FR2836063A1 - Adsorbent useful for removing hydrogen sulfide from hydrocarbon and/or hydrogen gas streams comprises zeolite A exchanged with potassium cations - Google Patents
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Abstract
Description
<Desc/Clms Page number 1> <Desc / Clms Page number 1>
La présente invention concerne un adsorbant de type zéolite A échangée de 5% à 45% par des cations potassium et un procédé de purification de gaz en ses impuretés
H2S utilisant un tel adsorbant. The present invention relates to a zeolite A adsorbent exchanged from 5% to 45% by potassium cations and a process for purifying gas in its impurities
H2S using such an adsorbent.
On rencontre classiquement des gaz contenant le composé H2S dans l'industrie gazière, l'industrie du raffinage ainsi que celle du traitement du charbon. La molécule de H2S est un composant du gaz naturel et du pétrole brut et sa teneur est très variable selon le champ de production. Gas containing the compound H2S is conventionally encountered in the gas industry, the refining industry and the coal processing industry. The H2S molecule is a component of natural gas and crude oil and its content varies greatly depending on the field of production.
D'autres composés soufrés dit "organiques", tels que les mercaptans ou les dérivés thiophéniques, sont présents en grande quantité dans le pétrole et le gaz et se retrouvent dans presque tous les produits finis de la raffinerie. Other so-called "organic" sulfur compounds, such as mercaptans or thiophene derivatives, are present in large quantities in oil and gas and are found in almost all finished products of the refinery.
L'un des grands enjeux du raffinage est la réduction des teneurs en soufre de ces produits pour satisfaire aux exigences environnementales ou permettre leur traitement ultérieur dans des unités catalytiques, par exemple de craquage ou de réformage catalytique, dont les catalyseurs seraient empoisonnés par le soufre. One of the major challenges in refining is the reduction of the sulfur content of these products to meet environmental requirements or allow their subsequent processing in catalytic units, for example cracking or catalytic reforming, the catalysts of which would be poisoned by sulfur. .
Pour ce faire, les différents flux de la raffinerie, subissent un hydrotraitement qui permet la réduction du soufre organique en H2S dans des unités dédiées ; ce sont les unités d'hydrodésulfuration ou HDS. To do this, the different flows of the refinery undergo a hydrotreatment that allows the reduction of organic sulfur in H2S in dedicated units; these are hydrodesulfurization units or HDS.
Plus généralement, toutes les unités de conversion de raffinerie traitant des charges soufrées génèrent des effluents contenant H2S. C'est évidemment le cas des unités d'hydrotraitements (HDT) ou d'hydrocraquage (HDC) de naphta, de kérosène, de gasoil de distillat sous vide, d'huile ou de résidu. More generally, all refinery conversion units treating sulfur feedstocks generate effluents containing H2S. This is obviously the case of hydrotreatment units (HDT) or hydrocracking units (HDC) of naphtha, kerosene, vacuum distillate gas oil, oil or residue.
C'est aussi vrai pour tous les procédés de conversion non hydrogénants, tels que le craquage catalytique (FCC ou Fluidized Catalytic Cracking), la cokéfaction (coking), la viscoréduction (visbreaking). This is also true for all non-hydrogenating conversion processes, such as catalytic cracking (FCC), coking, visbreaking.
Pour se débarrasser de l'H2S, l'oxydo-réduction par un composé soufré oxygéné est couramment décrite, soit par procédé Claus de réaction entre S02 et H2S, tel que décrit notamment par DE-A-3 507 617 ou GB-A-2 202 546, ou par oxydation de H2S avec H2504, tel que décrit par WO-A-95/21790. In order to get rid of H2S, the oxido-reduction by an oxygen-containing sulfur compound is commonly described, either by the Claus reaction process between SO 2 and H 2 S, as described in particular by DE-A-3 507 617 or GB-A- 2 202 546, or by oxidation of H2S with H2504, as described by WO-A-95/21790.
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Une autre voie possible porte sur l'utilisation de réactifs chimiques solides, tels que ZnO ainsi que décrit par EP-A-260 798 ou EP-A-2560741, des spinels dopées ainsi que décrit par US-A-5, 514,351 ou US-A-4, 263,020, des zéolites 5A, 3A, 4A ou 13X ainsi que décrit par EP-A-211 560, US-A-4, 329,160 ou DE-A-2643756, de l'alumine, de la silice, du charbon actif ou des argiles ainsi que décrit par BE-A-798 334, JP-A-82 002
368, JP-A-52021275, de la poudre de fer comme enseigné par JP-A-52028471, ou encore des carbonate déposés sur un support réfractaire, comme enseigné par US-A-
3,996, 335. Another possible way relates to the use of solid chemical reagents, such as ZnO as described by EP-A-260,798 or EP-A-2560741, doped spinels as described by US-A-5, 514,351 or US -A-4, 263,020, zeolites 5A, 3A, 4A or 13X as described by EP-A-211 560, US-A-4, 329,160 or DE-A-2643756, alumina, silica, activated carbon or clays as described in BE-A-798,334, JP-A-82,002
368, JP-A-52021275, iron powder as taught by JP-A-52028471, or also carbonate deposited on a refractory support, as taught by US-A-
3.996, 335.
Il est aussi connu d'utiliser des absorbants en phase liquide, comme divulgué par
US-A-4, 293,531, CN-A-1113824 ou WO 87/01961. It is also known to use absorbents in the liquid phase, as disclosed by
US-A-4, 293,531, CN-A-1113824 or WO 87/01961.
Enfin, une autre voie connue met en jeu l'adsorption physique réversible de H2S, comme enseigné par US-A-6, 783,606, JP-A-05 212 236, DE-A-1444447 ou DE-A- 2315113. Finally, another known route involves the reversible physical adsorption of H2S, as taught by US-A-6,783,606, JP-A-05 212 236, DE-A-1444447 or DE-A-2315113.
Pour revenir à l'exemple précédent du raffinage, la solution majoritairement adoptée aujourd'hui au plan industriel pour traiter !'HzS formé suite aux réactions d'hydrodésulfuration comprend trois étapes : - la première étape consiste à générer un ou plusieurs gaz contenant H2S par simple séparation liquide/vapeur ou par distillation, - la deuxième étape consiste à séparer le composé H2S du mélange gazeux formé des composés H2, H2S et hydrocarbures légers par un lavage aux amines, par exemple MDEA, MEA, DEA,... To return to the previous example of refining, the solution, which is nowadays adopted industrially today to treat the H 2 S formed as a result of the hydrodesulfurization reactions, comprises three stages: the first stage consists in generating one or more gases containing H 2 S by simple liquid / vapor separation or by distillation, the second step consists in separating the H2S compound from the gaseous mixture formed of the H2, H2S compounds and light hydrocarbons by an amine wash, for example MDEA, MEA, DEA, etc.
- la troisième étape consiste à diriger les composés H2S récupérés après régénération des amines vers une unité Claus, pour produire finalement du soufre élémentaire. the third step consists in directing the recovered H2S compounds after regeneration of the amines to a Claus unit, to finally produce elemental sulfur.
La présente invention propose une alternative à la deuxième étape du traitement c'est à dire à la séparation de H2S des autres constituants des différents gaz de raffineries ; il s'agit, en plus de H2S, des hydrocarbures légers et de l'hydrogène. Ces gaz peuvent être soit des effluents, soit des flux internes aux unités, tels des gaz de recyclage par exemple. Dans ce dernier cas, l'extraction de l'H25 de la section réactionnelle permet généralement d'améliorer les performances du procédé. The present invention provides an alternative to the second stage of treatment, that is to say the separation of H2S from the other constituents of the different refinery gases; it is in addition to H2S, light hydrocarbons and hydrogen. These gases can be either effluents or flows internal to the units, such as recycling gases for example. In the latter case, the extraction of the H25 from the reaction section generally makes it possible to improve the performance of the process.
Le tableau ci-dessous présente quelques exemples de compositions de gaz de raffinerie. The table below presents some examples of refinery gas compositions.
Les compositions de ces gaz sont très variables selon la teneur en soufre organique de la charge de l'unité, l'intensité du craquage réalisé (création des gaz Ci- C5+) et les conditions de pression et température auxquelles le gaz est produit. The compositions of these gases are highly variable depending on the organic sulfur content of the feedstock, the intensity of the cracking achieved (creation of C15 + gases) and the pressure and temperature conditions at which the gas is produced.
Cette grande diversité des compositions gazeuses pouvant être rencontrées sur un site industriel complique encore plus la tâche visant à permettre une élimination efficace du H2S et ce, quelle que soit la composition exacte du mélange gazeux à traiter. This great diversity of gaseous compositions that can be encountered on an industrial site further complicates the task of enabling effective removal of H2S, regardless of the exact composition of the gaseous mixture to be treated.
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Tableau
Board
<tb>
<tb> Recyclage <SEP> Recyclage
<tb> Type <SEP> de <SEP> GAz <SEP> ou <SEP> Purge <SEP> à <SEP> ou <SEP> purge <SEP> à <SEP> Effluent <SEP> Coupe <SEP> Gaz <SEP> Coupe <SEP> C3 <SEP> Fuel <SEP> Gas
<tb> Haute <SEP> Haute <SEP> GAz <SEP> C2 <SEP> Acide
<tb> pression <SEP> pression
<tb> Origine <SEP> HDS <SEP> Hydro- <SEP> Coking <SEP> ou <SEP> Gas <SEP> Plant <SEP> Gas <SEP> Plant <SEP> Réseau
<tb> Gas <SEP> Oil <SEP> cracking <SEP> Visbreaking <SEP> FCC <SEP> FCC <SEP> Raffinerie
<tb> Pression, <SEP> bar <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 50 <SEP> 120 <SEP> - <SEP> 170 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> 25 <SEP> - <SEP> 35 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 8
<tb> Température, <SEP> C <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 60
<tb> H2S, <SEP> %mol <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 0.5 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 25 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 0.5 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 20
<tb> H2, <SEP> %mol <SEP> 60 <SEP> - <SEP> 95 <SEP> 80 <SEP> - <SEP> 95 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 50
<tb> C1, <SEP> %mol <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 40 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30
<tb> C2, <SEP> %mol <SEP> 0.5 <SEP> - <SEP> 15 <SEP> 0.5 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> < 5 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30
<tb> C2=, <SEP> %mol <SEP> - <SEP> - <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> < 5 <SEP> < 10
<tb> C3, <SEP> %mol <SEP> 0.05 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 0.05 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> < 5 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> < 10
<tb> C3=, <SEP> %mol <SEP> - <SEP> - <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> < 5 <SEP> 75 <SEP> - <SEP> 90 <SEP> < 10
<tb> C4, <SEP> %mol <SEP> 0.05 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> 0.05 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> - <SEP> < 5 <SEP> < 5
<tb> C5+, <SEP> %mol <SEP> < 0.1 <SEP> < 0.2 <SEP> < 5 <SEP> - <SEP> < 5 <SEP> < 1
<tb> <Tb>
<tb> Recycling <SEP> Recycling
<tb> Type <SEP> of <SEP> GAz <SEP> or <SEP> Purge <SEP> to <SEP> or <SEP> purge <SEP> to <SEP> Effluent <SEP> Cut <SEP> Gas <SEP > Cup <SEP> C3 <SEP> Fuel <SEP> Gas
<tb> High <SEP> High <SEP> GAz <SEP> C2 <SEP> Acid
<tb> pressure <SEP> pressure
<tb> Origin <SEP> HDS <SEP> Hydro- <SEP> Coking <SEP> or <SEP> Gas <SEP> Plant <SEP> Gas <SEP> Plant <SEP> Network
<tb> Gas <SEP> Oil <SEP> cracking <SEP> Visbreaking <SEP> FCC <SEP> FCC <SEP> Refinery
<tb> Pressure, <SEP> bar <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 50 <SEP> 120 <SEP> - <SEP> 170 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> 25 <SEP> - <SEP> 35 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 8
<tb> Temperature <SEP> C <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> 30 <MS> - <SEP> 60 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 60
<tb> H2S, <SEP>% mol <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 0.5 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 25 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 0.5 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 20
<tb> H2, <SEP> mole% <SEP> 60 <SEP> - <SEP> 95 <SEP> 80 <SEP> - <SEP> 95 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 50
<tb> C1, <SEP>% mol <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 40 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30
<tb> C2, <SEP>% mol <SEP> 0.5 <SEP> - <SEP> 15 <SEP> 0.5 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 20 <SEP><5<SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30
<tb> C2 =, <SEP>% mol <SEP> - <SEP> - <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 20 <SEP><5<SEP><10
<tb> C3, <SEP> mole% <SEP> 0.05 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 0.05 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP><<SEP> 10 <SEP> - <SEP> 20 <SEP><10
<tb> C3 =, <SEP>% mol <SEP> - <SEP> - <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP><5<SEP> 75 <SEP> - <SEP> 90 <SEP ><10
<tb> C4, <SEP> mole% <SEP> 0.05 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> 0.05 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> - <SEP><5<SEP><5
<tb> C5 +, <SEP>% mol <SEP><0.1<SEP><0.2<SEP><5<SEP> - <SEP><5<SEP><1
<Tb>
Des procédés alternatifs à adsorption ont été étudiés, par exemple des procédés TSA sur adsorbants de type zéolite ou des procédés PSA sur des adsorbants polaires, tels que gel de silice ou alumine. Alternative adsorption processes have been investigated, for example zeolite adsorbent TSA methods or PSA methods on polar adsorbents, such as silica gel or alumina.
Cependant, les adsorbants actuels ne donnent pas entièrement satisfaction. However, the present adsorbents are not entirely satisfactory.
Ainsi, avec les zéolites connues, telles que les 5A, 13X ou CaX, l'affinité d'adsorption est si élevée que l'on est obligé de chauffer pour désorber H2S, suivant le procédé TSA. Un tel procédé n'est acceptable que quand la teneur en H2S est faible (c'est-à-dire < à quelques %), car alors la phase de désorption peut être effectuée à intervalles espacés, mais pour des teneurs dépassant le pour cent, ce procédé n'est plus utilisable à cause de l'intervalle de régénération qui serait trop court. Thus, with known zeolites, such as 5A, 13X or CaX, the adsorption affinity is so high that it is necessary to heat to desorb H2S, according to the TSA method. Such a method is acceptable only when the H2S content is low (ie <a few%), since then the desorption phase can be carried out at spaced intervals, but for contents exceeding the percent this method is no longer usable because of the regeneration interval which would be too short.
On a aussi étudié des adsorbants tel que l'alumine ou la silice activées. Dans ce cas, l'adsorption de H2S est tout à fait adaptée à un procédé PSA, mais malheureusement, la sélectivité vis-à-vis des hydrocarbures en C3 est plus faible, voire inférieure à 1 pour les C5. Adsorbents such as activated alumina or silica have also been studied. In this case, the adsorption of H2S is quite suitable for a PSA process, but unfortunately, the selectivity towards C3 hydrocarbons is lower, or even less than 1 for C5.
De là, le problème qui se pose est de pouvoir disposer d'un adsorbant ayant à la fois une bonne sélectivité H2S/hydrocarbures et une isotherme H2S de caractéristiques satisfaisantes de manière à pouvoir purifier efficacement des mélanges gazeux à base Hence, the problem is to be able to have an adsorbent having both a good H2S / hydrocarbon selectivity and a H2S isotherm of satisfactory characteristics so as to be able to effectively purify gaseous mixtures based on
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d'hydrogène, d'hydrocarbures et de H2S par élimination desdits composés H2S sur ledit adsorbant.
hydrogen, hydrocarbons and H2S by removing said H2S compounds on said adsorbent.
Dit autrement, le but de l'invention est de fournir un procédé PSA basé sur un adsorbant possédant une excellente sélectivité pour H2S vis-à-vis des hydrocarbures et de l'hydrogène, et pouvant être utilisé en procédé PSA ou PSA/TSA de sorte de pouvoir récupérer à la fois les composés H2S à l'état pur, et par ailleurs, les hydrocarbures et l'hydrogène avec un excellent rendement et ce, malgré les fortes variations de compositions du gaz à traiter pouvant se présenter. In other words, the object of the invention is to provide a PSA process based on an adsorbent having an excellent selectivity for H2S with respect to hydrocarbons and hydrogen, and which can be used in the PSA or PSA / TSA process of a way of being able to recover both pure H2S compounds and, moreover, hydrocarbons and hydrogen with an excellent yield, despite the large variations in the compositions of the gas to be treated which may occur.
La solution de l'invention est alors un adsorbant pour la séparation ou la purification de gaz comprenant une zéolite A échangée de 5% à 45% par des cations potassium. The solution of the invention is then an adsorbent for the separation or purification of gas comprising a zeolite A exchanged from 5% to 45% by potassium cations.
Selon le cas, l'adsorbant de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - la zéolite A est échangée à au moins 10% par des cations potassium, de préférence à au moins 15% par des cations potassium. Depending on the case, the adsorbent of the invention may comprise one or more of the following technical characteristics: the zeolite A is exchanged at least 10% with potassium cations, preferably at least 15% with potassium cations .
- la zéolite A est échangée à au plus 40% par des cations potassium, de préférence à au plus 30% par des cations potassium. the zeolite A is exchanged at most 40% by potassium cations, preferably at most 30% by potassium cations.
- il contient, par ailleurs, des cations résiduels sodium, de préférence la somme de cations résiduels sodium représente moins de 90% des cations échangeables, de préférence moins de 85% des cations échangeables. it also contains residual sodium cations, preferably the sum of residual cations sodium represents less than 90% of the exchangeable cations, preferably less than 85% of the exchangeable cations.
- il a une taille de pores de 0.35 à 0.45 nm, de préférence de 0.36 à 0.42 nm. it has a pore size of 0.35 to 0.45 nm, preferably 0.36 to 0.42 nm.
- il est sous forme de particules sphériques, ovoïdes, elliptiques, extrudés, monolithe en nids d'abeille, en lamellaires ou en mousse - les particules d'adsorbant ont une taille moyenne comprise entre 0.2 et 5.0 mm, de préférence entre 0.5 et 3.0 mm. - It is in the form of spherical particles, ovoid, elliptical, extruded, monolithic honeycomb, lamellar or foam - the adsorbent particles have an average size of between 0.2 and 5.0 mm, preferably between 0.5 and 3.0 mm.
- il comprend une phase zéolitique et au moins un liant représentant moins de 30% en poids du poids total de l'adsorbant. it comprises a zeolitic phase and at least one binder representing less than 30% by weight of the total weight of the adsorbent.
- il contient, en outre, des cations métalliques choisis parmi les cations de métaux alcalins du groupe Li, Na, K, Rb et Cs, de préférence Na et K. it furthermore contains metal cations chosen from the alkali metal cations of the Li, Na, K, Rb and Cs group, preferably Na and K.
L'invention concerne aussi un procédé de purification ou de séparation d'un mélange gazeux contenant H2S, et au moins un autre composé hydrocarbures ou hydrogène, dans lequel on adsorbe au moins une partie des molécules de H2S présentes dans ledit mélange gazeux sur au moins un adsorbant selon l'invention. The invention also relates to a process for purifying or separating a gas mixture containing H2S, and at least one other hydrocarbon or hydrogen compound, in which at least a portion of the H2S molecules present in said gaseous mixture are adsorbed on at least an adsorbent according to the invention.
Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - le mélange gazeux contient de 0.001 à 80% d'H2S, de préférence de 1 à 30% en volume. Depending on the case, the process of the invention may comprise one or more of the following technical characteristics: the gaseous mixture contains from 0.001 to 80% of H 2 S, preferably from 1 to 30% by volume.
- le mélange de gaz provient d'une unité de traitement au sein d'une raffinerie. the gas mixture comes from a processing unit within a refinery.
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- le mélange de gaz provient d'une unité d'hydrotraitement, de craquage catalytique, de conversion thermique ou de reformage catalytique ou bien de l'un des réseaux fuel gas de la raffinerie. the gas mixture comes from a hydrotreating, catalytic cracking, thermal conversion or catalytic reforming unit or from one of the fuel gas networks of the refinery.
- le mélange gazeux contient des hydrocarbures en Cl à C8 saturés et/ou insaturés, en particulier méthane, éthane, éthylène, propane, propylène, butane, butènes et pentane. the gaseous mixture contains saturated and / or unsaturated C1 to C8 hydrocarbons, in particular methane, ethane, ethylene, propane, propylene, butane, butenes and pentane.
- il est choisi parmi les procédés VSA ou PSA. it is chosen from the VSA or PSA processes.
- le mélange gazeux est une à température comprise entre 20 C et 80 C, de préférence comprise 30 et 60 C. the gaseous mixture is at a temperature of between 20 ° C. and 80 ° C., preferably between 30 ° and 60 ° C.
- la pression d'adsorption est comprise entre 0. 5 bar et 70 bar, de préférence entre 4 bar et 8 bar ou entre 20 bar et 45 bar. the adsorption pressure is between 0.5 bar and 70 bar, preferably between 4 bar and 8 bar or between 20 bar and 45 bar.
- la pression de désorption est comprise entre 1 bar et 8 bar, de préférence 1 bar et 2 bar. the desorption pressure is between 1 bar and 8 bar, preferably 1 bar and 2 bar.
- le débit du flux gazeux est compris entre 1 et 106 Nm3/h, de préférence entre
1000 et 100 000 Nm3/h. the flow rate of the gas stream is between 1 and 106 Nm3 / h, preferably between
1000 and 100,000 Nm3 / h.
- il est mis en oeuvre dans au moins un adsorbeur, de préférence dans au moins deux adsorbeurs fonctionnant de manière alternée. it is used in at least one adsorber, preferably in at least two adsorbers operating alternately.
- on récupère un mélange gazeux contenant moins de 0.5% de composés H2S, de préférence moins de 0.05%
L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée qui va suivre. a gaseous mixture containing less than 0.5% of H 2 S compounds is recovered, preferably less than 0.05%
The invention will now be better understood thanks to the detailed description which follows.
On a découvert qu'il est possible d'obtenir un adsorbant efficace pour la séparation H2S/HC en échangeant une zéolite NaA par du potassium (K). It has been discovered that it is possible to obtain an adsorbent effective for H2S / HC separation by exchanging NaA zeolite with potassium (K).
Lorsque l'on passe d'une zéolite NaA (taille des pores 4 A) à une zéolite KA (taille des pores 3 A), la taille des molécules gazeuses admises dans les pores passe d'environ 0.4 nm à 0.3 nm. When passing from zeolite NaA (pore size 4A) to zeolite KA (pore size 3A), the size of the gaseous molecules admitted into the pores increases from about 0.4 nm to 0.3 nm.
La molécule de H2S a un diamètre cinétique d'environ 0.36 nm, tandis que celui du méthane est à 0.38 nm. Donc, une zéolite de type 4A adsorbe les deux composés, tandis que une zéolite de type 3A n'en adsorbe aucun. The H2S molecule has a kinetic diameter of about 0.36 nm, while that of methane is at 0.38 nm. Thus, a type 4A zeolite adsorbs the two compounds while a type 3A zeolite adsorbs none.
Ainsi donc, il existe un taux d'échange Na/K pour une zéolite A tel que l'isotherme de H2S devient compatible avec une utilisation en PSA, tandis que la sélectivité vis-à-vis des hydrocarbures est élevée et due à la restriction de l'adsorption de ces derniers par effet de tamisage moléculaire à l'accès des pores d'adsorption. Thus, there is a Na / K exchange rate for a zeolite A such that the H2S isotherm becomes compatible with use in PSA, while the selectivity to hydrocarbons is high and due to the restriction. adsorption of these by molecular sieving effect to the access of the adsorption pores.
La courbe 1 montre l'isotherme d'adsorption de H2S sur une zéolite A échangée à différents taux de potassium selon l'invention. Curve 1 shows the adsorption isotherm of H2S on a zeolite A exchanged at different potassium levels according to the invention.
La courbe 2 montre l'évolution de la cinétique d'adsorption de H2S en fonction du taux d'échange au potassium. Curve 2 shows the evolution of the adsorption kinetics of H2S as a function of the potassium exchange rate.
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La courbe 3 montre l'isotherme d'adsorption du méthane, le plus petit des hydrocarbures, donc le plus difficile à séparer, sur la même zéolithe A échangée à différents taux de potassium selon l'invention. Curve 3 shows the adsorption isotherm of methane, the smallest of the hydrocarbons, and therefore the most difficult to separate, on the same zeolite A exchanged at different levels of potassium according to the invention.
La mesure d'isotherme peut être effectuée par gravimétrie ou par volumétrie elle exprime la quantité de gaz adsorbée en fonction de la pression, pour une température donnée, ici environ 25 C, après activation du produit sous vide (pression inférieure à 0. 1 mbar) à 4000C pendant une nuit. The isothermal measurement can be carried out gravimetrically or volumetrically, it expresses the amount of gas adsorbed as a function of pressure, for a given temperature, here about 25 ° C., after activation of the product under vacuum (pressure less than 0. 1 mbar ) at 4000C overnight.
Les zéolites échangées sont préparées de la manière suivante. The zeolites exchanged are prepared in the following manner.
On part d'une NaA, encore appelée 4A, du commerce et l'on met cette zéolithe en contact avec une solution aqueuse d'un sel soluble de potassium (par exemple le chlorure) à une concentration d'environ IN, à une température comprise entre 400C et 90 C, pendant au moins une heure, de préférence en agitant doucement.
Starting from a NaA, also called 4A, from the trade and this zeolite is put in contact with an aqueous solution of a soluble salt of potassium (for example the chloride) at a concentration of about IN, at a temperature of between 400C and 90C, for at least one hour, preferably with gentle stirring.
On ajuste le taux d'échange final par le volume de solution rapporté à la masse de zéolithe, par la concentration, ou par le nombre d'échanges successifs, ou une combinaisons des trois. The final exchange rate is adjusted by the volume of solution relative to the mass of zeolite, by the concentration, or by the number of successive exchanges, or a combination of the three.
Le taux d'échange est mesuré par analyse chimique, telle que l'ICP (Inductively Coupled Plasma). Dans le cas où le produit contient un liant, il appartient à l'homme de l'art d'en tenir compte dans l'analyse. Les fabricants industriels savent ajuster le taux d'échange de leurs propres produits et l'on peut donc faire appel à eux. The exchange rate is measured by chemical analysis, such as ICP (Inductively Coupled Plasma). In the case where the product contains a binder, it is up to those skilled in the art to take it into account in the analysis. Industrial manufacturers know how to adjust the exchange rate of their own products and can therefore appeal to them.
La figure 1 montre les isothermes d'adsorption de H2S sur des zéolithes A échangées à des taux de potassium variable. Comme on peut le voir, la capacité d'adsorption est élevée dès les basses pressions pour les courbes Cl à C5, correspondant respectivement à des teneurs en potassium de 0 %, 16 %, 25 %, 35 % et 42.5 %, tandis que la courbe C6 (48 % de potassium) montrent des capacités d'adsorption dégradées. Il ressort de ces courbes que l'adsorption de H2S est encore acceptable à un taux d'échange de 42.5% en K mais ne laisse plus entrer ce gaz pour 48 % en K. Figure 1 shows the adsorption isotherms of H2S on zeolites A exchanged at varying potassium levels. As can be seen, the adsorption capacity is high at low pressures for curves C1 to C5, corresponding respectively to potassium contents of 0%, 16%, 25%, 35% and 42.5%, while C6 curve (48% potassium) show degraded adsorption capacities. It follows from these curves that adsorption of H2S is still acceptable at an exchange rate of 42.5% in K but no longer allow this gas for 48% in K.
La figure 2 montre la cinétique d'adsorption, c'est-à-dire la quantité de H2S adsorbée en fonction du temps, pour une pression d'environ 2 bars et à 25 C. On voit que les courbe Cl à C4 présentent une cinétique satisfaisante. En effet, il ressort de ces courbes que la vitesse d'adsorption de H2S est encore acceptable à un taux d'échange de 35 % en K mais ne laisse plus entrer ce gaz qu'à faible vitesse pour 42.5 % en K. FIG. 2 shows the adsorption kinetics, that is to say the amount of H2S adsorbed as a function of time, for a pressure of approximately 2 bars and at 25 C. It can be seen that the curves C1 to C4 present a satisfactory kinetics. Indeed, it is clear from these curves that the adsorption rate of H2S is still acceptable at an exchange rate of 35% in K but no longer let this gas at low speed for 42.5% in K.
La figure 3 montre l'isotherme d'adsorption du méthane sur les mêmes zéolithes. Figure 3 shows the adsorption isotherm of methane on the same zeolites.
On voit que seules les courbes Cl et C2 présentent des capacités satisfaisantes. En d'autres termes et de manière surprenante, les zéolites échangées partiellement au potassium adsorbent le méthane pour un taux d'échange de 16 % mais l'excluent à partir de 25 %. It can be seen that only the curves C1 and C2 have satisfactory capacities. In other words, and surprisingly, the zeolites partially exchanged with potassium adsorb methane for an exchange rate of 16% but exclude it from 25%.
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Dit autrement, la quantité de cations potassium devant être introduits par échange d'ions dans la zéolite A doit être choisie avec soin puisque au dessus d'une valeur d'environ 45 %, l'adsorption ne peut avoir lieu car les molécules de gaz ne peuvent plus pénétrer dans les pores, alors qu'en dessous d'une valeur d'échange minimale d'environ 15 %, la séparation ne se fait pas correctement. In other words, the quantity of potassium cations to be introduced by ion exchange in zeolite A must be chosen carefully since above a value of approximately 45%, the adsorption can not take place because the gas molecules can not penetrate the pores, while below a minimum exchange value of about 15%, the separation is not done properly.
Un autre avantage de l'échange au potassium résulte du fait que ce cation est moins polarisant que le sodium. Another advantage of potassium exchange results from the fact that this cation is less polarizing than sodium.
Une zéolite NaA (4A) adsorbe alors les composés H2S avec une grande force, résultant de l'interaction dipolaire entre chaque molécule de H2S et le champ électrique généré par le cation sodium. L'isotherme qui en résulte est abrupte aux basses pressions, ce qui gène l'utilisation en procédé PSA car cela rend obligatoire de pratiquer la phase de désorption à une pression plus basse qu'il ne serait souhaitable. A zeolite NaA (4A) then adsorbs the H2S compounds with great strength, resulting from the dipolar interaction between each molecule of H2S and the electric field generated by the sodium cation. The resulting isotherm is abrupt at low pressures, which hampers use in the PSA process because it makes it mandatory to perform the desorption phase at a lower pressure than would be desirable.
Le pouvoir polarisant d'un cation s'exprime par la formule , où e est la r charge de l'électron, Z la valence de l'ion et r son rayon. The polarizing power of a cation is expressed by the formula, where e is the charge of the electron, Z is the valence of the ion, and r is its radius.
Or, le cation potassium étant plus gros que le cation sodium (respectivement 0. 133 nm et 0. 095 nm), son pouvoir polarisant est plus faible, et donc l'isotherme d'adsorption est moins abrupte (voir figure 1), et plus apte à une utilisation en procédé PSA.However, the potassium cation being larger than the sodium cation (respectively 0. 133 nm and 0. 095 nm), its polarizing power is lower, and therefore the adsorption isotherm is less abrupt (see Figure 1), and more suitable for use in PSA process.
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