PROCESS AND INSTALLATION FOR THE RECOVERY OF A GAZOUS MIX HEAVIER HYDROCARBON

PROCEDE ET INSTALLATION DE RECUPERATION DES HYDROCARBURES LES PLUS LOURDS D'UN MELANGE GAZEUX

Abrégé français

ABREGE
Une partie de l'hydrogène du gaz traité, qui est
notamment un gaz résiduaire de raffinerie de pétrole, est tout
d'abord éliminée. Le mélange restant est introduit à un niveau
intermédiaire d'une colonne de distillation qui comporte un
condenseur de tête fonctionnant à une température TF de l'ordre
de -40°C ou plus. La teneur en hydrogène dudit mélange restant
est choisie de manière que le point de rosée du gaz résiduaire
évacué en tête de colonne soit légérement supérieur à la tempéra-
ture TF. Les hydrocarbures lourds sont receuillis en cuve de
la colonne.

Revendications

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit
exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont
définies comme il suit:
1. Procédé de récupération des hydrocarbures les
plus lourds d'un mélange gazeux contenant en outre des constituants
plus légers dont l'hydrogène, notamment pour la récupération
des GPL (C3+) d'un gaz résiduaire de raffinerie de pétrole,
caractérisé en ce que:
-on élimine une partie de l'hydrogène du mélange;
-on introduit le mélange restant à un niveau intermédiaire d'une
colonne de distillation comportant un condenseur de tête qui
assure un reflux dans la colonne, ce condenseur étant refroidi
par un appareil de refroidissement capable de fournir une tempéra-
ture froide TF de l'ordre de -40°C ou supérieure à cette valeur;
et
-on détermine la teneur en hydrogène dudit mélange restant de
façon que le point de rosée, à la pression de la colonne, de
la fraction de ce mélange restant constituée par lesdits consti-
tuants plus légers soit supérieure à la température TF mais
voisin de celle-ci.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé
en ce que ladite élimination partielle d'hydrogène est effectuée
par perméation, ledit mélange restant étant constitué par le résidu
de cette perméation.
3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé
en ce que ledit résidu subit une dessication avant d'être introduit
dans la colonne.
4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé
en ce que ladite élimination partielle d'hydrogène est effectuée
par adsorption PSA, ledit mélange restant étant constitué par
le gaz résiduaire de cette adsorption et étant comprimé avant
d'être introduit dans la colonne, la composition dudit mélange
restant étant éventuellement ajustée par perméation.
5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications
1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit mélange restant est
refroidi par échange de chaleur indirect avec un gaz résiduaire
produit en tête de la colonne.

6. Installation de récupération des hydrocarbures
les plus lourds d'un mélange gazeux contenant en outre des consti-
tuants plus légers dont l'hydrogène, notamment pour la récupération
des GPL (C3+) d'un gaz résiduaire de raffinerie de pétrole,
caractérisée en ce qu'elle comprend:
-des moyens d'élimination d'une partie de l'hydrogène du mélange,
fournissant un mélange restant; et
-une colonne de distillation alimentée par ce mélange restant
et comportant un condenseur de tête qui assure un reflux dans
la colonne, ce condenseur étant refroidi par un appareil de
refroidissement capable de fournir une température froide TF
de l'ordre de -40°C ou supérieure à cette valeur;
-les moyens d'élimination partielle d'hydrogène étant adaptés
pour que la fraction dudit mélange restant constituée par lesdits
constituants plus légers ait, à la pression de la colonne, un
point de rosée supérieur à la température TF mais voisin de
celle-ci.
7. Installation suivant la revendication 6, carac-
térisée en ce que lesdits moyens d'élimination partielle d'hydro-
gène sont constitués par un perméateur.
8. Installation suivant la revendication 7, carac-
térisée en ce qu'un appareil de dessication est disposé à la
sortie haute-pression du perméateur.
9. Installation suivant la revendication 6, carac-
térisée en ce que lesdits moyens d'élimination partielle d'hydro-
gène sont constitués par un adsorbeur PSA, un compresseur,
éventuellement suivi d'un perméateur, étant interposé entre
la sortie de gaz résiduaire de cet adsorbeur et la colonne.
10. Installation suivant l'une quelconque des reven-
dications 6, 7, 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comprend
un échangeur de chaleur indirect alimenté d'une part par ledit
mélange restant, d'autre part par un gaz résiduaire produit
en tête de la colonne.

Description

3~.~
La présente invention est relative à la technique de
récupération des hydrocarbures leq plus lourds d'un mélange ya~eux. Elle
concerne plus particulieremen~ un procédé de récupération des
hydrocarbures les plus lourds d'un mélange gazeux contenant en outre des
constituants plus légers dont l'hydrogène, notanunent pour la récupération
des GPL tC3 ) d'un gaz résiduaire de raffinerie de pétrole.
Dans les procédés habituels de récupération de GPL, on élimine
à peu près totalenlent l'hydrog~ne par condensation partielle du mélange
jusque vers -80C.
Cette technique présente plusieurs inconvénients :
- l'obtention d'une température basse de -80C conduit à l'utilisation
d'un groupe frigorifique coûteux à deux étages ;
- le rendement de récupération des G~L est limité en fonction de la
température basse choisie, par exemple à 97 ou 98 ~ pour -80C
- la ligne d'~change thermique constitue un investissement co~teux )
- les composés benzéniques et l'eau, memes présents à de très faibles
teneurs, risquent de cristalliser dans la liyne d'échange thermique,
conduisant à des bouchages ; il est donc nécessaire d'éliminer au
préalable ces constituants.
L'invention a pour but de fournir un procédé nettement plus
économique eliminant tous ces inconvénients.
A cet effet, le procédé suivant l'invention est caractérisé en
ce que :
- on élimine une partie de l'hydrogène du mélange ;
- on introduit le mélange restant à un niveau intermédiaire d'une colonne
de distillation comportant un condenseur de tete qui assure un reflux
dans la colonne, ce condenseur étant refroidi par un appareil de
refroidissement capable de fournir une température froide TF de l'ordre
de -40C ou supérieure à cette valeur ; et
- on détermine la teneur en hydrogène dudit méIange restant de façon que
le point de rosee, à la pression de la colonne, de la fraction de ce
mélange restant constituée par lesdits constituants plus légers soit
supérieure à la température TF mais voisin de celle-ci.
Dans un premier mode de mise en oeuvre, l'élimination partielle
de l'hydrogène est effectuée par perméation.
Dans une variante particulièrement adaptée aux cas où l'on
souhaite produire simultanément de l'hydrogène pur, cette elimination

2 ;~ 3~
partielle d'hydrogène est effectuee par adsorption PSA (Pressure Swing
Adsorption), ledit melange restant étant constitué par ]e gaz résiduaire
de cette adsorption et étant comprimé avant d'être introduit dans la
colonne, la composition dudit m~lange restant étant éventuellement
ajustée par perm~ation.
L'invention a également pour objet une installation destinee à
la mise en oeuvre d'un tel procédé. Cette installation est caracterisée
en ce qu'elle comprend :
- des moyens d'élimination d'une partie de l'hydrogène du melange,
fournissant un mélange restant ; et
- une colonne de distillation alimentée par ce mélange restant et
comportant un condenseur de tête qui assure un reflux dans la colonne, ce
condenseur étant refroidi par un appareil de refroidissement capable de
fournir une température froide TF de l'ordre de -40C ou supérieure à
cette valeur ;
- les moyens d'élimination partielle d'hydrogène étant adaptés pour que
la fraction dudit mélange restant constituée par lesdits constituants
plus légers ait, à la pression de la colonne, un point de rosée supérieur
à la température TF mais voisin de celle-ci.
Des exemples de mise en osuvre de l'invention vont maintenant
etre décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels les figures 1 et
2 représentent schematiquement deux installations conformes à
l'invention. ~ -
Dans les exemples représentes, on traite un gaz residuaire de
raffinerie de pétrole de composition typique suivante : 74 % H2, 12,2 %
Cl, 9,5 ~ C2, 2,7 % C3, 1,6 % C4 , ainsi que des traces de composes
benzeniques et d'eau, en vue d'en recuperer des GPL (C3 ).~
- Le gaz à traiter est introduit sous 31 bars, via une conduite
1, dans l'espace haute-pression diun perméateur 2. Le permeat, formant à
peu près les deux-tiers du debit initial et constitue par de l'hydrogène
à une purete de 98 à 99 ~, est evacue du permeateur en basse-pression
sous quelques bars, par une conduite 3. Le residu de la permeation,
contenant la quasi-totalite des hydrocarbures, presente la composition
suivante : 21,3 % H2, 36,7 % Cl, 2B,9 % C2, 8,2 % C3, 4,9 % C4 , ainsi
que des traces de composés benzéniques et d'eau. Ce residu est desseche
dans un appareil de dessication 4, puis refroidi dans un échangeur de
~ . ' . ~.
"

3 ~l3~
chaleur indirect 5, puis introduit sous envirsn 30 bars à un niveau
intermédiaire d'un colonne de distillation 6.
La colonne 6 est equipée en cuve d'un rebouilleur 7
fonctionnant à environ 100C, et en t8te d'un condenseur 8 fonctionnant a
environ -~0C et refrigéré par un appareil de refroidissement 9 constitué
par un groupe fri.gorifique, par exemple à "Fréon", à un seul étage. La
vapeur de tête de la colonne est partiellement condensée par le
condenseur ~ puis séparée en une phase vapeur et une phase liquide dans
un séparateur de phases 10. La phase vapeur contient la quasi-totalité de
l'hydrogène, du méthane et de l'éthane contenus dans le résidu de la
perméation, et est évacuée par une conduite 11 en tant que gaz résiduaire
de l'installation après avoir refroidi l'echan~eur de chaleur 5. La phase
liquide est renvoyée en reflux en tête de la colonne 6. Les GPL sont
soutirés en cuve de colonne par une conduite 12.
Le residu de la perméation contient une quantité
d'hydrocarbures légers C1 et C2 imposee par la composition du gaz de
départ. On détermine sa teneur en hydrogène, par un dimensionnement
approprié du perméateur 2, de façon que le mélange de ces hydrocarbures
légers et de l'hydrogène (c'est-à-dire en pratique le gaz residuaire)
ait, à la pression de la colonne 6, un point de rosee légèrement
supérieur à la température la plus froide que peut atteindre le
condenseur 8 avec un groupe frigorifique 9 à un seul étage, soit environ
-40C.
Ainsi, la partie superieure de la colonne 6 effectue une
élimination à peu près parfaite de l'hydrogène par lavage, de sorte que
la seule perte en GPL est celle qui se produit dans le perméateur 2. En
choisissant le point de rosée du gaz résiduaire très voisin de -40C, on
maintient au minimum compatible avec un groupe frigorifique 9 à un seul
étage la quantité d'hydrogène éliminée par perméation, et donc la perte
de GPL. En pratique, on constate que cette perte peut être rendue
négligeable, de sorte que le rendement d'extraction des GPL est proche de
100 %.
Par ailleurs, grace à l'absence de toute ligne d'échange de
chaleur cryogénique, les composés benzéniques du gaz de départ ne
presentent aucun inconvenient et se retrouvent simplement dans les GPL
produits. De même, si la teneur en eau du gaz de depart est suffisamment
faible, on peut éventuellement se passer de l'appareil de dessication 4.
. ~ , ~ i ,
'
.
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En variante, comme indique en trait mixte en 13, on peut avec
la meme installation produire en plus une coupe Cl/C2 en soutirant du
liquide en tête de la colonne 6. Cependant, on abaisse alors le point de
rosee de la vapeur de tête et du gaz residuaire, ce qui necessite en
compensation une plus forte elimination d'hydrogène par permeation et,
par suite, conduit à une degradation du rendement d'extraction des GPL.
L'installation de la figure 2 ne diffère de celle de la figure
l que par le traitement du gaz en amont de l'echangeur de chaleur 5. Elle
convient notamment lorsque l'on désire produira de l'hydrogène très pur,
par exemple destine à des applications électroniques.
En effet, le gaz de depart est tout d'abord traité par
adsorption PSA tPressure Swing Adsorption) dans un appareil d'adsorption
2A, qui en ~limine à peu près la même quantite d'hydrogène que
precédemment. Le melange restant, constitue par le gaz residuaire de
l'appareil 2A, est disponible à une basse pression typiquement voisine de
la pression atmospherique. Il est recomprimé à environ 30 bars par un
compresseur 13, puis refroidi dans l'echangeur 5, puis introduit dans la
colonne 6 comme precedemment.
Si la teneur en hydrogane du gaz résiduaire de l'appareil 2A
conduit à un point de rosee du gaz residuaire de la colonne voisin de
-40C ou supérieur à cette valeur, on choisit simplement un groupe
frigorifique 9 fonctionnant à ce point de ros~e. Le rendement
d'extraction des GPL sera alors toujours pratiquement de 100 %,
puisqu'aucune perte en GPL ne se produit dans l'appareil 2A.
Par contre, si cette teneur en hydrogène est trop elévee (d'o~
un point de rosée en tête de colonne inférieur à -40C), on l'abaisse à
une valeur fournissant un point de rosee legerement superieur a -40C, au
moyen d'un permeateur 14 monté entre la sortie du compresseur 13 et de
l'echangeur 5, comme schematise en trait interrompu~à la figure 2.
On comprend que l'invention peut s'appIiquer à d'autres cas de
recuperation d'hydrocarbures lourds. Par exemple, avec le meme gaz de
départ que ci-dessus, on paut recuperer uniquement les C4 , en
choisissant la pression de la colonne et la teneur en hydrogène du
melange introduit dans cette colonne de fason que le point de rosee du
melange H2, Cl, C2 et C3 constituant le ga7 résiduaire de la colonne soit
superieur a -40C ; on choisira un appareil de refroidissement 9 adapte a
.

2~
cette temperature, cet appareil pouvant éventuellement etre constitué par
une simple circulation d'eau à la température amblante.
, . ... . . . . . . . . . . .
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Dessin représentatif