EP0770667B1 - Drying process for gases making use of glycol including the separation of gaseous effluents - Google Patents
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- EP0770667B1 EP0770667B1 EP96402157A EP96402157A EP0770667B1 EP 0770667 B1 EP0770667 B1 EP 0770667B1 EP 96402157 A EP96402157 A EP 96402157A EP 96402157 A EP96402157 A EP 96402157A EP 0770667 B1 EP0770667 B1 EP 0770667B1
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Description
L'invention concerne un procédé de déshydratation de gaz au moyen d'un dessiccant liquide (glycol) incluant une étape de purification des effluents gazeux émis lors de la régénération dudit dessiccant liquide. L'invention concerne plus particulièrement un procédé permettant de réduire la pollution due aux rejets gazeux des unités de séchage de gaz naturel, pollution essentiellement due aux composés aromatiques suivants : benzène, toluène, éthyl benzène, xylène (BTEX).The invention relates to a method for dehydrating gas using a liquid desiccant (glycol) including an effluent purification step gaseous emitted during the regeneration of said liquid desiccant. The invention relates more particularly to a process making it possible to reduce pollution due to gaseous emissions from natural gas drying units, pollution mainly due to the following aromatic compounds: benzene, toluene, ethyl benzene, xylene (BTEX).
La déshydratation d'un gaz, par exemple un gaz naturel ou un gaz de raffinerie, est une opération classique. Elle permet de contrôler le point de rosée "eau" du gaz, pour éviter la formation d'hydrates ou de glace lors du transport ou de l'utilisation de ce gaz, de réduire les risques de corrosion, ou pour toutes autres raisons.Dehydration of a gas, for example a natural gas or a gas of refinery, is a classic operation. It allows to control the point of dew "water" of the gas, to avoid the formation of hydrates or ice during transportation or use of this gas, reduce the risk of corrosion, or for all other reasons.
Dans ce but, il est courant de mettre en contact le gaz avec un dessiccant liquide hydrophile; parmi ces derniers, la famille chimique des glycols est d'un usage très répandu. Le plus souvent, dans près de 95% des cas, on utilise le triéthylèneglycol (TEG) à cause de sa forte affinité pour l'eau, de sa stabilité chimique et de son faible coût. Toutefois, pour certaines applications, le monoéthylèneglycol (MEG), le diéthylèneglycol (DEG), ou le tétraéthylèneglycol (T4EG) peuvent être préférés.For this purpose, it is common to put the gas in contact with a desiccant hydrophilic liquid; among these, the chemical family of glycols is of a widespread use. Most often, in almost 95% of cases, the triethylene glycol (TEG) because of its strong affinity for water, its stability chemical and its low cost. However, for some applications, the monoethylene glycol (MEG), diethylene glycol (DEG), or tetraethylene glycol (T4EG) may be preferred.
Dans une unité classique de déshydratation de gaz par un dessiccant liquide,
par exemple un glycol, telle que représentée schématiquement par la figure 1
annexée, le gaz humide entre, par la ligne 1, en bas d'une colonne
d'absorption A1, fonctionnant sous pression, où il contacte par circulation à
contre-courant le dessiccant liquide introduit en tête par la ligne 3. Au cours de
ce contact, l'eau contenue dans le gaz est absorbée par le dessiccant. Le gaz
déshydraté sort à forte pression de la tête de la colonne d'absorption A1 par la
ligne 2. Au sortir du fond de la colonne A1, le dessiccant chargé en eau est
envoyé par la ligne 4 vers la tête de l'unité de régénération R1 où il est utilisé
comme fluide de refroidissement. Après l'échange thermique, le dessiccant
chargé en eau est envoyé vers un ballon de séparation flash S1, dans lequel la
pression est plus faible que dans la colonne d'absorption A1. Dans certains
cas, il est possible d'envoyer le dessiccant chargé en eau d'abord dans le
ballon de séparation flash avant de l'utiliser comme fluide de refroidissement
en tête de l'unité de régénération R1. Une grande partie du gaz absorbé à forte
pression par le dessiccant est séparé de la phase liquide dans ce ballon S1.
Ce gaz peut être soit rejeté à l'atmosphère par la ligne 5, soit utilisé comme
fuel gaz au cours de l'étape de régénération du dessiccant. Il est alors envoyé
vers le brûleur du rebouilleur R2 du dispositif de régénération R1.In a conventional gas dehydration unit with a liquid desiccant,
for example a glycol, as shown diagrammatically in FIG. 1
annexed, the wet gas enters, by
Le dessiccant liquide contenant de l'eau, mais étant séparé du gaz absorbé à
forte pression est issu du ballon de séparation flash par la ligne 7. Après son
passage dans au moins un échangeur de chaleur El, il est envoyé par la ligne
7 dans le dispositif de régénération thermique R1, dans lequel une partie de
l'eau absorbée par le dessiccant va être vaporisée et éliminée en tête par la
ligne 8, alors que le dessiccant régénéré qui sort en fond par la ligne 3 traverse
l'échangeur El et est envoyé par une pompe P1, dans un refroidisseur E4,
puis en tête de la colonne d'absorption A1.The liquid desiccant containing water but being separated from the gas absorbed at
strong pressure comes from the flash separation balloon through
Cependant, il est bien connu que l'on ne peut séparer totalement l'eau du dessiccant par voie thermique à pression atmosphérique, lorsque ce dernier se dégrade à une température inférieure à sa température normale d'ébullition. Par exemple, le TEG bout à environ 285°C, mais on se limite généralement à 204°C lors de la régénération pour limiter sa dégradation. À cette température, la pureté du TEG régénéré est voisine de 98,7% masse.However, it is well known that water cannot be completely separated from desiccant thermally at atmospheric pressure, when the latter degrades at a temperature below its normal boiling point. For example, the TEG boils at around 285 ° C, but we generally limit ourselves to 204 ° C during regeneration to limit its degradation. At this temperature, the purity of the regenerated TEG is close to 98.7% by mass.
Si l'on désire pour le dessiccant liquide (glycol) une pureté supérieure afin d'obtenir une déshydratation plus poussée du gaz, un moyen classique consiste à faire suivre l'étape de reconcentration thermique d'une étape de strippage par du gaz sec ou à faible teneur en eau, par exemple une partie du courant gazeux déshydraté par le dessiccant, comme décrit notamment dans le brevet US-A-3 105 748 .If you want a higher purity for the liquid desiccant (glycol) so to obtain further dehydration of the gas, a conventional means consists in following the thermal reconcentration step with a step of stripping with dry gas or with a low water content, for example part of the gas stream dehydrated by the desiccant, as described in particular in US-A-3,105,748.
Une autre technique consiste à faire suivre l'étape de reconcentration par une étape de strippage, en utilisant un agent de strippage liquide à température et pression ambiantes et formant un hétéroazéotrope avec l'eau. Cette configuration, décrite notamment dans le brevet FR-B-2698017, comprend :
- 1. une étape de rebouillage du dessiccant liquide chargé en eau,
- 2. une étape de distillation dudit dessiccant comprenant au moins un étage de distillation,
- 3. une étape de strippage du dessiccant liquide partiellement régénéré
lors des
étapes 1 et 2, par l'agent de strippage vaporisé, - 4. une étape de condensation de la vapeur sortant de l'étape de
distillation 2, condensation générant deux phases liquides, l'une majoritaire en eau, l'autre majoritaire en agent de strippage, - 5. le chauffage de la phase liquide riche en agent de strippage issue de l'étape 4, chauffage régénérant une phase vapeur plus riche en eau que ladite phase liquide et une phase liquide appauvrie en eau,
- 6. le renvoi de la phase liquide constituée essentiellement d'agent de strippage issue de l'étape 5 vers l'étape 3.
- 1. a reboiling step of the liquid desiccant loaded with water,
- 2. a step of distilling said desiccant comprising at least one distillation stage,
- 3. a step of stripping the liquid desiccant partially regenerated during
1 and 2, by the stripping agent vaporized,steps - 4. a stage of condensation of the steam leaving the
distillation stage 2, condensation generating two liquid phases, one mainly in water, the other mainly in stripping agent, - 5. heating the liquid phase rich in stripping agent from
step 4, heating regenerating a vapor phase richer in water than said liquid phase and a liquid phase depleted in water, - 6. returning the liquid phase consisting essentially of stripping agent from
step 5 tostep 3.
Lorsque, dans les procédés de déshydratation, le gaz naturel ou le gaz de raffinerie traité contient des composées aromatiques (BTEX : benzène, toluène, éthyl benzène et xylène), durant la phase d'absorption, le dessiccant - généralement le TEG- qui est également un solvant des composés aromatiques, se charge en les dits BTEX.When, in dehydration processes, natural gas or treated refinery contains aromatic compounds (BTEX: benzene, toluene, ethyl benzene and xylene), during the absorption phase, the desiccant - generally TEG- which is also a solvent for the compounds aromatic, is charged in the so-called BTEX.
À cause des températures d'ébullition des BTEX à pression atmosphérique, qui sont comprises entre 80 et 144°C, peu de ces composés sont séparés du dessiccant dans le ballon de séparation flash décrit précédemment, qui fonctionne à basse pression et forte température. La plupart des composés aromatiques sont séparés du dessiccant lors de son chauffage dans la colonne de régénération.Because of the boiling temperatures of BTEX at atmospheric pressure, which are between 80 and 144 ° C, few of these compounds are separated from desiccant in the flash separation flask described above, which operates at low pressure and high temperature. Most compounds aromatics are separated from the desiccant when heated in the column of regeneration.
Les vapeurs émises par une unité de rebouillage de TEG peuvent présenter
une teneur totale en aromatiques très élevée (supérieures à 30%). Une
composition particulière (Traitement du champ de gaz naturel de Whitney
Canyon, Wyoming, États Unis) est donnée à titre indicatif ci dessous (% poids):
La composition des rejets varie en fonction de la nature du gaz à traiter, de la température et du débit de TEG circulant dans l'installation. Ces rejets doivent être réduits afin de répondre aux nouvelles contraintes liées aux émissions de produits toxiques dans l'atmosphère. À titre d'exemple, aux États Unis, le "Clean Air Act Amendment", publié en 1990, réduit de façon drastique les taux acceptables de rejets de BTEX dans l'atmosphère sur le territoire américain. Toute unité rejetant plus de 100 tonnes/an de BTEX ou 25 tonnes/an d'une combinaison quelconque de ces 4 composés est soumise à contrôle et régulation.The composition of the discharges varies according to the nature of the gas to be treated, the temperature and flow rate of TEG circulating in the installation. These releases must be reduced in order to respond to the new constraints linked to toxic products in the atmosphere. For example, in the United States, the "Clean Air Act Amendment", published in 1990, drastically reduces rates acceptable releases of BTEX to the atmosphere in the United States. Any unit discharging more than 100 tonnes / year of BTEX or 25 tonnes / year of any combination of these 4 compounds is subject to control and regulation.
Afin de répondre aux nouvelles contraintes d'émissions de produits toxiques dans l'atmosphère, les industriels concernés ont modifié les unités de déshydratation de gaz existantes et ont eu recours aux techniques classiques suivantes :In order to meet the new constraints on toxic product emissions in the atmosphere, the manufacturers concerned have modified the dehydration of existing gases and used conventional techniques following:
L'incinération des vapeurs, qui peut être réalisée par un incinérateur à flamme alimenté par le fuel gaz produit par l'unité, présente l'inconvénient de requérir un investissement très important.Incineration of vapors, which can be carried out by a flame incinerator powered by the fuel oil produced by the unit, has the disadvantage of requiring a very important investment.
La condensation des vapeurs pour produire l'eau et les BTEX et la séparation
par gravité dans un ballon de séparation triphasique sont décrits en détail dans
le brevet US-A-3 867 736 et représentées schématiquement par la figure 2.
Selon cette technique, les rejets gazeux sortant en tête du dispositif de
régénération thermique R1 sont envoyés par la ligne 8 dans un condenseur
C1, usuellement un aéro-réfrigérant. Les différents fluides issus du condenseur
C1 sont envoyés dans un ballon de séparation triphasique B1, où sont
séparées gravitairement une phase liquide contenant majoritairement de l'eau,
évacuée par la ligne 11, et une phase liquide contenant majoritairement des
hydrocarbures, soutirée latéralement par la ligne 10. La phase gazeuse sortant
de ce ballon triphasique B1 par la ligne 9 est composée de vapeur d'eau et
contient un taux résiduel d'hydrocarbures dépassant fréquemment les
contraintes d'environnement, comme cela sera montré dans l'exemple 2
présenté plus loin.Condensation of vapors to produce water and BTEX and separation
by gravity in a three-phase separation flask are described in detail in
US-A-3,867,736 and shown schematically in Figure 2.
According to this technique, the gaseous discharges leaving the head of the
thermal regeneration R1 are sent by line 8 in a condenser
C1, usually an air cooler. The different fluids from the condenser
C1 are sent to a three-phase separation flask B1, where are
separated by gravity a liquid phase mainly containing water,
discharged via line 11, and a liquid phase mainly containing
hydrocarbons, withdrawn laterally by
On connaít un procédé industriel qui met en oeuvre deux condenseurs tels que C1 et deux ballons triphasiques tels que B1, ce procédé permettant de traiter les vapeurs émises par le ballon de séparation flash S1 et par la colonne de régénération R1.We know an industrial process that uses two condensers such as C1 and two three-phase balloons such as B1, this process making it possible to treat the vapors emitted by the flash separation flask S1 and by the column of regeneration R1.
Le brevet US-A-5 209 762 décrit une amélioration du procédé précédent permettant d'éliminer les aromatiques dissous dans l'eau liquide extraite du ballon triphasique.US-A-5,209,762 describes an improvement to the previous process eliminating the aromatics dissolved in the liquid water extracted from the three-phase balloon.
Une autre technique comprend l'installation sur le circuit de vapeur d'un condenseur primaire, suivi d'un compresseur à vis, les vapeurs non condensables étant réintroduites dans l'unité de traitement.Another technique involves installing a steam circuit on the primary condenser, followed by a screw compressor, vapors not condensables being reintroduced into the processing unit.
Encore une autre technique met en oeuvre le séchage et traitement d'un gaz, en utilisant un solvant composé de glycol, de N-méthyl-caprolactame et d'eau, la concentration de glycol (de préférence, le TEG) étant comprise entre 80 et 97%. Cette méthode est décrite dans le brevet US-A-4 479 811.Yet another technique implements the drying and treatment of a gas, using a solvent composed of glycol, N-methyl-caprolactam and water, the glycol concentration (preferably TEG) being between 80 and 97%. This method is described in US-A-4,479,811.
Enfin, l'utilisation de la perméation gazeuse pour cette application est décrite dans le brevet US-A-5 399 188. Un mélange d'eau et de TEG circule à l'intérieur d'un faisceau de fibres creuses placé dans une chambre. On envoie dans cette chambre le gaz humide contenant les BTEX. Seule l'eau mélangée au glycol passe au travers de la membrane. En sortie de la chambre on récupère:
- un gaz qui contient toujours les BTEX,
- une solution contenant de l'eau et du TEG, qui peut être régénérée sans risque d'émission de BTEX.
- a gas which always contains BTEX,
- a solution containing water and TEG, which can be regenerated without risk of BTEX emission.
L'invention concerne un nouveau procédé mettant en oeuvre la condensation des vapeurs issues du dispositif de régénération du dessiccant.The invention relates to a new process using condensation vapors from the desiccant regeneration device.
Le procédé de l'invention présente notamment l'avantage de produire des effluents gazeux épurés, qu'il est possible de rejeter directement à l'atmosphère ou vers un système de torche classique (sans incinérateur) ou bien de réutiliser dans l'installation.The process of the invention has the particular advantage of producing purified gaseous effluents, which can be discharged directly to the atmosphere or to a conventional torch system (without incinerator) or well to reuse in the installation.
D'une manière générale, l'invention propose un procédé de déshydratation au
moyen d'un dessiccant liquide hydrophile d'un gaz humide choisi parmi le gaz
naturel et les gaz de raffinerie, comprenant essentiellement du méthane et
autre alcanes légers, des BTEX, de l'eau et éventuellement du gaz carbonique,
de l'azote et/ou de l'hydrogène sulfuré, avec régénération dudit dessiccant
liquide, ledit procédé comprenant :
Le procédé de l'invention est décrit ci-après plus en détail en relation avec la figure 4 :The process of the invention is described below in more detail in relation to the figure 4:
Dans l'étape (a), le flux de gaz humide 1 est mis en contact avec le flux de
dessiccant liquide 3, à contre-courant dans une colonne d'absorption A1, ce
qui produit un effluent gazeux sec 2 sortant en tête et un flux de dessiccant
liquide 4 chargé en eau et en BTEX, sortant en fond de ladite colonne
d'absorption A1.In step (a), the flow of
Dans cette étape, le gaz humide entre à la pression de production (en général de 20 à 150 bar) et à une température inférieure à 50°C. Si la température de production du gaz est supérieure à cette valeur, ledit gaz sera refroidi, par exemple par un aéro-réfrigérant, avant son entrée dans la colonne A1. Le dessiccant liquide introduit en tête de la colonne A1 est classiquement à une température supérieure d'environ 5°C à celle du gaz à traiter.In this stage, the wet gas enters the production pressure (generally from 20 to 150 bar) and at a temperature below 50 ° C. If the temperature of gas production is greater than this value, said gas will be cooled, by example by an air cooler, before entering column A1. The liquid desiccant introduced at the head of column A1 is conventionally at a temperature approximately 5 ° C higher than that of the gas to be treated.
Dans l'étape (b), le flux de dessiccant liquide chargé 4 est envoyé dans un
ballon de séparation flash S1, dans lequel on sépare un effluent vapeur 5
sortant en tête, contenant principalement méthane, vapeur d'eau et BTEX et,
sortant en fond, une phase liquide 7 contenant principalement le dessiccant
liquide chargé en eau et en BTEX.In step (b), the flow of charged
Dans cette étape, le flux de dessiccant liquide chargé en eau et en BTEX, sort
par la ligne 4 à la température du gaz à traiter ; il est en général envoyé
comme fluide de refroidissement en tête de la colonne de distillation D1 du
dispositif de régénération R1, où la température dudit dessiccant s'accroít en
général d'environ 10°C. Le dessiccant, alors envoyé dans le ballon de
séparation flash S1, est détendu à une pression de 2 à 5 bar, sa température,
selon les conditions d'exploitation, pouvant varier de 50 à 85°C. In this step, the flow of liquid desiccant loaded with water and BTEX leaves
by
Dans l'étape (c), le flux de dessiccant liquide 7 est envoyé à travers un
échangeur de chaleur El, vers la colonne de distillation D1 du dispositif de
régénération R1, qui comprend en outre un rebouilleur R2; dudit dispositif de
régénération R1, il sort en tête un effluent vapeur 8 contenant de l'eau et des
BTEX et en fond un effluent liquide 3, constituant le dessiccant liquide
régénéré, qui est envoyé, à travers l'échangeur de chaleur El et la pompe P1,
en tête de la colonne d'absorption A1 de l'étape (a).In step (c), the flow of
Dans cette étape, le flux de dessiccant liquide est réchauffé dans l'échangeur El, dimensionné de manière à entraíner une variation de température d'au moins environ 100°C sur le flux 7 (réchauffé) et le flux 3 (refroidi). L'effluent vapeur 8 de la colonne de distillation D1 sort en général à une température d'environ 80 à 90°C et à la pression atmosphérique. Le dessiccant liquide régénéré sort en fond du rebouilleur R2 à une température d'environ 200°C et subit une baisse de température d'au moins environ 100°C dans l'échangeur El comme déjà indiqué plus haut. La température du dessiccant régénéré est adaptée aux conditions de la colonne A1 : il est refroidi, en général dans un échangeur E4, jusqu'à une température supérieure d'environ 5°C à celle du gaz à traiter. Sa pression est elle aussi adaptée, par la pompe P1, à celle régnant dans la colonne d'absorption A1.In this step, the flow of liquid desiccant is heated in the exchanger El, dimensioned so as to cause a temperature variation of at least minus around 100 ° C on stream 7 (warmed) and stream 3 (cooled). The effluent steam 8 from the distillation column D1 generally leaves at a temperature about 80 to 90 ° C and at atmospheric pressure. The liquid desiccant regenerated leaves the reboiler R2 at the bottom at a temperature of around 200 ° C. and undergoes a temperature drop of at least about 100 ° C in the exchanger El as already indicated above. The temperature of the regenerated desiccant is adapted to the conditions of column A1: it is cooled, generally in a exchanger E4, up to a temperature approximately 5 ° C higher than that of gas to be treated. Its pressure is also adapted, by the pump P1, to that prevailing in the absorption column A1.
Dans l'étape (d), ledit effluent gazeux 8 sortant en tête de la colonne de
distillation D1 du dispositif de régénération R1 est condensé dans un
condenseur C1 et envoyé dans un ballon de séparation triphasique B1, d'où
sort, à la partie supérieure, un effluent gazeux 9 contenant des BTEX,
latéralement, une phase hydrocarbonée 10 contenant des BTEX et en fond,
une phase liquide aqueuse 11.In step (d), said gaseous effluent 8 leaving at the head of the column of
distillation D1 of the regeneration device R1 is condensed in a
condenser C1 and sent to a three-phase separation flask B1, hence
exits, at the top, a
L'effluent de tête de la colonne de distillation D1 est refroidi à travers le
condenseur C1, en général un aéro-réfrigérant, jusqu'à environ 50°C, ou
moins selon les conditions d'exploitation. Le ballon de séparation triphasique
B1 est à cette température et à pression atmosphérique; il en est de même de
l'effluent gazeux 9. The overhead effluent from the distillation column D1 is cooled through the
condenser C1, generally an air cooler, up to about 50 ° C, or
less depending on operating conditions. The three-phase separation flask
B1 is at this temperature and at atmospheric pressure; the same is true of
the
Enfin, dans l'étape (e), on envoie l'effluent gazeux 9 en courant ascendant
dans une colonne de lavage L1, dans laquelle il est mis en contact à contre-courant
avec un flux liquide 12, prélevé sur le circuit de dessiccant liquide
régénéré. De ladite colonne de lavage L1, il sort en fond un flux de dessiccant
liquide 13 ayant absorbé les BTEX, qui est renvoyé vers le dispositif de
régénération R1, et en tête un effluent gazeux exempt de BTEX.Finally, in step (e), the
Dans cette étape, le flux de dessiccant liquide régénéré utilisé pour le lavage représente en général de 3 à 10% du débit injecté à l'alimentation de la colonne d'absorption A1. Pour que le lavage soit efficace, la température du dessiccant utilisé est avantageusement supérieure d'au moins 5°C à celle de l'effluent gazeux à traiter. Cette température sera adaptée aux conditions opératoires, en général au moyen d'un échangeur de chaleur E3. Le dessiccant injecté ressort en fond de la colonne de lavage L1 à la température de l'effluent gazeux à traiter.In this step, the regenerated liquid desiccant flow used for washing generally represents 3 to 10% of the flow injected into the supply of the absorption column A1. For washing to be effective, the temperature of the desiccant used is advantageously at least 5 ° C higher than that of the gaseous effluent to be treated. This temperature will be adapted to the conditions operating, generally by means of an E3 heat exchanger. The injected desiccant comes out at the bottom of the washing column L1 at temperature of the gaseous effluent to be treated.
Différentes configurations peuvent être envisagées pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention.Different configurations can be envisaged to implement the method of the invention.
Ainsi, le dessiccant régénéré utilisé pour le lavage des effluents gazeux du séparateur triphasique B1 peut être prélevé au niveau de l'alimentation de l'absorbeur A1, selon la disposition représentée sur les figures 4 à 6. Cette configuration évite l'installation d'un échangeur et d'une pompe sur le site.Thus, the regenerated desiccant used for washing the gaseous effluents of the three-phase separator B1 can be taken from the supply of the absorber A1, according to the arrangement shown in FIGS. 4 to 6. This configuration avoids the installation of an exchanger and a pump on site.
Dans ce cas, le dessiccant chargé de BTEX, sortant en fond de colonne de
lavage L1 par la ligne 13 peut être envoyé vers l'alimentation 7 de la colonne
de distillation D1 en amont de l'échangeur de chaleur E1, comme représenté
figure 4.In this case, the desiccant loaded with BTEX, leaving at the bottom of the
wash L1 by
Le dessiccant chargé en BTEX sortant de la colonne de lavage L1 par la ligne
13 peut aussi être envoyé vers l'alimentation 7 de la colonne de distillation D1
en aval dudit échangeur de chaleur E1, comme représenté sur la figure 5.
Il peut encore être injecté directement en tête de la colonne de distillation D1
du dispositif de régénération R1, ou encore à un niveau intermédiaire comme
indiqué en pointillé sur la figure 5. The desiccant loaded with BTEX leaving the washing column L1 by the
Dans ces différents cas, la consommation énergétique supplémentaire induite au niveau du rebouilleur par l'ajout de ce fluide froid est faible, compte tenu qu'une faible fraction du débit de dessiccant est dédiée à cette fonction de lavage.In these different cases, the additional energy consumption induced at the reboiler by the addition of this cold fluid is low, given that a small fraction of the desiccant flow is dedicated to this function of washing.
Il est également possible de réaliser un échange thermique entre le dessiccant sortant de la colonne L1 et la tête de la colonne de régénération en provoquant un reflux partiel comme indiqué sur la figure 6. Cette disposition permet de réchauffer le dessiccant tout en assurant tout ou partie de la condensation requise en tête de la colonne de régénération D1.It is also possible to carry out a heat exchange between the desiccant leaving the column L1 and the head of the regeneration column causing partial reflux as shown in Figure 6. This arrangement allows warm the desiccant while ensuring all or part of the condensation required at the top of regeneration column D1.
Dans le procédé de l'invention, le flux de dessiccant liquide régénéré 12
alimentant en tête la colonne de lavage L1 peut encore être prélevé dans le
rebouilleur R2 par une pompe P2 et passer à travers un échangeur de chaleur
E2, et si nécessaire dans un échangeur E3, dans lesquels il est refroidi, et le
dessiccant liquide 13 ayant absorbé les BTEX et sortant en fond de la colonne
de lavage L1 est renvoyé, à travers l'échangeur de chaleur E2, dans lequel il
est réchauffé, vers le rebouilleur R2. Une telle configuration est représentée
sur la figure 3.In the process of the invention, the stream of regenerated
Afin d'améliorer sensiblement la déshydratation d'un gaz naturel ou d'un gaz
de raffinerie, la régénération du dessiccant liquide, dans le procédé de
l'invention, peut inclure une opération de strippage par exemple au moyen d'un
agent de strippage liquide à température et pression ambiantes et formant un
hétéroazéotrope avec l'eau. Généralement l'agent de strippage est un mélange
d'hydrocarbures contenant majoritairement du benzène. Le procédé de
régénération du dessiccant liquide peut alors se subdiviser en les 6 étapes
suivantes.
Un mode particulier de réalisation du procédé est décrit plus en détail ci-après
en liaison avec la figure 7. Dans ce mode de réalisation, l'agent de strippage
liquide issu de l'étape 4 est partiellement vaporisé au cours d'une première
étape de chauffage, en générant une phase vapeur enrichie en eau, qui est
renvoyée en amont de l'étape 4 et une phase liquide appauvrie en eau, qui est
vaporisée avant d'être envoyée vers l'étape 1.A particular embodiment of the method is described in more detail below
in connection with FIG. 7. In this embodiment, the stripping agent
liquid from
Cette disposition permet de stripper le dessiccant liquide par une phase vapeur ne contenant pratiquement plus d'eau et de pouvoir ainsi obtenir une régénération très poussée du dessiccant liquide.This arrangement allows stripping the liquid desiccant by a vapor phase containing practically no more water and thus being able to obtain a very thorough regeneration of the liquid desiccant.
La charge à traiter arrive par la ligne 4 en tête du dispositif de distillation D1.
Après passage dans le ballon de séparation flash S1, elle est envoyée par la
ligne 7 jusqu'à l'échangeur E1, où elle est chauffée par le dessiccant liquide
régénéré arrivant par la ligne 3. Sortant de l'échangeur El par la ligne 7, la
charge pénètre dans le dispositif de distillation D1, lequel surmonte
successivement de haut en bas une zone de rebouillage R2, une zone de
strippage S2 et un ballon réservoir B2.The charge to be treated arrives via
La température dans la zone de rebouillage R2 est généralement comprise entre 150°C et 250°C. The temperature in the reboiling zone R2 is generally understood between 150 ° C and 250 ° C.
La pression absolue dans l'ensemble constitué du dispositif de distillation D1, du rebouilleur R2, de la zone de strippage S2 et du ballon B2 est généralement comprise entre 0,5 et 2 bar.The absolute pressure in the assembly consisting of the distillation device D1, reboiler R2, stripping zone S2 and balloon B2 is generally between 0.5 and 2 bar.
Dans le rebouilleur R2 la majeure partie de l'eau et des produits plus légers
que l'agent dessiccant absorbés par ce dernier sont vaporisés. Le dessiccant
liquide appauvri en eau tombe par gravité du rebouilleur R2 dans la zone de
strippage S2, où il est mis en contact à contre-courant avec l'agent de
strippage déshydraté arrivant dans le ballon B2 par la ligne 15.Most of the water and lighter products in the reboiler R2
as the desiccant absorbed by the latter are vaporized. The desiccant
liquid depleted in water falls by gravity from reboiler R2 into the
stripping S2, where it is brought into counter-current contact with the
dehydrated stripping arriving in balloon B2 via
Le dessiccant liquide régénéré sort du ballon B2 par la ligne 3, traverse
l'échangeur E1, où il est refroidi par la charge arrivant par la ligne 7, et est
réinjecté en tête de la colonne d'absorption A1, par la pompe P1.The regenerated liquid desiccant leaves the flask B2 through
L'eau, l'agent de strippage et les autres produits vaporisés dans le rebouilleur
R2 quittent le dispositif de distillation D1 par la ligne 8, sont mélangés, le cas
échéant, avec la vapeur arrivant du ballon B3 par la ligne 16, et refroidis dans
le condenseur C1. Le mélange, partiellement condensé, entre dans le
ballon B1.Water, stripping agent and other products sprayed into the reboiler
R2 leave the distillation device D1 via line 8, are mixed, if necessary
if necessary, with the steam coming from the tank B3 via
De là, les composés les plus légers sont évacués du procédé sous forme
gazeuse par la ligne 9 ; l'eau est évacuée du procédé par la ligne 11 avec les
autres produits hydrophiles ; l'agent de strippage et les autres produits
hydrophobes sont envoyés, saturés en eau, par la ligne 10 et à travers la
pompe P2, vers l'échangeur E5, où ils sont partiellement vaporisés et envoyés
par la ligne 17 vers le ballon B3.From there, the lighter compounds are removed from the process in the form
gas via
D'une manière générale, la phase vapeur générée dans l'échangeur E5, plus
riche en eau que le liquide arrivant par la ligne 10, peut être évacuée du
procédé. Cependant, il est plus avantageux de la renvoyer par la ligne 16 en
amont du condenseur C1 avec la vapeur sortant du dispositif de distillation D1
par la ligne 8.In general, the vapor phase generated in the E5 exchanger, plus
rich in water that the liquid arriving via
La phase liquide sortant du ballon B3 par la ligne 18, plus pauvre en eau que le
liquide arrivant par la ligne 10, est divisée de manière à maintenir constant le
débit d'agent de strippage dans la boucle : une partie fixe est envoyée vers
l'évaporateur E6 par la ligne 20; un éventuel excès, dû à l'absorption par
l'agent dessiccant d'une partie du courant gazeux traité lors de l'étape de
déshydratation, est évacué du procédé par la ligne 19.The liquid phase leaving balloon B3 via
La phase vapeur sortant de l'évaporateur E6 par la ligne 15 est envoyée dans
le ballon B2.The vapor phase leaving the evaporator E6 via
On sait que lors de l'exploitation d'un champ de gaz naturel, la composition
dudit gaz peut varier et présenter une richesse variable en composés
aromatiques, comme décrit dans "Glycol Experience in the Brae Field", J.H.
Miller et K.A. O'Donnell, présenté à Londres, au Congrès "Developments in
Production Separation Systems" en Mars 1993. Aussi, la mise en place d'une
étape de strippage, telle que décrite ci-dessus, doit s'accompagner d'une
surveillance du niveau d'agent de strippage. En cas de production de gaz
riches en composés aromatiques, le volume d'agent de strippage va
augmenter au cours de l'étape 3, et occasionnellement le séparateur
triphasique B1 devra être purgé et le surplus de composés aromatiques
envoyé au séparateur flash B3. Si le gaz ne contient pas de composés
aromatiques, il se chargera en ces composés au cours de l'étape 3. Au cours
de l'étape 4, la phase liquide majoritaire en eau condensera, alors que la
seconde phase liquide majoritaire en agent de strippage aura un faible volume
ou sera inexistante. De ce fait, le volume d'agent de strippage contenu dans le
procédé peut diminuer et nécessiter des appoints. Un mode de fonctionnement
utilisé en Mer du Nord pour pallier les variations des aromatiques contenus
dans le gaz produit consiste à alterner des périodes d'utilisation normale du
procédé avec des périodes pendant lesquelles le fuel gaz est utilisé comme
agent de strippage. Ces dernières périodes permettent la constitution d'une
réserve d'agent de strippage.We know that during the exploitation of a natural gas field, the composition
of said gas may vary and have a variable richness in compounds
aromatic, as described in "Glycol Experience in the Brae Field", J.H.
Miller and K.A. O'Donnell, presented in London, at the Congress "Developments in
Production Separation Systems "in March 1993. Also, the establishment of a
stripping step, as described above, must be accompanied by a
monitoring of the level of stripping agent. In case of gas production
rich in aromatic compounds, the volume of stripping agent will
increase during
Quand l'étape de strippage est associée au procédé de l'invention, une telle façon d'opérer n'est plus nécessaire. En effet, la quasi totalité des composés aromatiques BTEX se trouve récupérée et concentrée dans le ballon triphasique B1 et les BTEX peuvent être avantageusement utilisés pour pallier les variations de volume en agent de strippage. When the stripping step is associated with the process of the invention, such a way of operating is no longer necessary. In fact, almost all of the compounds aromatic BTEX is recovered and concentrated in the flask three-phase B1 and BTEX can be advantageously used to overcome variations in volume of stripping agent.
Les aromatiques arrivant dans la charge s'accumulent dans le ballon B1 et la
purge réalisée par le conduit 19 peut être opérée de manière à maintenir la
quantité d'agent de strippage contenue dans le ballon B1 constante, par
exemple en contrôlant le débit de purge par une régulation de niveau.The aromatics arriving in the charge accumulate in balloon B1 and the
purge carried out through
La purge peut être effectuée soit à la sortie du ballon B1 sous contrôle de niveau dans le ballon B1, soit à la sortie du ballon B3 sous contrôle de niveau dans le ballon B3. Cette dernière disposition présente l'avantage de produire une fraction liquide déshydratée. Cette fraction liquide peut être soit remélangée avec le gaz en étant alors vaporisée, soit valorisée séparément.The purge can be carried out either at the outlet of the B1 tank under control of level in balloon B1, i.e. at the exit of balloon B3 under level control in ball B3. The latter arrangement has the advantage of producing a dehydrated liquid fraction. This liquid fraction can either be remixed with the gas while being vaporized, or valued separately.
Dans le procédé de l'invention, il peut être avantageux d'utiliser au moins une
partie 6 de l'effluent gazeux 5 du ballon de séparation flash S1 comme gaz
combustible pour le rebouilleur R2.In the process of the invention, it may be advantageous to use at least one
Par ailleurs, l'effluent gazeux 5 issu du ballon de séparation flash S1 peut être
injecté dans le ballon triphasique B1, où il peut être injecté en partie condensé.
La vapeur se joint à celle déjà séparée dans le ballon B1 et qui en sort par la
ligne 9 pour être traitée dans la colonne de lavage L1 selon l'invention. Cette
possibilité est représentée en pointillé sur la figure 4.Furthermore, the
Il est encore possible, alternativement, d'installer sur l'effluent gazeux 5 du
ballon de séparation flash S1 une colonne de lavage L2 alimentée en tête par
du dessiccant liquide régénéré, avec les mêmes possibilités de prélèvement et
de renvoi que celles qui sont décrites plus haut pour la colonne de lavage L1.It is still possible, alternatively, to install on the
L'effluent gazeux sortant de la colonne L1 par la ligne 14 est débarrassé de la
fraction de BTEX mais est également déshydraté. Il peut donc être recomprimé
par un compresseur K1 et mélangé avec le gaz traité comme cela est indiqué
sur le schéma de la figure 4. Éventuellement, et selon la composition du gaz à
traiter, des débits relatifs des effluents 2, 5 et 14, l'effluent 5 ou l'effluent
gazeux issu d'une colonne de lavage L2 traitant l'effluent 5 peuvent être
associés à l'effluent 14. On peut ainsi améliorer le rendement de production
du gaz traité, ce qui constitue un avantage supplémentaire du procédé. Ledit
effluent 14 peut également être utilisé comme combustible pour le chauffage
du rebouilleur R2 du système de régénération R1. The gaseous effluent leaving column L1 via
Les exemples suivants illustrent l'invention.The following examples illustrate the invention.
Dans ces exemples, on considère un champ de gaz naturel, produisant
220 MSCFD (Millions of Standard Cubic Feet per Day) soit 5,896 millions de
(n)m3/jour de gaz dont la composition sèche est donnée colonne 1 du tableau
1. La masse molaire du gaz sec est de 21,5 g/mole, dont 0,37% poids de
BTEX. Ce gaz est saturé en eau à température et pression de production
(51°C, 61 bar) et contient 390 kg d'eau par million de m3.In these examples, we consider a field of natural gas, producing 220 MSCFD (Millions of Standard Cubic Feet per Day) or 5.896 million (n) m 3 / day of gas whose dry composition is given in
Le gaz est envoyé dans une unité classique de déshydratation fonctionnant avec du TEG, telle que représentée Figure 1.The gas is sent to a conventional working dehydration unit with TEG, as shown in Figure 1.
Dans cet exemple:
- le débit de TEG circulant dans le procédé est de 32 000 m3/j
- le TEG régénéré injecté en tète d'absorbeur
1,2 % poids d'eau résiduelle,A1 contient - l'absorbeur A1 fonctionne à 51°C et 61 bar,
- le ballon de séparation flash S1 fonctionne à 85°C et 5 bar. La teneur en BTEX de l'effluent gazeux (7,49 kg/h) permet son utilisation comme fuel gaz. Toutefois les conditions locales ou une législation sévère peuvent entraíner son traitement.
- la température dans le rebouilleur de la colonne de régénération 4 est de 204°C,
- la régénération est faite à pression atmosphérique.
- the flow of TEG circulating in the process is 32,000 m 3 / d
- the regenerated TEG injected at the top of the absorber A1 contains 1.2% by weight of residual water,
- the absorber A1 operates at 51 ° C and 61 bar,
- the flash separation tank S1 operates at 85 ° C and 5 bar. The BTEX content of the gaseous effluent (7.49 kg / h) allows its use as a fuel gas. However local conditions or severe legislation may cause its treatment.
- the temperature in the reboiler of the
regeneration column 4 is 204 ° C., - regeneration is carried out at atmospheric pressure.
La composition de l'effluent 8 issu du régénérateur R1 est décrite colonne 2 du
tableau 1. Une telle unité rejette 56,9 kg/h de BTEX. The composition of effluent 8 from regenerator R1 is described in
Le gaz est déshydraté avec une unité classique présentant un condenseur, abaissant la température des vapeurs issues de la colonne de régénération R1 à 55°C, et un ballon triphasique de séparation gravitaire (figure 2). Toutes les conditions de fonctionnement sont identiques par ailleurs à celles de l'exemple décrit ci dessus.The gas is dehydrated with a conventional unit having a condenser, lowering the temperature of the vapors from the regeneration column R1 at 55 ° C, and a three-phase gravity separation flask (Figure 2). All the operating conditions are identical to those of the example described above.
La composition de l'effluent gazeux 9 du ballon triphasique est décrite colonne
3 du tableau 1. Une telle unité rejette 29,8 kg/h de BTEX.The composition of the
Le gaz est déshydraté avec une unité présentant un condenseur, abaissant la
température des vapeurs issues de la colonne de régénération 4 à 55°C et un
ballon triphasique de séparation gravitaire. Les vapeurs au sortir de ce ballon
sont reprises dans une colonne de lavage L1 décrite figure 4.The gas is dehydrated with a unit having a condenser, lowering the
temperature of the vapors from the
Dans cet exemple:
- la colonne de lavage comprend au moins trois étages théoriques,
- le débit de TEG régénéré 12 issu de la colonne de régénération et injecté en tête de colonne de lavage est de 500 kg/h.
- the washing column comprises at least three theoretical stages,
- the flow rate of regenerated
TEG 12 coming from the regeneration column and injected at the top of the washing column is 500 kg / h.
La composition de l'effluent 14 issu de cette colonne est décrite colonne 4 du
tableau 1. Une telle unité ne rejette que 3,9 kg/h de BTEX.
The composition of the effluent 14 from this column is described in
Claims (18)
- A process for dehydrating a wet gas selected from natural gas and refinery gases comprising methane and other light alkanes, BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, xylene), water and possibly carbon dioxide, nitrogen and/or hydrogen sulphide using a hydrophilic liquid desiccant, with regeneration of said liquid desiccant, said process comprising:(a) a step for absorbing water and BTEX by contacting said wet gas with the liquid desiccant which has been regenerated in step (c), producing a dry effluent gas and a stream of liquid desiccant charged with water and BTEX;(b) a step for separating said charged liquid desiccant into a vapour containing mainly methane, water vapour and a portion of the BTEX, and a liquid phase containing mainly the liquid desiccant charged with water and BTEX;(c) a step for regenerating said liquid desiccant, comprising a reboiling zone and a distillation zone, in which the liquid desiccant charged with water and BTEX is sent to said distillation zone, from which a vapour containing water and BTEX and said regenerated liquid desiccant are extracted, which latter is sent as the desiccant to the inlet to said absorption zone of step (a);(d) a step for condensing the vapour from said distillation zone, followed by separation into three phases: a gaseous effluent containing BTEX, a liquid hydrocarbon phase containing BTEX and an aqueous liquid phase; and(e) treating at least said gaseous effluent containing BTEX in a washing zone by absorbing the BTEX with a fraction of the regenerated liquid desiccant taken from a point in the process and returning said desiccant, having absorbed the BTEX, to a point in the regeneration zone of step (b), the gaseous effluent leaving said washing zone having been freed of the BTEX.
- A process according to claim 1, characterized in that:in step (a), the wet gas stream 1 is brought into contact with a counter-current of liquid desiccant 3 in absorption column A1, producing a dry gaseous effluent 2 leaving overhead and a stream of liquid desiccant 4 charged with water and BTEX which leaves the bottom of said absorption column A1;in step (b), the charged liquid desiccant 4 is sent, after passing inside the head of distillation column D1, to a flash separation drum S1, in which a vapour effluent 5 is separated which leaves overhead, containing mainly methane, water vapour and BTEX, and a liquid phase 7, containing mainly the liquid desiccant charged with water and BTEX, leaves from the bottom;in step (c), the desiccant stream 7 which is charged with water and BTEX is passed through a heat exchanger E1 to distillation column D1 of regeneration apparatus R1, which also includes a reboiler R2; from said regeneration apparatus, a vapour effluent 8 leaves overhead which contains water and BTEX and a liquid effluent 3 which constitutes the regenerated liquid desiccant leaves from the bottom, passes through heat exchanger E1 and is sent to the head of absorption column A1 of step (a);in step (d), said gaseous effluent 8 leaving overhead from distillation column D1 of regeneration apparatus R1 is condensed in a condenser C1 and sent to a three-phase separation drum B1, from which a gaseous effluent 9 containing BTEX leaves from its upper portion, a hydrocarbon phase 10 containing BTEX leaves as a side stream and an aqueous liquid phase 11 leaves the bottom;and in step (e), the gaseous effluent 9 is sent as an upflow to washing column L1, in which it is brought into contact with a counter-current of a liquid stream 12 which has been removed from the regenerated liquid desiccant circuit; a stream of liquid desiccant 13 which has absorbed the BTEX leaves the bottom of said washing column L1 and is returned to regeneration apparatus R1, and a gaseous effluent which is free of BTEX leaves overhead.
- A process according to claim 2, characterized in that the stream of regenerated liquid desiccant 12 supplying the head of washing column L1 is removed from the regenerated liquid desiccant supply 3 to the absorption column A1.
- A process according to claim 3, characterized in that the liquid desiccant 13, having absorbed the BTEX and leaving the bottom of washing column L1, is returned to the supply 7 to distillation column D1 of regeneration apparatus R1, upstream of heat exchanger E1.
- A process according to claim 3, characterized in that the liquid desiccant 13, having absorbed the BTEX and leaving the bottom of washing column L1, is returned to the supply 7 to distillation column Dl of regeneration apparatus R1, downstream of heat exchanger E1.
- A process according to claim 3, characterized in that the liquid desiccant 13, having absorbed the BTEX and leaving the bottom of washing column L1, is returned directly to the head of distillation column D1 of regeneration apparatus R1.
- A process according to claim 2, characterized in that the stream of regenerated liquid desiccant 12 supplying the head of washing column L1 is removed from the reboiler R2 via a pump P1 and through a heat exchanger E2, in which it is cooled, and liquid desiccant 13, having absorbed the BTEX and leaving the bottom of washing column L1 is returned through heat exchanger E2, in which it is reheated, to reboiler R2.
- A process according to any one of claims 2 to 7, characterized in that it further comprises a stripping step for the liquid desiccant to be regenerated.
- A process according to claim 8, characterized in that stripping is carried out using a fraction of dry gas recovered as an effluent from absorption column A1.
- A process according to claim 8, characterized in that a liquid stripping agent is used at ambient pressure and temperature and forms a heteroazeotrope with the water, the liquid desiccant regeneration process thus comprising:1) a reboiling step for the liquid desiccant charged with water;2) a distillation step for said desiccant comprising at least one distillation stage;3) a stripping step for the liquid desiccant which has been partially regenerated during steps 1 and 2, using the vaporised stripping agent;4) a step for condensing the vapour leaving distillation step 2, condensation generating two liquid phases, one of which is mainly water, the other of which is mainly stripping agent;5) heating the liquid phase which is rich in stripping agent from step 4, heating generating a vapour phase which is richer in water than said liquid phase and a liquid phase which is depleted in water; and6) returning the liquid phase which is constituted essentially by stripping agent from step 5 to step 3.
- A process according to claim 10, characterized in that the stripping agent comprises aromatic hydrocarbons.
- A process according to claim 10 or claim 11, characterized in that the hydrocarbon phase 10 containing BTEX leaving the three-phase drum B1 as a side stream is used to make up the stripping agent.
- A process according to any one of claims 2 to 13, characterized in that at least a portion 6 of the gaseous effluent from flash separation drum S1 is used as a fuel to heat reboiler R2.
- A process according to any one of claims 2 to 13, characterized in that the gaseous effluent 5 from flash separation drum S1 is injected into the three-phase drum B1.
- A process according to any one of claims 2 to 14, characterized in that a washing column L2 supplied with regenerated liquid desiccant is installed for the gaseous effluent from flash separation drum S1.
- A process according to any one of claims 2 to 15, characterized in that the gaseous effluent 14 from washing column L1 is recompressed and injected into dry gaseous effluent 2.
- A process according to any one of claims 1 to 16, characterized in that said liquid desiccant is a glycol.
- A process according to claim 17, characterized in that said glycol is triethyleneglycol.
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