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CA 02188825 2005-O1-05
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PROCÉDÉ DE SÉCHAGE DE GAZ AU GLYCOL INCLUANT LA
PURIFICATION DES RE,lETS GAZEUX
L'invention concerne un procédé de déshydratation de gaz au moyen d'un
dessiccant liquide (glycol) incluant une étape de purification des effluents
gazeux émis lors de la régénération dudit dessiccant liquide. L'invention
concerne plus particulièrement un procédé permettant de réduire la pollution
due aux rejets gazeux des unités de séchage de gaz naturel, pollution
essentiellement due aux composés aromatiques suivants : benzène, toluène,
éthyl benzène, xylène (BTEX).
La déshydratation d'un gaz, par exemple un gaz naturel ou un gaz de
raffinerie, est une opération classique. Elle permet de contrôler le point de
rosée "eau" du gaz, pour éviter !a formation d'hydrates ou de glace lors du
transport ou de l'utilisation de ce gaz, de rêduire les risques de corrosion,
ou
pour toutes autres raisons.
Dans ce but, il est courant de mettre en contact le gaz avec un dessiccant
liquide hydrophile; parmi ces derniers, la famille chimique des glycols est
d'un
usage très répandu. Le plus souvent, dans près de 95% des cas, on utilise le
triéthylèneglycol (TEG) â cause de sa forte affinité pour l'eau, de sa
stabilité
chimique et de son faible coGt. Toutefois, pour certaines applications, 1e
monoéthylèneglycol (MEG), le diéthylèneglycol (DEG), ou le
tétraéthyfèneglycol (T4EG) peuvent être préférés.
Dans les dessins annexés auxquels il va être fait référence ci-après:
La Figure 1 représente schématiquement une unité classique de déshydratation
de gaz fonctionnant avec un dessiccant liquide.
La Figure 2 représente une modification du schéma de la Figure 1, dans
laquelle l'unité comprend en outre un condenseur et un ballon triphasique de
séparation gravitaire (cette technique correspond à l'enseignement du brevet
US-A-3 867 736).
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La Figure 3 représente schématiquement une configuration selon l'invention
dans laquelle le flux de dessiccant liquide régénéré alimentant en tête la
colonne de lavage est prélevé dans le rebouilleur et passe à travers deux
échangeur de chaleur, dans lesquels il est refroidi, et le dessiccant liquide
sortant en fond de la colonne de lavage est renvoyé, à travers l'un des
échangeurs de chaleur, vers le rebouilleur.
La Figure 4 est une représentation schématique des différentes étapes du
procédé selon l'invention pour la déshydratation d'un gaz humide au moyen d'un
dessiccant liquide hydrophile, avec régénération dudit dessiccant liquide.
Dans
ce schéma, notamment le dessiccant chargé en BTEX sortant de la colonne de
lavage est envoyé vers l'alimentation de la colonne de distillation. La Figure
4
montre également en pointillés des variantes de l'invention.
La Figure 5 représente schématiquement une variante du procédé de
l'invention, dans laquelle le dessiccant chargé en BTEX sortant de la colonne
de
lavage est injecté directement en tête ou à un niveau intermédiaire de la
colonne de distillation du dispositif de régénération.
La Figure 6 montre une autre variante du procédé de l'invention, selon
laquelle
on réalise un échange thermique entre le dessiccant sortant de la colonne et
la
tête de la colonne de régénération.
Enfin, la figure 7 représente un mode particulier de réalisation du procédé de
l'invention qui inclut une opération de stripage.
Dans une unité classique de déshydratation de gaz par un dessiccant liquide,
par exemple un glycol, telle que représentée schématiquement par la figure 1
annexée, le gaz humide entre, par la ligne 1, en bas d'une colonne
d'absorption A1, fonctionnant sous pression, où il contacte par circulation à
contre-courant le dessiccant liquide introduit en tête par la ligne 3. Au
cours de
ce contact, l'eau contenue dans le gaz est absorbée par le dessiccant. Le gaz
déshydraté sort à forte pression de la tête de la colonne d'absorption A1 par
la
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ligne 2. Au sortir du fond de la colonne A1, le dessiccant chargé en eau est
envoyé par la ligne 4 vers la tête de l'unité de régénération R1 où il est
utilisé
comme fluide de refroidissement. Après l'échange thermique, le dessiccant
chargé en eau est envoyé vers un ballon de séparation flash Sl,~dans lequel la
pression est plus faible que dans la colonne d'absorption A1. Dans certains
cas, il est possible d'envoyer le dessiccant chargé en eau d'abord dans le
ballon de séparation flash avant de l'utiliser comme fluide de refroidissement
~ 1 ~~ ~~"5
2
en tête de l'unité de régénération R1. Une grande partie du gaz absorbé à
forte
pression par le dessiccant est séparé de la phase liquide dans ce ballon S1.
Ce gaz peut être soit rejeté à l'atmosphère par la ligne 5, soit utilisé comme
fuel gaz au cours de l'étape de régénération du dessiccant. II est alors
envoyé
vers le brûleur du rebouilleur R2 du dispositif de régénération R1.
Le dessiccant liquide contenant de l'eau, mais étant séparé du gaz absorbé à
forte pression est issu du ballon de séparation flash par la ligne 7. Après
son
passage dans au moins un échangeur de chaleur E1, il est envoyé par la ligne
7 dans le dispositif de régénération thermique R1, dans lequel une partie de
l'eau absorbée par le dessiccant va être vaporisée et éliminée en tête par la
ligne 8, alors que le dessiccant régénéré qui sort en fond par la ligne 3
traverse
l'échangeur E1 et est envoyé par une pompe P1, dans un refroidisseur E4,
puis en tête de la colonne d'absorption A1.
Cependant, il est bien connu que l'on ne peut séparer totalement l'eau du
dessiccant par voie thermique à pression atmosphérique, lorsque ce dernier se
dégrade à une température inférieure à sa température normale d'ébullition.
Par exemple, le TEG bout à environ 285°C, mais on se limite
généralement à
204°C lors de la régénération pour limiter sa dégradation. Ä cette
température,
la pureté du TEG régénéré est voisine de 98,7% masse.
Si l'on désire pour le dessiccant liquide (glycol) une pureté supérieure afin
d'obtenir une déshydratation plus poussée du gaz, un moyen classique
consiste à faire suivre l'étape de reconcentration thermique d'une étape de
strippage par du gaz sec ou à faible teneur en eau, par exemple une partie du
courant gazeux déshydraté par le dessiccant, comme décrit notamment dans
le brevet US-A-3 105 748 .
Une autre technique consiste à faire suivre l'étape de reconcentration par une
étape de strippage, en utilisant un agent de strippage liquide à température
et
pression ambiantes et formant un hétéroazéotrope avec l'eau. Cette
configuration, décrite notamment dans le brevet FR-B-2698017, comprend
- 1. une étape de rebouillage du dessiccant liquide chargé en eau,
? ~~~~~
3
- 2. une étape de distillation dudit dessiccant comprenant au moins un
étage de distillation,
- 3. une étape de strippage du dessiccant liquide partiellement régénéré
lors des étapes 1 et 2, par l'agent de strippage vaporisé,
- 4. une étape de condensation de la vapeur sortant de l'étape de
distillation 2, condensation générant deux phases liquides, l'une
majoritaire en eau, l'autre majoritaire en agent de strippage,
- 5. le chauffage de la phase liquide riche en agent de strippage issue de
l'étape 4, chauffage régénérant une phase vapeur plus riche en eau que
ladite phase liquide et une phase liquide appauvrie en eau,
- 6. le renvoi de la phase liquide constituée essentiellement d'agent de
strippage issue de l'étape 5 vers l'étape 3.
Lorsque, dans les procédés de déshydratation, le gaz naturel ou le gaz de
raffinerie traité contient des composées aromatiques (BTEX : benzène,
toluène, éthyl benzène et xylène), durant la phase d'absorption, le dessiccant
-
généralement le TEG - qui est également un solvant des composés
aromatiques, se charge en les dits BTEX.
Ä cause des températures d'ébullition des BTEX à pression atmosphérique, qui
sont comprises entre 80 et 144°C, peu de ces composés sont séparés du
dessiccant dans le ballon de séparation flash décrit précédemment, qui
fonctionne à basse pression et forte température. La plupart des composés
aromatiques sont séparés du dessiccant lors de son chauffage dans la colonne
de régénération.
Les vapeurs émises par une unité de rebouillage de TEG peuvent présenter
une teneur totale en aromatiques très élevée (supérieures à 30%). Une
composition particulière (Traitement du champ de gaz naturel de Whitney
Canyon, Wyoming, États Unis) est donnée à titre indicatif ci dessous (%
poids):
~ ~ ~~~~5
4
- Eau 45,2
- Azote 7,7
- Benzne 4,6
- Tolune 15,6
- thyl benzne 0,9
Xylne 12,7
- Autres h drocarbures13,3
La composition des rejets varie en fonction de la nature du gaz à traiter, de
la
température et du débit de TEG circulant dans l'installation. Ces rejets
doivent
être réduits afin de répondre aux nouvelles contraintes liées aux émissions de
produits toxiques dans l'atmosphère. Ä titre d'exemple, aux États Unis, le
"Clean Air Act Amendment", publié en 1990, réduit de façon drastique les taux
acceptables de rejets de BTEX dans l'atmosphère sur le territoire américain.
Toute unité rejetant plus de 100 tonnes I an de BTEX ou 25 tonnes I an d'une
combinaison quelconque de ces 4 composés est soumise à contrôle et
régulation.
Afin de répondre aux nouvelles contraintes d'émissions de produits toxiques
dans l'atmosphère, les industriels concernés ont modifié les unités de
déshydratation de gaz existantes et ont eu recours aux techniques classiques
suivantes
L'incinération des vapeurs, qui peut être réalisée par un incinérateur à
flamme
alimenté par le fuel gaz produit par l'unité, présente l'inconvénient de
requérir
un investissement très important.
La condensation des vapeurs pour produire l'eau et les BTEX et la séparation
par gravité dans un ballon de séparation triphasique sont décrits en détail
dans
le brevet US-A-3 867 736 et représentées schématiquement par la figure 2.
Selon cette technique, les rejets gazeux sortant en tête du dispositif de
régénération thermique R1 sont envoyés par la ligne 8 dans un condenseur
C1, usuellement un aéro-réfrigérant. Les différents fluides issus du
condenseur
C1 sont envoyés dans un ballon de séparation triphasique B1, où sont
séparées gravitairement une phase liquide contenant majoritairement de l'eau,
,~ i ~g~~
5
évacuée par la ligne 11, et une phase liquide contenant majoritairement des
hydrocarbures, soutirée latéralement par la ligne 10. La phase gazeuse sortant
de ce ballon triphasique B1 par la ligne 9 est composée de vapeur d'eau et
contient un taux résiduel d'hydrocarbures dépassant fréquemment les
contraintes d'environnement, comme cela sera montré dans l'exemple 2
présenté plus loin.
On connaît un procédé industriel qui met en oeuvre deux condenseurs tels que
C1 et deux ballons triphasiques tels que B1, ce procédé permettant de traiter
les vapeurs émises par le ballon de séparation flash S1 et par la colonne de
régénération R1.
Le brevet US-A-5 209 762 décrit une amélioration du procédé précédent
permettant d'éliminer les aromatiques dissous dans l'eau liquide extraite du
ballon triphasique.
Une autre technique comprend l'installation sur le circuit de vapeur d'un
condenseur primaire, suivi d'un compresseur à vis, les vapeurs non
condensables étant réintroduites dans l'unité de traitement.
25
Encore une autre technique met en oeuvre le séchage et traitement d'un gaz,
en utilisant un solvant composé de glycol, de N-méthyl-caprolactame et d'eau,
la concentration de glycol (de préférence, le TEG) étant comprise entre 80 et
97%. Cette méthode est décrite dans le brevet US-A-4 479 811.
Enfin, l'utilisation de la perméation gazeuse pour cette application est
décrite
dans le brevet US-A-5 399 188. Un mélange d'eau et de TEG circule à
l'intérieur d'un faisceau de fibres creuses placé dans une chambre. On envoie
dans cette chambre le gaz humide contenant les BTEX. Seule l'eau mélangée
au glycol passe au travers de la membrane. En sortie de la chambre on
récupère:
~ un gaz qui contient toujours les BTEX,
~ une solution contenant de l'eau et du TEG, qui peut être régénérée sans
risque d'émission de BTEX.
2 ~ ~ ~~~5
6
L'invention concerne un nouveau procédé mettant en oeuvre la condensation
des vapeurs issues du dispositif de régénération du dessiccant.
Le procédé de l'invention présente notamment l'avantage de produire des
effluents gazeux épurés, qu'il est possible de rejeter directement à
l'atmosphère ou vers un système de torche classique (sans incinérateur) ou
bien de réutiliser dans l'installation.
D'une manière générale, l'invention propose un procédé de déshydratation au
moyen d'un dessiccant liquide hydrophile d'un gaz humide choisi parmi le gaz
naturel et les gaz de raffinerie, comprenant essentiellement du méthane et
autre alcanes légers, des BTEX, de l'eau et éventuellement du gaz carbonique,
de l'azote et/ou de l'hydrogène sulfuré, avec régénération dudit dessiccant
liquide, ledit procédé comprenant
(a) une étape d'absorption de l'eau et les BTEX par contact entre ledit gaz
humide et le dessiccant liquide régénéré dans l'étape (c), produisant un
effluent gazeux sec et un flux de dessiccant liquide chargé en eau et en
BTEX,
(b) une étape de séparation dudit dessiccant liquide chargé en une
vapeur contenant principalement du méthane, de la vapeur d'eau et une
partie des BTEX et une phase liquide contenant principalement le
dessiccant liquide chargé en eau et en BTEX,
(c) une étape de régénération dudit dessiccant liquide comprenant une
zone de rebouillage et une zone de distillation, dans laquelle le dessiccant
liquide chargé est envoyé dans ladite zone de distillation, d'où sort une
vapeur contenant de l'eau et des BTEX et ledit dessiccant liquide
régénéré, qui est renvoyé comme dessiccant à l'entrée de ladite zone
d'absorption, dans l'étape (a),
(d) une étape de condensation de la vapeur issue de ladite zone de
distillation, suivie de la séparation de trois phases : un effluent gazeux
contenant des BTEX, une phase liquide hydrocarbonée contenant des
BTEX et une phase liquide aqueuse ; et
7
(e) le traitement d'au moins ledit effluent gazeux contenant des BTEX
dans une zone de lavage par absorption des BTEX par une fraction de
dessiccant liquide régénéré prélevée en un point du procédé et renvoi
dudit dessiccant ayant absorbé les BTEX vers un point de la zone de
régénération de l'étape (b), l'effluent gazeux sortant de ladite zone de
lavage étant ainsi débarrassé des BTEX.
Le procédé de l'invention est décrit ci-après plus en détail en relation avec
la
figure 4
Dans l'étape (a), le flux de gaz humide 1 est mis en contact avec le flux de
dessiccant liquide 3, à contre-courant dans une colonne d'absorption A1, ce
qui produit un effluent gazeux sec 2 sortant en tête et un flux de dessiccant
liquide 4 chargé en eau et en BTEX, sortant en fond de ladite colonne
d'absorption A1.
Dans cette étape, le gaz humide entre à la pression de production (en général
de 20 à 150 bar) et à une température inférieure à 50°C. Si la
température de
production du gaz est supérieure à cette valeur, ledit gaz sera refroidi, par
exemple par un aéro-réfrigérant, avant son entrée dans la colonne A1. Le
dessiccant liquide introduit en tête de la colonne A1 est classiquement à une
température supérieure d'environ 5°C à celle du gaz à traiter.
Dans l'étape (b), le flux de dessiccant liquide chargé 4 est envoyé dans un
ballon de séparation flash S1, dans lequel on sépare un effluent vapeur 5
sortant en tête, contenant principalement méthane, vapeur d'eau et BTEX et,
sortant en fond, une phase liquide 7 contenant principalement le dessiccant
liquide chargé en eau et en BTEX.
Dans cette étape, le flux de dessiccant liquide chargé en eau et en BTEX, sort
par la ligne 4 à la température du gaz à traiter ; il est en général envoyé
comme fluide de refroidissement en tête de la colonrie de distillation D1 du
dispositif de régénération R1, où la température dudit dessiccant s'accroit en
général d'environ 10°C. Le dessiccant, alors envoyé dans le ballon de
séparation flash S1, est détendu à une pression de 2 à 5 bar, sa température,
selon les conditions d'exploitation, pouvant varier de 50 à 85°C.
8
Dans l'étape (c), le flux de dessiccant liquide 7 est envoyé à travers un
échangeur de chaleur E1, vers la colonne de distillation D1 du dispositif de
régénération R1, qui comprend en outre un rebouilleur R2; dudit dispositif de
régénération R1, il sort en tête un effluent vapeur 8 contenant de l'eau et
des
BTEX et en fond un effluent liquide 3, constituant le dessiccant liquide
régénéré, qui est envoyé, à travers l'échangeur de chaleur E1 et la pompe P1,
en tête de la colonne d'absorption A1 de l'étape (a).
Dans cette étape, le flux de dessiccant liquide est réchauffé dans l'échangeur
E1, dimensionné de manière à entraîner une variation de température d'au
moins environ 100°C sur le flux 7 (réchauffé) et le flux 3 (refroidi).
L'effluent
vapeur 8 de la colonne de distillation D1 sort en général à une température
d'environ 80 à 90°C et à la pression atmosphérique. Le dessiccant
liquide
régénéré sort en fond du rebouilleur R2 à une température d'environ
200°C et
subit une baisse de température d'au moins environ 100°C dans
l'échangeur
E1 comme déjà indiqué plus haut. La température du dessiccant régénéré est
adaptée aux conditions de la colonne A1 : il est refroidi, en général dans un
échangeur E4, jusqu'à une température supérieure d'environ 5°C à celle
du
gaz à traiter. Sa pression est elle aussi adaptée, par la pompe P1, à celle
régnant dans la colonne d'absorption A1.
Dans l'étape (d), ledit effluent gazeux 8 sortant en tête de la colonne de
distillation D1 du dispositif de régénération R1 est condensé dans un
condenseur C1 et envoyé dans un ballon de séparation triphasique B1, d'où
sort, à la partie supérieure, un effluent gazeux 9 contenant des BTEX,
latéralement, une phase hydrocarbonée 10 contenant des BTEX et en fond,
une phase liquide aqueuse 11.
L'effluent de tête de la colonne de distillation D1 est refroidi à travers le
condenseur C1, en général un aéro-réfrigérant, jusqu'à environ 50°C, ou
moins selon les conditions d'exploitation. Le ballon de séparation triphasique
B1 est à cette température et à pression atmosphérique; il en est de mëme de
l'effluent gazeux 9.
~2 ~ 8 ~~~
9
Enfin, dans l'étape (e), on envoie l'effluent gazeux 9 en courant ascendant
dans une colonne de lavage L1, dans laquelle il est mis en contact à contre-
courant avec un flux liquide 12, prélevé sur le circuit de dessiccant liquide
régënéré. De ladite colonne de lavage L1, il sort en fond un flux de
dessiccant
liquide 13 ayant absorbé les BTEX, qui est renvoyé vers le dispositif de
régénération R1, et en tête un effluent gazeux exempt de BTEX.
Dans cette étape, le flux de dessiccant liquide régénéré utilisé pour le
lavage
représente en général de 3 à 10% du débit injecté à l'alimentation de la
colonne d'absorption A1. Pour que le lavage soit efficace, la température du
dessiccant utilisé est avantageusement supérieure d'au moins 5°C à
celle de
l'effluent gazeux à traiter. Cette température sera adaptée aux conditions
opératoires, en général au moyen d'un échangeur de chaleur E3. Le
dessiccant injecté ressort en fond de la colonne de lavage L1 à la température
de l'effluent gazeux à traiter.
Différentes configurations peuvent être envisagées pour mettre en oeuvre le
procédé de l'invention.
Ainsi, le dessiccant régénéré utilisé pour le lavage des effluents gazeux du
séparateur triphasique B1 peut être prélevé au niveau de l'alimentation de
l'absorbeur A1, selon la disposition représentée sur les figures 4 à 6. Cette
configuration évite l'installation d'un échangeur et d'une pompe sur le site.
Dans ce cas, le dessiccant chargé de BTEX, sortant en fond de colonne de
lavage L1 par la ligne 13 peut être envoyé vers l'alimentation 7 de la colonne
de distillation D1 en amont de l'échangeur de chaleur E1, comme représenté
figure 4.
Le dessiccant chargé en BTEX sortant de la colonne de lavage L1 par la ligne
13 peut aussi être envoyé vers l'alimentation 7 de la colonne de distillation
D1
en aval dudit échangeur de chaleur E1, comme représenté sur la figure 5.
II peut encore être injecté directement en tête de la colonne de distillation
D1
du dispositif de régénération R1, ou encore à un niveau intermédiaire comme
indiqué en pointillé sur la figure 5.
10
Dans ces différents cas, la consommation énergétique supplémentaire induite
au niveau du rebouilleur par l'ajout de ce fluide froid est faible, compte
tenu
qu'une faible fraction du débit de dessiccant est dédiée à cette fonction de
lavage.
II est également possible de réaliser un échange thermique entre le dessiccant
sortant de la colonne L1 et la tête de la colonne de régénération en
provoquant
un reflux partiel comme indiqué sur la figure 6. Cette disposition permet de
réchauffer le dessiccant tout en assurant tout ou partie de la condensation
requise en tête de la colonne de régénération D1.
Dans le procédé de l'invention, le flux de dessiccant liquide régénéré 12
alimentant en tête la colonne de lavage L1 peut encore être prélevé dans le
rebouilleur R2 par une pompe P2 et passer à travers un échangeur de chaleur
E2, et si nécessaire dans un échangeur E3, dans lesquels il est refroidi, et
le
dessiccant liquide 13 ayant absorbé les BTEX et sortant en fond de la colonne
de lavage L1 est renvoyé, à travers l'échangeur de chaleur E2, dans lequel il
est réchauffé, vers le rebouilleur R2. Une telle configuration est représentée
sur la figure 3.
Afin d'améliorer sensiblement la déshydratation d'un gaz naturel ou d'un gaz
de raffinerie, la régénération du dessiccant liquide, dans le procédé de
l'invention, peut inclure une opération de strippage par exemple au moyen d'un
agent de strippage liquide à température et pression ambiantes et formant un
hétéroazéotrope avec l'eau. Généralement l'agent de strippage est un mélange
d'hydrocarbures contenant majoritairement du benzène. Le procédé de
régénération du dessiccant liquide peut alors se subdiviser en les 6 étapes
suivantes.
1 ) une étape de rebouillage du dessiccant liquide chargé en eau,
2) une étape de distillation dudit dessiccant comprenant au moins un
étage de distillation,
3) une étape de strippage du dessiccant liquide partiellement régénéré,
lors des étapes 1 et 2, par l'agent de strippage vaporisé,
~~8~825
4) une étape de condensation de la vapeur sortant de l'étape de
distillation 2, condensation générant deux phases liquides, l'une
majoritaire en eau, l'autre majoritaire en agent de strippage,
5) le chauffage de la phase liquide riche en agent de strippage issue de
l'étape 4, chauffage générant une phase vapeur plus riche en eau que
ladite phase liquide et une phase liquide appauvrie en eau, et
6) le renvoi de la phase liquide constituée essentiellement d'agent de
strippage issu de l'étape 5 vers l'étape 3.
Un mode particulier de réalisation du procëdé est décrit plus en détail ci-
après
en liaison avec la figure 7. Dans ce mode de réalisation, l'agent de strippage
liquide issu de l'étape 4 est partiellement vaporisé au cours d'une première
étape de chauffage, en générant une phase vapeur enrichie en eau, qui est
renvoyée en amont de l'étape 4 et une phase liquide appauvrie en eau, qui est
vaporisée avant d'être envoyée vers l'étape 1.
Cette disposition permet de stripper le dessiccant liquide par une phase
vapeur
ne contenant pratiquement plus d'eau et de pouvoir ainsi obtenir une
régénération très poussée du dessiccant liquide.
La charge à traiter arrive par la ligne 4 en tête du dispositif de
distillation D1.
Après passage dans le ballon de séparation flash S1, elle est envoyée par la
ligne 7 jusqu'à l'échangeur E1, où elle est chauffée par le dessiccant liquide
régénéré arrivant par la ligne 3. Sortant de l'échangeur E1 par la ligne 7, la
charge pénètre dans le dispositif de distillation D1, lequel surmonte
successivement de haut en bas une zone de rebouillage R2, une zone de
strippage S2 et un ballon réservoir B2.
La température dans la zone de rebouillage R2 est généralement comprise
entre 150°C et 250°C.
12
La pression absolue dans l'ensemble constitué du dispositif de distillation
D1,
du rebouilleur R2, de la zone de strippage S2 et du ballon B2 est généralement
comprise entre 0,5 et 2 bar.
Dans le rebouilleur R2 la majeure partie de l'eau et des produits plus légers
que l'agent dessiccant absorbés par ce dernier sont vaporisés. Le dessiccant
liquide appauvri en eau tombe par gravité du rebouilleur R2 dans la zone de
strippage S2, où il est mis en contact à contre-courant avec l'agent de
strippage déshydraté arrivant dans le ballon B2 par la ligne 15.
Le dessiccant liquide régénéré sort du ballon B2 par la ligne 3, traverse
l'échangeur E1, où il est refroidi par lâ charge arrivant par la ligne 7, et
est
réinjecté en tête de la colonne d'absorption A1, par la pompe P1.
L'eau, l'agent de strippage et les autres produits vaporisés dans le
rebouilleur
R2 quittent le dispositif de distillation D1 par la ligne 8, sont mélangés, le
cas
échéant, avec la vapeur arrivant du ballon B3 par la ligne 16, et refroidis
dans
le condenseur C1. Le mélange, partiellement condensé, entre dans le
ballon B1.
De là, les composés les plus légers sont évacués du procédé sous forme
gazeuse par la ligne 9 ; l'eau est évacuée du procédé par la ligne 11 avec les
autres produits hydrophiles ; l'agent de strippage et les autres produits
hydrophobes sont envoyés, saturés en eau, par la ligne 10 et à travers la
pompe P2, vers l'échangeur E5, où ils sont partiellement vaporisés et envoyés
par la ligne 17 vers le ballon B3.
D'une manière générale, la phase vapeur générée dans l'échangeur E5, plus
riche en eau que le liquide arrivant par la ligne 10, peut être évacuée du
procédé. Cependant, il est plus avantageux de la renvoyer par la ligne 16 en
amont du condenseur C1 avec la vapeur sortant du dispositif de distillation D1
par la ligne 8.
La phase liquide sortant du ballon B3 par la ligne 18, plus pauvre en eau que
le
liquide arrivant par la ligne 10, est divisée de manière à maintenir constant
le
débit d'agent de strippage dans la boucle : une partie fixe est envoyée vers
13
l'évaporateur E6 par la ligne 20; un éventuel excès, dû à l'absorption par
l'agent dessiccant d'une partie du courant gazeux traité lors de l'étape de
déshydratation, est évacué du procédé par la ligne 19.
La phase vapeur sortant de l'évaporateur E6 par la ligne 15 est envoyée dans
le ballon B2.
On sait que lors de l'exploitation d'un champ de gaz naturel, la composition
dudit gaz peut varier et présenter une richesse variable en composés
aromatiques comme décrit dans "Glycol Experience in the Brae Field", J.H.
Miller et K.A. O'Donnell, présenté à Londres, au Congrès "Developments in
Production Separation Systems" en Mars 1993. Aussi, la mise en place d'une
étape de strippage, telle que décrite ci-dessus, doit s'accompagner d'une
surveillance du niveau d'agent de strippage. En cas de production de gaz
riches en composés aromatiques, le volume d'agent de strippage va
augmenter au cours de l'étape 3, et occasionnellement le séparateur
triphasique B1 devra être purgé et le surplus de composés aromatiques
envoyé au séparateur flash B3. Si le gaz ne contient pas de composés
aromatiques, il se chargera en ces composés au cours de l'étape 3. Au cours
de l'étape 4, la phase liquide majoritaire en eau condensera, alors que la
seconde phase liquide majoritaire en agent de strippage aura un faible volume
ou sera inexistante. De ce fait, le volume d'agent de strippage contenu dans
le
procédé peut diminuer et nécessiter des appoints. Un mode de fonctionnement
utilisé en Mer du Nord pour pallier les variations des aromatiques contenus
dans le gaz produit consiste à alterner des périodes d'utilisation normale du
procédé avec des périodes pendant lesquelles le fuel gaz est utilisé comme
agent de strippage. Ces dernières périodes permettent la constitution d'une
réserve d'agent de strippage.
Quand l'étape de strippage est associée au procédé de l'invention, une telle
façon d'opérer n'est plus nécessaire. En effet, la quasi totalité des composés
aromatiques BTEX se trouve récupérée et concentrée dans le ballon
triphasique B1 et les BTEX peuvent être avantageusement utilisés pour pallier
les variations de volume en agent de strippage.
2188~2~
14
10
Les aromatiques arrivant dans la charge s'accumulent dans le ballon B1 et la
purge réalisée par le conduit 19 peut être opérée de manière à maintenir la
quantité d'agent de strippage contenue dans le ballon B1 constante, par
exemple en contrôlant le débit de purge par une régulation de niveau.
La purge peut être effectuée soit à la sortie du ballon B1 sous contrôle de
niveau dans le ballon B1, soit à la sortie du ballon B3 sous contrôle de
niveau
dans le ballon B3. Cette dernière disposition présente l'avantage de produire
une fraction liquide déshydratée. Cette fraction liquide peut être soit
remélangée avec le gaz en étant alors vaporisée, soit valorisée séparément.
Dans le procédé de l'invention, il peut être avantageux d'utiliser au moins
une
partie 6 de l'effluent gazeux 5 du ballon de séparation flash S1 comme gaz
combustible pour le rebouilleur R2.
Par ailleurs, l'effluent gazeux 5 issu du ballon de séparation flash S1 peut
être
injecté dans le ballon triphasique B1, où il peut être injecté en partie
condensé.
La vapeur se joint à celle déjà séparée dans le ballon B1 et qui en sort par
la
ligne 9 pour être traitée dans la colonne de lavage L1 selon l'invention.
Cette
possibilité est représentée en pointillé sur la figure 4.
II est encore possible, alternativement, d'installer sur l'effluent gazeux 5
du
ballon de séparation flash S1 une colonne de lavage L2 alimentée en tête par
du dessiccant liquide régénéré, avec les mêmes possibilités de prélèvement et
de renvoi que celles qui sont décrites plus haut pour la colonne de lavage L1.
L'effluent gazeux sortant de la colonne L1 par la ligne 14 est débarrassé de
la
fraction de BTEX mais est également déshydraté. II peut donc être recomprimé
par un compresseur K1 et mélangé avec le gaz traité comme cela est indiqué
sur le schéma de la figure 4. Éventuellement, et selon la composition du gaz à
traiter, des débits relatifs des effluents 2, 5 et 14, l'effluent 5 ou
l'effluent
gazeux issu d'une colonne de lavage L2 traitant l'effluent 5 peuvent être
associés à l'effluent 14. On peut ainsi améliorer le rendement de production
du gaz traité, ce qui constitue un avantage supplémentaire du procédé. Ledit
effluent 14 peut également être utilisé comme combustible pour le chauffage
du rebouilleur R2 du système de régénération R1.
~ l ~ ~ ~~~
Les exemples suivants illustrent l'invention.
EXEMPLES
5
Dans ces exemples, on considère un champ de gaz naturel, produisant
220 MSCFD (Millions of Standard Cubic Feet per Day) soit 5,896 millions de
(n)m3/jour de gaz dont la composition sèche est donnée colonne 1 du tableau
1. La masse molaire du gaz sec est de 21,5 g / mole, dont 0,37% poids de
10 BTEX. Ce gaz est saturé en eau à température et pression de production
(51 °C, 61 bar) et contient 390 kg d'eau par million de m3.
m I 1 (comparatif)
15 Le gaz est envoyé dans une unité classique de déshydratation fonctionnant
avec du TEG, telle que représentée Figure 1.
Dans cet exemple:
- le débit de TEG circulant dans le procédé est de 32 000 m3/j
- le TEG régénéré injecté en tète d'absorbeur A1 contient 1,2 % poids
d'eau résiduelle,
- l'absorbeur A1 fonctionne à 51 °C et 61 bar,
- le ballon de séparation flash S1 fonctionne à 85°C et 5 bar. La
teneur
en BTEX de l'effluent gazeux (7,49 kg/h) permet son utilisation comme
fuel gaz. Toutefois les conditions locales ou une législation sévère
peuvent entraîner son traitement.
- la température dans le rebouilleur de la colonne de régénération 4 est
de 204°C,
- la régénération est faite à pression atmosphérique.
La composition de l'effluent 8 issu du régénérateur R1 est décrite colonne 2
du
tableau 1. Une telle unité rejette 56,9 kg/h de BTEX.
16
Exerruhe 22 (comparatif)
Le gaz est déshydraté avec une unité classique présentant un condenseur,
abaissant la température des vapeurs issues de la colonne de régénération R1
à 55°C, et un ballon triphasique de séparation gravitaire (figure 2).
Toutes les
conditions de fonctionnement sont identiques par ailleurs à celtes de
l'exemple
décrit ci dessus.
La composition de l'effluent gazeux 9 du ballon triphasique est décrite
colonne
3 du tableau 1. Une telle unité rejette 29,8 kg/h de BTEX.
Exemhe 3 (selon l'invention)
Le gaz est déshydraté avec une unité présentant un condenseur, abaissant la
température des vapeurs issues de la colonne de régénération 4 à 55°C
et un
ballon triphasique de séparation gravitaire. Les vapeurs au sortir de ce
ballon
sont reprises dans une colonne de lavage L1 décrite figure 4.
Dans cet exemple:
~ la colonne de lavage comprend au moins trois étages théoriques,
~ le débit de TEG régénéré 12 issu de la colonne de régénération et injecté en
tête de colonne de lavage est de 500 kg/h.
La composition de l'effluent 14 issu de cette colonne est décrite colonne 4 du
tableau 1. Une telle unité ne rejette que 3,9 kg/h de BTEX.
~ 1 ~'~~2
TABLEAU 1
f11 f21 f31 f41
oids k /h k /h k /h
Eau 938,93 9,75 0,64
Gaz Carbonique 11,19% 18,78 18,60 18,28
Hydrogne sulfur 3,88% 58,97 57,60 54,88
Azote 0,17% 0,05 0,05 0,05
Mthane 58,96% 1,36 1,36 1,34
thane 9,70% 1,58 1,58 1,56
Propane 5,89% 2,40 2,36 2,32
Butanes 4,38% 2,47 2,38 2,34
Pentanes 2,35% 9,34 8,44 8,07
n-hexane 1,39% 9,12 7,12 6,67
Autres hexanes 0,07% 1,41 1,16 1,01
Heptanes 0,82% 8,39 4,46 4,29
BENZNE 0,06% 9,12 5,63 1,92
TOLUNE 0,18% 41,32 15,90 1,88
THYL BENZNE 0,01 1,52 0,29 0,01
%
XYLNE 0,13% 4,99 7,98 0,07
Total BTEX 0 38% 56 95 29 80 3,88
Composs lourds 0,83% 0,15 0,03 0,03
Total 1109,89 144,69 105,36
11 Composition (oIo poids) du ;az anhydre en entrée de la colonne d'absorption
~~~ Effluent issu de la colonne de régénération (Exemple comparatif 1)
~3~ Eft7uent issu du ballon de séparation triphasique (Exemple comparatif 2)
~ç~ Effluent issu de la colonne de lavage (Exemple 3 selon l'invention)
