FR3090395A1 - PROCESS FOR TREATING A GAS STREAM IN DEEP WATER - Google Patents

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de traitement d’un flux gazeux en eau profonde, ainsi qu’un dispositif pour le traitement d’un flux gazeux en eau profonde.The present invention relates to a method for treating a gas flow in deep water, as well as a device for treating a gas flow in deep water.

Description

DescriptionDescription

Titre de l’invention : PROCEDE DE TRAITEMENT D’UN FLUX GAZEUX EN EAU PROFONDETitle of the invention: PROCESS FOR TREATING A GAS STREAM IN DEEP WATER

[0001] La présente invention a pour objet un procédé de traitement d’un flux gazeux en eau profonde, notamment en eau de mer profonde, ainsi qu’un dispositif pour le traitement d’un flux gazeux en eau profonde, notamment en eau de mer profonde.The present invention relates to a method for treating a gas flow in deep water, especially in deep sea water, as well as a device for the treatment of a gas flow in deep water, especially in water from deep sea.

[0002] Le gaz naturel est, aujourd’hui, la troisième source d'énergie thermique la plus utilisée au monde, représentant environ 22 % de la consommation énergétique mondiale, après le pétrole et le charbon. Sa part dans le mix énergétique progresse rapidement (elle était de 16 % seulement en 1973), de même que sa production mondiale.Natural gas is today the third most used source of thermal energy in the world, accounting for around 22% of global energy consumption, after petroleum and coal. Its share in the energy mix is growing rapidly (it was only 16% in 1973), as is its world production.

[0003] En effet, chaque année, de nouvelles ressources sont mises au jour, notamment parce que l'innovation technologique permet de pousser plus avant les explorations. Ainsi, près des deux tiers du gaz naturel nouvellement découvert ces dernières années sont enfouis dans des réserves offshore, autrefois inexploitables.Indeed, each year, new resources are brought to light, in particular because technological innovation makes it possible to push exploration further. Thus, almost two thirds of the natural gas newly discovered in recent years is buried in offshore reserves, which were previously unusable.

[0004] Dans ce contexte, les gisements de gaz naturel sur le plateau et sur le talus continental des océans revêtent une importance croissante pour l’approvisionnement en énergie.In this context, the natural gas deposits on the shelf and on the continental slope of the oceans are becoming increasingly important for the supply of energy.

[0005] Le gaz naturel comprend, outre du méthane, du dioxyde de carbone, d’autres hydrocarbures plus lourds selon un taux variable, éventuellement de l’hydrogène sulfuré, et d’autres contaminants pouvant nécessiter une épuration.Natural gas includes, in addition to methane, carbon dioxide, other heavier hydrocarbons at a variable rate, possibly hydrogen sulfide, and other contaminants that may require purification.

[0006] Le dioxyde de carbone, sans valeur énergétique, réduit le pouvoir calorifique du gaz naturel, augmente les coûts de compression et de transport, et limite l'intérêt économique de sa valorisation à une utilisation de proximité.Carbon dioxide, without energy value, reduces the calorific value of natural gas, increases the compression and transport costs, and limits the economic benefit of its recovery to local use.

[0007] L’hydrogène sulfuré est quant à lui toxique et incommodant.Hydrogen sulfide is toxic and bothersome.

[0008] Les technologies de traitement de gaz naturel en off-shore (océan profond) constituent donc un enjeu important pour optimiser l’exploitation des ressources fossiles.[0008] Off-shore (deep ocean) natural gas processing technologies therefore constitute an important challenge for optimizing the exploitation of fossil resources.

[0009] Les techniques classiquement employées pour éliminer le CO2 du gaz naturel font appel à une absorption sélective dans un solvant chimique (amine le plus souvent), associée à une étape de régénération par strippage à la vapeur. Les unités offshores de traitement de gaz et/ou de captage du CO2 par lavage, notamment aux amines, comprennent des colonnes d'absorption et de régénération de fluides, liquide ou gazeux. Ces dernières fonctionnent en écoulement gaz/liquide à contre-courant ou à co-courant et sont installées sur des bateaux, des barges flottantes ou des plateformes offshore, par exemple de type FPSO (de l'anglais Floating Production, Storage and Offloading qui signifie plateforme de production de stockage et de déchargement), ou du type FLNG (de l'anglais Floating Liquefied Natural Gas qui signifie plateforme de gaz naturel liquéfié). Ces technologies ne sont cependant pas utilisables en océan profond. En outre, elles nécessitent une étape de régénération et consomment de l’énergie.The techniques conventionally used to remove CO 2 from natural gas call for selective absorption in a chemical solvent (amine most often), associated with a regeneration step by steam stripping. The offshore gas treatment and / or CO 2 capture units by washing, in particular with amines, include columns for absorption and regeneration of fluids, liquid or gaseous. The latter operate in counter-current or co-current gas / liquid flow and are installed on boats, floating barges or offshore platforms, for example of the FPSO type (from Floating Production, Storage and Offloading which means storage and unloading production platform), or of the FLNG type (from the English Floating Liquefied Natural Gas which means liquefied natural gas platform). However, these technologies cannot be used in the deep ocean. In addition, they require a regeneration step and consume energy.

[0010] Il a maintenant été mis au point un procédé de traitement, en eau profonde, notamment en eau de mer profonde, d’un flux gazeux comprenant au moins du méthane et du dioxyde de carbone, permettant avantageusement de remédier aux inconvénients précités.A process has now been developed, in deep water, in particular in deep sea water, for a gas stream comprising at least methane and carbon dioxide, advantageously making it possible to remedy the aforementioned drawbacks.

[0011] Ce procédé offre en outre plusieurs avantages.This method also offers several advantages.

[0012] En premier lieu, le fait de réaliser un pré-traitement du flux gazeux (gaz naturel brut) directement en sortie de puits permet de diminuer le débit gazeux à traiter sur la plateforme et de limiter les opérations à réaliser sur celle-ci.Firstly, the fact of carrying out a pre-treatment of the gas flow (raw natural gas) directly at the well outlet makes it possible to reduce the gas flow to be treated on the platform and to limit the operations to be carried out on it .

[0013] En outre, ce prétraitement se fait sans pièces rotatives, sans apport d’énergie, sans utilisation ni génération de produits chimiques (notamment volatils, comme les solvants organiques), et sans étape de régénération. Il est donc économique, fiable, requiert une maintenance minimale de par son fonctionnement passif, et respecte l’environnement. Le dispositif correspondant est compact, et donc facilement transportable.In addition, this pretreatment is done without rotating parts, without energy supply, without use or generation of chemicals (especially volatile, such as organic solvents), and without regeneration step. It is therefore economical, reliable, requires minimal maintenance due to its passive operation, and respects the environment. The corresponding device is compact, and therefore easily transportable.

[0014] Le procédé de traitement selon l’invention peut être réalisé en régime permanent (fonctionnement en continu). Il peut être mis en œuvre à température ambiante (c'est-à-dire environ 4°C en fond d’océan), et permet dans ces conditions une élimination du CO2, notamment, sans perte rédhibitoire de méthane.The treatment method according to the invention can be carried out in steady state (continuous operation). It can be implemented at room temperature (that is to say about 4 ° C. at the bottom of the ocean), and under these conditions allows CO 2 to be eliminated, in particular, without prohibitive loss of methane.

[0015] Le procédé de traitement selon l’invention permet une élimination du CO2 notamment, par dissolution dans l’eau, de sorte à maîtriser le dégagement gazeux éliminé dans l’eau, par exemple les turbulences générées dans l’eau, notamment l’eau de mer, autour du procédé de prétraitement.The treatment method according to the invention allows an elimination of CO 2 in particular, by dissolution in water, so as to control the gas evolution eliminated in water, for example the turbulence generated in water, in particular sea water, around the pretreatment process.

[0016] Ainsi, selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de traitement en eau profonde, notamment en eau de mer profonde, d’un flux gazeux comprenant au moins du méthane, du dioxyde de carbone et éventuellement de l’hydrogène sulfuré, dans lequel le flux gazeux est mis en contact, au sein d’un module membranaire immergé en eau profonde, notamment en eau de mer profonde, avec au moins une membrane séparant le flux gazeux de l’eau, ladite au moins une membrane étant imperméable à l’eau tout en étant plus perméable au dioxyde de carbone et, le cas échéant, à l’hydrogène sulfuré qu’au méthane, et dans lequel le flux gazeux sortant du module est appauvri en dioxyde de carbone et, le cas échéant, en hydrogène sulfuré.Thus, according to a first aspect, the invention relates to a process for treating in deep water, in particular in deep sea water, a gas stream comprising at least methane, carbon dioxide and optionally hydrogen. sulfide, in which the gas flow is brought into contact, within a membrane module immersed in deep water, in particular in deep sea water, with at least one membrane separating the gas flow from water, said at least one membrane being impermeable to water while being more permeable to carbon dioxide and, where appropriate, to hydrogen sulphide than to methane, and in which the gas flow leaving the module is depleted in carbon dioxide and, where appropriate where appropriate, hydrogen sulfide.

[0017] Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de traitement en eau profonde, notamment en eau de mer profonde, d’un flux gazeux comprenant au moins du méthane et du dioxyde de carbone, dans lequel le flux gazeux est mis en contact, au sein d’un module membranaire immergé en eau profonde, notamment en eau de mer profonde, avec au moins une membrane séparant le flux gazeux de l’eau, ladite au moins une membrane étant imperméable à l’eau tout en étant plus perméable au dioxyde de carbone qu’au méthane, et dans lequel le flux gazeux sortant du module est appauvri en dioxyde de carbone.According to a particular embodiment, the invention relates to a process for treating in deep water, in particular in deep sea water, a gas stream comprising at least methane and carbon dioxide, in which the gas stream is brought into contact, within a membrane module immersed in deep water, in particular in deep sea water, with at least one membrane separating the gas flow from water, said at least one membrane being impermeable to water while by being more permeable to carbon dioxide than to methane, and in which the gas flow leaving the module is depleted in carbon dioxide.

[0018] Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de traitement en eau profonde, notamment en eau de mer profonde d’un flux gazeux comprenant au moins du méthane, du dioxyde de carbone et de l’hydrogène sulfuré, dans lequel le flux gazeux est mis en contact, au sein d’un module membranaire immergé en eau profonde, notamment en eau de mer profonde, avec au moins une membrane séparant le flux gazeux de l’eau, ladite au moins une membrane étant imperméable à l’eau tout en étant plus perméable au dioxyde de carbone et à l’hydrogène sulfuré qu’au méthane, et dans lequel le flux gazeux sortant du module est appauvri en dioxyde de carbone et en hydrogène sulfuré.According to a particular embodiment, the invention relates to a process for the treatment in deep water, in particular in deep sea water, of a gas stream comprising at least methane, carbon dioxide and hydrogen sulfide, in which the gas flow is brought into contact, within a membrane module immersed in deep water, in particular in deep sea water, with at least one membrane separating the gas flow from water, said at least one membrane being impermeable to water while being more permeable to carbon dioxide and to hydrogen sulfide than to methane, and in which the gas flow leaving the module is depleted in carbon dioxide and in hydrogen sulfide.

[0019] Selon un mode de réalisation particulier, l’eau profonde est une eau de mer profonde.According to a particular embodiment, the deep water is deep sea water.

[0020] Selon un mode de réalisation particulier, le flux gazeux traité est un flux de gaz naturel.According to a particular embodiment, the treated gas stream is a stream of natural gas.

[0021] Selon un mode de réalisation particulier, le flux gazeux est dénué de dioxygène.According to a particular embodiment, the gas flow is devoid of oxygen.

[0022] La mise en contact entre la au moins une membrane du module membranaire peut par exemple être assurée au sein d’un module membranaire de type commercial, dans lequel est ménagé un contact direct avec l’eau, notamment l’eau de mer, extérieure. Par « contact direct », on entend en particulier que l’eau, notamment l’eau de mer, extérieure, est au contact de la au moins une membrane par le fait de l’immersion du module dans l’eau, sans qu’il soit nécessaire de mettre en circulation l’eau, par exemple à l’aide d’une pompe, pour que cette eau soit en contact avec la membrane.The contact between the at least one membrane of the membrane module can for example be ensured within a membrane module of the commercial type, in which is made direct contact with water, in particular sea water , exterior. By “direct contact”, it is meant in particular that the water, in particular sea water, outside, is in contact with the at least one membrane by the fact of the immersion of the module in water, without it is necessary to circulate the water, for example using a pump, so that this water is in contact with the membrane.

[0023] Ce contact direct peut notamment être assuré au sein d’un module dont le carter est percé d’une pluralité de trous. Le fait de percer de trous le carter de protection d’un module membranaire de type commercial permet la mise en contact telle que définie plus haut.This direct contact can in particular be provided within a module whose housing is pierced with a plurality of holes. Drilling holes in the protective casing of a commercial type membrane module allows contacting as defined above.

[0024] En particulier, l’eau de mer au contact de la au moins une membrane circule ne circule pas au moyen d’une pompe, notamment thermique ou électrique.In particular, seawater in contact with the at least one circulating membrane does not circulate by means of a pump, in particular thermal or electric.

[0025] Selon un mode de réalisation particulier, l’eau au contact de la au moins une membrane circule par convection naturelle.According to a particular embodiment, the water in contact with the at least one membrane circulates by natural convection.

[0026] Selon un mode de réalisation particulier, le module membranaire comprend en outre un ou des moyens d’évacuation d’une partie du flux gazeux, cette évacuation ayant lieu dans le module membranaire lui-même ou à l’entrée dudit module.According to a particular embodiment, the membrane module further comprises one or more means of evacuation of part of the gas flow, this evacuation taking place in the membrane module itself or at the entrance of said module.

[0027] Selon un mode de réalisation particulier, la au moins une membrane étant sous la forme d’une pluralité de fibres creuses et le ou les moyens d’évacuation sont une ou plusieurs fibres poreuses, notamment fermées à leur extrémité supérieure.According to a particular embodiment, the at least one membrane being in the form of a plurality of hollow fibers and the or the discharge means are one or more porous fibers, in particular closed at their upper end.

[0028] Dans ce cas, ces fibres poreuses peuvent notamment permettre un bullage dans l’eau de mer au contact desdites fibres creuses d’une fraction du flux gazeux. Les bulles de gaz ainsi formées circulent à l’extérieur du faisceau des fibres creuses, dans l’eau de mer en contact desdites fibres creuses. Ceci permet une convection à la surface de la membrane, et peut donc favoriser la dissolution du dioxyde de carbone, et le cas échéant de l’hydrogène sulfuré, dans l’eau.In this case, these porous fibers can in particular allow bubbling in seawater in contact with said hollow fibers of a fraction of the gas flow. The gas bubbles thus formed circulate outside the bundle of hollow fibers, in seawater in contact with said hollow fibers. This allows convection on the surface of the membrane, and can therefore promote the dissolution of carbon dioxide, and where appropriate hydrogen sulfide, in water.

[0029] En particulier, et notamment dans le contexte défini dans les deux paragraphes qui précèdent, une fraction du flux gazeux, notamment de 0,01 à 1% en volume du flux gazeux, en particulier d’environ 0,1% en volume, est libérée dans l’eau au contact de la au moins une membrane.In particular, and in particular in the context defined in the two preceding paragraphs, a fraction of the gas flow, in particular from 0.01 to 1% by volume of the gas flow, in particular approximately 0.1% by volume , is released into water on contact with at least one membrane.

[0030] Selon un mode de réalisation particulier, la sélectivité de la au moins une membrane vis-à-vis du dioxyde de carbone par rapport au méthane est comprise de 15 à 200, en particulier de 30 à 100, cette sélectivité étant notamment d’environ 60.According to a particular embodiment, the selectivity of the at least one membrane with respect to carbon dioxide with respect to methane is from 15 to 200, in particular from 30 to 100, this selectivity being in particular d 'around 60.

[0031] Selon un mode de réalisation particulier, la sélectivité de la au moins une membrane vis-à-vis de l’hydrogène sulfuré par rapport au méthane est comprise de 15 à 200, en particulier de 30 à 100, cette sélectivité étant notamment d’environ 6O.En particulier, la membrane a une perméabilité au dioxyde de carbone supérieure à 10, notamment comprise de 50 à 500 GPU (Gas Permeance Unit).According to a particular embodiment, the selectivity of the at least one membrane with respect to hydrogen sulfide with respect to methane is from 15 to 200, in particular from 30 to 100, this selectivity being in particular approximately 6O. In particular, the membrane has a carbon dioxide permeability greater than 10, in particular between 50 and 500 GPU (Gas Permeance Unit).

[0032] En particulier, la membrane a une perméabilité à l’hydrogène sulfuré supérieure à 10, notamment comprise de 50 à 500 GPU.In particular, the membrane has a permeability to hydrogen sulfide greater than 10, in particular between 50 and 500 GPU.

[0033] En outre, la membrane a une perméabilité au méthane inférieure ou égale à 10 GPU, notamment comprise de 0,1 à 10 GPU, en particulier de 0,1 à 1 GPU.In addition, the membrane has a methane permeability less than or equal to 10 GPU, in particular between 0.1 and 10 GPU, in particular from 0.1 to 1 GPU.

[0034] Selon un mode de réalisation particulier, la au moins une membrane est sous l’une des formes suivantes : plane, tubulaire, fibre creuse, en forme de spirale.According to a particular embodiment, the at least one membrane is in one of the following forms: planar, tubular, hollow fiber, in the form of a spiral.

[0035] Selon un mode de réalisation particulier, la au moins une membrane est une membrane dense.According to a particular embodiment, the at least one membrane is a dense membrane.

[0036] Selon un mode de réalisation particulier, le matériau de la au moins une membrane est choisi parmi :les polymères cellulosiques, les polyamides, les polyimides, les polydiméthylsiloxanes (PDMS), les polyméthylpentènes (PMP), les polymères fluorés dont les Téflon-AF, les polysulfones.According to a particular embodiment, the material of the at least one membrane is chosen from: cellulosic polymers, polyamides, polyimides, polydimethylsiloxanes (PDMS), polymethylpentenes (PMP), fluorinated polymers including Teflon -AF, polysulfones.

[0037] Selon un mode de réalisation particulier, le module membranaire est choisi parmi les modules de perméation gazeuse, les modules d’osmose inverse et les contacteurs membranaires gaz-liquide, notamment à peau dense, en particulier les contacteurs dont la au moins une membrane est de type composite ou autosupportée à peau dense.According to a particular embodiment, the membrane module is chosen from gas permeation modules, reverse osmosis modules and gas-liquid membrane contactors, in particular with dense skin, in particular contactors of which the at least one membrane is of the composite or self-supporting type with dense skin.

[0038] Selon un mode de réalisation particulier avantageux, le module membranaire est un module de perméation gazeuse, la au moins une membrane étant sous la forme d’une pluralité de fibres creuses dont le matériau est choisi parmi les polymères cellu5 losiques, les polyamides et les polyimides.According to a particular advantageous embodiment, the membrane module is a gas permeation module, the at least one membrane being in the form of a plurality of hollow fibers, the material of which is chosen from losu cellu5 polymers, polyamides and polyimides.

[0039] Selon un autre mode de réalisation particulier avantageux, le module membranaire est un module d’osmose inverse, la au moins une membrane étant sous la forme d’une spirale dont le matériau est choisi parmi les polymères cellulosiques, les polyamides et les polyimidesAccording to another particular advantageous embodiment, the membrane module is a reverse osmosis module, the at least one membrane being in the form of a spiral, the material of which is chosen from cellulosic polymers, polyamides and polyimides

[0040] Selon un mode de réalisation particulier avantageux, le module membranaire est un contacteur membranaire gaz-liquide à peau dense, la au moins une membrane étant sous la forme d’une pluralité de fibres creuses constituées par ou comprenant une peau dense, éventuellement au contact d’un matériau choisi parmi les polydiméthylsiloxanes (PDMS), les polyméthylpentènes (PMP), les Téflon-AF, les polymères fluorés.According to a particular advantageous embodiment, the membrane module is a gas-liquid membrane contactor with dense skin, the at least one membrane being in the form of a plurality of hollow fibers formed by or comprising dense skin, possibly in contact with a material chosen from polydimethylsiloxanes (PDMS), polymethylpentenes (PMP), Teflon-AF, fluorinated polymers.

[0041] Cette peau dense peut être de même nature que ledit matériau au contact (support). On parle alors de membrane asymétrique.This dense skin can be of the same nature as said material in contact (support). This is called an asymmetric membrane.

[0042] Alternativement, cette peau dense peut être de nature différente dudit matériau au contact (support). On parle alors de membrane composite.Alternatively, this dense skin can be of a different nature from said material in contact (support). This is called a composite membrane.

[0043] Selon un mode de réalisation particulier le module membranaire a une aire interfaciale comprise de 500 à 10 000 m2/m3.According to a particular embodiment, the membrane module has an interfacial area of between 500 and 10,000 m 2 / m 3 .

[0044] Selon un mode de réalisation particulier, le débit du flux gazeux est compris de 0,1 à 10 Nm3 .s1.According to a particular embodiment, the flow rate of the gas flow is from 0.1 to 10 Nm 3 .s 1 .

[0045] Selon un mode de réalisation particulier la vitesse du flux gazeux est comprise d’environ 0,01m.s 1 à environ 5 m.s ', en particulier d’environ 0,05m.s 1 à environ 1 m.s -1According to a particular embodiment the speed of the gas flow is between approximately 0.01m.s 1 to approximately 5 ms', in particular approximately 0.05m.s 1 to approximately 1 ms -1

[0046] Selon un mode de réalisation particulier, la pression du flux gazeux est compris de 1 à 150 Bar, en particulier de 10 à 100 Bar, la pression étant notamment d’environ 50 Bar.According to a particular embodiment, the pressure of the gas flow is from 1 to 150 Bar, in particular from 10 to 100 Bar, the pressure being in particular around 50 Bar.

[0047] Selon un autre aspect, l’invention concerne également un dispositif pour le traitement en eau profonde, notamment en eau de mer profonde, d’un flux gazeux comprenant au moins du méthane, du dioxyde de carbone et éventuellement de l’hydrogène sulfuré, ledit dispositif comprenant un module membranaire immergé en eau profonde, notamment en eau de mer profonde, ledit module comprenant au moins une membrane séparant le flux gazeux de l’eau, ladite au moins une membrane étant imperméable à l’eau tout en étant plus perméable au dioxyde de carbone et, le cas échéant, à l’hydrogène sulfuré qu’au méthane.According to another aspect, the invention also relates to a device for the treatment in deep water, in particular in deep sea water, of a gas stream comprising at least methane, carbon dioxide and optionally hydrogen sulfurized, said device comprising a membrane module immersed in deep water, in particular in deep sea water, said module comprising at least one membrane separating the gas flow from water, said at least one membrane being impermeable to water while being more permeable to carbon dioxide and, where appropriate, to hydrogen sulfide than to methane.

[0048] Il est à noter que tous les modes de réalisation définis plus haut à propos du procédé peuvent s’appliquer au dispositif, seuls ou en combinaison.It should be noted that all of the embodiments defined above with regard to the method can be applied to the device, alone or in combination.

[0049] En particulier, l’eau de mer au contact de la au moins une membrane ne circule pas au moyen d’une pompe, notamment thermique ou électrique.In particular, seawater in contact with the at least one membrane does not circulate by means of a pump, in particular a thermal or electric pump.

[0050] DéfinitionsDefinitions

[0051] Tel qu’on Tutilise dans la présente description, le terme « environ » se réfère à un in tervalle de valeurs de ± 10 % d’une valeur spécifique. A titre d’exemple, l’expression « environ 120 mg » comprend les valeurs de 120 mg ± 10 %, soit les valeurs de 108 mg à 132 mg.As used in the present description, the term "approximately" refers to a range of values of ± 10% of a specific value. By way of example, the expression “approximately 120 mg” includes the values of 120 mg ± 10%, that is to say the values of 108 mg to 132 mg.

[0052] Au sens de la présente description, les pourcentages se réfèrent à des pourcentages en volume par rapport au volume total du flux de gaz, sauf indication contraire.Within the meaning of the present description, the percentages refer to percentages by volume relative to the total volume of the gas flow, unless otherwise indicated.

[0053] Tel qu’on l’entend ici, les plages de valeur sous forme de « x-y » ou « de x à y » ou « entre x et y » incluent les bornes x et y ainsi que les entiers compris entre ces bornes. A titre d’exemple, « 1-5 », ou « de 1 à 5 » ou « entre 1 et 5 » désignent les entiers 1, 2, 3, 4 et 5. Les modes de réalisations préférés incluent chaque entier pris individuellement dans la plage de valeur, ainsi que toute sous-combinaison de ces entiers. A titre d’exemple, les valeurs préférées pour « 1-5 » peuvent comprendre les entiers 1, 2, 3, 4, 5, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 2-3, 2-4, 2-5, etc.As understood here, the value ranges in the form of "xy" or "from x to y" or "between x and y" include the terminals x and y as well as the integers between these terminals . By way of example, “1-5”, or “from 1 to 5” or “between 1 and 5” denote the integers 1, 2, 3, 4 and 5. The preferred embodiments include each integer taken individually in the value range, as well as any sub-combination of these integers. For example, preferred values for "1-5" may include the integers 1, 2, 3, 4, 5, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 2-3, 2 -4, 2-5, etc.

[0054] Par « eau profonde », on entend notamment l’eau des mers, des océans et des lacs se situant à une profondeur supérieure ou égale à 200 m, en particulier supérieure ou égale à 300 m, par exemple à une profondeur supérieure ou égale à 500 m par rapport niveau de la mer (ou l’océan, ou du lac).By "deep water" is meant in particular the water of the seas, oceans and lakes situated at a depth greater than or equal to 200 m, in particular greater than or equal to 300 m, for example at a greater depth. or equal to 500 m from sea level (or ocean, or lake).

[0055] Par « eau de mer profonde », on entend notamment l’eau des mers et des océans se situant à une profondeur supérieure ou égale à 200 m, en particulier supérieure ou égale à 300 m, par exemple à une profondeur supérieure ou égale à 500 m par rapport niveau de la mer (ou l’océan), notamment au contact du plateau ou du talus continental.By “deep sea water” is meant in particular the water of the seas and oceans lying at a depth greater than or equal to 200 m, in particular greater than or equal to 300 m, for example at a depth greater than or equal to 500 m from sea level (or ocean level), in particular in contact with the continental shelf or slope.

[0056] L’eau de mer profonde se situe notamment à une profondeur par rapport niveau de la mer (ou l’océan) comprise de 200, 300 ou 500 m à 5000 m, notamment de 200, 300 ou 500 m à 4000 m, en particulier de 200, 300 ou 500 m à 3000 m.The deep sea water is located in particular at a depth relative to sea level (or the ocean) of between 200, 300 or 500 m to 5000 m, in particular from 200, 300 or 500 m to 4000 m , in particular from 200, 300 or 500 m to 3000 m.

[0057] La pression (totale) à de telles profondeurs peut être calculée comme suit : [Math.l]The pressure (total) at such depths can be calculated as follows: [Math.l]

Ptot. = p · g h + PsurfacePtot. = p · g h + Psurface

[0058] avec : la hauteur ( ou profondeur ) h, la masse volumique de l’eau de mer p, l'accélération de la pesanteur g, la pression atmosphérique à la surface Psurface.With: the height (or depth) h, the density of the sea water p, the acceleration of gravity g, the atmospheric pressure at the surface Psurface.

[0059] Ainsi, tous les 10 mètres de profondeur, la pression de l'eau augmente d'une atmosphère (1 atm ~ 1 bar). Dans l’eau de mer profonde telle que définie précédemment, à une profondeur par rapport niveau de la mer (ou l’océan) comprise de 200, 300 ou 500 m à 5000 m, la gamme de pression est comprise de 21, 31 ou 51 à 501 atm.Thus, every 10 meters deep, the water pressure increases by one atmosphere (1 atm ~ 1 bar). In deep sea water as defined above, at a depth relative to sea level (or the ocean) of 200, 300 or 500 m to 5000 m, the pressure range is comprised of 21, 31 or 51 to 501 atm.

[0060] Par « membrane imperméable à l’eau », on entend une membrane dont la perméabilité à l’eau, notamment à l’eau de mer, est inférieure à 500 Barrer.By "waterproof membrane" is meant a membrane whose permeability to water, in particular to sea water, is less than 500 Barrer.

[0061] Le flux gazeux étant généralement saturé en eau, la force motrice conduisant au passage d’eau, notamment d’eau de mer, dans le compartiment gazeux pourra être faible dans le cadre de l’invention.The gas flow being generally saturated with water, the driving force leading to the passage of water, in particular sea water, in the gas compartment may be low in the context of the invention.

[0062] Par « appauvri en dioxyde de carbone», on entend en particulier que la fraction molaire en dioxyde de carbone du flux gazeux en sortie du module membranaire est plus basse que celle à l’entrée du module membranaire, la teneur volumique en dioxyde de carbone du flux gazeux en sortie du module membranaire étant notamment inférieure ou égale à 20%, plus particulièrement comprise de 2 à 20%, ou inférieure ou égale à 2%.By “depleted in carbon dioxide” is meant in particular that the molar fraction of carbon dioxide in the gas flow at the outlet of the membrane module is lower than that at the inlet of the membrane module, the volume content of dioxide carbon of the gas flow at the outlet of the membrane module being notably less than or equal to 20%, more particularly comprised from 2 to 20%, or less than or equal to 2%.

[0063] Par « convection naturelle», on entend notamment l’ensemble des mouvements (verticaux et/ou horizontaux) qui animent l’eau de mer au contact de la au moins une membrane. Cette convection est notamment liée à l’échange de chaleur entre la au moins une membrane et l’eau de mer à son contact. En effet, la membrane est généralement à une température supérieure à celle de l’eau de mer à son contact, car cette membrane est elle-même au contact du flux gazeux dont la température est supérieure à celle de l’eau de mer.By "natural convection" is meant in particular all the movements (vertical and / or horizontal) which animate the sea water in contact with the at least one membrane. This convection is notably linked to the heat exchange between the at least one membrane and the seawater in contact with it. Indeed, the membrane is generally at a temperature higher than that of sea water in contact with it, because this membrane is itself in contact with the gas flow whose temperature is higher than that of sea water.

[0064] En particulier, le terme « convection naturelle » exclut les causes indépendantes des différences de température et du flux gazeux lui-même, notamment l’utilisation de moyens fonctionnant à l’aide d’une énergie non liée aux différences de température et au flux gazeux lui-même, comme par exemple les pompes, en particulier thermiques ou électriques.In particular, the term "natural convection" excludes causes independent of temperature differences and of the gas flow itself, in particular the use of means operating with energy not related to temperature differences and to the gas flow itself, such as for example pumps, in particular thermal or electric.

[0065] Ainsi, en particulier, l’eau de mer au contact de la au moins une membrane ne circule pas au moyen d’une pompe, en particulier thermique ou électrique.Thus, in particular, the sea water in contact with the at least one membrane does not circulate by means of a pump, in particular thermal or electric.

[0066] En revanche, selon un mode de réalisation, une fraction du flux gazeux, est libérée dans l’eau de mer au contact de la au moins une membrane. Dans ce cas, à la convection naturelle liée à l’échange de chaleur entre la au moins une membrane et l’eau de mer à son contact, s’ajoute l’ensemble des mouvements crées par le déplacement des bulles de gaz dans l’eau de mer de ladite fraction du flux gazeux.In contrast, according to one embodiment, a fraction of the gas flow is released into seawater on contact with the at least one membrane. In this case, to the natural convection linked to the heat exchange between the at least one membrane and the seawater in contact with it, is added all the movements created by the displacement of the gas bubbles in the sea water from said fraction of the gas stream.

[0067] Par « libérée dans l’eau de mer au contact de la au moins une membrane », on entend notamment que la fraction du flux gazeux permet la mise en mouvement de tout ou partie de l’eau de mer au contact de la au moins une membrane.By "released into seawater in contact with the at least one membrane" is meant in particular that the fraction of the gas flow allows all or part of the seawater to be put into motion in contact with the at least one membrane.

[0068] Par «les polymères cellulosiques», on entend notamment les esters cellulosiques, en particulier les acétates de cellulose, et les éthers de cellulose,By "cellulosic polymers" is meant in particular cellulose esters, in particular cellulose acetates, and cellulose ethers,

[0069] Par « polymères fluorés », ou fluoropolymères, on entend des polymères dont le ou l’un des motifs de répétition est un fluorocarbure. Ce ou ces motifs de répétition comprennent notamment une ou plusieurs liaisons carbone-fluor fortes.By "fluoropolymers", or fluoropolymers, is meant polymers in which the or one of the repeating units is a fluorocarbon. This or these repeating units include in particular one or more strong carbon-fluorine bonds.

[0070] Le polymère fluoré est notamment un polytétrafluoroéthylène (connu notamment sous la marque Téflon de DuPont), en particulier un polytétrafluoroéthylène amorphe (connu notamment sous le nom Téflon-AF de DuPont).The fluoropolymer is in particular a polytetrafluoroethylene (known in particular under the brand Teflon from DuPont), in particular an amorphous polytetrafluoroethylene (known in particular under the name Teflon-AF from DuPont).

[0071] Par « membrane dense », on entend notamment des membranes qui n'ont plus aucune porosité libre.By "dense membrane" is meant in particular membranes which no longer have any free porosity.

[0072] Par « peau dense », on entend une barrière physique comprise dans ou constituant la au moins une membrane. Notamment, la peau dense limite le flux d’eau, notamment de l’eau de mer, dans la membrane. La faible épaisseur de la peau dense (notamment comprise d’environ Ipm à environ 2pm) permet de limiter la résistance au transfert de matière.By "dense skin" means a physical barrier included in or constituting the at least one membrane. In particular, dense skin limits the flow of water, especially seawater, in the membrane. The thin thickness of the dense skin (in particular from about 1 pm to about 2 pm) makes it possible to limit the resistance to material transfer.

[0073] En particulier, la peau dense est une peau dense de poly[l-(triméthylsilyl)-l-propyne] (PTMSP), de Téflon-AE, notamment de Téflon AE2400, ou de poly(phénylène oxide) (PPO).In particular, the dense skin is a dense skin of poly [1- (trimethylsilyl) -l-propyne] (PTMSP), of Teflon-AE, in particular of Teflon AE2400, or of poly (phenylene oxide) (PPO) .

[0074] Par « dénué d’oxygène », on entend que le flux gazeux comprend moins de 1% en volume de dioxygène, notamment moins de 0,1% en volume de dioxygène, en particulier moins de 0,01% en volume de dioxygène.By "oxygen-free" is meant that the gas stream comprises less than 1% by volume of oxygen, in particular less than 0.1% by volume of oxygen, in particular less than 0.01% by volume of dioxygen.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

[0075] [fig.l][Fig.l]

La Ligure 1 est relative à un mode de réalisation particulier dans lequel le flux gazeux à traiter (11) circule à travers un contacteur, à l’intérieur d’une pluralité de fibres denses (13) pour ressortir traité (12). Le contacteur comprend en outre une ou plusieurs fibres poreuses (14), fermées à leur extrémité supérieure pour diffusion/ bullage dans l’eau de mer au contact des fibres (13) d’une fraction du flux gazeux (11). [0076] [fig.2]Ligure 1 relates to a particular embodiment in which the gas flow to be treated (11) circulates through a contactor, inside a plurality of dense fibers (13) to come out treated (12). The contactor further comprises one or more porous fibers (14), closed at their upper end for diffusion / bubbling in seawater in contact with the fibers (13) of a fraction of the gas flow (11). [Fig.2]

La Ligure 2 est relative à un mode de réalisation particulier dans lequel le flux gazeux à traiter circule à travers un contacteur, à l’intérieur d’une pluralité de fibres denses de perméation gazeuse (23) pour ressortir traité (22). Sort des fibres denses (23) un flux de dissolution (25) de dioxyde de carbone, et éventuellement d’hydrogène sulfuré, ainsi que de méthane à l’état de traces. Le contacteur comprend en outre une ou plusieurs fibres poreuses (24), fermées à leur extrémité supérieure pour diffusion/ bullage dans l’eau de mer au contact des fibres (23) d’une fraction du flux gazeux entrant Les bulles de gaz ainsi formées (26) circulent à l’extérieur du faisceau de fibres de perméation, dans l’eau de mer.Ligure 2 relates to a particular embodiment in which the gas flow to be treated circulates through a contactor, inside a plurality of dense gas permeation fibers (23) to come out treated (22). The dense fibers (23) leave a dissolving flux (25) of carbon dioxide, and possibly hydrogen sulfide, as well as trace methane. The contactor further comprises one or more porous fibers (24), closed at their upper end for diffusion / bubbling in seawater in contact with the fibers (23) of a fraction of the incoming gas flow The gas bubbles thus formed (26) circulate outside the bundle of permeation fibers, in seawater.

[0077] [fig.3][Fig.3]

La Ligure 3 illustre l’évolution de la composition de la phase gazeuse dans un contacteur à membrane dense sélective (polyimide, sélectivité CO2/CH4 = 60) pour dissolution du CO2 dans de l’eau de mer en océan profond. Les courbes indiquent la teneur (% vol) en CO2 et CH4 pour différentes vitesses de gaz dans le module, de gauche à droite 0,05 ; 0,1 ; 0,2 ; 0,5 ; 1,0 m. s-1.Ligure 3 illustrates the evolution of the composition of the gas phase in a selective dense membrane contactor (polyimide, selectivity CO2 / CH4 = 60) for dissolution of CO2 in seawater in the deep ocean. The curves indicate the content (% vol) of CO2 and CH4 for different gas speeds in the module, from left to right 0.05; 0.1; 0.2; 0.5; 1.0 m. s-1.

[0078] [fig.4][Fig.4]

La Ligure 4 illustre l’évolution de la composition de la phase gazeuse dans un contacteur à membrane dense sélective (polyimide, sélectivité CO2/CH4 = 60) pour dissolution du CO2 dans de l’eau de mer en océan profond. Les courbes indiquent les pertes (en %) en CO2 et CH4 pour différentes vitesses de gaz dans le module, de gauche à droite 0,05 ; 0,1 ; 0,2 ; 0,5 ; 1,0 m. s-1.Ligure 4 illustrates the evolution of the composition of the gas phase in a selective dense membrane contactor (polyimide, selectivity CO2 / CH4 = 60) for dissolution of CO2 in seawater in the deep ocean. The curves show the losses (in%) of CO2 and CH4 for different gas speeds in the module, from left to right 0.05; 0.1; 0.2; 0.5; 1.0 m. s-1.

EXEMPLEEXAMPLE

Traitement d’un gaz naturelNatural gas processing

[0079] Un gaz naturel, de type offshore en océan profond, et aux propriétés suivantes :Natural gas, of the deep ocean offshore type, and with the following properties:

- pression : P = 50 Bar ;- pressure: P = 50 Bar;

- température : T = 60°C ;- temperature: T = 60 ° C;

- composition (en volume) : CO2, 30% ; CH4, 70% ;- composition (by volume): CO 2 , 30%; CH 4 , 70%;

[0080] est traité comme suit.Is treated as follows.

[0081 ] Matériel et milieu de dissolutionEquipment and dissolution medium

[0082] Le matériel utilisé est un contacteur à membranes denses, aux caractéristiques suivantes :The equipment used is a dense membrane contactor, with the following characteristics:

- longueur :3m;- length: 3m;

- membrane de type polyimide, de sélectivité CO2/CH4 = 60, notamment la membrane commerciale Evonik, dénuée de carter ;- polyimide type membrane, with CO 2 / CH 4 selectivity = 60, in particular the commercial Evonik membrane, devoid of casing;

- fibres de diamètre interne 100 pm, et d’épaisseur 10 pm ;- fibers with an internal diameter of 100 µm, and a thickness of 10 µm;

- coefficient de transfert de matière : 105 m.s '.- material transfer coefficient: 10 5 ms'.

[0083] Le milieu de dissolution est le suivant :The dissolution medium is as follows:

- eau de mer, avec faible turbulence et application de bullage, par exemple à l’aide de fibres poreuses comme décrites précédemment ;- seawater, with low turbulence and bubbling application, for example using porous fibers as described above;

- température : T = 5 °C ;- temperature: T = 5 ° C;

- coefficient de transfert de matière : 10 4 m.s '.- material transfer coefficient: 10 4 ms'.

[0084] Mode opératoireProcedure

[0085] L’évolution de la composition du flux gazeux traité (teneur résiduelle en CH4et pertes en CH4) est rapportée pour différentes vitesses du gaz en entrée du contacteur.[0085] The evolution of the treated gas stream composition (content of residual CH 4 and loss of CH 4) is reported for different speeds of the inlet gas of the contactor.

[0086] RésultatsResults

[0087] Les résultats obtenus sont les suivants :The results obtained are as follows:

- l’épuration sélective (baisse progressive de la teneur en CO2 dans le mélange) est observée (figure 3);- selective purification (progressive drop in the CO 2 content in the mixture) is observed (Figure 3);

- une excellente purification du gaz naturel (CH4>98% en sortie du contacteur) est obtenue, associée à un taux de perte en CH4de moins de 5% (figure 4).- excellent purification of natural gas (CH 4 > 98% at the output of the contactor) is obtained, associated with a CH 4 loss rate of less than 5% (Figure 4).

Claims (1)

Revendications Claims [Revendication 1] [Claim 1] Procédé de traitement en eau profonde d’un flux gazeux comprenant au moins du méthane, du dioxyde de carbone et éventuellement de l’hydrogène sulfuré, dans lequel le flux gazeux est mis en contact, au sein d’un module membranaire immergé en eau profonde, avec au moins une membrane séparant le flux gazeux de l’eau, ladite au moins une membrane étant imperméable à l’eau tout en étant plus perméable au dioxyde de carbone qu’au méthane et, le cas échéant, plus perméable à l’hydrogène sulfuré qu’au méthane, et dans lequel le flux gazeux sortant du module est appauvri en dioxyde de carbone et, le cas échéant, en hydrogène sulfuré. Process for deep water treatment of a gas stream comprising at least methane, carbon dioxide and optionally hydrogen sulfide, in which the gas stream is brought into contact, within a membrane module immersed in deep water , with at least one membrane separating the gas flow from the water, said at least one membrane being impermeable to water while being more permeable to carbon dioxide than to methane and, where appropriate, more permeable to hydrogen sulfide than methane, and in which the gas stream leaving the module is depleted in carbon dioxide and, where appropriate, in hydrogen sulfide. [Revendication 2] [Claim 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’eau au contact de la au moins une membrane circule par convection naturelle. The method of claim 1, wherein the water in contact with the at least one membrane circulates by natural convection. [Revendication 3] [Claim 3] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module membranaire comprend en outre des moyens d’évacuation d’une partie du flux gazeux, cette évacuation ayant lieu dans le module membranaire lui-même ou à l’entrée dudit module. Method according to any one of the preceding claims, in which the membrane module further comprises means for evacuating part of the gas flow, this evacuation taking place in the membrane module itself or at the inlet of said module. [Revendication 4] [Claim 4] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une fraction du flux gazeux, notamment de 0,01 à 1% en volume du flux gazeux, est libérée dans l’eau au contact de la au moins une membrane. Method according to any one of the preceding claims, in which a fraction of the gas flow, in particular from 0.01 to 1% by volume of the gas flow, is released into water in contact with the at least one membrane. [Revendication 5] [Claim 5] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la sélectivité de la au moins une membrane vis-à-vis du dioxyde de carbone par rapport au méthane est comprise de 15 à 200, en particulier de 30 à 100, cette sélectivité étant notamment d’environ 60. Process according to any one of the preceding claims, in which the selectivity of the at least one membrane with respect to carbon dioxide with respect to methane is from 15 to 200, in particular from 30 to 100, this selectivity being especially around 60. [Revendication 6] [Claim 6] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la au moins une membrane est sous l’une des formes suivantes : plane, tubulaire, fibre creuse, en forme de spirale. Method according to any one of the preceding claims, in which the at least one membrane is in one of the following forms: planar, tubular, hollow fiber, in the form of a spiral. [Revendication 7] [Claim 7] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau de la au moins une membrane est choisi parmi : les polymères cellulosiques, les polyamides, les polyimides, les polydiméthylsiloxanes (PDMS), les polyméthylpentènes (PMP), les Téflon-AF, les polymères fluorés, les polysulfones. Method according to any one of the preceding claims, in which the material of the at least one membrane is chosen from: cellulosic polymers, polyamides, polyimides, polydimethylsiloxanes (PDMS), polymethylpentenes (PMP), Teflon-AF , fluorinated polymers, polysulfones. [Revendication 8] [Claim 8] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module membranaire est choisi parmi les modules de perméation gazeuse, les modules d’osmose inverse et les contacteurs membranaires gaz-liquide, notamment à peau dense. Method according to any one of the preceding claims, in which the membrane module is chosen from gas permeation modules, reverse osmosis modules and gas-liquid membrane contactors, in particular with dense skin.
[Revendication 9] [Claim 9] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module membranaire a une aire interfaciale comprise de 500 à 10 000 m2/m3.Method according to any one of the preceding claims, in which the membrane module has an interfacial area of between 500 and 10,000 m 2 / m 3 . [Revendication 10] [Claim 10] Dispositif pour le traitement en eau profonde d’un flux gazeux comprenant au moins du méthane, du dioxyde de carbone et éventuellement de l’hydrogène sulfuré, ledit dispositif comprenant un module membranaire immergé en eau profonde, ledit module comprenant au moins une membrane séparant le flux gazeux de l’eau, ladite au moins une membrane étant imperméable à l’eau tout en étant plus perméable au dioxyde de carbone et, le cas échéant, à l’hydrogène sulfuré qu’au méthane. Device for deep water treatment of a gas stream comprising at least methane, carbon dioxide and optionally hydrogen sulfide, said device comprising a membrane module immersed in deep water, said module comprising at least one membrane separating the gas flow of water, said at least one membrane being impermeable to water while being more permeable to carbon dioxide and, where appropriate, to hydrogen sulphide than to methane.
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