CA2369350C - Procede de desacidification d'un gaz avec lavage des hydrocarbures desorbes lors de la regeneration du solvant - Google Patents
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Abstract
Dans le cadre d'un procédé mettant en oeuvre deux sections d'absorption pour traiter un gaz naturel chargé en CO2 et/ou H2S ainsi qu'en mercaptans, COS et/ou CS2, la présente invention propose de laver les hydrocarbures gazeux désorbés lors de la détente du solvant issu de la première section d'absorption avec le solvant issu de la seconde section d'absorption.
Description
PROCÉDÉ DE DÉSACIDIFICATION D'UN GAZ AVEC
LAVAGE DES- HYDROCARBURES DÉSORBÉS LORS DE LA
REGENERATION DU SOLVANT
L'invention concerne les procédés de désacidification du gaz naturel par mise en contact avec un solvant dans deux sections successives pour éliminer des composés acides tels que le dioxyde de carbone (CO2) et/ou du sulfure d'hydrogène (HZS.) puis des composés soufrés tels que des mercaptans, de l'oxysulfure de carbone (COS) et/ou du disulfure de carbone (CS2).
L'invention propose un procédé de lavage des hydrocarbures désorbés lors de la régénération du solvant.
Le brevet FR-B-2.600.554 propose une technologie adaptée à
l'élimination des composés soufrés polluant un gaz naturel déjà chargé en CO2 et/ou H2S. Le principe consiste à mettre en oeuvre deux sections d'absorption.
Dans la première section d'absorption, le CO2 et/ou H2S sont captés par un solvant totalement régénéré. Les conditions opératoires. de cette section sont déterminées de façon à éliminer la majeure partie du C02 et/ou de l'HZS. Le gaz alors obtenu est toujours chargé en composés soufrés. Il est ensuite dirigé
vers une seconde section d'absorption dans laquelle il est mis en contact avec un solvant de nature identique à celui employé dans la première section d'absorption. Cette seconde section opère à une pression, aux pertes de charge près, similaire à celle de la première section d'absorption, mais à une température inférieure de façon à favoriser l'absorption des composés soufrés.
Le brevet FR-B-2.600.554 propose une régénération séparée des deux fractions de solvant issues des deux sections d'absorption. Le solvant issu de la première section d'absorption est détendu pour libérer les hydrocarbures
LAVAGE DES- HYDROCARBURES DÉSORBÉS LORS DE LA
REGENERATION DU SOLVANT
L'invention concerne les procédés de désacidification du gaz naturel par mise en contact avec un solvant dans deux sections successives pour éliminer des composés acides tels que le dioxyde de carbone (CO2) et/ou du sulfure d'hydrogène (HZS.) puis des composés soufrés tels que des mercaptans, de l'oxysulfure de carbone (COS) et/ou du disulfure de carbone (CS2).
L'invention propose un procédé de lavage des hydrocarbures désorbés lors de la régénération du solvant.
Le brevet FR-B-2.600.554 propose une technologie adaptée à
l'élimination des composés soufrés polluant un gaz naturel déjà chargé en CO2 et/ou H2S. Le principe consiste à mettre en oeuvre deux sections d'absorption.
Dans la première section d'absorption, le CO2 et/ou H2S sont captés par un solvant totalement régénéré. Les conditions opératoires. de cette section sont déterminées de façon à éliminer la majeure partie du C02 et/ou de l'HZS. Le gaz alors obtenu est toujours chargé en composés soufrés. Il est ensuite dirigé
vers une seconde section d'absorption dans laquelle il est mis en contact avec un solvant de nature identique à celui employé dans la première section d'absorption. Cette seconde section opère à une pression, aux pertes de charge près, similaire à celle de la première section d'absorption, mais à une température inférieure de façon à favoriser l'absorption des composés soufrés.
Le brevet FR-B-2.600.554 propose une régénération séparée des deux fractions de solvant issues des deux sections d'absorption. Le solvant issu de la première section d'absorption est détendu pour libérer les hydrocarbures
2 coabsorbés et pour éliminer une fraction des gaz acides absorbés. Le solvant partiellement régénéré par détente est ensuite introduit dans une colonne de régénération classique. Les gaz acides sont désorbés et récupérés en tête de la colonne de régénération. Le solvant parfaitement régénéré est ensuite renvoyé
vers un ballon de stockage alimentant les deux sections d'absorption. Le solvant issu de la seconde section d'absorption est régénéré uniquement par détente, dans la mesure où il est essentiellement chargé en composés soufrés.
Le solvant est avantageusement chauffé avant la détente. Le solvant régénéré*
ainsi obtenu est ensuite envoyé vers le ballon de stockage alimentant les deux sections d'absorption. Les deux fractions gazeuses obtenues lors de la détente des deux fractions de solvant issues des deux sections d'absorption sont ensuite mélangées.
Cependant, la régénération de la solution absorbante selon le brevet FR-B-2.600.554 présente un inconvénient. En effet, lors de la détente du solvant issu de la première section d'absorption, une quantité non négligeable de composés acides (C02 et H2S) est libérée avec les hydrocarbures coabsorbés.
L'effluent gazeux ainsi obtenu est généralement inutilisable, car sa concentration en composés acides dépasse les spécifications imposées en vue d'une éventuelle utilisation en tant que gaz combustible, ou d'une éventuelle commercialisation.
La présente invention a pour but de proposer un traitement pour débarrasser ledit effluent gazeux des composés acides.
Etant donné qu'il s'agit d'éliminer le COZ et/ou l'H2S présent dans l'effluent gazeux, les procédés classiques, dont un exemple est donné dans le brevet EP-B-021.479; proposent un lavage par mise en contact de l'effluent gazeux avec une fraction de solvant parfaitement régénéré. Cette configuration
vers un ballon de stockage alimentant les deux sections d'absorption. Le solvant issu de la seconde section d'absorption est régénéré uniquement par détente, dans la mesure où il est essentiellement chargé en composés soufrés.
Le solvant est avantageusement chauffé avant la détente. Le solvant régénéré*
ainsi obtenu est ensuite envoyé vers le ballon de stockage alimentant les deux sections d'absorption. Les deux fractions gazeuses obtenues lors de la détente des deux fractions de solvant issues des deux sections d'absorption sont ensuite mélangées.
Cependant, la régénération de la solution absorbante selon le brevet FR-B-2.600.554 présente un inconvénient. En effet, lors de la détente du solvant issu de la première section d'absorption, une quantité non négligeable de composés acides (C02 et H2S) est libérée avec les hydrocarbures coabsorbés.
L'effluent gazeux ainsi obtenu est généralement inutilisable, car sa concentration en composés acides dépasse les spécifications imposées en vue d'une éventuelle utilisation en tant que gaz combustible, ou d'une éventuelle commercialisation.
La présente invention a pour but de proposer un traitement pour débarrasser ledit effluent gazeux des composés acides.
Etant donné qu'il s'agit d'éliminer le COZ et/ou l'H2S présent dans l'effluent gazeux, les procédés classiques, dont un exemple est donné dans le brevet EP-B-021.479; proposent un lavage par mise en contact de l'effluent gazeux avec une fraction de solvant parfaitement régénéré. Cette configuration
3 classique entraîne en conséquence une augmentation du débit global de solvant, et une augmentation de la consommation des utilités nécessaires à la régénération de la solution absorbante.
Dans le cadre d'un procédé mettant en oeuvre deux sections d'absorption pour traiter un gaz naturel chargé en CO2 et/ou H2S ainsi qu'en mercaptans, COS et/ou CS2, la présente invention propose de laver les hydrocarbures gazeux désorbés lors de la détente du solvant issu de la première section d'absorption avec le solvant issu de la seconde section d'absorption.
La présente invention concerne un procédé de désacidification d'un gaz naturel chargé en composés acides comprenant au moins des composés du groupe dioxyde de carbone et sulfure d'hydrogène et en composés soufrés comprenant au moins un des composés du groupe mercaptans, COS et CS2, comportant les étapes suivantes :, a) on contacte ledit gaz naturel avec un solvant régénéré dans une section d'absorption primaire pour produire un gaz pauvre en composés acides et un solvant chargé en composés acides et contenant des hydrocarbures, b) on contacte ledit gaz pauvre en composés acides avec un solvant régénéré pour produire un gaz pauvre en composés acides et en composés soufrés et un solvant chargé en composés soufrés, c) on détend au moins une première fraction dudit solvant chargé en composés acides et contenant des hydrocarbures pour produire un effluent gazeux contenant des hydrocarbures et des composés acides et un solvant chargé en composés acides et débarrassé des hydrôcarbures,
Dans le cadre d'un procédé mettant en oeuvre deux sections d'absorption pour traiter un gaz naturel chargé en CO2 et/ou H2S ainsi qu'en mercaptans, COS et/ou CS2, la présente invention propose de laver les hydrocarbures gazeux désorbés lors de la détente du solvant issu de la première section d'absorption avec le solvant issu de la seconde section d'absorption.
La présente invention concerne un procédé de désacidification d'un gaz naturel chargé en composés acides comprenant au moins des composés du groupe dioxyde de carbone et sulfure d'hydrogène et en composés soufrés comprenant au moins un des composés du groupe mercaptans, COS et CS2, comportant les étapes suivantes :, a) on contacte ledit gaz naturel avec un solvant régénéré dans une section d'absorption primaire pour produire un gaz pauvre en composés acides et un solvant chargé en composés acides et contenant des hydrocarbures, b) on contacte ledit gaz pauvre en composés acides avec un solvant régénéré pour produire un gaz pauvre en composés acides et en composés soufrés et un solvant chargé en composés soufrés, c) on détend au moins une première fraction dudit solvant chargé en composés acides et contenant des hydrocarbures pour produire un effluent gazeux contenant des hydrocarbures et des composés acides et un solvant chargé en composés acides et débarrassé des hydrôcarbures,
4 d) on contacte ledit effluent gazeux contenant des hydrocarbures et des composés acides avec au moins une première fraction dudit solvant chargé en composés soufrés pour produire un gaz contenant des hydrocarbures et des composés soufrés et débarrassé des composés acides, et un solvant chargé en composés acides.
Le procédé selon l'invention peut également comporter au moins l'une des étapes e), f) ou g) :
e) on distille ledit solvant chargé en composés acides et débarrassé des hydrocarbures issu de l'étape c) et ledit solvant chargé en composés acides issu de l'étape d) pour obtenir un gaz contenant des composés acides et un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'une des étapes a) et b), f) on distille dans une colonne de distillation ledit solvant chargé en composés acides et débarrassé des hydrocarbures issu de l'étape c) et ledit solvant chargé en composés acides issu de l'étape d) pour obtenir un gaz contenant des composés acides et, à un niveau intermédiaire entre la tête et le fond de ladite colonne, un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'étape b), g) on détend ledit solvant chârgé en composés acides et débarrassé des hydrocarbures issu de ,l'étape c) pour produire un gaz chargé en composés acides et un solvant pauvre en composés acides.
Si le procédé selon l'invention comporte l'étape g), il peut également comporter l'étape h) :
h) on distille dans une colonne de distillation au moins une première fraction dudit solvant pauvre en composés acides issu de l'étape g) et ledit solvant chargé en composés acides pour produire un gaz contenant des composés acides et un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'une des étapes a) et b).
Si le procédé selon l'invention comporte l'étape h), il peut également
Le procédé selon l'invention peut également comporter au moins l'une des étapes e), f) ou g) :
e) on distille ledit solvant chargé en composés acides et débarrassé des hydrocarbures issu de l'étape c) et ledit solvant chargé en composés acides issu de l'étape d) pour obtenir un gaz contenant des composés acides et un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'une des étapes a) et b), f) on distille dans une colonne de distillation ledit solvant chargé en composés acides et débarrassé des hydrocarbures issu de l'étape c) et ledit solvant chargé en composés acides issu de l'étape d) pour obtenir un gaz contenant des composés acides et, à un niveau intermédiaire entre la tête et le fond de ladite colonne, un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'étape b), g) on détend ledit solvant chârgé en composés acides et débarrassé des hydrocarbures issu de ,l'étape c) pour produire un gaz chargé en composés acides et un solvant pauvre en composés acides.
Si le procédé selon l'invention comporte l'étape g), il peut également comporter l'étape h) :
h) on distille dans une colonne de distillation au moins une première fraction dudit solvant pauvre en composés acides issu de l'étape g) et ledit solvant chargé en composés acides pour produire un gaz contenant des composés acides et un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'une des étapes a) et b).
Si le procédé selon l'invention comporte l'étape h), il peut également
5 comporter l'étape i) :
i) on introduit ledit gaz chargé en composés acides issu de l'étape g) dans ladite colonne de distillation.
Si le procédé selon l'invention comporte l'étape g), il peut également comporter l'étape j ) :
j) on introduit une deuxième fraction dudit solvant pauvre en composés acides issu de l'étape g) dans ladite section d'absorption primaire.
Le procédé selon l'invention peut également comporter indifféremment au moins l'une des étapes k), 1), m) et n) :
k) on détend une deuxième fraction dudit solvant chargé en composés soufrés issu de l'étape d) pour produire un gaz et un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'une des étapes a) et b), 1) on refroidit une deuxième fraction dudit solvant chargé en composés acides et contenant des hydrocarbures issu de l'étape a), puis on la réintroduit dans ladite section d'absorption primaire, m) avant l'étape a), on contacte au moins une première fraction dudit gaz naturel avec une solution de méthanol dans de 'l'eau pour produire une fraction gazeuse chargée en méthanol, réunie avec la fraction restante dudit gaz naturel, qui est envoyée à l'étape a) avec ledit gaz naturel,
i) on introduit ledit gaz chargé en composés acides issu de l'étape g) dans ladite colonne de distillation.
Si le procédé selon l'invention comporte l'étape g), il peut également comporter l'étape j ) :
j) on introduit une deuxième fraction dudit solvant pauvre en composés acides issu de l'étape g) dans ladite section d'absorption primaire.
Le procédé selon l'invention peut également comporter indifféremment au moins l'une des étapes k), 1), m) et n) :
k) on détend une deuxième fraction dudit solvant chargé en composés soufrés issu de l'étape d) pour produire un gaz et un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'une des étapes a) et b), 1) on refroidit une deuxième fraction dudit solvant chargé en composés acides et contenant des hydrocarbures issu de l'étape a), puis on la réintroduit dans ladite section d'absorption primaire, m) avant l'étape a), on contacte au moins une première fraction dudit gaz naturel avec une solution de méthanol dans de 'l'eau pour produire une fraction gazeuse chargée en méthanol, réunie avec la fraction restante dudit gaz naturel, qui est envoyée à l'étape a) avec ledit gaz naturel,
6 n) après l'étape b), on refroidit ledit gaz pauvre en composés acides et en composés soufrés pour produire au moins une solution. de méthanol dans de l'eau qui est recyclée à l'étape m).
Le solvant mis en oeuvre par le. procédé de la présente invention peut notamment consister en une solution aqueuse comportant du méthanol et un mélange d'amine et d'alcanolamine représentant chacun de 0% à 60% en poids du solvant ou en une solution aqueuse comportant du sulfolane et un mélange d'amine et d'alcanolamine représentant chacun de 0% à 60% en poids du solvant.
La présente invention permet de laver l'effluent gazeux obtenu par détente du solvant- issu de la première section d'absorption avec un flux de solvant qui a préalablement été utilisé par le procédé pour absorber des composés soufrés. Ainsi, le lavage d'effluent gazeux ne nécessite pas d'augmenter le débit global de solvant utilisé par le procédé.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation de l'invention illustrée par les dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 schématise le procédé selon l'invention, - la, figure 2 schématise une variante du procédé de distribution du solvant régénéré, - la figure 3 représente une variante du procédé de régénération, - la figure 4 décrit une régénération à double détente, intégrée au procédé
selon l'invention, - la figure 5 représente une amélioration du fonctionnement de la colonne d'absorption primaire, CA 02369350 2002-01-31 _
Le solvant mis en oeuvre par le. procédé de la présente invention peut notamment consister en une solution aqueuse comportant du méthanol et un mélange d'amine et d'alcanolamine représentant chacun de 0% à 60% en poids du solvant ou en une solution aqueuse comportant du sulfolane et un mélange d'amine et d'alcanolamine représentant chacun de 0% à 60% en poids du solvant.
La présente invention permet de laver l'effluent gazeux obtenu par détente du solvant- issu de la première section d'absorption avec un flux de solvant qui a préalablement été utilisé par le procédé pour absorber des composés soufrés. Ainsi, le lavage d'effluent gazeux ne nécessite pas d'augmenter le débit global de solvant utilisé par le procédé.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation de l'invention illustrée par les dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 schématise le procédé selon l'invention, - la, figure 2 schématise une variante du procédé de distribution du solvant régénéré, - la figure 3 représente une variante du procédé de régénération, - la figure 4 décrit une régénération à double détente, intégrée au procédé
selon l'invention, - la figure 5 représente une amélioration du fonctionnement de la colonne d'absorption primaire, CA 02369350 2002-01-31 _
7 - la figure 6 schématise l'intégration du procédé selon l'invention dans un procédé de déshydratation, désacidification et de dégazolinage.
Toute technique visant à favoriser l'absorption du COZ et/ou l'HZS dans la section d'absorption primaire mettra en évidence l'importance de la configuration de procédé décrite par l'invention. En effet, l'augmentation de la quantité de COZ et/ou d'H2S absorbée dans la section d'absorption primaire conduira à augmenter l'efficacité de la section d'absorption secondaire destinée à éliminer les composés soufrés du gaz non absorbés dans la section d'absorption primaire. Une telle technique conduira aussi à l'augmentation de la concentration en C02 et/ou HZS dans l'effluent gazeux obtenu par détente du solvant issu de la première section d'absorption, et nécessitera la mise en osuvre de la présente invention.
Le procédé décrit par l'invention peut être utilisé pour la désacidification d'un gaz renfermant du CO2 et/ou l'H2S en quantité non négligeable, par exemple jusqu'à 70 pour-cent môle, ainsi qu'une proportion de mercaptans, COS et/ou CSZ pouvant atteindre plusieurs pour-cent mole. Le gaz à traiter peut être disponible à des pressions comprises entre 1 et 10 Mpa. Il peut par ailleurs contenir des traces de méthanol ou autre solvant organique provenant d'un traitement préalable.
L'invention décrite est applicable aux solvants consistant en une solution aqueuse d'un ou plusieurs composés basiques, notamment en une solution aqueuse d'une ou plusieurs amines (primaires, secondaires ou tertiaires) ou alcanolamines (primaires, secondaires ou tertiaires), présentant ou pas un encombrement stérique significatif. Le solvant peut également consister en un mélange d'une solution aqueuse d'un ou plusieurs composés basiques avec un ou plusieurs solvants organiques. On peut citer à titre ô
d'exemple le sulfolane, les polyéthylèneglycols purs ou en mélange en concentration pouvant être de 0 à 60 % poids. Le solvant présentera alors une teneur maximale en amine ou alcanolamine de 60 % poids.
Les solvants à caractère physique tels que, les solvants à base de méthanol, de polyéthylèneglycol ou de N-méthyl-2-pyrrolidone sont également utilisables par le procédé de la présente invention.
Les solvants classiques mis en osuvre dans les procédés tel que par exemple les procédés désignés par les marques UCARSOL, FLEXORB, SULFINOL, PURISOL, IFPEXOL, RECTISOL, SELEXOL, MORPHYSORB et aMDEA font partie du domaine d'application de l'invention.
Partant du principe que le domaine d'application privilégié est celui des gaz fortement chargés en gaz acides, le solvant mis en oruvre dans l'invention est avantageusement un mélange de méthanol, d'eau et d'un composé lourd présentant des capacités d'absorption physique ou chimique du C02 et/ou de l'H2S. Le composé lourd peut être un solvant polaire tel que le diméthylformamide (DMF), la N-méthylpyrrolidone (NMP) ou le diméthylsulfoxyde (DMSO). Le composé lourd peut être également un solvant chimique tel qu'une amine ou une alcanolamine primaire, secondaire, tertiaire, ou un mélange de ces dernières. On peut citer à titre indicatif la monoéthanolamine, la diéthanolamine, la diisopropanolamine, la diglycolàmine et la méthyldiéthanolamine. Le solvant présentera une teneur en méthanol comprise entre 0 et 70 % poids, et une teneur en amine comprise entre 0 et 60 % poids; de préférence moins de 50 % poids de méthanol et moins de 40 % d'amine. Le solvant peut contenir à la place de l'amine une teneur en alcanolamine comprise entre 0 et 60 % en poids. La présence de méthanol implique l'intégration de l'invention dans une technologie classique telle que décrite par le brevet FR-B-2.743.083.
Le procédé est décrit plus en détail ci-après en relation avec le schéma de la figure 1.
Le gaz à traiter arrivant par le conduit 1 est chargé en composés acides, ainsi qu'en composés soufrés. En fonction des opérations unitaires situées en amont de la section de désacidification, ce gaz peut être éventuellement chargé en méthanol. Il est introduit en fond de la section d'absorption primaire 2 par l'intermédiaire du conduit 1. Il est mis en contact avec un solvant introduit en tête de colonne par l'intermédiaire du conduit 6.
La température du solvant arrivant par le conduit 6 est contrôlée pàr, l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 35. Lès conditions opératoires de la section 2 (pression, température et débit de solvant) sont définies de façon à
réaliser une absorption suffisante du CO2 et/ou de l'H 2S. Le gaz issu de la section 2 par le conduit 3 est débarrassé de la majeure partie du CO2 et/ou de l'H2S, mais reste chargé en composés soufrés, COS et/ou CS2. Le solvant chargé
en composés acides, CO2 et/ou H2S, est évacué de la section 2 par le conduit 7.
Le gaz est alors introduit par le conduit 3 dans la section d'absorption secondaire 4, dans laquelle il est mis en contact avec un solvant de même nature que celui introduit dans la section d'absorption primaire 2. La température du solvant introduit en tête de la section 4 par le conduit 8 est contrôlée par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 34. Les conditions opératoires de la section 4 (pression, température et débit de solvant) sont définies de façon à absorber une quantité de composés soufrés suffisante pour garantir les spécifications imposées sur le gaz traité. Le gaz issu de la section 4 par le conduit 5 est débarrassé des composés acides et des composés soufrés.
Le solvant chargé en composés soufrés est évacué ~de la section 4 par le conduit 9.
Les pressions de fonctionnement des sections 2 et 4 correspondent, aux 5 pertes de charge près, à la pression du gaz dans le conduit 1. Les températures des solvants arrivant par les conduits 6 et 8 peuvent être comprises entre 20 et 70 C et dépendent de la température de rosée du gaz à traiter. La température du solvant arrivant par le conduit 8 est égale ou légèrement inférieure à
celle du solvant arrivant par le conduit 6. Le débit de solvant introduit dans la 10 section d'absorption primaire 2 est défini de façon à absorber une quantité
suffisante de C02 et/ou H2S. Le débit de solvant introduit dans la section d'absorption secondaire 4 est déterminé de façon à éliminer les composés soufrés résiduels dans le gaz. Ce débit de solvant introduit dans la section 4 peut varier dans de grandes proportions et peut représenter 20 à 100% du débit de solvant introduit dans la section d'absorption primaire 2.
Les deux sections d'absorption peuvent prendre la forme de deux colonnes de taille différentes, diamètres et hauteurs, et seront pourvues de plateaux ou de garnissages, en vracs ou structurés. Chacune de ces deux colonnes fonctionne à contre-courant. Les deux sections pourront avantageusement être les deux zones superposées d'une même colonne comme expliqué dans le brevet FR-B-2.600.554.
Le solvant arrivant par le conduit 7 est détendu dans le ballon de détente 10 à une pression intermédiaire entre la pression des sections d'absorption 2 et 4 et la pression de la colonne de régénération 18. Lors de cette détente, les hydrocarbures coabsorbés par ce solvant dans la section d'absorption primaire désorbent sous forme d'un effluent gazeux. L'effluent gazeux contenant les hydrocarbures est évacué du ballon 10 par le conduit 11, tandis que le solvant appauvri en hydrocarbures est évacué du ballon 10 par le conduit 15. L'effluent gazeux contient également une quantité de CO2 et/ou d'H2S qui dépend de la composition initiale du gaz à traiter 1 et des conditions opératoires de la section 2. L'effluent gazeux introduit par le conduit 11 dans la colonne de lavage 12 est mis en contact à contre-courant avec le solvant arrivant par le conduit 9. Dans la colonne de lavage 12, en raison de la compétitivité acido-basique entre les différents composés acides (COZ et/ou HZS) et composés soufrés (mercaptans, COS etJou CS2), les composés soufrés principalement absorbés de façon physique par le solvant sont désorbés et sortent en tête de la colonne 12 avec l'effluent gazeux par le conduit 13, tandis que les composés acides contenus dans l'effluent gazeux sont absorbés par le solvant qui sort en fond de la colonne 12 par le conduit 14.
La colonne de lavage peut comprendre des plateaux, des garnissages, en vrac ou structurés. La température du solvant introduit dans la colonne de lavage peut être comprise entre 40 et 80 C.
Les deux fractions de solvant chargées en composés acides arrivant par les conduits 14 et 15 sont mélangées puis introduites par l'intermédiaire des conduits successifs 16 et 17 dans la colonne de régénération 18. Cette colonne de régénération consiste en une colonne de distillation dans laquelle les composés acides sont strippés par les vapeurs du solvant maintenu à ébullition grâce à l'élément chauffant 19. Une fraction de solvant, prélevée en fond de la colonne 18 par le conduit 21, est amenée à l'élément chauffant 19 puis réintroduite dans le fond de la colonne 18 par le conduit 22. Les vapeurs de solvant sont évacuées en tête de colonne 18 par le conduit 24 puis condensées dans un échangeur de chaleur 25. Le condensat est envoyé par le conduit 26 dans le ballon séparateur 27. La fraction liquide obtenue en fond du ballon séparateur 27 est renvoyée à reflux par le conduit 29 dans la colonne 18, tandis que le gaz évacué en tête du ballon séparateur 27 par le conduit 28 contient essentiellement des composés acides, COZ et/ou H2S: Le solvant régénéré au fond de la colonne, débarrassé des composés acides, est évacué par le conduit 23.
La pression de fonctionnement de la colonne de régénération 18 est en général comprise entre 0,2 et 1 MPa. La température du fond de colonne peut être maintenue entre 100 et 150 C, ce qui conduit à une température comprise entre 80 et 120 C en tête de colonne. La température du condensat en sortie de l'échangeur 25 est en générale comprise entre 20 et -30 C.
Le solvant régénéré, obtenu en fond de la colonne 18,, est débarrassé
des composés acides COZ et H2S. Il est ensuite renvoyé vers les sections d'absorption primaire 2 et secondaire 4 par l'intermédiaire des conduits successifs 23 et 31, puis de la pompe 32 et enfin du conduit 33 qui alimente les échangeurs de chaleur 34 et 35. Le solvant à régénérer arrivant par le conduit 16 peut être préchauffé par le solvant régénéré arrivant par le conduit 23 dans l'échangeur de chaleur 30 par chauffage indirect. L'échangeur 30 sera de préférence installé, d'une part, entre les conduits 16 et 17, et d'autre part entre les conduits 23 et 31.
La figure 2 propose un autre mode de distribution du solvant régénéré
issu de la colonne 18 vers les sections d'absorption 2 et 4. Le procédé décrit en relation avec la figure 2 reprend certains éléments du procédé de la figure 1 et s'intègre dans celui-ci. En fond de la colonne 18, une fraction de solvant régénéré est soutirée puis introduite dans la section d'absorption primaire 2 par les intermédiaires successifs du conduit 81, de la pompe 83, du conduit 82 de l'échangeur de chaleur 35 et du conduit 6. A un niveau intermédiaire entre le fond et la tête de la colonne régénération 18, présentant des conditions thermodynamiques adéquates, une fraction de solvant régénéré est soutirée par le conduit 80. Cette fraction de solvant est dirigée par le conduit 80 vers la pompe 84, puis amenée à l'échangeur de chaleur 34 et introduite par le conduit
Toute technique visant à favoriser l'absorption du COZ et/ou l'HZS dans la section d'absorption primaire mettra en évidence l'importance de la configuration de procédé décrite par l'invention. En effet, l'augmentation de la quantité de COZ et/ou d'H2S absorbée dans la section d'absorption primaire conduira à augmenter l'efficacité de la section d'absorption secondaire destinée à éliminer les composés soufrés du gaz non absorbés dans la section d'absorption primaire. Une telle technique conduira aussi à l'augmentation de la concentration en C02 et/ou HZS dans l'effluent gazeux obtenu par détente du solvant issu de la première section d'absorption, et nécessitera la mise en osuvre de la présente invention.
Le procédé décrit par l'invention peut être utilisé pour la désacidification d'un gaz renfermant du CO2 et/ou l'H2S en quantité non négligeable, par exemple jusqu'à 70 pour-cent môle, ainsi qu'une proportion de mercaptans, COS et/ou CSZ pouvant atteindre plusieurs pour-cent mole. Le gaz à traiter peut être disponible à des pressions comprises entre 1 et 10 Mpa. Il peut par ailleurs contenir des traces de méthanol ou autre solvant organique provenant d'un traitement préalable.
L'invention décrite est applicable aux solvants consistant en une solution aqueuse d'un ou plusieurs composés basiques, notamment en une solution aqueuse d'une ou plusieurs amines (primaires, secondaires ou tertiaires) ou alcanolamines (primaires, secondaires ou tertiaires), présentant ou pas un encombrement stérique significatif. Le solvant peut également consister en un mélange d'une solution aqueuse d'un ou plusieurs composés basiques avec un ou plusieurs solvants organiques. On peut citer à titre ô
d'exemple le sulfolane, les polyéthylèneglycols purs ou en mélange en concentration pouvant être de 0 à 60 % poids. Le solvant présentera alors une teneur maximale en amine ou alcanolamine de 60 % poids.
Les solvants à caractère physique tels que, les solvants à base de méthanol, de polyéthylèneglycol ou de N-méthyl-2-pyrrolidone sont également utilisables par le procédé de la présente invention.
Les solvants classiques mis en osuvre dans les procédés tel que par exemple les procédés désignés par les marques UCARSOL, FLEXORB, SULFINOL, PURISOL, IFPEXOL, RECTISOL, SELEXOL, MORPHYSORB et aMDEA font partie du domaine d'application de l'invention.
Partant du principe que le domaine d'application privilégié est celui des gaz fortement chargés en gaz acides, le solvant mis en oruvre dans l'invention est avantageusement un mélange de méthanol, d'eau et d'un composé lourd présentant des capacités d'absorption physique ou chimique du C02 et/ou de l'H2S. Le composé lourd peut être un solvant polaire tel que le diméthylformamide (DMF), la N-méthylpyrrolidone (NMP) ou le diméthylsulfoxyde (DMSO). Le composé lourd peut être également un solvant chimique tel qu'une amine ou une alcanolamine primaire, secondaire, tertiaire, ou un mélange de ces dernières. On peut citer à titre indicatif la monoéthanolamine, la diéthanolamine, la diisopropanolamine, la diglycolàmine et la méthyldiéthanolamine. Le solvant présentera une teneur en méthanol comprise entre 0 et 70 % poids, et une teneur en amine comprise entre 0 et 60 % poids; de préférence moins de 50 % poids de méthanol et moins de 40 % d'amine. Le solvant peut contenir à la place de l'amine une teneur en alcanolamine comprise entre 0 et 60 % en poids. La présence de méthanol implique l'intégration de l'invention dans une technologie classique telle que décrite par le brevet FR-B-2.743.083.
Le procédé est décrit plus en détail ci-après en relation avec le schéma de la figure 1.
Le gaz à traiter arrivant par le conduit 1 est chargé en composés acides, ainsi qu'en composés soufrés. En fonction des opérations unitaires situées en amont de la section de désacidification, ce gaz peut être éventuellement chargé en méthanol. Il est introduit en fond de la section d'absorption primaire 2 par l'intermédiaire du conduit 1. Il est mis en contact avec un solvant introduit en tête de colonne par l'intermédiaire du conduit 6.
La température du solvant arrivant par le conduit 6 est contrôlée pàr, l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 35. Lès conditions opératoires de la section 2 (pression, température et débit de solvant) sont définies de façon à
réaliser une absorption suffisante du CO2 et/ou de l'H 2S. Le gaz issu de la section 2 par le conduit 3 est débarrassé de la majeure partie du CO2 et/ou de l'H2S, mais reste chargé en composés soufrés, COS et/ou CS2. Le solvant chargé
en composés acides, CO2 et/ou H2S, est évacué de la section 2 par le conduit 7.
Le gaz est alors introduit par le conduit 3 dans la section d'absorption secondaire 4, dans laquelle il est mis en contact avec un solvant de même nature que celui introduit dans la section d'absorption primaire 2. La température du solvant introduit en tête de la section 4 par le conduit 8 est contrôlée par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 34. Les conditions opératoires de la section 4 (pression, température et débit de solvant) sont définies de façon à absorber une quantité de composés soufrés suffisante pour garantir les spécifications imposées sur le gaz traité. Le gaz issu de la section 4 par le conduit 5 est débarrassé des composés acides et des composés soufrés.
Le solvant chargé en composés soufrés est évacué ~de la section 4 par le conduit 9.
Les pressions de fonctionnement des sections 2 et 4 correspondent, aux 5 pertes de charge près, à la pression du gaz dans le conduit 1. Les températures des solvants arrivant par les conduits 6 et 8 peuvent être comprises entre 20 et 70 C et dépendent de la température de rosée du gaz à traiter. La température du solvant arrivant par le conduit 8 est égale ou légèrement inférieure à
celle du solvant arrivant par le conduit 6. Le débit de solvant introduit dans la 10 section d'absorption primaire 2 est défini de façon à absorber une quantité
suffisante de C02 et/ou H2S. Le débit de solvant introduit dans la section d'absorption secondaire 4 est déterminé de façon à éliminer les composés soufrés résiduels dans le gaz. Ce débit de solvant introduit dans la section 4 peut varier dans de grandes proportions et peut représenter 20 à 100% du débit de solvant introduit dans la section d'absorption primaire 2.
Les deux sections d'absorption peuvent prendre la forme de deux colonnes de taille différentes, diamètres et hauteurs, et seront pourvues de plateaux ou de garnissages, en vracs ou structurés. Chacune de ces deux colonnes fonctionne à contre-courant. Les deux sections pourront avantageusement être les deux zones superposées d'une même colonne comme expliqué dans le brevet FR-B-2.600.554.
Le solvant arrivant par le conduit 7 est détendu dans le ballon de détente 10 à une pression intermédiaire entre la pression des sections d'absorption 2 et 4 et la pression de la colonne de régénération 18. Lors de cette détente, les hydrocarbures coabsorbés par ce solvant dans la section d'absorption primaire désorbent sous forme d'un effluent gazeux. L'effluent gazeux contenant les hydrocarbures est évacué du ballon 10 par le conduit 11, tandis que le solvant appauvri en hydrocarbures est évacué du ballon 10 par le conduit 15. L'effluent gazeux contient également une quantité de CO2 et/ou d'H2S qui dépend de la composition initiale du gaz à traiter 1 et des conditions opératoires de la section 2. L'effluent gazeux introduit par le conduit 11 dans la colonne de lavage 12 est mis en contact à contre-courant avec le solvant arrivant par le conduit 9. Dans la colonne de lavage 12, en raison de la compétitivité acido-basique entre les différents composés acides (COZ et/ou HZS) et composés soufrés (mercaptans, COS etJou CS2), les composés soufrés principalement absorbés de façon physique par le solvant sont désorbés et sortent en tête de la colonne 12 avec l'effluent gazeux par le conduit 13, tandis que les composés acides contenus dans l'effluent gazeux sont absorbés par le solvant qui sort en fond de la colonne 12 par le conduit 14.
La colonne de lavage peut comprendre des plateaux, des garnissages, en vrac ou structurés. La température du solvant introduit dans la colonne de lavage peut être comprise entre 40 et 80 C.
Les deux fractions de solvant chargées en composés acides arrivant par les conduits 14 et 15 sont mélangées puis introduites par l'intermédiaire des conduits successifs 16 et 17 dans la colonne de régénération 18. Cette colonne de régénération consiste en une colonne de distillation dans laquelle les composés acides sont strippés par les vapeurs du solvant maintenu à ébullition grâce à l'élément chauffant 19. Une fraction de solvant, prélevée en fond de la colonne 18 par le conduit 21, est amenée à l'élément chauffant 19 puis réintroduite dans le fond de la colonne 18 par le conduit 22. Les vapeurs de solvant sont évacuées en tête de colonne 18 par le conduit 24 puis condensées dans un échangeur de chaleur 25. Le condensat est envoyé par le conduit 26 dans le ballon séparateur 27. La fraction liquide obtenue en fond du ballon séparateur 27 est renvoyée à reflux par le conduit 29 dans la colonne 18, tandis que le gaz évacué en tête du ballon séparateur 27 par le conduit 28 contient essentiellement des composés acides, COZ et/ou H2S: Le solvant régénéré au fond de la colonne, débarrassé des composés acides, est évacué par le conduit 23.
La pression de fonctionnement de la colonne de régénération 18 est en général comprise entre 0,2 et 1 MPa. La température du fond de colonne peut être maintenue entre 100 et 150 C, ce qui conduit à une température comprise entre 80 et 120 C en tête de colonne. La température du condensat en sortie de l'échangeur 25 est en générale comprise entre 20 et -30 C.
Le solvant régénéré, obtenu en fond de la colonne 18,, est débarrassé
des composés acides COZ et H2S. Il est ensuite renvoyé vers les sections d'absorption primaire 2 et secondaire 4 par l'intermédiaire des conduits successifs 23 et 31, puis de la pompe 32 et enfin du conduit 33 qui alimente les échangeurs de chaleur 34 et 35. Le solvant à régénérer arrivant par le conduit 16 peut être préchauffé par le solvant régénéré arrivant par le conduit 23 dans l'échangeur de chaleur 30 par chauffage indirect. L'échangeur 30 sera de préférence installé, d'une part, entre les conduits 16 et 17, et d'autre part entre les conduits 23 et 31.
La figure 2 propose un autre mode de distribution du solvant régénéré
issu de la colonne 18 vers les sections d'absorption 2 et 4. Le procédé décrit en relation avec la figure 2 reprend certains éléments du procédé de la figure 1 et s'intègre dans celui-ci. En fond de la colonne 18, une fraction de solvant régénéré est soutirée puis introduite dans la section d'absorption primaire 2 par les intermédiaires successifs du conduit 81, de la pompe 83, du conduit 82 de l'échangeur de chaleur 35 et du conduit 6. A un niveau intermédiaire entre le fond et la tête de la colonne régénération 18, présentant des conditions thermodynamiques adéquates, une fraction de solvant régénéré est soutirée par le conduit 80. Cette fraction de solvant est dirigée par le conduit 80 vers la pompe 84, puis amenée à l'échangeur de chaleur 34 et introduite par le conduit
8 dans la section d'absorption secondaire 4. Le soutirage à un niveau intermédiaire de la colonne de régénération 18 permet d'obtenir un solvant de composition différente de celle du solvant soutiré en fond de la colonne 18.
Ce soutirage permet notamment d'obtenir un solvant régénéré à concentration plus élevée en composés, tels que par exemple le méthanol et/ou le sulfolane, présentant une capacité d'absorption physique qui est plus adaptée pour absorber les composés soufrés que les composés acides. Ainsi le solvant soutiré
à un niveau intermédiaire est avantageusement mis en contact dans la section d'absorption secondaire avec le gaz, provenant du conduit 3, pour en absorber les composés soufrés. La composition du solvant soutiré par le conduit 80 dépend de la composition du solvant mis en oeuvre par le procédé et des conditions thermodynamiques établies dans la colonne 18 au niveau du soutirage. On choisira l'emplacement du niveau de soutirage de manière à
obtenir un solvant régénéré présentant les caractéristiques d'absorption désirées.
Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible de combiner les modes de distribution du solvant régénéré issu de la colonne de régénération 18 vers les sections d'absorptions primaire 2 et secondaire 4. D'une part le solvant régénéré peut être soutiré à un ou plusieurs niveaux de la colonne 18 pour être dirigé, d'autre part, vers la section d'absorption primaire 2 et/ou la section d'absorption secondaire 4.
En fonction de la teneur en composés acides et en composés soufrés du gaz à traiter, en fonction des conditions opérâ.toires des sections d'absorption, il peut être inutile d'utiliser l'ensemble du flux de solvant circulant dans le conduit 9 pour laver l'effluent gazeux dans la colonne d'absorption 12. Le procédé, schématisé par la figure 3 qui s'intègre dans le procédé représenté à
la figure 1, propose de régénérer une partie du solvant circulant dans le conduit 9 par simple détente. Une fraction du solvant circulant dans le conduit
Ce soutirage permet notamment d'obtenir un solvant régénéré à concentration plus élevée en composés, tels que par exemple le méthanol et/ou le sulfolane, présentant une capacité d'absorption physique qui est plus adaptée pour absorber les composés soufrés que les composés acides. Ainsi le solvant soutiré
à un niveau intermédiaire est avantageusement mis en contact dans la section d'absorption secondaire avec le gaz, provenant du conduit 3, pour en absorber les composés soufrés. La composition du solvant soutiré par le conduit 80 dépend de la composition du solvant mis en oeuvre par le procédé et des conditions thermodynamiques établies dans la colonne 18 au niveau du soutirage. On choisira l'emplacement du niveau de soutirage de manière à
obtenir un solvant régénéré présentant les caractéristiques d'absorption désirées.
Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible de combiner les modes de distribution du solvant régénéré issu de la colonne de régénération 18 vers les sections d'absorptions primaire 2 et secondaire 4. D'une part le solvant régénéré peut être soutiré à un ou plusieurs niveaux de la colonne 18 pour être dirigé, d'autre part, vers la section d'absorption primaire 2 et/ou la section d'absorption secondaire 4.
En fonction de la teneur en composés acides et en composés soufrés du gaz à traiter, en fonction des conditions opérâ.toires des sections d'absorption, il peut être inutile d'utiliser l'ensemble du flux de solvant circulant dans le conduit 9 pour laver l'effluent gazeux dans la colonne d'absorption 12. Le procédé, schématisé par la figure 3 qui s'intègre dans le procédé représenté à
la figure 1, propose de régénérer une partie du solvant circulant dans le conduit 9 par simple détente. Une fraction du solvant circulant dans le conduit
9 est prélevée par le conduit 36, chauffée dans un échangeur de chaleur 49, puis amenée dans le ballon de détente 37. Les conditions de température et de pression du ballon de détente 37 sont ajustées de manière à désorber uniquement les composés soufrés et les hydrocarbures entraînés par le solvant lors de la mise en contact dans la section d'absorption secondaire 4. Les composés soufrés et les hydrocarbures désorbés sont évacués du ballon 37 par le conduit 38 et combinés avec le gaz issu de la colonne de lavage 12 par le conduit 13, pour être utilisés comme gaz combustible. Le solvant régénéré
évacué en fond du ballon 37 par le conduit 39 est mélangé au solvant régénéré
issu de l'échangeur 30, circulant dans le conduit 31.
Afin d'absorber la quasi-totalité du C02 et/ou d'H2S dans la section d'absorption primaire, il est avantageux d'utiliser plusieurs niveaux de détente du solvant issu de la section d'absorption primaire. Ainsi, selon le procédé
représenté par la figure 4 qui s'intègre dans le procédé de la figure 1, la réunion du solvant issu du ballon de détente 10 par le cônduit 15 et du solvant issu de la colonne de lavage 12 par le conduit 14 est amenée par le conduit 16 dans le ballon de détente 20 pour être détendue à une pression intermédiaire entre la pression du ballon de détente 10 et celle de la colonne de régénération 18. Le gaz obtenu en tête du ballon de détente 20 est fortement chargé en composés acides. Si le solvant utilisé contient du méthanol, le gaz obtenu en tête du ballon de détente 20 peut également être chargé en méthanol. Ce gaz est envoyé par l'intermédiaire du conduit 41 dans la zone supérieure de la colonne de régénération 18 à un niveau d'introduction situé au-dessus du niveau d'introduction du conduit 17. Le solvant issu en fond de ce ballon 20 est partiellement régénéré.. Une fraction de ce solvant est renvoyée par le conduit 40 vers un échangeur de chaleur 42 pour réguler sa témpérature, puis introduite par le conduit 43 dans la section d'absorption primaire à un niveau intermédiaire entre le fond et la tête. Le reste du solvant issu en fond du 5 ballon 20 par le conduit 17 est envoyé à la colonne de régénération.
De plus, il est possible d'augmenter la quantité de C02 et/ou d'H2S
absorbée dans la section d'absorption primaire 2 en réalisant un contrôle en température de la partie inférieure de la colonne. Ceci peut être réalisé à
l'aide
évacué en fond du ballon 37 par le conduit 39 est mélangé au solvant régénéré
issu de l'échangeur 30, circulant dans le conduit 31.
Afin d'absorber la quasi-totalité du C02 et/ou d'H2S dans la section d'absorption primaire, il est avantageux d'utiliser plusieurs niveaux de détente du solvant issu de la section d'absorption primaire. Ainsi, selon le procédé
représenté par la figure 4 qui s'intègre dans le procédé de la figure 1, la réunion du solvant issu du ballon de détente 10 par le cônduit 15 et du solvant issu de la colonne de lavage 12 par le conduit 14 est amenée par le conduit 16 dans le ballon de détente 20 pour être détendue à une pression intermédiaire entre la pression du ballon de détente 10 et celle de la colonne de régénération 18. Le gaz obtenu en tête du ballon de détente 20 est fortement chargé en composés acides. Si le solvant utilisé contient du méthanol, le gaz obtenu en tête du ballon de détente 20 peut également être chargé en méthanol. Ce gaz est envoyé par l'intermédiaire du conduit 41 dans la zone supérieure de la colonne de régénération 18 à un niveau d'introduction situé au-dessus du niveau d'introduction du conduit 17. Le solvant issu en fond de ce ballon 20 est partiellement régénéré.. Une fraction de ce solvant est renvoyée par le conduit 40 vers un échangeur de chaleur 42 pour réguler sa témpérature, puis introduite par le conduit 43 dans la section d'absorption primaire à un niveau intermédiaire entre le fond et la tête. Le reste du solvant issu en fond du 5 ballon 20 par le conduit 17 est envoyé à la colonne de régénération.
De plus, il est possible d'augmenter la quantité de C02 et/ou d'H2S
absorbée dans la section d'absorption primaire 2 en réalisant un contrôle en température de la partie inférieure de la colonne. Ceci peut être réalisé à
l'aide
10 d'une conception particulière de la section 2, permettant une régulation de la température par refroidissement indirect de ladite partie inférieure à l'aide d'un fluide réfrigérant. Compte tenu des niveaux de température dans le fond de la section d'absorption primaire 2, un circuit de refroidissement permettant la recirculation d'une fraction du solvant est avantageusement utilisé. En 15 référence à la figure 5, une fraction du solvant prélevée en fond de la section 2 par le conduit 45 est refroidie par l'échangeur de chaleur 46, puis est réintroduite dans la section d'absorption primaire 2 par le conduit 47 à un niveau intermédiaire entre le fond et la tête. Le refroidissement du solvant lui confère une capacité d'absorption supérieure et permet en même temps de diminuer la température de fonctionnement du fond de la section, d'où une augmentation de la quantité de composés acides absorbés.
Le procédé de désacidification de gaz naturel tel que décrit par la figure 1 peut être intégré dans le procédé décrit dans le brevet FR-B-2.743.083 afin d'y ajouter les fonctions de déshydratation et de dégazolinage. Ce brevet propose, avant l'étape de désacidification, de mettre en contact le gaz à
traiter avec une solution de méthanol afin de récupérer le méthanol. Ce brevet propose, en outre, après l'étape de déshydratation, de refroidir le gaz puis de séparer dans un ballon un effluent d'hydrocarbures légers et gazeux, des hydrocarbures plus lourds sous forme liquide et une solution aqueuse de méthanol qui est recyclée dans le procédé.
La figure 6 propose un exemple d'intégration du procédé de désacidification selon la présente invention dans le procédé décrit par le brevet FR-A-2.743.083. Le symbole 70 schématise le procédé illustré par la figure 1.
Les conduits 1 et 5 qui respectivement entre et sort du symbole 70 correspondent aux conduits 1 et 5 de la figure 1.
Le gaz à traiter arrive par le conduit 50. Une fraction de ce gaz est envoyée par le conduit 51 dans le contacteur 56, dans lequel elle est mise en contact à contre-courant avec une solution de méthanol dans de l'eau arrivant par le conduit 61. Au fond du contacteur 56, on évacue par le conduit 52 une phase aqueuse substantiellement débarrassée de méthanol. En tête du contacteur 56, on récupèré par le conduit 62 un gaz chargé en méthanol qui est ensuite mélangé à la fraction de gaz restant dans le conduit 50 après le prélèvement effectué par le conduit 51. Ce mélange de gaz est alors envoyé par le conduit 1 dans le procédé selon la présente invention schématisé par le symbole 70.
Le gaz désacidifié issu du procédé selon l'invention par le conduit 5 reçoit un appoint de méthanol arrivant par le conduit 63. Il est ensuite refroidi, d'abord par l'échangeur de chaleur 53 puis par l'échangeur 54.
L'échangeur de chaleur 54 fonctionne à l'aide d'un fluide de réfrigération provenant d'un circuit externe. Le refroidissement du gaz provoque la condénsation des hydrocarbures lourds et la condensation d'une solution de méthanol dans de l'eau, par contre les hydrocarbures légers restent sous forme gazeuse. Le mélange triphasique obtenu est séparé dans le ballon 55. Le gaz d'hydrocarbures légers, déshydraté et désacidifié est utilisé comme fluide réfrigérant dans l'échangeur de chaleur 53,- puis est évacué par le conduit 57.
Les hydrocarbures lourds sont évacués par le conduit 59. La solution de méthanol dans de l'eau est évacuée en fond du ballon 55 par le conduit 58 et recyclée par la pompe 60 en tête du contacteur 56 par l'intermédiaire du conduit 61.
L'exemple suivant illustre l'intérêt de la présente invention.
On considère un gaz naturel fortement chargé en gaz acides contenant, exprimés en mole, 4 % de C02; 21 % d'H2S, 55 % de méthane, 11 % d'éthane,, le reste étant composé d'hydrocarbures plus lourds. Ce gaz contient aussi 300 ppm de méthylmercaptan et d'éthylmercaptan.
Sous un débit de 100000 Nm3/h, ce gaz est préalablement mis en contact avec une solution aqueuse de méthanol afin de récupérer le méthanol qu'elle contient. Le gaz chargé en méthanol est ensuite envoyé vers la section d'absorption primaire 2. Le gaz est traité à contre-courant, à 45 C et sous une pression absolue de 7,5 MPa par 300 m3/h de solvant à 50 C, ce solvant étant un mélange de méthanol, d'eau et de diéthanolamine. Dans cette section d'absorption primaire 2, la quasi-totalité du CO2 et de l'H2S est absorbée par le solvant, ainsi que 60 % des mercaptans.
Dans la section d'absorption secondaire 4, le gaz est mis en contact avec 150 m3/h de solvant à une température de 45 C. Les quantités restantes de C02 et d'H2S sont fixées, ainsi que la quasi-totalité des mercaptans encore présents dans le gaz. Le gaz obtenu en sortie de cette section d'absorption secondaire 4 renferme, moins de 5 ppm d'H2S, moins de 100 ppm de C02 et moins de 50 ppm de mercaptans constitués principalement d'éthylmercaptan.
Le gaz ainsi obtenu est ensuite refroidi dans les échangeurs de chaleur 53 et 54 afin de garantir les spécifications de transport en terme de teneur en eau et en hydrocarbures condensables. Ce faisant, on obtient dans le ballon 55 un gaz dépourvu de composés acides, une phase liquide -d'hydrocarbures et une phase aqueuse chargée en méthanol, recyclée vers le contacteur 56 situé au début du procédé.
Le solvant issu de la section d'absorption primaire 2 est détendu dans un ballon 10 à 2,5 MPa. Lors de cette détente, les hydrocarbures et les mercaptans entraînés par le solvant sont libérés, ainsi qu'une fraction non négligeable de gaz acides. Ceteffluent gazeux est mis en contact à contre-courant dans la colonne de lavage 12 avec 10 % du solvant issu de la section d'absorption secondaire 4. Le gaz alors obtenu est essentiellement constitué
d'hydrocarbures et contient moins de 0,2 % mole d'HZS. La quasi-totalité des mercaptans se retrouve dans le gaz. Le solvant issu de cette colonne de lavage 12 est envoyé à un ballon de détente 20.
Le solvant issu de ce ballon de détente 20 est ensuite régénéré de façon classique dans une colonne de régénération 18 fonctionnant à 120 C en fond de colonne. On obtient en tête de colonne 25 000 Nm3/h de gaz acides, renfermant en moles 16% de CO2 et 84 % d'H2S.
Le solvant issu de la colonne d'absorption secondaire 4, mis à part les 10% envoyés vers la colonne de lavage 12 du gaz issu du ballon de détente 10, est réchauffé dans l'échangeur 49 et détendu dans le ballon 37. Le chauffage peut être réalisé en utilisant une fraction du solvant régénéré obtenu à haute température en fond de la colonne de régénération. Les mercaptans et les hydrocarbures fixés dans la section d'absorption secondaire 4 sont libérés. Le gaz obtenu est mélangé au gaz issu de la colonne de lavage 12 pour être utilisé
comme combustible. Le solvant obtenu est mélangé au solvant régénéré issu de la colonne de régénération 18.
Le procédé de désacidification de gaz naturel tel que décrit par la figure 1 peut être intégré dans le procédé décrit dans le brevet FR-B-2.743.083 afin d'y ajouter les fonctions de déshydratation et de dégazolinage. Ce brevet propose, avant l'étape de désacidification, de mettre en contact le gaz à
traiter avec une solution de méthanol afin de récupérer le méthanol. Ce brevet propose, en outre, après l'étape de déshydratation, de refroidir le gaz puis de séparer dans un ballon un effluent d'hydrocarbures légers et gazeux, des hydrocarbures plus lourds sous forme liquide et une solution aqueuse de méthanol qui est recyclée dans le procédé.
La figure 6 propose un exemple d'intégration du procédé de désacidification selon la présente invention dans le procédé décrit par le brevet FR-A-2.743.083. Le symbole 70 schématise le procédé illustré par la figure 1.
Les conduits 1 et 5 qui respectivement entre et sort du symbole 70 correspondent aux conduits 1 et 5 de la figure 1.
Le gaz à traiter arrive par le conduit 50. Une fraction de ce gaz est envoyée par le conduit 51 dans le contacteur 56, dans lequel elle est mise en contact à contre-courant avec une solution de méthanol dans de l'eau arrivant par le conduit 61. Au fond du contacteur 56, on évacue par le conduit 52 une phase aqueuse substantiellement débarrassée de méthanol. En tête du contacteur 56, on récupèré par le conduit 62 un gaz chargé en méthanol qui est ensuite mélangé à la fraction de gaz restant dans le conduit 50 après le prélèvement effectué par le conduit 51. Ce mélange de gaz est alors envoyé par le conduit 1 dans le procédé selon la présente invention schématisé par le symbole 70.
Le gaz désacidifié issu du procédé selon l'invention par le conduit 5 reçoit un appoint de méthanol arrivant par le conduit 63. Il est ensuite refroidi, d'abord par l'échangeur de chaleur 53 puis par l'échangeur 54.
L'échangeur de chaleur 54 fonctionne à l'aide d'un fluide de réfrigération provenant d'un circuit externe. Le refroidissement du gaz provoque la condénsation des hydrocarbures lourds et la condensation d'une solution de méthanol dans de l'eau, par contre les hydrocarbures légers restent sous forme gazeuse. Le mélange triphasique obtenu est séparé dans le ballon 55. Le gaz d'hydrocarbures légers, déshydraté et désacidifié est utilisé comme fluide réfrigérant dans l'échangeur de chaleur 53,- puis est évacué par le conduit 57.
Les hydrocarbures lourds sont évacués par le conduit 59. La solution de méthanol dans de l'eau est évacuée en fond du ballon 55 par le conduit 58 et recyclée par la pompe 60 en tête du contacteur 56 par l'intermédiaire du conduit 61.
L'exemple suivant illustre l'intérêt de la présente invention.
On considère un gaz naturel fortement chargé en gaz acides contenant, exprimés en mole, 4 % de C02; 21 % d'H2S, 55 % de méthane, 11 % d'éthane,, le reste étant composé d'hydrocarbures plus lourds. Ce gaz contient aussi 300 ppm de méthylmercaptan et d'éthylmercaptan.
Sous un débit de 100000 Nm3/h, ce gaz est préalablement mis en contact avec une solution aqueuse de méthanol afin de récupérer le méthanol qu'elle contient. Le gaz chargé en méthanol est ensuite envoyé vers la section d'absorption primaire 2. Le gaz est traité à contre-courant, à 45 C et sous une pression absolue de 7,5 MPa par 300 m3/h de solvant à 50 C, ce solvant étant un mélange de méthanol, d'eau et de diéthanolamine. Dans cette section d'absorption primaire 2, la quasi-totalité du CO2 et de l'H2S est absorbée par le solvant, ainsi que 60 % des mercaptans.
Dans la section d'absorption secondaire 4, le gaz est mis en contact avec 150 m3/h de solvant à une température de 45 C. Les quantités restantes de C02 et d'H2S sont fixées, ainsi que la quasi-totalité des mercaptans encore présents dans le gaz. Le gaz obtenu en sortie de cette section d'absorption secondaire 4 renferme, moins de 5 ppm d'H2S, moins de 100 ppm de C02 et moins de 50 ppm de mercaptans constitués principalement d'éthylmercaptan.
Le gaz ainsi obtenu est ensuite refroidi dans les échangeurs de chaleur 53 et 54 afin de garantir les spécifications de transport en terme de teneur en eau et en hydrocarbures condensables. Ce faisant, on obtient dans le ballon 55 un gaz dépourvu de composés acides, une phase liquide -d'hydrocarbures et une phase aqueuse chargée en méthanol, recyclée vers le contacteur 56 situé au début du procédé.
Le solvant issu de la section d'absorption primaire 2 est détendu dans un ballon 10 à 2,5 MPa. Lors de cette détente, les hydrocarbures et les mercaptans entraînés par le solvant sont libérés, ainsi qu'une fraction non négligeable de gaz acides. Ceteffluent gazeux est mis en contact à contre-courant dans la colonne de lavage 12 avec 10 % du solvant issu de la section d'absorption secondaire 4. Le gaz alors obtenu est essentiellement constitué
d'hydrocarbures et contient moins de 0,2 % mole d'HZS. La quasi-totalité des mercaptans se retrouve dans le gaz. Le solvant issu de cette colonne de lavage 12 est envoyé à un ballon de détente 20.
Le solvant issu de ce ballon de détente 20 est ensuite régénéré de façon classique dans une colonne de régénération 18 fonctionnant à 120 C en fond de colonne. On obtient en tête de colonne 25 000 Nm3/h de gaz acides, renfermant en moles 16% de CO2 et 84 % d'H2S.
Le solvant issu de la colonne d'absorption secondaire 4, mis à part les 10% envoyés vers la colonne de lavage 12 du gaz issu du ballon de détente 10, est réchauffé dans l'échangeur 49 et détendu dans le ballon 37. Le chauffage peut être réalisé en utilisant une fraction du solvant régénéré obtenu à haute température en fond de la colonne de régénération. Les mercaptans et les hydrocarbures fixés dans la section d'absorption secondaire 4 sont libérés. Le gaz obtenu est mélangé au gaz issu de la colonne de lavage 12 pour être utilisé
comme combustible. Le solvant obtenu est mélangé au solvant régénéré issu de la colonne de régénération 18.
Claims (14)
1) Procédé de désacidification d'un gaz naturel chargé en composés acides comprenant au moins des composés du groupe dioxyde de carbone et sulfure d'hydrogène et en composés soufrés comprenant au moins un des composés du groupe mercaptans, COS et CS2, comportant les étapes suivantes :
a) on contacte ledit gaz naturel avec un solvant régénéré dans une section d'absorption primaire pour produire un gaz pauvre en composés acides et un solvant chargé en composés acides et contenant des hydrocarbures, b) on contacte ledit gaz pauvre en composés acides avec un solvant régénéré pour produire un gaz pauvre en composés acides et en composés soufrés et un solvant chargé en composés soufrés, c) on détend au moins une première fraction dudit solvant chargé en composés acides et contenant des hydrocarbures pour produire un effluent gazeux contenant des hydrocarbures et des composés acides et un solvant chargé en composés acides et débarrassé des hydrocarbures, d) on contacte ledit effluent gazeux contenant des hydrocarbures et des composés acides avec au moins une première fraction dudit solvant chargé en composés soufrés pour produire un gaz contenant des hydrocarbures et des composés soufrés et débarrassé des composés acides, et un solvant chargé en composés acides.
a) on contacte ledit gaz naturel avec un solvant régénéré dans une section d'absorption primaire pour produire un gaz pauvre en composés acides et un solvant chargé en composés acides et contenant des hydrocarbures, b) on contacte ledit gaz pauvre en composés acides avec un solvant régénéré pour produire un gaz pauvre en composés acides et en composés soufrés et un solvant chargé en composés soufrés, c) on détend au moins une première fraction dudit solvant chargé en composés acides et contenant des hydrocarbures pour produire un effluent gazeux contenant des hydrocarbures et des composés acides et un solvant chargé en composés acides et débarrassé des hydrocarbures, d) on contacte ledit effluent gazeux contenant des hydrocarbures et des composés acides avec au moins une première fraction dudit solvant chargé en composés soufrés pour produire un gaz contenant des hydrocarbures et des composés soufrés et débarrassé des composés acides, et un solvant chargé en composés acides.
2) Procédé selon la revendication 1 dans lequel :
e) on distille ledit solvant chargé en composés acides et débarrassé des hydrocarbures issu de l'étape c) et ledit solvant chargé en composés acides issu de l'étape d) pour obtenir un gaz contenant des composés acides et un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'une des étapes a) et b).
e) on distille ledit solvant chargé en composés acides et débarrassé des hydrocarbures issu de l'étape c) et ledit solvant chargé en composés acides issu de l'étape d) pour obtenir un gaz contenant des composés acides et un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'une des étapes a) et b).
3) Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 dans lequel :
f) on distille dans une colonne de distillation ledit solvant chargé en composés acides et débarrassé des hydrocarbures issu de l'étape c) et ledit solvant chargé en composés acides issu de l'étape d) pour obtenir un gaz contenant des composés acides et, à un niveau intermédiaire entre la tête et le fond de ladite colonne, un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'étape b).
f) on distille dans une colonne de distillation ledit solvant chargé en composés acides et débarrassé des hydrocarbures issu de l'étape c) et ledit solvant chargé en composés acides issu de l'étape d) pour obtenir un gaz contenant des composés acides et, à un niveau intermédiaire entre la tête et le fond de ladite colonne, un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'étape b).
4) Procédé selon la revendication 1 dans lequel :
g) on détend ledit solvant chargé en composés acides et débarrassé des hydrocarbures issu de l'étape c) pour produire un gaz chargé en composés acides et un solvant pauvre en composés acides.
g) on détend ledit solvant chargé en composés acides et débarrassé des hydrocarbures issu de l'étape c) pour produire un gaz chargé en composés acides et un solvant pauvre en composés acides.
5) Procédé selon la revendication 4 dans lequel :
h) on distille dans une colonne de distillation au moins une première fraction dudit solvant pauvre en composés acides issu de l'étape g) et ledit solvant chargé en composés acides pour produire un gaz contenant des composés acides et un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'une des étapes a) et b).
h) on distille dans une colonne de distillation au moins une première fraction dudit solvant pauvre en composés acides issu de l'étape g) et ledit solvant chargé en composés acides pour produire un gaz contenant des composés acides et un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'une des étapes a) et b).
6) Procédé selon la revendication 5 dans lequel :
i) on introduit ledit gaz chargé en composés acides issu de l'étape g) dans ladite colonne de distillation.
i) on introduit ledit gaz chargé en composés acides issu de l'étape g) dans ladite colonne de distillation.
7) Procédé selon l'une des revendications 4 à 6 dans lequel :
j) on introduit une deuxième fraction dudit solvant pauvre en composés acides issu de l'étape g) dans ladite section d'absorption primaire.
j) on introduit une deuxième fraction dudit solvant pauvre en composés acides issu de l'étape g) dans ladite section d'absorption primaire.
8) Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel:
k) on détend une deuxième fraction dudit solvant chargé en composés soufrés issu de l'étape d) pour produire un gaz et un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'une des étapes a) et b).
k) on détend une deuxième fraction dudit solvant chargé en composés soufrés issu de l'étape d) pour produire un gaz et un solvant régénéré qui est recyclé vers au moins l'une des étapes a) et b).
9) Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel:
l) on refroidit une deuxième fraction dudit solvant chargé en composés acides et contenant des hydrocarbures issu de l'étape a), puis on la réintroduit dans ladite section d'absorption primaire.
l) on refroidit une deuxième fraction dudit solvant chargé en composés acides et contenant des hydrocarbures issu de l'étape a), puis on la réintroduit dans ladite section d'absorption primaire.
10) Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel:
m) avant l'étape a), on contacte au moins une première fraction dudit gaz naturel avec une solution de méthanol dans de l'eau pour produire une fraction gazeuse chargée en méthanol, réunie avec la fraction restante dudit gaz naturel, qui est envoyée à l'étape a) avec ledit gaz naturel, n) après l'étape b), on refroidit ledit gaz pauvre en composés acides et en composés soufrés pour produire au moins une solution de méthanol dans de l'eau qui est recyclée à l'étape m).
m) avant l'étape a), on contacte au moins une première fraction dudit gaz naturel avec une solution de méthanol dans de l'eau pour produire une fraction gazeuse chargée en méthanol, réunie avec la fraction restante dudit gaz naturel, qui est envoyée à l'étape a) avec ledit gaz naturel, n) après l'étape b), on refroidit ledit gaz pauvre en composés acides et en composés soufrés pour produire au moins une solution de méthanol dans de l'eau qui est recyclée à l'étape m).
11) Procédé selon l'une des revendications 1 à 10 dans lequel le solvant consiste en une solution aqueuse comportant du méthanol et un mélange d'amine et d'alcanolamine.
12) Procédé selon la revendication 11 dans lequel le méthanol, l'amine et l'alcanolamine représentent chacun de 0% à 60% en poids du solvant.
13) Procédé selon l'une des revendications 1 à 12 dans lequel le solvant consiste en une solution aqueuse comportant du sulfolane et un mélange d'amine et d'alcanolamine.
14) Procédé selon la revendication 13 dans lequel le sulfolane, l'amine et l'alcanolamine représentent chacun de 0% à 60% en poids du solvant.
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