FR2983737A1 - Procede de desacidification d'un gaz avec mise en oeuvre d'un contacteur monolithe - Google Patents

Abstract

Le procédé de désacidification d'un gaz consiste à mettre en contact dans la colonne C le gaz de charge 1 avec la solution absorbante 4. Pour effectuer la mise en contact du gaz avec la solution absorbante liquide, la colonne C est équipée au moins d'un contacteur de type monolithe.

Description

9 83 73 7 1 La présente invention concerne le domaine des procédés de désacidification d'un gaz avec une solution absorbante. L'invention porte sur la mise en contact du gaz avec la solution absorbante au moyen d'un contacteur monolithe.

Dans les procédés de désacidification d'un gaz par mise en contact du gaz avec une solution absorbante liquide, les transferts de masse et de chaleur entre une phase gaz et une phase liquide, sont réalisés au moyen de technologies, appelés contacteurs, qui favorisent ces transferts. Il existe trois grands types de contacteurs, les garnissages vrac, les garnissages structurés et les plateaux de colonnes. Quel que soit le choix de la technologie, le contact entre les deux phases gaz et liquide est généralement réalisé dans une colonne cylindrique verticale, opérée à contre-courant, dans laquelle le gaz suit un mouvement globalement vertical ascendant et le liquide suit un mouvement globalement vertical descendant. Par exemple, le document FR 2913 353 décrit une colonne munie d'un garnissage structuré pour la mise en contact d'un gaz et d'un liquide à contre-courant. Les technologies de contact gaz/liquide utilisées dans les procédés de traitement de gaz ont pour vocation d'avoir les meilleures performances possibles en terme de transfert de masse gaz/liquide, ce qui suppose une forte aire interfaciale entre les deux phases, ai, pour une bonne mise en contact des réactifs et un bon mélange de chacune des deux phases pour renouveler l'interface en réactifs, ce mélange étant caractérisé par les coefficients de transfert de matière dans les deux phases gaz et liquide, dénommés respectivement, kG et K.

L'efficacité de transfert d'un équipement est un savant mélange de ces trois différentes composantes avec des poids respectifs qui différent selon l'application, la technologie et les produits chimiques mis en oeuvre. Il n'est pas toujours possible d'avoir une connaissance fine de chacune des trois composantes, et en général on parle de coefficient de transfert de masse global kGLa, également 3o dénommé Kea.

Dans le cas des plateaux de colonne, le gaz bouillonne dans le liquide avec formation et rupture de bulles dans un milieu liquide très turbulent. Dans le cas des garnissages, caractérisés par des surfaces géométriques développées très importantes, l'écoulement se fait sous la forme d'un film de liquide s'écoulant 5 le long des parois, le gaz s'écoulant au milieu de ces films. La structure géométrique des garnissages faite de conduits tortueux permet de mélanger la phase gaz en permanence et de renouveler l'interface liquide très régulièrement via l'existence de nombreux points de contacts entre deux plaques juxtaposées dans le cas de garnissage structuré, ou entre deux éléments dans le cas de 10 garnissages vracs. La présente invention propose d'utiliser un contacteur de type monolithe afin d'optimiser les colonnes de mise en contact dans les procédés de désacidification avec, en particulier : 15 une augmentation de la sélectivité dans le cas des procédés sélectifs, ce qui entraine une réduction importante des coûts d'investissement et des coûts de fonctionnement, une augmentation de l'efficacité du transfert ce qui entraîne une réduction des coûts d'investissement importante et également une 20 légère réduction des coûts de fonctionnement dans le cas des procédés avec forte conversion visée (fort taux d'abattement des gaz acides, fort taux de captage du CO2). De manière générale, l'invention a pour objet un procédé de 25 désacidification d'un gaz de charge comportant au moins l'un des composés acides CO2 et H2S, dans lequel on met en contact le gaz avec une solution absorbante dans une zone de contact de manière à produire un gaz appauvri en composés acides et une solution absorbante enrichie en composés acides, caractérisé en ce que la zone de contact comporte au moins un contacteur 30 monolithe comportant au moins deux canaux juxtaposés, les canaux étant fermés et comportant des ouvertures aux extrémités du contacteur monolithe.

Selon l'invention, la plus grande dimension mesurée dans la section de passage de chacun des canaux peut être comprise entre 1 mm et 20 mm, et de préférence entre 5 mm et 15 mm. Par ailleurs, la longueur du contacteur monolithe, mesurée verticalement dans la zone de contact, peut être comprise entre 15 cm et 3 m, et de préférence entre 20 cm et 2 m et de préférence entre 50 cm et 2 m. La solution absorbante peut être composée d'une solution aqueuse d'au moins une amine, comportant entre 10% et 90% poids d'amine et entre 10% et 90% poids d'eau.

Dans le cas où le gaz de charge est une fumée de combustion, l'amine peut être choisie parmi les amines primaires et les amines secondaires. La zone de contact peut inclure ledit au moins un contacteur monolithe. Dans le cas où le gaz de charge comporte des composés acides CO2 et H2S, l'amine peut être choisi parmi les amines tertiaires de manière à éliminer 15 sélectivement l'H2S par rapport au 002. La zone de contact peut comporter, en outre, un garnissage structuré. Dans ce cas, la longueur du contacteur monolithe peut être supérieure à la longueur du garnissage structuré. Le gaz de charge peut être choisi parmi l'un des gaz suivants : un gaz 20 naturel, un gaz obtenu en queue du procédé Claus, un gaz de synthèse, un gaz issu de la fermentation de biomasse, un effluent issu d'une cimenterie et un gaz issu d'une usine de sidérurgie. On peut régénérer la solution absorbante chargée en composés acides de manière à libérer des composés acides et à produire ladite solution absorbante 25 mise en oeuvre dans la zone de contact. Des mesures réalisées dans le milieu académique ont montré l'intérêt des monolithes dont une caractéristique était un fort coefficient de transfert de masse global kGLa. Or il s'avère que cette bonne efficacité globale résulte essentiellement 30 de la combinaison de très fortes valeurs d'aires interfaciales compensées par des valeurs de coefficients de transfert en phase liquide modérés voire médiocres. Au total, les performances regardées jusqu'à présent sont comparables à celles obtenues avec d'autres technologies et il n'y a pas eu de déploiement à l'échelle industrielle de ce type de technologie pour une application traitement de gaz. En effet, la mise en place et le bon fonctionnement des monolithes à grande échelle n'est pas chose aisée et surtout le coût d'un monolithe est relativement important, il faut donc un gain substantiel pour compenser ces deux aspects. Or, il s'avère que dans le cas de traitement de gaz, il peut être intéressant de combiner fort a; et faible kL. En effet, des simulations utilisant des modèles détaillés des phénomènes physiques mis en oeuvre montre que : dans le cas des procédés de traitement de gaz sélectifs, en particulier mais de façon non restrictive avec mise en oeuvre de solvant peu réactifs notamment les amines tertiaires comme la MDEA, où l'on cherche à atteindre une spécification donnée en H2S dans le gaz traité tout en minimisant la co-absorption de CO2, il y a un réel intérêt à avoir une forte aire, favorable de façon identique à l'absorption des deux espèces et un faible kL qui pénalise l'absorption des deux espèces mais beaucoup plus celle du CO2 que celle de l'H2S. dans le cas des procédés de traitement de gaz ou de captage de CO2 où l'on cherche à capter le plus efficacement possible les espèces acides (CO2, H2S, COS...), avec utilisation d'amines très réactives comme les amines secondaires comme la DEA ou comme les amines primaires comme la MEA, le taux d'absorption n'est que très peu sensible au coefficient de transfert de matière coté liquide alors qu'il reste très sensible à l'aire interfaciale totale. 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 un procédé de désacidification selon l'invention, la figure 2 schématise un exemple de contacteur monolithe avec section de canal carrée, la figure 3a et 3b schématisent un exemple de contacteur monolithe avec section de canal triangulaire.

En référence à la figure 1, le gaz de charge à traiter arrive par le conduit 1 à une pression qui peut être comprise entre 1 et 150 bars absolus, et à une température qui peut être comprise entre 10 °C et 70°C. Le procédé permet de retirer les composés acides, par exemple le CO2 10 et/ou l'H2S, éventuellement d'autres composés acides tels que le COS, le CS2, les mercaptans. Le procédé est particulièrement bien adapté pour capter le CO2 contenu dans des fumées de combustion. Les fumées de combustion peuvent être produites par une centrale thermique pour la production d'électricité. Le procédé 15 de captage du CO2 selon l'invention peut également être appliqué à toutes les fumées de combustion, produites par exemple dans une raffinerie, dans une cimenterie, dans une installation de sidérurgie. Le procédé est également bien adapté pour capter sélectivement de l'H2S par rapport au CO2, dans un gaz comportant de l'H2S et du CO2. Par exemple, le 20 gaz comportant de l'H2S et du CO2 peut être un gaz naturel, un gaz obtenu en queue du procédé Claus, 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. 25 Selon l'invention, on définit une désacidifcation "sélective" de l'H2S par rapport au CO2, contenus dans un gaz, lorsque le coefficient S est supérieur à 1, de préférence supérieur à 2, voire supérieur à 5. Le coefficient S est défini par la relation suivante : S, = r1H2S rico2 avec (FY H 2S) Gaz de charge (FYH2S ) Gaz traité (F. Y H2S) Gaz decharge (FY CO2) Gaz de charge (FY CO2)Gaz traité (FY CO2) Gaz de ch arg e avec F débit molaire total du gaz considéré, et y la fraction molaire de l'espèce considérée.

Le gaz contient des composés acides tels que le CO2 ou de l'H2S entre 0,1 et 30% volume. Dans le cas des fumées de combustion, le gaz contient également de l'oxygène, entre 1 et 10% volume, et 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. Le gaz est introduit par le conduit 1 dans la colonne C de mise en contact entre gaz et liquide pour être mis en contact avec la solution absorbante liquide introduite en tête de la colonne par le conduit 4. La colonne C comporte des éléments des contacteurs G1, G2, G3, G4 et G5 pour mettre en contact le gaz avec le liquide. Selon l'invention, la colonne comporte au moins un contacteur de type monolithe. Le contacteur monolithe, de par sa structure géométrique (forme et mise en oeuvre), peut être par extension intégrer dans la famille des garnissages. En référence à la figure 1, la colonne C comporte trois contacteurs G2, G3 et G4 de type monolithe et les garnissages G1 et G5 sont des éléments de garnissages structurés. Sans sortir du cadre de l'invention, la colonne C peut comporter que des contacteurs de type monolithe ou bien différents arrangements de contacteur monolithe et garnissage structuré, par exemple un contacteur monolithe en fond de la colonne et du garnissage structuré en tête de la colonne, ou selon une autre configuration du garnissage structuré en fond de la colonne et un contacteur monolithe en tête de la colonne. Dans la colonne C, le gaz circule selon une direction verticale ascendante, à contre courant du liquide circulant selon une direction verticale descendante. 17H2S = = La composition de la solution absorbante mise en oeuvre dans la présente invention est choisie pour sa capacité à absorber les composés acides. On peut mettre en oeuvre une solution aqueuse comportant, en général entre 10% et 80%, de préférence entre 20% et 60%, en poids d'amines, de préférence des alcanolamines, ou tout autre composé organique pouvant réagir avec les composés acides contenus dans le gaz. La solution absorbante peut comporter entre 20% et 90% poids, de préférence entre 40% et 80% poids d'eau. 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, la N,N,N',N'- Tétraméthylhexane-1,6-diamine, la N,N,N',N'-Tétraéthyldiéthylènetriamine, la 1,2- bis(2-diméthylaminoéthoxy)éthane, la 1,2-bis(2-diéthylaminoéthoxy)éthane, et la 1,2-bis(2-pyrolidinoéthoxy)éthane, la 1,2,3,4-Tetrahydroisoquinoline, la 1-butylpipérazine et la 2-méthylpipérazine. Ces amines peuvent être employées seules, ou en mélange, par exemple un mélange d'une amine tertiaire activée par une amine primaire ou secondaire. De préférence, dans le cas de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour capter du CO2 contenu dans une fumée de combustion, on met en oeuvre selon l'invention une solution aqueuse d'amine comportant une ou plusieurs fonctions amines primaires ou secondaires, mais ne comportant pas de fonction amine tertiaire. Dans ce cas, par exemple on peut choisir l'amine parmi les amines primaires ou secondaires, par exemple la MEA (monoéthanolamine), la DEA (diéthanolamine) De préférence, dans le cas de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour absorber sélectivement l'H2S par rapport au CO2 d'un gaz comportant de l'H2S et du CO2, on met en oeuvre une solution aqueuse comportant des amines ayant au moins une fonction amine tertiaire et de préférence pas de fonction amine primaire ou secondaire (Par exemple l'amine est choisie parmi les amines tertiaires). Dans ce cas, par exemple, on peut choisir l'amine parmi la MDEA (méthyldiéthanolamine), la la N,N,N',N'- Tétraméthylhexane-1,6-diamine, la DEEA (N,N-diéthyléthanolamine), la BuDEA (N-n-butyldiéthanolamine), la TMPDA (N,N,N',N'-tetraméthylpropananediamine). La solution absorbante peut contenir à la place ou en plus de l'amine un tiers composé qui permet de favoriser la solubilité physique des composés acides 5 à absorber. Ce tiers composé peut être, par exemple et de façon non limitative du méthanol, du sulfolane, des polyéthylèneglycols qui peuvent être éthérifiés, des pyrrolydones ou dérivés comme par exemple la N-méthylpyrrolidone, le méthanol, la N-formyl morpholine, l'acétyl morpholine, le carbonate de propylène. Ce tiers composé peut représenter entre 0 à 100% en poids de l'amine. 10 Lors du contact dans la colonne C, les molécules amines de la solution absorbante réagissent avec les composés acides contenus dans le gaz de manière à obtenir un effluent gazeux appauvri en composés acides 2 évacuée en tête de la colonne C et une solution absorbante enrichie en composés acides 3 évacuée en fond de la colonne C pour être régénérée. 15 La solution absorbante enrichie en composés acides 3 est introduite dans l'échangeur de chaleur E, où elle est réchauffée par le flux 6 provenant de la colonne de régénération R. La solution absorbante réchauffée en sortie de El est envoyée par le conduit 5 dans la colonne R. La colonne de régénération R est équipée de contacteurs de mise en 20 contact entre le gaz et le liquide, par exemple des garnissages en vrac ou structurés. Le fond de la colonne R est équipé d'un rebouilleur R1 qui apporte la chaleur nécessaire à la régénération en vaporisant une fraction de la solution absorbante. Dans la colonne R, sous l'effet de la mise en contact de la solution absorbante arrivant par le conduit 5 avec la vapeur produite par le rebouilleur R1, 25 les composés acides sont libérés sous forme gazeuse et sont évacués en tête de R par le conduit 7. La solution absorbante régénérée est envoyée dans l'échangeur E par le conduit 6 pour y être refroidie. Puis la solution absorbante refroidie issue de E est introduite par le conduit 4 en tête de la colonne C. L'étape d'absorption des composés acides peut être réalisée à une 30 pression dans C comprise entre 1 bar et 120 bars, de préférence entre 20 bars et 100 bars pour le traitement d'un gaz naturel, de préférence entre 1 bar et 3 bars pour le captage de CO2 contenu dans des fumées de combustion, et à une température dans C comprise entre 20°C et 100°C, préférentiellement comprise entre 30°C et 90°C, voire entre 30 et 70°C. L'étape de régénération du procédé selon l'invention peut être réalisée par 5 régénération thermique, éventuellement complétée par une ou plusieurs étapes de détente. La régénération peut être effectuée à une pression dans R comprise entre 1 bar et 5 bars, voire jusqu'à 10 bars et à une température dans R comprise entre 100°C et 180°C. De manière préférée, la température de régénération dans R est comprise entre 120°C et 180°C dans le cas où l'on souhaite réinjecter les 10 gaz acides. Le contacteur monolithe mis en oeuvre selon l'invention est composé d'une juxtaposition de canaux fermés, c'est-à-dire ne communiquant pas les uns avec les autres. Chaque canal comporte une ouverture à l'entrée du contacteur et 15 une ouverture à la sortie du contacteur, pour autoriser le passage dans le canal du gaz et du liquide à mettre en contact. De préférence, la section de chaque canal est constante le long du monolithe, la section correspondant à l'aire de passage dans le canal mesurée dans un plan perpendiculaire à la direction de la plus grande longueur du canal. La section des canaux peut être identique d'un 20 canal à l'autre, par exemple de forme carrée, rectangulaire ou triangulaire. Le monolithe est disposé dans la colonne C de manière à ce que les canaux s'étendent selon la direction verticale (qui correspond aux directions de circulation du gaz et du liquide). La figure 2 schématise un bloc de contacteur monolithe composé de canaux de section carrée qui s'étendent entre l'extrémité El et 25 l'extrémité E2 du monolithe. Sur la figure 2, le canal Cl est représenté en trait pointillé. Les canaux du contacteur de la figure 2 s'étende sur une longueur L. Les parois séparant chacun des canaux sont pleines et continues pour interdire tout échange de fluide d'un canal à un autre canal. De préférence, les canaux s'étendent selon la direction de circulation du gaz et du liquide, c'est-à-dire selon 30 la direction verticale.

La figure 3a représente une portion d'un contacteur monolithe vue selon l'une des extrémités du contacteur. Le monolithe de la figure 3a est obtenue en enroulant selon une spirale un ensemble constitué d'une plaque plane P1 assemblée à une plaque ondulée P2 tel que présentée par la figure 3b.

Les parois des contacteurs monolithes mis en oeuvre selon l'invention peuvent être en métal, de préférence en acier inoxydable, ayant éventuellement un traitement de surface tel qu'un rainurage ou un gaufrage. De préférence, on met en oeuvre des contacteurs monolithes ayant les caractéristiques suivantes : épaisseur de tôle de 0,1 à 0,5 mm et de préférence inférieure à 0,3 mm, dimension caractéristique définie par la plus grande longueur mesurée sur la section de passage d'un canal du contacteur monolithe (par exemple un coté du triangle, une diagonale d'un carré, longueur de la périodidicité dans la cas des géométries gauche comme une sinusoïde) variant de 1 mm à 20 mm, et de préférence entre 5 mm et 15 mm, hauteur d'un bloc (mesuré dans le sens de la verticale) de 15 cm à 3 m, et de préférence entre 20 cm et 2 m et de préférence entre 50 cm et 2 m, largeur des blocs de préférence entre 100 mm et 500 mm, de préférence entre 200 mm et 400 mm, Les garnissages structurés mis en oeuvre en association avec les contacteurs monolithe dans le procédé selon l'invention peuvent être des garnissages structurés, par exemple commercialisés sous la marque BX ou Mellapak par la société Sulzer Chemtech ou commercialisés sous la marque B1 par la société Montz, Dans le cas de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour capter 30 du CO2 contenu dans une fumée de combustion, de préférence, la colonne C comporte que du contacteur monolithe et peu ou pas de garnissage structuré.

Dans le cas où la colonne C comporte un garnissage structuré, il est disposé uniquement sur une faible hauteur, de préférence dans la partie supérieure où deux hauteurs de galettes de garnissage permettent d'assurer une très bonne distribution des phases en particulier du liquide avant l'entrée dans les monolithes.

Dans le cas de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour absorber sélectivement l'H2S par rapport au CO2 d'un gaz comportant de l'H2S et du CO2, de préférence, la colonne C comporte un contacteur monolithe et un garnissage structuré. Dans ce cas, la longueur de contacteur monolithe est supérieure à la longueur de garnissage structuré, de préférence au moins deux fois plus grande, voire au moins trois fois plus grande. Les "performances" de fort ai et faible kL des contacteurs monolithe tient à leur géométrie, qui développe une grande aire géométrique et une faible agitation de la phase liquide.

En effet, comme il est discuté dans Raynal et al. 2009 (Use of CFD for CO2 absorbers optimum design : from local scale to large industrial scale, Energy Procedia, 1, 917-924), le coefficient de transfert de masse coté liquide est inversement proportionnel à la racine carrée de la longueur de renouvellement de l'interface liquide. Cette longueur L correspond à la distance entre deux points de contacts entre deux plaques de garnissages adjacentes. Elle est, dans le cas de garnissages structurés donnée par la relation suivante : (4 1/2 L=2 S2+ tan2û] D'après cette relation, la longueur de renouvellement pour un garnissage 25 structuré est comprise entre quelques millimètres et au maximum 10 cm, et généralement comprise entre 2 et 5 cm. Dans le cas d'un contacteur monolithe, il n'y a pas de points de contact et de ce fait le liquide s'écoule le long du canal sans être perturbé depuis l'entrée jusqu'à la sortie dudit canal, et donc la longueur L est égale à la hauteur dudit 30 canal. Cette hauteur peut varier de 20 cm à près de 3 m, et est de préférence comprise entre 50 cm et 2 m. Ainsi la longueur de renouvellement est beaucoup plus grande de plus d'un facteur de grandeur que celle des garnissages structurés ou vracs et induit un coefficient beaucoup plus faible ce qui est défavorable au transfert.

Or, ce résultat de faible agitation du film liquide s'écoulant à l'intérieur du monolithe a priori négatif s'avère en fait bénéfique au dimensionnement de la colonne C pour une application de traitement sélectif. Dans le cas d'un traitement de gaz avec absorption sélective de l'H2S par rapport au CO2, le fait d'utiliser un monolithe induit une baisse de co-absorption du CO2, ce qui induit une baisse du débit d'amine utilisé ce qui se traduit par une baisse des couts d'investissement couramment nommés "Capex" et une baisse des coûts de fonctionnement couramment nommés "Opex". En effet, l'application étant plus sélective, il y a moins de concurrence d'absorption entre les deux espèces acides CO2 et H2S, et il y a plus d'amine libre disponible pour l'H2S dans la solution absorbante ce qui se traduit par une diminution de la hauteur de contact (baisse du Capex) et une diminution du débit de solution absorbante nécessaire. Cette baisse du débit de solution absorbante entraîne une diminution de l'énergie de régénération (la consommation énergétique majeure d'un procédé de traitement de gaz) donc des Opex. De plus, la réduction du débit liquide permet de diminuer le diamètre des colonnes (absorption et régénération) ce qui permet de réduire encore le Capex. Dans certains cas, cela peut même éviter d'utiliser une unité d'enrichissement du gaz acide en aval de la section de régénération afin d'assurer une fraction d'H2S suffisamment importante pour une opération satisfaisante des procédés de la chaine soufre situés en aval du procédé de traitement de gaz sur le gaz acide (comme par exemple le procédé Claus). Dans le cas d'un procédé de captage de CO2 contenu dans des fumées de combustion, les performances sont directement liées à l'aire interfaciale développée par le contacteur donc une augmentation de ce paramètre entraîne une baisse du volume nécessaire au captage et donc une réduction du Capex.30 Les exemples de fonctionnement présentés ci-après permettent de comparer et d'illustrer des avantages de l'invention par rapport à l'art antérieur. Exemple 1 : Application sélective On met en oeuvre le procédé décrit en référence à la figure 1 avec quatre types de garnissage différents: le cas "Plateaux" correspond au cas où la colonne de mise en contact C ne comporte que des plateaux, le cas "Structuré" correspond au cas où la colonne de mise en contact C ne comporte que du garnissage structuré M250X, le cas "Monolithe 1" correspond au cas où la colonne comporte du contacteur monolithe en fond et du garnissage structuré M250X en tête, le cas "Monolithe 2" correspond au cas où la colonne comporte du garnissage M250X structuré en fond et du contacteur monolithe en tête. Le garnissage structuré mis en oeuvre est un garnissage structuré développant une aire géométrique de 250 m2/m3 avec des canaux inclinés à 60° par rapport à la verticale. Le garnissage est dénommé ci-après M250X.

Le gaz à traiter est un gaz naturel brut dont le débit est de 381,9 T/h et dont la composition varie suivant deux charges présentées dans le tableau suivant : Composition (%mol) Charge 1 Charge 2 H2S 2.5 0.05 CO2 2.14 2 N2 2.54 2.51 CH4 85.34 87.66 C2 4.92 4.92 C3 1.42 1.42 IC4 0.26 0.26 NC4 0.59 0.59 IC5 0.15 0.15 NC5 0.3 0.3 C6 0.14 0.14 La solution absorbante mise en oeuvre est une solution aqueuse comportant de la MDEA à une concentration 477 g/I. L'amine n'est pas totalement régénérée dans la colonne R, il reste des traces de CO2 et d'H2S. Pour cet exemple, les teneurs en gaz acide résiduelles 5 sont : CO2 : 0,24 g/I et H2S 0,12 g/I. Le débit de solution absorbante est ajusté selon le cas de façon à déterminer le meilleur couple de débit de solution absorbante et de hauteur de contact. 10 Pour évaluer les coûts d'installation et de fonctionnement, les éléments ont été dimensionnés en tenant compte d'une pression de 70.9 Barg et d'une température de 115°C. L'unité est considérée en opération 8760 heures par an. Le calcul des coûts de fonctionnement couramment nommés "Opex" est estimé en fonction du débit de solution absorbante et en tenant compte des 15 consommations d'énergie électrique et d'énergie sous forme vapeur. Dans l'exemple 1, on a comparé la sélectivité d'absorption de l'H2S par la solution absorbante par rapport à l'absorption du CO2. La référence pour les gains calculés est le cas plateaux. 20 Résultats pour la charge 1 : Cas Débit Diamètre (m) Fond Tête YCO2out (Sm3/h ) TYPE Hauteur TYPE Hauteur %mol (m) (m) ou Nb. Plateaux ou Nb. Plateaux Plateaux 310 3.61 Plateaux 22 ptx 1.0774 Structuré 290 2.75 M250X 8 1.3558 Monolithes 1 290 2.75 Monolithes 0.5 M250X 7.3 1.4482 Monolithes 2 290 2.75 M250X 6.5 Monolithes 1.1 1.4344 Cas Sélectivité CAPEX OPEX Valeur Gain ME gain ME/an Gain Plateaux 1.95 ref. 15.26 ref. 4.85 ref. Structuré 2.60 33% 10.47 31% 4.54 6% Monolithes 1 2.92 50% 10.53 31% 4.54 6% Monolithes 2 2.87 47% 10.49 31% 4.54 6% Le cas "Monolithes 1" avec l'agencement de contacteur de monolithe en fond de colonne et de garnissage structuré M250X en tête de colonne permet d'obtenir la meilleure sélectivité (2.92 soit 50% de gain par rapport au cas plateaux). L'utilisation de contacteur monolithe permet par ailleurs un gain non négligeable par rapport au cas "Plateaux" (31% soit environ 4.7 ME) sur le coût d'investissement couramment nommé "Capex" global et sur l'Opex (6% soit 310 kE/an).

Résultats pour la charge 2 : Cas Diamètre (m) Débit Fond Tête YCO2out Sm3/h TYPE H (m) I TYPE H (m) / NPlat %mol NPlat Plateaux 3.32 106 Plateaux 16 ptx 1.4300 M250X 2.19 90 M250X 6.1 1.7493 Monolithes 1 2.15 80 Monolithes 0.5 M250X 6 1.7535 Monolithes 2 2.19 90 Monolithes 0.5 M250X 5.2 1.7598 Cas Sélectivité CAPEX OPEX Valeur Gain ME gain ME/an Gain Plateaux 3.45 ref. 8.016 ref. 1.61 ref. M250X 7.82 127% 4.502 44% 1.36 15% Monolithes 1 7.96 131% 4.289 46% 1.21 24% Monolithes 2 8.16 137% 4.444 45% 1.36 15% Dans ce cas, l'utilisation de contacteur monolithe en tête de colonne n'apporte pas de gain par rapport à un garnissage structuré M250X. Les cas "Monolithes 1" et "Monolithes 2" correspondent à un lit de monolithe en fond de colonne et un lit de garnissage structuré M250X en tête. Ces deux cas diffèrent par le débit de solution absorbante. Le cas "Monolithes 1" correspondant au plus faible débit de solution absorbante (80 Sm3/h) permet d'obtenir le plus gros gain sur le CAPEX (46% soit 5 3.7 ME) et sur l'OPEX (24% soit 440 kE/an). Le gain en sélectivité est lui aussi conséquent. Le cas "Monolithes 2" correspondant à un débit de solution absorbante de 90 Sm3/h permet quant à lui d'obtenir un gain le plus important en sélectivité (8.16 contre 3.45 pour le cas plateaux). Il offre aussi un gain important sur le Capex (3.6 10 ME soit 45%) et sur l'Opex (240 kE/an soit 15%). Exemple 2 : Application Captage du CO2 On met en oeuvre le procédé décrit en référence à la figure 1 pour retirer le CO2 contenu dans un gaz. 15 Le gaz à traiter est une fumée de combustion comportant 13.5 % vol de CO2 pour un débit total de 1751760 Nm3/h à une température de 40°C. La pression d'entrée est égale à 1.02 bar auquel on ajoute la perte de charge de la colonne d'absorption, estimée à 100 mbar. Ce débit correspond à une centrale électrique de 1400 MW thermique, produisant 630 MW électrique. 20 La composition des fumées à traiter est la suivante : Débit volumique Nm3is 486,6 température °G 120 CO2 % vol 13,5 H2O % vol 7,1 02 % vol 4,4 Ar % vol 0,9 N2 % vol 74,1 SO2 ppm vol 10,0 NOx ppm v 20,0 Teneur en poussières mg/Nm3 5,0 Le procédé est opéré pour capter 90% du CO2 contenu dans les fumées.

La solution absorbante mise en oeuvre est composée de MEA à 30 % poids en solution dans de l'eau. Le débit de solution absorbante est de 7110 m3/h, régénérée thermiquement. On compare deux configurations de colonne d'absorption dont les caractéristiques sont récapitulées dans le tableau-ci dessous. Dans la première configuration, la colonne d'absorption est décomposée en quatre colonnes garnies avec le garnissage structuré M250X défini lors de l'exemple 1. Dans la deuxième configuration, la colonne d'absorption est décomposée en quatre colonnes garnies avec un contacteur monolithe. Configuration 1 Configuration 2 Caractéristiques M250X Monolithes Nombre de colonnes 4 4 Diamètre 9.5 m 9.5 m Hauteur garnissage 6 m x 3 4.5 m x 2 Volume de garnissage (Total) 5104 m3 2552 m3 Hauteur totale 32 m 23 m Le coût des colonnes d'absorption pour les deux configurations sont récapitulées dans le tableau ci-dessous. Pour un coût de contacteur de monolithe identique à celui du M250X, soit 1513 E/m3 (coût relatif à des volumes importants de garnissages) il est alors possible de réaliser une économie de 24% sur le CAPEX des absorbeurs ce qui représente une économie notable sur ce poste de coût, représentant entre 30 % et 50% du coût d'investissement du procédé de référence (MEA 30 %). De plus, l'emploi de contacteur de monolithe permet de réduire la perte de 20 charge de l'absorbeur et ainsi permet une diminution de la consommation électrique et du coût des soufflantes (Opex): une réduction de perte de charge de 10 mbar permet une économie d'environ 150 kE/an ou 1,5 MW électrique. Prix Absorbeur Configuration 1 Configuration 2 Ecart (%) M250X Monolithes ME ME - Virole 27 22 18.5 - Garnissage 12 7.5 37.5 Total 39 29.5 24.4

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1) Procédé de désacidification d'un gaz de charge comportant au moins l'un des composés acides CO2 et H2S, dans lequel on met en contact le gaz avec une solution absorbante dans une zone de contact de manière à produire un gaz appauvri en composés acides et une solution absorbante enrichie en composés acides, caractérisé en ce que la zone de contact comporte au moins un contacteur monolithe comportant au moins deux canaux juxtaposés, les canaux étant fermés et comportant des ouvertures aux extrémités du contacteur monolithe.
2. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plus grande dimension mesurée dans la section de passage de chacun des canaux est comprise entre 1 mm et 20 mm, et de préférence entre 5 mm et 15 mm, en ce que la longueur du contacteur monolithe, mesurée verticalement, dans la zone de contact est comprise entre 15 cm et 3 m, et de préférence entre 20 cm et 2 m et de préférence entre 50 cm et 2 m.
3. 3) Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la solution absorbante est composée d'une solution aqueuse d'au moins une amine, comportant entre 10% et 90% poids d'amine et entre 10% et 90% poids d'eau.
4. 4) Procédé selon l'une des revendications précédente, caractérisé en ce que le gaz de charge est une fumée de combustion et en ce que l'amine est choisie parmi les amines primaires et les amines secondaires.
5. 5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la zone de 30 contact inclut ledit au moins un contacteur monolithe.
6. 6) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz de charge comporte les composés acides CO2 et H2S et en ce que l'amine est choisie parmi les amines tertiaires de manière à éliminer sélectivement l'H2S par rapport au CO2.
7. 7) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la zone de contact comporte, en outre, un garnissage structuré.
8. 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la longueur du 10 contacteur monolithe est supérieure à la longueur du garnissage structuré.
9. 9) Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le gaz de charge est choisi parmi l'un des gaz suivants : un gaz naturel, un gaz obtenu en queue du procédé Claus, un gaz de synthèse, un gaz issu de la fermentation 15 de biomasse, un effluent issu d'une cimenterie et un gaz issu d'une usine de sidérurgie.
10. 10) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on régénère la solution absorbante chargée en composés acides de manière à 20 libérer des composés acides et à produire ladite solution absorbante mise en oeuvre dans la zone de contact.