chercheursallemands, Franz Fischer et Hans Tropsch. Ce procd a t exploit en particulier pendant laSeconde Guerre mondiale en Allemagne et dans une moindre mesure au Japon partir ducharbon pour produire du carburant liquide.Dans les annes 50, ce procd a t utilis en Afrique du Sud hauteur dun tiers deses besoins en 2006. Par ailleurs la crise du ptrole de 1973 a ouvert la voie de la recherchesur ce procd qui a t amlior et les procds ont t diversifis et regroups sous le nomde synthse de Fischer Tropsch.Aujourdhui, le principe gnral de la raction Fischer-Tropsch sest beaucoup enrichi,et a donn naissance des procds et appellations plus gnriques, telles que CTL (Coal toLiquids), GTL (Gas to Liquids), BTL (Biomass to Liquids), parfois dcrits gnriquement par"xTL". Diffrentes technologies de racteur sont utilises, des racteurs lit fixe bassetemprature, des racteurs combustible en suspension basse temprature et des racteurs litfluidis haute temprature. Pour les trois racteurs, le catalyseur a un rle primordial. Lescatalyseurs couramment utiliss sont le fer ou le cobalt qui sont amlior en prsence dalkali(K2O pour le fer). Page 4 7. Gaz de synthseLa figure ci-aprs rsume la production et lutilisation des gaz de synthse.ConclusionIl ressort de ce bref travail que les gaz de synthse sont dutilit pour lindustrie. Saproduction est assez simple mme si elle ncessite beaucoup dapport de chaleur ; sonutilisation tant assez diversifie, ce produit mrite de plus amples recherches et attentions. Page 5 8. MthanolIntroductionLe mthanol ou alcool mthylique est, avec comme applications principales lafabrication de formol, HCHO et du mthyltertiobutylther, (CH3)3COCH3, lune des plusimportantes matires premire organique industrielle. Sa production mondiale en 1991 est delordre de 20 Mt par an et elle augmentera certainement au cours des annes futures. Cest leplus simple des alcools aliphatiques. Il a t initialement obtenu par distillation destructive dubois. En ce qui concerne sa toxicit, il est ncessaire de signaler quun empoisonnement par lemthanol peut conduire dans ces cas graves la ccit et cela quel que soit le mode depntration dans lorganisme, voie orale ou inhalation par exemple.1. DfinitionLe mthanol (ou alcool mthylique, carbinol, alcool de bois, naphte de bois ou esprit debois) est un compos chimique de formule : CH3OH (souvent abrg en MeOH). Cest le plussimple des alcools. Cest un liquide lger, volatil, incolore, inflammable, toxique avec uneodeur caractristique un peu dgotante, plus douce et sucre que celle de lthanol (alcoolthylique). temprature ambiante, ce liquide polaire sert dantigel (pour liquide derefroidissement par exemple), de solvant, carburant (en aromodlisme ou en speedway) etcomme dnaturant de lalcool thylique. Ces deux alcools restent nanmoins dissociables pardistillation. En effet la temprature dbullition de lalcool mthylique nest que de 65C alorsque celle de lthanol est de 79C. Le mthanol sert aussi produire le biodiesel par ractionde trans-estrification.Le mthanol est naturellement produit par le mtabolisme dorganismes anarobies denombreuses varits de bactries, ce qui explique une petite fraction de vapeur de mthanolprsente dans latmosphre. En quelques jours, ce mthanol atmosphrique est oxyd parloxygne de lair avec laction favorisante de la lumire du soleil pour former du dioxyde decarbone et de leau. Page 6 9. Mthanol2. Principe du procd de productionLe mthanol est produit par synthse conformement aux deux ractions quilibressuivantes :A ces deux ractions il faut associer la raction quilibre suivante :Ces trois ractions ne sont pas indpendantes puisquil existe une relation entre lesconstantes dquilibre K1, K2 et K3 des ractions (1), (2) et (3) qui est la suivante :Les donnes thermodynamiques sont rassembles dans le tableau ci-aprs.Lexamen de ces donnes montre qu 600 K dj les enthalpies libres de rfrence pourles trois (3) ractions sont positives ce qui conduit ncessairement adopter des conditionsexprimentales telles que les enthalpies libres deviennent ngatives du fait de la valeur dumonme des activits. Cest dire que les conditions de synthse du mthanol seront peuhabituelles ; cest lapplication de la technologie mise au point pour la synthse delammoniac qui a permis de raliser la synthse du mthanol. Page 7 10. MthanolLes ractions (1) et (2) sont exothermiques et se font avec diminution de volume. Onaura donc intrt travailler la temprature la plus basse possible et la pression la plusleve possible conformment aux formules donnant les variations des constantes dquilibreKp et Kx en fonction respectivement de T et p. trois domaines de travail ont t considrs ; cesont les suivants :-Hautes pressions : 250-350 bars, 300-450C, ZnO, Cr2O3,-Moyennes pressions : 150 bars, 300C, CuO, ZnO,-Basses pressions : 50 bars, 225C, Cu, ZnO, Al2O3.Les procds hautes pressions ont progressivement t abandonns malgrlinsensibilit au soufre et au chlore des catalyseurs utiliss parce quils sonttechnologiquement trop coteux du point de vue investissement et entretien.Les procds moyennes pressions proposs se sont traduits par des procds bassespressions au fur et mesure de lamlioration de lactivit des catalyseurs. Pour ces procdsil est ncessaire cependant dliminer tous les composs soufrs ou chlors qui dsactivent lescatalyseurs.Le catalyseur industriel, Cu-ZnO-Al2O3, actuellement utilise peut tre considr commedu cuivre dispers dans de loxyde de zinc associ de lalumine amorphe. Lalumine est unpromoteur structural qui assure la stabilit mcanique du catalyseur et son activit longterme en maintenant la dispersion du cuivre. On notera enfin que le dioxyde de carbone acert