Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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La présente invention concerne,un procédé d'absorp-
tion des composants acides des mélanges gazeux par lavage à
l'aide d'un solvant. `~
Les mélanges gazeux industriels, notamment les gaz
naturels, les gaz de synthèse et les gaz de raffineries ~ ,~
d'hydrocarbures comportent des constituants acides tels que
l'hydrogène sulfuré ou l'anhydride carbonique.
On a proposé et utilisé de nombreux procédés pour
éliminer les constituants acides indésirables des mélanges
gazeux industriels. Une pratique courante consiste à utiliser
des solutions aqueuses d'amines organiques qui se combinent ~ ,
facilement avec les gaz faiblement acides à des températures
relativement basses et qui peuvent être régénérées, puis
réutilisées en les chauffant à des températures sufisantes
pour libérer de fa,con sensiblement complète les gaz acides
absorbés. Au cours du cycle classique d'un tel lavage aux
amines, on fait passer la solution d'amine aqueuse à travers
un dispositif de mise en contact opérant à contre-courant
par rapport au gaz à purifier.
Les constituants gazeux acides sont absorbés par la
solution d'amine qui passe alors dans une colonne de régénération
où elle est chauffée en présence d'un courant de vapeur d'eau
pour libérer les gaz acides absorbés. La solution d'amine
régénérée est alors refroide et recyclée à l'absorbeur. La
définitlon d'un tel procédé de traitement suppose la connaissan-
ce de plusieurs paramètres: le plus important est le taux
de charge de 1'amine, c'est-à-dire le nombre de moles de gaz
acide absorbées par mole d'amine, qui lie le débit de solvant
au débit de gaz à traiter. La connaissance du taux de charge
maximal compatible avec l'obtention de la purification nécessaire
permet de réaliser des économies importantes dans les frais
d'expioitation, attendu qu'un tel rapport assure des débits
$~
.,
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de solvant réduits et donc des consommations de vapeur dans
le régénérateur et des coûts de pompage minimaux.
Diverses amines ont été proposées pour éliminer les
constituants acides des mélanges gazeux industriels, et
notamment la monoéthanolamine (MæA)~ la diéthanolamine (DEA)
et la diisopropanolamine (DIPA). La MæA, bien que satisfaisan-
te pour éliminer l'H2S et le CO2 n'est pas utilisable avec les
mélanges gazeux contenant du COS car elle est dégradée irré-
versiblement par ce composé. Elle pose en outre des problènes
de corrosion. La DEA, elle, n'est pas dégradée par le COS,
mais elle est moins efficace que la MæA pour éliminer 1'H2S
et le CO2: on considère toutefois que cette amine représente
jusqu'à présent le meilleur compromis. Les propriétés de
la DIPA sont, sous certains aspects, taux de charge admissible
en particulier, plutôt inférieures à celles de la DEA.
Les monoalkyl-monoéthanolamines de formule générale:
R NH CH -CH -OH
ou alkylamino 2 éthanols sont connus pour leur effet promoteur
dans les procédés d'absorption du CO2 dits "au carbonate".
Le brevet US 2.131.663 a indiqué les propriétés des
alkylamino 2 éthanols en solutions organiques pour la désacidi-
fication de mélanges gazeux.
Le brevet français 1.428.356 souligne les grandes
vitesses de réaction de ces amines avec le CO2 et le COS,
mais décrit leur emploi dans des conditions telles de débit du
gaz et de débit de la solution d'amine que le taux de charge
de l'amine soit de 0,2 mole de gaz acide par mole d'amine. Ce
taux de charge est très faible et incompatible avec les
contrantes imposées par une exploitation économique.
Le procédé suivant l'invention permet de pallier ces
difficultés en définissant des conditions d'utilisation corres-
pondant aux normes d'une exploitation industrielle.
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l~O~Z88
Dans un procede de désacidification d'un méla~ge ~azeux
contenant au moins un composé acide choisi parmi le groupe consti-
tue par le H2S et le CO2, dans lequel on met en contact le
mélange gazeux avec une solution aqueuse d'amine, ladite solution
d'amine absorbant la majeure partie d'au moins un desdits composés
acides du mélange gazeux, et l'on traite la solution d'amine,
chargée en constituants acides, au moyen d'un apport de chaleur, ~
une température et sous une pression telles que la solution, suiYant
le type d'amine choisie relache au moins un desdits composés acides,
l'amine étant un alkyl amino-2 éthanol de formule: R-NH-CH2-CH2-OH
où R represente un radical alkyl de Cl à C6 inclus, et l'invention
consiste en ce que les débits dudit mélange gazeux contenant au
moins un composé acide et de solution d'amine sont réglés de telle
façon que le nombre de moles de gaz acide absorbées par mole d'amine,
ou taux de charge, soit compris entre 0,7 et 1,2.
Dans un tel procédé, la solution d'amine a une concentration
en amine totale de 0,5 a 6 moles par litre et préférentiellement de
2 a 4 moles par litre; et la mise en contact de la solution d'amine
avec le mélange gazeux s'effectue entre 40 C et 100 C.
Cet intervalle de température correspond aux conditions de
marge des installations pour lesquelles au sommet des absorbeurs
on mesure des températures proches de 70 C. A cette valeur de la
température, la tension de vapeur d'un alkyl amino-2 éthanol est
supérieure à celle de la diéthyl éthanol amine. Ceci provoque des
entraînements d'amine et cette perte doit être mise au passif de
l'opération.
C'est pourquoi suivant un mode de réalisation preférentiel on
réalise l'absorption à une température telle que la tension de
vapeur soit au plus égale à celle de la DEA dans les installations du
type précédent; ceci est réalisé lorsque, la mise en contact de la
solution d'amine avec le mélange
~.
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gazeux s'effectue à une température comprise entre 40 et 60C.
De fa~con préférentielle, l'amine choisie est telle
que R représente un radical alkyl de Cl à C4.
Il est enfin avantageux de régler les débits de gaz
acide et de la solution d'amine de telle fac~on que le nombre ~ .
de moles de gaz acide absorbées par mole d'amine, ou taux
de charge, soit compris entre 0,8 et 1,1.
Le remplacement des solutions d'amine usuellement
utilisées dans les procédés de désacidification, la diéthanol
amine par exemple, par des solutions de même concentration
molaire d'alkyl amino-2 éthanols, et plus spécialement de
méthyl amino-2 éthanol, d'éthyl amino-2 éthanol et de butyl
amino-2 éthanol, permet d'adopter des taux de charge en
constituants acides nettement plus élevés tout en continuant
à produire un gaz épuré satisfaisant aux spécifications. En
d'autres termes, ces amines permettent de réaliser, toutes
choses égales ailleurs, une épuration donnée avec des débits
de solvants inférieures à ceux de la DEA. Les diminutions
de débits possibles varient de 10 à 30% selon l'alkyl éthanol
amine, les conditions de traitement et les caractéristiques
~du gaz à traiter, ce qui représente des gains importants sur
l'énergie de recyclage de l'amine pauvre à l'absorbeur et, dans
une moindre mesure, sur l'énergie de régénération de l'amine
riche, Un des intérets du procédé selon l'invention est que
cette économie d'énergie est obtenue pratiquement sans inves-
tissement même sur des installations existantes, le schéma de
procédé utilisé étant très proche du schéma habituel des
installations de lavage aux amines.
L'invention sera mieux comprise dans le commentaire
de la figure, donnée à titre non limitatif, d'un schéma
d'installation industrielle de traitement de gaz selon l'inven-
tion.
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En se référant ~ cette figure, on trouve une conduite
10 d'amenée de gaz à traiter à un séparateur d'entrée ll d'où
sont issues une conduite 12 pour les condensats et une conduite `~
13 pour la phase gazeuse, La conduite 13 débouche à la partie
inférieure d'une colonne 14 de mise en contact, ladite colonne
14 contenant une pluralité de plateaux de mise en contact tels
que 15.
Le dispositif de mise en contact est un récipient
de mise en contact d'un gaz avec un liquide et peut contenir
tout agencement approprié de divers types de plateaux, de
chicanes et de garnitures, suivant les besoins pour parvenir
au meilleur contact entre le liquide et le gaz.
A la partie supérieure de la colonne 14, débouche ~`
une conduite 16 reliée à un moyen d'alimentation en solution.
De la colonne 14 de mise en contact sont issues, :
de la partie supérieure, une conduite 17 d'évacuation de la phase
gazeuse et de la partie inférieure, une conduite 18 d'évacua-
tion de la phase liquide. La conduite 18, après passage dans
un échangeur 19, est prolongée par une conduite 21,~ débouchant
~ la partie supérieure d'une colonne de régénération 20 contenant
une pluralité de plateaux 22.
La colonne de régénération 20 comporte à sa partie
inférieure un bouilleur 23 généralement constitué par un
échangeur tubulaire relié à une source de vapeur d'eau, non
représentée.
De la partie inférieure de la colonne de régénéra-
tion 20 est issue une conduite 24, cette conduite 24, après
passage dans l'échangeur 19 est prolongée par la conduite 16
qui débouche à la partie.supérieure de la colonne 14 après
passage à travers le réfrigérant 24 A.
De la partie supérieure de la colonne de régénéra-
tion 20 est issue une conduite 25 débouchant dans un condenseur
-- 5 --
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26. Du condenseur sont issues une conduite haute 27 pour
effluent gazeux et une conduite basse 25' pour condensat.
La conduite 25' aboutit à un réservoir 28 d'où sont issues
deux conduites, ~ savoir une conduite 29 débouchant à la
partie haute de la colonne de régénération 20 et une conduite 30
aboutissant à une décharge.
Le fonctionnement d'une telle installation est le
suivant: -
On traite le gaz naturel contenant l'H2S et le CO2
en l'admettant par la conduite 10 dans le séparateur d'entrée11 lequel on élimine du gaz naturel une certaine quantité
d'eau et d'hydrocarbures lourds. Le gaz naturel quitte le
sommet du séparateur par la conduite 13 et pénètre dans la
section inférieure d'un dispositif de mise en contact à
contre-courant 14 contenant une série de plateaux 15.
Ce dispositif a pour but de parvenir à un contact
intime entre le liquide et le gaz et peut contenir tout
agencement favorable: plateaux, chicanes, garnissage...
La solution d'alkyl éthanol amine est introduite
dans la section supérieure du dispositif de mise en contact
par la conduite 16. Le gaz naturel épuré quitte le sommet
du dispositif par la conduite 17. Il satisfait à ce stade
aux spécifications usuelles en H2S (4 vpm) et peut être, après
séchage, utilisé directement.
La vitesse de circulation de la solution d'alkyl
amino-2 éthanol et celle du gaz à traiter sont telles que le
taux de charge de l'amine soit voisin de 1 et en tous cas
compris entre 0.7 et 1.2.
La solution d'amine riche, quittant le dispositif de
mise en contact par la conduite 18 est chauffée en passant à
travers un échangeur 19 avant de pénétrer dans la colonne de
régén-ration 20 par la conduite 21. Le régénérateur contient
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une série de plateaux 22 et comporte à sa partie inférieure
un rebouilleur 23 pour créer la vapeur d'eau servant à
régénérer la solution d'amine. La solution d'amine régénérée
chaude quitte le fond du réyénérateur par la conduite 24,
elle est ensuite refroidie par l'échangeur 19 puis par le
réfrigérant 24 A avant d'être recyclée dans la colonne 14 par
la conduite 16. Les gaz acides quittent le régénérateur par
la conduite 25 et passent à travers le condenseur 26. L'eau
et l'amine récupérées dans le condenseur 26 sont recueillies
dans le réservoir 28 servant d'accumulateur et recyclées dans
le régénérateur afin de limiter les pertes en eau et en amine.
On n'a pas représenté pour plus de clarté les multiples appa-
reils: pompes, soupages, réservoirs, etc... dont l'utilisa-
tion est évidente pour le spécialiste. Un exemple de traite-
ment d'un hydrocarbure gazeux riche en constituants acides
dans un appareil pilote servira à démontrer la supériorité
du procédé selon l'invention par rapport aux procédés utilisant
une amine classique.
Exem~le 1
Un mélange gazeux acide contenant (en /0 volume)
40 % de méthane, 25 % de CO2 et 35 % d'H2S, parvient au
séparateur d'entrée sous une pression totale de 20 bars
à la température de 40C. Ce gaz est lavé à contre-courant,
dans un dispositif analogue à celui décrit précédemment,
par une solution d'éthyl amino-2 éthanol 3 N, ou solution
trois moles par litre, qui, après avoir été régénéré à
2j5 gramme par litre d'H2S par rebouillage à la vapeur d'eau
effectué à une température comprise entre 100C et 130C, est
introduite à 58C en tête d'absorbeur. Le taux de charge de
l'amine est réglé à 1,05 mole de gaz acide/mole d'amine. Les
températures sont alors de 60~C et de 90C en tête et en pied
d'absorbeur respectivement. Le gaz épuré obtenu contient 4
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volumes par million d'H2S et 0,07 % uolume de CO2. En
rempla~cant l'éthyl amino éthanol 3 N, par de la DEA 3 N
vierge et en imposant les mêmes températures en tête et
en pied d'absorbeur, le débit et la composition du gaz traité
étant inchangés, on ne peut dépasser un taux de charge de
0,85 mole de gaz acide/mole d'amine. Le gaz épuré contient
5 volumes par million d'H2S et 0,04 % de CO2. Le débit de
DEA nécessaire pour tenir les spécifications en H2S du gaz
épu~é est donc de 20 % environ supérieur à celui d'éthyl
amino éthanol.
Exemple 2
Un gaz brut contenant 15 % d'H2~ 10 % de CO2 et
75 % de méthane d'un débit égal à 100.000 Nm3/h est introduit
à 20C sous une pression de 80 bars dans un absorbeur. A
contre-courant du gaz, circule une solution aqueuse d'éthyl
amino 2 éthanol à une concentration de 3 moles par litre.
Son débit est de 320 m3/h. On introduit cette solution en
tête de l'absorbeur à une température de 45C.
Dans ces conditions, la température de la solution
chargée en gaz acide quittant l'absorbeur est de 75C.
Par rapport ~ l'exemple 1, le fait d'introduire
la solution d'amine à une température inférieure présente un
double intérêt. D'une part, on diminue d'un facteur 3 les
pertes d'amine dues à l'entraînement de la tension de vapeur
par le gaz. D'autre part, la température atteinte en fond
d'absorbeur étant abaissée, et bien qu'on ait observé que
l'éthyl amino 2 éthanol soit nettement moins corrosive que
les autres alkanolamines comme la diéthanol amine ou la
monoéthanolamine par exemple, on diminue encore la vitesse
de corrosion des métaux par le liquide chargé en constituant
acide.
