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Introduction générale L’eau est une matière première qui conditionne l’existence de tous les êtres vivants et qui se trouve au centre de toute activité humaine. Le rythme de croissance économique au Maroc a entraîné des besoins en eau de l’industrie de plus en plus élevés en quantité et en qualité. En effet, l’eau est un ingrédient alimentaire et agent de nettoyage dans l’industrie agro-alimentaire. Elle est aussi une matière première dans de nombreuses préparations et fabrications de produits pharmaceutiques. D’autre part, l’installation d’unité de production d’eau purifiée conforme à la pharmacopée est devenue une nécessité en industrie pharmaceutique. La production d’eau ultra pure est aussi fortement demandée par l’industrie microélectronique. Dans l’industrie de production d’énergie, les générateurs de vapeurs requièrent un traitement approprié de l’eau d’alimentation. Dans tous les secteurs industriels, l’optimisation de la gestion globale de la production de l’eau, la réduction des coûts associés et le respect de la réglementation environnementale sont considérés comme objectifs à atteindre. 1

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Introduction gnrale

Leau est une matire premire qui conditionne lexistence de tous les tres vivants et qui se trouve au centre de toute activit humaine. Le rythme de croissance conomique au Maroc a entran des besoins en eau de lindustrie de plus en plus levs en quantit et en qualit.En effet, leau est un ingrdient alimentaire et agent de nettoyage dans lindustrie agro-alimentaire. Elle est aussi une matire premire dans de nombreuses prparations et fabrications de produits pharmaceutiques. Dautre part, linstallation dunit de production deau purifie conforme la pharmacope est devenue une ncessit en industrie pharmaceutique. La production deau ultra pure est aussi fortement demande par lindustrie microlectronique.Dans lindustrie de production dnergie, les gnrateurs de vapeurs requirent un traitement appropri de leau dalimentation. Dans tous les secteurs industriels, loptimisation de la gestion globale de la production de leau, la rduction des cots associs et le respect de la rglementation environnementale sont considrs comme objectifs atteindre.

Chapitre1: Prsentation du groupe O.C.P

I) Introduction

Loffice chrifien des phosphates OCP, un des leaders mondiaux sur le march du phosphate et des produits drivs, est un acteur de rfrence incontournable sur le march international depuis sa cration en 1920. Prsent sur toute la chaine de valeur, OCP extrait, valorise et commercialise du phosphate et des produits drivs, acide phosphorique et engrais. Il est le premier exportateur mondial de roches et dacide phosphorique, et lun des plus importants producteurs dengrais. OCP matrise toute la chane de cration de valeur de lindustrie phosphate : extraction et traitement du minerai, transformation de cette matire premire en un produit liquide intermdiaire, lacide phosphorique, et fabrication des produits finis par concentration et granulation de cet acide ou par purification : engrais et acide phosphorique purifi. La varit et la qualit des sources des phosphates contenus dans le sous-sol marocain, parmi les plus importantes au monde, assurent la richesse de la gamme de produits offerts par OCP. Sa capacit industrielle massive, couple la flexibilit de son appareil productif, lui assure une structure de cots optimale. Acteur engag, OCP assume quotidiennement ses responsabilits environnementales, conomiques et sociales.

II) prsentation de loffice chrifien des phosphates

II.1.crationLOCP fut cre par le Dahir du 7 Aot 1920 rservant ltat marocain tous les droits de recherche et dexploitation du phosphate ainsi le monopole des ventes de ce minerai. Depuis sa cration, lOCP soccupe de la recherche et de lexploitation des mines phosphatiques au MAROC.Le groupe OCP a dvelopp la qualit de sa production, la qualification de la main duvre et la qualit de loutil, dont le but de maintenir son image de marque dans le march des phosphates.Cest en 1979 que lOCP sest organis en groupe qui comporte plusieurs filiales. Il est gr par plusieurs directions coiffes par une direction gnrale dont le sige est implant CASABLANCA.II.2 HistoriqueLvolution du groupe OCP pendant les 84 annes passes depuis sa cration est ralise selon les tapes suivantes : 1920 : Cration, le 7 aot, de lOffice Chrifien des Phosphates (OCP).1921 : Dbut de l'exploitation souterraine du phosphate dans la rgion de Oued Zem sur le gisement des Oulad Abdoun, le 1er mars. Descente du premier train de phosphate de Khouribga vers le port de Casablanca, le 30 juin. Premier dpart des phosphates du Maroc (du port de Casablanca) le 23 juillet1959 : Cration de la Socit Marocaine d'Etudes Spcialises et Industrielles (Smesi), en mai.1965 : Cration de la socit Maroc Chimie. Dbut de la valorisation avec le dmarrage des installations de l'usine de Maroc Chimie, Safi. 1973 : Cration de la Socit de Transports Rgionaux (Sotreg) en juillet, de Maroc Phosphore en aot et de Marphocan en octobre1974 : Lancement des travaux pour la ralisation du centre minier de Bengurir, en mai. 1975 : Cration du Groupe OCP (dcision de cration en juillet 1974 et mise en place en janvier 1975). Cration du Centre d'tudes et de Recherches des Phosphates Minraux (Cerphos), en octobre1982 : Dbut des travaux de construction du complexe chimique Maroc Phosphore III- IV Jorf Lasfar (mars). 1994 : Dmarrage du projet minier de Sidi Chennane1996 : Cration de la socit Euro-Maroc Phosphore (Emaphos). Signature de la convention en matire denvironnement avec le dpartement ministriel charg de lEnvironnement. Cration de lInstitut OCP en dcembre.1997 : Accord d'association entre le Groupe OCP et le Groupe indien Birla pour la ralisation, en joint venture, d'une unit de production d'acide phosphorique Jorf Lasfar( Indo-Maroc Phosphore (Imacid) ) de 330.000 tonnes de P2O5 par an, en mars. 2003 :LOCP est devenu le seul actionnaire de Phosboucra2004 :Cration de la Socit "Pakistan Maroc Phosphore" S.A en Joint venture entre lOCP. (Pakistan).

Dates importantes:Le dveloppement du Groupe OCP a t marqu par quelques grandes dates. Sur le plan gologique, on distingue quatre tapes :19051921: Priode des pionniers.19211951 : Priode des tudes fondamentales, stratigraphiques et palontologiques 19511960 : Priode des tudes fondamentales, stratigraphiques et palontologiques19601986 : Priode dintensification des tudes sdimentologiques et gochimiques, ainsi que de ltude des gisements du Sahara marocain du crtacII.3. Missionet activits:Le groupe OCP a pour mission: Lextraction du phosphate: qui consiste extraire le phosphate en profondeur de la terre par forage, sautage, ...etc. Le traitement: qui est une opration qui se fait aprs lextraction et qui consiste enrichir le phosphate en amliorant sa teneur. La valorisation dune partie de la production en la transformant en acide phosphorique ou en engrais. Ces produits sont soit utiliss localement soit exports. Le transport: Une fois le phosphate extrait trait, il est transport vers les ports de Casablanca, Safi, El Jadida destination des diffrents pays (clients). La vente: Le phosphate est vendu soit brut soit aprs transformation aux industries chimiques (engrais, acide phosphorique).III) Prsentation du ple chimie de Jorf Lasfar:Situ sur le littoral atlantique, 80 km de Casablanca et 17 km au sud-ouest dEl Jadida, le complexe industriel de Jorf Lasfar a dmarr sa production en 1986. Cette unit a permis de doubler la capacit de valorisation des phosphates. Cet ensemble, qui stend sur 1. 700 hectares, produits chaque anne 2 millions de tonnes P2O5 sous forme dacide phosphorique, ncessitant la transformation de 7. 7 millions de tonnes de phosphate extrait des gisements de Khouribga, 2 millions de tonnes de soufre et 0.5 Millions de tonnes dammoniac.Ce site est un ensemble dunits industrielles appartenant au groupe chrifien des phosphates (OCP ) destin la fabrication de lacide phosphorique 29 et 54% partir des phosphates, ainsi qu la fabrication des engrais : le DAP (lengrais le plus courant), le TSP (engrais exclusivement phosphat), le MAP (engrais binaire deux fertilisants, phosphore et azote) et le NPK (engrais ternaire base dazote, phosphore et potassium).Ce pole est constitus de plusieurs usines tels que: IMACID, EMAPHOS, Maroc Phosphore III-IV)

Fig.1: situation gographique du site Jorf Lasfar (Google Earth)III.1.Indou Maroc Acide (IMACID) Indo Maroc Phosphore S.A. (IMACID) est une socit indo-marocaine cre en 1997 sur le site de JORF LASFAR. IMACID produit et commercialise de lacide phosphorique. Sa capacit de production est de 430 000 tonnes par an.III.2.Euro Maroc phosphore (EMAPHOS) EMAPHOS, commun entre lOCP les allemands et les belges, cr en 1996 Jorf Lasfar est dot dun capital de 180 millions de dirhams .Son activit principale est la fabrication et la commercialisation dacide phosphorique purifi destin lusage alimentaire partir de lacide phosphorique 54% fabriqu par Maroc phosphore 3 et 4, avec une capacit de production de 150.000 tonnes P2O5.III.3.Maroc phosphore III et IV Aprs Maroc Phosphore I et II Safi, le Groupe OCP a dcid de raliser le Maroc Phosphore III-IV Jorf Lasfar pour doubler sa capacit de valorisation des phosphates Les ateliers de Maroc Phosphore III - IV (ou Maroc Phosphore Jorf Lasfar) comprennent : Atelier sulfurique Atelier Phosphorique Atelier des engrais Atelier des utilitsIII-3.1.Atelier sulfurique Latelier sulfurique, cest le lieu dans le quel se fait la raction de combustion du soufre, en produisant de lacide sulfurique plus une quantit trs importante de lnergie, il est constitu de deux back de stockage de souffre et six back de stockage dacide sulfurique . La fabrication de lacide sulfurique est ralise en 3 tapes : La combustion: consiste brler du soufre dans un four pour former lanhydride sulfureux (SO2). La conversion: consiste combiner lanhydride sulfureux loxygne dans un convertisseur pour produire de lanhydride sulfurique (SO3). Labsorption: consiste combiner lanhydride sulfurique leau dans des tours dabsorption pour former une solution contenant 98 99% dacide sulfurique (H2SO4). III-3.2.Atelier PhosphoriqueLe procd de fabrication de lacide phosphorique utilis se droule par voie humide, dans lequel lacide est obtenu par attaque directe du phosphate minral par un acide fort (acide sulfurique).Cet atelier est constitu de : 8 units de production d'acide phosphorique de capacit 500 t P2O5 /j chacune, 16 units de concentration de capacit unitaire 300 t P2O5 /j. divers tanks de stockage et de clarification III-3.3.Atelier des engraisCet atelier est constitu de quatre units de production de DAP dont deux peuvent produire du TSP, MAP et NPK.Le principe de fabrication des engrais est bas sur la raction entre l'acide phosphorique et l'ammoniac (pour les DAP, ASP, MAP et NPK) et sur l'attaque du phosphate par de l'acide phosphorique (pour le TSP). III-3.4.Atelier des utilitsIl comporte: Une centrale thermolectrique avec 3 groupes turbo alternateurs (GTA) de 37 MWH chacun. Une unit de traitement des eaux. Deux units pour le pompage et reprise deau de mer de 60.000m3 /h. Une unit de compression dair. Une unit de dpotage, stockage et distribution des carburants.

N.B: Notre stage a t effectu dans cet atelier et spcialement dans lunit de traitement des eaux douces couramment appele TED.IV) Organisation de loffice chrifien des phosphates

Fig.2: organigramme de lOCP

Chapitre II: Processus gnral de traitement des eaux douces

I) IntroductionCe chapitre donne un aperu gnral sur la technique de traitement utilise qui est lchange dions par rsines. Nanmoins, vu la multiplicit des procds ayant lieu au sein de la plate-forme Jorf Lasfar, nous allons, pour objectif de simplification, nous limiter sur le cas de la station de traitement de Maroc Phosphore (MP III et IV).Pour satisfaire leurs besoins en eau de qualits diverses, chaque unit du complexe possde une station de traitement deau douce (TED) dont la fonction principale est de distribuer les utilits en eau. (Fig.3)Cette station produit diffrentes qualits deau: Leau brute; Leau filtre, utilise gnralement pour lalimentation des chanes de dminralisation, le bac deau potable et pour le lavage des filtres Leau potable; Leau dminralise (dsilicie); Condensats traites.

Fig.3: Schma gnral du circuit de traitement des eaux douces (MP III&IV)II) Rseau dalimentation deau brute II.1. Elments rencontrs dans leauUne eau brutecest la ressource en eau avant tout traitement . Elle doit satisfaire un certain nombre dexigences pour produire une eau destine divers utilisations (eau potable, eau filtre, eau dminralise...)Cette eau peut contenir plusieurs lments, dont on peut les classer comme suivant: Les matires en suspension: Sables, argiles, boues diverses, dbris divers insolubles. Les matires en mulsion: Matires organiques collodales, argiles collodales. Les matires solubilises: Tourbe, dchets vgtaux, matires azotes. Les sels minraux: Bicarbonates HCO3-, Calcium Ca++, carbonates CO3, magnsium Mg++, sulfates SO4--, sodium Na+, chlorures CI-, potassium K+, nitrates NO3-, ammonium NH4+. Les gaz: Oxygne, azote, gaz carbonique, ammoniac. Les organismes vivants: Plancton, algues, champignons, Vers, Larves, bactries, virusLes tableaux ci-dessous donnent les diffrentes caractristiques de cette eau:

Tab.1: Caractristiques dune eau bruteCationsmg l

Ca+72

Mg2+45

Na+168

Total285

Anionsmg l

HCO-3232

CO2-30

Cl-291

SO2-4112

NO-38

SiO-316,5

PO3-40,7

Total660,2

II.2. Rseau dalimentation deau bruteLeau brute provenant du barrage Daourate est distribue par lONEE, s'coulant par gravit avec un dbit de 2000 3000 mh vers la station de traitement des eaux. Cette eau est stocke par la suite dans un bassin de reprise de 750 m quip par 8 pompes centrifuges appeles des pompes de forage de 500mh et dune pression de 5 bar chacune, puis elle est distribue par un collecteur vers les diffrents consommateurstels que: (Fig. ) Latelier phosphorique nord et sud Latelier sulfurique et central Les chanes de filtration Le rseau incendie 2000 m

Fig.4: Rseau de leau brute Prsentation du Barrage Daourat:Le bassin de l'Oum Er- R'bia caractris par une rgularit de son rgime d'coulement et par sa topographie qui prsente une dnivele de 1.800 m entre ses sources et son embouchure, offre d'importantes potentialits hydro-nergtiques.Pour pouvoir bnficier de tout le potentiel nergtique de l'oued Oum Er R'bia en attendant que les ouvrages amont soient raliss, il tait judicieux d'exploiter la chute situe le plus l'aval possible sur le cours d'eau. Ainsi, une srie d'ouvrages ont t raliss de l'amont vers l'aval : Imfout, Daourat, Sidi Sad Machou.Le barrage de Daourat (Fig. ), situ 50 Km environ l'aval d'Imfout et 46 Km l'amont du barrage Sidi Sad Machou, a t conu comme un ouvrage vocation exclusivement hydro-lectrique. C'est un barrage de type contreforts, lusine proprement dite est quipe de deux turbines Kaplan capables de transiter un dbit maximum de 50 m3/s et assurant ainsi la production de 80 Gwh/an.(http://www.water.gov.ma/index.cfm?gen=true&ID=80&ID_PAGE=206

Fig.5: situation gographique du barrage DaourateII) Rseau de filtration:II.1. Principe:Leau est la premire source dalimentation de la station TED, elle passe par plusieurs tapes afin de la rendre une eau traite ou dminralise pour rpondre aux besoins des diffrents ateliers du complexe Jorf Lasfar. Cette tape consiste en premier lieu une filtration sur filtre sable de type tri couche et par la suite une filtration sur filtre charbon actif. Aprs filtration leau dite filtre va tre stocke dans un bac de stockage de capacits de 1000 m.La station de filtration est compose de : 4 chanes de filtration. Un bac de stockage deau filtre de 1000 m. 2 pompes de lavage (Q=370 m3/h - 1.5 bar chacune). 4 pompes dalimentation des chanes de dminralisation (235m3/h - 3,5 bar chacune). Lutilisation deau filtre est totalement interne notamment : Alimentation des chanes deau dsilicie Alimentation de leau potable Lavage des filtres sable

Fig.6: Rseau de filtrationII.2. Filtration sableLa filtration sable consiste liminer les matires en suspension prsentes dans leau.Leau dans le filtre passe du haut en bas par trois couches successives superposes lune sur lautre; une couche danthracite, une couche de quartz et une couche support en silex. (Fig. )

Tab.2: Composition d'un filtre sable tri coucheCoucheAnthraciteSilexQuartzite

Granulomtrie (mm)0.6 1.61.4 2.40.4 1

Hauteur (mm)4001001400

Fig.7 : schma du filtre sable (Fiches techniques, TEDII.3. Filtration sur charbon actifLe rle du filtre charbon actif est dliminer les composs qui reste travers les conduits darrivage deau brute via lONEE tels que: Les traces du chlore Les odeurs Les couleurs Les micros organismes Les matires en suspension qui ont chapps la filtration. Leau semi filtre de linstallation prcdente se dirige vers un filtre charbon actif qui assure une limination du chlore libre et les matires organiques susceptibles dempoisonner les rsines changeuses dions situes en aval. Une partie deau filtre alimente un bac intermdiaire pour subir une chloration afin dassurer lalimentation de tout le complexe en eau potable.Les filtres sable et charbon doivent tre lavs rgulirement afin dviter le colmatage de ces filtres par llimination des matires en suspension captes par ces derniers.

Fig.8 : schma du filtre charbon actif (Fiches techniques, TED)II.4. Lavage des filtresII-4.1 Lavage des filtres sableAprs 23h de production, les filtres sable et les filtres charbon actif subissent une heure de lavage contre courant laide de leau filtre afin de permettre lvacuation des matires en suspension retenues durant la production, selon les squences suivantes:Squence 1 : Cest une mise latmosphre qui dure 1 mn, elle seffectue par louverture des vannes. Squence 2: Premire mise niveau qui dure 6 mn et dans laquelle les vannes sont ouvertes. Squence 3 : Premier lavage leau qui dure 4 mn, cette dmarche seffectue avec leau filtre qui est pompe partir du bac de stockage deau filtre. Squence 4 : Deuxime mise niveau, qui dure 5mn. Squence 5 : Cest une squence de dcolmatage lair qui dure 5mnSquence 6:Deuxime lavage leau qui sert liminer toutes les impurets restantes, qui dure 6mnSquence 7 : Remplissage du filtre avec de leau filtre dure 2mn.Les effluents issus du lavage des filtres sable sont directement vacus lgout pour quils soient rejets la mer.II-4.2 Lavage des filtres charbonLe filtre charbon ne subit quune seule squence de lavage contre courant, jusqu ce que leau devienne claire, ce lavage peu tre journalier.Selon la demande de linstallation et le temps ncessaire pour le lavage, loprateur peut agir sur le temps de chaque squence en diminuant ou en augmentant ce dernier.III) Chaine de dminralisation:Linstallation du TED comprend 04 chanes de dsiliciation identiques, chaque chane est constitue: Dun changeur cationique. Dun dgazeur atmosphrique. Dun changeur anionique.III.1. Objectif de production dune eau dminraliseLa dminralisation est une opration essentielle dans la gnration de la vapeur pour lalimentation des chaudires du complexe. Indpendamment de son utilisation, la qualit de la vapeur dpend principalement dune bonne qualit de leau utilise. Pour estimer une bonne production de vapeur, la dminralisation se fait essentiellement pour liminer tous les phnomnes qui peuvent nuire le circuit des eaux,tels que: Lentartrage: D la prcipitation des sels minraux : Calcium, Magnsium et Silice et principalement la rupture de lquilibre carbonique.Exp: Ca(HCO3)2 CaCO3+CO2+H2O Le primage: Le primage del'eau de chaudireest la contamination de la vapeur par des solides prsents dans l'eau. Les bulles ou la mousse sont crs la surface de l'eau des chaudires et sortent avec la vapeur.Cest le transfert de grandes quantits en gouttelettes d'eau dans la vapeur (mousse et brume), qui baisse le rendement nergtique de la vapeur et entrane des dpts de cristaux de sels sur les surchauffeurs et dans les turbines. La corrosion: Due principalement aux gaz en dissolution dans leau oxygne et CO2. Action de loxygne: 2H2O+ 2Fe+ O2 2Fe2+ + 4OH- Action de lhydrogne: Fe + 2H2O Fe(OH)2 +H2 Action de CO2 libre rsultant de la rupture de lequilibre carbonique: H2CO3+Fe Fe(CO)3+ H2 Lrosion: est due deux causes principales: La prsence de matires en suspension dans leau La prolifration dalgues, champignons et bactries dans les circuits de refroidissement.III.2. Principe:La dminralisation consiste la sparation dimpurets chimiques dissoutes dans leau filtre, constitues principalement de la silice et des cations de fer, manganse, calcium magnsium et sodium dans diffrentes combinaisons avec les anions tels que les chlorures, les bicarbonates et les sulfates, afin dalimenter les chaudires des diffrents ateliers de MP-III&IV.La dminralisation seffectue selon deux rsines: une rsine cationique qui est capable d'changer les cations de l'eau par des ions H+ et une rsine anionique qui est capable dchanger les anions de leau par des ions OH-.La chane de dminralisation comporte 4 lignes de traitement, capables de traiter chacune 180m3/h deau.

Fig.9: Rseau de dminralisation Rsine changeuses dion:La structure de la rsine est un polymre (comme tous les plastiques) sur lequel un ion fixe a t fix de faon permanente. Cet ion ne peut pas tre enlev ou remplac : il fait partie de la structure. Pour prserver la neutralit lectrique de la rsine, chacun de ces ions fixes doit tre neutralis par un contre-ion de charge oppose. Ce contre-ion est mobile et peut sortir de la rsine ou y entrer.Si vous remplacez tous les cations dissous dans l'eau par des ions H+ et tous les anions par des ions OH, ceux-ci vont se recombiner pour former de nouvelles molcules d'eau. Pour y parvenir, il vous faut une rsine changeuse de cations sous la forme H et une rsine changeuse d'anions sous la forme OH. Tous les cations et anions de l'eau seront changs, et le rsultat est une disparition complte des contaminants ioniss.III.3. Echangeur cationiqueLeau passe du bas en haut dans lchangeur cationique qui est compos de trois cellules spares par des planchers crpins pour viter le mlange de rsines (Fig. ) ,ces cellules sont fortement acide et servent liminer de leau les cations (Ca2+ , Mg2+, K+ ) en les changeant contre les ions hydrognes H+ selon les raction suivantes:R-H + NaCl R-Na + HClCaCO3 + 2 R-HR2Ca + H2CO32 R-H+ CaSO4R2Ca + H2SO4

Fig.10 : Schma dun changeur cationique (Fiches techniques ; TED)III.4. Dgazeur atmosphriqueAprs dcationisation, leau va passer par un dgazeur atmosphrique du haut en bas pour liminer le CO2 et O2 dissouts afin dviter la formation d'acide carbonique H2CO3, qui provoque lentartrage.Ce dgazeur est compos dune part des anneaux Raching (de petits objets cylindriques en mtal, en verre ou en cramique) qui permettent la pulvrisation de leau, dautre part dun ventilateur qui assure linjection de lair du bas vers le haut ce qui augmente la surface de contact gaz-eau et facilite le dgazage de CO2. En prsence de bicarbonates HCO3- lacidit libre conduit la formation de CO2 selon la raction suivante : HCO3- + H+ CO2 + H2O

Fig.11 : schma dun dgazeur atmosphrique (Fiches techniques, TED)

III.5. Echangeur anioniqueLeau sortant du dgazeur est fortement acide passe par lchangeur anionique du bas vers le haut afin de se dbarrasser des anions. Lchangeur est divis en deux couches; une cellule infrieure qui contient deux couches anioniques de rsines faibles et permet la fixation des anions dacide fort (SO4--, HCO3- , Cl-, NO3-) et une cellule suprieure qui contient une couche anionique de rsine forte et permet de capter les anions dacide faible(CO3- et lacide silicique SiO3) en les changeant avec les ions hydroxydes OH- pour former de leau H2O selon les ractions suivantes: 2 R-OH + H2SO4R2SO4 + 2 H2OHCl + R-OH RCL + H2O2 R-OH + H2CO3R2CO3 + 2 H2O

Fig.12 : Schma dun changeur anionique (Fiches techniques, TED)

Leau la sortie de la chaine de dminralisation doit avoir des caractristiques suivantes: Conductivit