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Description jointe à une demande de
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i déposée par la société dite : EXXON RESEARCH AND ENGINEERING
COMPANY ayant pour objet : Procédé d'élimination de constituants acides d'un courant de gaz Qualification proposée : BREVET D'IMPORTATION
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La présente invention a pour objet un procédé perfectionné d'élimination de constituants acides de mélanges gazeux contenant des constituants acides, par l'emploi d'une solution de sel comprenant au moins une diamine substituée, stériquement empêchée. De manière plus particulière, la présente invention est relative à la reconversion d'un produit de dégradation d'urée cyclique, qui est formé à partir de'l'amine stériquement empêchée, en la forme amine stériquement empêchée d'origine.
Il est bien connu des spécialistes de la technique de traiter des gaz et des liquides, comme des mélanges contenant des gaz acides, y compris COp, H S, SO , SO , CSp, HCN, COS et des dérivés de l'oxygène et du soufre d'hydrocarbures en C1 à C4, par des solutions d'amines, afin d'éliminer ces gaz acides. L'amine entre habituellement en contact avec les liquides et les gaz acides, comme une solution aqueuse contenant l'amine, dans une tour d'absorption où la solution aqueuse d'amine entre en contact à contre-courant avec le fluide acide.
Les procédés d'élimination d'acides connus dans la technique antérieure peuvent généralement se répartir en trois catégories.
On se réfère généralement à la première catégorie sous l'appellation de procédé à l'amine aqueuse, conformément auquel on utilise des quantités relativement importantes de solution d'amine au cours de l'absorption.
Ce type de procédé se met fréquemment en oeuvre pour
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la fabrication d'ammoniac où l'on exige une élimination pratiquement totale des gaz acides, comme le C02. On le met également en oeuvre dans des circonstances où un gaz acide, comme le COp, se présente avec d'autres gaz acides, ou lorsque les pressions partielles du C02 et des autres gaz sont faibles.
On se réfère généralement à une seconde catégorie que l'on appelle procédé de lavage à base aqueuse ou n procédé à la potasse chaude". Suivant ce type de procédé, la solution de lavage comprend une amine servant d'activateur pour la base aqueuse utilisée dans la solution de lavage. Ce type de procédé se met généralement en oeuvre lorsqu'une élimination massive d'un gaz acide, tel que le COp, est souhaitable. Ce procédé s'applique également à des situations où les pressions du C02 et de la charge gazeuse sont élevées. Lors de la mise en oeuvre de ces procédés, on obtient des résultats intéressants en utilisant des solutions aqueuses de carbonate de potassium et un activateur du type amine.
On se réfère généralement à la troisième catégorie sous l'appellation de procédé au solvant non aqueux.
Conformément à ce dernier procédé, l'eau forme un constituant mineur de la solution de lavage et l'amine est dissoute dans la phase liquide contenant le solvant. Suivant ce procédé, l'amine constitue jusqu'à 50 % de la phase liquide. Ce type de procédé s'utilise pour des applications particulières6ù la pression partielle du C02 est
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extrêmement élevée et/ou où plusieurs gaz acides sont présents, par exemple COS, H2S, et CS2.
La présente invention est relative à un procédé perfectionné de mise en oeuvre de la seconde catégorie de procédés d'élimination d'acides que l'on vient de décrire plus haut, à savoir un procédé de lavage à base aqueuse ou "procédé à la potasse chaude". De nombreux
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procédés industriels d'élimination de gaz acides, tels que Cl 2'utilisent des solutions de lavage alcalines aqueuses régénérables, comme une amine et du carbonate de potassium, que l'on fait circuler de manière continue entre une zone d'absorption dans laquelle les gaz acides sont absorbés et une zone de régénération dans laquelle ils sont désorbés, habituellement par entraînement à la vapeur d'eau.
Le coût en capital de ces procédés d'élimination d'acides est généralement réglé par le calibre et les dimensions des tours d'absorption et de régénération, le calibre des chaudières destinées à la production de la vapeur de lavage ou d'entralnement et le calibre des condenseurs qui condensent la vapeur d'eau de lavage ou d'entraînement usée, de façon que le condensat puisse être renvoyé au système afin d'y conser-
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ver l'équilibre d'eau approprié. Le coût de fonctionnement de ces installations de lavage est généralement lié à la quantité de chaleur nécessaire à l'élimination d'une quantité donnée de gaz acide, par exemple l'efficience thermique, que l'on exprime quelquefois sous forme de mètres cube de gaz acide enlevés par kilo de vapeur d'eau consommée.
Les moyens pour réduire les coûts de fonctionnement de ces procédés industriels ont été focalisés sur l'emploi de systèmes absorbants ou de combinaisons d'absorbants chimiques qui opèrent de manière plus efficiente et plus efficace dans des procédés d'élimination de gaz acides utilisant un équipement existant.
Il existe un certain nombre de brevets qui décrivent des perfectionnements permettant d'accroître l'efficience du procédé à la potasse chaude. Certains de ces perfectionnements sont décrits ci-dessous.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 4.112. 050 dont la description est incorporée au présent mémoire à titre de référence, décrit l'utilisation d'une solution
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aqueuse comprenant un hydroxyde ou un sel d'un métal alcalin basique et un activateur du type diamine à empêchement stérique pour éliminer les gaz acides d'un mélange gazeux. Les amines à empêchement stérique ou stériquement empêchées se définissent comme englobant des aminoéthers, des aminoalcools, des di-et des tri-amines où les composés aminés contiennent au moinaun groupe amino secondaire attaché soit à un atome de carbone secondaire, soit à un atome de carbone tertiaire, ou un groupe amino primaire attaché à un atome de carbone tertiaire.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 4.112. 051 décrit l'emploi d'une diamine stériquement empêchée et d'un solvant pour l'amine, où le solvant est également un absorbant des gaz acides.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 4.112. 052 concerne également des solutions de lavage qui font appel à des amines stériquement empêchées. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 4.094. 957 est relatif à l'utilisation d'une solution aqueuse comprenant un sel basique, une diamine stériquement empêchée et un cosolvant du type aminoacide, le cosolvant du type aminoacide servant à empêcher la séparation des phases de la solution aqueuse. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos. 4.110. 257 et 4.101. 633 décrivent l'emploi d'un mélange aminique comprenant une diamine stériquement empêchée et un aminoalcool tertiaire pour l'élimination de gaz acides. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 4.100. 257 décrit également l'emploi du mélange aminique en combinaison avec un solvant qui constitue également un absorbant physique pour les gaz acides.
Ces brevets ne décrivent nullement qu'une partie de la diamine peut être convertie en un produit de dégradation qui est une urée cyclique et aucun de ces brevets ne concerne de procédé de reconversion de l'urée cyclique en sa diamine respective. Le brevet, des EtatsUnis d'Amérique No. 4.180. 548 décrit qu'un produit de
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dégradation d'urée cyclique peut être engendré au départ d'une amine stériquement empêchée. Cependant, ce brevet enseigne que l'urée cyclique doit être séparée de la solution par précipitation sélective et filtration. Ce brevet n'enseigne nullement que l'urée cyclique peut être reconvertie en la diamine apparentée cependant qu'elle se trouve toujours en solution.
Le brevet néerlandais 78. 12064 décrit un procédé de régénération d'une solution de lavage aqueuse contenant une amine qui est contaminée par une oxazolidone.
Une fraction contenant l'oxazolidone est continuellement séparée par distillation.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 4.138. 468 décrit un procédé pour éliminer des gaz acides, tels que CO ? et H ? S d'un mélange gazeux, en mettant ce mélange en contact avec une alcanolamine. Au cours de la mise en oeuvre de ce procédé, une certaine partie de l'alcanolamine est convertie en une oxazolidone qui est reconvertie en l'alcanolamine par hydrolyse dans un réacteur maintenu à une température de 140 à 2000C. Ce procédé exige l'addition d'eau pour effectuer l'hydrolyse et demande une durée d'hydrolyse minimale de 48 heures. L'eau est séparée du liquide hydrolysé, puis l'alcanolamine est séparée de l'oxazolidone.
Dans l'ouvrage Imidazole and Its Derivatives Part I, Interscience Publishers (1953) à la page 228, on décrit l'hydrolyse de l'urée cyclique, à savoir la 2-imidazolidone, en éthylènediamine, l'auteur indiquant cependant que la réaction exige la mise en oeuvre de conditions d'hydrolyse sévères avec un acide ou un alcali. Dans l'ouvrage Ind. and Eng. Chemistry 40,393 (1948), on décrit que l'on peut hydrolyser la 2-imidazolidone à l'aide d'eau à 200oC.
L'ouvrage Zhur Obs Khim (1965) 35, page 178 révèle que
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l'on peut hydrolyser la 1-méthyl-2-imidazolidone en Nméthyléthylènediamine par chauffage au reflux dans une solution à 20 % de NaOH.
Il est souhaitable de pouvoir disposer d'un procédé de conversion de l'urée cyclique indésirable formée à titre de produit de réaction dans une solution d'élimination de gaz acides, qui utilise des conditions d'hydrolyse relativement modérées et qui soit à la fois continu et capable d'être mis en oeuvre directement avec l'équipement de lavage classique. Il est également souhaitable de pouvoir disposer d'un procédé conformément auquel on puisse effectuer l'hydrolyse dans un récipient relativement simple en un temps relativement court, sans addition d'autres composés à la solution de lavage.
Lorsque certaines diamines stériquement empêchées sont présentes dans une solution de carbonate de potassium et sont mises en contact avec du C02, l'amine est partiellement convertie en forme carbamate, suivant la réaction ci-dessous :
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où R représente un groupe alkyle secondaire ou tertiaire et n est égal 2, 3 ou 4.
Il a été découvert qu'une partie de l'activateur pouvait être convertie en l'urée cyclique correspondante.
Ceci réduit la performance de la solution de lavage en diminuant la concentration en activateur. Ce phénomène inhibe, à son tour, le taux de prise de COp et peut également conduire à des problèmes fonctionnels par la formation de deux phases liquides séparées. Comme on le décrira dans la suite du présent mémoire, on a découvert un procédé permettant de réduire la concentration en urée cyclique par reconversion d'au moins une partie de cette
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urée cyclique en sa diamine d'origine, de façon à ainsi améliorer l'efficience du système de traitement des gaz.
La présente invention concerne un procédé d'élimination de l'anhydride carbonique d'un mélange gazeux contenant de l'anhydride carbonique, dans un système de lavage ou épurateur, comprenant une zone d'absorption et une zone de désorption, caractérisé en ce que : (a) on met le mélange gazeux en contact dans la zone d'absorption avec une solution de lavage ou épuratrice absorbante comprenant :
(i) un composé de métal alcalin basique, choisi dans la classe formée par les phosphates, borates, hydroxydes, carbonates, bicarbonates de métaux alcalins et leurs mélanges et (ii) un activateur pour le composé de métal alcalin basique précité, qui répond à la formule suivante :
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dans laquelle R représente un radical alkyle se-
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e condaire ou tertiaire et n représente un nombre entier dont la valeur est égale à 2,3 ou 4, de manière à ce qu'au moins une certaine partie de l'anhydride carbonique soit absorbée par la so- lution de lavage et à ce qu'au moins une certaine partie de l'activateur précité soit transformée en une urée cyclique ;
(b) on fait passer au moins une partie de la solution de lavage contenant l'urée cyclique de la zone d'absorption dans la zone de désorption où la charge en C02 de la solution de lavage est réduite jusqu'en dessous d'un niveau prédéterminé ; (c) on fait passer au moins une partie de la solution de lavage contenant l'urée cyclique de la zone de désorption dans une zone de conversion thermique
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maintenue à une température élevée, où au moins une partie de l'urée cyclique est reconvertie en activateur ; et (d) on renvoie la solution de lavage ou épuratrice de la zone de conversion thermique dans le système de lavage ou épurateur.
Suivant une forme de réalisation préférée de la présente invention, la concentration en urée cyclique dans la zone de conversion thermique est maintenue à proximité de mais en dessous de sa limite de solubilité dans la solution de lavage ou épuratrice.
Sur les dessins : - la figure 1 représente un schéma de mise en oeuvre d'un procédé de traitement de gaz illustrant une forme de réalisation du procédé suivant l'invention ; - la figure 2 représente un graphique de la concentration d'une urée cyclique dans une solution absorbante aqueuse en fonction du temps, à deux températures ; - la figure 3 représente un graphique de la concentration d'une urée cyclique dans une solution de lavage ou épuratrice, en fonction du temps, pour un système à circulation continue ; - la figure 4 représente un schéma de mise en oeuvre d'un procédé de traitement de gaz illustrant une autre forme de réalisation du procédé suivant l'invention.
L'expression"gaz à teneur en acide (stelle qu'on l'utilise dans le présent mémoire concerne aussi bien le C02 que H ? S, SOp, SO , CSp, HCN, COS et des dérivés d'oxygène et de soufre d'hydrocarbures en C à C., en diverses quantités, tels qu'ils apparaissent fréquemment dans des mélanges gazeux. A l'exception du C02 et de l'H2S, ces gaz ne sont normalement présents qu'en faibles quantités seulement dans une charge ou un mélange gazeux.
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La solution absorbante utilisée pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention comprend une solution aqueuse possédant un composé de métal alcalin basique choisi dans le groupe formé par les phosphates, borates, hydroxydes, carbonates, bicarbonates de métaux alcalins, et leurs mélanges, le composé de métal alcalin étant de préférence présent à raison d'environ 10 à environ 40 pourcent en poids sur base du poids total de la solution.
On utilise plus avantageusement le carbonate de potassium en une concentration qui fluctue d'environ 20 à 35 pourcent en poids.
L'activateur, normalement présent en concentrations qui varient d'environ 2 à environ 20 pourcent en poids, répond à la structure qui suit :
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dans laquelle R représente un radical alkyle secondaire
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e a ou tertiaire et n est un nombre entier 3 ou 4. Les activateurs préférés sont la N-cyclohexyl-1, 3- propanediamine (CHPD) et la N-cyclohexyl-1, 2-éthanediamine (CHED) et la N-cyclohexyl-1,4-butanediamine (CHBD), le composé le plus avantageux étant la CHPD. La concentration préférée de l'activateur concerné varie d'environ 0,5 à environ 15 pourcent en poids et, plus avantageusement, d'environ 1 à environ 10 pourcent en poids.
On a découvert que bien que les activateurs susmentionnés améliorassent le pouvoir d'activité des éliminateurs d'acides par rapport à ceux de la technique antérieure, l'efficience des solutions absorbantes diminuait dans les systèmes laveurs ou épurateurs alcalins aux températures élevées et à de faibles concentrations en gaz acide dans la solution en raison de la séparation de phases. Par conséquent, on ajoute de préférence un cosolvant à la solution absorbante pour empêcher la sépara-
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tion des phases. Les cosolvants préférés sont des cosolvants du type aminoacide, les cosolvants les plus avantageux étant des cosolvants du type aminoacide comportant de 4 à 8 atomes de carbone. Le cosolvant qui est le plus intéressant est l'acide pipécolinique (PA).
La teneur en cosolvant du type aminoacide dans la solution absorbante varie d'environ 0,5 à environ 15 pourcent en poids, la gamme préférée fluctuant d'environ 1 à environ 10 pourcent en poids.
Lorsque la solution absorbante susmentionnée s'utilise pour éliminer des gaz acides, on a découvert qu'une partie de l'activateur était convertie en une urée cyclique. La vitesse de formation de l'urée cyclique dépend, en partie, de la température et de la composition de la solution de lavage ou épuratrice, y compris la concentration de KHC03 et de KHS en solution. Par exemple, pour les formes de réalisation préférées du procédé suivant l'invention précédemment décrites, les réactions globales selon lesquelles de l'urée cyclique se forme, sont représentées par l'équation qui suit :
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Le carbamate peut ensuite subir une réaction ultérieure pour former une urée cyclique :
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dans laquelle R représente un radical alkyle secondaire ou tertiaire et n représente un nombre entier égal à 2, 3 ou 4.
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Cette formation d'urée cyclique réduit les performances de la solution de lavage ou épuratrice en épuisant la solution d'activateur de façon à réduire le taux de prise de C02 et peut également conduire à des problèmes de fonctionnement en raison de la tendance de la solution absorbante à former de multiples phases lorsque l'urée cyclique est présente en quantités importantes.
La présente invention est fondée sur la découverte que si au moins une partie de la solution absorbante est chauffée à une température qui fluctue de 120 à 200oC, de préférence dans la plage de 140 à 1900C, cependant que la charge en C02 est maintenue en dessous d'un niveau prédéterminé, au moins une certaine partie de l'urée cyclique est reconvertie en sa forme diaminique d'origine.
Les figures 1 et 4 décrivent des procédés d'épuration de courants de gaz acides et de reconversion de l'urée cyclique en sa forme diaminique respective. Sur ces figures, les pompes, les vannes ou valves, l'instrumentation et les conduites usuelles ont été omises pour des raisons de simplicité.
En se référant à présent à la figure 1, on voit qu'on y a représenté un procédé de traitement de gaz comprenant un système de lavage ou épurateur classique.
Le système laveur ou épurateur comprend une zone d'absorption et une zone de désorption. La mise en contact de la solution de lavage, épuratrice ou absorbante et de la charge peut avoir lieu dans n'importe quelle zone d'absorption appropriée, comme dans un épurateur, laveur ou absorbeur par contact 10. L'épurateur 10 peut être garni d'une matière de remplissage classique, ou bien il peut être équipé de plateaux cribleurs perforés ou de plateaux à cloches, ou bien l'épurateur peut être un réacteur à chicanes ou déflecteurs. La charge est normalement introduite par la base de l'épurateur 10 à l'aide de la con-
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duite 12. Le mélange gazeux dont les gaz acides ont été en grande partie éliminés sort par la conduite 14 située en tête de l'épurateur 10.
Un condenseur 60 et une boite
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séparatrice 62 sont de préférence vue de sépae prévus en rer les substances condensables et de les transférer dans le rebouilleur 30 ou dans le régénérateur 20 par l'intermédiaire de la conduite 64, ou sont en partie évacués du système pour maintenir l'équilibre en eau voulu dans la solution épuratrice ou de lavage. La solution épuratrice ou de lavage semi-pauvre pénètre près du point médian du laveur ou épurateur 10 par l'intermédiaire de la conduite 18, tandis que la solution de lavage ou épuratrice pauvre pénètre près de la tête de l'épurateur ou laveur 10 par l'intermédiaire de la conduite 16 et ces deux solutions s'écoulent par pesanteur vers le bas à travers l'épurateur ou laveur, période au cours de laquelle le gaz acide, par exemple le COp, est absorbé par la solution.
La solution ayant absorbé l'acide est évacuée du fond de l'épurateur ou laveur 10 et est transférée dans une zone de régénération ou désorption, comme le désorbeur 20, par l'intermédiaire de la conduite de transfert 22. La pression qui règne dans l'épurateur ou laveur 10 peut varier entre de larges limites, en fonction des caractéristiques spécifiques du système.
Les pressions manométri-
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0 ques acceptables peuvent varier de 0, à 140 de préférence de 7 à 105 et, plus avantageusement eno core, de 14 à De préférence, la température de la solution absor- bante au cours de l'étape d'absorption varie dans la gamme d'environ 250C à environ 2000C et, plus avantageusement, dans la gamme de 600C à environ 120oC. La pression partielle absolue du gaz acide, par exemple le COp, dans le mélange d'alimentation, fluctue, de préférence, d'environ 0, 007 à 35 kg/cm2 et, plus avantageusement, d'environ
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1 0, 007 à environ 28 Le contact a lieu dans des conditions qui conduisent à l'absorption du C02 par la solution absorbante.
En général, le contact à contrecourant avec la solution absorbante pour éliminer les gaz acides s'opère pendant des périodes qui varient de 0, 1 à 60 minutes, typiquement de 1 à 5 minutes.
On peut réaliser la désorption à l'aide de moyens classiques, comme une réduction de pression, ce qui provoque l'élimination des gaz acides par flashing. Selon ce mode opératoire, la solution ayant absorbé l'acide pénètre dans le désorbeur 20, généralement semblable à l'épurateur ou laveur 10, au sommet ou à proximité du sommet du désorbeur, par l'intermédiaire de la conduite 22, cependant que l'on imprime un mouvement ascendant à un gaz inerte, tel que l'air, l'azote ou, de préférence, de la vapeur d'eau, à travers le désorbeur à partir d'une source (non représentée). Les vapeurs qui sortent du désorbeur 20 par la conduite 28 passent, de préférence, par le condenseur 70 et le récipient collecteur 72 avant de quitter le système.
Les substances condensables sont renvoyées depuis le réservoir collecteur 72 au rebouilleur 30 ou en tête du désorbeur 20 par l'intermédiaire de la conduite 74, ou sont chassées, en partie, du système afin de conserver l'équilibre en eau souhaité dans la solution de lavage ou épuratrice. Au cours de la désorption, la température de la solution peut varier d'environ 25 à environ 200oC, de préférence d'environ 60 à environ 1250C.
Lors de la mise en oeuvre de ce procédé, la majorité de la fraction absorbante est transférée dans une solution semi-pauvre à partir d'un plateau à cheminée 52 du désorbeur 20 dans l'épurateur ou laveur 10 par l'intermédiaire de la conduite 18. Une quantité relativement faible de la solution est dirigée à travers la conduite 50 vers le bas, au fond du désorbeur, où elle est transférée du
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désorbeur 20 par l'intermédiaire de la conduite 24 dans le rebouilleur 30 pourvu d'une source de chaleur externe.
Le rebouilleur vaporise une partie de ce fluide que l'on renvoie ensuite au désorbeur 20 par la conduite 26. Un courant de liquide pauvre du rebouilleur 30 contenant une
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concentration réglée en Cl par la conduite 16 où, 2 1 1 conformément à l'objet de la présente invention, une partie de ce courant passe à travers la conduite 32 pour parvenir dans le réservoir de conversion thermique 40 en vue de la reconversion de l'urée cyclique en sa diamine respective. Un échangeur de chaleur 34 peut être ajouté, à la conduite 32 pour préchauffer la solution avant qu'elle ne pénètre dans le réservoir 40. Le reste de la solution absorbante pauvre est recyclé en tête de l'épurateur ou laveur 10 par l'intermédiaire de la conduite 16.
Suivant ce procédé, on maintient le réservoir 40 à une température qui varie d'environ 1200C à 200oC, de préférence d'environ 1400C à environ 190oC. Après un séjour suffisant dans le réservoir 40, normalement environ trois à cinq heures, la solution est retransférée dans la base du désorbeur 20 par l'intermédiaire de la conduite 42, où la solution subit un flashing, de manière à diminuer ainsi légèrement la charge de chaleur nécessaire demandée au rebouilleur 30.
La figure 2 représente un graphique de la vitesse de reconversion de l'urée cyclique en CHPD en fonction du temps à deux températures. Dans un système de lavage ou épurateur typique, le réservoir contient normalement environ 5 à environ 50 % de la solution épuratrice ou de lavage totale suivant l'invention. Le volume réel nécessaire dépend de la composition de la solution de lavage ou épuratrice et des conditions opératoires du système. La vitesse de conversion de l'urée cyclique en sa diamine apparentée est une fonction de divers facteurs comprenant, sans pour au- tant s'y limiter, la charge en C02 présente dans la solution,
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la concentration en acide sulfhydrique, la température de la solution et la concentration en urée cyclique.
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charge en C02 solution de lavage ou épuratrice peut être définie comme suit :
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(moles de CO (0, (0, métal alcalin),
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Dans une solution épuratrice ou de lavage typique sortant du rebouilleur 30, comprenant 30 % en poids de K2C03 (où la totalité du potassium présent s'exprime sous la forme de carbonate), 6 % en poids de CHPD, 1, 5 % en poids d'urée cyclique, 6 % en poids d'acide pipécolinique, le reste étant constitué d'eau, la charge en C02 exprimée sous forme deg (moles de C02)/0, 5 mole K+) ¯7 x 100 %¯7 doit être maintenue en dessous d'environ 20 %, la gamme préférée fluctuant entre environ 8 et environ 15 %.
Au-dessus d'environ 20 %, on a constaté que la réaction d'hydrolyse nette ne s'opérait pas dans le réservoir 40 et que de l'urée cyclique supplémentaire se formait, en fait, dans le réservoir de conversion thermique. On maintient de préférence la température à une valeur aussi élevée que possible sans dégrader les constituants de la solution, étant donné que la réaction d'hydrolyse dépend de la température. Lorsque l'on utilise la solution susmentionnée, la température dans le réservoir 40 est de préférence maintenue à une valeur qui varie d'environ 140 à 190oC. On a constaté que la vitesse de la reconversion d'urée cyclique en sa diamine apparentée respective s'accroissait lorsque la concentration en urée cyclique dans la solution de lavage ou épuratrice augmentait.
Etant donné qu'il n'est pas souhaitable que l'urée cyclique précipite de la solution à n'importe quel endroit dans le système laveur ou épurateur, on maintient, de préférence, la concentration en urée cyclique juste légue- rement en dessous du point où cette précipitation s'opère.
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Tel qu'on l'utilise dans le présent mémoire, le terme "précipitation"se définit par la séparation de particules de la solution, indépendamment du fait que les particules tombent au fond ou flottent en surface de la solution. La précipitation de l'urée cyclique est une fonction de nombreuses variables comprenant, sans pour autant s'y limiter, la température et la composition de la solution.
Pour la solution épuratrice ou de lavage susmentionnée, la concentration en urée cyclique est légèrement inférieure au point auquel de l'urée cyclique précipiterait du système épurateur ou de lavage et poserait des problèmes de fonctionnement. Pour la solution épuratrice ou de lavage susmentionnée, la concentration de l'urée cyclique est de préférence maintenue dans la gamme qui varie d'environ 1,3 à environ 1,6 % en poids.
La figure 3 illustre l'efficacité du procédé tel que représenté sur la figure 1, pour réduire le niveau ou taux d'urée cyclique dans le système à partir de celui qui se manifesterait si le système ne comportait pas de réservoir de conversion thermique 40. La figure 3 est un graphique de la concentration en urée cyclique dans la solution de lavage ou épuratrice en fonction du temps, période au cours de laquelle certaines modifications opératoires ont été apportées.
La solution de lavage ou
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épuratrice comprenant initialement 25, % en poids de K2C03 4, % en poids de KHC03 5, 0 % en poids de CHPD
06, 0 % en poids d'acide pipécolinique 59, 5 % en poids d'eau a été amenée à circuler continuellement à travers l'épurateur ou laveur 10, le désorbeur 20 et le rebouilleur 30 et, ensuite, on a transféré environ 5 % en poids de la solution épuratrice ou de lavage par la conduite 32 dans
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le réservoir de conversion thermique 40. Depuis le commencement de la période d'essai jusqu'à la 510e heure, on n'a pas appliqué de chaleur au réservoir 40. Au cours de cette période, la concentration en urée cyclique s'éleva légèrement en raison de la conversion de CHPD en urée cyclique.
Afin de simuler un régime opératoire souhaité, on a ensuite ajouté une certaine quantité d'urée cyclique à la solution en circulation pour obtenir une concentration d'environ 1,6 % en poids d'urée cyclique avec une concentration en urée cyclique d'environ 5 % en poids.
A partir de la 510e heure, on a appliqué de la chaleur au réservoir de conversion thermique 40. Après une durée de séjour moyenne d'environ 3, 5 heures à 1750C, on a continuellement renvoyé la solution au désorbeur 20 par l'intermédiaire de la conduite 42. 11 faut noter que ce passage de la solution épuratrice ou de lavage à travers le réservoir 40, maintenu à une température élevée a entraîné une diminution de la concentration en urée cyclique. A la 610e heure, on a ajouté de l'urée cyclique à la solution de lavage ou épuratrice pour réélever la teneur en urée cyclique (U. C.) jusqu'à environ 1,6 % en poids. Depuis la 610e heure jusqu'à la 720e heure, on n'a pas appliqué de chaleur au réservoir 40.
Il faut noter qu'au cours de cette période, le taux élevé en urée cyclique de la solution épuratrice ou de lavage ne fut pas abaissé par le système épurateur ou laveur. De la 720ième à la 780ième heure, on a de nouveau chauffé les 5 % en poids de la solution liquide passant du rebouilleur 30 à travers la conduite 32, le réservoir 40 et la conduite 42 dans le réservoir 40, diminuant la concentration en U. C. comme la figure 3 le représente.
En se référant à présent à la figure 4, on voit qu'on y a représenté une autre forme de réalisation du procédé à mettre en oeuvre pour faire fonctionner un
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système de traitement de gaz en vue de reconvertir l'urée cyclique en sa diamine respective. L'épurateur ou laveur 110 et le désorbeur 120 sont sensiblement similaires à l'épurateur ou laveur 10 et au désorbeur 20 du procédé précédemment décrit. Du gaz d'alimentation-pénètre dans l'épurateur ou laveur 110 par l'intermédiaire de la conduite 112 située à la base de l'épurateur ou laveur et sort par la conduite 114 en tête de l'épurateur ou laveur. Le gaz sortant peut être amené à passer à travers le condenseur 160 et le récipient collecteur 162 pour séparer toutes substances condensables présentes dans le courant de gaz sortant.
Les substances condensables peuvent être amenées à passer du récipient collecteur 162 dans le rebouilleur 130 ou le désorbeur 120 par l'intermédiaire de la conduite 164. Au moins une partie de la solution absorbante descend à travers l'épurateur ou laveur 110 et est évacuée par la conduite 122 en vue de son transfert au désorbeur 120 où au moins une fraction des substances volatiles est séparée par flashing. Les substances volatiles sortant du désorbeur 120 par la conduite 128 sont de préférence amenées à passer à travers le condenseur 170 et le récipient collecteur 172 pour en séparer les substances condensables qui y sont présentes.
Les substances condensables sont transférées dans le rebouilleur 130 par l'intermédiaire de la conduite 174. La solution épuratrice ou de lavage désorbée passe vers le bas à travers le désorbeur 120, la majeure partie de cette solution étant renvoyée sous forme de solution semipauvre à l'épurateur ou laveur 110 à partir du plateau à cheminée 152 par l'intermédiaire de la conduite 118. Une fraction mineure passe depuis le plateau à cheminée 152 par l'intermédiaire de la conduite 150 au fond du désorbeur et le quitte en passant par la conduite de transfert 124.
La fraction mineure de la solution s'écoule ensuite
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dans le rebouilleur 130, possédant une source de chaleur externe, où la solution subit un flashing, la partie de vapeur entrant dans le désorbeur 120 par la conduite 126 et la fraction liquide passant depuis la conduite 132 à travers un ajutage latéral dans le réservoir de conversion thermique 140 possédant une source de chaleur externe en vue de maintenir le réservoir 140 à une température et à une pression élevées, de préférence 140 à 190OC9 pendant une période prolongée, de préférence 1 à 3 heures, période au cours de laquelle l'urée cyclique est reconvertie en la diamine d'origine.
La solution de lavage ou épuratrice dans le réservoir 140 est scindée en deux courants, à savoir un courant vaporisé relativement riche en constituants acides, tels que COp, que l'on renvoie au désorbeur 120 par l'intermédiaire de la conduite 142 et une solution relativement pauvre non vaporisée, c'est-à-dire à faible teneur en constituants acides, que l'on renvoie au laveur ou épurateur 110 par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 180 et de la conduite 116.
La séparation par flashing d'au moins une partie du C02 dans le réservoir 140 fait bénéficier le procédé représenté sur la figure 4 de. deux avantages par rapport à celui représenté sur la figure 1. On a constaté que la vitesse de conversion de l'urée cyclique était augmentée par l'élimination au moins partielle du C02 de la solution épuratrice ou de lavage dans le réservoir 140.
On a également constaté que le recyclage de la solution épuratrice ou de lavage depuis le réservoir 140 à travers la conduite 116 et l'échangeur de chaleur 180 jusqu'au sommet ou à proximité du sommet de l'épurateur ou laveur 110, donnait un degré d'élimination de C02 du gaz d'alimentation supérieur à celui obtenu lors de la mise en oeuvre du procédé représenté sur la figure 1, comme le prouve
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l'exemple qui suit, étant donné que la concentration en
EMI21.1
e e gaz acide résiduel dans le gaz traité en partie de la concentration en gaz acide de la solution de lavage ou épuratrice.
EXEMPLE I
EMI21.2
<tb>
<tb> Agencement <SEP> suivant <SEP> là
<tb> Figure <SEP> 1 <SEP> Figure <SEP> 4 <SEP> : <SEP>
<tb> Pression <SEP> manométrique <SEP> du <SEP> régénérateur, <SEP> kg/cm2 <SEP> 7 <SEP> - <SEP> 10,5 <SEP> 1,75
<tb> Température <SEP> du <SEP> régénérateur, <SEP> oC <SEP> 175 <SEP> 175'
<tb> Composition <SEP> de <SEP> la <SEP> solution <SEP> pauvre,
<tb> % <SEP> en <SEP> poids
<tb> K2C03 <SEP> 24, <SEP> 3 <SEP> 25, <SEP> 9 <SEP>
<tb> KHC03 <SEP> 5, <SEP> 6 <SEP> 3, <SEP> 3
<tb> CHPD <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Urée <SEP> cyclique <SEP> 1, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 6 <SEP>
<tb> Acide <SEP> pipécolinique <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP> 6, <SEP> 0
<tb> Eau <SEP> reste <SEP> reste
<tb> CO <SEP> ? <SEP> dans <SEP> gaz <SEP> produit <SEP> dans <SEP> l'absorbeur,
<SEP> Vppm <SEP> 260 <SEP> 62 <SEP>
<tb> Volume <SEP> relatif <SEP> du <SEP> régénérateur <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 33 <SEP>
<tb>
On peut voir que la forme de réalisation conforme à la figure 4 donne une meilleure élimination de C02 que celle représentée sur la figure 1 et que la vitesse de conversion de l'urée cyclique en CHPD est telle que le réservoir de conversion thermique 140 ne doit seulement avoir que le tiers des dimensions du réservoir de régénération thermique 40.
EMI21.3
A une température de sortie des gaz de l'épurateur ou laveur de 930C environ, la concentration en C02 dans le gaz sortant par la conduite 14 représentée sur la figure 1 était de 260 parties par million en volume (Vppm), cependant que la concentration en C02 dans la conduite 114 représentée sur la figure 4 était d'environ 62 Vppm. Le
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procédé, sensiblement similaire à celui représenté sur la figure 4, peut par conséquent donner une concentration en C02 sortant inférieure à celle du procédé de la figure 1, mais aux dépens d'une éventuelle pénalité d'énergie, étant donné que le courant 116 peut devoir être refroidi par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 180 avant de pénétrer dans l'épurateur ou laveur 110.
La concentration en C02 dans le procédé tel que représenté sur la figure 1 peut être davantage réduite en élevant la vitesse de circulation de la solution absorbante et le rendement du rebouilleur. Le procédé exact mis en oeuvre dépend, par conséquent, des caractéristiques spécifiques du système et des paramètres susmentionnés.
Bien que l'on ait décrit l'invention ci-dessus en se référant à certaines de ses formes de réalisation spécifiques, il faut bien comprendre que l'on peut apporter au procédé suivant la présente invention de nombreuses modifications et variantes, sans pour autant s'écarter de son cadre et de son esprit.