Principe de récupération de chaleur

Principe de récupération de chaleur 

Circuit d’acide
Chemin d’air

L’air de combustion débité à l’aide de la turbosoufflante est séché dans la tour de séchage (C7301) par arrosage de l’acide sulfurique (98.5%) qui provient du bac de roulement(D7303) débité par la pompe de séchage (P 7301) .L’acide à la sortie de la tour de séchage est donc dilué suite à la rétention de la quantité d’eau contenu dans l’air, et revient au bac de roulement.

Absorption 

L’absorption des gazconvertis se fait dans deux tours, la tour HRS faisant partie du système de conversion retient le SO3 en provenance des trois premières masses du convertisseur. Ce gaz fait un taux de 98% de la masse gazeuse. La rétention à ce niveau de SO3 est obtenu par l’acide sulfurique arrosé dans deux étages, dans le premier ,un débit de 1557 m /h de l’acide sulfurique concentré qui vient de la chaudière HRS débité par la pompe (P7304), à 99% et d’une température de 204°C s’arrose à travers le lit des anneaux rachinques à contre courant du gaz.
Un deuxième arrosage par l’acide moins concentré (98,67%) venant de la tour de séchage (E7302), débité par la pompe (P7301) est effectué au niveau du 2éme étage des anneaux rachinques avec un débit de 94 m3/h dont la température est d’environ 60°C.
L’acide chaud (203 °C) sortant de la tour HRS est refoulé vers la chaudière HRS par la pompe d’absorption HRS (P 7304) où sa température chute à environ 188°C avant de passer dans le dillueur HRS (M7301) où le rejoignent aussi l’eau désilicée et l’air d’instrument qui amorti l’élévation de la température élevée par la dilution [1]. L’acide dilué passe au 1 er étage de l’atour HRS (circuit fermé), alors qu’une partie de l’acide sortante de la chaudière HRS (la quantité ajoutée suite à l’absorption) passe dans le préchauffeur HRS, où l’acide sulfurique cède de l’énergie à l’eau alimentaire avant de finir dans le bac de roulement commun (D7303) [1].Dans la tour d’absorption finale, le SO3 réagit avec l’eau de la solution d’acide de circulation à 98,5 -99% prévenant de bac de roulement commun à travers la pompe (P7302). La solution d’acide sulfurique quittant la tour d’absorption finale, s’écoule dans l’un des deux compartiments du réservoir de bac de roulement commun où elle se mélange avec une partie du l’acide revenant de la tour de séchage [1], alors que l’acide revenant de la tour HRS ainsi qu’une partie de celui de la tour de séchage se mélangent dans l’autre compartiment du bac de roulement commun où il subit une dilution. La solution d’acide sulfurique à 98,5% produite circule de la pompe de circulation de la tour finale vers le refroidisseur puis vers les réservoirs d’entreposage.
L’ensemble de ces opérations est répartis selon 5 schémas :
 Circuit acide ½ réfrigération (Annexe 2) ;
 Circuit acide 2/2 Bac de roulement (Annexe 2) ;
 Circuit tour et dilueur HRS (Annexe3) ;
 Circuit chaudière et préchauffeur HRS (Annexe 3) ;
 Circuit de stockage acide (Annexe 4).

Circuit d’eau

Poste d’eau 
Le PS III est doté d’un poste d’eau où se fait le contrôle des eaux en retour des services utilisant la vapeur et l’eau d’appoint, ce poste alimente principalement les deux chaudières d’atelier : la chaudière de récupération (H7301) et la chaudière HRS (H7302).
 Description du procédé :
Avant de finir dans la bâche à condensât, les eaux (condensât), les eaux de PS2, MP1 et ceux de la centrale passent par le pot d’analyse où se fait le contrôle de la conductivité électrique.
La bâche à condensât est dotée d’un répartiteur qui alimente les deux pompes à condensât, précédée par un filtre chacune afin d’éliminer les particules solides. L’eau alimentaire conditionnée passe au dégazeur (enlèvement d’oxygène) puis, alimente la bâche alimentaire, ensuite, elle se répartit sur 5 pompes dont 3 refoulent l’eau vers la chaudière de récupération, après un traitement avec du phosphate tri sodique, pour produire la vapeur haute pression et les 2 autres pompes alimentent la chaudière HRS, après traitement avec l’hydrazine, pour produire la vapeur moyenne pression. Le schéma représentant le circuit de poste d’eau à travers toute l’unité est illustré dans l’annexe 5.

Circuit de vapeur HP et MP 

La fabrication d’acide sulfurique met en jeu trois réactions exothermiques au niveau de la combustion, la conversion et l’absorption. Au niveau de chaque opération, la chaleur dégagée permet de produire la vapeur surchauffée : A Haute pression dans : Economiseur 4A,Economiseur 3B, Economiseur 4C, Chaudière de récupération, Surchauffeur HP 4A et Surchauffeur HP 1B.
Et à moyenne pression dans : Chaudière HRS, Surchauffeur IP 4A et Préchauffeur HRS.
 Circuit de la vapeur HP :
L’eau, qui provient de la bâche alimentaire passe à travers l’économiseur 4A,3B, et 4C à une température de 110°C et sort à 245°C après échange de chaleur avec les gaz sortant du convertisseur, passe à travers la chaudière de récupération ou elle change d’état physique ( liquide en vapeur) après échange de chaleur avec les gaz qui proviennent du four, et sort à la température de 279°C . Et afin d’élever sa température, après échange avec les gaz qui proviennent du convertisseur à 460°C, la vapeur passe par le surchauffeur HP4A, puis par le surchauffeur HP 1B.
 Circuit de la vapeur MP :
L’eau qui provient de la bâche alimentaire passe à travers le préchauffeur HRS à une température de 110°C et sort à 173°C après échange de chaleur avec l’acide venant de la chaudière HRS ,ensuite l’eau passe à travers la chaudière HRS ou elle change d’état physique ( liquide en vapeur) après échange de chaleur avec l’acide qui provient de la tour HRS, et sort à la température de 176°C. Et afin d’élever sa température, après échange avec les gaz qui proviennent du convertisseur, à 238°C, la vapeur passe par le surchauffeur IP 4A.
Le schéma représentant le circuit de vapeur HP et MP à travers toute l’unité est illustré dans l’annexe 6.

Utilisation de la vapeur haute et moyenne pression
Vapeur haute pression

La vapeur haute pression produite au sein d’atelier sulfurique alimente les groupes turboalternateurs de la centrale thermique avec un pourcentage de 60% de la quantité produite. Cette vapeur transmis son énergie thermique aux groupes qui, eux, la transforment en énergie électrique distribuée au niveau des équipements électriques de toute la division. Cette transformation énergétique permet aux groupes de soutirer la vapeur moyenne pression qui sera aussi distribuée aux différents ateliers. les 40% qui restent de la vapeur Haute pression sont transformées en vapeur moyenne pression après avoir cédées de l’énergie sous forme mécanique au niveau de la turbosoufflante d’atelier sulfurique PS3.

Vapeur moyenne pression
La vapeur moyenne pression produite par le circuit HRS de l’atelier ainsi que celle soutirée au niveau de la turbosoufflante sont destinées à être consommer au niveau des équipements suivant :
 bâche alimentaire ;
 Les bacs de soufre fondu ;
 la centrale thermique.
La consommation de la vapeur moyenne pression au niveau de ces unités fait que sa pression et sa température chutent ce qui implique le changement d’état de la vapeur en eau condensée.
Cette eau, est récupérée au niveau de la bâche à condensat pour être réutilisée à nouveau dans le circuit d’eau.
Conclusion:
La production de l’acide sulfurique est un procédé d’une part, générateur d’énergie à partir de ses 3 principaux réactions qu’on peut récupérer sous forme de vapeur Moyenne et Haute pression on faisant l’échange avec l’eau. D’autre part il consomme de l’énergie : à savoir l’énergie électrique à travers le fonctionnement des pompes déjà citées et aussi au niveau de certains équipements secondaire telle que les diapositives d’éclairage d’installation, ainsi que la vapeur HP et MP comme on vient de voir.
Cependant toute étude est précédée d’un planning de travail afin de pouvoir arriver à mettre à terme les objectifs attendus de cette étude. De ce fait le chapitre suivant sera consacré à la définition du projet ainsi qu’à l’ensemble des taches effectuées et enfin du cahier de charge souhaité

Table des matières

Introduction générale 
Chapitre 1-Présentation de l’entreprise d’accueil 
I-Introduction 
II-Présentation de l’office chérifien des phosphates 
II-1-Historique du groupe
II-2-Direction des industries chimiques de safi
II-3-Présentation de Maroc chimie
II-3-1-Ateliers de production de l’acide sulfurique
II-3-2-Ateliers de production d’acide phosphorique
II-3-3-Ateliers de production des engrais TSP
II-3-4- Atelier d’énergies et de fluides
Chapitre 2-Procédé de fabrication d’acide sulfurique 
I-Description du Procédé 
I-1-Les principales étapes du procédé
I-2-Circuit de gaz
I-3-Circuit d’acide
I-4-Circuit d’eau
II-Utilisation de la vapeur haute et moyenne pression 
II-1-Vapeur haute pression
II-2-Vapeur moyenne pression
III-Conclusion
Chapitre 3- Démarche de l’étude 
I-Présentation de service d’accueil 
I-1-Préambule
I-2-Tournée d’information
II-Traitement de la problématique 
II-1-Définition de la problématique
II-2-Démarche de la résolution de la problématique
Chapitre 4- Calcul du bilan de matière avant et après augmentation de la cadence 
Bilan de matière
I-La cadence actuelle 115% 
I-1-Combustion du soufre
I-1-1Les compositions à l’entrée du four
I-1-2-Les compositions à la sortie du four
I-2-Conversion du soufre
I-2-1-Sortie de la 1ière masse du convertisseur
I-2-2-Sortie de la 2ième masse du convertisseur
I-2-3-Sortie de la 3ième masse du convertisseur
I-3-Tour HRS
I-4-Sortie de la 4ième masse du convertisseur
I-5- La Tour d’absorption finale
II-La cadence souhaitable 125% 
II-1-Combustion du soufre
II-1-1Les compositions à l’entrée du four
II-1-2-Les compositions à la sortie du four
II-2-Conversion du soufre
II-2-1-Sortie de la 1ière masse du convertisseur
II-2-2-Sortie de la 2ième masse du convertisseur
II-2-3-Sortie de la 3ième masse du convertisseur
II-3-Tour HRS
II-4-Sortie de la 4ième masse du convertisseur
II-5- La Tour d’absorption finale
Bilan thermique 
I-Principe de récupération de chaleur 
II-Calculs des chaleurs 
II-1-Calcul pour les équipements de production de la vapeur haute pression (HP)
II-2-Calcul pour les équipements de production de la vapeur moyenne pression (MP)
II-3-Efficacité énergétique des équipements
II-4- Gain de vapeur haute et moyenne pression
II-4-1- Vapeur haute pression
II-4-2- Vapeur moyenne pression
II-5-Etude économique
III- Identification des limitations techniques de l’augmentation de la cadence au-delà de 115%
III-1- Limitation liée à l’insuffisance de l’air de combustion
III-2- Limitation liée au manque d’acide d’arrosage de la tour HRS
III-3- Limitation liée au manque du soufre
III-4- Limitation liée au type de buse du four à soufre
III-5- Limitation liée à l’insuffisance de garnissage de la tour de séchage, HRS et la tour finale
III-6- Limitation liée à l’insuffisance de la quantité des éliminateurs de brume
III-7- Limitation liée à l’augmentation de la température dans la tour finale
III-8- limitation liée à l’augmentation de la température d’entrée au convertisseur
III-9- Limitation liée à l’insuffisance de la quantité du catalyseur
III-10-limitation liée à l’insuffisance de la quantité d’acide d’arrosage dans la chaudière et le dilliueur
Conclusion 
Perspectives
Références
Annexes

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