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COURS DIVERS USINE A SOUFRE ET REACTION DE CLAUS MANUEL DE FORMATION COURS EXP-

COURS DIVERS USINE A SOUFRE ET REACTION DE CLAUS MANUEL DE FORMATION COURS EXP-DI080 Révision 0.1 Formation Exploitation Cours Divers Usine à soufre et réaction de Claus Manuel de Formation: EXP-DI080-FR Dernière Révision: 12/10/2009 Page 2 de 106 COURS DIVERS USINE A SOUFRE ET REACTION CLAUS SOMMAIRE 1. OBJECTIFS.....................................................................................................................6 2. INTRODUCTION .............................................................................................................7 2.1. LA MINUTE QUALITÉ ENVIRONNEMENT ..............................................................7 2.2. UNE LÉGISLATION DE PLUS EN PLUS SÉVÈRE. .................................................8 3. LES GAZ ACIDES ...........................................................................................................9 3.1. HYDROGENE SULFURE – H2S ...............................................................................9 3.1.1. Effets sur la santé............................................................................................10 3.1.1.1. Seuils des effets létaux (S.E.L.) .................................................................10 3.1.1.2. Seuils des effets irréversibles (S.E.I.) ........................................................11 3.1.2. Données de toxicologie générale ....................................................................12 3.1.2.1. La forme suraiguë ......................................................................................13 3.1.2.2. La forme (sub)aiguë ...................................................................................13 3.1.2.3. La forme chronique ....................................................................................13 3.1.3. Conclusion.......................................................................................................13 3.2. DIOXYDE DE CARBONE – CO2.............................................................................14 3.2.1. Propriétés physiques et chimiques..................................................................15 3.2.2. Réactions dangereuses...................................................................................15 3.2.3. Effets nocifs divers ..........................................................................................16 3.2.3.1. Gaz à effet de serre ...................................................................................16 3.2.3.2. Solution ......................................................................................................17 3.2.3.3. Capter et stocker le CO2 ............................................................................17 3.3. DIOXYDE DE SOUFRE – SO2................................................................................19 3.3.1. Caractéristiques ..............................................................................................20 3.3.2. Sources ...........................................................................................................20 3.3.3. Effets ...............................................................................................................20 3.4. LE SOUFRE - S ......................................................................................................21 3.4.1. Etats du soufre ................................................................................................24 3.4.1.1. Soufre solide ..............................................................................................24 3.4.1.2. Soufre liquide .............................................................................................24 3.4.1.3. Soufre gazeux............................................................................................26 3.4.2. Identification des dangers................................................................................26 3.4.3. Mesures de lutte contre l'incendie ...................................................................26 3.4.4. Informations toxicologiques.............................................................................27 3.4.5. Principales ressources en soufre ....................................................................28 3.4.6. Principaux procédés de fabrication du soufre..................................................29 3.4.7. Extraction du soufre à l’état natif .....................................................................30 3.4.7.1. Extraction minière traditionnelle .................................................................30 3.4.7.2. Procédé Frash............................................................................................30 3.4.8. Transformation du soufre brut .........................................................................31 3.4.8.1. Soufre granulé............................................................................................31 3.4.8.2. Soufre sublimé ...........................................................................................32 3.4.8.3. Soufre trituré ..............................................................................................33 Formation Exploitation Cours Divers Usine à soufre et réaction de Claus Manuel de Formation: EXP-DI080-FR Dernière Révision: 12/10/2009 Page 3 de 106 3.4.8.4. Soufre micronisé ........................................................................................33 3.4.9. Adjuvants et formulations particulières............................................................33 3.4.10. Granulométrie................................................................................................34 3.4.11. Mise en oeuvre du soufre..............................................................................34 3.4.11.1. Stockage ..................................................................................................34 3.4.11.2. Transport..................................................................................................35 3.4.11.3. Secteurs d’utilisation ................................................................................35 4. PRINCIPE DU PROCÉDÉ DE DÉSULFURATION........................................................37 4.1. DÉSULFURATION PAR ABSORPTION .................................................................37 4.1.1. Définition de l’absorption .................................................................................37 4.1.2. Désulphuration par absorption ........................................................................38 4.1.2.1. Chauffage de la solution ............................................................................39 4.1.2.2. Unité de régénération.................................................................................40 4.2. DÉSULFURATION PAR ADSORPTION.................................................................41 4.2.1. Définition de l’adsorption .................................................................................41 4.2.2. Adsorption en lit fixe ........................................................................................41 4.2.2.1. Performances en terme de rejets...............................................................42 4.2.2.2. Contraintes d’utilisation ..............................................................................42 5. RAPPELS DE CHIMIE...................................................................................................43 5.1. RÉACTION EXOTHERMIQUE................................................................................43 5.2. RÉACTIONS CHIMIQUES SIMPLES (NON ÉQUILIBRÉES) .................................43 5.2.1. ΔH de la réaction.............................................................................................43 5.2.2. Cinétique de la réaction...................................................................................44 5.2.3. Action d’un catalysateur ..................................................................................46 5.3. RÉACTIONS CHIMIQUES ÉQUILIBRÉES .............................................................47 5.3.1. ΔH de la réaction.............................................................................................47 5.3.2. Vitesse de la réaction ......................................................................................47 5.3.3. Action d’un catalyseur sur une réaction équilibrée ..........................................47 5.3.3.1. Réactions en phase gazeuse catalysées par un solide..............................47 5.3.3.2. Structure du catalyseur ..............................................................................48 5.3.4. Mécanisme réactionnel....................................................................................49 5.4. NOTIONS DE CHIMIE DE L'EAU ...........................................................................51 5.4.1. Les titres..........................................................................................................51 5.4.2. Les unités de concentration.............................................................................52 6. USINE À SOUFRE ET RÉACTION DE CLAUS.............................................................53 6.1. GÉNÉRALITÉS SUR LES CATALYSEURS DES USINES À SOUFRE..................53 6.1.1. Paramètres régissant l'activité d'un catalyseur................................................53 6.1.2. Activité du catalyseur.......................................................................................53 6.1.3. Vieillissement du catalyseur ............................................................................54 6.1.4. Maintien de l'activité du catalyseur..................................................................55 6.1.5. Plan de chargement des catalyseurs ..............................................................56 6.2. PRINCIPE ET DESCRIPTION ................................................................................58 6.3. MISE EN OEUVRE INDUSTRIELLE DE LA RÉACTION DE CLAUS .....................61 6.3.1. Principe de la production.................................................................................61 6.3.2. Pots de garde..................................................................................................64 6.3.2.1. Équipement sécurité ..................................................................................64 6.3.2.2. Types de dégardage ..................................................................................65 6.3.3. Les produits secondaires.................................................................................65 Formation Exploitation Cours Divers Usine à soufre et réaction de Claus Manuel de Formation: EXP-DI080-FR Dernière Révision: 12/10/2009 Page 4 de 106 6.3.3.1. Formation du CS2.......................................................................................65 6.3.3.2. Formation du COS .....................................................................................65 6.3.3.3. Élimination du COS et du CS2....................................................................66 6.3.4. Contrôle du ratio H2S / SO2 .............................................................................66 6.3.5. Capacité de Production ...................................................................................69 6.3.6. Les critères de réglage de l'unité de production de soufre ..............................69 6.3.6.1. Contrôle du rapport H2S/SO2 .....................................................................69 6.3.6.2. Conversion H2S et H2S / SO2.....................................................................70 6.3.6.3. Réglage optimal des températures sur les convertisseurs catalytiques .....70 6.3.6.4. Précautions concernant la récupération du soufre liquide..........................72 7. DESCRIPTION DU PROCÉDÉ « USINE À SOUFRE » DE LACQ................................73 7.1. LES EQUIPEMENTS ..............................................................................................74 7.1.1. Séparateur gaz acide D 101...........................................................................74 7.1.2. Préchauffeurs air et gaz acide E 117 - E 116..................................................74 7.1.3. Soufflantes d'air - K 101 et K 102....................................................................74 7.1.3.1. Le Pompage...............................................................................................74 7.1.3.2. Description soufflantes air procédé ............................................................75 7.1.4. Four principal H 101 - chaudière HA 101 ........................................................76 7.1.5. Premier condenseur E 101..............................................................................78 7.1.6. Four auxiliaire F 101........................................................................................80 7.1.7. Premier convertisseur D 106...........................................................................81 7.1.8. Échangeur gaz / gaz EC 102..........................................................................83 7.1.9. Deuxième condenseur de soufre E 102 ..........................................................83 7.1.10. Deuxième convertisseur D 107 .....................................................................84 7.1.11. Troisième condenseur de soufre E 103.........................................................84 7.1.12. Incinérateur F 103 .........................................................................................85 7.1.13. Fosse à soufre...............................................................................................85 7.2. PROCÉDÉ SULFREEN ..........................................................................................85 7.2.1. Sulfreen...........................................................................................................85 7.2.2. Doxosulfreen ...................................................................................................87 7.3. PROCÉDÉ DE PRODUCTION VAPEUR (UNITÉ 800) US 11................................88 7.3.1. Alimentation en eau.........................................................................................89 7.3.2. Dégazage de l'eau...........................................................................................89 7.3.3. Circuit HP et BP ..............................................................................................89 7.3.4. Influence du débit d'eau sur le rendement des usines à soufre.......................89 7.4. LES CHAUDIERES PROCESS...............................................................................90 7.4.1. Traitement des eaux des chaudières Process.................................................90 7.4.2. Conventions d'appellations des eaux de chaudière.........................................90 7.4.3. Le taux de concentration .................................................................................91 7.4.4. Comment éliminer les impuretés de l'eau brute ?............................................91 7.4.4.1. La filtration..................................................................................................91 7.4.4.2. La déminéralisation....................................................................................91 7.4.5. Le dégazage thermique...................................................................................92 7.4.6. Mise en service d'un collecteur vapeur............................................................92 7.4.6.1. Quelques rappels.......................................................................................92 7.4.6.2. Opérations de mise en service...................................................................94 7.4.6.3. Admission de la vapeur dans un réseau froid ............................................94 7.4.6.4. L’eau dans les collecteurs..........................................................................94 Formation Exploitation Cours Divers Usine à soufre et réaction de Claus Manuel de Formation: EXP-DI080-FR Dernière Révision: 12/10/2009 Page 5 de 106 7.4.6.5. Ouverture de la vapeur dans un collecteur.................................................94 7.4.6.6. Dangers pour le matériel............................................................................95 8. TROUBLESHOOTING...................................................................................................96 8.1. EXEMPLES D’INCIDENTS ET ACTIONS CORRECTIVES ....................................96 8.1.1. Manque de gaz acide ......................................................................................96 8.1.2. Manque d'air de process .................................................................................96 8.1.3. Manque d'air instrument ..................................................................................96 8.1.4. Manque d'eau..................................................................................................97 8.2. LES PROBLÈMES RENCONTRÉS EN CHAUFFERIE ..........................................97 8.2.1. La corrosion.....................................................................................................97 8.2.1.1. En amont de la chaudière ..........................................................................97 8.2.1.2. La corrosion en chaudière..........................................................................98 8.2.1.3. La corrosion sur les réseaux des condensats ............................................99 8.2.2. L'encrassement en chaudière........................................................................100 8.2.2.1. Dépôts causés par la dureté ....................................................................101 8.2.2.2. Dépôts causés par le fer ..........................................................................101 8.2.2.3. Dépôts causés par la silice.......................................................................101 8.2.3. Les solutions aux problèmes d'encrassement...............................................101 8.2.3.1. Les solutions mécaniques ou techniques.................................................101 8.2.3.2. Les solutions chimiques ...........................................................................102 8.2.4. Les entraînements et le primage...................................................................102 8.2.4.1. Entraînements..........................................................................................102 8.2.4.2. Le primage ...............................................................................................103 9. FIGURES.....................................................................................................................105 10. TABLEAUX................................................................................................................106 Formation Exploitation Cours Divers Usine à soufre et réaction de Claus Manuel de Formation: EXP-DI080-FR Dernière Révision: 12/10/2009 Page 6 de 106 1. OBJECTIFS Le but de ce cours est De permettre une meilleure compréhension du traitement des gaz acides et de la transformation de l’H2S en soufre. De comprendre le phénomène du procédé Claus utilisé dans les usines à soufre. Être informé sur la dangerosité des gaz acides (H2S, CO2, SO2) Formation Exploitation Cours Divers Usine à soufre et réaction de Claus Manuel de Formation: EXP-DI080-FR Dernière Révision: 12/10/2009 Page 7 de 106 2. INTRODUCTION L’étude du procédé Claus, pour le traitement et la transformation en soufre de l’H2S, permettra une meilleure conduite en terme de rendement de lutte contre la pollution atmosphérique par le SO2 et le CO2 et surtout de diminuer les risques d’accident par intoxication. Le respect des procédures de démarrage de conduite et d’arrêt des installations, fait partie intégrante de la démarche qualité de conduite des installations. Une bonne prise de conscience du respect des consignes de sécurité en cas de fuite H2S, feu de soufre, arrêt de soufflante, rupture joint d’éclatement…. contribuera à diminuer les risques d’accidents corporels et les émissions de gaz toxiques dans l’atmosphère. 2.1. LA MINUTE QUALITÉ ENVIRONNEMENT L’H2S est un gaz dit acide qui réagit facilement avec les métaux, ce qui induit deux problèmes majeurs dans les unités d’exploitation des énergies fossiles. Tout d’abord, d’un point de vue technique, ce gaz attaque les équipements et les tuyauteries entraînant un coût de maintenance et d’entretien non négligeable. De plus, d’un point de vue chimique, l’hydrogène sulfuré est un poison pour les catalyseurs qui sont constitués en général de métaux ou d’oxydes métalliques (les procédés catalytiques sont nombreux dans le raffinage et la pétrochimie) et qui agit sur leur sélectivité et activité. En effet, le soufre s’adsorbe fortement sur les métaux et de ce fait empêche ou modifie l’adsorption des réactifs, de plus l’incorporation de l’élément soufre dans des phases métalliques favorise le phénomène de frittage responsable d’une perte d’activité catalytique. La combustion de l’H2S conduit à la formation de dioxyde de soufre (ou anhydride sulfureux) qui constitue le polluant atmosphérique dont l’impact sur l’ensemble des êtres vivants est de loin le plus préoccupant. Ce gaz se transforme rapidement dans l’air en acide sulfurique, très hygroscopique, qui joue un rôle essentiel dans la formation des fumées acides, brouillards propres aux milieux urbains des régions à climat tempéré froid où sévit une forte pollution de l’air. Le dioxyde de soufre est aussi responsable des pluies acides. Ces pluies acides sont responsables du dépérissement à vaste échelle des forêts de conifères, et de l’acidification des eaux des lacs situés sur terrains cristallins. La pollution de l’air par le SO2 est ainsi particulièrement néfaste pour les végétaux. Le dioxyde de soufre pénètre dans l’organisme par inhalation. Ce gaz fortement soluble dans l’eau est rapidement hydraté, dissocié en sulfite et bisulfite, et absorbé dans le tractus respiratoire supérieur (nez, pharynx). Formation Exploitation Cours Divers uploads/Finance/ usine-a-soufre.pdf