LA DESHYDRATATION DU GAZ

UNIVERSITE KASDI MARBAH OUARGLA

Facult des Sciences et Technologie et Sciences de la matire

Dpartement de Gnie des Procds

Mmoire

MASTER ACADEMIQUE

Domaine : Sciences et Techniques

Filire : Gnie des Procds

Spcialit : Ingnierie de gaz naturel

Prsent Par : Berretima El Hadj Belkacem & Aribi Lakhdar

Thme

Soutenu publiquement

Le : 18/06/2013

Devant le jury :

M. Skirifa Med Lamine Prsident UKM Ouargla

Melle. Mokhbi Yasmina Examinatrice UKM Ouargla

M. Sellami Med Hassen Encadreur UKM Ouargla

Anne Universitaire : 2012 /2013

LA DESHYDRATATIONDU GAZ

Techniques et Problmes

Remerciement

En premier lieu, nous tenons remercier notre Dieu, notrecrateur, pour le courage et la patience quil nous donn pouraccomplir ce travail.

Nous remercions notre encadreur Mr Sellami Med Hassen pourses orientations et conseils. Nous tenon notifier un remerciementspcial tous mes professeurs qui ont contribu notre formation demaster.

Nous tenons aussi exprimer nos profonds remerciements aumembres de jury qui ont accept de juger ce modeste travail.Nous tenons aussi remercier nos enseignants de dpartement degnie des procds pour la formation que nous avons reue.

Nos derniers remerciements et qui ne sont pas les moindres, vont tous ceux qui ont contribu de prs ou de loin pour l'aboutissementde ce travail.

El Hadj Belkacem & Lakhdar

Ddicace

Jai le grand honneur de ddier ce travail a celui qui faitde moi un homme, Ma trs chre mre Saliha mon trs cherpre Lahcene.

Et

A Ma chre sur Meriem et a mes frres : Mohamedseghir, Nabil, Zohir, Abdelssamed, Bilal et Lokman.

A toute ma famille BERRETIMA.A notre Encadreur Sellami Mohamed Hassen.A tous mes amis: Houssem, Madjed, walid, Ahmed

Essedik, Abdelali, yasser, Abdelbasset, Azzou, sadok, Hicham,lakhdar, Ahmed, Tahar, Amine et Laid.

A tous ceux qui sment le bonheur sur mon chemin.A toutes les enseignantes et tous les enseignants de gnie

de gaz naturel et Tous le groupe I.G.N.A tous les habitants de Mrara et Djamaa.A tous ceux que jaime.

EL HADJ BELKACEM

Ddicace

Jai le grand honneur de ddier ce travail A celui qui faitde moi un homme, Ma trs chre mre Zohira mon trs cherpre Djamel eddine.

Et

A Mes chre surs Amina et Karima et a mes frres :Ilyes,Aymen, Abdelmonaim.

A toute ma famille Aribi.A notre Encadreur Sellami Mohamed Hassan.A tous mes amis :Walid,Chrif, Elhadj, Houssem, Madjed,

Ramzy ,Sdik , Abdelali, sadok, Hicham, Tahar, Amine,Abdelhak, bilal, Salmen, Mouataz, Nabil, Ahmed, Ibrahim,toufik, Sami,Yazid, Boubaker, Abdelaziz, Zobir, OthmanAyoub, Moussa, Messaoud, Basset, Rabah, youssef et Natra.

A tous ceux qui sment le bonheur sur mon chemin.A toutes les enseignantes et tous les enseignants de gnie

de gaz naturel et Tous le groupe I.G.N.A tous les habitants de Zaoualiya, et Djamaa.A tous ceux que jaime.

Lakhdar

SOMMAIRE

Remerciement

DdicaceNomenclatureListe des figuresListe des tableaux

Introduction gnrale........................ 01

Chapitre I : GnralitI. Prsentation de la rgion .. 02I-1 Situation gographique .. 02I.2. Gnralits sur le gaz naturel ... 03I.2.1. Dfinition du gaz naturel .... 03I.2.2. Les sources du gaz naturel . 03

I.2.3. Origine des constituants du gaz naturel ... 03I .2.4.Caractristiques du gaz naturel . 04I.2.5 .Les diffrents types de gaz naturel 04I .2.6.Technique du traitement du gaz naturel .. 05

Chapitre II : Description de lUTGII. Process .. 07

II.1. Introduction .. 07

II.2. Section de stabilisation . 08II.3. Section de dshydratation .... 08II.4. Section de rfrigration ... 10II.5. Section de compression de gaz de vente . 10II.6. Section de gaz lift .. 10II.7. Section de fractionnement ... 10II.8. Utilits ................................................ 11

Chapitre III : DshydratationIII. Le schage de gaz ... 13III.1. Les Hydrates .... 13

III.1.1. Dfinition ...... 13III.1.2. Structures des hydrates ....... 13

III.1.3. Prvention des hydrates .. 13III.1.3.1. Chauffage ... 14III.1.3.2. Rduction de pression ... 14III.1.3.3. Utilisation des inhibiteurs 14III.2. Mthodes de Dshydratation . 15III.2.1. Schage par refroidissement ou compression ... 15III.2.2. Schage par absorption ... 15

III.2.3. Dshydratation par membrane ................................ 15

III.2.4. Dshydratation par Adsorption (cas de Guellala) . .. 15III.3. Types dadsorbant .. 16III.4. Adsorption sur les tamis molculaires (cas de Guellala).. 17III.4.1. Description sur les tamis molculaires ................... 17III.4.2. Principe de ladsorption . 20

III.4.3. Rgnration des tamis molculaires . 22Chapitre IV : partie calcul

Introduction . 24

IV.1.Lquipement .... 25IV.1.1. Ladsorbeur .. 25IV.1.2. Systme dadsorption tamis molculaires .. 26IV.1.3. Conception de la zone de transfert de masse . 26IV.1.4. Dure de cycle ... 27

IV.1.5. Lefficacit thermique du procd de rgnration .......... 27

IV.2. La contamination des tamis molculaire .. 27IV.3. Le dimensionnement dun dshydrateur (scheur V 403 A/B/C) de gaz basede tamis molculaires (1/16) ...

29

IV.4. Calcul de la quantit de chaleur ncessaire pour la rgnration .. 33IV.5. Rgnration sur tamis molculaires (1/16) 35IV.6. Interprtations et commentaires 39Conclusion...... 40

Nomenclature

BKA : Benkahla.

BP : Basse pression.

Cp : Chaleur spcifique (kcal/kg. C).D : Diamtre du lit (ft).G : Vitesse massique admissible (lb/hft2).GLA : Guellala.Hq : La longueur de la zone sature (ft).HBK : Haoud Berkaoui.HP : Haute pression.

Ht : Hauteur total de lit (ft).HZ : La longueur de ZTM (ft).MW : Poids molculaire (kg).MP : Moyen pression.

P : Pression de gaz en (psi).Q : Dbit de gaz (ft/jour).q : quantit deau adsorbe par unit de temps et unit de surface en (lb H2O/ft2.h).RS : Saturation relative de lalimentation en %.R : Rankine.

T : Temprature de gaz en R.UTG : Usine de traitement de gaz.Vg : Vitesse superficielle du gaz en (ft/h).W : Quantit deau adsorbe par cycle (lbH2O/cycle).X : Capacit dadsorption.YW : Teneur en eau dans la charge en ppm.Z : Facteur de compressibilit.ZTM : la zone de transfert de masse (ft).

g : masse volumique du gaz (lb/ft3).b : masse volumique du dessicant (lb/ft3).

Liste des tableaux

Tableaux Page

Tableau (II.1) : Spcification des produits dunit de traitement de gaz GLA. 07

Tableau (III.1) : Diffrents types des tamis molculaires. 18

Tableau (III.2) : les dimensions critiques de certaines molcules. 19

Tableau (III.3): reprsente la polarit des tamis molculaires. 20

Tableau (III.4) : cycle de dadsorption et rgnration. 22

Tableau (IV.1) : reprsente la composition de gaz entre scheur. 29

Tableau (IV.2) : caractristique des adsorbants. 30

Tableau (IV.3) : Rsultats de calcul de dimensionnement de scheur (v403 A/B/C). 33

Liste des figures

Les figures Page

Figure (I.1): Schma descriptif de la rgion de Haoud Berkaoui. 02

Figure (II.2) : Schma de boosting de Guellala. 08

Figure (II.3) : Schma de la section de dshydratation. 09

Figure (III.2): Adsorption idale en colonne (ZTM). 21

IntroductionGnrale

Introduction gnrale

1

Introduction gnrale

Quelques annes auparavant le gaz associ sortant des gisements de ptrole tait brlau niveau des torches de la section de sparation, sachant que les infrastructures ncessairespermettant sa rcupration et son recyclage ntaient pas rentables du point de vue

conomique.

Le progrs technologique et le souci de valoriser ce gaz nous permettent aujourdhui

dinvestir dans ce domaine afin de rcuprer ce gaz et de le traiter pour produire le GPL et legaz de gaz lift qui contribue laugmentation de la production ptrolire, vu quencomprimant celui-ci et en le rinjectant dans les puits de ptrole, on augmente de ce fait lapression de la colonne do laugmentation du dbit de production du puits cest ce quon

appelle la production assiste dun puits de ptrole.

Dans ce domaine lentreprise nationale SONATRACH vient dinstaller une nouvelle

usine de gaz au centre de production de GUELLALA (rgion de Haoud Berkaoui) pour larcupration et le traitement du gaz des trois principaux champs de cette rgion : HBK, BKA,GLA, dont lexpdition de ces trois champs vers cette usine est assure par trois stations decompression.

Le gaz naturel joue un rle nergtique croissant, limportance de ses rserves et les

avantages quil prsente sur le plan denvironnement favorisent son utilisation, notamment

dans des secteurs forte valeur ajoute : industrie de prcision, production dlectricit.

Ds le dbut de sicle, lexploitation du gaz naturel, sest heurte des difficults lies

au bouchage des canalisations par dpts de cristaux, dabord considrs comme tant de la

glace. Ces cristaux sont, en fait, constitus par des hydrates de gaz naturel apparaissent bienau dessus de la temprature de la formation de la glace.

Le problme pos par la formation dhydrates dans les conduites a pris une importance

croissante ces dernires annes. La recherche dune optimisation technico-conomique

ncessite une amlioration des connaissances dans le domaine. La mise au point de nouvellestechniques, pour viter la formation ou tout au moins la prise en masse des hydrates,reprsente un enjeu conomique majeur.

Chapitre IGnralits

Chapitre I Gnralits

2

I. Prsentation de la rgionI.1 Situation gographique

La rgion de HAOUD BERKAOUI reprsente lune des dix (10) principales zones

productrices dhydrocarbures du Sahara Algrien ; sur la route RN 49 dites des ptroliersreliant Ghardaa Hassi Messaoud, et 35 Km au sudouest dOuargla, un carrefour indiquela prsence dun champ ptrolier, il sagit de la rgion de HAOUD BERKAOUI.

Cette rgion est situe 100 Km dHassi Messaoud, 770 Km au sud de la capitale(Alger), elle est trs importante en raison de sa part de production des hydrocarbures dupays.

Elle stend du sud-est de Ghardaa jusquau champ extrme Boukhzana, prs de laroute de Touggourt.

A ce jour l, 100 puits sont en exploitation, rpartis sur lensemble des champs, dont73 puits en gaz lift, et 27 ruptifs.

La production cumule depuis lorigine est de 86 millions de m 3, pour des rservoirsglobaux en place de 472 millions de m 3. Toutes les quantits dhuiles et de gaz rcuprssont achemines vers les diffrents centres de production de la rgion [1].

Figure (I.1): Schma descriptif de la rgion de Haoud Berkaoui [1].

N

SW E

GuellalaN.E

Chapitre I Gnralits

3

I.2. Gnralits sur le gaz naturelI.2.1. Dfinition du gaz naturel

Le gaz naturel est une nergie primaire non renouvelable bien rpartie dans le mondepropre et de plus en plus utilis. Dispose de nombreuses qualits : abondance relative,souplesse dutilisation, qualits cologiques, prix comptitifs. La mise en uvre de cettenergie repose sur la maitrise technique de lensemble de la chaine gazire, qui va de

production, de traitement et de transport. Le gaz naturel, matire premire de plus en plusrecherche tant pour des raisons denvironnement que defficacit, est dsormais considrcomme une nergie de premier choix pour les 21me sicle, en raison de sa disponibilit et desa qualit dnergie propre qui joue un rle de plus en plus grand dans la gnrationlectrique.

Le gaz naturel est une nergie fossile comme lhuile ou le charbon prsent naturellement dans

des roches poreuses sous forme gazeuse. Cest un mlange dont le constituant principal, de 70

% 95% est de mthane (CH4). Il est donc compos majoritairement dhydrogne et decarbone, do son nom dhydrocarbure [2].

I.2.2. Les sources du gaz naturelLe gaz naturel remplit les pores et les fractures des roches sdimentaires par les

profondeurs de la terre et des fonds marins. La partie d'une formation sdimentaire quirenferme le gaz naturel est souvent dsigne sous les noms de "rservoir", " champ" ou"gisement".

Le gaz naturel existe partout dans le monde, seul ou associ du ptrole brut. Il peuttre pig dans diffrents types de roches sdimentaires, notamment des grs, des carbonates,des filons couches de charbon et des lits de schistes argileux ou "shales" [3].

I.2.3. Origine des constituants du gaz naturelConstituants hydrocarbures

Il existe trois modes possibles pour la formation des hydrocarbures gazeux naturels :

Gaz bactrienCe mode est d laction de bactries sur les dbits organiques qui accumulent le

sdiment, le gaz form est appel gaz bactrien ou organique.

Chapitre I Gnralits

4

Gaz inorganiqueCe mode reste trs secondaire. Les gaz volcaniques ou les sources hydrothermales

contiennent parfois du mthane et les inclusions fluides des roches mtamorphiques oumagmatiques renferment souvent des hydrocarbures lgers, principalement du mthane.

Gaz thermiqueAu cours de lvolution des sdimentaires, les sdiments sont ports des

tempratures et pressions croissantes, vont subir une dgradation thermique qui va donner cote des hydrocarbures une large gamme de composs non hydrocarbons [3].

I .2.4. Caractristiques du gaz naturel La densit du gaz naturel

En faisant lhypothse que dans les conditions de rfrences considres, une mole du

gaz tudi occupe le mme volume quune mole dair, alors, elle est dfinie comme tant le

rapport de sa masse molaire celle de lair dans les conditions normales de temprature et depression.

Le pouvoir calorifique (PC)Cest la quantit de chaleur dgage par la combustion complte dune quantit

unitaire du gaz, la combustion tant effectues la pression atmosphrique et unetemprature [3].

Le pouvoir calorifique sexprime en joules par mtre cube (J/m3), il se divise en deux: Pouvoir calorifique suprieur (PCS) ; Pouvoir calorifique infrieur (PCI).

I.2.5. Les diffrents types de gaz naturelLapparition dune phase liquide dpend des conditions de temprature et de pression

dans le rservoir et en surface, ce qui conduit distinguer les types suivants :

Gaz sec : ne forme pas de gaz liquide dans les conditions de production. Gaz humide : forme une phase liquide au cours de production dans les conditions

de surface, sans quil y ait condensation rtrograde dans le gisement.

Gaz a condenst : forme une phase liquide dans le rservoir lors de productions parcondensation rtrograde.

Gaz associ : Coexistant dans le rservoir avec une phase huile . Le gaz associcomprend le gaz de couverture et le gaz dissous [3].

Chapitre I Gnralits

5

I .2.6.Technique du traitement du gaz naturel

Le traitement du gaz naturel consiste sparer au moins partiellement certains desconstituants prsents la sortie du puits, tel que leau, les gaz acides, et les hydrocarbures

lourds, pour amener le gaz des spcifications de transport ou des spcificationscommerciales.

Les procds de traitement du gaz sont multiples de par le monde, et le choix de lune

delles se base sur les critres suivants :

qualit de leffluent brut. taux de rcupration des hydrocarbures liquides viss. spcification des produits finis. cot global des investissements.

Certains composants du gaz naturel doivent tre extraits soit pour des raisons imposespar les tapes ultrieures de traitement ou de transport, soit pour se conformer desspcifications commerciales ou rglementaires. Il peut tre ainsi ncessaire dliminer au

moins partiellement :

- Lhydrogne sulfur H2S toxique et corrosif.

- Le dioxyde de carbone CO2 corrosif.- Le mercure corrode les quipements fabriqus en aluminium.- Leau conduisant la formation des hydrates.

- Les hydrocarbures lourds condensant dans les rseaux de transport.Les spcifications respecter pour le gaz trait sont lies soit aux conditions de

transport, soit aux conditions dutilisation (gaz commercial).

Dans le cas de transport par gazoduc, les spcifications de transport visent viter laformation dune phase liquide, le bouchage de conduite par des hydrates et une corrosion trop

importante. On impose dans ce cas une valeur maximale au point de rose des hydrocarburesqui dpend des conditions de transport et peut tre par exemple fixe 0C, pour viter toutrisque de formation de la phase liquide par condensation en ligne.

Dans le cas dun gaz commercial les spcifications sont plus svres et comprennent

galement une fourchette dans lequel doit se situer le pouvoir calorifique. Des spcificationstypiques pour un gaz commercial.

Le gaz associ du ptrole est un mlange (gaz + hydrocarbures liquides) contenant uneforte proportion deau de gisement.

Chapitre I Gnralits

6

Les tapes de traitement dun gaz sont les suivantes :

A) Elimination de leauLeau libre contenue dans la charge est limine par dcantation au niveau des ballons

de sparation et ce aprs un refroidissement.Leau de saturation des hydrocarbures est limine par adsorption sur des tamis

molculaires.

B) Extraction des hydrocarbures liquidesElle se fait par abaissement progressif de la temprature du gaz associ suivant des

procds de refroidissement tels que :

Procde de RITCHARDIl est bas sur le refroidissement du gaz par changes thermiques et par dtentes avec

utilisation dune boucle de propane comme systme rfrigrant et une dtente par une vanne

dite vanne Joule Thomson, en fin de cycle la temprature voisine de - 23C. Procde de HUDSONIl est bas sur le refroidissement du gaz par changes thermiques et par une srie de

dtente travers une vanne Joule Thomson et une machine dynamique appele TurboExpander qui permet datteindre un niveau de -40C [4].

Chapitre IIDescriptionde lUTG

Chapitre II Description de lUTG

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II. Process

II.1. Introduction

Lusine de traitement de gaz UTG de Guellala est conue pour la rcupration des gaz

associs issus de la sparation du ptrole brut HP, MP et BP des champs de HBK, GLA etBKA au lieu dtre torchs, elle a pour but de produire des produits conformes auxspcifications suivantes :

Tableau (II.1) : Spcification des produits dunit de traitement de gaz GLA [4].

Gaz commercial GPL Gaz Lift Condenst

Capacit 1236 103 Nm3/j 500 T/J 424 000 Sm3/j 90 T/J

Teneur en H2O50 ppm max 10C

et 80,5 bars50 ppm max 50 ppm vol. max /

Point de bulle / / /45C 2,5

bars

Teneur en C5+ 0,5 % mol. Max. 0,5 % max 0,5 % mol. max. /

Pression 74 bars 50 bars 140 bars 10 bars

Temprature 60C 60C 60C /

Point de ros / / 10C 80,5 bars /

Teneur en C2- / 3 % max / /

La capacit de traitement de lUTG est de 2 369 103 std m3/j de gaz brut provenant des troischamps rparti comme suit :

1) Boosting de Haoud BerkaouiDeux trains de compression K-101A/B de capacit : 1,042 x 103 std m3/j.

2) Boosting de BenkahlaUn train de compression HP K-201 de capacit : 562 x 103 stm3/j.

3) Boosting de GuellalaUn train de compression K-301 de capacit : 765 x 103 stm3/j.


8

:

Figure (II.2) : Schma de boosting de Guellala [4].

II.2. Section de stabilisation

Lalimentation de lusine de traitement de gaz UTG est assure par les gaz bruts

provenant des trois stations de boosting de HBK, BKA et GLA, mlange au niveau ducollecteur dentre puis introduits dans le ballon pige liquide V-401 pour liminer leau etrcuprer le maximum de condenst du fond du ballon par les pompes P-401A/B.

Le gaz sortant du ballon V-401 est refroidi 25C dans le refroidisseur propane E-401puis envoy vers le ballon sparateur V-402 situ en amont des scheurs, leau est vacuevers bourbier et les condensats sont rcuprs du fond du ballon par les pompes P-402A/B,les deux refoulements des pompes de condensats alimentent la colonne de stabilisation C-401o le fond est rchauff 138C par un rebouilleur E-402 huile chaude (gas-oil) et lesvapeurs de tte sont recycles en amont du refroidisseur propane E-401. Les condensatsainsi stabiliss sont achemins vers la colonne de dbutaniseur C-702.

II.3. Section de dshydratationLe gaz dbarrass des hydrocarbures liquides en provenance du ballon sparateur V-402

est envoy vers les scheurs de gaz V-403A/B/C avant de passer dans la section derfrigration E-601.

Le systme de schage consiste liminer lhumidit un seuil de 04 ppm, il est

constitu de trois lits fixes tamis molculaires dont deux en service et le troisime enrgnration. Le gaz de rgnration est port une temprature de 290C dans le rchauffeurde gaz H-401 dans la phase de chauffage.


9

Le gaz de rgnration, aprs avoir t refroidi par larorfrigrant de gaz de

rgnration E-403 est envoy au ballon sparateur de gaz de rgnration V-404 pour yextraire leau, puis recycl en amont du refroidisseur de gaz dalimentation E-401 par lecompresseur K-401.

Le gaz une fois sch passe travers un filtre poussire Z-401 pour liminer les

impurets fines susceptibles de crer des problmes de bouchage des quipements en aval.

Conditions opratoiresDbit : 4020 Nm3/h ;Temprature de service : 290 C ;Pression de service : 22 bars ;Temps du cycle de rgnration : 6 heures.

Figure (II.3) : Schma de la section de dshydratation [4].


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II.4. Section de rfrigrationLe gaz sch est refroidi dans un changeur plaques compact E-601/E-602/E-603

18C, puis envoy au sparateur froid V-600. Le gaz sortant du haut du sparateur V-600 estmlang avec le gaz du ballon de reflux V-701, ensuite rchauff dans lchangeur plaque contre courant 23C puis dirig vers les ballons daspiration V-607A/B* des compresseursde gaz de vente K-603 A/B.

Les hydrocarbures liquides du sparateur V-600 sont pomps par la pompedalimentation du dthaniseur P-601A/B, rchauffs dans lchangeur plaque 23C et

sont utiliss comme alimentation de la colonne de dthanisation C-701.Dans lchangeur plaque la rfrigration est ralise par la boucle de propane :

* Ballons de protection des compresseurs nouvellement installs dans le cadre delexploitation de lUTG sans boucle de propane.

II.5. Section de compression de gaz de venteLe gaz provenant du sparateur froid V-600 et du ballon de reflux du dethaniseur V-

701 est vacu vers les ballons daspiration des compresseurs de gaz de vente K-603 A/B,chaque compresseur ayant une capacit de 50% du dbit nominal portent le gaz 73 bars. Ala sortie des compresseurs le gaz est refroidi par les arorfrigrants E-605A/B de 130C 60C, une partie est envoy vers les lignes 48 GR1/GR2 reliant ALRAR Hassi Rmel,lautre partie est envoye vers la section gaz lift.

II.6. Section de gaz liftUne partie du gaz de vente 424 103 Nm3/j passe dans les ballons daspiration V-608* et

V-606 monts en srie pour tre comprim par le compresseur alternatif de gaz lift K-604A/B une pression de 142 bars. Le gaz ainsi comprim est refroidi par larorfrigrant E-606de 118C 60C puis il est envoy vers les puits de ptrole quips du systme de gaz lift destrois champs de HBK, BKA et GLA.

II.7. Section de fractionnement1) Dthaniseur C-701Les hydrocarbures liquides provenant de la section de rfrigration alimentent le

dthaniseur C-701 au moyen de la pompe P-601 A/B au niveau du 14me plateau.En tte de colonne le gaz est partiellement condens dans le condenseur de tte E-701

par du propane rfrigrant et spar dans le ballon de reflux du dthaniseur V-701.


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Le liquide du ballon de reflux totalement pomp par la pompe P-701 A/B vers le plateaude tte comme reflux froid, le gaz sortant du haut du V-701 est prchauff dans la section derfrigration et envoy aux compresseurs de gaz de vente K-603 A/B en passant par lesballons daspiration V-607A/B. Les condensats du fond de C-701 sont stabiliss par lerebouilleur condenst/huile chaude E-702 et envoys comme 2me charge au dbuthaniseur C-702 sous contrle de niveau.

2) Dbuthaniseur C-702Lalimentation est assure par les hydrocarbures liquides provenant des fonds des

colonnes de stabilisation C-401 et dthaniseur C-701. Le gaz de tte est totalement condensdans larocondenseur E-703 A/B/C/D et recueilli dans le ballon de reflux V-702, la pompeP-702 A/B assure un dbit de reflux pour maintenir la temprature de tte de colonne etvhicule le GPL produit vers les sphres de stockage T-701A/B aprs refroidissement 45Cdans lchangeur propane E-706. Les condensats du fond de C-702 sont stabiliss par lerebouilleur E-704 huile chaude et envoys vers le sparateur MP existant dans le centre deproduction de Guellala aprs refroidissement dans larorfrigrant E-705.

II.8.Utilits1) Systme de rfrigration propane

Le systme de rfrigration propane est prvu pour fournir le froid au refroidisseur degaz dalimentation, changeur plaques, condenseur de tte du dthaniseur et aurefroidisseur de GPL. La boucle de propane est compose dun compresseur centrifuge 3

tages K-501, de 3 ballons daspiration V-501, V-502 et V-503 et dune batterie de sixarorfrigrant E-501.

2) Systme dhuile chaudeUn systme dhuile chaude (gas-oil) est prvu pour fournir de la chaleur aux

rebouilleurs des colonnes de stabilisation C-401, dthanisation C-701 et dbutanisation C-702. La boucle dhuile chaude comprend une pompe P-851A/B qui aspire le gas-oil du ballontampon V-850 et le refoule vers un four cylindrique H-850 qui rchauffe le gas-oil 240Cpour fournir la chaleur ncessaire aux trois rebouilleurs. Le gas-oil est recycl vers le ballontampon V-850 140C.


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3) Systme de gaz combustibleUn rseau dalimentation en gaz combustible est prvu pour assurer lalimentation en fuel gaz

des turbines gaz KT-501, KT-603A/B, des rchauffeurs (fours) H-401 et H-850, des pompesdhuile dtanchit de secours des turbines gaz du pilote de torche.

Chapitre IIIDshydratation

Chapitre III Dshydratation

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III. Le schage de gaz

La prsence deau entrane diffrents problmes pour les exploitants, suivants les

conditions de temprature et de pression qui rgnent dans une installation. La vapeur deaupeut se condense et provoquer la formation dhydrates, se solidifier ou favoriser la corrosion,si le gaz contient des composants acides. Pour viter ces phnomnes, il est ncessaire derduire la teneur en eau du gaz au moyen de la technique de traitement appropri [5].

III.1. Les Hydrates

III.1.1. DfinitionUn hydrate est une combinaison physique de leau et dautres petites molcules de

gaz, produisant un solide qui une apparence semblable la glace, mais de structurediffrente de celle-ci.

III.1.2. Structures des hydrates

En prsence dun gaz lger, les molcules deau peuvent former une structure

cristalline rgulire comprenant des cavits ou cages, dans laquelle sont piges les molculesde gaz.Il y a deux structures cristalline pour les hydrates sont:- Les petites molcules des gaz (C H4, C2H6, et H2S) froments avec leau, un corps centr destructure cubique sappelle (structure -I).- Les grandes molcules (C3H8 et i-C4H10) forment la (structure-II) avec 17 molcules deaupar une molcule du gaz (voir lannexe) [3].

III.1.3.Prvention des hydratesLa formation dhydrates peut tre vite en se placent en de hors des conditions

thermodynamiques de formation. Ceci peut tre ralis en augmentant la temprature unepression donne, ou en abaissant la pression une temprature donne.Si cest impossible, il est ncessaire pour viter la formation des hydrates, soit de rduire la

teneur en eau du gaz par une opration de schage, soit dutilis des inhibiteurs [3].


14

III.1.3.1. Chauffage

Pour maintenir le gaz au-dessus de la temprature de formation dhydrates, une premire

solution particulirement approprie dans le cas dune ligne de collecte de faible longueur,

consiste isol la conduite. Si le transport est effectu sur une distance relativementimportante, cette mthode en gnral, ne suffit pas, ou devient dun cot prohibitif.

III.1.3.2. Rduction de pression

Labaissement de pression effectu temprature fixe reprsente un des moyens pour

sortie de domaine de formation des hydrates. Toute fois une dtente de gaz saccompagnegnralement dune baisse de temprature qui va lencontre de leffet recherch.

La dpressurisation nest en gnral effectue que sur un tronon de conduite quil faut

pouvoir isoler. Elle doit tre mene simultanment de part et dautre du bouchon, de manire

viter les risques de projection de ce bouchon.

III.1.3.3. Utilisation des inhibiteurs

Les inhibiteurs agissent comme des antigels, se sont des solvants miscibles en phasegazeuse, qui en modifiant la fugacit de leau, permettant dabaisser la temprature deformation des hydrates.

Sels : les plus efficaces comme inhibiteurs correspondant aux cations suivants :

AL3+, Mg2+, Ca2+, Na et K+.

Alcools : Les alcools, notamment les glycols et le mthanol, sont trs largementutiliss comme inhibiteurs.

III.1.3.4. Autres inhibiteurs

Lammoniac : est un inhibiteur trs efficace, mais il est corrosif, toxique et formeavec le dioxyde de carbone en prsence de leau des carbonates qui risquent deconstitues un dpt solide ;

Le MEA (mono-thanol amine) : a t prconis comme inhibiteur, uneconcentration massique donne ;

De nouveaux types dadditifs qui sont utiliss en faible concentration, vitent laprise en masse des hydrates.


15

III.2. Mthodes de DshydratationLa dshydratation des gaz est ralise par diffrents types de procds :

III.2.1. Schage par refroidissement ou compressionLa teneur en eau sature du gaz baisse avec la monte de la pression ou la baisse de la

temprature. Les gaz chauds saturs en eau peuvent tre facilement schs par refroidissementdirect ou par compression suivi d'un refroidissement.

III.2.2. Schage par absorptionLe schage des gaz est assur dans ce cas par lavage contre courant avec un solvant

prsentant une forte affinit pour leau, ce solvant est un glycol. Le gaz dshydrat sort en ttede colonne, le glycol sort en fond, et rgnr par distillation et recycl.

III.2.3. Dshydratation par membrane

Il n'existe pas l'heure actuelle de procd industriel de dshydratation parmembrane.

La dshydratation par membrane permet de sparer des mlanges gazeux partransfert slectif, sous l'effet de diffrences de pression, travers une couche mince etcontinue d'un polymre slectif. Le permateur est donc alimenter par le mlangegazeux sparer sous haute pression (plusieurs dizaines de bars). Le retentt estrcupr une pression gale (aux pertes de charge prs) celle de l'alimentation, lepermat est lui rcupr une pression trs infrieur celle de l'alimentation, cetransfert bas sur la thorie de la diffusion.

III.2.4.Dshydratation par Adsorption (cas de Guellala)

Ladsorption est un phnomne de surface qui correspond la fixation des molculesdun fluide la surface dun solide. Lorsque les molcules gazeuses sont en contact avec une

surface solide, la vapeur deau dissoute dans le gaz est dabord condense dans les pores puismaintenues la surface des pores par des forces qui dpendent des ractions ou desinteractions physiques [6 ,7].


16

Dune faon gnrale on admet deux types dadsorption :

1.Ladsorption physique : utilise pour le traitement de gaz, caractriser par : Mise en jeux des forces rsiduelles de Van Der Waals ; Elle est exothermique (dgagement de chaleur).

2. Ladsorption chimique : utiliser dans le domaine catalytique, caractriser par :

Mise en jeux des forces dattraction dues aux liaisons chimiques ioniques ; Elle est slective mais la dsorption ncessite une temprature leve [7].

III.3. Types dadsorbantLa majorit dadsorbants industriels sont capables dadsorber les gaz ou les fluides

organiques ou inorganiques mais leurs caractristiques dadsorption rendent chacune plus ou

moins spcifique une application particulire. Dans lindustrie de traitement de gaz, ilexiste diffrent types dadsorbants savoir :

Les selica gel(SiO2NH2)Cest un produit dur, granulaire, trs poreuses et disponible sous forme de poudre ou

des grains, utilis gnralement pour la dshydratation de lair.

Les charbons actifsIls sont prpars partir des matires organiques. Sont caractris par une porosit

importante pour adsorber les hydrocarbures paraffiniques et les produits organiques. Utilisgnralement pour ladsorption des matires organiques contenues dans les eaux uses.

Les alumines actives(Al2O3)Commercialises sous forme de poudre granule. Utilis comme dshydratants pour

les gaz et les liquides. Capacit dadsorption est pratiquement faible.

Les tamis molculairesCe sont des cristaux de zolithe synthtique de mtal alumino-silicate et leur

rgnration exige une temprature trs lev. Une large utilisation dans le domaine dedshydratation du gaz naturel [8].


17

III.4. Adsorption sur les tamis molculaires (cas de Guellala)III.4.1. Description sur les tamis molculaires

Les tamis molculaires contrairement aux autres adsorbants leurs pores sont dune

prcision uniforme en dimension, suivant la dimension de ces pores les molcules peuventtre facilement adsorbes, lentement adsorbes ou compltement rejetes.Cette slectivit de tamisage qui repose sur la taille des molcules laquelle il a t ajoutune prfrence slective pour les molcules polaires ou polarisables, augmente dune haute

capacit dans des larges conditions opratoires, donne aux tamis molculaires un trs hautdegr de slectivit dadsorption.

Les tamis molculaires sont des zolites cristallines ayant une formule chimique de base :

M2/n.O.AL2O3.xSiO2.yH2O

O M : cation de valence n.

Plusieurs espces de zolites sont connues, qui diffrent dans leurs composition chimique,leur structure cristalline et leur proprits dadsorption.

Type 4A: Na12 ((ALO2)12 (SiO2)12)27H2O

Type 13X: Na86 ((ALO2)86(SiO2)106)276H2O

Dans les deux cas lion de sodium peut tre chang afin de former dautres produits

utilisables [9].

Les avantages des tamis molculaires :

1) Une dgradation lente avec le temps ;2) La diminution de la capacit dadsorption avec laugmentation de la

temprature est moins prononce ;

3) Une capacit dadsorption leve des concentrations faibles de ladsorbat ;4) Les tamis sont plus recommands pour la dshydrations des liquides.par

ailleurs, les tamis molculaires prsentent les avantages de pouvoir trergnr et rutilis do leur utilisation dans les installations fonctionnant en

continue.


18

En remplaant partiellement les cations de sodium du tamis molculaires du type 4Apar les cations de potassium, on obtient les tamis de type 3A.

Si le cation de substitution est le calcium et non le potassium on obtient les tamis de type 5A.

Les tamis molculaires de type 10X sont obtenus dans la synthse de la zolite de type 13X.

Tableau (III.1) : Diffrents types des tamis molculaires [11].

Type Diamtre despores (A) Molcules adsorbes Applications

3A3

molcules avec diamtreeffectif


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Le tableau suivant prsente les dimensions critiques de certaines molcules :

Tableau (III.2) : les dimensions critiques de certaines molcules [11].

Molcules Diamtre (A)

Hydrogne, actylne 2,4

Eau, Oxygne, CO, CO2 2,8

Azote 3,0

Ammoniac, Hydrogne sulfur 3,6

Mthane 4,0

Ethylne, Oxyde dthylne 4,2

Ethane, Mthanol, Ethanol 4,4

Mthyle, Mercaptan 4,5

Propane, n Butane 4,9

Propylne, 5,0

tolune, 6,7

benzne, 6,8


20

Tableau (III.3): la polarit dcroissante des tamis molculaires [11].

Polarit dcroissante

Leau

Lammoniac

Le dioxyde de soufre

Lacide de soufre

Les alcynes

Les alcnes

Le dioxyde de carbone

Les alcanes

Le mthane

III.4.2. Principe de ladsorption

Ladsorption sur les tamis molculaires constitue un procd de sparation physique trs

efficace qui peut souvent remplacer la distillation fractionne. Le tamis molculaire est utilispour ladsorption des molcules deau du gaz.

Le procd dadsorption le plus employ est ladsorption dans un ballon, le gaz dshydrat

traverse un ballon rempli de tamis molculaires en granuls. Le compos adsorb (leau) estfix et retenue par les pores de tamis molculaires sur une couche dpaisseur relativement

faible. Au fur et mesure que le gaz hydrat continue dentrer dans le ballon, cette couche sa

sature en eau et le gaz finit alors de se dshydrater sur le reste du tamis molculaires.Ladsorption se fait chaque instant dans une zone bien dfinie du lit, a lentre de cette zone

la teneur en eau du gaz est encore son niveau de dpart, tandis qua la sortie, ce niveau est

rduit aux spcifications du gaz trait [10].


21

Cette portion du lit (zone ou se produit ladsorption) est appele : zone de transfert de

matire (ZTM). Ce denier est la distance que doit parcourir un gaz pour que sa concentrationen H2O chute zro.

A mesure que la dure dadsorption augmente la zone de transfert de matire se dplace

lentement de lentre vers la sortie du ballon, lorsque la partie infrieure de la ZTM atteintlextrmit, le point de rose du gaz trait commence slever assez lentement dabord et

puis trs rapidement : Cest le point de saturation, le lit est dit (satur), et il est ncessaire deprocd la rgnration des tamis molculaires.

Limportance de la zone de transfert de matire dpend principalement :

1) De la cintique de ladsorption de ladsorbat ;2) Des caractristiques thermodynamiques du fluide vecteur ;3) De la vitesse linaire superficielle ;4) Des types, de la forme et de granulomtrie du tamis molculaires ;5) Des concentrations C0 et Cs.

Figure (III.2): Adsorption idale en colonne (ZTM).

ZTM

C3

ZTM

ZTM

ZTM

Ci Ci Ci Ci

C1 C2 C4

Point de ruptureTemps t


22

III.4.3. Rgnration des tamis molculaires

Un tamis molculaires satur peut retrouver sa capacit initiale par le procd connusous le nom de rgnration. La rgnration consiste restituer au tamis molculaires satursa capacit dadsorption initiale par extraction des corps fixs dans la structure poreuse dutamis molculaires la fin de la phase dadsorption. Afin de maintenir la continuit du

procd de dshydratation, le gaz dshydrat est dirig vers un autre dshydrateurprcdemment rgnr. Il existe dans le domaine de traitement du gaz quatre (04) mthodesde rgnration savoir [9]:

Rgnration par chauffage (Thermal Swing) ; Rgnration par dpressurisation (Pressure Swing) ; Rgnration par entrainement ; Rgnration par dplacement.

A) Rgnration par chauffage (Thermal Swing) Cas de Guellala

Cette mthode consiste porter le dshydrateur une temprature leve, le corpsadsorb quitte la surface du tamis molculaires et se trouve rapidement limin par un courantgazeux qui traverse le dshydrateur du bas vers le haut. Ce type de rgnration peut treralis une lgrement infrieure et une temprature de lordre de 200 300C.

Gnralement ce type de rgnration est compos de trois phases :

1) Phase de chauffage ;2) Phase de refroidissement ;3) Phase de stand by.

Gnralement le cycle de rgnration est lent peut prendre plusieurs heures, exemple cas deGuellala le cycle de rgnration est de 06 heures.

Tableau (III.4) : cycle de dadsorption et rgnration [12].

Heure 0 6 6 12 12 18 18 00

1re scheur Service Service Rgnration Servie

2me scheur Rgnration Service Service Rgnration

3me scheur Service Rgnration Service Service


23

B) Rgnration par dpressurisation (Pressure Swing)

Est base sur la diminution de la capacit dadsorption par abaissement de la pression,

la temprature demeurant inchange. Ce type de rgnration est pratiquement obtenu enpurgeant le dshydrateur rgnrer par une partie du gaz trait dtendu travers des vannes.

Gnralement le cycle de rgnration est courts peut prendre quelque minutes.

Exemple pour le cas de Guellala le cycle de rgnration du dshydrateur de lair service(dshydrateur selica gel) est de cinq (05) minutes.

C) Rgnration par entrainement

Cette mthode permet dliminer le compos adsorb grce lentrainement par un

fluide non adsorbable, il est soit soluble, soit miscible. Ce procd ne ncessite pas unevariation de pression ou de temprature.

D) Rgnration par dplacement

Cette mthode consiste faire circuler un fluide contenant une forte concentrationdun corps facilement adsorb qui est capable de dplacer le compos prcdemment adsorb.Il ne reste plus qua rgnrer ensuite le tamis molculaire par lune des trois premires

mthodes [8].

Chapitre IVPartie calcul

Chapitre IV Partie calcul

24

IntroductionSuite la chute de pression dans les gisements de Haoud Berkaoui, Guellala et

Benkahla avec la diminution de dbit de gaz bruts dans lUTG (2369*103 Sm3/jour 1100*103Sm3/jour). La composition de la charge tend vers un changement graduel etsignificatif avec la diminution de la richesse en hydrocarbures liquides (GPL et condensat).Puisque la pression du gaz naturel diminue avec le temps, et la teneur en eau augmente lentre de lUTG cause de lpuisement de gisement du gaz naturel, ce dernier est rfrigrde plus en plus dans des changeurs pour rcuprer assez des hydrocarbures liquides et ajusterle point de rose des hydrocarbures.

Pour viter la formation des hydrates au cours du refroidissement, le gaz doit passerdans un scheur, ce dernier va diminue la teneur en eau dans le gaz de 250 ppm lentrejusqu 50 ppm de la sortie de dshydrateur.

Dans ce chapitre, on va :

- Dfinir le problme rencontr au cours du schage par tamis molculaires.-Vrifier des rsultats obtenus par la mthode de calcul utilise afin de faire la

comparaison entre les donnes de design et les donnes utilises pour le cas actuel (leredimensionnement).


25

IV.1. Lquipement

IV.1.1. Ladsorbeur : est une colonne constitue principalement de :

1. Deux distributeurs, entr sortie ;2. Plusieurs tubulaires (vent, trou dhomme) ;

3. Un support pour le lit dadsorption.

On peut prvoir des supports intermdiaires si le lit est important.Ce support est un facteur important pour assurer les performances satisfaisantes constitue despoutres et de grilles capables de supporter le lit de dessicant, et de la toile de mzsch dunehauteur de 10 20 cm plac sur les dssicants dont les paramtres calfeutrs avec un cadrandamiante, au dessus de ces toiles se trouvent des billes cramiques (de 15cm de hauteur) quipeuvent tre disposes en plusieurs couches.Gnralement une seule couche suffit dans la partie suprieure du lit fin dviter lesmouvements de turbulence de ladsorbat la surface, qui peuvent tre caus par un dbitdalimentation trop lev (formation de dune environ 30 cm) do une hauteur du lit

suffisante pour ladsorption.

Dans la partie inferieure du lit, les billes cramiques sont disposes en deux couches dediffrentes granulomtries. La premire couche est de diamtre suffisamment grand pour treretenue sur la grille, la seconde, elle retiendra ladsorbat.

Ces billes cramiques auront aussi fonction de :

1. Diminue la formation de poussire au niveau de la surface mtallique.2. Eviter le colmatage des ouvertures des grilles qui aura pour consquence la

diminution du dbit.3. Permettre une meilleure distribution du gaz.


26

IV.1.2. Systme dadsorption tamis molculaires

Les tamis molculaires sont trs onreux pour ntre utiliss quune seule fois par

consquent, ils doivent tre recycls de nombreuses fois (environ 4000 cycles pendant 3 ans)pour retirer leau dun lit satur, il faut augmenter la temprature ou diminue la pression.

En pratique, les deux sont utiliss en chauffant le lit une temprature comprise entre 340 et315C avec un gaz relativement sec.

Le niveau auquel le gaz est sch est une fonction de la temprature et de la teneur eneau du gaz de rgnration, car un lit totalement rgnr sera en quilibre avec le gaz dergnration.

La concentration deau restant dans le lit la fin de la rgnration influe sur la

performance de lit au cours du prochain cycle dadsorption.

Le lit pendant ladsorption fonctionne comme une colonne chromatographique trs

efficace avec le composant le plus fortement adsorb se trouve lentre et le composant deplus faiblement adsorb se trouve proximit de la sortie. Leau est le composant le plusfortement adsorb que lon puisse trouver dans le gaz naturel.

Lorsque le gaz naturel entre de lit, leau est diffuse lintrieur des pores de lastructure du tamis molculaires en une couche relativement mince.

Au fur mesure que le gaz pntre dans la colonne, il passe travers cette couchejusqu un niveau lgrement infrieur ou une quantit supplmentaire deau est adsorb.

IV.1.3. Conception de la zone de transfert de masse

La zone de transfert de masse ZTM correspond longueur du lit ncessaire auphnomne dadsorption c'est--dire la distance que doit parcourir une unit de gaz pour quela concentration deau essentiellement zro.

Au fur et mesure que le procd dadsorption continue, une portion plus importante de lasection dentre de lit devient sature et la ZTM se dplace de plus en plus vers la sortie de lit.

Par consquent, un dshydrateur aura au moins deux zones, une zone en quilibre ou satur, etune zone de transfert de masse.


27

Lorsque la limite avale de la zone ZTM atteint la sortie du lit, ceci est dit tre satur ou puiset le point est dfini comme point de saturation ou break through.

IV.1.4. Dure de cycle

Le cycle de dshydratation seffectuer en 12 heures, tandis que le cycle dergnration seffectuer en 6 heures. Si le cycle de rgnration est long et le temps de vie(dure de vie) de ladsorbant augmentent.

IV.1.5. Lefficacit thermique du procd de rgnration

Lefficacit prcise de chauffage varie gnralement entre 40 et 50% la corrlation suivante

est utilise par la compagnie DAVISON pour estimer lefficacit de rgnration.

E = (100/2.25)-(0.0311)*t

Ou t : cest le temps de chauffage en heure.

IV.2. La contamination des tamis molculaire

La large utilisation des tamis molculaires a prsent ladsorption comme un outil deprocd dans nombreuses installations, et a introduit de nouveaux paramtres auras dun bonnombre dentre nous qui tions dj familiariss avec les systmes dadsorption utilisant le

gel de silice, lalumine active et le charbon actif. Il nest donc pas surprenant que certainsoprateurs aient exprim leurs inquitudes et mme leur mcontentement au sujet des tamismolculaires, en ce qui concerne soi les performances routinires, soit la dure de vis du litqui tait plus courte que prvue.

Parmi les problmes les plus frquemment rencontres, le plus important est levieillissement prmatur du lit par contamination. Cette contamination est gnralementcause par lentre, et ladsorption, de compose qui a un effet rsiduel sur ladsorbant, mme

aprs rgnration.


28

IV.2.1.HuileCe terme comprend toutes les entits point dbullition leves qui peut provenir des

systmes de graissage des compresseurs ou des installations dadsorption. Ce sont aussi tous

les composs hydrocarbures point dbullition leve qui entre dans le lit dadsorbant sousforme gouttelettes ou darosols. Au mieux, ils seront adsorbs par le liant ou dans les macros

pores des tamis molculaires. Ces composants ne sont pas compltement rsorbs au cours dela rgnration.

IV.2.2. Glycols, diglycolamine, di-isopropanolamine et produits associsLes lments qui sont souvent entrins depuis les tapes de traitement prcdentes ont

un comportement similaire celui des huiles lourdes. Ils sont trs facilement adsorbs dansles macrospores, ou mme les micropores des certains tamis. Pendant les cycles normaux dergnration, ils se dcomposent, et passent en fin de compte, par diverses ractions decondensation ou de polymrisation, qui se traduisent par un dpt de coke important sur lasurface des tamis, un blocage des macrospores.

IV.2.3. SelLe sel dissout dans leau, pntre en adsorbant, il gnral sur les lits dadsorbants, il

reste sur le lit une fois leau limine par la phase de rgnration. Ainsi le sel solide

saccumule et bloque les pores et les macrospores, et dans les cas extrmes, tout lespace videentre la capacit dadsorption en dessous de sa valeur minimum dtermine.

IV.2.4. EauAussi invraisemblable que cela puisse paratre premire vue, leau peut tre un

contaminant srieux pour une unit dadsorption en quantit superflue. Cette situation de

surcharge se prsente lorsque lalimentation vhicule plus deau prvue dans les conditions de

conception.

IV.2.5. ImpuretsCertaines molcules organiques prsentes dans le fluide traiter ou dans le gaz de

rgnration (olfines ou aromatique) peuvent tre des poissons pour les tamis molculaires.Les impurets adsorbes et accumules rduisent lefficacit et les performances de

ladsorbant.


29

IV.3. Le dimensionnement dun dshydrateur (scheur V 403 A/B/C) de gaz base de tamis molculaires (1/16)

Pour dimensionner un scheur, il est ncessaire avant tout de dterminer le diamtreinterne, cette caractristique est un indispensable pour la suite du calcul.

Elle est base sur le dbit massique, et pour la plupart des adsorbants elle est limitepar la rsistance de ladsorbant lrosion ou la perte de charge engendre travers le lit.

Tableau (IV.1) : reprsente la composition de gaz entre scheur.lment % molaire Masse

molculaire

(g/mol)

Poidsmolculaires Mi

Facteur decompressibilitZ

N2 2.83 28.013 0.7927 0.9997

CO2 0.55 44.01 0.2420 0.9944

CH4 62.36 16.049 10.0084 0.9980

C2 H6 20.48 30.08 6.1603 0.9915

C3 H8 9.55 44.11 4.2125 0.9821

i-C4 H10 0.83 58.141 0.4825 0.9680

n-C4 H10 2.44 58.141 1.4186 0.9650

i-C5 H12 0.33 72.17 0.2381 0.9480

n-C5 H12 0.62 72.17 0.4474 0.9370

n-C6 H14 0.01 86.202 0.008 0.9130

Mthode decalcul

Yi Yi Mi Zi Yi

Total 100 Mi 24.01 0.9936


30

Tableau (IV.2) : caractristique des adsorbants.

Caractristiques (1/16)Type de tamis 4A

Diamtre des pores (A) 4.2Masse volumique (lb/ft3) 43Diamtre des particules (ft) 0.0052Longueur des particules 0.0131

Capacit dadsorption lb H2O/100lb adsorption 22

Capacit rsiduelle dadsorption aprs rgnration 2.4

Efficacit(%) 70

Paramtre de service Temprature de service : 25C = (251.8) +32+460=537R ; Pression de service : 25 bars =25.145=362.5psi.

Le gaz dalimentation de lUTG est un gaz rel donc il accept lquation :

PV= ZNRT. (IV.1)

PV=ZRT (m /Mw)(IV.2)

P = g (ZRT/Mw)(IV.3)g = (P Mw)/ (ZRT) la masse volumique du gaz

Z=0.9936Mw=24.01 (g/mol)R=10.73 (psi/ft3R)


31

Dbit de gaz QV =52000 (m3/h)1. calcul de la vitesse massique permissible (max)

Pour le calcul de cette vitesse, LEDOUX a impose lquation empirique suivante :G =3600 (CDp g b) 0.5 (IV.4)Avec :

C = 1,06 : Constante comprise entre (0.81 et 1.06) g = 1,520248 : masse volumique de l'alimentation (lb/Cu ft) b = 43 : masse volumique de l'adsorbant tass (lb/Cu ft) Dp = 0,0052 : diamtre moyen des particules de l'adsorbant (ft) Mw = 24,01 : masse molculaire du gaz

G=2160,969083 (lb/hft3)2. Calcul de vitesse superficielle permissible admise

Vgmax=G/ g vitesse linaire max (ft/h)(IV.5)Vgmax=1421 ,458264(ft/h)Vgmax=23,69097106(ft/min)

3. Calcul du diamtre minimal de la colonneDmin = [C1 Qv ZT/ (PVg)] 0.5..........................................................................(IV.6) QV : dbit de la charge gazeuse (SMft3/jour). QV =52000(m3/h)=44054400(ft/jour). C1 : constante gale 3,27 (S.I) et 25.05 dans le systme (A.S).

Dmin =8,28029(ft).Dmin =2,5238(m).

4. Calcul de la quantit deau dans la chargeq = 0.054QvYw/D2 (lb adsorbat/h ft).. (IV.7)Ou: QV : dbit de la charge gazeuse (SMft3/jour). D : diamtre de la colonne (ft). Yw =75ppm : quantit deau contenue dans le gaz en (lbH2O/SMft3) aprs

lhygromtre.

q=2,602281464 (lb adsorbat/hft2).


32

5. Calcul de la zone de transfert de masse (ZTM)SIPON et GUMING ont estim cette hauteur pour les tamis molculaires par :

Hz = 225 [q0.7895/ (Vg0.5506 Rs0.2646)] (in).. (IV.8)Rs: saturation relative en %

Rs= (ma/mb) 100%O:

ma: masse deau contenue dans lalimentation T (C) en ppm.mb: masse deau contenue dans lalimentation la saturation T (C) en ppm.

Hz =24, 77760683(in).Hz=2, 064718127 (ft).

6. Calcul de la hauteur dquilibreHq = (127.4 W) / (D2 d X)(IV.9)

X : capacit dadsorption du tamis neuf (lbH2O/100 lb adsorbant). d : masse volumique du dessicant (lb/ft 3) W : quantit H2O adsorb par cycle (lbH2O/cycle)

Hq=3,244955941 (ft).7. Calcul de la hauteur totaleHt = Hq + 0.45 Hz.(IV.10)Ht : hauteur totale du lit (ft) ;Hq : hauteur dquilibre (ft) ;

0.45 Hz : hauteur de lit non utilis (ft).Ht =4,174079098 (ft)Ht =1,272259309 (m)

8. Calcul du temps de serviceTs = 0.01 b X hq /q..(IV.11)

b : masse volumique dadsorbant tass (lb/ft3)Ts =11,7962963 (h).

9. Calcul du temps de saturationTsat= 0.01 b X Ht /q..(IV.12)Tsat=13, 08262474(h)


33

Tableau (IV.3) : Rsultats de calcul de dimensionnement de scheur (v403 A/B/C).Grandeur Valeur

(1/16)Vitesse massique admissible G (lb/hft3) 2160,969083Vitesse superficielle Vgmax (ft/mm) 23,69097106Diamtre minimal Dmin (ft) 8,28029Quantit dadsorbat adsorb par unit de temps et de surface q (lbH2O/h ft2) 2,602281464Hauteur de zone de transfert de masse HZ (ft) 2,064718127Capacit dadsorption la saturation X (lbH2O/100 adsorbant) 22Temps de cycle tc(h) 12Quantit dadsorbant adsorb par cycle W (lbH2O/cycle) 1652,04Hauteur dquilibre Hq (ft) 3 ,244955941Hauteur totale de lit Ht (ft) 4,174079098Le temps de service ts (h) 11,7962963Le temps de saturation tsat(h) 13,08262474

IV.4. Calcul de la quantit de chaleur ncessaire pour la rgnrationGnralement, ladsorption dun lit fixe fait le cycle de la rgnration par

chauffage.

Le chauffage dune substance adsorb par un courant de gaz chaud (caloporteur) augmente sa

pression de vapeur jusquau point o les forces dattraction dadsorbant deviennent sans effet.

La temprature du gaz chaud utilis pour la rgnration des tamis molculaires oscille entre200 et 300C. La quantit de chaleur ncessaire pour la rgnration est la somme de quantitde chaleurs suivantes :

1. Chaleur ncessaire pour le chauffage des dessicants.2. Chaleur ncessaire pour le chauffage de la colonne vide.3. Chaleur ncessaire pour le chauffage des billes cramiques.4. Chaleur ncessaire pour le chauffage de leau.

5. Chaleur ncessaire pour le chauffage des hydrocarbures.6. Chaleur ncessaire pour lvaporation des hydrocarbures.

Les pertes de chaleurs travers les parois de la colonne et les grilles qui supportent le lit sontestimes par (10%) de la quantit totale de la chaleur.


34

Le cycle de rgnration peut tre divis en quatre (04) priodes diffrentes.La temprature de chaque priode dpend de la temprature du gaz de rgnration et de sondbit.Selon les donnes pratiques TH temprature maximale qui est 240C.

1. Pendant la priode (A) presque tous les hydrocarbures adsorbs sont extraits deladsorbant en atteignant la temprature T2=110C ;

2. Pendant la priode (B) la totalit de leau contenue dans le lit atteint la temprature T33. Pendant la priode (C) se droule lpuration dfinitive du lit entre la temprature T3 et

TH ;

4. Pendant la priode (D) correspondant au refroidissement du lit jusqu' la tempratureT5=25C.

1. Chaleur ncessaire pour le chauffage des dssicantsQ1=MTM*CPTM*(TF-T1) (kcal) (IV.13)O :

MTM : masse de tamis plac dans un scheur (kg) CPTM : chaleur spcifique du tamis molculaires (kcal/kg. C). TF, T1 : temprature finale et initiale (C).

2. Chaleur ncessaire pour le chauffage de la colonne videQ2=Mcv*CPa*(TF-T1) (kcal) ..(IV.14)

O :Mcv : la masse de la colonne vide (kg).CPa : chaleur spcifique de lacier (kcal/kg. C).3. Chaleur ncessaire pour le chauffage des billes cramiques

Q3=MBC*CPBC*(TF-T1) (kcal) ..(IV.15)O :MBC : masse des billes cramiques (kg).CPBC : chaleur spcifique des billes cramiques (kcal/kg. C).

4. Chaleur ncessaire pour le chauffage de leau (dsorption)Q4=MEau*CP Eau*(TF-T1) (kcal) (IV.16)O :

MEau : masse de leau adsorbe par cycle (kg).

CP Eau : chaleur spcifique de leau (kcal/kg. C).


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5. Chaleur ncessaire pour le chauffage des hydrocarburesQ5=MHc*CPHc *(TF-T1) (kcal) . (IV.17)O :

MHc =0.1 MEau : masse des hydrocarbures adsorbe par cycle (kg).CPHc : chaleur spcifique des hydrocarbures (kcal/kg. C).

6. Chaleur ncessaire pour lvaporation des hydrocarburesQ6=MHc*Qvap *(TF-T1) (kcal) . (IV.18)O :Qvap: chaleur latente de vaporisation des hydrocarbures (kcal/kg).

IV.5. Rgnration sur tamis molculaires (1/16)1. Donnes de calcul

Temprature du gaz de rgnration T : 240CPression de rgnration : 18 barsPoids molculaire du gaz de rgnration MW : 24,68 kgDbit volumique QV : 26,5mmscuft/d= 750000Sm3/jmasse totale du dessicant Mt : 4320 Kgmasse des billes cramiques MBC : 680Kgquantit d'eau adsorbe par cycle MEau : 36,04 Kgchaleur spcifique des tamis molculaires CPTM : 0,22 kcal/kgCchaleur spcifique des billes cramiques CPBC : 0,24 kcal/kgCchaleur spcifique de l'acier CPA : 0,12 kcal/kgCchaleur spcifique de l'eau CEau : 1 kcal/kgCchaleur spcifique des hydrocarbures CpHc : 0,65 kcal/kgCchaleur spcifique latente des hydrocarbures QVAP : 111 kcal/kgCmasse de la colonne vide MCV : 18000 Kg


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2. Dbit de rgnration ncessaire pour le chauffage2.1. La quantit de chaleur consomme pendant la priode (A)T1=25C temprature du gaz dalimentation.

T2=110C temprature du palier.QA=M*CP *(T2-T1) (kcal)QAT=80784 kcal dessicantQABC=13872 kcal billes cramiquesQACv=183600 kcal colonne videQAEau=3063.4 kcal quantit deau adsorbQAHc=1991.21 kcal hydrocarbure adsorb M=0.1MEauQAvHc=34003.74 kcal chaleur latent pour les hydrocarbures

QA=1.1 = 349045.785kcal2.2. La quantit de chaleur consomme pendant la priode (B)T1=110C temprature du palier.T2=190C temprature de vaporisation des hydrocarbures.

Q =M*CP *(T3-T2) (kcal)QBTM=76032 kcal dessicantQBBC=13056 kcal billes cramiquesQBCv=172800kcal colonne videQBEau=2883.2 kcal quantit deau adsorbQBHc=187.408 kcal hydrocarbure adsorb M=0.1MEauQBvHc=32003.52 kcal chaleur latent pour les hydrocarbures

QB=1.1 = 326658.3408 kcal


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2.3. La quantit de chaleur consomme pendant la priode (C)T3=190C temprature de vaporisation des hydrocarbures.TH=240C temprature de rgnration du gaz.

Q=M*CP *(TH-T3) (kcal)QCTM=47520 kcal dessicantQCBC=720 kcal billes cramiquesQCCv=108000 kcal colonne videQCEau=1802 kcal quantit deau adsorbQCHc=117.13 kcal hydrocarbure adsorb M=0.1MEauQCvHc=20002.2 kcal chaleur latent pour les hydrocarbures

QC=1.1 = 178161.33 kcalLes pertes des chaleurs travers les parois sont estimes 10%de la quantit de chaleur dusystme.

2.4. La Chaleur spcifiqueCalculer par la formule :Cpi = 4,63 * 10-1 + 3,88 * 10-4 * Ti + 2,25 * 10-6 * Ti2 - 3,75 * 10-9 * Ti3

TA= (T1+T2)/2=67.5CTB= (T2+T3)/2=150CTC= (T3+TH)/2=215CDonc les chaleurs spcifiques seront gale :

CPA=0.498288262 kcal/kgCCPB=0.55916875 kcal/kgCCPC=0.613157343 kcal/kgCOn a:

G*tA=QA/CPA*(TH-TA) =4060.809745 kg/hG*tB=QB/CPB*(TH-TB) =6490.951292 kg/hG*Tc=QC/CPC*(TH-TC) =11622.55216 kg/h


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Dbit de gaz de rgnration pour le chauffage total :Gch*(tA+tB+tC) =QA/CPA (TH-TA) + QB/CPB (TH-TB) + QC/CPC (TH-TC)Et:

(tA+tB+tC)=tempes de chauffage en heure.O :

tA+tB+tC=3hLe temps de rgnration est de 6 heures (3h de chauffage, 2.75h de refroidissement et 0.25en stand by)Gch=7391.4377 kg/h

3. Dbit de gaz de rgnration ncessaire pour le refroidissementDbit de gaz de refroidissement (Gref) et de temprature T5=25C

Gref*(td)=QD/Cpr*(TD-T5)Avec :

TD = (TH+T5)/2td =2.75h temps de refroidissementTH=240C

T5=25CTD=132.5C

3.1. La chaleur spcifiqueCpi = 4,71 * 10-1 + 4,6 * 10-4 * Ti + 4,17 * 10-6 * Ti2 - 2,49 * 10-9 * Ti3Cpr=0.63875491 kcal/kgCQ=M*Cp*(TH-T5) (kcal)QD1=568080 kcal (colonne vide)QD2=249955.2 kcal (dessicant)QD3=42921.6 kcal (billes cramiques)

QD=0.9 QDiQD=774861.12 kcalGref=3354.526075 kg/h


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IV.6. Interprtations et commentairesLa diminution de dbit dalimentation 50% par rapport au dbit de design nous obliger

recalculer les dimensions des scheurs (V403 A/B/C) pour obtenir une bonne qualit deGPL/gaz lift /gaz de vente, aprs les calculs on trouve les rsultats suivants : Le diamtre de scheur deviendra D=2,52m ; La hauteur de scheur deviendra H=1,27m ; Le temps de saturation Tsat=13,1h.Compars aux dimensions des scheurs existants : D=2m, H=2m, Tsat=13h on dduit que

les nouvelles dimensions assurent un bon fonctionnement des scheurs et un temps desaturation plus grand que celui du design, ce qui nous rassure de ne plus avoir de molculedeau la sortie du scheur.

Conclusion

Conclusion

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Conclusion

Lexploitation du gaz naturel se heurte des difficults majeures citons comme

exemple la prsence de leau (sous forme liquide ou vapeur ) qui peut entrainer des problme

de corrosion et/ou de bouchage due la formation dhydrates , alors il est ncessaire derduire la teneur en eau dans le gaz par schage dans des dshydrateurs tamis molculairesqui sont gnralement dimensionns pour traiter une charge donne quelque soit la saison .

Ltude de la section de dshydratation (UTG/GLA) nous a permis de recalculer lesdimensions des scheurs existants au niveau de lunit.

Les calculs nous ont montrs que les dimensions trouves, ainsi que le temps desaturation nous assurent une bonne efficacit de dshydratation.

Annexes

Annexes

Figure (II.1) : schma de procd de lUTG.

Annexes

Figure (III.1) : diffrents types des hydrates.

Bibliographie

Bibliographie

[1] : Document de lentreprise SONATRACH HBK ,2007.[2] : SONATRACH. La Revue de SONATRACH. Edition N54.Djenane el Malik Hydra-

Alger : la Direction Communication et Stratgie dImage, octobre 2007.46p. (Publication

de lEntreprise SONATRACH).ISSN 1111-1070.[3] : ROJEY, Alexandre. Le gaz naturel, production traitement transport.27 Rue Ginoux

75737 Paris cedex 15 : TECHNIP, 1994.430p. (LInstitut Franais du Ptrole).[4] : Manuel opratoire de lUTG Guellala.[5]: Gas Process Suppliers Association. Engineering Data Book. Edition N12, volume I et

II.6526 east 60 th street Tulsa, Oklahoma 74145: Gas process Suppliers Association,2004.821 p. (FPS version).

[6] : www.fremer.fr/exploitation/ en jeux/ hydrates/ index.htm/ 2004/16.04.2011/ ladcouvertes des grands fonds.

[7]: COULSON and RICHRDSONS. Chemical Engineering, particles technologies andseparation process. Fifth edition, volume 2. Butterworth Heinemann, 2002.1208p. ISBN0-7506-4445-1.

[8] : mmoire: tude de leffet de changement du diamtre des tamis molculaires sur lesystme de schage (unit GLA/HBK).

[9] : Mmoire : tude de la dshydratation dans lunit de GPL/CIS/HMD recalcule de laquantit des tamis molculaire universit Ouargla 2008.

[10]: Jimmy-Humphrey, George E-Keller, procds de separation, tome2, edition 2002 p(76,205).

[11]: Mmoire: Redimensionnements des scheurs au niveau de Guellala Haoud Berkaoui.Universit Ouargla 2010.

[12] : M. Sellami. Cours de traitement du gaz naturel. Universit Ouargla. 2012.

RsumLa teneur en eau dans le gaz est une exigence importante respecter.Lobjectif principal de cette tude est de dterminer le rle de la section

dshydratation par tamis molculaires (1/16) afin doptimiser les paramtres defonctionnement des scheurs pour atteindre une teneur en eau infrieure 5ppm.Aprs le redimensionnement des scheurs existant au niveau de lunit de

(GLA/HBK) avec 50%de la charge on trouv les rsultats suivants : Le diamtre de scheur : D=2 ,52m ; La hauteur de scheur : H=1,27m ; Le temps de saturation Tsat=13 ,1h.

Daprs les rsultats obtenus on remarque que les redimensionnements des scheursne sont pas loin de ceux du design et que le temps de saturation est plus grand, ce quinous assure une bonne dshydratation.Mots cls : Le gaz, Dshydratation, Tamis molculaires, Scheurs.

AbstractThe amount of water contained in the gas is important to meet requirement.The main objective of this study is to determinate the role of dehydration section bymolecular sieves (1/16) to optimize the parameters of the dryer to reach a moisturevalue of 5 ppm.After calculations resizing dryers exist in (GLA / HBK) unit with 50% of the load,the following results were found:

The diameter of the dryer: D = 2, 52m; The height of dryer: H = 1.27 m; The saturation time Tsat = 13, 1 hour.

From the results we can see that the sizes of the dryers are not far from those of thedesign and the saturation time is larger, which gives us a good dehydration.Key words: The gas, Dehydration, Molecular sieves, Dryers.

01p d g.pdf02 REMERC-.pdf03Ddicace.pdf04Ddicace2.pdf05 sommaire.pdf06 Nomenclature.pdf07Liste des tableaux & figures.pdf08.pdf09Introduction Gnrale.pdf10.pdf11.pdf12.pdf13.pdf14.pdf15.pdf16.pdf17.pdf18.pdf19.pdf20.pdf21.pdf22.pdf23.pdf

LA DESHYDRATATION DU GAZ

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