FR3009204A1 - METHOD FOR CAPTURING HEAVY METAL CONTENT IN WET GAS WITH DILUTION OF WET GAS TO CONTROL RELATIVE GAS MOISTURE - Google Patents
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Abstract
Le procédé pour capter au moins un métal lourd, choisi parmi le mercure et l'arsenic, contenu dans un gaz humide comportant de la vapeur d'eau, le gaz humide ayant une humidité relative HR supérieure à 75%, comporte les étapes suivantes : a) on mélange (1000) le gaz humide avec un gaz de dilution de manière à obtenir un mélange de gaz ayant une humidité relative HM inférieure à l'humidité relative HR, b) on met en contact le mélange de gaz avec une masse de captation dudit métal lourd (2000) pour obtenir un mélange de gaz appauvri en métal lourd.The method for capturing at least one heavy metal, chosen from mercury and arsenic, contained in a wet gas comprising water vapor, the wet gas having a relative humidity RH greater than 75%, comprises the following steps: a) the wet gas is mixed (1000) with a dilution gas so as to obtain a gas mixture having a relative humidity HM lower than the relative humidity RH, b) the gas mixture is brought into contact with a mass of capturing said heavy metal (2000) to obtain a heavy metal depleted gas mixture.
Description
i La présente invention concerne le domaine du traitement d'effluents gazeux contenant des métaux lourds, en particulier des effluents d'origine pétrolière et leurs dérivés tels que le gaz naturel et le gaz de synthèse. Plus précisément, l'invention concerne la captation des métaux lourds, et notamment du mercure ou de l'arsenic, présents dans un effluent gazeux humide, à l'aide d'un procédé permettant, dans un premier temps, de diminuer l'hygrométrie du gaz puis, dans un second temps, de purifier l'effluent ainsi déshumidifié partiellement par une technologie de captation de métal lourd. Le mercure est un contaminant métallique que l'on trouve dans des hydrocarbures gazeux ou liquides produits dans de nombreuses régions du monde telles que le golfe du Niger, l'Amérique du Sud, l'Afrique du Nord ou la région Asie-Pacifique. L'élimination du mercure des hydrocarbures est souhaitée au niveau industriel pour plusieurs raisons. D'une part, la présence de mercure dans ces hydrocarbures fait courir des risques aux opérateurs travaillant au contact de ces produits car le mercure est toxique. Sous forme élémentaire, le mercure est volatil et présente de graves risques de neurotoxicité par inhalation. Sous forme organique, le mercure présente des risques similaires de neurotoxicité par contact cutané. D'autre part, la présence de mercure dans les hydrocarbures est nuisible aux opérations classiques de traitement servant à valoriser ces hydrocarbures. Classiquement, les hydrocarbures sont soumis à des réactions catalytiques telles que l'hydrogénation sélective des oléfines produites par vapocraquage ou le craquage catalytique des hydrocarbures liquides. Or, les catalyseurs utilisés comprenant généralement des métaux nobles tels que le platine et le palladium peuvent être désactivés par le mercure. En effet, le mercure induit un frittage des catalyseurs par amalgame des nanoparticules de métaux nobles. La réduction de la surface spécifique des catalyseurs conduit à une perte très importante de leur activité catalytique. Enfin, l'élimination de mercure est importante car sa présence peut entrainer des problèmes de corrosion des échangeurs de chaleur cryogéniques à base d'aluminium, ce qui peut donner lieu à de graves conséquences industrielles.The present invention relates to the field of the treatment of gaseous effluents containing heavy metals, in particular effluents of petroleum origin and their derivatives such as natural gas and synthesis gas. More specifically, the invention relates to the capture of heavy metals, and in particular mercury or arsenic, present in a wet gaseous effluent, using a process which, at first, makes it possible to reduce the hygrometry gas and then, in a second step, to purify the effluent thus partially dehumidified by a heavy metal capture technology. Mercury is a metal contaminant found in gaseous or liquid hydrocarbons produced in many parts of the world such as the Gulf of Niger, South America, North Africa or the Asia-Pacific region. The removal of mercury from hydrocarbons is desired at the industrial level for several reasons. On the one hand, the presence of mercury in these hydrocarbons poses risks to operators working in contact with these products because mercury is toxic. In elemental form, mercury is volatile and presents a serious risk of inhalation neurotoxicity. In organic form, mercury has similar risks of skin contact neurotoxicity. On the other hand, the presence of mercury in hydrocarbons is detrimental to conventional processing operations used to recover these hydrocarbons. Conventionally, the hydrocarbons are subjected to catalytic reactions such as the selective hydrogenation of olefins produced by steam cracking or catalytic cracking of liquid hydrocarbons. However, the catalysts used generally comprising noble metals such as platinum and palladium can be deactivated by mercury. Indeed, mercury induces sintering of catalysts by amalgam nanoparticles noble metals. The reduction of the specific surface of the catalysts leads to a very significant loss of their catalytic activity. Finally, the elimination of mercury is important because its presence can lead to corrosion problems of cryogenic heat exchangers based on aluminum, which can lead to serious industrial consequences.
Entre autres pour ces raisons, on souhaite éliminer ou au moins réduire la concentration en mercure dans les effluents gazeux hydrocarbonés. Industriellement, l'élimination du mercure des effluents gazeux est réalisée par une circulation de l'effluent à traiter au travers de lits de garde mercure (ou unité de démercurisation) remplis de matériaux adsorbants, autrement appelés masses de captation. L'impureté à éliminer, ici le mercure, est alors retenue irréversiblement, de manière préférée par chimisorption, au sein ou à la surface de la masse de captation et 5 l'effluent évacué du lit de masse de captation est alors purifié. La captation du mercure peut être réalisée en faisant réagir, dans une masse de captation, le mercure avec une phase active à base de soufre élémentaire. En effet, le soufre élémentaire, S, réagit de manière irréversible avec le mercure élémentaire, Hg °, de la façon suivante : 10 Hg ° (g/1) + S (s) HgS (s) (1) Par « Hg ° (g/1) », on entend que le mercure se trame dissous dans une phase fluide gazeuse (g) ou liquide (I). Par opposition, « (s) » désigne les phases solides 15 constituées par la phase active de la masse de captation et par le produit de la réaction. Le produit formé, HgS, appelé cinabre ou métacinabre, est une phase minérale inerte chimiquement et solide sur une vaste gamme de température. Le mercure est ainsi piégé dans la masse de captation et l'effluent à traiter est purifié. D'autres phases actives peuvent être utilisées telles que des sulfures métalliques comme par exemple le sulfure 20 de cuivre (CuS). De manière classique, les masses de captation sont obtenues par des méthodes d'imprégnation de phase active sur des supports poreux de type charbons actifs ou alumine ou bien par une co-granulation de la phase active avec un liant tel que par exemple l'oxyde d'aluminium. 25 Cependant, ces masses de captation peuvent présenter des dysfonctionnements lorsque l'effluent gazeux à traiter est humide. D'une part, selon la phase active choisie, celle-ci peut être lixiviée par la présence d'eau liquide ou d'hydrocarbures liquides et être entrainée dans le flux à traiter, ou bien le liant peut réagir avec l'eau pour former une phase dense et compacte qui va boucher la circulation du gaz. D'autre part, la présence 30 d'eau sous forme de vapeur à des taux d'hygrométrie importants dans le gaz à traiter peut entrainer l'apparition de phénomènes de condensation capillaire sur les supports poreux utilisés. Ce phénomène se traduit par l'apparition, à une température donnée, d'eau liquide à des pressions inférieures à la pression de vapeur saturante de l'eau (Po).Among other things for these reasons, it is desired to eliminate or at least reduce the mercury concentration in the gaseous hydrocarbon effluents. Industrially, the elimination of mercury from the gaseous effluents is achieved by a circulation of the effluent to be treated through mercury guard beds (or demercurization unit) filled with adsorbent materials, otherwise called capture masses. The impurity to be removed, here mercury, is then retained irreversibly, preferably by chemisorption, within or on the surface of the capture mass and the effluent discharged from the capture mass bed is then purified. Mercury uptake can be achieved by reacting mercury with an elemental sulfur phase in a capture mass. Indeed, the elemental sulfur, S, reacts irreversibly with the elemental mercury, Hg °, as follows: 10 Hg ° (g / 1) + S (s) HgS (s) (1) By "Hg ° (g / 1) "is understood to mean that the mercury is dissolved in a gaseous (g) or liquid (I) fluid phase. In contrast, "(s)" refers to the solid phases consisting of the active phase of the uptake mass and the product of the reaction. The formed product, HgS, called cinnabar or metacinabrium, is a chemically and solid inert mineral phase over a wide temperature range. The mercury is thus trapped in the capture mass and the effluent to be treated is purified. Other active phases may be used such as metal sulphides such as, for example, copper sulphide (CuS). Typically, the capture masses are obtained by active phase impregnation methods on porous supports of the activated carbon or alumina type or by co-granulation of the active phase with a binder such as for example oxide aluminum. However, these capture masses may have malfunctions when the gaseous effluent to be treated is wet. On the one hand, depending on the active phase chosen, it may be leached by the presence of liquid water or liquid hydrocarbons and be entrained in the stream to be treated, or the binder may react with water to form a dense and compact phase that will block the flow of gas. On the other hand, the presence of water in the form of steam at high hygrometry levels in the gas to be treated may lead to the appearance of capillary condensation phenomena on the porous supports used. This phenomenon results in the appearance, at a given temperature, of liquid water at pressures lower than the saturation vapor pressure of water (Po).
Pour un pore modèle de forme cylindrique, l'équation de Kelvin (Equation 2) permet de déterminer le rayon de pore critique (Rc) en deçà duquel les pores seront remplis d'eau liquide.For a cylindrical model pore, the Kelvin equation (Equation 2) allows to determine the critical pore radius (Rc) below which the pores will be filled with liquid water.
Rc = -27Vmcos9/RT/log10(P/P0) (2) où P est la pression du gaz, T est la température du gaz, R est la constante des gaz parfaits (R=8.314 J.K-'.mol-1), Vm est le volume molaire de l'eau, y est la tension de surface gaz/eau et 0 est l'angle de contact eau/solide. P/Po correspond à la définition de l'humidité relative de l'effluent. Les pores de plus petite taille, notamment les micropores (d<2nm) sont donc beaucoup plus sensibles que les mésopores (2<d<50 nm) ou les macropores (d>50nm) au phénomène de condensation capillaire (d correspondant au diamètre des pores). L'humidité relative du gaz naturel, également nommée taux d'humidité ou taux d'hygrométrie ou degré d'hygrométrie, correspond au rapport de la pression partielle de vapeur d'eau contenue dans le gaz sur la pression de vapeur saturante, également nommée tension de vapeur, à la même température. Elle est donc une mesure du rapport entre le contenu en vapeur d'eau de l'air et sa capacité maximale à en contenir dans ces conditions de pression et de température.Rc = -27Vmcos9 / RT / log10 (P / P0) (2) where P is the gas pressure, T is the gas temperature, R is the ideal gas constant (R = 8.314 JK - 'mol-1) , Vm is the molar volume of water, y is the gas / water surface tension and 0 is the water / solid contact angle. P / Po corresponds to the definition of the relative humidity of the effluent. Smaller pores, especially micropores (d <2nm) are therefore much more sensitive than mesopores (2 <d <50 nm) or macropores (d> 50nm) to the phenomenon of capillary condensation (d corresponding to the diameter of pores). The relative humidity of the natural gas, also called humidity rate or hygrometry rate or degree of hygrometry, corresponds to the ratio of the partial pressure of water vapor contained in the gas to the saturated vapor pressure, also called vapor pressure, at the same temperature. It is therefore a measure of the ratio between the water vapor content of the air and its maximum capacity to contain it under these conditions of pressure and temperature.
Le mécanisme de condensation capillaire peut également avoir lieu avec des vapeurs d'hydrocarbures ou de composés organiques volatils. La présence de condensation capillaire impacte fortement le fonctionnement de la masse de captation puisqu'elle entraine l'apparition d'une importante résistance au transfert de matière dans le lit et empêche le mercure d'accéder à l'intégralité de la phase active. Très souvent, les performances du lit de garde sont alors fortement altérées. Une baisse de performance de masses de captation de type soufre sur charbon actif a ainsi été observée sur la plage de fonctionnement nocturne du lit de garde. Ce dysfonctionnement est attribué à la baisse de température du réacteur durant la nuit qui entraine l'apparition de condensation capillaire dans le lit. De même, il a été montré que pour un gaz modèle (mercure dans azote), ayant une humidité relative de 10 %, les performances de la masse de captation à base de soufre déposé sur un charbon actif diminuent de 25%.The capillary condensation mechanism can also take place with hydrocarbon vapors or volatile organic compounds. The presence of capillary condensation strongly impacts the operation of the collection mass since it causes the appearance of a high resistance to transfer of material into the bed and prevents the mercury from accessing the entire active phase. Very often, the performances of the guard bed are then strongly altered. A decrease in the performance of sulfur-type capture masses on activated carbon has thus been observed in the nocturnal operating range of the guard bed. This dysfunction is attributed to the drop in temperature of the reactor during the night which causes the appearance of capillary condensation in the bed. Similarly, it has been shown that for a model gas (mercury in nitrogen), having a relative humidity of 10%, the performance of the sulfur-based capture mass deposited on activated carbon decreases by 25%.
Il est donc important de placer le lit de garde mercure à un endroit approprié sur la chaine du procédé pour opérer l'unité de manière optimale. De manière générale, sur une exploitation de gaz naturel, le gaz est extrait du milieu géologique sur des puits de production. A la sortie des puits de production, le gaz naturel est chargé en eau et en hydrocarbures liquides (condensats). On obtient donc un flux triphasique composé de gaz, de liquide et de boues, qui est canalisé dans une unité pour piéger les boues, couramment nommée "slug catcher". Généralement, le "slug catcher" se présente sous la forme de tuyaux disposés selon une pente étudiée qui permet de contrôler l'écoulement du mélange et de déposer les boues.It is therefore important to place the mercury guard bed at an appropriate place on the process chain to operate the unit optimally. In general, on a natural gas exploitation, the gas is extracted from the geological medium on production wells. At the output of production wells, natural gas is loaded with water and liquid hydrocarbons (condensates). A three-phase flow composed of gas, liquid and sludge is thus obtained, which is channeled into a unit for trapping sludge, commonly called "slug catcher". Generally, the "slug catcher" is in the form of pipes arranged according to a studied slope which makes it possible to control the flow of the mixture and to deposit the sludge.
A la sortie de cette unité, le mélange est envoyé dans un séparateur appelé primaire. On obtient ainsi trois phases : eau, condensats et gaz. Le gaz issu du séparateur primaire est envoyé vers un coalesceur qui fait retomber vers le séparateur primaire les entraînements de liquide. A la sortie du coalesceur, le gaz est théoriquement tout juste à la saturation, mais en pratique il y a souvent la présence d'entraînements de liquide plus ou moins importants, le plus souvent sous forme de gouttelettes en suspension dans le gaz, en fonction des performances du coalesceur installé. Le gaz est ensuite désacidifié généralement par une unité d'élimination des gaz acides généralement un traitement aux amines - qui permet d'éliminer sélectivement H2S et 002. Le gaz ainsi traité passe ensuite sur une unité de séchage permettant d'abaisser le taux d'hygrométrie jusqu'à des valeurs de quelques ppm. Le séchage du gaz naturel peut être conduit de manière exclusive par mise en contact avec une solution de glycol ou par circulation dans un lit d'adsorbants. Le lit de garde de mercure est très souvent placé dans la chaine de procédé après ces sécheurs. Le gaz étant asséché de manière importante, le lit de garde peut opérer dans des conditions favorables, notamment en évitant les problèmes de condensation capillaire dans le matériau adsorbant le mercure. Cependant, ces unités de séchage utilisent souvent des composés de type glycol dans lesquels le mercure peut se solubiliser. Le document W02005/047438 montre notamment que la concentration de mercure dans le glycol peut atteindre des valeurs élevées, de l'ordre de 2,9 ppm. Lors de l'étape de régénération, la solution de glycol est chauffée à des températures proches de T=200°C et une partie du mercure est alors rejetéedans l'atmosphère. Une autre solution proposée dans le brevet US5223145 consiste en un procédé éliminant à la fois le mercure et l'eau. Dans ce schéma, un premier lit de tamis moléculaire est utilisé pour éliminer l'eau et le mercure de manière concomitante. Lorsque l'efficacité de purification décroit, le flux est dirigé vers un second lit de tamis moléculaire régénéré. Le premier lit est alors régénéré en passant un gaz chaud et sec en entrée de la colonne pour générer un gaz humide et pollué au mercure au sortir de cette colonne. 5 Ce gaz de régénération doit alors être lui même traité par un lit de garde pour éliminer le mercure. Cette solution est particulièrement inadaptée puisque d'une part elle ne fait que transférer le problème d'un effluent vers un autre et que d'autre part elle nécessite a) de régénérer fréquemment les adsorbeurs à une température difficilement atteignable sur une usine de traitement de gaz et b) de recourir à un second système d'élimination du 10 mercure non-régénérable, ce qui augmente d'autant les frais d'investissement associés. Une autre solution proposée dans le brevet US5120515 consiste à disposer dans une même une colonne des dessicants destinés à éliminer l'eau et des alumines imprégnées d'une phase active permettant de capter le mercure. Cette solution n'est également pas viable économiquement puisqu'il est nécessaire de régénérer 15 périodiquement les dessicants ce qui entraine des surcoûts économiques. De plus il est fait mention dans ce brevet que cette étape de régénération entraine des rejets de mercure qu'il faudra donc retraiter par une autre unité de démercurisation. De plus le positionnement du lit de garde de mercure en aval du dispositif de séchage entraine la contamination au mercure de toute la chaine de procédé en amont 20 du lit de garde. Même si on dispose le lit de garde mercure entre les unités de désacidification et de déshydratation, toute la chaine de procédé en amont du lit de garde, notamment l'unité de traitement aux amines est polluée au mercure. Il est possible de placer le lit de garde de mercure le plus en amont possible sur 25 la chaine de procédé, par exemple après le coalesceur. Ce positionnement entraine néanmoins plusieurs désavantages. Si le coalesceur n'est pas très efficace voire endommagé, des entrainements de liquide (eau et condensats) continus peuvent alimenter l'unité de démercurisation. D'autre part, même à la saturation, des pertes thermiques dans la ligne entre le 30 coalesceur et l'unité de démercurisation peuvent générer de la condensation. Notamment si la ligne est longue, s'il pleut ou s'il fait froid, la ligne n'étant pas calorifugée l'unité de démercurisation va recevoir d'autant plus de liquides.At the output of this unit, the mixture is sent to a separator called primary. Three phases are thus obtained: water, condensates and gas. The gas from the primary separator is sent to a coalescer which returns to the primary separator the liquid entrainment. At the exit of the coalescer, the gas is theoretically just saturation, but in practice there is often the presence of more or less significant liquid entrainment, usually in the form of droplets suspended in the gas, depending coalescer performance installed. The gas is then generally deacidified by an acid gas removal unit, generally an amine treatment, which selectively removes H 2 S and O 2. The gas thus treated then passes to a drying unit which makes it possible to lower the rate of hygrometry up to values of a few ppm. The drying of the natural gas can be conducted exclusively by contact with a glycol solution or by circulation in a bed of adsorbents. The mercury guard bed is very often placed in the process chain after these dryers. Since the gas is significantly dried, the guard bed can operate under favorable conditions, in particular by avoiding problems of capillary condensation in the mercury adsorbent material. However, these drying units often use glycol compounds in which the mercury can be solubilized. WO2005 / 047438 shows in particular that the concentration of mercury in the glycol can reach high values, of the order of 2.9 ppm. During the regeneration step, the glycol solution is heated to temperatures close to T = 200 ° C and a portion of the mercury is then released into the atmosphere. Another solution proposed in US Pat. No. 5,223,145 consists of a process that eliminates both mercury and water. In this scheme, a first bed of molecular sieve is used to remove water and mercury concomitantly. As the purification efficiency decreases, the flow is directed to a second regenerated molecular sieve bed. The first bed is then regenerated by passing a hot dry gas at the inlet of the column to generate a wet gas polluted with mercury at the end of this column. This regeneration gas must then itself be treated with a guard bed to remove the mercury. This solution is particularly unsuitable since on the one hand it merely transfers the problem from one effluent to another and on the other hand it requires a) to regenerate the adsorbers frequently at a temperature which is difficult to reach on a treatment plant. gas and b) to use a second non-regenerable mercury removal system, thereby increasing the associated investment costs. Another solution proposed in US5120515 is to have in a single column desiccants for removing water and aluminas impregnated with an active phase for capturing mercury. This solution is also not economically viable since it is necessary to periodically regenerate desiccants which leads to additional economic costs. Moreover, it is mentioned in this patent that this regeneration step results in mercury releases that must be reprocessed by another unit of demercurization. In addition, the positioning of the mercury guard bed downstream of the drying device causes the mercury contamination of the entire process chain upstream of the guard bed. Even if the mercury guard bed is placed between the deacidification and dehydration units, the entire process chain upstream of the guard bed, in particular the amine treatment unit, is polluted with mercury. It is possible to place the mercury guard bed as far upstream as possible on the process chain, for example after the coalescer. This positioning nevertheless leads to several disadvantages. If the coalescer is not very effective or even damaged, continuous liquid (water and condensate) drives can feed the demercurization unit. On the other hand, even at saturation, heat losses in the line between the coalescer and the demercurization unit can generate condensation. Especially if the line is long, if it is raining or if it is cold, the line is not insulated the demercurization unit will receive more liquids.
Enfin, il existe un phénomène de condensation rétrograde, particularité thermodynamique du gaz naturel, générant de la condensation lors de la baisse de pression isotherme du gaz naturel. En pratique, les pertes de charges dans la ligne, mais également dans l'unité de démercurisation, peuvent générer une condensation partielle d'eau et des condensats d'hydrocarbures. La solution la plus directe consiste alors à abaisser le taux d'hygrométrie du gaz humide en appliquant une surchauffe du gaz naturel par le biais par exemple de la présence d'un surchauffeur. Cependant, vu les débits couramment rencontrés dans les unités de gaz naturel, cette solution s'avère être très couteuse énergétiquement et par voie de conséquence financièrement. L'objet de cette invention est de proposer un procédé optimisé de traitement de gaz humide qui permet de placer le lit de garde de métal lourd en aval d'un séparateur gaz-liquide, par exemple un coalesceur, et, de préférence, en amont de l'étape d'élimination des gaz acides tout en assurant un fonctionnement optimal des masses de captation de métal lourd en effectuant une déshumidification partielle du gaz humide issu du séparateur gaz-liquide.Finally, there is a phenomenon of retrograde condensation, thermodynamic particularity of natural gas, generating condensation during the isothermal pressure drop of natural gas. In practice, the pressure losses in the line, but also in the demercurization unit, can generate a partial condensation of water and hydrocarbon condensates. The most direct solution is then to lower the hygrometry rate of the wet gas by applying overheating of the natural gas through for example the presence of a superheater. However, given the flows commonly encountered in natural gas units, this solution proves to be very expensive energy and consequently financially. The object of this invention is to propose an optimized wet gas treatment method which makes it possible to place the heavy metal guard bed downstream of a gas-liquid separator, for example a coalescer, and, preferably, upstream of the acid gas removal step while ensuring optimal operation of the heavy metal collection masses by performing a partial dehumidification of the wet gas from the gas-liquid separator.
La demanderesse a découvert que, de façon astucieuse, la dilution du gaz humide par un gaz de dilution, de préférence avec un gaz de dilution qui augmente la pression de vapeur saturante, permet de répondre à la problématique précédemment exposée en assurant une humidité relative suffisamment faible pour éviter les problèmes de condensation et, a fortiori, de condensation capillaire sur les masses du lit de garde de métal lourd. De manière générale, l'invention concerne un procédé pour capter au moins un métal lourd, choisi parmi le mercure ou l'arsenic, contenu dans un gaz humide comportant de la vapeur d'eau, le gaz humide ayant une humidité relative HR supérieure 30 à 75%, dans lequel on effectue les étapes suivantes : a) on mélange le gaz humide avec un gaz de dilution de manière à obtenir un mélange de gaz ayant une humidité relative HM inférieure à l'humidité relative HR, b) on met en contact le mélange de gaz avec une masse de captation de métal lourd pour obtenir un mélange de gaz appauvri en métal lourd. Selon l'invention, on peut choisir le gaz de dilution parmi le 002, l'H2S et un gaz 5 ayant une humidité relative inférieure à 50%. A l'étape a), on peut déterminer le débit du gaz de dilution de manière à obtenir un mélange de gaz ayant une humidité relative HM inférieure à l'humidité relative HR. On peut mélanger le gaz humide avec un gaz de dilution de manière à obtenir un mélange de gaz ayant une humidité relative HM inférieure à 90%, de préférence 10 inférieure à 80%, voir inférieure à 75%. Pour capter le mercure, la masse de captation peut comporter une phase active choisie parmi au moins un sulfure métallique à base d'un métal choisi dans le groupe constitué par le cuivre (Cu), le chrome (Cr), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cobalt (Co) et le nickel (Ni). 15 La masse de captation peut comporter une phase active composée de soufre élémentaire. Lorsque le gaz contient de l'H2S, la masse de captation peut comporter une phase active composée d'au moins un précurseur d'oxyde métallique d'un métal choisi parmi le cuivre (Cu), le chrome (Cr), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cobalt (Co) et le 20 nickel (Ni). Pour capter l'arsenic, la masse de captation peut comporter une phase active composée d'au moins un oxyde métallique d'un métal choisi parmi le cuivre (Cu) et le plomb (Pb). La phase active peut être répartie sur un support poreux, le support poreux étant 25 choisi parmi le groupe constitué par les alumines, les alumines phosphorées, les silices-alumines, les silices, les argiles, les charbons actifs, les zéolithes, les oxydes de titane, les oxydes de zirconium, et leur mélange. Après l'étape b), on peut effectuer les étapes suivantes : c) on élimine au moins une partie de l'H2S et du CO2 contenu dans le mélange de 30 gaz appauvri en métal lourd, de manière à obtenir un mélange de gaz appauvri en H25 et en CO2 et un flux riche en H25 et en 002, puis d) on élimine au moins une partie de la vapeur d'eau contenue dans le mélange de gaz appauvri en H2S, en CO2 de manière à obtenir un gaz appauvri en eau.The Applicant has discovered that, cleverly, the dilution of the wet gas by a dilution gas, preferably with a dilution gas which increases the saturation vapor pressure, makes it possible to respond to the problem previously described by ensuring sufficient relative humidity low to avoid the problems of condensation and, a fortiori, of capillary condensation on the masses of the guard bed of heavy metal. In general, the invention relates to a process for capturing at least one heavy metal, chosen from mercury or arsenic, contained in a wet gas comprising water vapor, the wet gas having a higher relative humidity RH. at 75%, in which the following steps are carried out: a) the moist gas is mixed with a dilution gas so as to obtain a gas mixture having a relative humidity HM lower than the relative humidity HR, b) it is necessary to contact the gas mixture with a heavy metal capture mass to obtain a heavy metal depleted gas mixture. According to the invention, the dilution gas can be selected from 002, H2S and a gas having a relative humidity of less than 50%. In step a), the flow rate of the dilution gas can be determined so as to obtain a gas mixture having a relative humidity HM lower than the relative humidity RH. The moist gas can be mixed with a dilution gas to obtain a gas mixture having a relative humidity HM of less than 90%, preferably less than 80%, or less than 75%. To capture the mercury, the capture mass may comprise an active phase selected from at least one metal sulphide based on a metal selected from the group consisting of copper (Cu), chromium (Cr), manganese (Mn) , iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni). The capture mass may comprise an active phase composed of elemental sulfur. When the gas contains H2S, the capture mass may comprise an active phase composed of at least one metal oxide precursor of a metal selected from copper (Cu), chromium (Cr), manganese ( Mn), iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni). To capture arsenic, the capture mass may comprise an active phase composed of at least one metal oxide of a metal selected from copper (Cu) and lead (Pb). The active phase may be distributed on a porous support, the porous support being chosen from the group consisting of aluminas, phosphorus aluminas, silica-aluminas, silicas, clays, activated carbons, zeolites, titanium, zirconium oxides, and their mixtures. After step b), the following steps can be carried out: c) at least a portion of the H 2 S and CO 2 contained in the heavy metal depleted gas mixture are removed so as to obtain a mixture of depleted gases in H25 and in CO2 and a flow rich in H25 and 002, then d) is removed at least a portion of the water vapor contained in the H2S-depleted gas mixture, to CO2 to obtain a gas depleted in water.
Dans le cas où l'on choisi le CO2 comme gaz de dilution, après l'étape b) et avant l'étape c), on peut mettre en oeuvre un séparateur membranaire pour effectuer une séparation d'au moins une partie du CO2 contenu dans le mélange de gaz appauvri en métal lourd de manière à obtenir un flux riche en CO2 et on peut recycler au moins une partie dudit flux riche en CO2 à l'étape a) en tant que gaz de dilution. On peut recycler au moins une partie dudit flux riche en H2S et en CO2 à l'étape a) en tant que gaz de dilution. On peut recycler à l'étape a) une partie dudit gaz appauvri en eau obtenu à l'étape d) en tant que gaz de dilution.In the case where CO2 is chosen as the dilution gas, after step b) and before step c), a membrane separator can be used to separate at least part of the CO2 content. in the heavy metal depleted gas mixture so as to obtain a CO2-rich stream and at least a portion of said CO2-rich stream can be recycled in step a) as a dilution gas. At least a portion of said H2S and CO2 rich stream can be recycled in step a) as a diluent gas. A portion of the water-depleted gas obtained in step d) can be recycled in step a) as a diluent gas.
Le gaz humide peut être choisi parmi l'un des gaz suivants : un gaz naturel, un gaz de schiste, un gaz de houille, un gaz de synthèse, des fumées de combustion, un effluent hydrocarboné gazeux, des évents d'usine chlore alkali, des évents d'usine de production de terres rares. Pour le cas d'un gaz naturel, avant d'effectuer l'étape a), on peut effectuer les 15 étapes suivantes : on extrait un gaz naturel d'un gisement souterrain, puis on introduit le gaz naturel dans un dispositif d'élimination des boues, puis on introduit le gaz naturel dans un dispositif de séparation gaz liquide, puis on envoie le gaz naturel à l'étape a), 20 Ledit dispositif de séparation gaz liquide peut comporter un coalesceur pour séparer l'eau condensée du gaz naturel. 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 25 dessins parmi lesquels : La figure 1 représente le procédé d'abaissement de la pression partielle en vapeur d'eau d'un gaz humide selon l'invention, les figures 2 à 4 représentent trois modes de réalisation du procédé selon l'invention, intégré à un procédé de production d'un gaz naturel. 30 L'invention consiste à diluer un flux de gaz humide devant être traité sur une garde de métal lourd. Cette dilution se fait par un mélange avec un gaz de dilution, qui est de préférence sec. Le mélange de gaz se retrouve alors dans des conditions proches des conditions initiales mais avec une pression partielle de vapeur d'eau sensiblement éloignée de la pression de vapeur saturante. La pression de vapeur d'eau dans le flux en aval de l'étape de dilution du gaz selon l'invention peut être réglée par au moins deux paramètres : Premièrement la quantité de gaz de dilution utilisé pour diluer le flux de gaz humide. Deuxièmement la nature du gaz de dilution. En effet selon la nature du gaz de dilution choisi, la pression de vapeur saturante peut s'en trouver modifiée. Dans le cas d'utilisation de gaz de dilution tels que CO2 ou H2S, la pression de vapeur saturante augmente. Le choix judicieux du gaz de dilution permet d'économiser la quantité de diluant à engager pour un résultat identique. En référence à la figure 1, le gaz humide arrive par le conduit (100). Le gaz arrivant par le conduit (100) peut être à une pression comprise entre 2 et 10 MPa, de préférence à une pression comprise entre 5 et 9 MPa, et à une température comprise entre 20 et 80°C, de préférence à une température comprise entre 25 et 70°C. Le gaz humide comporte de la vapeur d'eau, par exemple à une humidité relative variant entre 30% et 100%. Le gaz humide comporte également au moins un métal lourd, par exemple du mercure et/ou de l'arsenic, dans des proportions pouvant varier entre 10 nanogrammes et 1 gramme de mercure par Nm3 de gaz. Le gaz circulant dans le conduit (100) est mélangé dans l'équipement (1000) à un gaz de dilution arrivant par le conduit (200). Il en résulte un gaz humide dilué évacué par le conduit (101). Par exemple l'équipement (1000) peut être une capacité alimentée par les conduits (100) et (200) et dotée d'un conduit de sortie (101) pour l'effluent dilué ou encore une simple réunion des conduits (100) et (200) résultant en un conduit commun (101), par exemple dans une configuration en Y. Le mélange du gaz de dilution avec le gaz humide permet d'obtenir un mélange de gaz ayant une humidité relative inférieure à l'humidité relative du gaz humide. Selon l'invention, la quantité, c'est-à-dire le débit de gaz arrivant par le conduit (200) peut être déterminé de manière à ce que le mélange de gaz obtenu dans le conduit (101) présente une humidité relative inférieure à 90%, préférentiellement inférieure à 80 %, de manière très préférée inférieure à 75 % de façon à prévenir la condensation capillaire dans le lit de garde (2000) contenant la masse de captation du métal lourd. Ce seuil d'hygrométrie dépend des caractéristiques poreuses de la masse de captation de métal lourd. Par exemple, le rapport de débit molaire entre (100) et (200) est ainsi typiquement compris entre 2 et 10, préférentiellement entre 4 et 10. Le ratio précédemment évoqué dépend aussi de la nature du gaz. De préférence, le gaz de dilution présente une humidité relative en eau comprise entre 0 et 50%, de préférence entre 0 et 30%, un excellente valeur d'humidité relative du gaz de dilution étant comprise entre 0 et 20%. De préférence, on choisit un gaz de dilution, comme par exemple CO2 ou H2S, qui présente un effet d'augmentation de la pression de vapeur saturante de l'eau lorsqu'il est mélangé avec le gaz initial par rapport à la pression de vapeur saturante en eau du gaz initial. La pression du gaz de dilution arrivant par le conduit (200) peut être comprise entre la valeur P de la pression du gaz humide arrivant par le conduit (100) et la valeur P + 0,5 MPa. Le mélange de gaz est envoyé par le conduit (101) dans le lit de garde de métal lourd (2000). Le gaz appauvri en mercure est évacué du lit de garde de métal lourd (2000) par le conduit (102). Le gaz traité (102) est envoyé dans l'unité (3000) dont la fonction est de séparer le gaz de dilution du gaz humide. Le fonctionnement de l'unité (3000) dépend de la nature du gaz de dilution. Il résulte du traitement par l'unité (3000) : un effluent de gaz appauvri en métal lourd non dilué évacué par le conduit (103), un flux de gaz de dilution qui est recyclé par le conduit (200), le cas échéant l'excès d'eau séparé du gaz diluant évacué par le conduit (300) et le cas échéant un effluent (201) composé majoritairement du gaz de recycle dans une proportion correspondant au gaz diluant qui serait déjà contenu à l'origine dans le gaz humide à traiter (100).The wet gas may be selected from one of the following gases: natural gas, shale gas, coal gas, synthesis gas, combustion fumes, gaseous hydrocarbon effluent, chlorine alkali plant vents , rare earth production plant vents. For the case of a natural gas, before carrying out step a), the following steps can be carried out: a natural gas is extracted from an underground deposit, and then the natural gas is introduced into an elimination device sludge, then the natural gas is introduced into a liquid gas separation device, then the natural gas is sent to step a), said liquid gas separation device may comprise a coalescer to separate the condensed water from the natural gas . Other features and advantages of the invention will be better understood and will be apparent from the following description with reference to the drawings, in which: FIG. 1 shows the method of lowering the partial pressure of steam of water of a wet gas according to the invention, Figures 2 to 4 show three embodiments of the method according to the invention, integrated in a process for producing a natural gas. The invention involves diluting a stream of wet gas to be treated on a heavy metal guard. This dilution is done by mixing with a dilution gas, which is preferably dry. The gas mixture is then found under conditions close to the initial conditions but with a partial pressure of water vapor substantially away from the saturation vapor pressure. The water vapor pressure in the stream downstream of the gas dilution step according to the invention can be regulated by at least two parameters: First, the amount of dilution gas used to dilute the flow of wet gas. Secondly, the nature of the dilution gas. Indeed, depending on the nature of the dilution gas chosen, the saturation vapor pressure may be modified. In the case of using dilution gases such as CO2 or H2S, the saturation vapor pressure increases. The judicious choice of the dilution gas saves the amount of diluent to be used for an identical result. Referring to Figure 1, the wet gas arrives through the conduit (100). The gas flowing through the duct (100) can be at a pressure of between 2 and 10 MPa, preferably at a pressure of between 5 and 9 MPa, and at a temperature of between 20 and 80 ° C., preferably at a temperature between 25 and 70 ° C. The wet gas comprises water vapor, for example at a relative humidity of between 30% and 100%. The wet gas also comprises at least one heavy metal, for example mercury and / or arsenic, in proportions ranging between 10 nanograms and 1 gram of mercury per Nm3 of gas. The gas flowing in the duct (100) is mixed in the equipment (1000) with a dilution gas arriving via the duct (200). This results in a diluted wet gas discharged through the conduit (101). For example, the equipment (1000) may be a capacity supplied by the ducts (100) and (200) and provided with an outlet duct (101) for the diluted effluent or a simple union of the ducts (100) and (200) resulting in a common duct (101), for example in a Y configuration. Mixing the dilution gas with the humid gas makes it possible to obtain a gas mixture having a relative humidity lower than the relative humidity of the gas wet. According to the invention, the quantity, that is to say the flow rate of gas arriving via the conduit (200) can be determined in such a way that the gas mixture obtained in the conduit (101) has a lower relative humidity at 90%, preferably less than 80%, very preferably less than 75% so as to prevent capillary condensation in the guard bed (2000) containing the heavy metal capture mass. This hygrometry threshold depends on the porous characteristics of the heavy metal capture mass. For example, the molar flow ratio between (100) and (200) is thus typically between 2 and 10, preferably between 4 and 10. The previously mentioned ratio also depends on the nature of the gas. Preferably, the dilution gas has a relative humidity of water of between 0 and 50%, preferably between 0 and 30%, an excellent value of relative humidity of the dilution gas being between 0 and 20%. Preferably, a dilution gas is chosen, for example CO2 or H2S, which has an effect of increasing the saturation vapor pressure of the water when it is mixed with the initial gas with respect to the vapor pressure. saturating in water of the initial gas. The pressure of the dilution gas arriving via the duct (200) may be between the value P of the pressure of the humid gas arriving via the duct (100) and the value P + 0.5 MPa. The gas mixture is sent through the conduit (101) into the heavy metal guard bed (2000). The depleted mercury gas is evacuated from the heavy metal guard bed (2000) through the conduit (102). The treated gas (102) is sent to the unit (3000) whose function is to separate the dilution gas from the wet gas. The operation of the unit (3000) depends on the nature of the dilution gas. As a result of the treatment by the unit (3000): an undiluted heavy metal depleted gas effluent discharged through the conduit (103), a flow of dilution gas which is recycled via the conduit (200), where appropriate excess of water separated from the diluent gas discharged via the pipe (300) and, where appropriate, an effluent (201) composed mainly of recycle gas in a proportion corresponding to the diluent gas that would already be originally contained in the wet gas to be treated (100).
Selon un premier mode de réalisation, on peut utiliser un gaz de dilution qui est condensable. Si le gaz de dilution est un gaz condensable, le principe de l'unité (3000) est de condenser au moins une partie du gaz de dilution, éventuellement de le sécher puis de le renvoyer via le conduit (200) pour être mélangé avec le gaz humide à traiter (100). L'étape de condensation peut se faire, par exemple par un abaissement de la température ou une augmentation de la pression. Selon un deuxième mode de réalisation, l'unité (3000), peut mettre en oeuvre une membrane ayant la capacité de séparer sélectivement le gaz de dilution du gaz naturel. Le gaz de dilution séparé est remonté en pression, par exemple par compression, pour ensuite être recyclé (200). Ce mode de réalisation peut utiliser le 002 ou H2S comme gaz de dilution. Préférentiellement ces gaz sont déjà présent dans le gaz à traiter et le gaz de dilution est produit grâce à une étape de recycle au moins partielle de l'un ou plusieurs de ces gaz autour de la masse de captation.According to a first embodiment, it is possible to use a dilution gas that is condensable. If the dilution gas is a condensable gas, the principle of the unit (3000) is to condense at least a portion of the dilution gas, optionally to dry it and then return it via the conduit (200) to be mixed with the wet gas to be treated (100). The condensation step can be done, for example by lowering the temperature or increasing the pressure. According to a second embodiment, the unit (3000) can implement a membrane having the ability to selectively separate the dilution gas from natural gas. The separated dilution gas is raised in pressure, for example by compression, and then recycled (200). This embodiment may use 002 or H2S as the diluent gas. Preferably, these gases are already present in the gas to be treated and the dilution gas is produced by means of a step of at least partial recycling of one or more of these gases around the capture mass.
Selon un troisième mode de réalisation, on peut choisir le gaz de dilution déjà contenu dans le gaz humide, notamment dans le gaz naturel, par exemple le CO2 ou l'H2S. Dans ce cas, l'unité (3000) peut être composée d'un absorbeur et d'un régénérateur entre lesquels circule un absorbant liquide ayant la propriété d'absorber préférentiellement le gaz diluant. Cet absorbant est préférentiellement une solution aqueuse d'un composé organique ayant au moins une fonction amine. Le gaz de dilution obtenu au régénérateur est recyclé par le conduit (200). Selon un quatrième mode de réalisation, on peut choisir une partie du gaz humide appauvri en métal lourd et appauvri en eau comme gaz de dilution. Dans ce cas, l'unité (3000) peut être composée d'un élément ayant la capacité d'appauvrir le gaz humide en eau. Cet élément peut être, par exemple un absorbeur et un régénérateur entre lesquels circule un absorbant liquide, de préférence du glycol, ayant la propriété d'absorber l'eau, ou bien un solide adsorbant l'eau. Une partie du gaz appauvri en métal lourd et appauvri en eau est recyclé par le conduit (200).According to a third embodiment, it is possible to choose the dilution gas already contained in the wet gas, in particular in natural gas, for example CO2 or H2S. In this case, the unit (3000) can be composed of an absorber and a regenerator between which a liquid absorbent having the property of preferentially absorbing the diluent gas flows. This absorbent is preferably an aqueous solution of an organic compound having at least one amine function. The dilution gas obtained at the regenerator is recycled via the conduit (200). According to a fourth embodiment, it is possible to choose a portion of the wet gas depleted of heavy metal and depleted of water as a dilution gas. In this case, the unit (3000) may be composed of an element having the ability to deplete the wet gas in water. This element can be, for example an absorber and a regenerator between which circulates a liquid absorbent, preferably glycol, having the property of absorbing water, or a solid adsorbing water. Part of the depleted heavy metal gas depleted of water is recycled through the conduit (200).
Le lit de garde (2000) est composé de masses de captation qui ont la capacité d'adsorber le métal lourd. Il est possible d'utiliser tout type de masses de captation connues de l'homme du métier. La masse de captation mise en oeuvre peut être choisie parmi celles connues de l'homme de l'art. La masse de captation comporte un composé, couramment dénommé phase active, qui réagit avec le métal lourd de manière à capter le métal lourd sur la masse de captation. La masse de captation est de préférence sous la forme d'un lit composé de granulés. La phase active de la masse de captation peut comprendre, notamment pour capter le mercure, des métaux qui, sous leur forme sulfurée, réagissent avec le mercure. Le ou les sulfures métalliques contenus dans le masse de captation selon l'invention sont à base d'un métal choisi dans le groupe constitué par le cuivre (Cu), le chrome (Cr), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cobalt (Co) et le nickel (Ni). De manière préférée, le ou les métaux du ou des sulfures métalliques sont choisis dans le groupe constitué par le cuivre (Cu), le manganèse (Mn), le fer (Fe) et le nickel (Ni). De manière très préférée, si un seul sulfure métallique est présent, on choisit le sulfure de cuivre. La phase active utilisée peut également être du soufre élémentaire, par exemple tel que décrit dans le document de brevet FR 2 529 802.The guard bed (2000) is composed of capture masses that have the capacity to adsorb the heavy metal. It is possible to use any type of capture masses known to those skilled in the art. The capture mass used may be chosen from those known to those skilled in the art. The capture mass comprises a compound, commonly called the active phase, which reacts with the heavy metal so as to capture the heavy metal on the capture mass. The capture mass is preferably in the form of a bed composed of granules. The active phase of the capture mass may include, in particular for capturing mercury, metals which, in their sulfur form, react with mercury. The metal sulphide or sulphides contained in the capture mass according to the invention are based on a metal chosen from the group consisting of copper (Cu), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe ), cobalt (Co) and nickel (Ni). Preferably, the metal (s) of the metal sulphide (s) are chosen from the group consisting of copper (Cu), manganese (Mn), iron (Fe) and nickel (Ni). Very preferably, if a single metal sulfide is present, the copper sulfide is selected. The active phase used may also be elemental sulfur, for example as described in patent document FR 2 529 802.
Le lit de garde de mercure étant disposé en amont des unités de désacidification (par exemple une unité aux amines), le gaz à traiter contient de l'H2S. Il est donc également possible d'utiliser le précurseur oxyde métallique, le métal étant choisi parmi le groupe constitué par le cuivre (Cu), le chrome (Cr), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cobalt (Co) et le nickel (Ni), de préférence l'oxyde de cuivre, qui permet d'éliminer de manière concomitante l'H2S et le mercure en étant dans une première étape sulfuré par l'H2S en sulfure métallique puis en réagissant avec le mercure. La phase active de la masse de captation peut comprendre, notamment pour capter l'arsenic, et en particulier sous sa forme gazeuse AsH3, des métaux qui, sous leur forme oxyde, réagissent avec l'arsenic. Le ou les oxydes métalliques contenus dans le masse de captation selon l'invention sont à base d'un métal choisi dans le groupe constitué par le cuivre (Cu), le plomb (Pb). De manière préférée, si un seul oxyde métallique est présent, le choix se porte sur l'oxyde de cuivre (Il) également nommé oxyde de cuivre cuivrique (Cu0). De manière très préférée, si un seul oxyde métallique est présent, le choix se porte sur l'oxyde de plomb (Il) (PbO).The mercury guard bed being arranged upstream of the deacidification units (for example an amine unit), the gas to be treated contains H2S. It is therefore also possible to use the metal oxide precursor, the metal being selected from the group consisting of copper (Cu), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co) ) and nickel (Ni), preferably copper oxide, which concomitantly eliminates H2S and mercury being in a first step sulphurized by H2S in metal sulphide and then reacting with mercury . The active phase of the capture mass can comprise, in particular for capturing arsenic, and in particular in its gaseous form AsH3, metals which, in their oxide form, react with arsenic. The metal oxide (s) contained in the capture mass according to the invention are based on a metal chosen from the group consisting of copper (Cu) and lead (Pb). Preferably, if only one metal oxide is present, the choice is made on the copper oxide (II) also called cupric copper oxide (Cu0). Very preferably, if only one metal oxide is present, the choice is made on lead oxide (II) (PbO).
De préférence la masse de captation peut être constituée d'une phase active, telle que décrite ci-dessus, répartie sur un support poreux. Le support poreux peut être choisi de préférence parmi les alumines, les alumines phosphorées, les silices-alumines, les silices, les argiles, les charbons actifs, les zéolithes, les oxydes de titane, les oxydes de zirconium, et les mélanges de ceux-ci.Preferably, the capture mass may consist of an active phase, as described above, distributed over a porous support. The porous support may be chosen preferably from aluminas, phosphorus aluminas, silica-aluminas, silicas, clays, activated carbons, zeolites, titanium oxides, zirconium oxides, and mixtures of these. this.
Une masse de captation contenant un support et du sulfure de cuivre est par exemple décrite dans le document US 4094777. La masse de captation peut être obtenue par toute voie de préparation connue de l'homme du métier tel par exemple l'imprégnation ou la co-granulation. Le traitement du gaz traité par la masse de captation (5000) est de préférence 30 réalisé en injectant l'effluent à traiter dans un réacteur contenant la masse de captation sous la forme d'un lit fixe. Dans l'équipement (2000), la mise en contact de l'effluent à traiter avec la masse de captation peut être réalisée à une température comprise entre -50°C et 115°C, préférentiellement entre 0°C et 110°C, et plus préérentiellement entre 20°C et 100°C. En outre, elle peut être réalisée à une pression absolue comprise entre 0,01 MPa (0,1 bar) et 20 MPa (200 bars), préférentiellement entre 0,1 MPa (1 bar) et 15 MPa (150 bars), et plus préférentiellement entre 0,1 MPa (1 bar) et 12 MPa (120 bars).A capture mass containing a support and copper sulphide is described, for example, in US Pat. No. 4,094,777. The capture mass can be obtained by any preparation route known to a person skilled in the art, for example impregnation or coagulation. -granulation. The treatment of the treated gas with the capture mass (5000) is preferably carried out by injecting the effluent to be treated into a reactor containing the capture mass in the form of a fixed bed. In the equipment (2000), the contacting of the effluent to be treated with the capture mass can be carried out at a temperature between -50 ° C and 115 ° C, preferably between 0 ° C and 110 ° C, and more preferably between 20 ° C and 100 ° C. In addition, it can be carried out at an absolute pressure of between 0.01 MPa (0.1 bar) and 20 MPa (200 bar), preferably between 0.1 MPa (1 bar) and 15 MPa (150 bar), and more preferably between 0.1 MPa (1 bar) and 12 MPa (120 bar).
De plus, cette étape de mise en contact de l'effluent à traiter avec la masse de captation peut être réalisée avec une V.V.H. comprise entre 0,1 h-1 et 50000 h-1. On entend par « V.V.H. » la Vitesse Volumique Horaire de l'effluent gazeux dans la masse de captation, c'est-à-dire le volume de l'effluent gazeux par volume de réacteur et par heure. Pour un effluent à traiter gazeux, la V.V.H. peut être comprise préférentiellement entre 50 h-1 et 500 h-1. Le contact avec la masse de captation permet avantageusement de capter les métaux lourds, notamment le mercure, contenus dans l'effluent à traiter, et d'obtenir un effluent ayant une teneur en métaux lourds, notamment le mercure, réduite par rapport à la teneur de l'effluent initial, voire d'éliminer totalement les métaux lourds de l'effluent.In addition, this step of contacting the effluent to be treated with the capture mass can be carried out with a V.V.H. between 0.1 h-1 and 50000 h-1. "V.V.H. The hourly Volumic Velocity of the gaseous effluent in the capture mass, that is to say the volume of the gaseous effluent per volume of reactor and per hour. For an effluent to be treated gas, V.V.H. may be preferably between 50 h-1 and 500 h-1. The contact with the capture mass advantageously makes it possible to capture the heavy metals, in particular mercury, contained in the effluent to be treated, and to obtain an effluent having a content of heavy metals, in particular mercury, reduced in relation to the content of the initial effluent, or even completely eliminate heavy metals from the effluent.
Avantageusement, la diminution de teneur totale en poids de métal lourd, entre l'effluent gazeux avant traitement et l'effluent obtenu après traitement avec le masse de captation peut représenter au moins 90%, préférentiellement au moins 95%, et plus préférentiellement au moins 99%.Advantageously, the reduction in the total content by weight of heavy metal between the gaseous effluent before treatment and the effluent obtained after treatment with the capture mass can represent at least 90%, preferably at least 95%, and more preferably at least 99%.
La figure 2 représente schématiquement un exemple de procédé de production de gaz naturel depuis l'extraction jusqu'à l'opération de désacidification, dans lequel on met en oeuvre le procédé selon l'invention, selon le deuxième mode de réalisation mentionné ci-dessus. Les références de la figure 2 identiques aux références de la figure 1 désignent les mêmes éléments.FIG. 2 diagrammatically represents an example of a process for producing natural gas from the extraction to the deacidification operation, in which the method according to the invention is implemented, according to the second embodiment mentioned above. . The references of Figure 2 identical to the references of Figure 1 designate the same elements.
Le gaz naturel extrait du gisement souterrain (1) est envoyé par le conduit (2) dans un dispositif (3) pour piéger les boues, couramment nommé "slug catcher". Les boues sont évacuées du "slug catcher" par le conduit (4). Le gaz naturel issu du dispositif (3) est introduit par le conduit (5) dans un séparateur gaz liquide primaire (6) qui permet d'éliminer un flux liquide comportant de l'eau et des hydrocarbures par le conduit (7).The natural gas extracted from the underground deposit (1) is sent via the conduit (2) into a device (3) for trapping sludge, commonly called "slug catcher". The sludge is evacuated from the "slug catcher" by the conduit (4). The natural gas from the device (3) is introduced through the conduit (5) into a primary liquid gas separator (6) which makes it possible to eliminate a liquid flow comprising water and hydrocarbons via the conduit (7).
Le gaz humide évacué du séparateur (6) est ensuite introduit par le conduit (110) dans l'équipement de séparation gaz liquide (4000). La fonction de cet équipement (4000) est de séparer le gaz humide des gouttelettes de liquide résultant de la saturation des condensables à la température du système. Cet équipement (4000) est par exemple un coalesceur. Le document EP2473250A2 décrit un exemple de réalisation d'un coalesceur. Le coalesceur (4000) peut être composé d'une enceinte munie d'éléments internes tels que des chicanes et ou des matelas de fibres favorisant la condensation des gouttelettes de liquide contenues dans le gaz. L'élimination des gouttelettes de liquide est préférable car elle évite de se retrouver avec un système où l'on a un gaz saturé qui entraîne en sus des liquides condensés qui iront ensuite se fixer sur le lit de garde mercure. Les condensats sont évacués du coalesceur (4000) par le conduit (111), tandis que le gaz appauvri en eau est évacué par le conduit (100). Le gaz circulant dans le conduit (100) est ensuite mélangé dans l'équipement (1000) avec un gaz de dilution arrivant par le conduit (200). Le gaz de dilution peut être du 002, ou un gaz séché ayant une composition similaire à celle du gaz arrivant par le conduit (100). Le mélange de gaz évacué de l'équipement (1000) par le conduit (101) est introduit dans le lit de garde de mercure (2000) pour produire un gaz appauvri en mercure évacué par le conduit (102).The wet gas discharged from the separator (6) is then introduced via the conduit (110) into the liquid gas separation equipment (4000). The function of this equipment (4000) is to separate the wet gas from the droplets of liquid resulting from the saturation of the condensables at the temperature of the system. This equipment (4000) is for example a coalescer. EP2473250A2 describes an embodiment of a coalescer. The coalescer (4000) may be composed of an enclosure provided with internal elements such as baffles and or fiber mattresses that promote the condensation of the liquid droplets contained in the gas. The elimination of the droplets of liquid is preferable because it avoids ending up in a system where there is a saturated gas which leads in addition to condensed liquids which will then settle on the mercury guard bed. The condensates are evacuated from the coalescer (4000) through the conduit (111), while the depleted gas is evacuated through the conduit (100). The gas flowing in the conduit (100) is then mixed in the equipment (1000) with a dilution gas arriving via the conduit (200). The dilution gas may be 002, or a dried gas having a composition similar to that of the gas flowing through the conduit (100). The gas mixture discharged from the equipment (1000) through the conduit (101) is introduced into the mercury guard bed (2000) to produce a mercury depleted gas discharged through the conduit (102).
Le gaz appauvri en mercure est introduit par le conduit (102) dans l'unité (3000) comportant un réacteur muni d'une membrane. La membrane est choisie pour être plus perméable au gaz de dilution qu'au gaz naturel. Le perméat, c'est-à-dire le flux ayant traversé la membrane est évacué par le conduit (200), puis est comprimé (non représenté) et recyclé dans l'unité (1000). Par exemple on peut appliquer une différence de pression entre les deux faces de la membrane afin de faire migrer le CO2 à travers la membrane. Par exemple la différence de pression peut être compris entre 0,2 et 3 MPa, de préférence entre 0,5 et 2,5 MPa. On peut utiliser une membrane composée d'un matériau choisi parmi l'acétate de cellulose, les polymides, les polysulfones et les polaramides. Éventuellement, on effectue un appoint en gaz de dilution via le conduit (202). Ce mode de réalisation peut utiliser le CO2 ou H2S comme gaz de dilution. Préférentiellement ces gaz sont déjà présent dans le gaz à traiter et le gaz de dilution est produit en effectuant une étape de recycle d'au moins une partie du gaz de dilution autour de la masse de captation. Le retentât, c'est-à-dire le fluide n'ayant pas traversé la membrane est évacué de l'unité (3000) et envoyé par le conduit (103) dans l'unité de désacidification (8). On peut augmenter la pression du flux circulant dans le conduit (200) en utilisant un compresseur.The mercury-depleted gas is introduced via the conduit (102) into the unit (3000) comprising a reactor equipped with a membrane. The membrane is chosen to be more permeable to the dilution gas than to natural gas. The permeate, that is to say the flow having passed through the membrane is discharged through the conduit (200), then compressed (not shown) and recycled to the unit (1000). For example, a pressure difference between the two faces of the membrane can be applied to migrate the CO2 through the membrane. For example, the pressure difference may be between 0.2 and 3 MPa, preferably between 0.5 and 2.5 MPa. A membrane made of a material selected from cellulose acetate, polymides, polysulfones and polaramides can be used. Optionally, a dilution gas refill is performed via the conduit (202). This embodiment can use CO2 or H2S as a dilution gas. Preferably, these gases are already present in the gas to be treated and the dilution gas is produced by performing a step of recycling at least a portion of the dilution gas around the capture mass. The retentate, that is to say the fluid that has not passed through the membrane is removed from the unit (3000) and sent through the conduit (103) in the deacidification unit (8). The pressure of the flow flowing in the duct (200) can be increased by using a compressor.
Dans l'unité (8), le gaz est mis en contact avec une solution liquide d'amine qui absorbe l'H2S et éventuellement le CO2 restant contenu dans le gaz. Le gaz appauvri en composés acides est introduit par le conduit (9) dans l'unité de déshydratation (10). Dans l'unité (10), le gaz naturel peut être mis en contact avec une solution liquide de glycol qui absorbe l'eau contenu dans le gaz. Alternativement, dans l'unité (10), le gaz naturel peut être mis en contact avec des masses solides adsorbant l'eau. Le gaz évacué de l'unité (10) par le conduit (11) peut être commercialisé. La figure 3 représente schématiquement un exemple de procédé de production de gaz naturel depuis l'extraction jusqu'à l'opération de désacidification, dans lequel on met en oeuvre le procédé selon l'invention, selon le troisième mode de réalisation mentionné ci-dessus. Les références de la figure 3 identiques aux références de la figure 2 désignent les mêmes éléments. En référence à la figure 3, le gaz naturel issu du gisement souterrain (1) est débarrassé des boues de production dans le séparateur (3), puis des phases liquides dans le séparateur primaire (3) puis des gouttelettes de liquide dans le coalesceur (4000). Puis, le gaz naturel appauvri en eau (100) est mélangé avec le gaz de dilution arrivant par le conduit (200) dans l'équipement (1000). Le mélange de gaz obtenu est introduit dans le lit de garde de mercure (2000), puis, le gaz appauvri en mercure est introduit dans l'unité (8) de désacidification. Dans l'unité (8), le gaz est mis en contact avec une solution liquide d'amine, arrivant par le conduit (81), qui absorbe l'H2S et éventuellement le CO2 contenu dans le gaz. La solution absorbante est ensuite introduite via le conduit (82) dans un régénérateur (80) qui est maintenu en température par le rebouilleur (83). Dans le régénérateur, les composés acides, notamment le CO2 et l'H2S, sont libérés est évacués en tête du régénérateur. Selon le troisième mode de réalisation de l'invention, ces composés acides obtenus en tête du régénérateur sont évacués par le conduit (200) pour être recyclés dans l'équipement (1000). La solution absorbante régénérée obtenue en fond du régénérateur (80) est introduite par le conduit (81) dans l'unité (8).In the unit (8), the gas is contacted with a liquid solution of amine which absorbs the H2S and optionally the remaining CO2 contained in the gas. The gas depleted of acidic compounds is introduced via line (9) into the dehydration unit (10). In the unit (10), the natural gas can be contacted with a liquid solution of glycol that absorbs the water contained in the gas. Alternatively, in the unit (10), the natural gas can be contacted with solid masses adsorbing water. The gas discharged from the unit (10) via the conduit (11) can be marketed. FIG. 3 schematically represents an example of a process for producing natural gas from the extraction to the deacidification operation, in which the method according to the invention is implemented, according to the third embodiment mentioned above. . The references in FIG. 3 identical to the references in FIG. 2 denote the same elements. With reference to FIG. 3, the natural gas from the underground deposit (1) is freed from production sludge in the separator (3), then liquid phases in the primary separator (3) and droplets of liquid in the coalescer ( 4000). Then, the water-depleted natural gas (100) is mixed with the dilution gas flowing through the conduit (200) into the equipment (1000). The gas mixture obtained is introduced into the mercury storage bed (2000), and then the mercury-depleted gas is introduced into the deacidification unit (8). In the unit (8), the gas is brought into contact with a liquid solution of amine, arriving via the conduit (81), which absorbs the H2S and optionally the CO2 contained in the gas. The absorbent solution is then introduced via the conduit (82) into a regenerator (80) which is maintained at temperature by the reboiler (83). In the regenerator, the acidic compounds, in particular CO2 and H2S, are released and are discharged at the top of the regenerator. According to the third embodiment of the invention, these acidic compounds obtained at the top of the regenerator are discharged through the conduit (200) to be recycled in the equipment (1000). The regenerated absorbent solution obtained at the bottom of the regenerator (80) is introduced via the conduit (81) into the unit (8).
Le gaz appauvri en composés acides est évacué de l'unité (8) par le conduit (9) et est introduit dans l'unité de déshydratation (10). Le gaz évacué de l'unité (10) par le conduit (11) peut être commercialisé.The gas depleted of acidic compounds is removed from the unit (8) via the conduit (9) and is introduced into the dehydration unit (10). The gas discharged from the unit (10) via the conduit (11) can be marketed.
La figure 4 représente schématiquement un exemple de procédé de production de gaz naturel depuis l'extraction jusqu'à l'opération de désacidification, dans lequel on met en oeuvre le procédé selon l'invention, selon le quatrième mode de réalisation mentionné ci-dessus. Les références de la figure 4 identiques aux références de la figure 2 désignent les mêmes éléments. En référence à la figure 4, le gaz naturel issu du gisement souterrain (1) est débarrassé des boues de production dans le séparateur 3, puis des phases liquides dans le séparateur primaire (3) puis des gouttelettes de liquide dans le coalesceur (4000). Puis le gaz naturel appauvri en eau (100) est mélangé avec le gaz de dilution arrivant par le conduit (200) dans l'équipement (1000). Le mélange de gaz obtenu est introduit dans le lit de garde de mercure (2000), puis, le gaz appauvri en mercure est introduit dans l'unité (8) de désacidification. Dans l'unité (8), le gaz est mis en contact avec une solution liquide d'amine qui absorbe l'H2S et éventuellement le CO2 contenu dans le gaz. Le gaz appauvri en 15 composés acides est introduit par le conduit (9) dans l'unité de déshydratation (10). Dans l'unité (10), le gaz naturel peut être mis en contact avec une solution liquide de glycol qui absorbe l'eau contenu dans le gaz. Alternativement, dans l'unité (10), le gaz naturel peut être mis en contact avec des masses solides adsorbant l'eau. Le gaz, qui peut être qualifié de gaz naturel sec, évacué de l'unité (10) par le conduit (11) 20 présente une teneur réduite en eau compatible avec les spécifications établies pour commercialisé le gaz naturel. Par exemple, la teneur en eau dans le gaz naturel circulant dans le conduit (11) peut être comprise entre 0 et 200 ppm. Selon le quatrième mode de réalisation de l'invention, on prélève une portion du gaz naturel sec et on envoie la portion prélevée via le conduit (200) dans l'unité de mélange (1000) produire un mélange de gaz 25 (101) ayant une humidité relative abaissée par rapport au gaz arrivant par le conduit (100) dans l'unité (1000). Le procédé selon l'invention est particulièrement bien adapté au traitement du gaz naturel. Néanmoins, le procédé selon l'invention peut être appliqué à d'autres types d'effluents gazeux tel que des fumées de combustion, du gaz de synthèse ou bien encore 30 un effluent hydrocarboné gazeux, par exemple, un gaz de schiste, un gaz de houille, une coupe pétrolière gazeuse ou un fuel gaz de raffinerie, des évents d'usine chlore alkali, des évents d'usine de production de terres rares. L'effluent gazeux comporte de l'eau en proportion variable qui dépend notamment de son origine et des traitements antérieurs qu'il a pu subir. Typiquement l'hygrométrie relative des fumées est comprise entre 30% et 100%. Les fumées de combustion sont produites notamment par la combustion d'hydrocarbures, de biogaz, de charbon dans une chaudière ou par une turbine à gaz de combustion, par exemple dans le but de produire de l'électricité. Ces fumées ont une température comprise entre 20 et 60°C, une pression comprise entre 1 et 5 bars (1 bar = 0,1 MPa) et peuvent comporter entre 50 et 80 % d'azote, entre 5 et 40 % de dioxyde de carbone, entre 1 et 20 % d'oxygène, et quelques impuretés comme des SOx et des NOx, s'ils n'ont pas été éliminés en amont par un procédé de désacidification. Le gaz de synthèse contient du monoxyde de carbone CO, de l'hydrogène H2 (généralement dans un ratio H2/CO égal à 2), de la vapeur d'eau (généralement à saturation à la température où le lavage est effectué) et du dioxyde de carbone CO2 (de l'ordre de la dizaine de %). La pression est généralement comprise entre 20 et 30 bar, mais peut atteindre jusqu'à 70 bar. Il contient, en outre, des impuretés soufrées (H2S, COS, etc.), azotées (NH3, HCN) et halogénées. Selon le positionnement de l'étape de démercurisation dans la chaîne de purification du gaz de synthèse, son hygrométrie relative est comprise entre 5% et 100%. Les exemples présentés ci-après permettent de mettre en évidence les 20 avantages de l'invention. Exemple 1 (contexte) Dans cet exemple, on considère deux solides mésoporeux commerciaux A et B utilisés pour la démercurisation et caractérisés par les distributions de volume poreux 25 représentés sur le Tableau 1. Tableau 1 - Proportion de type de pores des solides A et B étudiés %Volume poreux Solide A Solide B Micropores (d<2nm) 0 0 Mésopores (2<d<50 nm) 49 60 Macropores (d>50 nm) 51 40 d correspondant au diamètre de pore du solide, mesuré par une méthode de porosimétrie mercure, par exemple la méthode décrite dans le document [Rouquerol F.; Rouerai J.; Singh K. Adsorption by powers & porous solids: Principle, methodology and 5 applications, Academic Press, 1999] Selon l'hypothèse de pores cylindriques, on peut alors appliquer la loi de Kelvin (équation 2) pour déterminer, en fonction du degré d'hygrométrie, la proportion du volume poreux total rempli d'eau liquide. On se place dans les conditions d'un fluide parfaitement mouillant sur la surface (0=0), la tension de surface est égale à celle du système air/eau 10 (y=67.9 mN.m-1 à T=50°C) et la température T=50 °C. Lapression de vapeur saturante de l'eau Po est déterminé par la loi d'Antoine (P0=105.20389-1733.926/(T-39.485)). Le résultat de ce calcul est représenté sur le Tableau 2. Tableau 2 - Pourcentage de volume poreux rempli en fonction du degré 15 d'hygrométrie (3/0 du volume poreux total rempli dans le domaine d'hygrométrie Degré hygrométrie Solide A Solide B 0 < P/Po < 25 0 0 25 < P/Po < 50 0.02 0.01 50 < P/Po < 70 1.55 1.27 70 < P/Po < 80 6.52 8.01 80 < P/Po < 90 30.72 42.40 90 < P/Po < 99.9 57.62 45.55 On observe clairement que la majorité des pores n'est pas affectée en deçà de taux d'hygrométrie d'environ 80%. Au delà, on observe une forte augmentation de la part 20 du volume poreux total rempli d'eau liquide, jusqu'à atteindre quasiment 100% pour des taux d'hygrométrie proches de la saturation. Selon l'hypothèse d'une répartition homogène de la phase active sur la surface du support, il est possible de calculer la quantité de phase active rendue inactive car inaccessible de par le remplissage des pores en fonction du taux d'hygrométrie. (3/0 de phase active inaccessible dans le domaine d'hygrométrie Degré hygrométrie Solide A Solide B 0 < P/Po < 25 0 0 25 < P/Po < 50 0 1.10 50 < P/Po < 70 7.06 5.08 70 < P/Po < 80 21.29 23.03 80 < P/Po < 90 46.17 58.75 90 < P/Po < 99.9 25.48 12.04 En accord avec ces données, un test de captation dynamique de mercure mené sur 1g de la masse captation A a montré que l'efficacité de purification était de 100% au bout d'une heure pour un taux d'hygrométrie de 25%; de 100% au bout d'une heure pour un taux d'hygrométrie de 50%; de 90% au bout d'une heure pour un taux d'hygrométrie de 75%; de 25% au bout d'une heure pour un taux d'hygrométrie de 90% et de 0% au bout d'une heure pour un taux d'hygrométrie de 100%. En accord avec ces données, un test de captation dynamique de mercure mené sur 1g de la masse captation B a montré que l'efficacité de purification était de 100% au bout d'une heure pour un taux d'hygrométrie de 25%; de 100% au bout d'une heure pour un taux d'hygrométrie de 50%; de 90% au bout d'une heure pour un taux d'hygrométrie de 75%; de 15% au bout d'une heure pour un taux d'hygrométrie de 90% et de 0% au bout d'une heure pour un taux d'hygrométrie de 100%.FIG. 4 schematically represents an example of a process for producing natural gas from the extraction to the deacidification operation, in which the method according to the invention is implemented, according to the fourth embodiment mentioned above. . The references of FIG. 4 identical to the references of FIG. 2 denote the same elements. With reference to FIG. 4, natural gas from the underground deposit (1) is freed from production sludge in the separator 3, then liquid phases in the primary separator (3) and droplets of liquid in the coalescer (4000). . Then the water depleted natural gas (100) is mixed with the dilution gas flowing through the conduit (200) into the equipment (1000). The gas mixture obtained is introduced into the mercury storage bed (2000), and then the mercury-depleted gas is introduced into the deacidification unit (8). In the unit (8), the gas is brought into contact with a liquid solution of amine which absorbs the H2S and optionally the CO2 contained in the gas. The acid-depleted gas is introduced through line (9) into the dehydration unit (10). In the unit (10), the natural gas can be contacted with a liquid solution of glycol that absorbs the water contained in the gas. Alternatively, in the unit (10), the natural gas can be contacted with solid masses adsorbing water. The gas, which can be described as dry natural gas, discharged from the unit (10) through the conduit (11) has a reduced water content compatible with the specifications established for marketing the natural gas. For example, the water content in the natural gas flowing in the duct (11) may be between 0 and 200 ppm. According to the fourth embodiment of the invention, a portion of the dry natural gas is withdrawn and the withdrawn portion is sent via the conduit (200) into the mixing unit (1000) to produce a gas mixture (101) having a relative humidity lowered relative to the gas arriving through the conduit (100) in the unit (1000). The process according to the invention is particularly well suited to the treatment of natural gas. Nevertheless, the process according to the invention can be applied to other types of gaseous effluents such as combustion fumes, synthesis gas or else a gaseous hydrocarbon effluent, for example a shale gas, a gas coal, a gas oil cut or a refinery fuel oil, chlorine alkali plant vents, rare earth production plant vents. The gaseous effluent contains water in variable proportion which depends in particular on its origin and the previous treatments that it has been able to undergo. Typically the relative humidity of the fumes is between 30% and 100%. The combustion fumes are produced in particular by the combustion of hydrocarbons, biogas, coal in a boiler or by a combustion gas turbine, for example for the purpose of producing electricity. These fumes have a temperature of between 20 and 60 ° C., a pressure of between 1 and 5 bar (1 bar = 0.1 MPa) and can comprise between 50 and 80% of nitrogen, between 5 and 40% of carbon, between 1 and 20% oxygen, and some impurities such as SOx and NOx, if they have not been removed upstream by a deacidification process. The synthesis gas contains carbon monoxide CO, hydrogen H 2 (generally in a H 2 / CO ratio equal to 2), water vapor (generally at saturation at the temperature at which washing is performed) and carbon dioxide CO2 (of the order of ten percent). The pressure is generally between 20 and 30 bar, but can reach up to 70 bar. It contains, in addition, sulfur impurities (H2S, COS, etc.), nitrogen (NH3, HCN) and halogenated impurities. Depending on the positioning of the demercurization step in the purification chain of the synthesis gas, its relative humidity is between 5% and 100%. The examples presented below make it possible to highlight the advantages of the invention. Example 1 (Context) In this example, two commercial mesoporous solids A and B used for demercurization and characterized by the porous volume distributions shown in Table 1 are considered. Table 1 - Porosity Type Proportion of Solids A and B studied% Volume porous Solid A Solid B Micropores (d <2nm) 0 0 Mesopores (2 <d <50 nm) 49 60 Macropores (d> 50 nm) 51 40 d corresponding to the pore diameter of the solid, measured by a mercury porosimetry, for example the method described in the document [Rouquerol F .; Rouerai J .; Singh K. Adsorption by powers & porous solids: Principle, methodology and 5 applications, Academic Press, 1999] According to the hypothesis of cylindrical pores, one can then apply the Kelvin law (equation 2) to determine, according to the degree of hygrometry, the proportion of the total pore volume filled with liquid water. It is placed under the conditions of a perfectly wetting fluid on the surface (0 = 0), the surface tension is equal to that of the air / water system 10 (y = 67.9 mNm -1 at T = 50 ° C. ) and the temperature T = 50 ° C. The saturation vapor pressure of the water Po is determined by the law of Antoine (PO = 105.20389-1733.926 / (T-39.485)). The result of this calculation is shown in Table 2. Table 2 - Percentage of pore volume filled as a function of the degree of hygrometry (3% of the total pore volume filled in the hygrometry range) Degree of hygrometry Solid A Solid B 0 <W / Po <25 0 0 25 <W / W <50 0.02 0.01 50 <W / W <70 1.55 1.27 70 <W / W <80 6.52 8.01 80 <W / W <90 30.72 42.40 90 <W / Po < 99.9 57.62 45.55 It is clearly observed that the majority of the pores are not affected below hygrometry levels of about 80%, after which there is a sharp increase in the proportion of the total pore volume filled with liquid water. up to almost 100% for hygrometry rates close to saturation According to the assumption of a homogeneous distribution of the active phase on the surface of the support, it is possible to calculate the amount of active phase rendered inactive. because it is inaccessible due to the filling of the pores as a function of the hygrometry rate (3% of active phase inaccessible in s the hygrometry range Degree of hygrometry Solid A Solid B 0 <P / Po <25 0 0 25 <P / P <50 0 1.10 50 <P / P <70 7.06 5.08 70 <P / P <80 21.29 23.03 80 < P / Po <90 46.17 58.75 90 <P / Po <99.9 25.48 12.04 In accordance with these data, a dynamic mercury uptake test conducted on 1 g of the capture mass A showed that the purification efficiency was 100% at room temperature. after one hour for a hygrometry rate of 25%; 100% after one hour for a hygrometry rate of 50%; 90% after one hour for a hygrometry rate of 75%; 25% after one hour for a hygrometry rate of 90% and 0% after one hour for a hygrometry rate of 100%. In agreement with these data, a dynamic mercury uptake test conducted on 1 g of the capture mass B showed that the purification efficiency was 100% after one hour for a humidity level of 25%; 100% after one hour for a hygrometry rate of 50%; 90% after one hour for a hygrometry rate of 75%; 15% after one hour for a hygrometry rate of 90% and 0% after one hour for a hygrometry rate of 100%.
Le fonctionnement des masses de captation ne sera donc que modérément altéré jusqu'à des taux d'hygrométrie de 80%. A fortiori, afin de disposer d'une marge de sécurité, il est recommandé de maintenir l'hydrométrie relative du gaz à traiter dans l'étape de démercurisation à une humidité relative inférieure à 75%.20 Exemple 2 (non conforme à l'invention) Cet exemple est donné à titre comparatif. Il vise à évaluer la quantité d'énergie nécessaire pour atteindre 75 % d'humidité relative pour le gaz saturé en eau dans les conditions de l'exemple 1 par simple chauffage du flux de gaz.The operation of the capture masses will therefore only be moderately impaired until humidity levels of 80%. A fortiori, in order to have a safety margin, it is recommended to maintain the relative hydrometry of the gas to be treated in the demercurization step at a relative humidity of less than 75%. Example 2 (not in accordance with the This example is given for comparative purposes. It aims to evaluate the amount of energy required to reach 75% relative humidity for the gas saturated with water under the conditions of Example 1 by simply heating the gas flow.
On se base sur les conditions initiales suivantes : le gaz humide est un gaz naturel saturé en eau, produit à 70 bar et 30 °C et ce pour un débit sec de 140 000 Nm3/h. Sa composition sèche est donnée dans le tableau 3 suivant : Tableau 3 - Composition du gaz sec % mol CO2 10,7 02 0.8 N2 0,9 Cl 77,2 C2 6,6 C3 2,2 iC4 0,2 nC4 0,5 iC5 0,2 nC5 0,3 C6 0,2 C7 0,1 C8 0,1 Lorsque ce gaz est saturé en eau, sa teneur en vapeur d'eau est de 880 ppm mol. Les résultats présentés ci-après résultent d'une simulation sous le logiciel Aspen Hysys v7.2. Le modèle thermodynamique sélectionné est SRK.The following initial conditions are used: the wet gas is a natural gas saturated with water, produced at 70 bar and 30 ° C for a dry flow rate of 140 000 Nm3 / h. Its dry composition is given in Table 3 below: Table 3 - Composition of dry gas% mol CO2 10.7 02 0.8 N2 0.9 Cl 77.2 C2 6.6 C3 2.2 iC4 0.2 nC4 0.5 iC5 0.2 nC5 0.3 C6 0.2 C7 0.1 C8 0.1 When this gas is saturated with water, its water vapor content is 880 ppm mol. The results presented below result from a simulation under the Aspen Hysys v7.2 software. The thermodynamic model selected is SRK.
La température à laquelle on atteint une humidité relative de 75% est de 35,5 °C. La puissance thermique nécessaire pour passer le débit de gaz de 30 °C à 35,5 °C est de 500 kWth. Ensuite le gaz réchauffé est traité sur un lit de garde de mercure.The temperature at which a relative humidity of 75% is reached is 35.5 ° C. The thermal power required to pass the gas flow from 30 ° C to 35.5 ° C is 500 kWth. Then the heated gas is treated on a mercury guard bed.
Exemple 3 (selon l'invention) Cet exemple selon l'invention se propose d'abaisser la teneur en eau d'un gaz humide en dessous de 75% conformément à ce qui est exposé dans les exemples 1 et 2 afin de prévenir tout phénomène massif de condensation capillaire dans les masses de captation mercure telles que décrites dans l'exemple 1. On met en oeuvre le procédé de la figure 2. Les résultats présentés ci-après résultent d'une simulation sous le logiciel Aspen Hysys v7.2. Le modèle thermodynamique sélectionné est SRK (Soave-Redlich-Kwong). On se base sur les conditions initiales suivantes : le gaz humide (100) est un gaz 10 naturel saturé en eau, produit à 70 bar et 30 °C et ce pour un débit sec de 140 000 Nm3/h. Sa composition sèche est donnée dans le tableau 3 de l'exemple 2. Le flux molaire de gaz humide est de 6252 kmol/h. Lorsque ce gaz est saturé en eau, sa teneur en vapeur d'eau est de 880 ppm mol. 15 Le gaz de dilution arrivant par le conduit (200) est du dioxyde de carbone. il est apporté à un flux molaire de 1100 kmol/h. Le mélange du gaz de dilution (200) avec le gaz humide (100) produit un gaz résultant (101) ayant une humidité relative de 74,74 %. Le ratio entre le flux molaires du 20 gaz circulant dans le conduit (100) et le flux molaire du gaz circulant dans le conduit (200) est de 5,7. Le mélange de gaz (101) est ensuite introduit dans la masse de captation pour être appauvri en mercure. 25 Exemple 4 (selon l'invention) Cet exemple selon l'invention se propose d'abaisser la teneur en eau d'un gaz humide en dessous de 75% conformément à ce qui est exposé dans les exemples 1 et 2 afin de prévenir tout phénomènes massif de condensation capillaire dans les masses de captation mercure telles que décrites dans l'exemple 1. On met en oeuvre le procédé de 30 la figure 4. Les résultats présentés ci-après résultent d'une simulation sous le logiciel Aspen Hysys v7.2. Le modèle thermodynamique sélectionné est SRK (Soave-Redlich-Kwong).Example 3 (According to the Invention) This example according to the invention proposes to lower the water content of a wet gas below 75% according to what is set forth in Examples 1 and 2 in order to prevent any phenomenon solid mass of capillary condensation in the mercury capture masses as described in Example 1. The method of FIG. 2 is implemented. The results presented below result from a simulation under the Aspen Hysys v7.2 software. The thermodynamic model selected is SRK (Soave-Redlich-Kwong). The following initial conditions are used: the wet gas (100) is a natural gas saturated with water, produced at 70 bar and 30 ° C for a dry flow rate of 140 000 Nm3 / h. Its dry composition is given in Table 3 of Example 2. The molar flow of wet gas is 6252 kmol / h. When this gas is saturated with water, its water vapor content is 880 ppm mol. The diluent gas flowing through the conduit (200) is carbon dioxide. it is brought to a molar flow of 1100 kmol / h. Mixing the diluent gas (200) with the wet gas (100) produces a resulting gas (101) having a relative humidity of 74.74%. The ratio between the molar flow of the gas flowing in the duct (100) and the molar flow of the gas flowing in the duct (200) is 5.7. The gas mixture (101) is then introduced into the capture mass to be depleted of mercury. Example 4 (according to the invention) This example according to the invention proposes to lower the water content of a wet gas below 75% according to what is set forth in Examples 1 and 2 in order to prevent any massive phenomena of capillary condensation in the mercury capture masses as described in Example 1. The method of FIG. 4 is implemented. The results presented below result from a simulation under the Aspen Hysys v7 software. 2. The thermodynamic model selected is SRK (Soave-Redlich-Kwong).
On se base sur les conditions initiales suivantes : le gaz humide (100) est un gaz naturel saturé en eau, produit à 70 bar et 30 °C et ce pour un débit sec de 140 000 Nm3/h. Sa composition sèche est donnée dans le tableau 3 de l'exemple 2. Le flux molaire de gaz humide est de 6252 kmol/h.The following initial conditions are used: the wet gas (100) is a natural gas saturated with water, produced at 70 bar and 30 ° C for a dry flow rate of 140 000 Nm3 / h. Its dry composition is given in Table 3 of Example 2. The molar flow of wet gas is 6252 kmol / h.
Lorsque ce gaz est saturé en eau, sa teneur en vapeur d'eau est de 880 ppm mol. Le gaz de dilution (200) correspond à une fraction du gaz exporté obtenu après les unité de traitement de gaz (8) et (9). Ainsi le gaz de dilution (200) présente la même composition que le gaz (100) donné dans le tableau 3, à l'exception que ce gaz est sec.When this gas is saturated with water, its water vapor content is 880 ppm mol. The dilution gas (200) corresponds to a fraction of the exported gas obtained after the gas treatment units (8) and (9). Thus, the dilution gas (200) has the same composition as the gas (100) given in Table 3, except that this gas is dry.
On prélève et on envoi un flux molaire de 2110 kmol/h via le conduit (200) à l'unité de mélange (1000). Le ratio entre le flux molaires du gaz circulant dans le conduit (100) et le flux molaire du gaz circulant dans le conduit (200) est de 3. Le mélange du gaz de dilution (200) avec le gaz humide (100) produit un gaz résultant (101) ayant une humidité relative de 74,75 %.A molar flow of 2110 kmol / h is withdrawn and sent via the conduit (200) to the mixing unit (1000). The ratio between the molar flow of the gas flowing in the duct (100) and the molar flow of the gas flowing in the duct (200) is 3. The mixture of the dilution gas (200) with the humid gas (100) produces a resulting gas (101) having a relative humidity of 74.75%.
Conclusions sur les exemples 3 et 4 : La comparaison de ces deux exemples permet de montrer l'avantage comparatif qu'il y a à utiliser un gaz diluant qui aura pour effet d'augmenter la pression de vapeur saturante comme dans l'exemple 3 plutôt qu'un gaz qui n'a qu'un effet diluant comme dans l'exemple 4. Cela permet de réduire de près de la moitié le débit de gaz de dilution à mettre en oeuvre pour abaisser l'humidité relative. Exemple 5 (selon l'invention) Cet exemple selon l'invention se propose d'abaisser la teneur en eau d'un gaz humide en dessous de 75% conformément à ce qui est exposé dans les exemples 1 et 2 afin de prévenir tout phénomènes massif de condensation capillaire dans les masses de captation mercure telles que décrites dans l'exemple 1. On met en oeuvre le procédé de la figure 2. Les résultats présentés ci-après résultent d'une simulation sous le logiciel Aspen 30 Hysys v7.2. Le modèle thermodynamique sélectionné est SRK (Soave-Redlich-Kwong). On se base sur les conditions initiales suivantes : le gaz humide (100) est un gaz naturel saturé en eau, produit à 70 bar et 30 °C et ce pour un débit sec de 140 000 Nm3/h. Sa composition sèche est donnée dans le tableau 3 de l'exemple 2. Le flux molaire de gaz humide est de 6252 kmol/h. Lorsque ce gaz est saturé en eau, sa teneur en vapeur d'eau est de 880 ppm mol.Conclusions on Examples 3 and 4: The comparison of these two examples shows the comparative advantage of using a diluent gas which will have the effect of increasing the saturating vapor pressure as in Example 3 rather than a gas which has only a diluting effect as in Example 4. This reduces by nearly half the flow of dilution gas to be used to lower the relative humidity. Example 5 (according to the invention) This example according to the invention proposes to lower the water content of a wet gas below 75% according to what is set out in Examples 1 and 2 in order to prevent any phenomena Massive capillary condensation in the mercury capture masses as described in Example 1. The method of FIG. 2 is implemented. The results presented below result from a simulation under the Aspen 30 Hysys v7.2 software. . The thermodynamic model selected is SRK (Soave-Redlich-Kwong). The following initial conditions are used: the wet gas (100) is a natural gas saturated with water, produced at 70 bar and 30 ° C for a dry flow rate of 140 000 Nm3 / h. Its dry composition is given in Table 3 of Example 2. The molar flow of wet gas is 6252 kmol / h. When this gas is saturated with water, its water vapor content is 880 ppm mol.
Le gaz de dilution (200) correspond à une étape de recycle partielle du CO2 contenu dans le gaz initialement. Cette étape de recycle se fait au moyen d'un module membranaire (3000) ayant la capacité de séparer préférentiellement le CO2 et d'un compresseur destiné à compenser la perte de charge sur le CO2 produit ici estimée à 20 bar.The dilution gas (200) corresponds to a partial recycle step of the CO2 contained in the gas initially. This recycling step is done by means of a membrane module (3000) having the ability to preferentially separate CO2 and a compressor intended to compensate for the pressure drop on the CO2 produced here estimated at 20 bar.
Le module membranaire (3000) permet de séparer 54,6% du CO2 contenu dans le flux (102). Le rapport CO2/CH4 dans le flux (200) est ajusté à 4 pour traduire la non idéalité du fonctionnement de la membrane. L'action de ce module (3000) a pour effet de stabiliser la concentration en CO2 dans le flux (101) à 20,4 %mol contre 10,7 %mol initialement et 69,2 %mol en CH4 contre 15 77,2 %mol initialement. Le mélange du gaz de dilution (200) avec le gaz humide (100) produit un gaz résultant (101) ayant la composition suivante donnée dans le tableau 4 : Tableau 4 - Composition du mélange de gaz Composé % mol CO2 20,42 02 0,7 N2 0,7 Cl 77,2 C2 5,7 C3 1,9 iC4 0,2 nC4 0,4 iC5 0,2 nC5 0,3 C6 0,2 C7 0,1 C8 0,1 H2O 0.1 L'humidité relative du gaz résultant (101) est de 74,35 `Vo. Le ratio entre le flux molaires du gaz circulant dans le conduit (100) et le flux molaire du gaz circulant dans le conduit (200) est de 6 avec respectivement 6252 et 1021 kmol/h.The membrane module (3000) makes it possible to separate 54.6% of the CO2 contained in the flow (102). The CO2 / CH4 ratio in the stream (200) is adjusted to 4 to reflect the non-ideality of the operation of the membrane. The action of this module (3000) has the effect of stabilizing the concentration of CO2 in the flow (101) at 20.4 mol% against 10.7 mol% initially and 69.2 mol% in CH4 against 77.2 mol. % mol initially. Mixing the diluent gas (200) with the wet gas (100) produces a resulting gas (101) having the following composition given in Table 4: Table 4 - Composition of the gas mixture Compound% mol CO2 20.42 02 0 , 7 N2 0.7 Cl 77.2 C2 5.7 C3 1.9 iC4 0.2 nC4 0.4 iC5 0.2 nC5 0.3 C6 0.2 C7 0.1 C8 0.1 H2O 0.1 Relative humidity of the resulting gas (101) is 74.35. The ratio between the molar flow of the gas flowing in the duct (100) and the molar flow of the gas flowing in the duct (200) is 6 with 6252 and 1021 kmol / h, respectively.
La puissance du compresseur d'efficacité 75 % pour remonter de 20 bar la pression du gaz recyclé est de 230 kW électriques.The power of the 75% efficiency compressor to raise the pressure of the recycled gas by 20 bar is 230 kW electric.
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