CA2252041A1 - Procede de desacidification d'un gaz a tres forte teneur en gaz acides - Google Patents
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Abstract
Procédé de désacidification d'un gaz contenant au moins un gaz acide et au moins un hydrocarbure, où l'on met en contact le gaz acide avec une phase solvant sélecti ve vis-à-vis du ou des gaz acides, et on produit un gradient de température pour év iter la condensation d'une phase hydrocarbure liquide et obtenir un gaz traité appauvri en gaz acides et une phase solvant enrichie en gaz acides.
Description
CA 022~2041 1998-11-18 "PROCEDE DE DESACIDIFICATION D'UN GAZ A TRES FORTE TENEUR
EN GAZ ACIDES"
La présente invention a pour but de traiter un gaz contenant au moins un hydrocarbure et au moins un gaz acide en forte concentration dans le but de le débarrasser au moins en partie des gaz acides qu'il contient.
Le procédé selon l'invention s'applique particulièrement bien à la désacidification d'un gaz naturel.
Les brevets fran~ais FR-2.605.241 et FR-2.636.857 décrivent des procédés de traitement utilisant un solvant physique réfrigéré permettant de réaliser les différentes étapes de traitement d'un gaz, dont la désacidification et l'élimination de l'eau.
Ces procédés offrent comme avantages par rapport aux techniques antérieures notamment la possibilité d'utiliser le même solvant polaire pour la déshydratation et la désacidification du gaz, ainsi que la possibilité de régénérer le solvant par mise en contact direct dans une colonne d'absorption, ou contacteur, du solvant avec le gaz à
traiter (brevet FR-2.605.241), conduisant à des gains importants en consommationd'énergie, en investissement et en encombrement de l'installation.
Néanmoins, pour des gaz contenant une très forte concentration en gaz acides, lamise en oeuvre de ces procédés présente des inconvénients. Le gaz à traiter doit être 20 refroidi avant son introduction dans la colonne d'absorption des gaz acides. Cette étape de refroidissement entraîne la condensation d'une quantité très importante d'hydrocarbures et aussi celle de gaz acides. Cette phase liquide doit être stabilisée, ce qui conduit à la production de gaz de stabilisation en grande quantité, qui doivent alors être recomprimés puis recyclés. La présence de cette étape de recompression pénalise ce type de procédé car elle implique des coûts d'investissement et d'exploitation élevés.
La présente invention pallie les inconvénients de l'art antérieur en proposant une approche différente mettant en oeuvre une colonne d'absorption fonctionnant avec un gradient thermique. Le gaz à traiter est introduit par exemple sans étape de réfrigération préalable dans la colonne dans laquelle circule un contre-courant de solvant physique polaire froid.
Avantageusement, I'absorption des gaz acides dans la colonne permet d'éviter la condensation de ces gaz acides dans une phase hydrocarbonée liquide. En effet, le point CA 022~2041 1998-11-18 de rosée hydrocarbure du gaz à la pression d'absorption diminue fortement lorsque la teneur en gaz acide décroît.
La figure 1 représente dans un diagramme température (T), pression (P), deux courbes enveloppes A et B, correspondant au gaz à traiter et au gaz traité, et les points d ~
CA 022~2041 1998-11-18 La droite C représente le profil thermique ~T existant dans la colonne d'absorption, le point a' correspond aux conditions de fonctionnement du premier étage, et le point b' au dernier étage.
La figure 1 permet de se rendre compte de l'importance du profil thermique de la5 colonne d'absorption pour un exemple de calcul donné. L'évolution de la courbeenveloppe du gaz dans cette colonne permet d'éviter la formation d'une phase d'hydrocarbures liquides: quelle que soit l'étage considéré, la température est telle que le gaz se situe très loin de son point de rosée hydrocarbure.
0 Dans toute la suite de la description, on emploie indifféremment l'expression "zone de contact" ou l'expression "contacteur" pour désigner la partie du dispositif où l'on met en contact un fluide à traiter avec un solvant sélectif vis-à-vis des gaz acides.
De même, I'expression "phase solvant riche" correspond à une phase solvant enrichie en gaz acides et "phase solvant pauvre" à une phase solvant appauvrie en gaz acides au cours du procédé.
La présente invention concerne un procédé de traitement d'un fluide tel qu'un gaz contenant au moins un gaz acide et au moins un hydrocarbure, dans le but de débarrasser au moins en partie ledit fluide des gaz acides.
Il se caractérise en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes:
~ on met en contact ledit gaz à traiter par exemple à l'intérieur d'un contacteur avec une phase solvant sélective vis à vis desdits gaz acides, telle qu'un mélange de solvant polaire et d'eau, et simultanément ~ on produit à l'intérieur du contacteur un gradient de température pour éviter la condensation d'une phase hydrocarbure liquide et obtenir en sortie dudit contacteur un gaz traité appauvri en gaz acides et une phase solvant enrichie en gaz acides, ledit gradient de température étant déterminé en fonction dudit gaz à traiter.
Le solvant est par exemple un solvant polaire physique.
On envoie, par exemple, le mélange de solvant et d'eau à contre-courant du gaz àtraiter, le gaz à traiter étant introduit à une température initiale Tg et le mélange solvant à
une température initiale Tm, les valeurs de température Tg et Tm étant choisies pour générer le gradient nécessaire à l'intérieur du contacteur, et Tg étant supérieure à Tm.
On peut prélever au moins une fraction dudit gaz à traiter à un niveau de température Ti, refroidir ladite fraction de gaz prélevée en effectuant un échange de chaleur avec au moins une fraction du gaz traité et la réinjecter à un niveau detempérature inférieur à Ti.
CA 022~2041 1998-11-18 On utilise par exemple au moins une fraction du gaz traité débarrassé en majorité
des gaz acides pour réfrigérer le gaz à traiter en faisant circuler ladite fraction prélevée à
contre-courant dudit gaz à traiter.
L'écart de température entre la tête et le fond dans la colonne d'absorption peut varier, en valeur absolue, entre 5 et 150 ~C et de préférence entre 30 et 100 ~C.
On peut régénérer la phase solvant enrichie en gaz acides en réalisant une simple détente.
Selon un autre mode de mise en oeuvre, on régénère la phase solvant enrichie en gaz acides par un procédé de distillation-à une pression inférieure à la pression 10 d'absorption.
On peut régénérer au moins en partie la phase solvant enrichie en gaz acides en la détendant et en la mettant en contact avec au moins une fraction de phase solvant régénérée et en produisant un gaz ayant une teneur en gaz acides contrôlée.
Selon un autre mode de réalisation, on régénère au moins en partie la phase solvant enrichie en gaz acides par un procédé de distillation avec échange simultané de chaleur entre ladite phase solvant qui est chauffée progressivement par la phase solvant qui est issue de ladite régénération qui est refroidie en circulant à contre-courant de la phase solvant qui est régénérée.
On peut effectuer une purge de l'eau accumulée en cours de procédé dans la 20 phase solvant.
L'invention concerne aussi un dispositif de traitement d'un fluide tel qu'un gazcomportant au moins un gaz acide et au moins un hydrocarbure.
Il est caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison:
25 ~ au moins un conduit d'introduction dudit gaz à traiter, ~ au moins un conduit d'introduction d'un fluide capable de capter les gaz acides, ~ Iesdits conduits d'introduction étant reliés à une enceinte ou contacteur, ledit contacteur étant adapté pour fonctionner avec un gradient de température sur au moins une partie de la longueur de l'enceinte pour obtenir en sortie un gaz appauvri en gaz acides évacué par un conduit et une phase solvant enrichie en gaz acides soutirée par un conduit.
Le contacteur peut comporter des moyens de prélèvement et de réinjection du fluide etlou du gaz circulant à l'intérieur dudit contacteur.
Le dispositif comporte, par exemple, un circuit permettant de purger au moins une 35 partie de l'eau accumulée dans le fluide capable de capter les gaz acides.
CA 022~2041 1998-11-18 Le dispositif et le procédé décrit précédemment sont utilisés pour le traitement d'un gaz naturel comportant des gaz acides tels que CO2 eVou H2S.
L'invention et ses caractéristiques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre illustratif et non limitatif annexée des figures représentant respectivement:
~ Ia figure 1 représente l'évolution des courbes enveloppées d'un gaz, dans une colonne d'absorption à gradient thermique, 0 ~ Ia figure 2 schématise le principe du procédé selon l'invention, ~ Ies figures 3 à 5 décrivent des modes de réalisation présentant différentes étapes de régénération du solvant, ~ Ies figures 6 et 7 schématisent des exemples d'intégration énergétique autour du contacteur, 15 ~ Ia figure 8 présente un exemple de schéma permettant d'éliminer l'eau accumulée dans le solvant, ~ Ia figure 9 schématise un exemple de mise en oeuvre du procédé.
Le principe du procédé selon l'invention est décrit en relation avec le schéma de la 20 figure 2 qui présente un exemple de réalisation d'un agencement de dispositif appliqué, par exemple, au traitement d'un gaz naturel pour le désacidifier.
Le gaz naturel à traiter, renfermant des gaz acides et au moins un hydrocarbure est envoyé par le conduit 1 dans la colonne d'absorption ou zone de contact C1 où il est mis en contact par exemple, à contre-courant avec un mélange de solvant et d'eau froid qui 25 arrive par le conduit 2, la phase solvant comportant, par exemple, au moins un solvant polaire. On génère à l'intérieur de la zone de contact C1 un gradient de température déterminé en fonction du diagramme de phases du gaz à traiter (figure 1) de façon à
éviter la condensation d'une phase hydrocarbure contenant des gaz acides à l'intérieur de cette zone. A l'intérieur de la zone de contact, les gaz acides sont absorbés de façon 30 sélective dans la phase solvant.
On évacue dans la partie supérieure du contacteur C1, par le conduit 3, une phase gazeuse appauvrie en gaz acides.
Dans la partie inférieure de la zone de contact ou contacteur C1, on soutire, par un conduit 4, une phase solvant chargée en gaz acides.
Le gradient de température est généré par exemple en introduisant le gaz à traiter en fond du contacteur C1 à une température comprise entre 10 et 50~C, et le mélange de solvant et d'eau en tête du contacteur à une température comprise entre 0 et -50~C.
CA 022~2041 1998-11-18 Avantageusement, on contrôle le débit et la température du solvant envoyé en tête de la colonne d'absorption de façon à obtenir une concentration souhaitée en gaz acide dans le gaz traité et à éviter la condensation d'hydrocarbures dans le contacteur.
La phase solvant issue du contacteur C1 est détendue à travers la vanne de détente V1, envoyée à un ballon séparateur B1 qui permet de la séparer en une phase solvant partiellement régénérée soutirée en fond par un conduit 5 et une phase gazeuse soutirée par un conduit 6 en tête de ballon. Cette phase gazeuse contient des gaz acides et des hydrocarbures coabsorbés. Elle peut éventuellement être utilisée comme fuel gaz ou être recomprimée puis recyclée vers le contacteur C1.
La teneur en eau de la phase solvant peut être de préférence d'au moins 10% en fraction massique.
La phase solvant partiellement régénérée et issue du ballon B1 par le conduit 5 est détendue à travers une vanne V2, puis envoyée dans un ballon B2 qui effectue la s séparation entre la phase solvant soutirée en fond par un conduit 7 et la phase gazeuse soutirée en tête par un conduit 8. La phase solvant est détendue à travers une vanne V3, puis envoyée dans un ballon séparateur B3 qui effectue la séparation entre une phase solvant soutirée en fond de ballon par un conduit 9 et une phase gazeuse soutirée en tête par un conduit 10.
Les phases gazeuses évacuées par les conduits 6, 8 et 10 sont riches en gaz acides.
La phase solvant issue du ballon B3 est suffisamment appauvrie en gaz acides pour être recyclée vers le contacteur C1. Au préalable, il peut être nécessaire de soutirer au moins une partie du solvant par un conduit 11 pour éviter l'accumulation d'eau apporté
par le gaz à traiter introduit par le conduit 1. Le reste de solvant est ensuite repris par une pompe P1 de recyclage, mélangé à un appoint de solvant arrivant par un conduit 13 afin de compenser les pertes en solvant, dans le gaz désacidifié, dans les gaz acides produits et éventuellement dans le conduit de purge 11 si celui-ci n'est pas recyclé après élimination de l'eau qu'il contient. Le mélange résultant circule dans un conduit 14, est refroidi dans un échangeur E1 à l'aide d'un fluide auxiliaire de refroidissement externe, par exemple, et recyclé vers la zone de contact C1 par le conduit 2.
Le procédé de traitement selon l'invention comporte principalement au moins les étapes suivantes:
~ on met en contact à l'intérieur d'une colonne d'absorption le gaz à traiter avec un fluide sélectif vis-à-vis des gaz acides, par exemple un mélange de solvant polaire et d'eau, et ~ on génère un gradient de température à l'intérieur de cette colonne d'absorption pour réaliser l'absorption des gaz acides sans condensation des hydrocarbures ou des gaz CA 022~2041 1998-11-18 acides, ou tout au moins si une telle condensation se produit, la phase liquide condensée se présente en quantité infime, ~ on obtient un gaz traité appauvri en gaz acides et une phase solvant enrichie en gaz acides.
L'absorption et le gradient de température peuvent être obtenus en faisant circuler à contre-courant le gaz à traiter introduit en fond de contacteur à une température Tg et le mélange solvant-eau introduit en tête de colonne à une température Tm, avec Tm < Tg.
La différence de température ¦ Tm - Tg ¦ peut être comprise entre 5 et 1 00~C.
La valeur de pression régnant dans la colonne d'absorption peut être comprise entre 1 et 20 MPa.
La figure 3 illustre une variante de réalisation de l'étape de régénération où l'on utilise une colonne à distiller C2 disposée après le ballon B1 de la figure 2 permettant de réaliser une régénération plus poussée de la phase solvant, que celle obtenue en utilisant le schéma de la figure 2.
Le solvant partiellement régénéré issu du ballon B1 est détendu à travers la vanne V2 puis réchauffé dans un échangeur E2 avant d'être introduit par un conduit 20 par exemple en milieu de la colonne à distiller C2.
Les gaz acides produits par distillation sont évacués en tête de colonne C2 par un 20 conduit 21, refroidi dans un échangeur E3 et envoyé vers un ballon de décantation ou séparation D1. A l'issue de ce ballon de décantation, une fraction des gaz acides est évacuée par un conduit 23, et la phase liquide comprenant la phase solvant condensée est renvoyée par un conduit 22 dans la colonne de distillation C2 pour être utilisée comme reflux.
La phase solvant régénérée est soutirée en fond de colonne de distillation C2 par un conduit 24, refroidie dans un échangeur E2 avant d'être envoyée par un conduit 25 vers le conduit de purge 11 et la pompe de recyclage P1 selon un schéma identique à
celui décrit en relation avec la figure 2.
La figure 4 illustre une variante de réalisation du dispositif de la figure 3 où le ballon séparateur B1 est équipé d'une zone de contact ayant pour fonction d'assurer unespécification en gaz acide sur le flux gazeux soutiré par le conduit 6.
Pour cela, une fraction de la phase solvant régénérée et recyclée selon le schéma de la figure 3 est prélevée et envoyée par un conduit 26 situé en tête de la zone de 35 contact 27 du ballon B1.
A l'intérieur de cette zone de contact 27, on réalise l'absorption d'une partie des gaz acides à l'aide d'une quantité de solvant déterminée pour obtenir par le conduit 6 un CA 022~2041 1998-11-18 effluent gazeux ayant une teneur en gaz acides contrôlée et choisie en fonction d'une spécification souhaitée.
La figure 5 illustre un autre mode de régénération du solvant. L'échangeur E2 de la s figure 3 est remplacé par un échangeur strippeur ES1 qui réalise une distillation avec échange simultané de chaleur entre la phase solvant riche introduite par le conduit 7 au niveau de la partie supérieure de l'échangeur strippeur ES1 qui est chauffée progressivement et la phase solvant issue de l'étape de régénération, envoyée dans la partie inférieure par le conduit 24 provenant de la colonne de distillation C2 et qui est lO refroidie en circulant à contre courant de la phase solvant qui est régénérée.
En sortie de l'échangeur strippeur ES1, on obtient en fond une phase solvant riche envoyée par le conduit 20 vers la colonne de distillation C2, en tête un gaz riche évacué
par un conduit 28, et dans la partie supérieure de la colonne la phase solvant régénérée soutirée par un conduit 29 relié à la pompe de recyclage P1.
L'échange interne de chaleur décrit précédemment entre la phase solvant riche engaz acides et la phase solvant pauvre en gaz acides peut être réalisée au moyen de différents dispositifs.
L'échangeur intégré ES1 peut être de type à tubes et calandre. Dans ce cas, la phase solvant régénérée et soutirée à la base de la colonne C2 circule à l'intérieur des tubes, la distillation s'effectue à l'extérieur des tubes et à l'intérieur de la calandre.
L'échangeur stripper ES1 peut être alors à plateaux, les tubes étant placés au dessus de chaque plateau, de manière à être noyés par la phase solvant riche à
2s récupérer circulant sur chaque plateau.
L'échangeur stripper ES1 peut être à contact continu, la phase solvant riche ruisselant alors sur les tubes.
La phase solvant régénérée soutirée à la base de la colonne C2 peut également circuler à l'extérieur des tubes et à l'intérieur de la calandre. La distillation est alors effectuée à l'intérieur des tubes, qui sont de préférence verticaux et pourvus d'un garnlssage Interne.
Pour les colonnes d'absorption eVou l'échangeur strippeur décrits aux figures précédentes, on peut aussi utiliser un échangeur à plaques verticales. Les espaces entre les différentes plaques sont occupés alternativement par la phase solvant régénérée soutirée à la base de la colonne C2 et par la phase solvant ainsi que la phase vapeur générée circulant à contre-courant dans la colonne au cours du processus de distillation.
Il est, par exemple, de type échangeur en aluminium brasé ou de type échangeur en CA 022~2041 1998-11-18 acier inoxydable, les plaques étant soudées soit bord à bord soit par diffusion métallique sur toute la surface de contact entre plaques.
La figure 6 présente un exemple de réalisation de l'étape d'absorption où l'on utilise s le gaz traité froid pour refroidir au moins en partie le gaz à traiter circulant dans la colonne d'absorption. Le gaz est soutiré, au cours du traitement, au niveau d'un plateau de la colonne C1 ou entre deux zones de garnissage de la colonne C1 par un conduit 30 refroidi dans un échangeur E4 par le gaz traité évacué par le conduit 3, puis réintroduit dans la colonne C2 par un conduit 31. Les niveaux de soutirage et d'injection, ainsi que o leur nombre sont déterminés le long de la colonne pour optimiser la récupération de frigories sur le gaz traité récupéré dans le conduit 3.
La figure 7 présente une autre variante de réalisation de l'étape d'absorption où l'on réalise un échange simultané de chaleur entre le gaz traité qui est chauffé
progressivement et le gaz à traiter mis en contact avec le solvant, qui est refroidi en circulant à contre courant. Ce type d'échange thermique peut être réalisé au moyen de différents dispositifs qui ont été explicités précédemment en relation avec la figure 5.
Le gaz traité issu de la colonne d'absorption C1 par le conduit 3, est renvoyé par ce même conduit en tête de colonne dans laquelle il circule à contre-courant du gaz introduit ~o en fond de colonne par le conduit 1. Après avoir échangé ses frigories avec le gaz à
traiter, il ressort réchauffé par un conduit 33, par exemple situé en bas de colonne.
Le gaz à traiter pouvant contenir de l'eau, sous différentes formes, dans certains cas, il peut s'avérer nécessaire d'éliminer cette eau pour éviter son accumulation dans la 2s phase solvant.
La figure 8 représente un schéma de purge permettant d'éliminer l'eau qui s'est accumulée dans la phase solvant au cours du traitement et qui comporte un contacteur C3 disposé en aval du contacteur C1 à gradient thermique.
Le gaz brut à traiter est divisé en deux fractions passant respectivement dans des conduits 35 et 36.
Une première fraction passe par le conduit 36 qui rejoint le conduit 1 (figure 1) d'introduction du gaz dans le contacteur C1.
La seconde fraction de gaz à traiter est envoyée par le conduit 35 dans la partie 35 inférieure du contacteur C3.
La phase solvant chargée en eau provenant du conduit de purge 11 (figure 1) est introduite en tête du contacteur C3 à l'aide d'une pompe P2 et d'un conduit 34.
CA 022~2041 1998-11-18 En sortie de contacteur C3, on récupère un gaz chargé en solvant évacué en tête par un conduit 38 qui communique avec le conduit d'introduction 1 et une phase aqueuse pratiquement exempte de solvant qui est évacuée en fond de contacteur par un conduit 37.
s La présente invention sera mieux comprise à l'aide d'un exemple non limitatif detraitement de gaz décrit ci-après.
Cet exemple, décrit en relation avec la figure 9, permet de désacidifier un gaz 0 naturel à très forte teneur en CO2.
Le gaz naturel à traiter a, par exemple, la composition suivante donnée en %
molaires:
AZOTE 1.20 DIOXYDE DE CARBONE 70.50 HYDROGENE SULFURE 0.21 METHANE 27.64 ETHANE 0.24 PROPANE 0.1 0 ISOBUTANE 0.02 BUTANE 0.02 ISOPENTANE 0.01 PENTANE 0.01 Ce gaz est saturé en eau à la température de 30 ~C et a une pression de 7MPa. Il a un débit molaire de 22400 kmol/h. Ce gaz issu est divisé en deux fractions dans les conduits 35 et 36. Le gaz du conduit 35 est envoyé dans le contacteur C3 et à un débit molaire de 17000 kmol/h. A contre-courant on injecte par le conduit 34 une fraction de solvant contenant environ 6 kmol/h d'eau et 54 kmol/h de méthanol. En fond de contacteur C3, on soutire par le conduit 37 un débit de 17 kmol/h d'eau contenant environ 200 ppm molaire de méthanol.
Le gaz issu de la tête du contacteur C3, chargé en méthanol, est mélangé au gaz du conduit 36, puis au gaz recyclé issu du ballon de régénération B1 par un conduit 40. Il est ensuite envoyé dans le contacteur C1. En tête du contacteur C1, on injecte par le 2s conduit 2 un solvant contenant environ 5500 kmol/h d'eau et 49500 kmol/h de méthanol à
une température de -30~C. Dans ces conditions, le contacteur C1 est opéré avec un gradient thermique de 23~C en fond à -23~C en tête. Le gaz traité est soutiré en tête de CA 022~2041 1998-11-18 contacteur C1 par le conduit 3. Il a un 3é8it de 6603 kmol/h et contient environ 87 %
molaire de méthane et 8 % molaire de CO2. Ce gaz est réchauffé dans l'échangeur E à
une température de 50~C, avant d'être évacué par un conduit 41.
Le solvant riche est soutiré du contacteur C1 par le conduit 4. Il est détendu à une 5 pression de 3,5 MPa à travers la vanne V1. En sortie du ballon séparateur B1 on soutire par le conduit 5 une phase solvant et une phase gazeuse évacuée par le conduit 6. La phase gazeuse contenant environ 6800 kmol/h de CO2 et 1300 kmol/h de méthane estcomprimée à 7 MPa par un compresseur K puis refroidie à 30~C par un échangeur E pour être recyclée à la base du contacteur C1 par le conduit 40.
Le solvant du conduit 5 est détendu à une pression de 1 MPa à travers la vanne V2, est séparé dans le ballon B2 en une phase gazeuse soutirée par le conduit 8 et une phase solvant soutirée par le conduit 7. Le gaz du conduit 8 a un débit de 10153 kmol/h et une concentration de 95 % molaire de CO2.
Le solvant est à nouveau détendu à une pression de 0,2 MPa à travers la vanne 15 V3, séparé dans le ballon B3 en une phase gazeuse soutirée par le conduit 10 et une phase solvant soutirée par le conduit 9. Le gaz du conduit 10 a un débit de 5666 kmol/h et une concentration de 98,5 % molaire de CO2.
Une fraction du solvant est soutirée par le conduit de purge 11, envoyée vers lapompe P2, pour être injectée dans le contacteur C3 par le conduit 34. L'autre fraction du 20 solvant est envoyée vers la pompe P1, refroidie dans l'échangeur E1 à -30~C avant d'être introduite dans le contacteur C1 par le conduit 2.
Le procédé permet d'éliminer les gaz acides contenus dans un gaz naturel mais également ceux inclus dans un gaz de raffinerie ou dans tout effluent gazeux contenant 25 simultanément des hydrocarbures et des gaz acides. Il permet d'éliminer des gaz acides tels que H2S et CO2 et également des mercaptans de formule chimique R-SH, le COS et le CS2 Les différentes étapes du procédé selon l'invention peuvent être réalisées dans des 30 colonnes munies de zone de contact permettant d'effectuer un transfert de matière entre les phases gazeuses et les phases liquides. Pour ce faire, ces zones de contacts peuvent être équipées de plateaux perforés, à cloches, à clapets ou dans des zones de contacts continus contenant un garnissage. Ce garnissage peut être constitué d'éléments en vrac tel que par exemple des anneaux Raschig, des anneaux Pall, des selles de Berl ou35 encore d'autres garnissages connus de l'homme de métier. Il peut être également constitué de garnissage structuré formé par des toiles, des tricots, ou des tôles pouvant être perforées ou munies de corrugations et/ou formant des canaux qui permettentd'accroître l'efficacité.
CA 022~2041 1998-11-18 Ces plateaux ou ces garnissages peuvent être réalisés dans différents matériaux tels que céramique, aluminium, acier inoxydable, matière plastique.
Le fluide sélectif vis-à-vis des gaz acides peut comporter un solvant polaire choisi parmi le méthanol, un alcool, un éther, un éther de polyéthylène glycol, du carbonate de 5 propylène.
Il est aussi possible, sans sortir du cadre de l'invention, d'utiliser un solvant formé
par deux solvants polaires, ou encore un solvant polaire et une amine.
. ,
EN GAZ ACIDES"
La présente invention a pour but de traiter un gaz contenant au moins un hydrocarbure et au moins un gaz acide en forte concentration dans le but de le débarrasser au moins en partie des gaz acides qu'il contient.
Le procédé selon l'invention s'applique particulièrement bien à la désacidification d'un gaz naturel.
Les brevets fran~ais FR-2.605.241 et FR-2.636.857 décrivent des procédés de traitement utilisant un solvant physique réfrigéré permettant de réaliser les différentes étapes de traitement d'un gaz, dont la désacidification et l'élimination de l'eau.
Ces procédés offrent comme avantages par rapport aux techniques antérieures notamment la possibilité d'utiliser le même solvant polaire pour la déshydratation et la désacidification du gaz, ainsi que la possibilité de régénérer le solvant par mise en contact direct dans une colonne d'absorption, ou contacteur, du solvant avec le gaz à
traiter (brevet FR-2.605.241), conduisant à des gains importants en consommationd'énergie, en investissement et en encombrement de l'installation.
Néanmoins, pour des gaz contenant une très forte concentration en gaz acides, lamise en oeuvre de ces procédés présente des inconvénients. Le gaz à traiter doit être 20 refroidi avant son introduction dans la colonne d'absorption des gaz acides. Cette étape de refroidissement entraîne la condensation d'une quantité très importante d'hydrocarbures et aussi celle de gaz acides. Cette phase liquide doit être stabilisée, ce qui conduit à la production de gaz de stabilisation en grande quantité, qui doivent alors être recomprimés puis recyclés. La présence de cette étape de recompression pénalise ce type de procédé car elle implique des coûts d'investissement et d'exploitation élevés.
La présente invention pallie les inconvénients de l'art antérieur en proposant une approche différente mettant en oeuvre une colonne d'absorption fonctionnant avec un gradient thermique. Le gaz à traiter est introduit par exemple sans étape de réfrigération préalable dans la colonne dans laquelle circule un contre-courant de solvant physique polaire froid.
Avantageusement, I'absorption des gaz acides dans la colonne permet d'éviter la condensation de ces gaz acides dans une phase hydrocarbonée liquide. En effet, le point CA 022~2041 1998-11-18 de rosée hydrocarbure du gaz à la pression d'absorption diminue fortement lorsque la teneur en gaz acide décroît.
La figure 1 représente dans un diagramme température (T), pression (P), deux courbes enveloppes A et B, correspondant au gaz à traiter et au gaz traité, et les points d ~
CA 022~2041 1998-11-18 La droite C représente le profil thermique ~T existant dans la colonne d'absorption, le point a' correspond aux conditions de fonctionnement du premier étage, et le point b' au dernier étage.
La figure 1 permet de se rendre compte de l'importance du profil thermique de la5 colonne d'absorption pour un exemple de calcul donné. L'évolution de la courbeenveloppe du gaz dans cette colonne permet d'éviter la formation d'une phase d'hydrocarbures liquides: quelle que soit l'étage considéré, la température est telle que le gaz se situe très loin de son point de rosée hydrocarbure.
0 Dans toute la suite de la description, on emploie indifféremment l'expression "zone de contact" ou l'expression "contacteur" pour désigner la partie du dispositif où l'on met en contact un fluide à traiter avec un solvant sélectif vis-à-vis des gaz acides.
De même, I'expression "phase solvant riche" correspond à une phase solvant enrichie en gaz acides et "phase solvant pauvre" à une phase solvant appauvrie en gaz acides au cours du procédé.
La présente invention concerne un procédé de traitement d'un fluide tel qu'un gaz contenant au moins un gaz acide et au moins un hydrocarbure, dans le but de débarrasser au moins en partie ledit fluide des gaz acides.
Il se caractérise en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes:
~ on met en contact ledit gaz à traiter par exemple à l'intérieur d'un contacteur avec une phase solvant sélective vis à vis desdits gaz acides, telle qu'un mélange de solvant polaire et d'eau, et simultanément ~ on produit à l'intérieur du contacteur un gradient de température pour éviter la condensation d'une phase hydrocarbure liquide et obtenir en sortie dudit contacteur un gaz traité appauvri en gaz acides et une phase solvant enrichie en gaz acides, ledit gradient de température étant déterminé en fonction dudit gaz à traiter.
Le solvant est par exemple un solvant polaire physique.
On envoie, par exemple, le mélange de solvant et d'eau à contre-courant du gaz àtraiter, le gaz à traiter étant introduit à une température initiale Tg et le mélange solvant à
une température initiale Tm, les valeurs de température Tg et Tm étant choisies pour générer le gradient nécessaire à l'intérieur du contacteur, et Tg étant supérieure à Tm.
On peut prélever au moins une fraction dudit gaz à traiter à un niveau de température Ti, refroidir ladite fraction de gaz prélevée en effectuant un échange de chaleur avec au moins une fraction du gaz traité et la réinjecter à un niveau detempérature inférieur à Ti.
CA 022~2041 1998-11-18 On utilise par exemple au moins une fraction du gaz traité débarrassé en majorité
des gaz acides pour réfrigérer le gaz à traiter en faisant circuler ladite fraction prélevée à
contre-courant dudit gaz à traiter.
L'écart de température entre la tête et le fond dans la colonne d'absorption peut varier, en valeur absolue, entre 5 et 150 ~C et de préférence entre 30 et 100 ~C.
On peut régénérer la phase solvant enrichie en gaz acides en réalisant une simple détente.
Selon un autre mode de mise en oeuvre, on régénère la phase solvant enrichie en gaz acides par un procédé de distillation-à une pression inférieure à la pression 10 d'absorption.
On peut régénérer au moins en partie la phase solvant enrichie en gaz acides en la détendant et en la mettant en contact avec au moins une fraction de phase solvant régénérée et en produisant un gaz ayant une teneur en gaz acides contrôlée.
Selon un autre mode de réalisation, on régénère au moins en partie la phase solvant enrichie en gaz acides par un procédé de distillation avec échange simultané de chaleur entre ladite phase solvant qui est chauffée progressivement par la phase solvant qui est issue de ladite régénération qui est refroidie en circulant à contre-courant de la phase solvant qui est régénérée.
On peut effectuer une purge de l'eau accumulée en cours de procédé dans la 20 phase solvant.
L'invention concerne aussi un dispositif de traitement d'un fluide tel qu'un gazcomportant au moins un gaz acide et au moins un hydrocarbure.
Il est caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison:
25 ~ au moins un conduit d'introduction dudit gaz à traiter, ~ au moins un conduit d'introduction d'un fluide capable de capter les gaz acides, ~ Iesdits conduits d'introduction étant reliés à une enceinte ou contacteur, ledit contacteur étant adapté pour fonctionner avec un gradient de température sur au moins une partie de la longueur de l'enceinte pour obtenir en sortie un gaz appauvri en gaz acides évacué par un conduit et une phase solvant enrichie en gaz acides soutirée par un conduit.
Le contacteur peut comporter des moyens de prélèvement et de réinjection du fluide etlou du gaz circulant à l'intérieur dudit contacteur.
Le dispositif comporte, par exemple, un circuit permettant de purger au moins une 35 partie de l'eau accumulée dans le fluide capable de capter les gaz acides.
CA 022~2041 1998-11-18 Le dispositif et le procédé décrit précédemment sont utilisés pour le traitement d'un gaz naturel comportant des gaz acides tels que CO2 eVou H2S.
L'invention et ses caractéristiques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre illustratif et non limitatif annexée des figures représentant respectivement:
~ Ia figure 1 représente l'évolution des courbes enveloppées d'un gaz, dans une colonne d'absorption à gradient thermique, 0 ~ Ia figure 2 schématise le principe du procédé selon l'invention, ~ Ies figures 3 à 5 décrivent des modes de réalisation présentant différentes étapes de régénération du solvant, ~ Ies figures 6 et 7 schématisent des exemples d'intégration énergétique autour du contacteur, 15 ~ Ia figure 8 présente un exemple de schéma permettant d'éliminer l'eau accumulée dans le solvant, ~ Ia figure 9 schématise un exemple de mise en oeuvre du procédé.
Le principe du procédé selon l'invention est décrit en relation avec le schéma de la 20 figure 2 qui présente un exemple de réalisation d'un agencement de dispositif appliqué, par exemple, au traitement d'un gaz naturel pour le désacidifier.
Le gaz naturel à traiter, renfermant des gaz acides et au moins un hydrocarbure est envoyé par le conduit 1 dans la colonne d'absorption ou zone de contact C1 où il est mis en contact par exemple, à contre-courant avec un mélange de solvant et d'eau froid qui 25 arrive par le conduit 2, la phase solvant comportant, par exemple, au moins un solvant polaire. On génère à l'intérieur de la zone de contact C1 un gradient de température déterminé en fonction du diagramme de phases du gaz à traiter (figure 1) de façon à
éviter la condensation d'une phase hydrocarbure contenant des gaz acides à l'intérieur de cette zone. A l'intérieur de la zone de contact, les gaz acides sont absorbés de façon 30 sélective dans la phase solvant.
On évacue dans la partie supérieure du contacteur C1, par le conduit 3, une phase gazeuse appauvrie en gaz acides.
Dans la partie inférieure de la zone de contact ou contacteur C1, on soutire, par un conduit 4, une phase solvant chargée en gaz acides.
Le gradient de température est généré par exemple en introduisant le gaz à traiter en fond du contacteur C1 à une température comprise entre 10 et 50~C, et le mélange de solvant et d'eau en tête du contacteur à une température comprise entre 0 et -50~C.
CA 022~2041 1998-11-18 Avantageusement, on contrôle le débit et la température du solvant envoyé en tête de la colonne d'absorption de façon à obtenir une concentration souhaitée en gaz acide dans le gaz traité et à éviter la condensation d'hydrocarbures dans le contacteur.
La phase solvant issue du contacteur C1 est détendue à travers la vanne de détente V1, envoyée à un ballon séparateur B1 qui permet de la séparer en une phase solvant partiellement régénérée soutirée en fond par un conduit 5 et une phase gazeuse soutirée par un conduit 6 en tête de ballon. Cette phase gazeuse contient des gaz acides et des hydrocarbures coabsorbés. Elle peut éventuellement être utilisée comme fuel gaz ou être recomprimée puis recyclée vers le contacteur C1.
La teneur en eau de la phase solvant peut être de préférence d'au moins 10% en fraction massique.
La phase solvant partiellement régénérée et issue du ballon B1 par le conduit 5 est détendue à travers une vanne V2, puis envoyée dans un ballon B2 qui effectue la s séparation entre la phase solvant soutirée en fond par un conduit 7 et la phase gazeuse soutirée en tête par un conduit 8. La phase solvant est détendue à travers une vanne V3, puis envoyée dans un ballon séparateur B3 qui effectue la séparation entre une phase solvant soutirée en fond de ballon par un conduit 9 et une phase gazeuse soutirée en tête par un conduit 10.
Les phases gazeuses évacuées par les conduits 6, 8 et 10 sont riches en gaz acides.
La phase solvant issue du ballon B3 est suffisamment appauvrie en gaz acides pour être recyclée vers le contacteur C1. Au préalable, il peut être nécessaire de soutirer au moins une partie du solvant par un conduit 11 pour éviter l'accumulation d'eau apporté
par le gaz à traiter introduit par le conduit 1. Le reste de solvant est ensuite repris par une pompe P1 de recyclage, mélangé à un appoint de solvant arrivant par un conduit 13 afin de compenser les pertes en solvant, dans le gaz désacidifié, dans les gaz acides produits et éventuellement dans le conduit de purge 11 si celui-ci n'est pas recyclé après élimination de l'eau qu'il contient. Le mélange résultant circule dans un conduit 14, est refroidi dans un échangeur E1 à l'aide d'un fluide auxiliaire de refroidissement externe, par exemple, et recyclé vers la zone de contact C1 par le conduit 2.
Le procédé de traitement selon l'invention comporte principalement au moins les étapes suivantes:
~ on met en contact à l'intérieur d'une colonne d'absorption le gaz à traiter avec un fluide sélectif vis-à-vis des gaz acides, par exemple un mélange de solvant polaire et d'eau, et ~ on génère un gradient de température à l'intérieur de cette colonne d'absorption pour réaliser l'absorption des gaz acides sans condensation des hydrocarbures ou des gaz CA 022~2041 1998-11-18 acides, ou tout au moins si une telle condensation se produit, la phase liquide condensée se présente en quantité infime, ~ on obtient un gaz traité appauvri en gaz acides et une phase solvant enrichie en gaz acides.
L'absorption et le gradient de température peuvent être obtenus en faisant circuler à contre-courant le gaz à traiter introduit en fond de contacteur à une température Tg et le mélange solvant-eau introduit en tête de colonne à une température Tm, avec Tm < Tg.
La différence de température ¦ Tm - Tg ¦ peut être comprise entre 5 et 1 00~C.
La valeur de pression régnant dans la colonne d'absorption peut être comprise entre 1 et 20 MPa.
La figure 3 illustre une variante de réalisation de l'étape de régénération où l'on utilise une colonne à distiller C2 disposée après le ballon B1 de la figure 2 permettant de réaliser une régénération plus poussée de la phase solvant, que celle obtenue en utilisant le schéma de la figure 2.
Le solvant partiellement régénéré issu du ballon B1 est détendu à travers la vanne V2 puis réchauffé dans un échangeur E2 avant d'être introduit par un conduit 20 par exemple en milieu de la colonne à distiller C2.
Les gaz acides produits par distillation sont évacués en tête de colonne C2 par un 20 conduit 21, refroidi dans un échangeur E3 et envoyé vers un ballon de décantation ou séparation D1. A l'issue de ce ballon de décantation, une fraction des gaz acides est évacuée par un conduit 23, et la phase liquide comprenant la phase solvant condensée est renvoyée par un conduit 22 dans la colonne de distillation C2 pour être utilisée comme reflux.
La phase solvant régénérée est soutirée en fond de colonne de distillation C2 par un conduit 24, refroidie dans un échangeur E2 avant d'être envoyée par un conduit 25 vers le conduit de purge 11 et la pompe de recyclage P1 selon un schéma identique à
celui décrit en relation avec la figure 2.
La figure 4 illustre une variante de réalisation du dispositif de la figure 3 où le ballon séparateur B1 est équipé d'une zone de contact ayant pour fonction d'assurer unespécification en gaz acide sur le flux gazeux soutiré par le conduit 6.
Pour cela, une fraction de la phase solvant régénérée et recyclée selon le schéma de la figure 3 est prélevée et envoyée par un conduit 26 situé en tête de la zone de 35 contact 27 du ballon B1.
A l'intérieur de cette zone de contact 27, on réalise l'absorption d'une partie des gaz acides à l'aide d'une quantité de solvant déterminée pour obtenir par le conduit 6 un CA 022~2041 1998-11-18 effluent gazeux ayant une teneur en gaz acides contrôlée et choisie en fonction d'une spécification souhaitée.
La figure 5 illustre un autre mode de régénération du solvant. L'échangeur E2 de la s figure 3 est remplacé par un échangeur strippeur ES1 qui réalise une distillation avec échange simultané de chaleur entre la phase solvant riche introduite par le conduit 7 au niveau de la partie supérieure de l'échangeur strippeur ES1 qui est chauffée progressivement et la phase solvant issue de l'étape de régénération, envoyée dans la partie inférieure par le conduit 24 provenant de la colonne de distillation C2 et qui est lO refroidie en circulant à contre courant de la phase solvant qui est régénérée.
En sortie de l'échangeur strippeur ES1, on obtient en fond une phase solvant riche envoyée par le conduit 20 vers la colonne de distillation C2, en tête un gaz riche évacué
par un conduit 28, et dans la partie supérieure de la colonne la phase solvant régénérée soutirée par un conduit 29 relié à la pompe de recyclage P1.
L'échange interne de chaleur décrit précédemment entre la phase solvant riche engaz acides et la phase solvant pauvre en gaz acides peut être réalisée au moyen de différents dispositifs.
L'échangeur intégré ES1 peut être de type à tubes et calandre. Dans ce cas, la phase solvant régénérée et soutirée à la base de la colonne C2 circule à l'intérieur des tubes, la distillation s'effectue à l'extérieur des tubes et à l'intérieur de la calandre.
L'échangeur stripper ES1 peut être alors à plateaux, les tubes étant placés au dessus de chaque plateau, de manière à être noyés par la phase solvant riche à
2s récupérer circulant sur chaque plateau.
L'échangeur stripper ES1 peut être à contact continu, la phase solvant riche ruisselant alors sur les tubes.
La phase solvant régénérée soutirée à la base de la colonne C2 peut également circuler à l'extérieur des tubes et à l'intérieur de la calandre. La distillation est alors effectuée à l'intérieur des tubes, qui sont de préférence verticaux et pourvus d'un garnlssage Interne.
Pour les colonnes d'absorption eVou l'échangeur strippeur décrits aux figures précédentes, on peut aussi utiliser un échangeur à plaques verticales. Les espaces entre les différentes plaques sont occupés alternativement par la phase solvant régénérée soutirée à la base de la colonne C2 et par la phase solvant ainsi que la phase vapeur générée circulant à contre-courant dans la colonne au cours du processus de distillation.
Il est, par exemple, de type échangeur en aluminium brasé ou de type échangeur en CA 022~2041 1998-11-18 acier inoxydable, les plaques étant soudées soit bord à bord soit par diffusion métallique sur toute la surface de contact entre plaques.
La figure 6 présente un exemple de réalisation de l'étape d'absorption où l'on utilise s le gaz traité froid pour refroidir au moins en partie le gaz à traiter circulant dans la colonne d'absorption. Le gaz est soutiré, au cours du traitement, au niveau d'un plateau de la colonne C1 ou entre deux zones de garnissage de la colonne C1 par un conduit 30 refroidi dans un échangeur E4 par le gaz traité évacué par le conduit 3, puis réintroduit dans la colonne C2 par un conduit 31. Les niveaux de soutirage et d'injection, ainsi que o leur nombre sont déterminés le long de la colonne pour optimiser la récupération de frigories sur le gaz traité récupéré dans le conduit 3.
La figure 7 présente une autre variante de réalisation de l'étape d'absorption où l'on réalise un échange simultané de chaleur entre le gaz traité qui est chauffé
progressivement et le gaz à traiter mis en contact avec le solvant, qui est refroidi en circulant à contre courant. Ce type d'échange thermique peut être réalisé au moyen de différents dispositifs qui ont été explicités précédemment en relation avec la figure 5.
Le gaz traité issu de la colonne d'absorption C1 par le conduit 3, est renvoyé par ce même conduit en tête de colonne dans laquelle il circule à contre-courant du gaz introduit ~o en fond de colonne par le conduit 1. Après avoir échangé ses frigories avec le gaz à
traiter, il ressort réchauffé par un conduit 33, par exemple situé en bas de colonne.
Le gaz à traiter pouvant contenir de l'eau, sous différentes formes, dans certains cas, il peut s'avérer nécessaire d'éliminer cette eau pour éviter son accumulation dans la 2s phase solvant.
La figure 8 représente un schéma de purge permettant d'éliminer l'eau qui s'est accumulée dans la phase solvant au cours du traitement et qui comporte un contacteur C3 disposé en aval du contacteur C1 à gradient thermique.
Le gaz brut à traiter est divisé en deux fractions passant respectivement dans des conduits 35 et 36.
Une première fraction passe par le conduit 36 qui rejoint le conduit 1 (figure 1) d'introduction du gaz dans le contacteur C1.
La seconde fraction de gaz à traiter est envoyée par le conduit 35 dans la partie 35 inférieure du contacteur C3.
La phase solvant chargée en eau provenant du conduit de purge 11 (figure 1) est introduite en tête du contacteur C3 à l'aide d'une pompe P2 et d'un conduit 34.
CA 022~2041 1998-11-18 En sortie de contacteur C3, on récupère un gaz chargé en solvant évacué en tête par un conduit 38 qui communique avec le conduit d'introduction 1 et une phase aqueuse pratiquement exempte de solvant qui est évacuée en fond de contacteur par un conduit 37.
s La présente invention sera mieux comprise à l'aide d'un exemple non limitatif detraitement de gaz décrit ci-après.
Cet exemple, décrit en relation avec la figure 9, permet de désacidifier un gaz 0 naturel à très forte teneur en CO2.
Le gaz naturel à traiter a, par exemple, la composition suivante donnée en %
molaires:
AZOTE 1.20 DIOXYDE DE CARBONE 70.50 HYDROGENE SULFURE 0.21 METHANE 27.64 ETHANE 0.24 PROPANE 0.1 0 ISOBUTANE 0.02 BUTANE 0.02 ISOPENTANE 0.01 PENTANE 0.01 Ce gaz est saturé en eau à la température de 30 ~C et a une pression de 7MPa. Il a un débit molaire de 22400 kmol/h. Ce gaz issu est divisé en deux fractions dans les conduits 35 et 36. Le gaz du conduit 35 est envoyé dans le contacteur C3 et à un débit molaire de 17000 kmol/h. A contre-courant on injecte par le conduit 34 une fraction de solvant contenant environ 6 kmol/h d'eau et 54 kmol/h de méthanol. En fond de contacteur C3, on soutire par le conduit 37 un débit de 17 kmol/h d'eau contenant environ 200 ppm molaire de méthanol.
Le gaz issu de la tête du contacteur C3, chargé en méthanol, est mélangé au gaz du conduit 36, puis au gaz recyclé issu du ballon de régénération B1 par un conduit 40. Il est ensuite envoyé dans le contacteur C1. En tête du contacteur C1, on injecte par le 2s conduit 2 un solvant contenant environ 5500 kmol/h d'eau et 49500 kmol/h de méthanol à
une température de -30~C. Dans ces conditions, le contacteur C1 est opéré avec un gradient thermique de 23~C en fond à -23~C en tête. Le gaz traité est soutiré en tête de CA 022~2041 1998-11-18 contacteur C1 par le conduit 3. Il a un 3é8it de 6603 kmol/h et contient environ 87 %
molaire de méthane et 8 % molaire de CO2. Ce gaz est réchauffé dans l'échangeur E à
une température de 50~C, avant d'être évacué par un conduit 41.
Le solvant riche est soutiré du contacteur C1 par le conduit 4. Il est détendu à une 5 pression de 3,5 MPa à travers la vanne V1. En sortie du ballon séparateur B1 on soutire par le conduit 5 une phase solvant et une phase gazeuse évacuée par le conduit 6. La phase gazeuse contenant environ 6800 kmol/h de CO2 et 1300 kmol/h de méthane estcomprimée à 7 MPa par un compresseur K puis refroidie à 30~C par un échangeur E pour être recyclée à la base du contacteur C1 par le conduit 40.
Le solvant du conduit 5 est détendu à une pression de 1 MPa à travers la vanne V2, est séparé dans le ballon B2 en une phase gazeuse soutirée par le conduit 8 et une phase solvant soutirée par le conduit 7. Le gaz du conduit 8 a un débit de 10153 kmol/h et une concentration de 95 % molaire de CO2.
Le solvant est à nouveau détendu à une pression de 0,2 MPa à travers la vanne 15 V3, séparé dans le ballon B3 en une phase gazeuse soutirée par le conduit 10 et une phase solvant soutirée par le conduit 9. Le gaz du conduit 10 a un débit de 5666 kmol/h et une concentration de 98,5 % molaire de CO2.
Une fraction du solvant est soutirée par le conduit de purge 11, envoyée vers lapompe P2, pour être injectée dans le contacteur C3 par le conduit 34. L'autre fraction du 20 solvant est envoyée vers la pompe P1, refroidie dans l'échangeur E1 à -30~C avant d'être introduite dans le contacteur C1 par le conduit 2.
Le procédé permet d'éliminer les gaz acides contenus dans un gaz naturel mais également ceux inclus dans un gaz de raffinerie ou dans tout effluent gazeux contenant 25 simultanément des hydrocarbures et des gaz acides. Il permet d'éliminer des gaz acides tels que H2S et CO2 et également des mercaptans de formule chimique R-SH, le COS et le CS2 Les différentes étapes du procédé selon l'invention peuvent être réalisées dans des 30 colonnes munies de zone de contact permettant d'effectuer un transfert de matière entre les phases gazeuses et les phases liquides. Pour ce faire, ces zones de contacts peuvent être équipées de plateaux perforés, à cloches, à clapets ou dans des zones de contacts continus contenant un garnissage. Ce garnissage peut être constitué d'éléments en vrac tel que par exemple des anneaux Raschig, des anneaux Pall, des selles de Berl ou35 encore d'autres garnissages connus de l'homme de métier. Il peut être également constitué de garnissage structuré formé par des toiles, des tricots, ou des tôles pouvant être perforées ou munies de corrugations et/ou formant des canaux qui permettentd'accroître l'efficacité.
CA 022~2041 1998-11-18 Ces plateaux ou ces garnissages peuvent être réalisés dans différents matériaux tels que céramique, aluminium, acier inoxydable, matière plastique.
Le fluide sélectif vis-à-vis des gaz acides peut comporter un solvant polaire choisi parmi le méthanol, un alcool, un éther, un éther de polyéthylène glycol, du carbonate de 5 propylène.
Il est aussi possible, sans sortir du cadre de l'invention, d'utiliser un solvant formé
par deux solvants polaires, ou encore un solvant polaire et une amine.
. ,
Claims (14)
1 - Procédé de traitement d'un fluide tel qu'un gaz contenant au moins un gaz acide et au moins un hydrocarbure, dans le but de débarrasser au moins en partie ledit fluide des gaz acides caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes:
~ on met en contact ledit gaz à traiter avec une phase sélective vis à vis du ou desdits gaz acides, telle qu'un mélange de solvant polaire et d'eau, et simultanément ~ on produit un gradient de température pour éviter la condensation d'une phase hydrocarbure liquide et obtenir un gaz traité appauvri en gaz acides et une phase solvant enrichie en gaz acides, ledit gradient de température étant déterminé enfonction dudit gaz à traiter.
~ on met en contact ledit gaz à traiter avec une phase sélective vis à vis du ou desdits gaz acides, telle qu'un mélange de solvant polaire et d'eau, et simultanément ~ on produit un gradient de température pour éviter la condensation d'une phase hydrocarbure liquide et obtenir un gaz traité appauvri en gaz acides et une phase solvant enrichie en gaz acides, ledit gradient de température étant déterminé enfonction dudit gaz à traiter.
2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on envoie le mélange de solvant et d'eau à contre-courant du gaz à traiter, le gaz à traiter étant introduit à une température initiale Tg et le mélange solvant à une température initiale Tm, les valeurs de température Tg et Tm étant choisies pour générer le gradient nécessaire à l'intérieur du contacteur, et Tg étant supérieure à Tm.
3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on prélève au moins une fraction dudit gaz à traiter à un niveau de température Ti, on refroidit ladite fraction de gaz prélevée en effectuant un échange de chaleur avec au moins une fraction du gaz traité et on la reinjecte à un niveau de température inférieur à Ti.
4 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on utilise au moins une fraction du gaz traité débarrassé en majorité des gaz acides pour réfrigérer le gaz à traiter en faisant circuler ladite fraction prélevée à contre-courant dudit gaz à traiter.
5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on génère à
l'intérieur du contacteur un écart de température variant, en valeur absolue, entre 5 et 150 °C, et de préférence entre 30 et 100 °C.
l'intérieur du contacteur un écart de température variant, en valeur absolue, entre 5 et 150 °C, et de préférence entre 30 et 100 °C.
6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on régénère la phase solvant enrichie en gaz acides par simple détente.
7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on régénère la phase solvant enrichie en gaz acides par un procédé de distillation à une pression inférieure à la pression d'absorption.
8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on régénère au moins en partie la phase solvant enrichie en gaz acides en la détendant et en la mettant en contact avec au moins une fraction de phase solvant régénérée et en produisant un gaz ayant une teneur en gaz acides contrôlée.
9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on régénère au moins en partie la phase solvant enrichie en gaz acides par un procédé de distillation avec échange simultané de chaleur entre ladite phase solvant qui est chauffée progressivement par la phase solvant qui est issue de ladite régénération qui est refroidie en circulant à contre-courant de la phase solvant qui est régénérée.
10 - Procédé selon l'une des revendications, caractérisé en ce que l'on effectue une purge de l'eau accumulée en cours de procédé dans la phase solvant.
11 - Dispositif de traitement d'un fluide tel qu'un gaz comportant au moins un gaz acide et au moins un hydrocarbure comportant au moins un conduit d'introduction (1) dudit gaz à
traiter, et au moins un conduit d'introduction (2) d'un fluide capable de capter les gaz acides, caractérisé en ce que lesdits conduits d'introduction (1) et (2) sont reliés à une enceinte (C1) ou contacteur, ledit contacteur étant adapté pour fonctionner avec un gradient de température sur au moins une partie de la longueur de l'enceinte (C1) pour obtenir en sortie un gaz appauvri en gaz acides évacué par un conduit (3) et une phase solvant enrichie en gaz acides soutirée par un conduit (4).
traiter, et au moins un conduit d'introduction (2) d'un fluide capable de capter les gaz acides, caractérisé en ce que lesdits conduits d'introduction (1) et (2) sont reliés à une enceinte (C1) ou contacteur, ledit contacteur étant adapté pour fonctionner avec un gradient de température sur au moins une partie de la longueur de l'enceinte (C1) pour obtenir en sortie un gaz appauvri en gaz acides évacué par un conduit (3) et une phase solvant enrichie en gaz acides soutirée par un conduit (4).
12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit contacteur comporte des moyens de prélèvement et de réinjection du fluide et/ou du gaz circulant à l'intérieur dudit contacteur.
13 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit (11, C3) permettant de purger au moins une partie de l'eau accumulée dans le fluide capable de capter les gaz acides.
14 14 - Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 10 et du dispositif selon l'une des revendications 11 à 13 pour le traitement d'un gaz naturel comportant des gaz acides tels que CO2 et/ou H2S.
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