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PROCEDE DE DESHYDRATATION, DE DESACIDIFICATION ET DE
DÉGAZOLINAGE DUN GAZ NATUREL, UTILISANT UN MÉLANGE DE
SOLVANTS.
L'invention concerne un procédé de déshydratation et/ou de dégazolinage de gaz
naturel, utilisant un mélange de solvants.
Le traitement d'un gaz naturel requiert la déshydratation, le dégazolinage,
lorsque
le gaz naturel contient des hydrocarbures condensables et la désacidification
de
ce gaz lorsque la proportion de gaz acides qu'il contient est trop élevée.
II est possible de déshydrater et de dégazoliner un gaz tel qu'un gai naturel
en le
réfrigérant en présence de méthanol pour éviter la formation de glace et/ou
d'hydrates.
II a été découvert, et c'est là un des objets de la présente invention, que le
gaz
étant chargé ente méthanol, il est possible de réaliser dans des conditions
avantageuses une étape de désacidification préalablement à l'étape de
réfrigération en utilisant pour réaliser ladite étape de désacidification un
mélange
de solvants contenant du méthanol.
II a été également découvert qu'il est alors possible de limiter la
coabsorption
d'hydrocarbures en utilisant un mélange de solvants cômprenant de l'eau, du
méthanol et un solvant plus lourd que le méthanol.
La présente invention permet également de récupérer le méthanol contenu dans
le
gaz par un moyen simple et économique.
Différents solvants lourds peuvent être mis en oeuvre dans le procédé selon
l'invention. Le solvant lourd peut être par exemple un solvant polaire tel que
le
diméthylformamide (DMF), la N-methylpyrrolidone (NMP) ou le diméthylsulfoxyde
(DMSO). Le solvant lourd peut être également un solvant chimique tel que par
exemple une amine secondaire ou tertiaire par exemple hydroxylée.
11 est ainsi possible d'associer les avantages d'une amine comme solvant
chimique
et du méthanol comme solvant physique. La présence de méthanol permet
notamment de réduire très sensiblement le taux de solvant pour des teneurs
' relativement importantes en gaz acides dans le gaz à traiter. La présence de
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mëthanol permet ëgalement d'absorber et de séparer du gaz à traiter des
impuretés telles que par exemple des mercaptans, du sulfure de carbonyle (COS)
et du disulfure de carbone (~S2).
II est également possible dans ie procédë selon l'invention d'utiliser des
fractions
de mélange de solvants de compositions différentes pour optimiser les
conditions
de lavage du gaz par le mélange de solvants.
Le procédé de l'invention peut être défini comme étant un procédé de
déshydratation, de désacïdification et de dëgasolinage d'un gaz caractérisé en
ce que:
(a) au moins une fraction du gaz est mise en contact avec une phase aqueuse
contenant du méthanol, le gaz étant ainsi chargé en méthanol à la sortie de
I°étape (a);
(b) fe gaz sortant de l'étape (a) est mis en contact avec un mélange de
solvants
comprenant du méthanol, de l'eau et un solvant plus lourd que le méthanol,
le solvant plus lourd que le méthanol étant au moins partiellement miscible
avec l'eau et le méthanol, le gaz sortant de l'étape (b) étant ainsi au moins
en partie débarrassée des gaz acides qu'il contient à l'entrée dans le
procédé;
{c) le mélange de solvants provenant de l'étape (b) chargé en gaz acides est
au
moins en partie régénéré par réduction de la pression et/ou chauffage en
libérant au moins en partie les gaz acides, le mélange de solvants au moins
partiellement régénéré étant, à l'issue de !'étape (c), recyclé à l'étape (b);
et
(d) le gaz provenant de l'étape (b) est réfrigéré en produisant une phase
aqueuse contenant du méthanol qui est au moins en partie recyclée à l'étape
(a).
Le procédé selon I°invention est décrit en détail en relation avec les
figures 1 à
6.
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2a
Figure 1 - Montre le schéma de procédé selon un mode de réalisation préféré
de l'invention.
Figure 2 - Montre le schéma de procédé selon un mode de réalisation préféré
de l'invention.
Figure 3 - Montre une partie du dispositif approprié pour le procédé selon un
autre agencement de l'invention.
Figure 4 - Montre une autre disposition appropriée pour le procédé selon un
autre agencement de l'invention.
Figure 5 - Montre un autre mode réalisation du procédé selon l'invention.
Figure 6 - Montre une autre disposition appropriée pour le procédé selon
l'inven-
tion.
!_e procédé selon l'invention est décrit plus en détail ci-après en relation
avec 1e
schéma de la figure 1.
.
~. 2194083
3
Le gaz à traiter arrive par le conduit 1. II contient par exemple du méthane,
de
l'éthane, du propane, du butane, ainsi que des hydrocarbures plus lourds, de
l'eau
et des gaz acides tels que par exemple H2S et C02.
Une fraction de ce gaz est envoyée par le conduit 2 dans la colonne de contact
C1, dans laquelle elle est mise en contact à contre-courant avec une solution
de
méthanol dans l'eau arrivant par le conduit 3. Au fond de la colonne C1, on
élimine
par le conduit 40 une phase aqueuse substantiellement débarrassée de méthanol.
En tête de la colonne C1, on récupère par le conduit 4 un gaz chargé en
méthanol
qui est mélangé avec le gaz n'ayant pas traversé la colonne C1. Le gaz ainsi
obtenu constitue le gaz chargé en méthanol issu de l'étape (a). Ce gaz est
alors
envoyé par le conduit 6 dans la colonne C2, dans laquelle il est mis en
contact
avec un mélange de solvants, comprenant du méthanol, de l'eau et un solvant
plus
lourd que le méthanol, qui arrive par le conduit 7. Ce mélange de solvants
ressort
par le conduit 8 chargé en gaz acides, tandis que le gaz évacué en tête de la
colonne par le conduit 9 est au moins en partie débarrassé des gaz acides
qu'il
contient à l'entrée dans la colonne C2 (étape (b)).
Le mélange de solvants provenant de cette étape (b) est d'abord détendu à une
pression intermédiaire à travers la vanne de détente V1 en libérant une phase
gazeuse qui contient au moins une partie des hydrocarbures qui ont pu ëtre
coabsorbés dans le mélange de solvants. La phase gazeuse et la phase liquide
ainsi obtenues sont séparées dans le ballon B1.
Le débit d'appoint de phase aqueuse ainsi fourni peut être asservi par exemple
à
un niveau de mélange de solvants dans un bac de recette ou de stockage situé
par exemple à la sortie de la colonne D1.
La phase gazeuse est évacuée en tëte du ballon B1. Le mélange solvant résiduel
est évacué par le conduit 10 et passe dans l'échangeur E1, dans lequel il est
réchauffé. II est alors détendu à travers la vanne V2 et régénéré dans la
colonne
de distillation D1. Cette colonne est refroidie en tête, ce qui permet
d'évacuer par
le cônduit 11 des gaz acides relativement peu chargés en solvant et chauffée
en
fond, ce qui permet d'évacuer par le conduit 12 un mélange de solvants
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4
substantiellement débarrassé de gaz acides. Les gaz acides évacués par le
conduit 11 subissent une réfrigération complémentaire dans l'échangeur E5,
pour
récupérer au moins en partie le méthanol résiduel. La phase liquide ainsi
obtenue
est recueillie dans le ballon-séparateur B20, qui reçoit également l'appoint
de
phase aqueuse arrivant par le conduit 42 et passant à travers la vanne de
détente
V40. La phase liquide ainsi recueillie dans le ballon-séparateur B20 est
recyclée
par la pompe P12 à travers le conduit 43 en tête de la colonne C2. Le mélange
de
solvants évacué par le conduit 12 est repris par la pompe P1 et envoyé à
travers
l'échangeur E1, dans lequel il est refroidi en réchauffant le mélange de
solvants
qui arrive par le conduit 10. II est ensuite refroidi dans l'échangeur E2 par
échange
avec de l'eau ou de l'air de refroidissement et recyclé à la colonne C2.
Si la température,en tête de la colonne C2 est plus élevée que la température
en
fond, par suite de la chaleur d'absorption dégagée, le gaz quittant la colonne
C2
. par le conduit 9 entraîne une quantité d'eau plus importante que celle qui
arrive
par le conduit 6. De même, une certaine quantité d'eau peut être évacuée avec
les
gaz acides par le conduit 11. Pour compenser ces pertes en eau du circuit de
mélange de solvants, il est nécessaire dans ce cas de fournir un appoint de
phase
aqueuse. Cet appoint de phase aqueuse peut être obtenu par exemple en
refroidissant le gaz à la sortie de la colonne C2 et en renvoyant dans le
circuit du
mélange de solvants la fraction condensée. II est également possible, comme
cela
est représenté sur la figure 1 de prélever une fraction de la phase aqueuse
recueillie dans le ballon-séparateur B2 et de la recycler par le conduit 42 et
à
travers la vanne de détente V40 vers le circuit de mélange de solvants.
La régénération du solvant qui constitue l'étape (c) du procédé peut être
réalisée
également selon des agencements différents, qui seront décrits plus loin.
Le gaz provenant de l'étape (b) qui est évacué par le conduit 9 reçoit un
appoint
de méthanol arrivant par le conduit 13. II est ensuite refroidi, d'abord par
échange
interne dans l'échangeur E3, puis par échange avec un fluide de réfrigération
externe provenant d'un circuit de réfrigération, dans l'échangeur E4. Cette
réfrigération permet de condenser une solution de méthanol et une phase
hydrocarbure liquide. La phase gazeuse ainsi obtenue constitue le gaz traité
qui
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' 5
est substantiellement débarrassé de l'eau, des gaz acides et des hydrocarbures
lourds qu'il contient au départ. Le mélange triphasique obtenu est séparé dans
le
ballon B2. Le gaz traité passe dans l'échangeur E3, dans lequel il est
réchauffé en
refroidissant le gaz qui arrive de la colonne C2 et il est évacué par le
conduit 14.
La phase hydrocarbure liquide obtenue est évacuée par le conduit l5 et la
fraction
de la phase aqueuse contenant du méthanol obtenue qui n'est pas évacuée par le
conduit 42 est recyclée par la pompe P2 à travers le conduit 41 à la colonne
C1.
Le mélange de solvants envoyé par le conduit 7 comprend du méthanol, de l'eau
et un solvant plus lourd que le méthanol.
La teneur en méthanol du gaz évacué par le conduit 9 doit ëtre suffisamment
élevée pour empêcher la formation de glace et/ou d'hydrates au cours de
l'étape
de réfrigération, l'appoint de méthanol arrivant par le conduit 13 étant
réduit et
destiné à compenser les pertes. Ceci signifie que cette teneur en méthanol est
d'autant plus élevée que la température de réfrigération à la sortie de
l'échangeur
E4 est basse. La teneur en méthanol dans le mélange de solvants arrivant par
le
conduit 7 est également d'autant plus élevée que la température à laquelle le
gaz
est réfrigéré est basse.
La teneur en méthanol peut être aisément régulée au moyen de l'appoint de
méthanol arrivant par le conduit 13. La quantité d'appoint est par exemple
asservie
à la teneur en méthanol dans la phase aqueuse recueillie dans le séparateur B2
de manière à atteindre la teneur requise pour éviter la formation d'hydrates.
La teneur en méthanol dans le mélange de solvants peut être dans ce cas
comprise par exemple entre 5 et 50 % en fraction molaire.
Le solvant lourd qui entre dans la composition du mélange de solvants peut
être
un solvant polaire tel que par exemple le DMF, la NMP, le DMSO, comme décrit
plus haut; ce peut être aussi, le sulfolane, le carbonate de propylène, un
alcool
plus lourd que le méthanol, un éther ou une cétone. La principale condition à
respecter est que sa température d'ébullition soit supérieure à la température
~~.9~~~3
6
d'ébullition du méthanol et de préférence supérieure à la température
d'ébullition
de l'eau. II est également nécessaire que ce solvant soit au moins
partiellement
miscible avec l'eau et le méthanol.
La teneur en solvant lourd dans le mélange de solvants peut être dans ce cas
comprise par exemple entre 10 et 60 % en fraction molaire.
La teneur en eau forme le complément mais elle est de préférence au moins
égale
à 10 % en fraction molaire.
Le solvant lourd qui entre dans la composition du mélange de solvants peut
être
également un solvant de type chimique tel que par exemple une amine secondaire
ou tertiaire, erg général hydroxylée, choisie par exemple parmi la
monoéthanolamine, la diéthanolamine, la diglycolamine, la düsopropanolamine,
la
méthyldiéthanolamine.
La teneur en amine dans le mélange de solvants peut être comprise par exemple
entre 1 et 10 % en fraction molaire.
Le solvant lourd est sélectionné en fonction des spécifications requises pour
le gaz
traité. Si une dësacidification sélective est recherchée, consistant à
éliminer de
manière beaucoup plus sélective l'H2S que le C02, une amine sélective telle
pue
par exemple la méthyldiéthanolamine sera employée.
II est également possible d'utiliser un mélange de solvants lourds pour
optimiser
les caractéristiques du mélange de solvants.
II est également possible d'ajouter des additifs connus de l'homme de l'art,
tels que
par exemple des additifs permettant d'activer l'absorption de C02, ou des
additifs
jouant te rôle d'inhibiteurs de corrosion, ou encore des additifs jouant le
rôle
d'agents anti-moussants. II peut être également avantageux de filtrer le
mélange
de solvants qui est envoyé à la colonne C2, afin d'arrëter les particules
solides qui
peuvent favoriser le moussage.
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~.
La mise en contact dans la colonne C1 opérant à contre-courant entre au moins
une partie du gaz à traiter et la phase aqueuse contenant du méthanol
provenant
de l'étape (d) permet d'évacuer en fond de ladite colonne une phase aqueuse
substantiellement débarrassée de méthanol. Ceci permet de récupérer et de
recycler facilement le méthanol et d'éviter toute pollution liée à la présence
de
méthanol dans la phase aqueuse rejetée.
La colonne de contact utilisée peut être de différents types connus de l'homme
de
l'art : à plateaux ou à garnissage. Dans le cas d'une colonne à garnissage, il
peut
être avantageux d'utiliser un garnissage structuré.
De même, les autres colonnes utilisées dans le procédé, notamment C2 et D1
utilisées au cours~des étapes (b) et (c), peuvent être des différents types
connus
de l'homme de l'art : à plateaux ou à garnissage et en particulier à
garnissage
structuré.
L'exemple numérique suivant illustre le fonctionnement du procédé selon
l'invention.
Cet exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est décrit en
relation
avec la figure 1.
La composition du gaz naturel est par exemple la suivante (en kg/h)
Eau 60,55
Azote 782,37
Dioxyde de carbone 8770,15
Mthane 31699,87
Ethane 5210,67
Propane 3088,88
Isobutane 625,43
N-butane 1024,58
Isopentane 330,39
N-pentane 297,37
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~.
N-hexane 118,29
N-heptane 343,99
Total 52352,54
Le gaz à traiter arrive par le conduit 1 à une température de 30°C
et à une
pression de 70 bars avec un débit sensiblement égal à 52352 kg/h. Une fraction
de ce gaz (50%) est injectée dans la colonne de contact C1 par le conduit 2.
Une
solution contenant 65 % masse de méthanol dans l'eau, au débit de 159 kg/h et
à
une température de 30°C, est injectée à contre-courant dans la colonne
C1 par le
conduit 3. Au fond de la colonne C1, on élimine par le conduit 40 une phase
aqueuse contenant 12 ppm masse de méthanol au débit de 60 kg/h. En tëte de la
colonne C1, le gaz chargé en méthanol est évacué par le conduit 4 et mélangé
au
gaz qui n'a pas traversé la colonne C1 et qui arrive par le conduit 5.
Le gaz ainsi obtenu est envoyé par le conduit 6 dans la colonne C2. Une
solution
contenant 20 % masse de méthanol et 20 % masse de diéthanolamine dans l'eau
est injectée à contre courant dans la colonne C2 par le conduit 7 à la
température
de 40°C avec un débit de 117409 kg/h. Au fond de la colonne C2, le
mélange de
solvants chargé en dioxyde de carbone est récupéré par le conduit 8 à la
température de 46°C.
Le gaz évacué en tête de la colonne C2 par le conduit 9 ne contient plus que
1,8
masse de dioxyde de carbone. Ce gaz est refroidi dans les échangeurs E3 et
E4 à une température de -26°C. Le mélange triphasique obtenu est séparé
dans le
ballon B2. Le gaz traité, évacué par le conduit 14, a un débit de 44889 kg/h.
La
phase hydrocarbure liquide obtenue est évacuée par le conduit 15. La phase
aqueuse contenant du méthanol est partiellement recyclée dans la colonne C1
par
le conduit 41, l'autre partie (75 %) étant envoyée dans le ballon B20.
Le mélange de solvants chargé en dioxyde de carbone est détendu à une pression
de 10 bars par la vanne de détente V1, puis envoyé dans le ballon de
séparation
B1. La phase liquide issue du ballon B1 est envoyée par le conduit 10 dans
l'échangeur E1, où elle est rechauffée à une température de 60°C. Elle
est ensuite
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' 9
détendue à une pression de 1,5 bar et injectée dans la colonne de distillation
D1.
Cette colonne est refroidie en tête à une température de 40°C et
chauffée en fond.
Le mélange de solvants récupéré par le conduit 12 à une température d'environ
80°C est repris par la pompe P1, puis est refroidi dans les échangeurs
E1 et E2
avant d'être recyclé dans la colonne C2.
Le gaz évacué en tête de la colonne D1 par le conduit 11 est refroidi à -
26°C après
son passage dans l'échangeur E5. Le ballon B20 permet de séparer une phase
liquide contenant essentiellement du méthanol et de l'eau et une phase gazeuse
contenant essentiellement du dioxyde de carbone. La phase aqueuse est recyclée
dans la colonne C2 par le conduit 43. La phase gazeuse est évacuée par le
conduit 23.
Dans le procédé selon l'invention, il peut être avantageux, pour optimiser les
performances du procédé, d'effectuer l'étape (b) en mettant le gaz
successivement
en contact avec des fractions de mélanges de solvants de compositions
différentes. Si une fraction de mélange est envoyée en tête et une autre en un
point intermédiaire, il-est avantageux d'envoyer en tête une fraction du
mélange de
solvants relativement pauvre en méthanol et d'envoyer en un point
intermédiaire
une fraction du mélange de solvants relativement riche en méthanol.
Un exemple d'un tel mode de réalisation est décrit en relation avec le schéma
de la
figure 2.
La colonne C1 est opérée comme dans le cas de l'exemple décrit en relation
avec
la figure 1.
Le gaz chargé en méthanol arrive par le conduit 6 dans la colonne C2. II est
tout
d'abord mis en contact dans une première zone (partie inférieure) de la
colonne
C2 avec une fraction de mélange de solvants relativement riche en méthanol
introduite par le conduit 16 . La teneur en méthanol dans cette première
fraction de
mélange de solvants peut être comprise par exemple entre 20 et 70 % en
fraction
molaire.
2194083
lo
Le gaz est mis en contact ensuite dans une deuxième zone (partie supérieure)
de
la colonne C2 avec une fraction du mélange de solvants relativement pauvre en
méthanol introduit par le conduit 7. La teneur en méthanol dans cette deuxième
fraction du mélange de solvants peut être comprise par exemple entre 5 et 30
en fraction molaire. Cette teneur en méthanol doit être d'autant plus élevée
que la
teneur en méthanol dans le gaz sortant par le conduit 9 est élevée, c'est-à-
dire
d'autant plus élevée que la température à la sortie de l'échangeur E4 est
basse, ce
pour éviter la formation de glace et/ou d'hydrates.
Le mélange de solvants provenant de l'étape (b), c'est-à-dire dans le cas de
l'exemple décrit en relation avec la figure 2a sortant de la colonne C2 par le
conduit 8, est régénéré par détente puis par chauffage dans une colonne de
contact à contre-courant D1, la phase solvant prélevée en fond de ladite
colonne
formant la fraction du mélange de solvants relativement pauvre en méthanol qui
est injectée en tête de la colonne de contact utilisée au cours de l'étape
(b), c'est-
à-dire la colonne C2 dans le cas de l'exemple décrit en relation avec la
figure 2a.
Dans ce mode de réalisation, le mélange de solvants chargé en gaz acides
sortant
par le conduit 8 est d'abord détendu à un niveau de pression intermédiaire à
travers la vanne V1, en libérant une phase gazeuse qui contient au moins une
partie des hydrocarbures qui ont pu ëtre coabsorbés dans le mélange de
solvants.
Cette phase gazeuse peut être lavée par une fraction de mélange de solvants
relativement pauvre en méthanol, dont le débit est contrôlé par la vanne de
répartition V30 et qui est envoyée par le conduit 17 en tëte d'une section de
contact à contre-courant située dans (élément de colonne C10. Le gaz qui sort
en
tête de l'élément de colonne C10 est ainsi substantiellement débarrassé des
gaz
acides qu'il contenait et peut par exemple servir de fuel-gas ou encore être
recomprimé et mélangé avec le gaz traité.
Cette disposition ne se limite pas à (exemple de réalisation décrit en
relation avec
la figure 2.
Ainsi, même pour d'autres modes de réalisation, il est possible de faire subir
au
mélange de solvants provenant de l'étape (b) une première étape de détente à
' 2194083
11
une pression intermédiaire pour libérer au moins une partie des hydrocarbures
coabsorbés.
De même pour d'autres modes de réalisation, il est également possible de laver
la
fraction gazeuse provenant de la détente à une pression intermédiaire du
mélange
de solvants issu de l'étape (b), par une fraction du mélange de solvants
relativement pauvre en méthanol recueilli en fond de la colonne de
régénération
utilisée au cours de l'étape (c).
A la sortie de l'élément de colonne C10, le mélange de solvants est détendu à
nouveau jusqu'à une pression basse, par exemple une pression proche de la
pression atmosphérique, à travers la vanne de détente V20. Le mélange liquide-
vapeur ainsi obtenu est séparé dans le ballon séparateur B10. La phase vapeur
formée essentiellement de gaz acides et de méthane est évacuée par le conduit
18. La phase liquide ainsi obtenue est scindée en deux fractions. Une première
fraction, de préférence la plus importante en débit, est reprise par la pompe
P11 à
travers le conduit 20 et forme la majeure partie de la fraction de mélange de
solvants relativement riche en méthanol qui est envoyée par le conduit 16 en
un
point intermédiaire de la colonne C2.
Une deuxième fraction du mélange de solvants obtenu à la sortie du ballon
séparateur B10 est réchauffée dans l'échangeur E1, par échange de chaleur avec
le mélange de solvants provenant du fond de la colonne D1, puis envoyée dans
la
colonne de distillation D1. Un reflux vapeur est généré en fond de la colonne
D1
au moyen du rebouilleur R1 et un reflux liquide est généré en tête de la
colonne
D1 au moyen du condenseur E6.
La phase gazeuse résultant de la condensation partielle dans E6 et qui est
évacuée en tête par le conduit 19 est formée essentiellement de gaz acides et
de
méthanol.
Dans ce mode de réalisation, elle est mélangée avec la phase gazeuse évacuée
par le conduit 18 et le mélange gazeux ainsi obtenu est réfrigéré dans
l'échangeur
E5. Le mélange liquide-vapeur ainsi ôbtenu est séparé dans le ballon
séparateur
2194083
~ 12
B20. Un appoint de phase aqueuse alimente le ballon B20 â travers le conduit
42
et à travers la vanne de détente V40. La phase gazeuse formée essentiellement
des gaz acides séparés est évacuée par le conduit 23. La phase liquide riche
en
méthanol est reprise par la pompe P12 à travers le conduit 22 et, après
mélange
avec le fraction arrivant par le conduit 20, forme la fraction de mélange de
solvants
qui est envoyée en un point intermédiaire de la colonne C2.
La phase liquide qui est évacuée en fond de la colonne D1 est appauvrie en
méthanol. Dans la colonne D1 le strippage en fond de colonne est assuré par
une
vapeur riche en méthanol, ce qui permet d'assurer le rebouillage de la colonne
D1
à une température plus basse et en fournissant moins de chaleur qu'en
l'absence
de méthanol.
La phase liquide évacuée en fond de la colonne D1 est reprise par la pompe
P10. .
Elle est refroidie dans l'échangeur E1, d'où elle ressort par le conduit 21.
Elle est
alors divisée en deux fractions au moyen de la vanne de répartition V30. Une
première fraction, la plus importante en débit est refroidie dans l'échangeur
E2 par
de l'eau ou de l'air de refroidissement et envoyée en tête de la colonne C2
par le
conduit 7. Une deuxième fraction est envoyée par le conduit 17 en tête de
l'élément de colonne C10.
Différents autres agencements peuvent être utilisés sans sortir du cadre de
l'invention.
Lorsque le gaz à traiter contient une proportion importante de C02 et de
l'H2S, il
peut être souhaité d'obtenir des fractions distinctes de gaz acides,
respectivement
riches en C02 et en H2S.
Dans ce cas, il est possible d'opérer par exemple selon l'agencement de la
figure 3
sur laquelle figure uniquement une partie du dispositif. La fraction gazeuse
relativement riche en C02, qui est obtenue à l'issue de la détente du mélange
de
solvants à travers la vanne de détente V20 est envoyée dans l'élément de
colonne
C11, dans lequel est elle mise en contact avec une partie du mélange de
solvants
relativement pauvre en méthanol arrivant par le conduit 21, pour éliminer
2194083
~,."
' 13
sélectivement l'H2S présent dans le gaz. Le mélange de solvants arrivant par
le
conduit 21 est partagé en deux fractions par passage à travers la vanne de
répartition V40. Une première fraction est envoyée par le conduit 24 en tête
de
l'élément de colonne C11. Une deuxiëme fraction est envoyée par le conduit 25
vers la tête de la colonne C2. Le mélange de solvants recueilli en fond de
l'élément
de colonne C11 et arrivant par la pompe P11 et le conduit 20 est mélangé avec
la
fraction liquide arrivant par le conduit 22. Le mélange de solvants résultant
est
envoyé en un point intermédiaire de la colonne C2.
Dans ce cas, les fractions gazeuses évacuées par les conduits 18 et 19
constituant respectivement les fractions riches en C02 et en H2S, ne sont pas
mélangées et peuvent subir séparément un traitement complémentaire, par
exemple par~réfri~ération, pour éliminer au moins en partie le méthanol
entraîné
avec les gaz acides.
Une autre disposition qui peut être employée consiste, au lieu de réfrigérer
directement les gaz acides arrivant par le conduit 18, par le conduit 19 ou
après
mélange de ces deux fractions, à envoyer ces gaz acides dans un élément de
colonne de rectification selon l'exemple d'agencement de la figure 4.
Les gaz acides contenant du méthanol obtenus par mélange des fractions
gazeuses arrivant par les conduits 18 et 19 sont envoyés à l'élément de
colonne
C20. La fraction gazeuse en tête de l'élément de colonne C20 est réfrigérée
dans
l'échangeur E5. Le mélange liquide-vapeur ainsi obtenu est séparé dans le
ballon
de reflux BR. La phase gazeuse riche en gaz acides est évacuée par le conduit
23. La phase liquide est envoyée comme reflux en tête de l'élément de colonne
C20. En fond de l'élément de colonne C20, on obtient une phase liquide riche
en
méthanol qui est reprise par la pompe P12 et envoyée à travers le conduit 22.
II est également possible d'éliminer au moins en partie le méthanol entraîné
dans
les gaz acides en lavant ces gaz acides avec de l'eau provenant de l'étape
(a),
c'est-à-dire dans les exemples de réalisation décrits en relation avec les
figures 1
et 2, recueillie en fond de la colonne C1, la phase aqueuse contenant du
méthanol
X194083
14
ainsi obtenue étant renvoyée à l'étape (a), c'est-à-dire dans les exemples de
réalisation décrits en relation avec les figures 1 et 2 en tête de la colonne
C1.
Pour envoyer en un point intermédiaire de la colonne de contact C2 utilisée au
cours de l'étape (b) une fraction de mélange de solvants relativement riche en
méthanol mieux épurée en gaz acides, il est possible d'envoyer la totalité du
mélange de réfrigérants issu de l'étape (b) à la colonne de régénération D1
utilisée
au cours de l'étape (c) et de prélever en un point intermédiaire de la colonne
de
régénération D1 la fraction de mélange de solvants relativement riche en
méthanol, qui est envoyée en un point intermédiaire de la colonne de contact
C2
utilisée au cours de l'étape (b).
Un tel mode de réalisation est illustré par le schéma de la figure 5.
Le mélange de solvants chargé en gaz acides provenant du fond de l'élément de
colonne C10 représenté sur la figure 2 est partagé en trois fractions.
Une première fraction est détendue à travers la vanne V42 et envoyée en tête
de
la colonne D1.
Une deuxième fraction est détendue à travers la vanne V41, puis est réchauffée
dans l'échangeur E12 par échange de chaleur avec la fraction de mélange de
solvants relativement riche ne méthanol qui est prélevée en un point situé en
dessous du point d'alimentation et envoyée par la pompe P20 dans l'échangeur
E12 d'où elle ressort par le conduit 20, pour former au moins en partie la
fraction
de mélange de solvants qui est envoyée en un point intermédiaire de la colonne
C2.
La troisième fraction est détendue à travers la vanne V40, puis est réchauffée
dans l'échangeur E11 par échange de chaleur avec la fraction de mélange de
solvants relativement pauvre en méthanol qui est recueillie en fond de la
colonne
de régénération D1 et envoyée par la pompe P10 dans l'échangeur de chaleur
E11, d'où elle ressort par le conduit 21, pour former au moins en partie la
fraction
de mélange de solvants qui est envoyée en tête de la colonne C2.
X194083
Ce mode de réalisation du procédé est donc caractérisé en ce que la fraction
du
mélange de solvants relativement riche en méthanol qui est envoyée en un
point,
intermédiaire de la colonne de contact utilisée au cours de l'étape (b) est
prélevée
5 en un point intermédiaire de la colonne de régénération utilisée au cours de
l'étape
(c).
Dans les exemples de réalisation décrits en relation avec les figures 2 à 5,
on
opère avec deux fractions de mélange de solvants de compositions différentes
qui
10 sont envoyées à deux niveaux différents de la colonne C2.
Chacune de ces fractions peut être envoyée à plusieurs niveaux différents. De
même il est possible d'utiliser plus de deux fractions de compositions
différentes,
lesdites fractions étant prélevées en des points différents de la colonne de
15 régénération D1 utilisée au cours de l'ëtape (c) et envoyées en des points
différents de la colonne d'absorption C2 utilisée au cours de l'étape (b).
La ou les fractions de mélange de solvants provenant de la colonne de
régénération D1 sont refroidies jusqu'à une température voisine de la
température
à laquelle est réalisée l'étape (b) par échange thermique avec une ou des
fractions
du mélange de solvants issu de l'étape (b) et éventuellement par un échange
thermique complémentaire, avec un fluide de refroidissemenf tel que l'eau ou
l'air.
L'étape d'absorption (b) est réalisée dans la colonne C2 à une température par
exemple comprise entre +10 et +40 °C, mais il est également possible
pour réduire
le taux de solvant d'opérer cette étape à des températures plus basses, avec
un
mélange de solvants sélectionné pour ne pas devenir trop visqueux à ces
niveaux
de température.
La pression à laquelle est réalisée l'étape d'absorption dans la colonne C2
peut
être comprise entre quelques bars et plus de cent bars. Elle peut être par
exemple
proche de 70 bars.
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16
Au cours de l'ëtape (d~ Ie gaz naturel peut être réfrigéré jusqu'à une
température
comprise par exemple entre 0 et -100 °C, la teneur en méthanol dans la
fraction de
mélange de solvants envoyée en tête de la colonne dE; contact utilisée au
cours de
l'étape (b) étant ajustée de manière à obtenir dans IE; gaz issu de l'étape
(b) une
teneur en méthanol permettant d'éviter la formation d'hydrates à la
température la
plus basse obtenue au cours de l'étape (c).
Lorsque Ie gaz contient des hydrocarbures condensables, la réfrigëration
réalisée
au cours de l'étape (c) permet de dégazoliner ce gaz et d'ajuster le point de
rosée
hydrocarbures à (a valeur requise pour le transport du gaz.
Cette réfrigération peut permettre également de fractionner ce gaz en sëparant
par
exemple les GPL.:présents dans 1e gaz. II est possible dans ce cas d'utiliser
tous
les dispositifs connus de l'homme de l'art, tels que par exemple des colonnes
de
distillation ou des échangeurs de chaleur opérant avec un reflux liquide.
La régénëration du mélange de solvants provenant de l'étape (b) peut être
réalisée
après dëtente au moins en partie dans un dispositif opérant en fractionnement
et
en échange thermique simultané.
Une telle disposition est illustrée par l'exemple de réalisation représenté
sur le
schéma de la figure 6.
Le mélange de solvants issu de i°étape d'absoption (b) étant détendu
jusqu'à la
pression basse à laquelle est effectuée l'étape de régénération (c), un
mélange
liquide-vapeur est obtenu qui est séparé dans le ballon séparateur 810. Une
fraction liquide de mélange de solvants partiellement régénéré est prélevée
par la
pompe P11 pour alimenter la colonne d'absorption dans laquelle est effectuée
en
l'étape (b), en un point intermédiaire. La fraction restante est envoyée dans
ie
dispositif EC1 dans lequel elle est mise en contact avec un reflux gazeux tout
en
échangeant de la chaleur avec la fraction liquide du mélange de solvants
sortant
de l'échangeur EC1 et envoyée par la pompe P13 dans l'échangeur E10 dans
lequel elle est chauffée par un fluide extérieur.
219408
17
Le dispositif EC1 peut être par exempte un échangeur de chaleur placé
verticalement et opérant à contre-courant. Le mélange de solvants arrivant du
ballon séparateur B10 est envoyé en tête de cet échangeur. II est chauffé
progressivement en descendant dans l'échangeur, ce qui provoque la formation
d'une phase gazeuse contenant essentiellement des gaz acides et du méthanol
qui est évacuée en tête par le conduit 19, en circulant dans l'échangeur EC1 à
contre-courant de la phase liquide constituée par le mélange de solvants.
Le mélange de solvants sort ainsi épuré en fond de l'échangeur EC1. II est
repris
par la pompe P13, chauffé dans l'échangeur E10 et refroidi en passant dans
l'échangeur EC1 dans lequel il chauffe le mélange qui descend. A la sortie de
l'échangeur EC1, le mélange de solvants épuré est envoyé par le conduit 21 en
tête de la colonne=d'absorption C2 utilisée au cours de l'étape (b).
L'échangeur EC1 peut être par exemple à tubes et calandre ou encore à plaques,
soit en aluminium brasé soit en acier inoxydable.
L'étape de régénération peut être réalisée dans deux ou plusieurs colonnes
opérant dans des conditions de pression et de température différentes. II est
ainsi
possible par exemple d'obtenir des fractions de gaz acides de compositions
différentes, par exemple une fraction concentrée en C02 et une fraction
concentrée en H2S.
Comme cela a déjà été indiqué, il est nécessaire dans ce cas d'utiliser comme
solvant lourd un solvant sélectif pour l'H2S. On sépare alors, au fours d'une
première opération de régénération le CO2 contenu dans le mélange de solvants.
Comme cela a déjà été indiqué, si les gaz acides obtenus au cours de cette
première opération de régénération contiennent de l'H2S, celui-ci peut être
éliminé
par lavage à contre-courant avec une fraction du mélange de solvants. L'H2S
est
alors séparé du mélange de solvants au cours d'une deuxième opération de
régénération.
.. ' 219408
l
Chacune de ces opérations de régénération peut être réalisée dans une ou
plusieurs sections de distillation dont certaines peuvent être effectuées avec
un
échange de chaleur simultané.
L'étape de régénération (c) comprend ainsi au moins deux opérations de
régénération successives, une fraction gazeuse riche en C02 étant obtenue à
l'issue de la première opération et une fraction gazeuse riche en H2S étant
obtenue à l'issue de la deuxième opération.
Comme cela a été indiqué le procédé permet également de séparer des impuretés
telles que les mercaptans, COS et CS2 qui peuvent être par exempte éliminées
avec la fraction gazeuse riche en H2S.
