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PROCÉDÉ D'EXTRACTION DE L'HYDROGENE SULFURÉ CONTENU DANS UN GAZ
HYDROCARBONÉ
La présente invention concerne le domaine de la désacidification d'un
gaz hydrocarboné, par exemple un gaz naturel.
Il est connu d'utiliser des solvants liquides régénérables
thermiquement pour extraire l'hydrogène sulfuré contenu dans un gaz, en
particulier dans un gaz naturel. Parmi les solvants les plus couramment
utilisés on peut citer les solutions aqueuses d'amines, et certains solvants
physiques tels que le sulfolane, le méthanol, la N-formyl morpholine, l'acétyl
morpholine, le carbonate de propylène. Si de nombreux solvants susceptibles
d'extraire 1'H2S permettent également d'extraire le COõ il en existe cependant
qui présentent une sélectivité pour vis-à-
vis du CO2 et sont donc
avantageusement mis en oeuvre lorsqu'on cherche à limiter la quantité de CO2
extraite avec l'H2S. Parmi les solvants sélectifs pour l'H2S les plus
couramment
mis en oeuvre on peut citer la méthyldiéthanolamine (MDEA), la
diisopropanolamine (DIPA), mais aussi les amines stériquement encombrées et
certains solvants physiques, comme par exemple le diméthyl éther
polyethylène glycol ou la N-méthyl pyrrolidone.
Ces procédés comportent en général une étape d'extraction de l'H2S
contenu dans le gaz à traiter par mise en contact de ce gaz avec le solvant
régénéré, dans un absorbeur opérant à la pression du gaz à traiter, suivie
d'une étape de régénération thermique, opérant généralement à une pression
légèrement supérieure à la pression atmosphérique, généralement entre 1 et 5
bara, préférentiellement comprise entre 1,5 et 3 bara. Cette régénération
thermique s'effectue généralement dans une colonne équipée au fond d'un
rebouilleur et en tête d'un condenseur permettant de refroidir les composés
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acides libérés par la régénération et de recycler les condensats en tête du
régénérateur à titre de reflux.
Lorsque la pression du gaz à traiter est notablement supérieure à la
pression atmosphérique, par exemple dans le cas d'un gaz naturel devant être
traité sous une pression de l'ordre de 70 bar, le solvant riche en H2S obtenu
en
fond d'absorbeur peut contenir des quantités notables d'hydrocarbures dissous.
Il est alors courant d'utiliser une étape de libération de ces hydrocarbures
dissous vaporisés par la simple détente du solvant riche en 112S. Cette
détente
s'effectue à une pression intermédiaire entre celle du gaz brut à traiter et
celle
de l'étape thermique de régénération, typiquement de l'ordre de 5 à 15 bara.
On sépare ainsi du solvant riche en H2S un gaz contenant la majeure partie
des hydrocarbures dissous, qui peut être utilisé comme gaz de fuel. Ce gaz est
parfois lavé par un flux de solvant régénéré issu de l'étape thermique de
manière à réabsorber les composés acides, notamment 1112S, libéré lors de la
détente. Ce lavage du gaz de fuel libéré par la détente s'effectue en général
dans une colonne placée directement sur le ballon de séparation entre le gaz
et
le liquide détendu. Le solvant ainsi chargé en H2S est directement mélangée
avec le solvant détendu et envoyé vers l'étape de régénération thermique.
De manière à réduire les consommations de chaleur de ces procédés on
met généralement en oeuvre une étape d'échange thermique entre le solvant
riche, après détente et le solvant régénéré obtenu chaud en fond de la colonne
de régénération.
La régénération de ces solvants produit un effluent gazeux riche en
composés acides, contenant essentiellement 1'H2S et le CO2 extraits. Cet
effluent acide fait généralement l'objet d'un traitement pour convertir l'H2S
en
soufre élémentaire, non toxique et facilement transportable. Parmi les
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procédés de conversion, le plus couramment employé est le procédé Claus,
décrit notamment dans les documents FR 2 494 255 et FR 2 327 960, dans
lequel le gaz acide extrait fait l'objet d'une combustion partielle à l'air ou
de
l'air enrichi en oxygène générant un mélange stoechiométrique d'H,S et de SO,
et du soufre élémentaire, récupéré par condensation. Cette première étape
thermique est suivie en général de une à trois étapes de conversion
catalytique
au cours desquelles 1'H2S et le SO, réagissent pour former du soufre
élémentaire suivant la réaction de Claus :
2 112S + SO, E--> 3/x Sx + 2 H20
A l'issue des étapes catalytiques du procédé Claus on obtient un gaz
contenant encore des quantités notables de produits soufrés (S02, H,S, mais
aussi COS, CS, et soufre élémentaire). De manière à limiter les rejets dans
l'environnement de ces composés, ce type de gaz fait en général l'objet d'un
traitement complémentaire de finition. Différentes technologies ont été
proposées et mises en oeuvre pour effectuer ce type de traitement de finition.
L'un des procédés les plus couramment employé consiste à convertir l'ensemble
des composés soufrés de ce gaz en H,S, par réaction avec des gaz réducteurs
(hydrogène, CO) en présence d'un catalyseur approprié. Le gaz résiduaire ainsi
obtenu après cette étape de réduction catalytique, est alors lavé par un
solvant
permettant l'extraction sélective de 1'H2S et après régénération de ce
solvant,
le recyclage de l'H,S ainsi extrait vers l'étape thermique de l'unité Claus.
Il est possible d'utiliser un solvant sélectif, par exemple une solution
aqueuse de MDEA pour effectuer le lavage du gaz résiduaire issu de l'étape de
réduction catalytique en aval du Claus.
Lorsque le gaz brut à traiter est un gaz naturel contenant du CO, et
des quantités notables d'hydrocarbures aromatiques (par exemple quelques
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centaines de ppmv), on va retrouver des quantités notables de ces composés en
mélange avec l'H,S dans le gaz acide. En effet, l'étape de détente du solvant
riche en H,S obtenu en fond d'absorbeur, si elle permet de libérer l'essentiel
des hydrocarbures légers (méthane, éthane,...) dissous dans le solvant en fond
d'absorbeur, ne permet pas d'extraire la majeure partie des composés plus
lourds et en particulier des composés aromatiques dont la solubilité dans les
solvants est généralement très supérieure à celle des hydrocarbures
aliphatiques. Il est alors courant d'obtenir un gaz acide en tête du
régénérateur pouvant contenir plusieurs centaines de ppmv d'hydrocarbures
aromatiques.
Par ailleurs même avec des solvants permettant une absorption
sélective de l'H,S vis-à-vis du COõ on observe toujours une certaine co-
absorption du CO,. Lorsque le gaz brut à traiter contient davantage de CO,
que d'H,S cette co-absorption peut conduire à l'obtention de gaz acide
contenant des proportions importantes voire majoritaires de CO,.
La présence simultanée de quantités importantes de CO, et de teneurs
notables (quelques centaines de ppmv) d'hydrocarbures aromatiques dans un
gaz acide, pose certaines difficultés pour la conversion de l'H,S de ce gaz en
soufre par le procédé Claus. En effet la dilution de l'H,S par du CO, réduit
la
température obtenue dans le four de l'étape thermique du Claus. Cette
réduction de température réduit à son tour la destruction des composés
aromatiques, qui vont alors se trouver présents en quantités notables dans les
étapes catalytiques ultérieures. La présence de ces composés aromatiques lors
de ces étapes catalytiques peut alors provoquer divers problèmes opératoires
tels que: production de soufre coloré contaminé par des composés carbonés et
donc impropre à la vente, bouchage et perte d'activité des catalyseurs par
formation et dépôt de composés carbonés sur les catalyseurs (les carsuls).
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De plus lorsque la dilution de 11-12S dans l'effluent gazeux produit lors
de la régénération devient trop importante, il n'est plus possible de mettre
en
oeuvre un étage thermique dans le procédé Claus. Il est alors envisageable de
5 traiter des gaz très dilués (ne contenant par exemple que quelques %
vol d'I-I,S)
par des procédés d'oxydation directe où le gaz acide et l'air sont directement
mis en contact en présence d'un catalyseur approprié permettant de contrôler
la réaction entre 11-12S et l'oxygène de l'air de manière à ne produire
essentiellement que du soufre, mais là encore la présence de teneurs
importantes en hydrocarbures aromatiques rend difficile la mise en oeuvre de
ces catalyseurs.
Différentes solutions ont été proposées pour remédier à ces
inconvénients parmi lesquelles on peut citer :
- le préchauffage des gaz (gaz acide et air) alimentant le brûleur de
l'étape thermique du procédé Claus. Un tel préchauffage permet d'augmenter
la température dans le four du Claus. En fonction de le teneur en CO, du gaz
cette solution ne permet toutefois pas toujours d'atteindre les niveaux de
température requis pour obtenir une destruction quasi-totale des
hydrocarbures aromatiques (de l'ordre de 1150 C ou davantage), sauf à mettre
en oeuvre des méthodes coûteuses de préchauffage.
- l'absorption des composés aromatiques présents dans le gaz acide sur
un matériau approprié (par exemple charbon actif). Cette méthode nécessite
l'installation d'une unité additionnelle de traitement, qui peut s'avérer
coûteuse en investissement (cas d'un adsorbant régénérable) ou en dépenses
d'opération (cas des adsorbants non régénérables).
- l'enrichissement du gaz acide, par réabsorption sélective de l'H,S qu'il
contient dans un solvant approprié. Cette méthode est très efficace du point
de
vue de la production de soufre, puisqu'elle permet d'obtenir d'une part un gaz
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appauvri en H,S, contenant l'essentiel du CO, et des hydrocarbures
aromatiques présent dans le gaz acide et d'autre part un gaz concentré en H,S
et appauvri en hydrocarbures aromatiques. Elle représente cependant un
investissement non négligeable, puisque tout l'H,S extrait du gaz brut à
traiter
doit être réabsorbé.
La présente invention propose une méthode simple et peu coûteuse car
ne nécessitant qu'un petit nombre d'équipements additionnels, pour séparer la
majeure partie des hydrocarbures aromatiques co-absorbés par le solvant de la
majeure partie de l'hydrogène sulfuré absorbé par le solvant.
La présente invention concerne de manière générale un procédé
d'extraction de l'hydrogène sulfuré contenu dans un gaz comportant des
hydrocarbures aromatiques, dans lequel on effectue les étapes suivantes:
a) on met en contact ledit gaz avec une solution absorbante de manière à
obtenir un gaz appauvri en hydrogène sulfuré et une solution
absorbante chargée en hydrogène sulfuré,
b) on chauffe et on détend la solution absorbante obtenue à l'étape a)
chargée en hydrogène sulfuré à une pression et une température déterminées de
manière à libérer une fraction gazeuse comportant des hydrocarbures
aromatiques et à obtenir une solution absorbante appauvrie en hydrocarbures
aromatiques, ladite pression et ladite température étant choisies de sorte que
ladite fraction gazeuse comporte au moins 50% des hydrocarbures aromatiques
contenu dans ladite solution absorbante chargée en hydrogène sulfuré et au
plus
35 % d'hydrogène sulfuré contenu dans ladite solution absorbante chargée en
hydrogène sulfuré,
c) on régénère thermiquement la solution absorbante obtenue à l'étape b)
appauvrie en composés hydrocarbures aromatiques de manière à libérer un
effluent gazeux riche en hydrogène sulfuré et à obtenir une solution
absorbante
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régénérée. La régénération thermique peut être une distillation ou bien
un entraînement des composés acides par de la vapeur, opération
couramment nommé "strippage".
Selon l'invention, au moins une partie de la solution absorbante
régénérée obtenue à l'étape c) peut être recyclée à l'étape a) en tant que
solution absorbante.
De plus, au moins une partie de l'effluent gazeux riche en hydrogène
sulfuré obtenu à l'étape c) peut être traitée par un procédé Claus.
La fraction gazeuse comportant des hydrocarbures aromatiques
obtenue à l'étape b) peut être envoyée vers un brûleur dudit procédé Claus.
La fraction gazeuse comportant des hydrocarbures aromatiques
obtenue à l'étape b), ainsi que des gaz de queue dudit procédé Claus peuvent
être mis en contact avec une deuxième solution absorbante de manière à
produire un flux pauvre en hydrogène sulfuré et une deuxième solution
absorbante enrichie en hydrogène sulfuré. Au moins une partie de la deuxième
solution absorbante enrichie en hydrogène sulfuré peut être recyclée à l'étape
a) en tant que solution absorbante.
L'étape c) peut être réalisée dans une colonne de régénération, et dans
lequel au moins une partie de la deuxième solution absorbante enrichie en
hydrogène sulfuré peut être introduite dans ladite colonne de manière être
régénérée.
On peut mettre en contact la fraction gazeuse comportant des
hydrocarbures aromatiques obtenue à l'étape b) avec une portion de la solution
absorbante régénérée obtenue à l'étape c), de manière à obtenir une fraction
gazeuse appauvrie en hydrogène sulfuré et une troisième solution absorbante
enrichie en hydrogène sulfuré.
La fraction gazeuse comportant des hydrocarbures aromatiques
obtenue à l'étape b) peut être préalablement refroidie et condensée avant
d'être
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mise en contact avec la portion de la solution absorbante régénérée obtenue à
l'étape c).
L'effluent gazeux riche en hydrogène sulfuré obtenu à l'étape c) peut
être traité par un procédé d'oxydation de l'hydrogène sulfuré.
Avant l'étape c), la solution absorbante appauvrie en hydrocarbures
aromatiques peut être mise en contact avec une fraction de l'effluent gazeux
riche en hydrogène sulfuré obtenu à l'étape c) de manière à ce que ladite
fraction entraîne une partie des hydrocarbures aromatiques contenus dans
ladite solution.
Alternativement, l'effluent gazeux riche en hydrogène sulfuré obtenu à
l'étape c) peut être partiellement condensé par refroidissement de manière à
produire une phase gazeuse et un condensat, et , avant l'étape c), la solution
absorbante appauvrie en hydrocarbures aromatiques peut être mise en contact
avec une fraction de ladite phase gazeuse de manière à ce que ladite fraction
entraîne une partie des hydrocarbures aromatiques et du dioxyde de carbone
contenus dans ladite solution.
Alternativement ou en complément des recycles de fraction gazeuse
mentionnés ci-dessus, une partie de la solution absorbante régénérée obtenue
à l'étape c) peut-être recyclée chaude, directement depuis la sortie du
régénérateur, vers l'étape b) en tant que solution absorbante : la fraction
gazeuse libérée à l'étape b) est mise en contact avec une partie de la
solution
absorbante régénérée obtenue à l'étape c). La fraction gazeuse libérée à
l'étape
b), comportant des hydrocarbures aromatiques et de l'hydrogène sulfuré, est
ainsi appauvrie en hydrogène sulfuré, sans équipement supplémentaire et la
solution absorbante issue de l'étape b) est d'autant plus enrichie en
hydrogène
sulfuré. Ce recyclage d'une fraction de la solution absorbante régénérée
chaude
conduit de plus à une meilleure intégration thermique du procédé.
La solution absorbante peut comporter une amine en solution dans de
l'eau. L'amine peut être choisie parmi le groupe comportant la
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méthyldiéthanolamine, la diisopropanolamine et les amines stériquement
encombrées et dans lequel à l'étape b), ladite température peut être comprise
entre 80 et 140 C, et ladite pression peut être comprise entre 1,5 et 6 b
ara.
L'amine peut également être choisie parmi le groupe comportant la
monoéthanolamine et la diéthanolamine, et dans lequel à l'étape b), ladite
température peut être comprise entre 80 et 140 C, et ladite pression peut
être
comprise entre 1,5 et 6 bara.
Alternativement, la solution absorbante peut être choisie parmi le
groupe constitué du sulfolane, le méthanol, la N-formyl morpholine, l'acétyl
morpholine, le carbonate de propylène, le diméthyl éther polyethylène glycol
ou la N-méthyl pyrrolidone.
Selon l'invention, le gaz peut être un gaz naturel. Le gaz peut
comporter au moins 5Oppmv d'hydrocarbures aromatiques.
Dans le procédé selon l'invention, le fait de limiter l'envoi
d'hydrocarbures aromatiques dans le procédé de traitement Claus, favorise le
fonctionnement de ce procédé.
Lorsqu'un solvant d'absorption sélective de 11-12S, vis-à-vis du COõ est
mis en uvre, le procédé selon l'invention permet en outre d'obtenir une
augmentation sensible de la concentration en H2S du gaz acide, là encore à
moindre coût, notamment sans avoir à réabsorber la totalité ou même une
fraction importante de l'EU extrait du gaz brut. Cet effet contribue également
à améliorer le fonctionnement du procédé Claus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux
compris et apparaîtront clairement à la lecture de la description faite ci-
après
en se référant aux dessins parmi lesquels :
- la figure 1 schématise un mode de réalisation du procédé selon
l'invention,
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,
,
- les figures lb, 2, 2b, 3 et 3b schématisent des variantes de
réalisation du procédé selon l'invention.
En référence aux figures 1 et lb, le gaz à traiter est admis par la ligne
5 1 dans le bas d'un absorbeur 2. En tête de l'absorbeur 2, on récupère le gaz
dont est extrait 11-12S absorbé par le solvant, injecté en tête d'absorbeur
par la
ligne 30, ainsi que les fractions des composés co-absorbés, notamment les
hydrocarbures et le CO,. Cette absorbeur opère en général à des températures
proches ou légèrement supérieures à la température ambiante, typiquement
10 comprises entre 20 et 100 C, préférentiellement comprises entre 30 et 90 C,
et
à des pression typiquement comprise entre 10 et 200 bars, préférentiellement
entre 20 et 100 bars.
Le solvant mis en oeuvre par le procédé selon l'invention est choisi
pour sa capacité d'absorption de 11-12S. Le procédé peut notamment être mis en
oeuvre lorsque le solvant utilisé est une solution aqueuse d'une amine ou d'un
mélange d'amines telles que la mono éthanol amine, la di éthanol amine, la
méthyl di éthanol amine, la di iso propanol amine, les amines stériquement
encombrées, un solvant physique tel que le sulfolane, le méthanol, la N formyl
morpholine, l'acétyl morpholine, le diméthyl éther polyethylène glycol, la N-
méthyl pyrrolidone, le carbonate de propylène ou un mélange d'amines de
solvant physique et d'eau dans des proportions variables. La mise en oeuvre du
procédé de l'invention peut être effectuée avec un solvant sélectif ou non
sélectif pour l'H,S vis-à-vis du CO,.
Le gaz arrivant par le conduit 1 peut être un gaz naturel disponible à
une pression comprise entre 10 et 200 bars, et à une température comprise
entre 20 et 100 C. Ce gaz comporte de l'EU et éventuellement d'autres
composés acides tels que du COõ du COS, des mercaptans. De plus, le gaz
naturel comporte des hydrocarbures aromatiques, qui sont des composés
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cycliques insaturés, comportant un noyau aromatique comme le benzène, le
toluène ou les xylènes.
Sur les figures 1 et lb, le solvant riche en f-125 obtenu en fond
d'absorbeur par la ligne 4 est détendu par un moyen de détente 5, et admis
dans un premier ballon de détente 6. Cette première étape de détente est
facultative pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, mais elle
permet d'obtenir par la ligne 7 un gaz contenant la majeure partie des
hydrocarbures aliphatiques co-absorbés par le solvant. Ce gaz peut
éventuellement être lavé par une fraction du solvant régénéré et le gaz ainsi
obtenu peut être utilisé comme gaz de fuel. Un tel lavage, facultatif, n'est
cependant pas représenté ici. Le ballon de détente 6 opère à une pression
inférieure à celle de l'absorbeur 2 et supérieure à celle du ballon de détente
12.
Cette pression est généralement fixée par les conditions d'utilisation du gaz
de
fuel, typiquement de l'ordre de 5 à 15 bara. Ce ballon opère à une température
sensiblement identique à celle du solvant obtenu en fond de l'absorbeur 2.
Le solvant riche en I-19S obtenu après détente est envoyé par ligne 8
vers un moyen de préchauffage. On a représenté sur les figures 1 et lb un
échangeur de chaleur 9 avec le solvant régénéré obtenu en fond de la colonne
de régénération 18, mais tout autre moyen adéquat de préchauffage peut être
utilisé du moment qu'il permet de porter la température du solvant riche en
FU au niveau requis pour réaliser une vaporisation partielle des composés
absorbés par le solvant riche en I-19S.
Le solvant riche en EU préchauffé est admis par la ligne 10, après
détente éventuelle par un moyen de détente 11, dans le ballon 12 où s'effectue
la séparation des gaz vaporisés et du solvant riche en 1-12S. Ce ballon 12 est
opéré dans des conditions de température et de pression telles qu'on obtienne
une vaporisation d'une fraction minoritaire de 11-12S absorbé par le solvant,
généralement inférieure à 35 %, préférentiellement inférieure à 30 %, et d'une
fraction majoritaire des hydrocarbures aromatiques absorbés par le solvant,
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,
,
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supérieure à 50 %, préférentiellement supérieure à 70 %. La pression du ballon
12 est inférieure à celle du ballon 6 et supérieure à celle de la pression
atmosphérique, préférentiellement comprise entre 2 et 6 bara. La température
du ballon 12 est comprise entre celle du solvant chargé en H2S obtenu en fond
de l'absorbeur 2 et celle du solvant régénéré obtenu en fond du régénérateur
18.
Il est aussi possible de recycler une fraction minoritaire du gaz acide
obtenu en tête du ballon de reflux 21 ou d'utiliser tout autre flux gazeux qui
serait disponible comme agent de "strippage", injecté dans le fond du ballon
12,
de manière à augmenter la quantité d'hydrocarbures aromatiques vaporisés
lors de cette étape. Par ailleurs, alternativement ou en complément du recycle
du gaz acide, il est également possible de recycler une fraction de solution
absorbante régénérée chaude, obtenue en fond du régénérateur 18, en tête du
ballon 12, de manière à laver les gaz vaporisés et ainsi concentrer
l'hydrogène
sulfuré dans la solution absorbante envoyée vers la colonne de régénération
18.
La figure lb complète le procédé décrit en référence à la figure 1 en
schématisant deux modes de réalisation du recycle de gaz acide obtenu dans le
régénérateur 18 vers le ballon 12 et un mode de réalisation du recycle de
solution absorbante régénérée chaude obtenue dans le fond du régénérateur 18
vers le ballon 12.
Sur la figure lb, une fraction du gaz acide obtenu directement en sortie
du régénérateur 18 par la ligne 42 ou bien obtenu en tête du ballon de reflux
21 par la ligne 43 est injectée dans le fond du ballon 12. Ce recyclage d'une
fraction du gaz acide, comprise entre 0 et 50 % vol du flux total et
préférentiellement entre 10 et 35 % vol du flux total, permet d'augmenter la
quantité d'hydrocarbures aromatiques vaporisés lors de cette étape et permet
d'enrichir en H2S ledit gaz acide sortant du régénérateur 18 et donc
d'améliorer le fonctionnement de l'unité de conversion de l'EU en soufre, par
le
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procédé Claus. Cet enrichissement en 112S du gaz acide en sortie du
régénérateur 18 s'explique par la quantité de CO2, éliminé par la ligne 13,
qui
est notablement améliorée, ce qui entraîne une concentration de l'H2S résiduel
dans le solvant obtenu en fond du ballon 12 et envoyé par la ligne 15 et la
pompe 16 en tête du régénérateur 18 et donc une concentration de 1'H2S dans
le gaz acide libéré en tête du régénérateur 18 vers l'unité Claus, par les
conduits 25 et 41.
Sur la figure lb, une fraction de solution absorbante régénérée chaude
obtenue en fond de régénérateur 18 par la ligne 27 est injectée via le conduit
44 en tête du ballon 12. Dans le ballon 12, la solution absorbante régénérée
chaude est mise en contact avec le gaz libéré par la détente de la solution
absorbante chargée en composés acides arrivant par le conduit 11 et
éventuellement avec les gaz de "strippage" introduits dans 12 par le conduit
42
et/ou 43. Ce recyclage, d'une fraction de solution absorbante régénérée
chaude,
comprise entre 0 et 50 % vol du flux total et préférentiellement entre 5 et 35
%
vol du flux total, permet de laver, sans ajouter d'équipement supplémentaire,
la fraction gazeuse issue du ballon 12 et donc d'appauvrir cette fraction
gazeuse en hydrogène sulfuré et d'enrichir d'autant la solution absorbante en
hydrogène sulfuré. La solution absorbante ainsi enrichie en hydrogène
sulfurée, permet de produire un gaz acide d'autant plus riche en H2S en sortie
du régénérateur 18.
Sur les figures 1 et lb, le solvant obtenu en fond du ballon 12 est
envoyé par la ligne 15 et la pompe 16 en tête du régénérateur 18. Dans ce
régénérateur les composés acides absorbés par le solvant, notamment de 1'H2S,
sont vaporisés par effet couramment nommé "strippage" avec de la vapeur
générée par le rebouilleur 26 en fond du régénérateur. Ces gaz sont récupérés
par la ligne 19 en tête du régénérateur, refroidis dans l'échangeur 20 et
l'eau
ainsi que le solvant contenu dans le gaz de tête du régénérateur sont
majoritairement condensés, séparés dans le ballon de reflux 21 et recyclés
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,
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comme reflux en tête de régénérateur par la ligne 22. Les conditions de
température et de pression opératoires du régénérateur sont fonction du type
de solvant mis en oeuvre. Le régénérateur 18 opère sous une pression
généralement comprise entre la pression atmosphérique et 10 bara,
préférentiellement comprise entre 1,5 et 3 bara. La température en fond du
régénérateur est généralement comprise entre 100 et 200 C,
préférentiellement comprise entre 110 et 150 C.
En fond du régénérateur 18 on obtient par la ligne 27 un flux de
solvant régénéré chaud, qui après échange de chaleur avec le solvant riche en
H2S dans l'échangeur 9, est recyclé via la ligne 28, la pompe 29 et la ligne
30
en tête de l'absorbeur 2.
Les gaz libérés par vaporisation partielle dans le ballon 12 sont admis
par la ligne 13, après une éventuelle condensation de l'eau dans le condenseur
40 et après détente éventuelle par un moyen de détente 14, dans une première
section 32 de l'étape thermique d'une unité mettant en oeuvre le procédé
Claus. Les gaz obtenu après détente dans le moyen 14 peuvent être mélangés
à une fraction du gaz acide obtenu en tête du ballon de reflux 21 par la ligne
25. Cette fraction de gaz acide provenant du ballon de reflux 21 est
éventuellement introduite de telle manière à ajuster la composition globale du
gaz dans la section thermique 32. Dans cette section ces gaz riches en
hydrocarbures aromatiques, éventuellement mélangés avec une fraction de gaz
acide, font l'objet d'une combustion par de l'air ou de l'air enrichi en
oxygène,
admis par la ligne 31. Cette combustion s'effectue au moyen d'instruments
(brûleur, four,..) adéquats, non représentés ici et le débit d'air est
déterminé de
manière à obtenir une température permettant la destruction quasi-totale des
hydrocarbures aromatiques. Cette température doit être supérieure à 1150 C,
préférentiellement supérieure à 1200 C.
Le mélange gazeux chaud ainsi obtenu est alors admis dans une
seconde section de combustion 33, où il est mélangé avec le gaz acide obtenu
en
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,
,
tête du ballon de reflux 21 par la ligne 41, avec une quantité d'air ou d'air
enrichi en oxygène, arrivant par la ligne 34, déterminée de manière à obtenir
en sortie de l'étape thermique, par la ligne 36 un mélange gazeux contenant
un rapport stoechiométrique entre H2S et S02 (H2S/S02 = 2). L'air ou l'air
5 enrichi en oxygène et le gaz acide sont admis dans cette seconde section de
combustion par des moyens appropriés non représentés ici (brûleur, cannes
d'injection,...). La détermination du débit d'air ou d'air enrichi en oxygène
injecté dans cette seconde section de manière à contrôler la stoechiométrie de
la réaction se fait par les moyens habituellement mis en oeuvre dans ce type
10 d'unité et non représentés ici (analyseur en ligne du gaz acide en sortie
Claus
agissant sur une vanne de contrôle de l'appoint d'air ou d'air enrichi en
oxygène). La réaction dans la section n'est pas perturbée par la présence
d'hydrocarbures aromatiques car ils ont été séparés dans le ballon 12 et
détruit dans la section 32.
15 A l'issue de ces étapes de combustion le gaz est refroidi pour
produire
du soufre élémentaire liquide par la ligne 35 et un gaz qui sera admis par la
ligne 36 dans la section catalytique 37 de l'unité Claus, cette section
produisant du soufre liquide par la ligne 38 et un gaz résiduaire par la ligne
39, qui peut faire l'objet d'éventuels traitements complémentaires.
Dans le second mode de réalisation de l'invention décrit en relation
avec les figures 2 et 2b, le gaz à traiter est admis par la ligne 1 dans le
bas
d'un absorbeur 2. En tête de l'absorbeur 2 on récupère le gaz dont est extrait
l'H2S absorbé par le solvant, injecté en tête d'absorbeur par la ligne 30,
ainsi
que les fractions des composés co-absorbés, notamment les hydrocarbures et le
CO2. Cet absorbeur opère en général à des températures proches ou
légèrement supérieures à la température ambiante, typiquement comprises
entre 20 et 100 C, préférentiellement comprises entre 30 et 90 C, et à des
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,
16
pression typiquement comprise entre 10 et 200 bars, préférentiellement entre
20 et 100 bars.
Le solvant riche en H2S obtenu en fond d'absorbeur par la ligne 4 est
détendu par un moyen de détente 5, puis admis dans un premier ballon de
détente 6. Cette première étape de détente est facultative pour la mise en
uvre du procédé selon l'invention, mais elle permet d'obtenir par la ligne 7
un
gaz contenant la majeure partie des hydrocarbures aliphatiques co-absorbés
par le solvant. Ce gaz peut éventuellement être lavé par une fraction du
solvant régénéré et le gaz ainsi obtenu peut être utilisé comme gaz de fuel.
Un
tel lavage, facultatif, n'est cependant pas représenté ici. Le ballon de
détente 6
opère à une pression inférieure à celle de l'absorbeur 2 supérieure à celle du
ballon de détente 12. Cette pression est généralement fixée par les conditions
d'utilisation du gaz de fuel, typiquement de l'ordre de 5 à 15 bara. Ce ballon
opère à une température sensiblement identique à celle du solvant obtenu en
fond de l'absorbeur 2.
Le solvant riche en H2S obtenu après détente est envoyé par ligne 8
vers un moyen de préchauffage. On a représenté sur les figures 2 et 2b un
échangeur de chaleur 9 avec le solvant régénéré obtenu en fond de la colonne
de régénération 21, mais tout autre moyen adéquat de préchauffage peut être
utilisé du moment qu'il permet de porter la température du solvant riche en
H2S au niveau requis pour réaliser une vaporisation partielle des composés
absorbés du solvant riche en H2S.
Le solvant riche en H2S préchauffé est admis par la ligne 11, après
détente éventuelle par un moyen de détente 10, dans le ballon 12 où s'effectue
la séparation des gaz vaporisés et du solvant riche en H2S. Ce ballon 12 est
opéré dans des conditions de température et de pression telles qu'on obtienne
une vaporisation d'une fraction minoritaire de l'112S absorbé par le solvant,
généralement inférieure à 35 %, préférentiellement inférieure à 30 %, et d'une
fraction majoritaire des hydrocarbures aromatiques absorbés par le solvant,
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17
supérieure à 50 %, préférentiellement supérieure à 70 %. Ces hydrocarbures
aromatiques peuvent être du benzène, du toluènes ou des xylènes. La pression
du ballon 12 est inférieure à celle du ballon 6 et supérieure à la pression
atmosphérique, préférentiellement comprise entre 2 et 6 bara. La température
du ballon 12 est comprise entre celle du solvant chargé en H2S obtenu en fond
de l'absorbeur 2 et celle du solvant régénéré obtenu en fond du régénérateur
21.
Il est aussi possible de recycler une fraction minoritaire du gaz acide
obtenu en tête du ballon de reflux 24 ou d'utiliser tout autre flux gazeux qui
serait disponible comme agent de "strippage", injecté dans le fond du ballon
12,
de manière à augmenter la quantité d'hydrocarbures aromatiques vaporisés
lors de cette étape.
Par ailleurs, alternativement ou en complément du recycle du gaz
acide, il est également possible de recycler une fraction de solution
absorbante
régénérée chaude, obtenue en fond du régénérateur 21, en tête du ballon 12, de
manière à laver les gaz vaporisés et ainsi concentrer l'hydrogène sulfuré dans
la solution absorbante envoyée vers la colonne de régénération 21.
La figure 2b complète le procédé décrit en référence à la figure 2 en
schématisant deux modes de réalisation du recycle de gaz acide obtenu dans le
régénérateur 21 vers le ballon 12 et un mode de réalisation du recycle de
solution absorbante régénérée chaude obtenue dans le fond du régénérateur 21
vers le ballon 12.
Sur la figure 2b une fraction du gaz acide obtenu directement en sortie
du régénérateur 21 par la ligne 32 ou bien obtenu en tête du ballon de reflux
24 par la ligne 33 est injectée dans le fond du ballon 12. Ce recyclage d'une
fraction du gaz acide, comprise entre 0 et 50 % vol du flux total et
préférentiellement entre 10 et 35 % vol du flux total, permet d'augmenter la
quantité d'hydrocarbures aromatiques vaporisés lors de cette étape et permet
d'enrichir en 1-12S ledit gaz acide sortant du régénérateur 21. Cet
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,
18
enrichissement en FI,S du gaz acide en sortie du régénérateur 21 s'explique
par
la quantité de CO2, éliminé en tête du ballon 12, qui est notablement
améliorée, ce qui entraîne une concentration de P1-12S résiduel dans le
solvant
obtenu en fond du ballon 12 et envoyé par la ligne 18 et la pompe 19 en tête
du
régénérateur 21 et donc une concentration de 111-12S dans le gaz acide libéré
en
tête du régénérateur 21 évacué par le conduit 25.
Sur la figure 2b, une fraction de solution absorbante régénérée chaude
obtenue en fond de régénérateur 21 par la ligne 28 est injectée via le conduit
34 en tête du ballon 12. Dans le ballon 12, la solution absorbante régénérée
chaude est mise en contact avec le gaz libéré par la détente de la solution
absorbante chargée en composés acides arrivant par le conduit 11 et
éventuellement avec les gaz de "strippage" introduits dans 12 par le conduit
32 et/ou 33. Ce recyclage, d'une fraction de solution absorbante régénérée
chaude, comprise entre 0 et 50 % vol du flux total et préférentiellement entre
5
et 35 % vol du flux total, permet de laver, sans ajouter d'équipement
supplémentaire, la fraction gazeuse issue du ballon 12 et donc d'appauvrir
cette fraction gazeuse en hydrogène sulfuré et d'enrichir d'autant la solution
absorbante en hydrogène sulfuré. La solution absorbante ainsi enrichie en
hydrogène sulfurée, permet de produire un gaz acide d'autant plus riche en
H2S en sortie du régénérateur 21.
En référence aux figures 2 et 2b, le solvant obtenu en fond du ballon 12
est envoyé par la ligne 18 et la pompe 19 en tête du régénérateur 21. Dans ce
régénérateur le reste des composés acides absorbés par le solvant, notamment
de PH,S, est vaporisé par effet couramment nommé "strippage" avec de la
vapeur générée par le rebouilleur 27 en fond du régénérateur. Ces gaz sont
récupérés par la ligne 22 en tête du régénérateur, refroidis dans l'échangeur
23
et l'eau ainsi que le solvant contenu dans le gaz de tête du régénérateur sont
majoritairement condensés, séparés dans le ballon de reflux 24 et recyclés
comme reflux en tête de régénérateur par la ligne 26. Les conditions de
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,
19
température et de pression opératoires du régénérateur sont fonction du type
de solvant mis en oeuvre. Le régénérateur 21 opère sous une pression
généralement comprise entre la pression atmosphérique et 10 bara,
préférentiellement comprise entre 1,5 et 3 bara. La température en fond du
régénérateur est généralement comprise entre 100 et 200 C,
préférentiellement comprise entre 110 et 150 C.
En fond du régénérateur 21 on obtient par la ligne 28 un flux de
solvant régénéré chaud, qui après échange de chaleur avec le solvant riche en
1-12S dans l'échangeur 9, est recyclé au moins en partie via la pompe 29 et la
ligne 30 en tête de l'absorbeur 2. Une autre partie du solvant régénéré est
envoyé par la ligne 31 en tête de l'absorbeur 15. La répartition du solvant
régénéré entre l'absorbeur 2 et l'absorbeur 15 peut être déterminé par la
teneur maximale en I-I,S souhaitée dans le gaz traité issu par la ligne 3.
Les gaz libérés par vaporisation partielle dans le ballon 12 sont
préférentiellement refroidis dans l'échangeur 13, avant d'être admis par la
ligne 14 dans un absorbeur 15 pour être mis en contact avec une fraction du
solvant régénéré que l'on injecte par la ligne 31 en tête de l'absorbeur 15.
La
fraction liquide obtenue après refroidissement dans 13 peut être introduite
dans le ballon de reflux 24. Dans l'absorbeur 15, l'essentiel de l'EU contenu
dans le gaz issu du ballon 12 est réabsorbé par le solvant. On obtient, d'une
part, en tête de cet absorbeur 15 par la ligne 16 un gaz qui peut être
incinéré,
et d'autre part, en fond de l'absorbeur 15, par la ligne 17 un solvant riche
en
1-12S que l'on peut mélanger avec le solvant obtenu en fond du ballon 12.
Selon
la composition de ce solvant il peut aussi être avantageux de le recycler
après
pompage vers l'absorbeur 2.
Dans le troisième mode de réalisation de l'invention décrit en relation
avec les figures 3 et 3b, le gaz à traiter est admis par la ligne 1 dans le
bas
d'un absorbeur 2. En tête de l'absorbeur 2, on récupère le gaz dont est
extrait
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l'H,S absorbé par le solvant, injecté en tête d'absorbeur par les lignes 29
et/ou
33, ainsi que les fractions des composés co-absorbés, notamment les
hydrocarbures et le CO2. Cette absorbeur opère en général à des températures
proches ou légèrement supérieures à la température ambiante, typiquement
5 comprises entre 20 et 100 C, préférentiellement comprises entre 30 et 90 C,
et
à des pression typiquement comprise entre 10 et 200 bars, préférentiellement
entre 20 et 100 bars.
Le solvant riche en EU obtenu en fond d'absorbeur par la ligne 4 est
détendu par un moyen de détente 5, et admis dans un premier ballon de
10 détente 6. Cette première étape de détente est facultative pour la mise en
oeuvre du procédé selon l'invention, mais elle permet d'obtenir par la ligne 7
un
gaz contenant la majeure partie des hydrocarbures aliphatiques co-absorbés
par le solvant. Ce gaz peut éventuellement être lavé par une fraction du
solvant régénéré et le gaz ainsi obtenu peut être utilisé comme gaz de fuel.
Un
15 tel lavage, facultatif, n'est cependant pas représenté ici. Le ballon de
détente 6
opère à une pression inférieure à celle de l'absorbeur 2 supérieure à celle du
ballon de détente 12. Cette pression est généralement fixée par les conditions
d'utilisation du gaz de fuel, typiquement de l'ordre de 5 à 15 bara. Ce ballon
opère à une température sensiblement identique à celle du solvant obtenu en
20 fond de l'absorbeur 2.
Le solvant riche en 112S obtenu après détente est envoyé par ligne 8
vers un moyen de préchauffage. On a représenté sur les figures 3 et 3b un
échangeur de chaleur 9 avec le solvant régénéré obtenu en fond de la colonne
de régénération 15, mais tout autre moyen adéquat de préchauffage peut être
utilisé du moment qu'il permet de porter la température du solvant riche en
H2S au niveau requis pour réaliser la vaporisation partielle des composés
absorbés du solvant riche en H2S.
Le solvant riche en 112S préchauffé est admis par la ligne 11, après
détente éventuelle par un moyen de détente 10, dans le ballon 12 où s'effectue
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21
la séparation des gaz vaporisés et du solvant riche en H2S. Ce ballon 12 est
opéré dans des conditions de température et de pression telles qu'on obtienne
une vaporisation d'une fraction minoritaire de l'EU absorbé par le solvant,
généralement inférieure à 35 %, préférentiellement inférieure à 30 %, et d'une
fraction majoritaire des hydrocarbures aromatiques absorbés par le solvant,
supérieure à 50 %, préférentiellement supérieure à 70 %. La pression du ballon
12 est inférieure à celle du ballon 6 et supérieure à celle de l'absorbeur 25,
préférentiellement comprise entre 1,5 et 6 bara. La température du ballon 12
est comprise entre celle du solvant chargé en EU obtenu en fond de
l'absorbeur 2 et celle du solvant régénéré obtenu en fond du régénérateur 15.
Il est possible de recycler une fraction minoritaire du gaz acide obtenu
en tête du ballon de reflux 18 ou d'utiliser tout autre flux gazeux qui serait
disponible comme agent de "strippage", injecté dans le fond du ballon 12, de
manière à augmenter la quantité d'hydrocarbures aromatiques vaporisés lors
de cette étape. Par ailleurs, alternativement ou en complément du recycle du
gaz acide, il est également possible de recycler une fraction de solution
absorbante régénérée chaude, obtenue en fond du régénérateur 15, en tête du
ballon 12, de manière à laver les gaz vaporisés et ainsi concentrer
l'hydrogène
sulfuré dans la solution absorbante envoyée vers la colonne de régénération
15.
La figure 3b complète le procédé représenté par la figure 3 en
schématisant deux modes de réalisation du recycle de gaz acide obtenu dans le
régénérateur 15 vers le ballon 12 et un mode de réalisation du recycle de
solution absorbante régénérée chaude obtenue dans le fond du régénérateur 15
vers le ballon 12.
Sur la figure 3b, une fraction du gaz acide obtenu en sortie du
régénérateur 15 par la ligne 42 ou bien obtenu en tête du ballon de reflux 18
par la ligne 43 est injectée dans le fond du ballon 12. Ce recyclage d'une
fraction du gaz acide, comprise entre 0 et 50 % vol du flux total et
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22
préférentiellement entre 10 et 35 % vol du flux total, permet d'augmenter la
quantité d'hydrocarbures aromatiques vaporisés lors de cette étape et permet
d'enrichir en 112S ledit gaz acide sortant du régénérateur 15 et donc
d'améliorer le fonctionnement de l'unité 21 de conversion de l'H2S en soufre,
par le procédé Claus. Cet enrichissement en H2S du gaz acide en sortie du
régénérateur 15 s'explique par la quantité de CO2, éliminé par la ligne 40,
qui
est notablement améliorée, ce qui entraîne une concentration de l'H2S résiduel
dans le solvant obtenu en fond du ballon 12 et envoyé par la ligne 13 et la
pompe 14 en tête du régénérateur 15 et donc une concentration de l'H2S dans
le gaz acide libéré en tête du régénérateur 15 par le conduit 20.
Sur la figure 3b, une fraction de solution absorbante régénérée chaude
obtenue en fond de régénérateur 15 par la ligne 31 est injectée via le conduit
44 en tête du ballon 12. Dans le ballon 12, la solution absorbante régénérée
chaude est mise en contact avec le gaz libéré par la détente de la solution
absorbante chargée en composés acides arrivant par le conduit 11 et
éventuellement avec les gaz de "strippage" introduits dans 12 par le conduit
42
et/ou 43. Ce recyclage, d'une fraction de solution absorbante régénérée
chaude,
comprise entre 0 et 50 % vol du flux total et préférentiellement entre 5 et 35
%
vol du flux total, permet de laver, sans ajouter d'équipement supplémentaire,
la fraction gazeuse issue du ballon 12 et donc d'appauvrir cette fraction
gazeuse en hydrogène sulfuré et d'enrichir d'autant la solution absorbante en
hydrogène sulfuré. La solution absorbante ainsi enrichie en hydrogène
sulfurée, permet de produire un gaz acide d'autant plus riche en sortie du
régénérateur 15.
En référence aux figures 3 et 3b, le solvant obtenu en fond du ballon 12
est envoyé par la ligne 13 et la pompe 14 en tête du régénérateur 15. Dans ce
régénérateur les composés acides absorbés par le solvant, notamment l'H2S, est
vaporisé par effet nommé couramment "strippage" avec de la vapeur générée
par le rebouilleur 32 en fond du régénérateur. Ces gaz sont récupérés par la
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23
ligne 16 en tête du régénérateur, refroidis dans l'échangeur 17 et l'eau ainsi
que le solvant contenu dans le gaz de tête du régénérateur sont
majoritairement condensés, séparés dans le ballon de reflux 18 et recyclés
comme reflux en tête de régénérateur par la ligne 19. Les conditions de
température et de pression opératoires du régénérateur sont fonction du type
de solvant mis en uvre. Le régénérateur 15 opère sous une pression
généralement comprise entre la pression atmosphérique et 10 bara,
préférentiellement comprise entre 1,5 et 3 bara. La température en fond du
régénérateur est généralement comprise entre 100 et 200 C,
préférentiellement comprise entre 110 et 150 C.
En fond du régénérateur 15, on obtient par la ligne 31 un flux de
solvant régénéré chaud, qui après échange de chaleur avec le solvant riche en
I-12S dans l'échangeur 9, est recyclé au moins en partie via la ligne 33 et la
pompe 36 en tête de l'absorbeur 2. Une autre partie du solvant régénéré peut
être envoyée par la ligne 34 et la pompe 35 en tête de l'absorbeur 25. La
répartition du solvant régénéré entre l'absorbeur 2 et l'absorbeur 25 peut
être
déterminée en fonction de la teneur en FI,S maximale souhaitée dans le gaz
issu de l'absorbeur 2 par la ligne 3.
Le gaz acide obtenu en tête du ballon de reflux 18 par le conduit 20 est
traité dans l'unité 21 de conversion de l'IT,S en soufre, par le procédé
Claus.
Cette unité produit du soufre élémentaire liquide par la ligne 22. Cette unité
comporte une étape de traitement des gaz résiduaires obtenus en sortie de
l'étape catalytique Claus, par réduction catalytique en 1-12S des composés
soufrés et refroidissement. Le gaz résiduaire, couramment nommé gaz de
queue du procédé Claus, ainsi obtenu par la ligne 23 est envoyé en fond de
l'absorbeur 25, où l'H,S présent dans ce gaz va être absorbé par une fraction
du
solvant régénéré refroidi, injecté via la ligne 34 et la pompe 35 en tête de
l'absorbeur 25. Le fonctionnement de l'unité Claus 21 est améliorée car la
teneur en composés aromatiques dans le gaz acide issu de la régénération a été
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24
diminuée au moyen de la séparation effectuée dans le ballon 12. De plus, dans
le cas où la détente dans le ballon 12 permet de vaporiser une quantité
substantielle de CO2 contenu dans le solvant, le gaz acide issu de la
régénération par la ligne 20 est concentré en 112S. Cette augmentation de la
concentration en H2S contribue à l'amélioration du fonctionnement de l'unité
Claus 21.
Les gaz libérés par vaporisation partielle dans le ballon 12 sont
récupérés par la ligne 40 et après détente éventuelle par des moyens 41, ils
sont également admis en fond de l'absorbeur 25, où 1'H2S qu'ils contiennent va
être réabsorbé. Ces gaz peuvent éventuellement, mais pas nécessairement être
refroidis et condensés avant d'être envoyés vers l'absorbeur 25. Une telle
option n'a pas été représentée ici.
Le gaz résiduaire issu de l'unité 21 de récupération du soufre
contenant éventuellement une teneur en H2S inférieure à celle du gaz venant
du ballon 12, peut aussi être admis optionnellement dans l'absorbeur 25 à un
niveau supérieur au niveau d'injection du gaz venant du ballon 12, via la
ligne
24.
En fond de l'absorbeur 25 de gaz résiduaire, on obtient un solvant
partiellement chargé en 112S qui peut soit être renvoyé directement vers le
régénérateur 15, après échange de chaleur avec une fraction du solvant
régénéré obtenu en fond du régénérateur 15, soit, comme représenté par la
figure 3, renvoyé vers l'absorbeur 2, via la pompe 28 de manière à profiter de
la capacité résiduelle d'absorption de l'H2S de ce solvant partiellement
chargé.
Ce solvant peut soit être renvoyé totalement ou partiellement en tête de
l'absorbeur 2, en mélange avec le solvant régénéré, via la ligne 29, soit
totalement ou partiellement à un niveau inférieur de l'absorbeur 2 via la
ligne
30.
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Les exemples numériques exposés ci-après illustrent le fonctionnement
et les avantages du procédé selon l'invention. Le premier exemple est donné à
titre comparatif et illustre un procédé selon l'art antérieur. Les exemples 2
et 3
illustrent le fonctionnement du procédé selon les modes de réalisation 3 et 1
de
5 l'invention. Les exemples 4 et 5 permettent de comparer le fonctionnement
des
procédés décrits en référence aux figures 3 et 3b.
Exemple 1 (comparatif, selon l'art antérieur)
On traite dans une colonne d'absorption un gaz naturel dont la
10 composition est donnée au tableau 1
Constituants Concentration
hydrogène sulfuré 3,5 %mol
dioxyde de carbone 4,5 %mol
azote 1 %mol
méthane 84,5 %mol
éthane 3 %mol
C3+ (propane+autres hydrocarbures 3,35 %mol
plus lourds)
hydrocarbures aromatiques (benzène, 1500 ppmv
toluène et xylènes)
Tableau 1
Le gaz a une température de 40 C et pénètre dans une colonne
15 d'absorption à une pression de 60 bar, à un débit de 472 kNeh.
Le solvant utilisé est la méthyldiéthanolamine diluée à 50% poids dans
de l'eau. Le solvant arrive dans la colonne d'absorption à une température de
50 C et à un débit de 600m3/h.
Le gaz naturel, après traitement, sort à un débit de 441 kNeh de la
20 colonne d'absorption avec la composition donnée au tableau 2.
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26
Constituants Concentration
hydrogène sulfuré 4 ppmv
dioxyde de carbone 1,65 %mol
azote 1,1 %mol
méthane 90 %mol
éthane 3,2 %mol
C3+ (propane+autres hydrocarbures 3,6 %mol
plus lourds)
hydrocarbures aromatiques (benzène, 1460 ppmv
toluène et xylènes)
Tableau 2
La solution d'amine, enrichie en composés acides (hydrogène sulfuré et
dioxyde de carbone), sort de la colonne d'absorption, subit une détente, qui
permet d'éliminer une partie des composés acides et hydrocarbures absorbés,
dans un ballon. La solution d'amine sort du ballon de flash, pour aller
directement vers la colonne de régénération.
Le gaz acide issu de la colonne de régénération a la composition donnée
par le tableau 3.
Constituants Concentration
hydrogène sulfuré 51,4 %mol
dioxyde de carbone 43,2 %mol
eau 5 %mol
méthane 0,2 %mol
éthane + autres hydrocarbures plus 0,02 %mol
lourds
hydrocarbures aromatiques (benzène, 1743 ppmv
toluène et xylènes)
Tableau 3
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27
Ce gaz acide, qui va constituer la charge d'entrée du Claus, à un débit
de 30,4 kNeh, comporte une teneur en aromatiques de 1743 ppmv et une
teneur en H,S basse de 51,4 %mol, et qui, même préchauffée à 220 C, tout
comme l'air injecté, ne permet pas d'atteindre une température susceptible de
réduire la teneur en aromatiques à la sortie du four à moins de 300 ppmv. La
teneur élevée résiduelle en hydrocarbures aromatiques va entraîner une
désactivation des catalyseurs du premier étage catalytique du Claus.
Exemple 2 (selon l'invention)
L'exemple 2 illustre le fonctionnement du procédé décrit en référence à
la figure 3.
Le même gaz naturel, de même composition que dans l'exemple 1 (voir
tableau 1), est traité dans la colonne d'absorption 2 dans les mêmes
conditions
opératoires que dans l'exemple 1.
Après une première détente dans le ballon de flash 6, la solution
d'amine sort du ballon de flash 6 par la ligne 8, traverse l'échangeur 9, pour
subir une deuxième détente dans le ballon 12 à 2,7 bar et 104,3 C. La détente,
qui permet d'éliminer une part du CO, et la majorité des hydrocarbures
aromatiques, libère un gaz de flash, qui sort du ballon par la ligne 40. Ce
gaz
de flash a la composition décrite dans le tableau 4.
Constituants Concentration
hydrogène sulfuré 23,1 %mol
dioxyde de carbone 38,2 %mol
eau 38,1 %mol
méthane 0,3 %mol
éthane + autres hydrocarbures plus 0,03 %mol
lourds
hydrocarbures aromatiques (benzène, 2612 ppmv
toluène et xylènes)
Tableau 4
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28
Ce gaz de flash est ensuite envoyé à un débit de 19,0 kNm3/h vers la
deuxième colonne d'absorption 25 par la ligne 40 et est traité avec les gaz
issus
de la section 21 (Claus) selon le fonctionnement du procédé décrit en
référence
à la figure 3.
La solution d'amine sort du ballon 12 par la ligne 13 pour aller vers la
colonne de régénération 15.
Après régénération, la solution d'amine, sort de la colonne de
régénération 15 par la ligne 31 pour aller, après avoir traversé l'échangeur
9,
vers les colonnes d'absorption 2 et 25 par les lignes 33 et 34.
Le gaz acide issu de la colonne de régénération 15 a la composition
donnée tableau 5.
Constituants Concentration
hydrogène sulfuré 62,4 %mol
dioxyde de carbone 32,6 %mol
eau 5 %mol
hydrocarbures aromatiques (benzène, 188 ppmv
toluène et xylènes)
Tableau 5
Ce gaz acide est envoyé par la ligne 20 vers la section 21 (Claus) à un
débit de 18,0 kNieh. Ce gaz acide, qui ne comporte plus que 188 ppmv
d'hydrocarbures aromatiques, contre 1743 ppmv dans le gaz acide de l'exemple
1 selon l'art antérieur, et qui comporte 62,4 %mol d'hydrogène sulfuré, contre
seulement 51,4 %mol dans le gaz acide de l'exemple 1 selon l'art antérieur, va
être préchauffée à 220 C tout comme l'air injectée. La température atteinte
dans le four est supérieure à celle de l'exemple 1 et donc suffisante pour
réduire la teneur résiduelle en hydrocarbures aromatiques à la sortie du four
à
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29
moins de 25 ppmv. Le catalyseur Claus du premier étage catalytique va donc
avoir une activité et une durée de vie supérieure.
Exemple 3 (selon l'invention)
L'exemple 3 illustre le fonctionnement du procédé décrit en référence à
la figure 1.
Le même gaz naturel, de même composition que dans l'exemple 1, (voir
tableau 1), est traité dans la colonne d'absorption 2 selon les mêmes
conditions
opératoires que dans l'exemple 1.
Après une première détente dans le ballon de flash 6, la solution
d'amine sort du ballon de flash 6 par la ligne 8, traverse l'échangeur 9, pour
subir une deuxième détente dans le ballon 12. La détente, qui permet
d'éliminer une part du dioxyde de carbone et la majorité des hydrocarbures
aromatiques, libère un gaz de flash, qui sort du ballon par la ligne 13. Ce
flash
est réalisé dans les mêmes conditions que dans l'exemple 2 et le gaz de flash
a
la même composition que dans l'exemple 2, donnée dans le tableau 4.
La solution d'amine sort du ballon 12 par la ligne 15 pour aller vers la
colonne de régénération 18.
Après régénération, la solution d'amine, sort de la colonne de
régénération 18 par la ligne 27 pour aller, après avoir traversé l'échangeur
9,
vers la colonne d'absorption 2 par la ligne 30.
Le gaz acide issu de la colonne de régénération 18 a la même
composition que dans l'exemple 2, donnée par le tableau 5.
Le gaz de flash issu du ballon 12 est envoyé vers un condenseur 40 par
la ligne 13 afin d'abaisser la teneur en eau. La composition du gaz de flash
obtenue après condensation est donnée dans le tableau 6.
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Constituants Concentration
hydrogène sulfuré 35,6 %mol
dioxyde de carbone 58,9 %mol
eau 4,6 %mol
méthane 0,5 %mol
éthane + autres hydrocarbures plus 0,04 %mol
lourds
aromatiques (benzène, toluène et 4028 ppmv
xylènes)
Tableau 6
Ce gaz de flash, pauvre en I-I,S et riche en aromatiques, est envoyé à
un débit de 12,3 kl\lm3/h par la ligne 13, après condensation, vers la section
32,
5 c'est-à-dire en première zone du four du Claus. Une fraction du gaz acide
riche
en H2S, issu de la colonne de régénération 18, est envoyée par la ligne 25
vers
la section 32, c'est-à-dire la première zone du four du Claus, la majorité de
ce
gaz acide est envoyée par la ligne 41 vers la section 33, c'est-à-dire la
deuxième
zone du four du Claus.
10 Le gaz de
flash, mélangé à une fraction du gaz acide riche en I-12S, est
préchauffé à 220 C ainsi que l'air également préchauffé à cette même
température : ils sont envoyés dans la première zone du four à travers le
brûleur, ce qui permet d'atteindre une température supérieure d'environ
250 C, comparativement à la température atteinte dans l'exemple 1 selon l'art
15 antérieur,
et donc suffisante pour réduire la teneur en aromatiques à la sortie
du four à moins de 30 ppmv. Le catalyseur Claus du premier étage catalytique
va donc avoir une activité et une durée de vie supérieure.
Le fait que le gaz acide obtenu dans les exemples 2 et 3 (voir tableau 5)
20 est, d'une
part, plus concentré en FI,S et, d'autre part, plus pauvre en CO, et en
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31
hydrocarbures aromatiques, que le gaz acide obtenu dans l'exemple 1 (voir
tableau 3) montre bien l'intérêt d'effectuer une détente dans les conditions
selon l'invention du solvant dans le ballon 12 avant la régénération.
Exemple 4 (selon l'invention)
L'exemple 4 illustre le fonctionnement du procédé décrit en référence à
la figure 3.
Le même gaz naturel, de même composition que dans l'exemple 1 (voir
tableau 1), est traité dans la colonne d'absorption 2 dans les mêmes
conditions
opératoires que dans l'exemple 1.
Après une première détente dans le ballon de flash 6, la solution
d'amine sort du ballon de flash 6 par la ligne 8, traverse l'échangeur 9, pour
subir une deuxième détente dans le ballon 12 à 2,0 bar et 100,1 C. La détente,
qui permet d'éliminer une part du CO, et la majorité des hydrocarbures
aromatiques, libère un gaz de flash, qui sort du ballon par la ligne 40. Ce
gaz
de flash a la composition décrite dans le tableau 7.
Constituants Concentration
hydrogène sulfuré 22,2 %mol
dioxyde de carbone 33,0 %mol
eau 44,3 %mol
méthane 0,2 %mol
éthane + autres hydrocarbures plus 0,02 %mol
lourds
hydorcarbures aromatiques (benzène, 2103 ppmv
toluène et xylènes)
Tableau 7
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32
Ce gaz de flash est ensuite envoyé à un débit de 24,2 kNm3/h vers la
deuxième colonne d'absorption 25 par la ligne 40 et est traité avec les gaz
issus
de la section 21 (Claus) selon le fonctionnement du procédé décrit en
référence
à la figure 3.
La solution d'amine sort du ballon 12 par la ligne 13 pour aller vers la
colonne de régénération 15.
Après régénération, la solution d'amine, sort de la colonne de
régénération 15 par la ligne 31 pour aller, après avoir traversé l'échangeur
9,
vers les colonnes d'absorption 2 et 25 par les lignes 33 et 34.
Le gaz acide issu de la colonne de régénération 15 par le conduit 20 a
la composition donnée tableau 8.
Constituants Concentration
hydrogène sulfuré 63,3 %mol
dioxyde de carbone 31,7 %mol
eau 5 %mol
hydrocarbures aromatiques (benzène, 132 ppmv
toluène et xylènes)
Tableau 8
Ce gaz acide est envoyé par la ligne 20 vers la section 21 (Claus) à un
débit de 16,2 kNm3/h. Ce gaz acide, qui ne comporte plus que 132 ppmv
d'hydrocarbures aromatiques, contre 1743 ppmv dans le gaz acide de l'exemple
1 selon l'art antérieur, et qui comporte 63,3 %mol d'hydrogène sulfuré, contre
seulement 51,4 %mol dans le gaz acide de l'exemple 1 selon l'art antérieur, va
être préchauffée à 220 C tout comme l'air injectée. La température atteinte
dans le four est supérieure à celle de l'exemple 1 et donc suffisante pour
réduire la teneur résiduelle en hydrocarbures aromatiques à la sortie du four
à
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33
moins de 25 ppmv. Le catalyseur Claus du premier étage catalytique va donc
avoir une activité et une durée de vie supérieure.
Exemple 5 (selon l'invention)
L'exemple 5 illustre le fonctionnement du procédé décrit en référence à
la figure 3b, avec recyclage d'une fraction du gaz acide depuis la sortie du
régénérateur 15 par la ligne 42 vers le ballon 12.
Le même gaz naturel, de même composition que dans l'exemple 1 (voir
tableau 1), est traité dans la colonne d'absorption 2 dans les mêmes
conditions
opératoires que dans l'exemple 1.
Après une première détente dans le ballon de flash 6, la solution
d'amine sort du ballon de flash 6 par la ligne 8, traverse l'échangeur 9, pour
subir une deuxième détente dans le ballon 12 à 2,0 bar et 100,1 C. La détente,
qui permet d'éliminer une part du CO, et la majorité des hydrocarbures
aromatiques, libère un gaz de flash, qui sort du ballon par la ligne 40. Ce
flash
est favorisé par le recyclage de 20 % du flux de gaz acide sortant du
régénérateur 15 par la ligne 42 à 2,35 bar et 114,1 C et à un débit de 9,9
k.Neh. Le gaz recyclé par la ligne 42 a la composition décrite dans le tableau
9. Le gaz de flash sortant du ballon 12 par la ligne 40 a la composition
décrite
dans le tableau 10.
Constituants Concentration
hydrogène sulfuré 22,1 %mol
dioxyde de carbone 8,1 %mol
eau 69,8 %mol
méthane 0,0 %mol
éthane + autres hydrocarbures plus 0,0 %mol
lourds
hydrocarbures aromatiques (benzène, 5 ppmv
toluène et xylènes)
Tableau 9
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Constituants Concentration
hydrogène sulfuré 22,5 %mol
dioxyde de carbone 32,6 %mol
eau 44,5 %mol
méthane 0,2 %mol
éthane + autres hydrocarbures plus 0,02 %mol
lourds
hydorcarbures aromatiques (benzène, 1738 ppmv
toluène et xylènes)
Tableau 10
Ce gaz de flash est ensuite envoyé à un débit de 30,4 kNm7h vers la
deuxième colonne d'absorption 25 par la ligne 40 et est traité avec les gaz
issus
de la section 21 (Claus) selon le fonctionnement du procédé décrit en
référence
à la figure 3b.
La solution d'amine sort du ballon 12 par la ligne 13 pour aller vers la
colonne de régénération 15.
Après régénération, la solution d'amine, sort de la colonne de
régénération 15 par la ligne 31 pour aller, après avoir traversé l'échangeur
9,
vers les colonnes d'absorption 2 et 25 par les lignes 33 et 34.
Le gaz acide issu de la colonne de régénération 15 par le conduit 20 a
la composition donnée tableau 11.
Constituants Concentration
hydrogène sulfuré 69,5 %mol
dioxyde de carbone 25,5 %mol
eau 5 %mol
hydrocarbures aromatiques (benzène, 15 ppmv
toluène et xylènes)
Tableau 11
CA 02576905 2007-02-01
Ce gaz acide est envoyé par la ligne 20 vers la section 21 (Claus) à un
débit de 12,6 l(Nm3/h. Ce gaz acide, qui ne comporte plus que 15 ppmv
d'hydrocarbures aromatiques, contre 132 ppmv dans le gaz acide de l'exemple
5 4 selon l'invention, et qui comporte 69,5 %mol d'hydrogène sulfuré, contre
63,3 %mol dans le gaz acide de l'exemple 4 selon l'invention, va être
préchauffée à 220 C tout comme l'air injectée. Du fait de l'enrichissement en
1-12S, la température atteinte dans le four est supérieure à celle de
l'exemple 4
et donc permet d'améliorer la réduction de la teneur résiduelle en
10 hydrocarbures aromatiques à la sortie du four . Le catalyseur Claus du
premier étage catalytique va donc avoir une activité et une durée de vie
supérieure. De plus, le débit de gaz à traiter, est réduit de 16,2 à 12,6
lçNeh
et donc entraîne une réduction de 22 % de la taille de l'unité Claus et de la
quantité de catalyseur à mettre en oeuvre dans cette unité.
