FR2958180A1 - Procede de desacidification d'un gaz par une solution absorbante, avec section de lavage acide - Google Patents

Abstract

Le gaz est désacidifié par mise en contact avec une solution absorbante comportant des amines. Le gaz désacidifié est lavé à l'eau dans la section de lavage B3. Puis le gaz est lavé dans une section de lavage acide en étant mis en contact avec un flux d'eau comportant un acide ayant un pKa inférieur à 6.

Description

La présente invention concerne le domaine de la désacidification d'un gaz, par exemple la décarbonatation des fumées de combustion ou la désacidification d'un gaz naturel.

Afin de limiter le phénomène de réchauffement climatique, le dioxyde de carbone est extrait des fumées de combustion en vue d'être séquestré dans un réservoir souterrain. Dans le cas du gaz naturel, la teneur en dioxyde de carbone et en hydrogène sulfureux est réduite pour des raisons de toxicités, pour améliorer le pouvoir calorifique du gaz et, éventuellement, pour permettre la liquéfaction du gaz naturel pour transport par bateau. On utilise couramment des procédés d'absorption mettant en oeuvre une solution aqueuse d'amine, pour retirer le CO2 et l'H2S d'un gaz. Le gaz est purifié par mise en contact avec la solution absorbante, puis la solution absorbante est régénérée thermiquement.

Une des limitations des procédés d'absorption mettant en oeuvre une solution aqueuse d'amine, est que des composés organiques, notamment des amines et des produits de dégradation des amines, peuvent être entraînés par le gaz purifié. En effet, malgré le fait que les amines utilisées dans le traitement des gaz acides présentent généralement une tension de vapeur faible, des quantités non nulles de composés réactifs s'échappent dans le gaz traité. De plus, un certain nombre de sous produits acides, basiques ou aprotique se forment par réactions de dégradation. Les sous produits acides (acide formique, acide acétique, ...) réagissent irréversiblement avec l'amine pour former des sels non régénérables ("Heat Stable Salts"). Ces sous produits acides sont donc piégés dans la phase liquide sous forme de sels, et périodiquement éliminés par des opérations de purification du solvant (par exemple par distillation ou "reclaiming"). En revanche, les sous produits basiques ou aprotique ne réagissent pas avec l'amine. Ils se partagent donc entre la phase liquide et la phase gaz. Ces derniers sont généralement présents en faible quantité, mais peuvent avoir une tension de vapeur élevée. Des quantités non nulles de ces produits de dégradation s'échappent donc dans le gaz traité.

Ce problème peut, dans certains cas, être résolu en mettant en oeuvre une section de lavage à l'eau en aval de la section de désacification. On peut citer le document EP 502 596 qui propose un procédé de décarbonatation de fumées de combustion, dans lequel le gaz purifié est lavé par de l'eau pour retirer les composés réactifs de la solution absorbante, qui ont été entraînés par le gaz purifié.

La présente invention propose de perfectionner le lavage à l'eau en mettant en oeuvre une section de lavage supplémentaire pour mettre en contact le gaz traité avec une eau acidifiée afin d'extraire les dernières traces de composés basiques contenus dans le gaz traité.

La présente invention concerne un procédé de captage des composés 15 acides, comportant le CO2 et/ou l'H2S, contenus dans un gaz à traiter, dans lequel on effectue les étapes suivantes : a) on met en contact le gaz à traiter avec une solution absorbante comportant au moins une amine en solution aqueuse de manière à obtenir un gaz appauvri en composés acides et comportant de l'amine et des produits de 20 dégradation de l'amine, et une solution absorbante enrichie en composés acides, b) on régénère au moins une fraction de la solution absorbante enrichie en composés acides dans une colonne de régénération de manière à obtenir une solution absorbante régénérée et un effluent gazeux riche en 25 composés acides, la solution absorbante régénérée étant recyclée à l'étape a) en tant que solution absorbante, c) on lave dans une première section de lavage le gaz obtenu à l'étape a) par mise en contact avec un premier flux d'eau liquide, pour obtenir un gaz appauvri en amine et en produits de dégradation de l'amine et un flux d'eau 30 enrichie en amine et en produits de dégradation de l'amine, puis d) on lave dans une deuxième section de lavage le gaz obtenu à l'étape c) par mise en contact avec un deuxième flux d'eau liquide comportant au moins un acide dont le pKa est inférieur à 6, pour obtenir un gaz traité et un flux d'eau enrichi en sels.

Selon l'invention, l'acide utilisé à l'étape d) peut être un acide inorganique choisi parmi le HNO3, le HNO2, le H2SO4, le H2PO3 et le H3PO4 Alternativement, l'acide utilisé à l'étape d) peut être un acide organique choisi parmi l'acide citrique, l'acide oxalique, l'acide malonique, l'acide succinique, 10 l'acide malique, l'acide tartrique ou l'acide ortho-phtalique. Dans le procédé selon l'invention, on peut refroidir et on peut recycler une partie du flux d'eau enrichie en amine et en produits de dégradation de l'amine obtenue en fond de la première section de lavage pour constituer au moins une partie dudit premier flux d'eau liquide mis en oeuvre à l'étape c). 15 On peut recycler une partie du flux d'eau enrichie en amine obtenu en fond de la première section de lavage, en effectuant au moins l'une des opérations suivantes : on mélange ladite partie du flux d'eau enrichie en amine et en produits de dégradation de l'amine avec la solution absorbante régénérée 20 obtenue à l'étape b), on introduit ladite partie du flux d'eau enrichie en amine et en produits de dégradation de l'amine dans la colonne de régénération, on mélange ladite partie du flux d'eau enrichie en amine et en produits de dégradation de l'amine avec la solution absorbante enrichie en 25 composés acides obtenue à l'étape a). On peut refroidir et on peut recycler une partie du flux d'eau obtenu en fond de la deuxième section de lavage pour constituer au moins une partie dudit flux d'eau liquide mis en oeuvre à l'étape d).

Selon l'invention, on peut prélever au moins une fraction du flux d'eau enrichie en sels obtenu à l'étape d), puis on peut distiller ladite fraction pour obtenir une phase vapeur et une phase liquide enrichie en sels. Alternativement, on peut prélever au moins une fraction du flux d'eau enrichi en sels obtenu à l'étape d), on peut introduire une base dans ladite fraction pour neutraliser les sels, puis on peut distiller ladite fraction pour obtenir une phase vapeur et une phase liquide enrichie en sels. Alternativement, on peut prélever au moins une fraction du flux d'eau enrichi en sels obtenu à l'étape d), on peut mélanger ladite fraction avec une fraction de la solution absorbante régénérée obtenue à l'étape b) pour obtenir un mélange, on peut introduire une base dans ledit mélange pour neutraliser les sels, puis on peut distiller ladite fraction pour obtenir une phase vapeur et une phase liquide enrichie en sels. La base peut être choisie parmi la soude et la potasse.

Selon l'invention, on peut introduire la phase vapeur dans la colonne de régénération.

La solution absorbante peut comporter entre 10 % et 80 % poids d'amines choisies dans la liste constituée par la monoéthanolamine, la diéthanolamine, la méthyldiéthanolamine, la diisopropylamine, la diglycolamine, la pipérazine, la N(2-hydroxyéthyl)piperazine, la N,N,N',N'-Tétraméthylhexane-1,6-diamine.

Le gaz à traiter peut être choisi dans la liste constituée par une fumée de combustion, un gaz naturel, un gaz obtenu en queue d'un procédé Claus, un gaz de synthèse, un gaz de conversion mis en oeuvre dans les centrales intégrées de combustion de charbon, de bois, de brut lourd ou de gaz naturel, un gaz issu de la fermentation de biomasse, un effluent issu d'une cimenterie ou d'une usine de sidérurgie.30 La méthode selon l'invention permet d'améliorer le fonctionnement de la section de lavage à l'eau. La méthode selon l'invention permet en réalisant un lavage acide de limiter les pertes de composés réactifs, ainsi que les rejets dans le gaz purifié de certains produits de dégradation, tout en limitant la consommation énergétique associé à la mise en oeuvre du lavage acide du gaz purifié, en couplant le traitement de l'eau de lavage acide saturée aux opérations de "reclaiming" du solvant.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront clairement à la lecture de la description faite ci-après en se référant aux dessins parmi lesquels la figure 1 schématise le procédé selon l'invention.

En référence à la figure 1, le gaz à traiter arrive par le conduit 1 à une 15 pression qui peut être comprise entre 1 et 150 bars absolu, et à une température qui peut être comprise entre 10 °C et 100°C. Le procédé est particulièrement bien adapté pour retirer du CO2 contenu dans des fumées de combustion. Le gaz peut être des fumées de combustion, un gaz naturel ou un gaz obtenu en queue du procédé Claus. Le gaz peut également 20 être un gaz de synthèse, un gaz de conversion mis en oeuvre dans les centrales intégrées de combustion de charbon, de brut lourd, de bois ou de gaz naturel, un gaz issu de la fermentation de biomasse, un effluent issu d'une cimenterie ou d'une usine de sidérurgie. Le gaz contient des composés acides tels que le CO2 ou de l'H2S entre 25 0,1 et 30% volume. Dans le cas des fumées de combustion, la teneur en composés de type SOx et NOx peut atteindre une valeur de l'ordre de 200 mg/Nm3 volume pour chacun desdits composés. De préférence, le gaz à traiter comporte moins de 1% poids de NH3, de préférence moins de 1000 ppm de NH3. 30 Le gaz arrivant par le conduit 1 peut être comprimé par l'organe A. Par exemple, dans le cas d'une fumée de combustion, l'élément A est une soufflante ou un compresseur assurant une augmentation de pression de l'ordre de 100 à 250 mbar. Le gaz est introduit par le conduit 2 dans la section d'absorption BI munie d'éléments de mise en contact entre gaz et liquide, par exemple des plateaux, un garnissage en vrac ou un garnissage structuré. Dans la section BI, le gaz est mis en contact avec la solution absorbante arrivant par le conduit 12. Le gaz circule à contre-courant de la solution liquide. La solution absorbante capte les composés acides, notamment le CO2 et l'H2S contenu dans le gaz. On évacue par le conduit 3 en fond de la section BI une solution absorbante chargée en composés acides. On obtient un flux de gaz appauvri en composés acides en tête de la section B1, ce flux étant représenté par la flèche 32. La composition de la solution absorbante comporte des amines en phase aqueuse. Les amines sont choisies pour leur capacité à absorber les composés acides. On peut mettre en oeuvre une solution aqueuse comportant, en général entre 10% et 80% poids, de préférence entre 20% et 60% poids, en amines. La solution aqueuse peut comporter entre 20% et 90% poids, de préférence entre 40% et 80% poids d'eau. La solution absorbante peut par ailleurs contenir un solvant organique, non réactif vis à vis des gaz acides, mais qui permet d'augmenter la solubilité physique d'une impureté, afin d'améliorer son élimination (solvant physique). On peut choisir les amines parmi des monoamines telles que la MEA (monoéthanolamine), la DEA (diéthanolamine), la MDEA (méthyldiéthanolamine), la DIPA (diisopropylamine), ou la DGA (diglycolamine), mais aussi parmi des multiamines telles que la pipérazine, la N-(2-hydroxyéthyl)piperazine, ou la N,N,N',N'-Tétraméthylhexane-1,6-diamine. Ces amines peuvent être employées seule, ou en mélange. Les amines peuvent également être mélangées à des solvants à caractère physique, par exemple le méthanol, le sulfolane, les polyéthylèneglycols qui peuvent être éthérifiés, les pyrrolydones ou dérivés comme par exemple la N- méthylpyrrolidone, la N-formyl morpholine, l'acétyl morpholine, le carbonate de propylène. Par exemple la solution absorbante comporte entre 10% et 50% poids d'un solvant à caractère physique. La solution absorbante évacuée en fond de la section BI est pompée par la pompe E, introduite dans l'échangeur de chaleur F par le conduit 4 pour y être chauffé, puis introduite dans la colonne de régénération G par le conduit 5. En général, on envoie la totalité de la solution absorbante dans la colonne de régénération. Alternativement, on peut séparer la solution absorbante obtenue après passage au sein de l'échangeur de chaleur F en deux fractions, et n'envoyer qu'une seule fraction dans la colonne de régénération G. Par exemple, on peut séparer la solution absorbante chargée en composés acides en une fraction riche en composés acides et une fraction pauvre en composés acides. La fraction riche en composés acides est envoyée dans la colonne G, la fraction pauvre en composés acides est recyclée en étant introduite en tête de la section d'absorption BI. Ce mode de réalisation est détaillé par le document FR 2 898 284. La colonne de régénération G est équipée d'internes de séparation gaz/liquide, par exemple des plateaux, des garnissages en vrac ou structurés. Le fond de la colonne G est équipé d'un rebouilleur J qui apporte la chaleur nécessaire à la régénération en vaporisant une fraction de la solution absorbante. Le rebouilleur J est alimenté en chaleur par le conduit 27. Dans la colonne G, sous l'effet de la mise en contact de la solution absorbante arrivant par 5 avec la vapeur produite par J, les composés acides sont libérés sous forme gazeuse et évacués en tête de G par le conduit 22.

La solution absorbante régénérée, c'est-à-dire appauvrie en composés acides, est évacuée en fond de la colonne G par le conduit 6, pompée par la pompe K, et introduite par le conduit 9 dans l'échangeur F pour être refroidie. La solution absorbante refroidie est évacuée par le conduit 10 pour être introduite dans le filtre H par le conduit 11 afin d'en retirer les particules et composés solides. La solution absorbante évacuée de H par le conduit 11 est refroidie dans l'échangeur de chaleur 1 puis introduite par le conduit 12 dans la section BI.

Le flux gazeux évacué en tête de G par le conduit 22 est partiellement liquéfié par refroidissement dans l'échangeur N puis introduit dans le séparateur O. Les condensats sont tout ou en partie recyclés par le conduit 23 et la pompe M en tête de la colonne G à titre de reflux, les condensats restants sont évacués du procédé par le flux 33. Dans le cas de l'application du procédé à la décarbonatation des fumées, on obtient en tête de la colonne G un gaz riche en CO2. Le gaz évacué en tête du ballon O par le conduit 24 est liquéfié, en vue d'être injecté dans un réservoir souterrain. Le gaz peut être comprimé et déshydraté dans les organes P et Q pour obtenir un flux de CO2 liquide à 110 bars environ et d'une très grande pureté, par exemple supérieure à 99% volume de CO2. Une partie de la solution absorbante régénérée obtenue en fond de G peut être introduite par le conduit 8 dans l'appareil de vaporisation L, couramment nommé "reclaimer". Dans l'appareil L, la solution absorbante est chauffée jusqu'à être vaporisée. Les vapeurs, constituées d'eau et d'amine, sont évacuées de L par le conduit 7 pour être introduites dans la colonne G. Les sels formés par la dégradation de composés réactifs restent à l'état solide en suspension dans un liquide au fond de L et sont extraits cycliquement et évacués par le conduit 31. La température d'ébullition de l'amine est généralement supérieure à celle de l'eau.

La vaporisation de l'amine à pression de l'ordre de 1 à 2 bar, nécessite d'être à des températures élevée, ce qui peut causer de nouvelles dégradations irréversibles de l'amine. Pour palier à ce problème, l'opération de distillation peut être réalisée sous vide, mais il est alors nécessaire de recomprimer les vapeurs évacuées de L par le conduit 7 avant d'être introduites dans la colonne G, ce qui entraîne des coûts additionnels. Alternativement, au niveau du conduit 8, on peut ajouter de l'eau pour réguler la température de vaporisation par le conduit 28. Moins l'amine est volatile, plus les quantités d'eau à ajouter pour réguler la température de vaporisation sont importantes. De plus, on peut éventuellement ajouter une base forte dans la solution absorbante circulant dans le conduit 8, par exemple une solution d'hydroxyde de sodium, pour libérer l'amine piégé par réaction avec des acides forts. Ces derniers se retrouvent sous forme de sels de sodium, et l'amine sous forme neutre est vaporisable.

Le gaz purifié 32 entraîne une quantité non nulle de composés organiques comportant notamment de l'amine et des éventuels produits de dégradation de l'amine. En effet, en tête de la zone B1, la solution absorbante liquide à forte concentration en amine, par exemple 30% poids dans le cas d'une solution aqueuse de MonoEthanolAmine, se trouve à contre courant d'un gaz circulant à une vitesse importante. Il résulte de ce contact un fort entraînement de composés réactifs par le gaz. Deux principes gouvernent le phénomène d'entraînement des composés organiques par le gaz. D'une part, une fraction de composés organiques est entraînée sous forme vapeur dans le gaz purifié du fait de la tension de vapeur des composés basiques. D'autre part, les pertes en composés organiques sont dues à l'entraînement mécanique de gouttelettes de liquide dans le gaz. Ces deux phénomènes déterminent la quantité de composés organiques entraînés par le gaz vers la section de lavage B3. On peut mettre en oeuvre une section de lavage spécifique pour éviter des rejets de produits de dégradation et d'amines : on effectue un lavage à l'eau du gaz pour récupérer les molécules organiques présentes dans le gaz purifié. Le gaz 32 est introduit dans la section de lavage B3 pour être mis en contact, à contre-courant, avec l'eau arrivant par le conduit 17. La section B3 comporte des éléments de mise en contact entre gaz et liquide, par exemple des plateaux, un garnissage en vrac ou un garnissage structuré. Le gaz purifié et appauvri en composés organiques est évacué de B3 par le conduit 18. L'eau chargée en composés organiques est récupérée en fond de la section de lavage B3. Une partie de l'eau de lavage récupérée en fond de B3 est soutirée par le conduit 13 pompée par la pompe C, refroidie par l'échangeur de chaleur D avant d'être introduite en tête de la section B3 par le conduit 17. Dans l'échangeur D, l'eau de lavage est refroidie par un fluide frigorigène arrivant par le conduit 16 et évacué par le conduit 14. Éventuellement, on peut effectuer une alimentation en eau fraiche par le conduit 15. Ladite eau est mélangée à l'eau de lavage circulant dans la boucle, puis l'eau est introduite par le conduit 17 dans la section de lavage B3. En référence à la figure 1, une portion de l'eau de lavage saturée peut être prélevée par le conduit 19 pour être introduite à différents endroits dans le procédé. L'eau de lavage saturée peut être introduite par le conduit 20 dans le conduit 10 pour être mélangée avec la solution absorbante régénérée obtenue en fond de G. De préférence, on mélange l'eau avec la solution absorbante régénérée qui a été refroidie après passage à travers l'échangeur F. L'eau de lavage saturée peut être introduite par le conduit 29 dans le conduit 4 pour être mélangée avec la solution absorbante chargée en composés acides en fond de B1. De préférence, on mélange l'eau avec la solution absorbante chargée en composés acides, en amont de l'échangeur de chaleur F.

On peut également introduire l'eau de lavage saturée prélevée par le conduit 19 dans la colonne de régénération G par le conduit 30.

Le lavage à l'eau dans la section B3 permet de réduire notablement les entrainements en amines à faible tension de vapeur mais sans les supprimer totalement. De plus, la dégradation des amines va créer des produits basiques à forte tension de vapeur, comme par exemple de l'ammoniac, de la methylamine, de la dimethylamine, de la trimethylamine, qui sont difficiles à capter dans une telle section de lavage. Selon l'invention, le flux 18 est introduit dans une colonne de lavage secondaire U munie d'une section de mise en contact entre gaz et liquide noté B5, par exemple des plateaux, un garnissage en vrac ou un garnissage structuré. La section B5 permet de capter les composés basiques incluant notamment de l'amine et des éventuels produits de dégradation de l'amine. Dans la section B5, le gaz est mis en contact avec une eau acidifiée arrivant par le conduit 34. Le gaz purifié et appauvri en composés basiques est évacué de B5 par le conduit 36. L'eau de lavage acide chargée en composés basiques est récupérée en fond de la section de lavage B5. L'eau de lavage acide récupérée en fond de B5 est soutirée par le conduit 35 pompée par la pompe R, refroidie par l'échangeur de chaleur S avant d'être introduite en tête de la section B5 par le conduit 34. Éventuellement, on peut effectuer une alimentation en eau acidifiée par le conduit 37. Ladite eau acidifiée est mélangée à l'eau de lavage acide circulant dans la boucle, puis l'eau est introduite par le conduit 34 dans la section de lavage B5. La solution aqueuse acide utilisée dans ladite section de lavage a de préférence un pH compris entre 1 et 6, de manière préférée compris entre 4 et 6. L'acide utilisé pour diminuer le pH de la solution aqueuse est choisi de manière à réagir de manière totale avec les composés basiques, garantissant l'élimination totale des composés basiques, même à l'état de trace. Étant donné que les amines utilisées pour le captage du CO2 et le traitement du gaz naturel ont généralement des pKa compris entre 8 et 10, on choisi l'acide de manière à ce que son pKa soit inférieure à 6, de préférence inférieur à 5, voire inférieur à 4, à 25°C en dilution infini dans l'eau. Ainsi, la réaction entre l'acide et les composés basiques volatils est totale. A titre d'illustration, l'acide carbonique H2CO3 obtenu par hydratation du CO2, ne répond pas au critère énoncé, car son pKa est de 6,3. L'acide utilisé pour diminuer le pH de la solution aqueuse est de préférence un acide fort inorganique. A titre d'illustration, on peut utiliser HNO3 (pKa = -1), HNO2 (pKa = 3,3), H2SO4 (pKa = -3 et 1,9), H2PO3 (pKa = 2) ou H3PO4 (pKa = 2,1). De manière préférée, on utilisera HNO3. De manière alternative, on peut envisager de diminuer le pH de la solution aqueuse en utilisant des acides organiques non volatils, comme par exemple l'acide citrique (pKa = 3,13 et 4,76), l'acide oxalique (pKa = 1,25 et 4,27), l'acide malonique (pKa = 2,85 et 5,7), l'acide succinique (pKa = 4,21 et 5,64), l'acide malique (pKa = 3,46 et 5,10), l'acide tartrique (pKa = 3,04 et 4,37) ou l'acide ortho-phtalique (pKa = 2,95 et 5,41). Le caractère inorganique de l'acide garantie généralement une meilleur stabilité vis à vis de réactions de dégradation. Le caractère d'acide fort permet d'une part de garantir que l'acide est totalement dissocié dans l'eau, empêchant ainsi l'acide de se retrouver dans le gaz traité, et d'autre part de garantir une meilleure élimination des composés organiques basiques.

En effet, les composés organiques basiques (notés B de manière générique) présents dans la phase vapeur vont être absorbé par réaction avec l'acide HNO3, par exemple, selon la réaction suivantes : B+HNO3 -> BH++NO3 Les composés organiques basiques sont alors piégés en solution aqueuse sous forme de sel, et ne sont donc plus volatils.

Cette réaction est d'autant plus favorable que le composé organique est basique, et que l'acide utilisé est fort. Cette réaction aura lieu jusqu'à consommation totale de l'acide. La solution aqueuse acide doit donc être régénérée, soit de manière séquentielle, soit de manière continue, en soutirant une partie de la solution aqueuse acide saturée, et en introduisant une solution aqueuse acide non saturée.

Périodiquement, une fraction d'eau acide chargée en composés basiques est soutirée de la boucle par le flux 38 afin de garantir la capacité de réaction de l'eau acide avec les traces de composés basiques dans la section B5. La fraction d'eau de lavage acide chargée en composés basiques est traitée dans l'équipement T qui peut mettre en oeuvre une opération thermique, une opération d'échange d'ions, une opération de dialyse, une opération d'électrolyse. Différents cas de figures peuvent être rencontrés selon la nature du composé réactif, la nature du gaz acide à traiter, les opérations unitaires disponibles sur l'unité de désacidification.

Par exemple, dans le cas d'une amine ayant une faible volatilité et une forte dégradation, les composés organiques basiques piégés dans la section de lavage acide sont essentiellement des produits de dégradation ayant une faible valeur marchande. A l'inverse, dans le cas d'une amine ayant une forte volatilité et une faible dégradation, les composés organiques basiques piégés dans la section de lavage acide sont essentiellement l'amine utilisée pour la désacidification, qui peut avoir une valeur marchande non négligeable. Il est alors tout particulièrement intéressant de réaliser un couplage entre le traitement de l'eau de lavage acide saturée en amine, et les opérations de "reclaiming" de la solution absorbante, tel que schématisé par la figure 2. Suivant les cas de figure, on peut réinjecter les composés organiques 5 basiques dans l'unité de désacidification, ou bien les traiter comme un déchet de l'unité de désacidification. Dans le cas des composés basiques volatiles, on peut distiller la solution aqueuse acide saturée. Par exemple, on peut effectuer une opération séquentielle de prélèvement du portion de l'eau acide de la section de lavage acide par le 10 conduite 38 et effectuer une distillation de la portion prélevée dans l'équipement T. En effet, par le biais de la distillation, on va évaporer l'eau et ainsi augmenter la concentration des sels jusqu'à la limite de précipitation. Le sel en suspension obtenu en fond de ballon de distillation peut ensuite être éliminer par le conduit 40 en étant envoyée à l'unité de traitement des eaux, l'eau purifiée étant réinjectée 15 par le conduit 42 dans la colonne G, par exemple en le mélangeant au flux circulant dans le conduit 7. Dans le cas de la réinjection des composés organiques basiques (noté B) dans le procédé, on peut tout d'abord ajouter une base forte par le flux 39 comme 20 de la soude NaOH ou la potasse KOH jusqu'à neutralisation totale de l'acide (noté HX) selon la réaction suivante. BH++X-+Na++HO- -B+H2O+Na++X- Cette étape permet de libérer les composés organiques basiques qui sont 25 valorisables sous forme neutre, et donc volatile. Dans une deuxième étape, on peut réaliser une étape de purification par distillation dans l'équipement T. Les composés organiques basiques valorisables, qui sont volatils sous forme neutre, vont être vaporisés et réinjectés au sein de l'unité de désacidification par le flux 42 tandis que les produits lourds seront 30 évacués par le conduit 40.

Comme représenté sur la figure 1, la section d'absorption BI et la section de lavage B3 peuvent être disposées dans la même colonne B. Dans ce cas, on peut disposer un plateau B2 étanche au liquide permettant le passage du gaz de la section BI vers la section B3. Alternativement, la section d'absorption BI peut être opérée dans une première colonne, et la section de lavage B3 peut être opérée dans une deuxième colonne distincte de la première colonne. La tête de la première colonne étant équipée d'un conduit connecté au fond de la deuxième colonne pour transférer le gaz purifié de la première colonne à la deuxième colonne. 1 o Comme représenté sur la figure 1, la section de lavage B5 peut être disposée dans une colonne différente U de la colonne d'absorption B. Alternativement, la section de lavage B5 peut être opérée dans la même colonne que la section d'absorption BI et que la zone de lavage B3. Dans ce cas, on peut disposer un plateau, non représenté, étanche au liquide permettant le passage du 15 gaz de la section B3 vers la section B5.

Pour minimiser le diamètre de l'équipement B, on peut travailler avec des vitesses de gaz très fortes, ce qui n'est pas favorable à une bonne séparation entre le liquide introduit dans B3 par 17 et le gaz évacué de B3 par 18. Selon 20 l'invention, pour limiter les pertes de liquide dans le flux évacué par le conduit 18, on peut disposer un moyen B4 de séparation mécanique entre gaz et liquide en tête de la section B3. Par exemple, le moyen B4 peut prendre la forme d'un plateau sec ou d'une hauteur de garnissage non alimentée par du liquide, ou la forme d'un matelas éliminateur de goutte. On peut également disposer un moyen, 25 non représenté, de séparation mécanique entre gaz et liquide en tête de la section B5.

La figure 2 schématise une variante du procédé dans lequel on réalise un couplage entre le traitement de l'eau de lavage acide saturée en amine, et les 30 opérations de "reclaiming". Tout les équipements et numéros de flux identiques à la figure 1 désignent les même équipements. Dans le cas de la réinjection des composés organiques basiques dans le procédé, l'étape de purification de l'eau de lavage acide peut être réalisée dans le même équipement L que l'étape de purification de la solution absorbante. Dans cette configuration, une portion de l'eau de lavage acide est prélevée périodiquement par le flux 38 et est directement mélangée au soutirage périodique de la solution absorbante en fond de colonne G par le flux 8. Le mélange de ces deux flux est envoyé vers l'étape de purification L. Dans l'appareil L, la solution absorbante est chauffée jusqu'à être vaporisée. Les vapeurs, constituées d'eau et d'amine, sont évacuées de L par le conduit 7 pour être introduites dans la colonne G. Les sels, formés par la dégradation de composés réactifs et l'acide utilisé pour le lavage acide, restent à l'état solide en suspension dans un liquide au fond de L et sont extraits cycliquement et évacués par le conduit 31. De plus, on peut éventuellement ajouter une base forte dans la solution absorbante circulant dans le conduit 8, par exemple une solution d'hydroxyde de sodium ou de potassium, pour libérer l'amine piégé par réaction avec des acides forts. Ces derniers se retrouvent sous forme de sels de sodium ou de potassium, et l'amine sous forme neutre est vaporisable.

Le fonctionnement du procédé schématisé par la figure 1, dans le cas de la décarbonatation d'une fumée de combustion par une solution aqueuse de MonoEthanolAmine (MEA), est illustré par les exemples numériques présentés ci-après. Le tableau 1 correspond au fonctionnement du procédé de la figure 1 opéré selon l'art antérieur, c'est à dire sans section de lavage acide B5.25 Flux 1 32 18 15 19 24 Débit molaire (kmol/h) H2O 16.016 27.978 18.280 3.114 12.811 0.84 CO2 25.072 2.511 2.500 0.015 22.572 MEA 0.060 0.00029 0.06 N2 138.483 138.478 138.478 02 7.352 7.351 7.351 NH3 0.022 0.0092 0.0128 Total 186.923 176.400 166.618 3.114 12.899 23.412 Température (°C) 40 55 45 35 45 35 Pression (bar abs) 1.03 1.04 1.02 1.5 1.04 1.8 Tableau 1 Concernant le fonctionnement du procédé sans section de lavage, on observe dans le tableau 1 que les teneurs en MEA et NH3 dans le flux 18 sont respectivement de 2,9.10-4 kmol/h et 9,2.10-3 kmol/h ce qui correspond respectivement à 3,97mg/Nm3 de MEA et 35,04mg/Nm3 NH3 dans le gaz traité 18.

Le tableau 2 illustre le procédé selon l'invention représenté sur la figure 1. Flux 1 32 18 36 15 19 24 37 38 Débit molaire (kmol/h) H2O 16.016 27.978 18.280 12.539 3.114 12.811 0.84 ' 0.520 0.520 CO2 25.072 2.511 2.500 2.500 0.015 22.572 MEA 0.060 0.00029 - 0.06 0.00029 N2 138.483 138.478 138.478 138.478 02 7.352 7.351 7.351 7.351 NH3 0.022 0.0092 - 0.0128 0.009 HNO3 0.010 0.010 Total 186.923 176.400 166.618 160.868 3.114 12.899 23.412 0.530 0.539 Température (°C) 40 55 45 45 35 45 35 45 45 Pression (bar abs) 1.03 1.04 1.02 1.01 1.5 1.04 1.8 1.02 1.02 Tableau 2 Dans la section de lavage acide B5, on fait circuler une solution aqueuse d'acide nitrique à 1 mol/l. Le flux lavé 36 ne contient alors plus que des traces de composés basiques comme la MEA et NH3. L'eau de lavage acide saturée en composés basiques est évacuée par le flux 38 pour être traitée.

Le tableau 3 illustre le fonctionnement de la section L dans le procédé illustré sur la figure 1, c'est-à-dire dans lequel une fraction de la solution MEA est purifiée dans l'équipement L sans couplage avec le traitement de l'eau de lavage 1 o acide 38. Flux 8 28 7 31 Débit molaire (mol/h) H2O 277.778 416.667 625.000 69.444 CO2 7.728 - 7.728 - MEA 35.129 - 33.37237 1.756 NH3 - - - - NaOH - 2.576 - 2.576 HSS 2.342 - - 2.342 Total 322.977 419.243 666.101 76.119 Température (°C) 120 40 125 125 Pression (bar abs) 1.8 1.8 1.8 1.8 Tableau 3

15 Le flux 28 permet la neutralisation des sels non régénérables "Heat Stable Salt" par ajout de soude, ainsi que la dilution du flux 8 dans de l'eau (ratio de dilution supérieur ou égale à 2) pour garantir une faible dégradation du solvant lors de cette opération thermique.

Le tableau 4 illustre le procédé de la figure 2 dans lequel on traite le flux 38 et le flux 8 dans une opération commune de purification dans l'équipement noté L. Flux 8 38 28 7 31 Débit molaire (mol/h) H2O 277.778 520.000 - 718.000 79.778 CO2 7.728 - - 7.728 - MEA 35.129 0.290 - 33.648 1.771 NH3 - 9.200 - 9.200 - NaOH - - 12.576 - 12.576 HSS 2.342 - - - 2.342 HNO3 - 10.000 - 10.000 Total 322.977 539.490 12.576 768.576 106.467 Température (°C) 120 45 40 125 125 Pression (bar abs) 1.8 1.02 1.8 1.8 1.8 Tableau 4

Les caractéristiques du flux 38 (débit et composition) permettent de le traiter directement avec le flux 8 dans l'opération thermique L. L'eau contenue 10 dans le flux 38 permet de remplacer l'eau nécessaire à la dilution du flux 8, normalement ajoutée par le flux 28. Dans ce cas on ajoute uniquement de la soude par le conduit 18 dans l'équipement L. Le coût additionnel associé à la régénération thermique de l'eau de lavage acide est ainsi évité.5

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1) Procédé de capture des composés acides, comportant au moins l'un des composés CO2 et H2S, contenus dans un gaz à traiter, dans lequel on effectue les étapes suivantes : a) on met en contact le gaz à traiter avec une solution absorbante comportant au moins une amine en solution aqueuse de manière à obtenir un gaz appauvri en composés acides et comportant de l'amine et des produits de dégradation de l'amine, et une solution absorbante enrichie en composés acides, b) on régénère au moins une fraction de la solution absorbante enrichie en composés acides dans une colonne de régénération de manière à obtenir une solution absorbante régénérée et un effluent gazeux riche en composés acides, la solution absorbante régénérée étant recyclée à l'étape a) en tant que solution absorbante, c) on lave dans une première section de lavage le gaz obtenu à l'étape a) par mise en contact avec un premier flux d'eau liquide, pour obtenir un gaz appauvri en amine et en produits de dégradation de l'amine et un flux d'eau enrichi en amine et en produits de dégradation de l'amine, puis d) on lave dans une deuxième section de lavage le gaz obtenu à l'étape c) par mise en contact avec un deuxième flux d'eau liquide comportant au moins un acide dont le pKa est inférieur à 6, pour obtenir un gaz traité et un flux d'eau enrichie en sels.
2. 2) Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'acide utilisé à l'étape d) est un acide inorganique choisi parmi le HNO3, le HNO2, le H2SO4, le H2PO3 et le H3PO4.30
3. 3) Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'acide utilisé à l'étape d) est un acide organique choisi parmi l'acide citrique, l'acide oxalique, l'acide malonique, l'acide succinique, l'acide malique, l'acide tartrique ou l'acide orthophtalique.
4. 4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on refroidit et on recycle une partie du flux d'eau enrichie en amine et en produits de dégradation de l'amine obtenu en fond de la première section de lavage pour constituer au moins une partie dudit premier flux d'eau liquide mis en oeuvre à l'étape c).
5. 5) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on recycle une partie du flux d'eau enrichie en amine obtenu en fond de la première section de lavage, en effectuant au moins l'une des opérations suivantes : on mélange ladite partie du flux d'eau enrichi en amine et en produits de dégradation de l'amine avec la solution absorbante régénérée obtenue à l'étape b), on introduit ladite partie du flux d'eau enrichi en amine et en produits de dégradation de l'amine dans la colonne de régénération, on mélange ladite partie du flux d'eau enrichi en amine et en produits de dégradation de l'amine avec la solution absorbante enrichie en composés acides obtenue à l'étape a).
6. 6) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on refroidit et on recycle une partie du flux d'eau obtenu en fond de la deuxième section de lavage pour constituer au moins une partie dudit flux d'eau liquide mis en oeuvre à l'étape d).
7. 7) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on 3o prélève au moins une fraction du flux d'eau enrichie en sels obtenu à l'étape d),puis on distille ladite fraction pour obtenir une phase vapeur et une phase liquide enrichie en sels.
8. 8) Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel on prélève au moins une fraction du flux d'eau enrichie en sels obtenu à l'étape d), on introduit une base dans ladite fraction pour neutraliser les sels, puis on distille ladite fraction pour obtenir une phase vapeur et une phase liquide enrichie en sels.
9. 9) Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel on prélève au moins une fraction du flux d'eau enrichie en sels obtenu à l'étape d), on mélange ladite fraction avec une fraction de la solution absorbante régénérée obtenue à l'étape b) pour obtenir un mélange, on introduit une base dans ledit mélange pour neutraliser les sels, puis on distille ladite fraction pour obtenir une phase vapeur et une phase liquide enrichie en sels.
10. 10) Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel la base est choisie parmi la soude et la potasse,
11. 11) Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, dans lequel on introduit la 20 phase vapeur dans la colonne de régénération.
12. 12) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la solution absorbante comporte entre 10 % et 80 % poids d'amines choisies dans la liste constituée par la monoéthanolamine, la diéthanolamine, la 25 méthyldiéthanolamine, la diisopropylamine, la diglycolamine, la pipérazine, la N(2-hyd roxyéthyl)piperazine, la N,N,N',N'-Tétraméthylhexane-1,6-diamine.
13. 13) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le gaz à traiter est choisi dans la liste constituée par une fumée de combustion, un gaz 30 naturel, un gaz obtenu en queue d'un procédé Claus, un gaz de synthèse, un gaz de conversion mis en oeuvre dans les centrales intégrées de combustion decharbon, de bois, de brut lourd ou de gaz naturel, un gaz issu de la fermentation de biomasse, un effluent issu d'une cimenterie ou d'une usine de sidérurgie.