Vidange d’une cuve d’ammoniac en toute sécurité

ETUDE DE CAS

  • Le contexte :

Guichon a été sollicité pour réaliser une vanne sur mesure dont la contrainte n’était pas liée à la matière, ni aux conditions de service mais à des contraintes d’installation chez le client.
Le robinet de fond de cuve est intégré dans le procédé de fabrication d’ammoniac (en savoir plus) d’ une unité de production en Europe de l’est, il doit permettre la décharge de la cuve d’ammoniac.
L’ammoniac étant un produit chimique très polluant pour l’environnement, aucune fuite n’est tolérée : la cuve contenant l’ammoniac est elle-même contenue dans une seconde cuve avec un espace d’isolation de 1.30m entre les deux parois.
La vanne doit être en mesure de vidanger la cuve intérieure (INNER TANK) au travers de la cuve de sécurité (OUTER TANK). Robinet fond de cuve drainage pour cuve ammoniac

  • Les contraintes :

- Pas de possibilité de drainage vertical : obligation d’un drainage horizontal d’une cuve d’ammoniac protégée par une autre cuve à l’aide d’un robinet à soupape avec actionneur pneumatique double effet
– un espace entre les 2 cuves de 1232 mm !
– des conditions climatiques difficiles variant de -35°C à + 55°C qui engendre une dilatation des métaux externes à l’installation
– une nécessité d’un système de fermeture automatique de la vanne lors de coupures d’air

  • La solution développée par Guichon :

un robinet à soupape  DN 12″x10″ PN 50  traversant les 2 cuves  avec les caractéristiques suivantes :vanne de vidange cuve ammoniac

- Une vanne horizontale (pression suffisante de 70 bars) de longueur supérieure à 3.70 m !
– Une tige en trois parties de 3 mètres guidée par un système de paliers
– Actionneur pneumatique double effetdetail du ressort d'un robinet fond de cuve pour la vidange de cuve d'ammoniac
– Sortie à 90°C
– Ressort de sécurité à l’opposé pour assurer la fermeture à l’extrémité de la vanne dans le cuve d’ammoniac en cas de manque d’air
– Un soufflet d’expansion qui pallie à la dilatation des matériaux de la partie externe de la vanne (du fait des écarts de température importants -35°C à + 55°C) et aux écarts de dimensions.
– Un corps en acier au carbone peint et du 316L pour les internes

Avantages  Guichon

1 – une conception qui respecte parfaitement les contraintes d’installation du client
2 – un système de ressort de rappel avec double fonctions de sécurité et de parfaire l’étanchéité au siège
3 – maitrise de la soudure des soufflets :
* interne permettant une double étanchéité vis-à-vis de l’extérieur
* externe pour assurer l’étanchéité en cas de dilatation
4 – créativité pour trouver des solutions aux différentes étapes de la production du fait des problématiques engendrées par la taille de la vanne


Information sur la fabrication de l’ammoniac :

L’ammoniac est avec l’acide sulfurique et l’éthylène l’un des plus importants produits chimiques de synthèse, du point de vue des quantités produites. Il est utilisé à près de 90% pour la fertilisation des sols. Malgré la tendance actuelle à une relative diminution des quantités d’engrais apportés aux cultures, la consommation l’ammoniac continue à croître, compte tenu de l’évolution de la population de la planète.
Les principaux engrais fabriqués à partir d’ammoniac sont : l’urée, le nitrate, le sulfate et les phosphates d’ammonium. L’ammoniac constitue également le réactif de base de nombreuses synthèses : acide nitrique,acrylonitrile, acide cyanhydrique, amides et amines. En métallurgie, l’ammoniac permet les traitements de nitruration des aciers. Il est également un agent de réfrigération classique de l’industrie du froid

Matières premières :

Pour produire 1 t de NH3 il faut 658 m3 de diazote et 1 974 m3 de dihydrogène, mesurés à 1 bar et 25 °C. Le diazote provient de l’air. Le dihydrogène est obtenu principalement par vaporéformage du gaz naturel (composé de méthane, CH4) mais aussi, particulièrement en Chine, à partir du charbon, lors de l’élaboration du coke ou par gazéification en présence d’eau.
En 2013, le gaz naturel est la matière première adoptée pour 65 % des capacités mondiales de production de NH3, le charbon et le gaz de cokerie pour 31 % (à 95 % en Chine), le fuel ou le naphta pour 4 %.
En Chine, en 2013, le charbon représente 86 % des matières premières utilisées.
Dans l’Union européenne, en 2012, la part du gaz naturel est de 90 %.
Toute la production française d’ammoniac est effectuée à partir de gaz naturel.

Le gaz naturel représente de 70 à 85 % des coûts de production de l’ammoniac. Il faut 0,6 kg de gaz naturel pour produire 1 kg d’ammoniac.

Fabrication industrielle :

En général, l’élaboration se fait directement à partir du gaz naturel . L’air (source de diazote) est introduit après le vaporéformage et avant la conversion. A ce stade, le gaz de synthèse contient de 5 à 11 % de méthane non transformé. Un réformage secondaire (ou post combustion) permet d’éliminer le dioxygène de l’air par combustion avec le méthane restant.

La synthèse de NH3 a lieu à haute pression (8 à 30 MPa), 350 à 500°C, en présence de catalyseurs contenant du fer. Le rendement est faible (environ 20 %), ce qui nécessite un recyclage du gaz non converti après récupération de NH3 par refroidissement.

Un four de production de NH3 contient 100 t de catalyseur, sous forme de grains de 1,5 à 20 mm, avec une durée de vie qui peut atteindre 10 ans.
Dans les réacteurs fonctionnant à pression relativement basse (8 à 10 MPa), les catalyseurs contiennent environ 5 % d’oxyde de cobalt.
Un catalyseur à base de rubidium et de ruthénium est utilisé dans une unité de production de 150 000 t/an à Kitimat en Colombie Britannique (Canada).

- Chaque unité de production peut donner jusqu’à 3 300 t NH3/jour.

- NH3 est obtenu anhydre, liquide, à -33°C, et stocké à cette température, à la pression atmosphérique. Les réservoirs contiennent jusqu’à 36 000 t de NH3.

Productions : en 2013, en millions t de N. Monde : 140, Union européenne (en 2012) : 15,0.

Chine 46 Indonésie 5,1
Inde 12 Ukraine 4,2
Russie 10 Canada 3,9
Etats-Unis 8,7 Egypte 3,0
Trinidad et Tobago 5,3 Allemagne 2,8

Source : USGS

Aux Etats-Unis, en 2013, 13 sociétés exploitent 28 usines de production situées pour 60 % des capacités de production en Louisiane, Oklahoma et Texas. Les principaux producteurs sont : CF Industries Holdings, Koch Nitrogen et LLC, PCS Nitrogen, Agrium.
Dans l’Union européenne, en 2013, avec une capacité de production de 16,9 millions de t de N, il y a 42 usines de production d’ammoniac.
La Chine, en 2012, compte 394 usines de production d’ammoniac.

Transport : l’ammoniac est principalement transformé sur place, sinon il est transporté liquide à -33°C en camions citernes, navires de 35 000 t de capacité ou pipeline (5 090 km aux États-Unis). Le principal port d’exportation, celui de l’ammoniac produit en Russie et Ukraine, avec 2,6 millions de t/an, est Yuzhnyy situé sur les côtes de la Mer Noire.