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Chapitre I PRÉSENTATION DU COMPLEXE

I.1 Introduction: Le gaz naturel est un mélange des gaz contenant principalement des gaz d'hydrocarbure. Il est sans couleur et inodore sous sa forme pure. C’est le combustible fossile le plus propre avec les plus basses émissions d'anhydride carbonique. Le gaz naturel est aussi utilisé comme matière de base importante pour des engrais et des produits pétrochimiques.Le but de la liquéfaction du gaz naturel est de réduire son volume dans un rapport de environ 600 à 1 afin de faciliter son transport dans des conditions optimum aussi bien sur le plan économique que sur celui le plan de la sécurité. Le gaz naturel liquéfié est, par la suite, stocké puis transporté par des méthaniers vers les terminaux de réception où il sera vaporisé puis distribué aux clients sous forme gazeuse Voir Fig I.1. Durant le transport, une partie de la cargaison s’évapore, du fait de l’entrée de chaleur à partir l’atmosphère. Cette quantité de gaz est récupérée pour être utilisée comme combustible sur le navire (chaudière ou turbine à gaz).

FIG I.1 : Exploitation du gaz naturel, liquéfaction et transport par navires- citernes de GNL

DESCRIPTION ET FONCTIONNEMENT DU COMPRESSEUR MR 2

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I.2 Découvert du gaz naturel en Algérie : La découverte du gaz naturel pour la première fois en Algérie, remonte á l’année 1956 dans les champs de HASSI R’MEL et AIN AMENAS au sud du pays. Ces champs enferment l’une des plus importantes réserves nationales du gaz naturel. Par la suite, ils se sont reliés aux usines de production du gaz naturel liquéfié (GNL) aux cotes est et ouest du pays (Skikda et Arzew), par des gazoducs comme moyen d’acheminement.

I.3 Complexe de liquéfaction du gaz naturel de Skikda: Le complexe de Skikda comprend actuellement, l’ancien complexe GNL1K et le nouveau projet Méga train GNL2K qui en cours de réalisation depuis la fin de l’année 2007.

I.3.1 complexe GNL1K : Le gaz naturel produit par le gisement de « HASSI R’MEL » est acheminé jusqu’au complexe par un gazoduc d’une langueur de 580 Km et de 40 pouces de diamètre.Le gaz naturel qui arrive, du TRE, sous une pression de 42 bars et une température (25°c). La composition molaire est la suivante :

N° Composant % molaire01 Hélium 0.1902 azote 5.7803 méthane 82.4904 éthane 07.2705 propane 2.3506 Isobutane 0.4707 Normal-butane 0.6808 Iso-penthane 0.15O9 Normal-penthane 0.1910 hexane 0.2311 CO2 0.2112 H2O 0.01


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L’usine est située à 3 km à l’est de la ville de Skikda. Il s’étend actuellement sur 92 hectares environ.La construction des différentes unités de liquéfaction sur la côte facilite l’exportation de produit fini. La mission de ce complexe est de liquéfier le gaz naturel (à température – 162 °C et une pression atmosphérique). Le GNL1K joue un rôle très important dans le développement du pays. Sa production est prévue pour l’exportation pour couvrir une partie des besoins nationaux et pour fournir la matière au complexe des matières plastiques CP1K qui se trouve à proximité.

Présentation du complexe : Le complexe de liquéfaction du gaz naturel GL1K Skikda comprend :

06 unités de liquéfactions (actuellement 3 en production après l’incident du janvier 2004) ;

01 centrale auxiliaire destinée à la production de vapeur, air, azote et eau pour les besoins des unités. ;

01 unité de stockage et d’expédition des produits finis d’une capacité de stockage de 308000 m³ GNL, 20.000 t de propane, 25000 t de butane;

01 unité de traitement de GPL.Les trois premières unités 10, 20 et 30 sont construites par la société française (Technip). Ces unités ont la capacité total de 19500 m3/J de GNL. Ils ont commencé à produire en 1972 (L'unité 20 et 30 sont détruits par l'incident de janvier 2004). Les unités 5 et 6 sont construites par PRITCHARD RODES à 57 % et reprise par PULMAN KELLOG en avril 1977. Leurs capacité totale est de 16000 m3/J. L’unité 40 construite par PRITCHARD RODES à 85 % est reprise par PULMAN KELLOG en Mars 1979. Sa capacité est de 6000 m3 /J (détruite après l'incident). En plus de GNL le complexe de liquéfaction du gaz naturel GL1K Skikda produit :

1029 t/J d’éthane (C2) ; 978 t/J de propane (C3) ; 680 t/J de Butane (C4) ; 373 t/J de Naphta (C5).


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I.3.2 complexe GNL2K (Méga train) : Le nouveaux train de GNL (Méga train GNL2K) est situe à l’intérieur de l’enceinte du complexe, au nord ouest du GNL1K (train de liquéfaction actuel). Le nouveau train vient pour assurer la production en GNL qui permet de satisfaire toute la demande des clients, qui ne cesse d’augmenter d’une année à une autre. Notamment avec l’arrêt des unités 20, 30 et 40 qui ont été détruites complètement suite à l’incident du 19/01/2004. I.3.2.1 Capacité de production : La capacité de production du nouveau train de GNL est de 4.5 millions de tonnes de GNL par an. Conçu pour un fonctionnement à flux continu garanti 24h./24h, pendant 330 jours/an


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I.3.2.2 Processus de liquéfaction et produits finis du méga train: Voir Fig I.2

FIG I.2 Processus de liquéfaction de GNL2K

1/ Unité de comptage : Son rôle est de compter les quantités de GN consommées. Le comptage sert à fournir les éléments nécessaires pour le calcul des bilans de l’usine ainsi que pour les besoins


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de facturation avec le fournisseur RTE.

2 / Unité de compression : Dans le but de faciliter sa liquéfaction, le gaz naturel GN doit être comprimé à la sortie de l’unité de comptage, jusqu’à une pression de 66 bars. Ce qui diminue l’énergie nécessaire pour la liquéfaction et réduit la section des conduite d’acheminement.

3/ Unités de traitement: Elle contient les unités suivantes : a. Unité de décarbonatation : Pour réduire la teneur en CO2, contenue dans le GN qui arrive à 0.19% molaire, doit être réduit à ≤ 50 ppm, pour éviter la solidification dans l’unité de liquéfaction, le solvant utilisé est le Méthyl Diéthanol Amine activé (MDEA) concentré à 40% massique, l’unité est conçue pour traiter un gaz naturel chargé jusqu’à 0,2% de CO2.

b. Unité de déshydratation : Lors de la liquéfaction, le gaz naturel est refroidit par étape depuis +35°c à –164°c. Si l'eau, contenue dans le gaz, n’est pas extraite elle se solidifierait et pourrait provoquer le bouchage de l'échangeur principal (15-MC05) d'où la baisse du rendement d'échange thermique.Le séchage est réalisé par trois sécheurs qui fonctionnent alternativement, par circulation du gaz carbonaté du haut en bas sur des tamis moléculaires ayant un haut pouvoir d'adsorption. Le taux d'humidité à la sortie doit être inferieur à 1ppm.

c. Unité de démercurisation : La dernière unité de traitement est celle de démercurisation. Elle est conçue pour éliminer le mercure du gaz d'alimentation et protéger la section cryogénique de l'usine. Cela se fait, par un demercuriseur (14-MD01) qui retient le mercure contenu dans le gaz, l'absorbeur de ce dernier contient un lit de charbon actif imprégné du soufre qui réduit la teneur de mercure dans le gaz à moins de 5g/Nm³.

4 / Unité de liquéfaction: La liquéfaction est la sixième étape dans le processus de production de GNL. C'est la plus importante, elle consiste à combiner entre l'abaissement de la température du gaz et l'augmentation de sa pression. C'est-à-dire, en comprime suffisamment le gaz puis on enlève sa chaleur par le biais d'un fluide réfrigérant (MR) dans l'échangeur principal (main exchanger 15-MC05). Ce fluide à son tour sera auto-refroidit à contre courant dans le même échangeur cryogénique, ensuite par échange de chaleur dans des condenseurs dont le fluide réfrigérant est le propane. La chaleur du gaz naturel est ainsi enlevée ( Voir les boucles de réfrigération MR et propane Fig I.4), le GNL est liquéfié à une température de -164°c sous la pression atmosphérique est stocké dans un bac de 150 000 m³.


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5/ Unité de fractionnement: Son but est la séparation des constituants lourds (éthane, propane, butane, gazoline C5+) pour avoir un GNL qui répond aux spécifications commerciales. Le train de GNL est dimensionné pour pouvoir réinjecté totalement ces produits de fractionnement,

6 /Unité de stockage: L'unité de stockage comprend:

un bac de stockage de GNL d'une capacité de 150 000 m³, de type confinement intégral, structure en béton à toit suspendu.

un bac de stockage de propane d'une capacité de 66 000 m³, type confinement intégral.

un bac de stockage de butane d'une capacité de 66 000 m³, type confinement intégral.

unité de réfrigération GPL (les gaz d'évaporation des bacs, retour du gaz des navires GPL, GPL venant de la raffinerie).

Une sphère de stockage de gazoline de capacité total de 3760 m³.

7/ Les utilités: Voir Fig. I.3

FIG I.3Les utilités

Le rôle des utilités est de fournir les éléments nécessaires au bon fonctionnement du tarin de GNL et de gérer les réseaux communs qui les composent. Ces unités produisent et distribuent l'énergie électrique l'air de service et l'air instrument. Elles gèrent également les réseaux communs tels les systèmes de torche, eau divers, azote, huile


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chaud et comptage.

L'énergie électrique: - cinq (05) groupes générateurs Diesel de 1.8 MW.- cinq (05) turbo générateurs de 25 MW.- six (06) sous stations pour la distribution électrique.

Unité de production d'air de service et d'air d'instrumentation: Composée de trois (03) compresseurs de capacité 3300 Nm³/h et une batterie de sécheurs d'air

Réseau commun: - Traitement des eaux de pluie et huileuses.- Réseau d’azote provenant de GL1/K- Réseau d’eau incendie interconnecté à GL1K - Réseau eau potable à partir de l’eau industrielle- Réseau eau déminéralisée - Réseau torche : une torche recevant les gaz du train de GNL1K, une

torche basse pression pour bruler le boil off, un brulot recevant les liquides torches.

I.3.2.3 Description et fonctionnement de la boucle de réfrigération :Le train de GNL comprend deux boucles de réfrigération :

Réfrigération pour la liquéfaction du gaz naturel. Réfrigération pour le fractionnement.

A. Réfrigération pour la liquéfaction du gaz naturel : Comprend à son tour deux boucles : Voir Fig I.4A.1 Une boucle de réfrigération (pré refroidissement) au propane comprenant:

Un compresseur principal de propane (16-MJO4) à 4 étages (51,8 MW) entrainé par une turbine a gaz FRAME 7 (82,9 MW). Sur le même arbre est attelé un moteur d’assistance au démarrage (helper motor) de 17 MW.

Une batterie d’évaporateurs. Une batterie d’aéro-réfrigérants.

Le rôle de cette boucle de réfrigération est de : Pré refroidir environ 2/3 du réfrigérant principal de +40°C a -36°C avant son

utilisation dans l’échangeur cryogénique principal ou il va refroidir le gaz naturel.

Pré refroidir le gaz naturel décarbonaté et sec de + 22°C a -35°C avant son entrée dans l’échangeur principal cryogénique.


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A.2 Une boucle de réfrigération au réfrigérant mixte (MR), comprenant: 3 compresseurs :

- 1er compresseur 16-MJ01, est un compresseur axial AN 200 de puissance 60,779 MW « corps BP ».

- 2éme compresseur 16-MJ02, c’est un compresseur centrifuge MCL1002 de puissance 19,667 MW « corps MP ».

- 3ème compresseur 16-MJO3 c’est un compresseur centrifuge BCL804 de puissance 28,6 MW « corps HP ».

Une batterie d’évaporateurs. Une batterie d’aéro-réfrigérants.

Le rôle de cette boucle de réfrigération est de refroidir et liquéfier le gaz naturel dans l’échangeur principal cryogénique. Donc le refroidissement, puis la condensation du gaz à liquéfier GNL sont effectués durant deux cycles :Un cycle propane : assure le refroidissement du circuit de gaz d’alimentation, du circuit du multi- réfrigérant (mixte réfrigèrent) et du système de séparation des fractions légères.Un cycle à réfrigérants multiples : assure la réfrigération nécessaire pour effectuer le refroidissement final et la liquéfaction du gaz d’alimentation par le réfrigérant à composants multiples, appelé MR qui est un mélange d’azote, de méthane, d’éthane et de propane.Le MR est comprimé par les trois (03) compresseurs dynamiques :

AN 200. MCL1002. BCL804.

Dans la présente étude, nous nous intéressons à l’étude des compresseurs de boucle MR (AN200 et MCL 1002)Remarque : Le troisième compresseur MR (16-MJO3, 28.6 MW)) est entrainé par la turbine du compresseur principal de propane.

B. Réfrigération pour le fractionnement :Une boucle externe de réfrigération au propane comprenant:

Un compresseur de propane (20-MJOI) à 4 étages (22 MW) entrainé par une turbine a gaz FRAME 5 (31 MW).

Une batterie d’évaporateurs. Une batterie d’aéro-réfrigérants

Le rôle de cette boucle de réfrigération est de:


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Pré refroidir environ 1/3 du réfrigérant principal de +40°C a -36°C avant son.

utilisation dans l’échangeur cryogénique principal ou il va refroidir le gaz naturel.

Assurer la réfrigération pour les échangeurs de l’unité de fractionnement.

FIG I.4 Les boucles MR et PR

Remarque: L’échangeur principal est de type bobiné utiliser pour la liquéfaction.

Cet échangeur est constitué d’une calandre en aluminium et de plusieurs faisceaux de tubes en aluminium enroulés autour d’un noyau central (mandrin).

Le Nouveau Train de GNL n’utilise pas d’eau de mer (sauf pour le réseau incendie). II n’utilise pas non plus de vapeur. Les échangeurs (rebouilleurs et réchauffeurs) utilisent de l’huile comme fluide de chauffage: Cette huile


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est elle-même chauffée par les gaz d’échappement de la turbine d’entrainement du compresseur principal de propane.

I.4 Présentation général du Méga train : Voir Fig. I.5


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I.5 Conclusion : Le refroidissement, et la condensation du gaz à liquéfier GNL est effectuée par deux cycles à l’intérieur de l’échangeur principal:

Cycle propane Cycle à réfrigérants multiples appelé MR. Ce dernier comprimer par trois

compresseurs dynamiques, un compresseur axial AN200 et deux compresseur centrifuges (MCL1002 et BCL804) .


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