Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02293187 1999-12-21
PROCÉDÉ ET SYSTEME DE FRACTIONNEMENT
D'UN GAZ A HAUTE PRESSION
La présente invention concerne un procédé de fractionnement d'un gaz à haute
pression, au cours duquel au moins une partie du gaz est détendue pour servir
d'agent de
réfrigération, la détente étant réalisée avant l'opération de fractionnement
et de purification,
cette dernière étant réalisée dans un dispositif permettant d'effectuer
simultanément une
distillation et un échange de chaleur. Ce dispositif est par exemple un
échangeur
déphlegmateur.
L'art antérieur décrit différents procédés et installation industrielles pour
extraire de
manière sélective le propane et les composés plus lourds que le propane, ou
encore l'éthane
et les composés plus lourds que l'éthane.
Dans la plupart des cas, le gaz à traiter est partiellement condensé, soit par
réfrigération externe à basse température, soit à l'aide d'une turbine de
détente, avant d'être
séparé dans un ballon séparateur. Les phases liquide et vapeur récupérées sont
ensuite
envoyées dans une colonne de distillation classique à différents niveaux. On
récupère au
fond de cette colonne sous forme liquide les composés lourds que l'on souhaite
récupérer, et
le gaz purifié comme distillat vapeur. Le condenseur de la colonne doit faire
appel à une
réfrigération externe très basse température.
Des schémas plus élaborés utilisant un déphlegmateûr ont été décrits. Par
exemple,
le schéma Extrapack (commercialisé par NAT et IFP) remplace la tête de la
colonne de
distillation par un échangeur déphlegmateur. Dans ce schéma, l'utilisation
d'une réfrigération
extérieure subsiste.
Le brevet U.S. 4,921,514 décrit un schéma très élaboré faisant appel à la fois
à un
déphiegmateur et à une colonne de distillation, le condenseur utilisant un
cycle de
réfrigération extérieur.
Le brevet U.S. 4,519,825 décrit un schéma avec déphlegmateur. Le gaz provenant
du séparateur est envoyé directement dans la passe à reflux à haute pression
du
déphlegmateur, et le froid dans l'échangeur à reflux est produit par le gaz
purifié qui a été
CA 02293187 2007-03-09
2
détendu à travers une turbine de détente après passage dans l'échangeur. Ce
schéma
s'applique bien pour traiter des gaz qui sont à une pression inférieure à 4
MPa à l'entrée.
Le procédé selon l'invention consiste à proposer un nouveau schéma de procédé
et
de dispositif où l'opération de détente sur la fraction gazeuse servant comme
agent de
réfrigération est réalisée avant l'étape de fractionnement et de purification.
L'étape de
fractionnement et de purification ou séparation est réalisée par exemple dans
un échangeur
déphlegmateur.
Par l'expression échangeur déphlegmateur , on sous entend pour la présente
description, tous les dispositifs qui sont adaptés pour réaliser simultanément
une opération
d'échange de chaleur et une distillation (partie rectification).
De même, sous l'expression échangeur stripper , on désigne un dispositif
permettant de réaliser simultanément des échanges de chaleur et une
distillation (partie
épuisement).
De même lorsque l'on parle de haute pression, on considère un gaz ayant une
pression au moins égale à 5 MPa.
L'invention concerne un procédé permettant de fractionner un gaz comportant
des
constituants dits lourds et des constituants dits légers, le gaz étant à une
température To
initialement et à une pression Po.
II est caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison au moins les étapes
suivantes :
a - on refroidit le gaz de To à une température T,,
b - on sépare la phase gazeuse G, de la phase liquide L, obtenue au cours de
l'étape
de refroidissement a),
c - on envoie au moins une partie de la phase gazeuse G1 issue de
l'étape de séparation b) dans une turbine de détente (X1) de manière à obtenir
une phase mixte M2 à une température T2 et une pression P2,
d -on envoie la phase mixte M2 à une étape d'échange de chaleur
(étape g) dans laquelle elle joue le rôle d'agent de réfrigération, et à
l'issue de
laquelle elle est réchauffée,
CA 02293187 2007-06-11
2a
e - on envoie la phase liquide Ll à une étape de détente (V), puis on
envoie la phase liquide détendue à une étape de stabilisation afin d'obtenir
des
condensats stabilisés et une phase gazeuse G3 à fractionner,
CA 02293187 1999-12-21
3
f - on envoie la phase mixte réchauffée et la phase liquide détendue à une
étape de
séparation pour obtenir une phase gazeuse et une phase liquide,
g - on fractionne la phase gazeuse par distillation réalisée à l'aide d'un
échange de
chaleur continue avec la phase mixte MZ et, on extrait d'une part les
constituants dits légers
sous forme de gaz et les constituants lourds sous forme de condensats, l'étape
de
fractionnement étant réalisée après l'étape de détente de la phase mixte M2.
On peut envoyer la phase liquide détendue à une étape de stabilisation afin
d'obtenir
des condensats stabilisés et une phase gazeuse G3 à fractionner, envoyée à
l'étape de
séparation f).
On utilise par exemple au moins une partie du gaz épuré issu de l'étape de
fractionnement g) comme agent de réfrigération supplémentaire pour cette même
étape.
On peut utiliser au moins une partie du gaz épuré pour refroidir le gaz au
cours de
l'étape a) de réfrigération.
On refroidit par exemple l'étape a) de manière à obtenir une température
inférieure à
-15 C.
On peut réaliser l'étape de détente c) pour obtenir un gaz à une pression
inférieure à
2 MPa.
Il peut comporter par exemple une étape de déshydratation avant l'étape de
réfrigération a).
Il comporte par exemple une étape où ledit gaz épuré est envoyé à une étape de
compression, on dérive au moins une fraction de gaz GR, épuré et comprimé, on
envoie ladite
fraction à une étape de réfrigération et de détente à l'issue de laquelle on
obtient une phase
mixte, on sépare la phase liquide de la phase gazeuse, et on utilise la phase
liquide en
supplément de reflux au niveau de l'étape de distillation,.
La fraction de gaz est par exemple refroidie et liquéfiée à une température
inférieure
à -100 C.
L'invention concerne aussi le système pour réaliser le fractionnement d'un gaz
comprenant des constituants dits légers et des constituants dits lourds,
comportant en
combinaison :
CA 02293187 2007-03-09
4
= des moyens de réfrigération du gaz, et un dispositif de séparation
(E1, E2, 5; 40, 41, 42), en sortie desquels on obtient une phase
gazeuse (G1) et une phase liquide (L1),
= une turbine de détente (X1) de ladite phase gazeuse (G1), en
sortie desquels on obtient une phase mixte M2 à une température
T2, ladite turbine étant reliée par un conduit (12) à un dispositif
(D1, P1, P2) permettant d'effectuer un échange de chaleur et une
distillation, ladite phase mixte circulant à travers une passe (P1),
= des moyens (B1) de séparation de la phase mixte après passage
dans le dispositif d'échange de chaleur et de distillation,
= des moyens (V) de détente de la phase liquide (L1), lesdits
moyens de détente étant reliés à des moyens de stabilisation (9)
afin d'obtenir des condensats stabilités et une phase gazeuse G3,
= les moyens de stabilisation (9) étant reliés à des moyens de
séparation (B1), afin d'obtenir la phase gazeuse G3 mélangée
avec la phase gazeuse issue de la séparation de la phase mixte,
l'ensemble des phases gazeuses circulant à travers la passe de
reflux P2, la circulation des phases gazeuses dans les passes P1
et P2 étant effectuée à contre-courant,
= un conduit d'évacuation (14) des phases liquides obtenues par
séparation dans B1, et
= au moins un conduit (17) d'évacuation des constituants les plus
légers se présentant sous forme gazeuse et obtenus par échange
de chaleur et distillation dans le dispositif D1.
Le dispositif est par exemple adapté à réaliser un échange de chaleur et une
distillation comporte une troisième passe (P, ) adaptée au passage d'une
partie au moins du
gaz extrait par le conduit.
Le dispositif peut être adapté à réaliser un échange de chaleur et une
distillation est
un échangeur déphlegmateur (D,) comportant au moins deux passes dont une passe
à reflux
dans laquelle est opérée le fractionnement.
CA 02293187 2007-03-09
4a
Il comporte par exemple des moyens de stabilisation disposés après la vanne de
détente.
Les moyens de stabilisation et les moyens de réfrigération du gaz sont par
exemple
intégrés dans un même dispositif.
Les moyens de réfrigération et les moyens de séparation du gaz à fractionner
sont
par exemple un échangeur stripper.
Le système comporte par exemple des moyens (C,) de compression du gaz épuré,
un conduit (50) de dérivation d'au moins une fraction du gaz épuré, des moyens
(ES) de
CA 02293187 1999-12-21
réfrigération et de détente (VZ) de ladite fraction et des moyens (BZ) de
séparation associés
au dispositif de fractionnement (D,) de manière à obtenir une phase liquide à
une
température suffisamment basse utilisée comme reflux supplémentaire dans la
passe à reflux
P2.
5 Le procédé et le système selon l'invention s'applique notamment au
fractionnement
d'un gaz comportant essentiellement du méthane et des hydrocarbures à un ou
plusieurs
atomes de carbone.
L'invention sera mieux comprise au vu des figures suivantes illustrant de
manière
simplifiée et non limitative plusieurs modes de réalisation du procédé, parmi
lesquelles :
= la figure 1 schématise le principe du procédé selon l'invention,
= la figure 2 représente une variante du procédé intégrant une étape de
séchage du
gaz traité,
= la figure 3 montre un schéma comportant un échangeur stripper, et
= la figure 4 schématise une variante du procédé intégrant une étape de
dééthanisation.
Le principe du procédé selon l'invention est donné en relation avec la figure
1 à titre
illustratif et nullement limitatif pour un gaz naturel que l'on souhaite
fractionner, en
méthane/éthane d'une part et propane et hydrocarbures plus lourds d'autre
part.
Ce gaz naturel est envoyé à haute pression Po et à une température To par le
conduit
1 dans un échangeur de chaleur E,. A l'intérieur de E,, il est refroidi par un
échange de
chaleur avec de l'eau de refroidissement circulant dans la ligne 2 ou de l'eau
de mer, ou
encore de l'air. Le gaz refroidi envoyé par le conduit 3 est ensuite refroidi
dans un deuxième
échangeur de chaleur Ez jusqu'à une température T,. L'échange de chaleur
s'effectue par
exemple en utilisant au moins une partie du gaz épuré issu du procédé de
fractionnement et
de purification selon l'invention, circulant à travers la ligne 18.
La phase mixte refroidie comportant une phase gazeuse et des condensats issu
de
l'échangeur E2 est introduite par un conduit 4 dans un dispositif de
séparation, par exemple
CA 02293187 1999-12-21
6
un ballon séparateur 5. A l'intérieur de ce ballon séparateur les condensats
sont séparés et
on extrait, en tête de ballon par un conduit 6 une phase gazeuse G, , et en
fond de ballon par
un conduit 7 les condensats séparés ou L,.
La phase gazeuse G, est envoyée vers un dispositif de détente, tel une turbine
d'expansion X,, de façon à obtenir une phase mixte M2 essentiellement gazeuse
et refroidie
par la détente et à une température TZ. Cette phase mixte MZ refroidie est
utilisée comme
agent de réfrigération au cours de l'étape de fractionnement et purification
réalisée dans
l'échangeur déphlegmateur décrite ci-après.
La phase liquide L, composée des C3+ condensés et d'une partie des C, et C2 ,
est
détendue par exemple à travers une vanne de détente V. Le fluide diphasique M,
résultant de
cette détente est par exemple envoyé par un conduit 8 dans une colonne de
stabilisation 9.
En tête de colonne de stabilisation 9 on évacue par un conduit 10 une phase
gazeuse G3 et
en fond par un conduit 11 les condensats L, stabilisés.
La colonne de stabilisation est par exemple rebouillie à l'aide d'un échangeur
E3 à
huile chaude. Le mélange C3+ en fond de colonne ne contient plus qu'une petite
quantité de
produits légers (C,, CZ).
Le système de fractionnement et purification selon l'invention comporte un
ensemble
comprenant au moins un déphlegmateur D, associé à un ballon de séparation B,.
Le
déphlegmateur D, est par exemple un échangeur à plaques connu de l'Homme du
métier qui
comporte des passages dont la taille et la géométrie sont adaptés à la
circulation des phases
liquide ou gazeuses, ces passages seront dénommés passe dans le cadre de
cette
application. Le déphlegmateur D, comporte au moins deux passes P,, P2, l'une
étant adaptée
à la circulation d'un fluide, par exemple la phase mixte M2 essentiellement
gazeuse issue de
la turbine de détente X, et jouant le rôle d'agent de réfrigération, et une
passe P2 ou passe à
reflux où le gaz à fractionner circule de bas en haut. Du fait du
refroidissement par la phase
mixte MZ, il se produit une condensation à l'intérieur de la passe à reflux
Pz, le liquide
condensé en redescendant provoquant un effet de distillation. L'échangeur
déphlegmateur
peut comporter aussi une troisième passe P, et éventuellement d'autres passes.
La phase mixte M2 issue de la turbine X, est envoyée par un conduit 12 dans la
première passe P, du déphiegmateur où elle circule de manière descendante
selon un
CA 02293187 1999-12-21
7
chemin schématisé en pointillé sur la figure. Après avoir remplie sa fonction
d'agent de
réfrigération, cette phase mixte réchauffée à une température T, par rapport à
sa température
d'entrée TZ et appauvrie en liquide, est extraite par un conduit 13 pour être
réintroduite dans
le ballon séparateur B, du déphlegmateur.
Cette phase mixte est mélangée avec la phase gazeuse G3 extraite de la colonne
de
stabilisation 9 et introduite par le conduit 10. A l'intérieur du ballon
séparateur B, les phases
gazeuses et liquide se séparent.
Les condensats (ou phase liquide) séparés dans le ballon B, sont extraits par
un
conduit 14 et repris par une pompe 15 pour être envoyée par un conduit 16 et
mélangés avec
le mélange diphasique M3 issu de la vanne de détente V. Ces condensats
comportent une
partie du liquide du mélange qui a été séparé ainsi que le liquide condensé
dans la passe à
reflux.
La phase gazeuse obtenue par séparation dans le ballon se trouve au point de
rosée.
Elle circule de manière ascendante dans la passe à reflux P2 en se
refroidissant au fur et à
mesure. A l'intérieur de cette passe Pz le liquide condensé par l'échange de
chaleur avec la
phase mixte M2 circulant de manière descendante dans la passe P,, circule de
manière
descendante et provoque un effet de distillation. On obtient ainsi un gaz
épuré qui est évacué
par un conduit 17 en tête de l'échangeur déphlegmateur D,. Le gaz épuré est à
une
température T, voisine de Tz (température que possède la phase mixte M2 en
sortie de
turbine). Ce gaz épuré a dans la plupart des cas perdu entre 90 et 99 % du
propane présent
dans la charge introduite par le conduit 1.
Le gaz G, épuré extrait par le conduit 17 est par exemple réintroduit dans une
troisième passe P, du déphlegmateur D pour être utilisé comme deuxième source
de froid. Il
circule de façon descendante dans P3, à co-courant de la circulation de la
phase mixte M2 et à
contre courant du sens de circulation de la phase gazeuse séparée dans le
ballon du
déphlegmateur. En sortie de cette troisième passe P3, on a un flux de gaz GS
épuré et
réchauffé (TS ) qui est par exemple recyclé par un conduit 18 vers l'échangeur
de chaleur E2.
Le gaz après avoir été utilisé comme agent de refroidissement et donc
réchauffé dans
l'échangeur de chaleur EZ est envoyé vers un compresseur C, avant d'être
exporté par une
ligne 19. Le compresseur C, est par exemple actionné par la turbine
d'expansion X,.
CA 02293187 1999-12-21
8
En comparaison avec les procédés de l'art antérieur, le procédé selon
l'invention
permet de réaliser la séparation souhaitée ou fractionnement du gaz traité, en
utilisant un
minimum d'équipements et sans nécessiter de cycle frigorifique extérieur. Il
offre ainsi une
économie importante sur l'investissement nécessaire, jusqu'à plus de 30 % dans
certains cas,
et permet également de réduire l'encombrement. Il est facilement utilisable
pour des
applications sur des plate-formes en mer.
L'exemple donné ci-après illustre les différents avantages obtenus par la mise
en
ceuvre du procédé selon l'invention.
Le gaz naturel est envoyé à une température de 80 C et une pression de 7,5 MPa
à
l'échangeur E,. Son débit est de 100 000 Nm3/h.
Sa composition donnée en pour cent volume est la suivante
méthane 83, 95 %
C02 0,4%
éthane 9,35 %
propane 3,14%
butane 1,83 %
hydrocarbures (C5+) 1,33%.
Le gaz est refroidi dans l'échangeur E, avec de l'eau de refroidissement
jusqu'à une
température de 35 C.
Il est ensuite refroidi dans l'échangeur EZ par échange de chaleur avec le gaz
épuré
(GS) issu de l'échangeur déphiegmateur D, , jusqu'à une température de - 18,5
C. Au cours
de ce refroidissement, il se produit une condensation partielle. La séparation
des phases
liquides et vapeur résultant de cette condensation est réalisée dans le ballon
séparateur 5.
La phase gazeuse ou gaz dégazoliné issu du ballon de séparation 5, est envoyé
vers
la turbine de détente X, . En sortie de ballon le gaz dégazoliné possède une
pression de 7,42
MPa et une température de -18,5 C. Après passage dans la turbine, sa pression
est égale à
1,5 MPa et une température de - 82 C. Au cours de cette détente une
condensation partielle
CA 02293187 1999-12-21
9
s'est produite, conduisant à un mélange Mz de gaz et de condensats. Le gaz et
les
condensats en mélange sont envoyés dans la première passe P, du déphlegmateur
pour
servir de réfrigérant. A la sortie de cette première passe, le mélange
réchauffé et extrait par le
conduit 13 est introduit dans le ballon B, de séparation du déphlegmateur dans
lequel la
phase gazeuse et les condensats sont séparés. Les condensats ou phase liquide
sont
extraits par le conduit 14 et la pompe 15. La phase gazeuse séparée dans le
ballon B, circule
avec la phase gazeuse issue de l'étape de stabilisation de manière ascendante
dans la
deuxième passe Pz du déphlegmateur D,.
La phase liquide extraite par le conduit 7 est détendue à travers la vanne de
détente
V à une pression de 1,5 MPa avant d'être introduite dans la colonne de
stabilisation 9. La
phase vapeur G3 extraite en tête de la colonne de stabilisation est envoyée
dans le ballon
séparateur du déphlegmateur. Elle se trouve à une température de -24 C et
fournit la source
de chaleur nécessaire pour réaliser la distillation dans la deuxième passe du
déphlegmateur.
L'ensemble des phases gazeuses issues de la séparation réalisée dans le ballon
séparateur B, est au point de rosée à l'entrée de la passe P2 où est réalisée
la distillation. A
l'issue de cette distillation, un flux de gaz G, est extrait par le conduit
17. Ce gaz Gy est épuré
de la plus grande partie de son propane et se trouve à une température de -
79,7 C.
Le flux de gaz GQ est éventuellement envoyé dans la troisième passe P3 du
déphlegmateur et sert de source secondaire de froid. Ce flux de gaz GS à une
température de
- 71 C est envoyé par le conduit pour servir d'agent de réfrigération dans
l'échangeur E2.
Après échange de chaleur, le gaz épuré et réchauffé jusqu'à une température de
32,5 C est
envoyé au compresseur C, actionné par la turbine de détente. Le gaz épuré en
sortie de C,
est à une pression de 2,26 MPa et à une température de 77 C.
La colonne de stabilisation est rebouillie à l'aide de l'échangeur E3 soit par
de la
vapeur basse pression, soit par de l'huile chaude. La température du fond de
colonne est de
68 C. Le liquide de fond de colonne contient 97,6 % de propane de la charge
et la totalité
des butanes et des hydrocarbures les plus lourds. Une petite quantité d'éthane
est présente
limitée de manière à ce que les C3, C, qui pourront être distillés à partir du
liquide évacués du
fond de la colonne de distillation par le conduit 11 aient une tension de
vapeur conforme aux
spécifications commerciales.
CA 02293187 1999-12-21
Composition du liquide à l'export (conduit 11) exprimée en pour-cent poids
Ethane 0,93%
Propane 37,39 %
5 Butanes 29,4%
Pentanes et Hydrocarbures plus lourds 32,28 %.
Composition du gaz exporté en pour-cent volume (conduit 19)
C02 0,42 %
10 Méthane 89,62 %
Ethane 9,88 %
Propane 0,008 %
La figure 2 décrit une variante de réalisation comportant une étape de
déshydratation
d'un gaz naturel humide qui n'a pas été soumis à un traitement de séchage
préalable comme
dans l'exemple donné à la figure 1.
Les éléments et dispositifs du système identiques à la figure 1 possèdent les
mêmes
références.
Une phase liquide contenant de l'eau et du méthanol est utilisée pour réaliser
la
déshydratation du gaz naturel.
Par rapport à l'agencement décrit à la figure 1, l'exemple donné à la figure 2
comprend une colonne S permettant de déshydrater le gaz et de régénérer l'eau
de lavage
utilisée dans une colonne de lavage L du liquide de gaz naturel en abrégé LGN
(ou
condensats).
La colonne S comporte deux parties, par exemple une partie supérieure S, dans
laquelle on élimine une partie de l'eau contenue dans le gaz naturel et une
partie inférieure S2
adaptée à régénérer l'eau de lavage utilisée pour laver les LGN.
Une partie du gaz arrivant par le conduit 1 est envoyée par un conduit 20a
dans la
partie supérieure S, de la colonne S. En tête de la partie supérieure S, on
injecte par un
conduit 21 une phase liquide contenant du solvant par exemple du méthanol
utilisée pour
CA 02293187 1999-12-21
11
déshydrater déshydrater le gaz ou diminuer la quantité d'eau contenue dans le
gaz. On
extrait en tête de colonne S, un gaz appauvri en eau et enrichi en méthanol
par un conduit 22
et par un conduit 23 situé en milieu de colonne (en bas de la partie
inférieure S,) une eau très
appauvrie en méthanol.
Une autre partie du gaz est introduite par un conduit 20b dans la partie
inférieure S2
de la colonne pour régénérer l'eau de lavage issue de la colonne L de lavage
des LGN
décrite ci-après. L'eau de lavage est introduite dans le haut de la partie
inférieure SZ par un
conduit 24 provenant de la colonne de lavage L. Du gaz enrichi en méthanol est
extrait dans
le haut de la partie SZ de la colonne par un conduit 22b et de l'eau de lavage
appauvrie en
méthanol est extraite en fond de colonne S par un conduit 25 pour être envoyée
à la colonne
de lavage des LGN.
Dans la partie inférieure SZ de la colonne, on réalise ainsi le strippage de
l'eau de
lavage utilisée pour le lavage des LGN dans la colonne de lavage L.
La colonne de lavage L permet de laver le liquide de gaz naturel, du méthanol
qu'il
contient pour éviter des pertes en méthanol. Le liquide de gaz naturel
(condensats) concerné
provient de la colonne de stabilisation 9 par le conduit 11. Ce flux passe à
travers un
échangeur de chaleur E, disposé après l'échangeur de chaleur E3 avant d'être
introduit dans
la partie inférieure de la colonne de lavage L par un conduit 26. A
l'intérieur de la colonne de
lavage L, les LGN sont lavés en utilisant l'eau appauvrie en méthanol
introduite par le conduit
25 en tête de colonne. On récupère par un conduit 27 en tête de colonne L le
LGN
débarrassé du méthanol, et en fond de colonne l'eau de lavage chargée en
méthanol qui est
envoyée par le conduit 24 et une pompe 28 pour être strippée dans la partie
inférieure de la
colonne S.
Le gaz appauvri en eau et enrichi en méthanol provenant des conduits 22 et 22b
est
refroidi selon un schéma identique à celui de la figure 1 à travers les deux
échangeurs de
chaleur E, et E2 , puis envoyé à une étape de séparation qui est réalisée dans
un ballon
séparateur 5' pourvu d'une botte 30 permettant de récupérer l'eau et le
méthanol.
CA 02293187 1999-12-21
12
L'eau et le méthanol séparés et extraits du ballon 5' sont envoyés par une
pompe 31
vers le conduit 21 en tête de la colonne S de strippage pour réaliser le
séchage du gaz
introduit en bas de colonne.
Les condensats séparés sont envoyés vers la colonne de stabilisation selon un
schéma identique à celui de la figure 1.
Le gaz séparé dans le ballon séparateur 5' et extrait par le conduit 6 est
détendu à
travers la turbine de détente Xl. Le mélange détendu comporte encore des
traces d'eau et de
méthanol.
Par refroidissement, une phase eau-méthanol va décanter dans le ballon
séparateur
B', du déphlegmateur. Ce ballon est pourvu d'une botte 32 permettant de
récupérer cette
phase eau-méthanol pour être envoyée par une pompe 33 et un conduit 34 vers le
conduit 21
d'introduction de la phase eau-méthanol dans la colonne S.
Dans la colonne de stabilisation il reste du méthanol dans les hydrocarbures
liquides
en fond de stabilisation récupérés dans la colonne L.
Un appoint de méthanol est injecté par exemple avant l'échangeur E, par un
conduit
35.
Un tel mode de réalisation s'applique avantageusement dans un schéma de
procédé
tel que celui décrit dans le brevet US 4.775.395 dont l'enseignement est
incorporé par
référence.
La figure 3 représente un autre exemple de schéma de réalisation dans lequel
on a
remplacé les deux échangeurs de chaleur E, et E2, ainsi que la colonne de
stabilisation 9 de
la figure 1 par un échangeur stripper 40. L'échangeur stripper a pour fonction
notamment de
refroidir le gaz naturel et de stabiliser les condensats.
Cette variante de réalisation permet de s'affranchir de l'utilisation de
source
extérieure pour produire le froid.
L'échangeur stripper 40 comporte une partie 41 destinée à stripper le liquide
et un
ballon séparateur 42 pour séparer la phase gazeuse des condensats.
Le gaz est introduit par le conduit 1 dans la partie inférieure 41. II circule
dans une
passe P, dans lequel il est refroidi avant d'être évacué par un conduit 43
pour être envoyé
CA 02293187 1999-12-21
13
vers le ballon séparateur 5. Sa température en sortie est sensiblement
identique à celle qu'il
possède après les échangeurs de chaleur E, et EZ donnés dans le schéma de la
figure 1.
Le gaz épuré après passage dans le déphlegmateur D, est introduit par le
conduit 44
dans la partie inférieure 41 de l'échangeur striper 40. Il circule de manière
descendante dans
une passe P6. Au cours de sa circulation il est réchauffé en échangeant ses
calories
essentiellement avec le gaz chaud ascendant circulant dans la passe P,. II est
ainsi utilisé
principalement comme agent de refroidissement du gaz à fractionner. Il ressort
de ce stripper
par un conduit 45 avant d'être envoyé au compresseur C, puis exporté par le
conduit 19.
Dans le ballon séparateur 42 de l'échangeur strippeur 40, on introduit par un
conduit
46 les condensats détendus par passage dans la vanne de détente V ainsi que le
liquide issu
du ballon B, et la pompe 15. A l'intérieur de ce ballon 42, la phase gazeuse
est séparée et
extraite par un conduit 47 similaire au conduit 10 de la figure 1 pour être
envoyée vers le
déphlegmateur. Cette phase gazeuse correspondant au flux référencé G3
précédemment
(figure 1) est fractionnée selon un schéma identique à celui décrit à la
figure 1.
Les condensats non stabilisés au point de bulle et qui ont été séparés dans le
ballon
séparateur 5 sont détendus à travers V, mélangés avec les condensats issus de
B, avant
d'être introduits dans la ballon 42 par le conduit 46. L'ensemble de ces
condensats est alors
séparé en une phase liquide et une phase vapeur. La phase liquide circule dans
la partie
inférieure de l'échangeur stripper dans une passe de strippage P5. A
l'intérieur de cette passe
et du fait des échanges de chaleur avec essentiellement le flux de gaz
circulant dans la passe
Põ il se produit une vaporisation. La phase vapeur remonte le long de la passe
PS en donnant
un effet de distillation alors que la phase liquide descend avant d'être
évacuée par un conduit
48 semblable au conduit 11 de la figure 1.
La figure 4 schématise une autre variante du procédé permettant d'augmenter la
pureté et en particulier de séparer l'éthane.
L'agencement des différents éléments diffèrent de ceux de la figure 1 en
particulier par les éléments suivants :
* le déphlegmateur D, est équipé d'un ballon B3 disposé dans sa partie
supérieure,
* l'échangeur EZ est remplacé par un échangeur ES de type échangeur à plaques,
CA 02293187 1999-12-21
14
* l'existence de moyens de dérivation 50 d'une partie du gaz épuré et des
moyens de
refroidissement E. de cette partie ou fraction de gaz comprimé dérivée.
Une fraction GR, du gaz issue du compresseur C, est envoyée par un conduit 50
vers
un premier échangeur E6 à eau ou eau de mer ou air. Cette fraction de gaz
refroidie est
ensuite envoyée par un conduit 51 dans un échangeur ES dans lequel elle est
refroidie en
utilisant le gaz froid purifié et extrait par le conduit 17 du déphlegmateur
circulant à contre-
courant dans l'échangeur de chaleur E5. Cette fraction GR, est ensuite
liquéfiée en circulant de
manière ascendante dans une quatrième passe P, du déphlegmateur, extraite par
un conduit
54 pourvu d'une vanne V 2 de détente. A l'issue de cette vanne de détente on
obtient une
phase mixte M. comportant une phase liquide et une phase gazeuse à très basse
température. Cette phase mixte MR est introduite dans le ballon séparateur B3
pour être
séparée en une phase gazeuse et une phase liquide LR . La phase gazeuse
séparée est
mélangée avec le gaz issu de la passe à reflux PZ, le mélange des deux étant
extrait par le
conduit 17.
La phase liquide LR sert de reflux supplémentaire qui circule dans la passe à
reflux PZ.
Elle permet d'augmenter sensiblement la pureté du gaz purifié, en entraînant
au moins la
fraction des C2+.
La température atteinte peut être très basse de l'ordre de - 100 C, de manière
à
éliminer les dernières traces d'éthane.
Dans tous les exemples de réalisation donnés précédemment, l'échangeur
déphiegmateur peut être de type échangeur à plaques en aluminium brasé
comprenant une
passe dans laquelle le gaz circule de bas en haut et où la vitesse est telle
que le liquide
condensé puisse redescendre en provoquant un effet de distillation.
Il peut être avantageusement inséré par une bride dans le ballon de
séparation, de
manière à éviter des tuyauteries entre le ballon et l'échangeur, et un
dispositif de distribution
sur l'échangeur, connu de l'Homme du métier.
