Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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PROCEDE bE DESACIDIFICATION AVEC PRODUCTION DE GAZ ACIDES EN
PHASE LIQUIDE
:i La présente invention concerne un procédé de traitement d'un gaz comportant
un ou plusieurs gaz acides de rnanière à éliminer au moins une partie de ces
gaz
acides, Iis ou les gaz acides se présentant sous la forme d'une phase liquide,
à l'issue
de l'opération de traitement.
Dans la suite de la description les expressions "gaz acide liquide" ou "gaz
io acide sous une forme liquide" désignent le mêrne produit, à savoir des gaz
acides qui
se présentent dans un état liquide à l'issue d'une étape de traitement, en
comparaiison à un état gazeux.
La présente invention s'applique particulièrement bien au traitement d'un gaz
naturel qui contient des gaz acides tels que de l'H2S et/ou du C02. En effet,
il est
15 fréquemment nécessaire de traiter ce gaz naturel pour éliminer au moins en
partie les
gaz acides qu'il contient avant de le transporter.
F'our séparer ces gaz acides du gaz naturel, on utilise le plus souvent un
procédé d'absorption de ces gaz acides dans un solvant, tel que celui qui est
schématisé sur la figure 1 et décrit ci-après. Le gaz sous pression est mis en
contact
2.0 à contrE:-courant dans une colonne CA avec un solvant sélectif vis-à-vis
des gaz
acides, tel qu'un solvant chimique comme par exemple la diéthanolamine (DEA)
ou la
méthyldiéthanolamine (MDEA). l-e gaz qui sort en tête de la colonne CA est au
moins
en partie débarrassé des gaz acides qui se présentent dans un état gazeux. Le
solvant sortant en fond de la colonne CA, subit une première détente
permettant de
25 séparer dans le ballon séparateur SM une fraction gazeuse contenant une
partie du
méthane coabsorbé provenant clu gaz naturel, puis il est chauffé dans
l'échangeur E1
et déteridu à nouveau jusqu'à une pression proche de la pression
atmosphérique. Le
solvant est alors régénéré dans la colonne de distillation CD qui est chauffée
en fond
à l'aide d'un rebouilleur RE. Le gaz sortant en tête de la colonne CD est
refroidi dans
3o l'échangeur DC à l'aide du fluidES ambiant de refroidissement, par exemple
de l'eau ou
de l'air disponible. A la sortie de l'échangeur DC, on sépare dans le ballon-
séparateur
DB une fraction liquide contenant du solvant et de l'eau, qui est renvoyée à
l'aide de
la pompe P2 en tête de la colonne CD, et une fraction gazeuse enrichie en gaz
acides
qui est iproduite à basse pression et qui est proche de la saturation en eau.
La phase
35 solvant sortant en fond de la colonne CD est reprise par la pompe P1,
refroidie dans
l'échangeur E1 puis dans l'échangeur RA à l'aide du fluide ambiant de
refroidissement
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par exemple de l'eau ou de l'air disponible et recyclée en tête de la colonne
d'absorption CA.
Il est également connu d'utiliser un solvant physique comme par exemple le
diméthyl-éther-tétraethylène-glycol (DMETEG) qui peut être régénéré comme cela
est
montré sur la figure 2 par une série de détentes jusqu'à une pression proche
de la
pression atmosphérique. On obtient ainsi à la sortie des ballons séparateurs
S1, S2 et
S3, des fractions gazeuses enrichies en gaz acides à des niveaux décroissants
de
pression et qui sont évacuées respectivement par les conduits 1, 2, 3. La
fraction
recueillie à la pression la plus élevée par le conduit 1 contient une
proportion
lo relativement importante de méthane. Elle peut être comprimée et recyclée à
l'entrée
de la colonne CA ou utilisée comrne fuel-gas.
Le procédé schématisé sur la figure 2 s'applique bien lorsqu'il n'est pas
nécessaire d'éliminer complèteme:nt les gaz acides contenus dans le gaz à
traiter, par
exemple lorsque le gaz acide à éliminer est du C02. Dans un tel cas, le
solvant peut
être régénéré par simple détente sans chauffage.
Dans les deux exemples clonnés aux figures 1 et 2, les gaz acides séparés se
présentent sous une forme gazeuse.
Les gaz acides sont évacués vers un endroit qui dépend notamment de leur
nature. Habituellement, le C02 est envoyé directement dans l'atmosphère. Dans
le
cas des gaz acides très toxiques, tels que le H2S, l'évacuation directe dans
l'atmosphère n'est plus réalisable et on peut envisager de le traiter dans une
installation thermique, par exemple par incinération. Le S02 issu de ce
traitement
peut alors être déchargé dans l'atmosphère. Une autre manière de procéder
consiste
à envoyer le H2S séparé, dans une unité Claus adaptée pour le convertir en
soufre.
Cette conversion est coûteuse, et peu applicable pour des raisons économiques.
Dans tous les cas, les normes et les conditions à respecter pour la protection
de l'environnement étant de plus en plus sévères, le rejet de gaz acides, tels
que S02
ou C02, sous une forme gazeuse directement dans l'atmosphère est de moins en
moins acceptée. Ainsi, il devient nécessaire de trouver une autre manière de
procéder
pour évil:er ces rejets directs dans l'atmosphère et ceci à des coûts
acceptables.
Une solution consiste à réinjecter ces gaz acides dans le sous-sol pour les
stocker en évitant de les évacuer ou de les décharger dans l'atmosphère. Dans
certains cas, cette réinjection peut permettre d'améliorer la récupération
d'hydrocarbures notamment lorsqu'il y a production simultanée de pétrole et de
gaz à
l'endroit de réinjection.
1'outefois, cette réinjection nécessite de recomprimer ces gaz acides à une
pressiori éievée généralement supérieure à 10 MPa, ce qui est une opération
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coûteuse en investissement et en coût opératoire. En outre la compression de
gaz
acides concentrés en H2S, pose des problèmes technologiques difficiles
notamment
en raison des risques de fuites.
L'idée de la présente inverition est d'obtenir les gaz acides non plus en
phase
gazeuse, mais en phase liquide pour permettre leur évacuation, par exemple
dans le
sous-sol en évitant les problèmes posés par la recompression des gaz acides
sous
forme gazeuse, ou encore dans tout autre endroit approprié, évitant ainsi le
rejet
direct daris l'atmosphère.
Pour améliorer le niveau de pression nécessaire pour l'injection de cette
phase
io essentiellement liquide, la présente invention propose de la pomper.
L'opération de
pompage est une opération plus facile et moins onéreuse que la compression de
gaz
acides sous une forme essentiellement gazeuse.
En outre, du fait de la forme esseritiellement liquide sous laquelle se
présentent les gaz acides, leur transport et leur réinjection jusqu'à un puits
et dans le
puits d'injection est facilitée.
Enfin, le fait que la colonne de fluide injecté est refroidie, permet
d'augmenter
la densité moyenne du fluide et ainsi de réduire le niveau de pression
nécessaire en
tête de puits d'injection.
Cette phase liquide peut être produite directement à l'issue de l'étape de
2o régénération du solvant qui est utilisé pour séparer ces gaz et qui est
réalisée dans
des con(litions spécifiques. On fixe par exemple une valeur de pression au
moins
supérieure à la pression de bulle du mélange de gaz acides produits en phase
essentiellement liquide, et de préférence on opère à une pression au moins
supérieure ou égale à cette pression de bulle, et de préférence supérieure ou
égale
au double de cette pression de bulle.
Il est aussi possible d'optimiser ce procédé et d'utiliser ces gaz acides
liquides
comme agent permettant de faciliter la récupération des hydrocarbures,
lorsqu'ils sont
réinjectés dans un sous-sol contenant des réserves d'hydrocarbures.
Il a été également découvert qu'il est possible d'améliorer les conditions de
séparation des gaz acides produits, en produisant des gaz acides
substantiellement
débarrassés d'eau, de solvant et de méthane.
La présente invention concerne un procédé permettant de traiter un fluide
compreniant des hydrocarbures, du méthane et un ou plusieurs gaz acides, et de
produire, le ou les gaz acides sous une forrne liquide. Le procédé comporte en
combinaison une étape a) au cours de laquelle on met en contact le gaz à
traiter avec
au moins un solvant sélectif vis à vis du ou des gaz acides.
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Le procédé est caractérisé en ce que l'on procède ensuite au moins aux
étapes suivantes :
b) on régénère le solvant issu de l'étape a) contenant en dissolution une
fraction gazeuse enrichie en gaz: acides par détente et/ou chauffage en
produisant
une fraction de solvant liquide que l'on recycle vers l'étape a) et une
fraction gazeuse
contenarit le ou les gaz acides, l'étape de régénération étant réalisée à une
pression
dont la valeur est au moins supérieure à la pression de bulle du gaz acide ou
à la
pression de bulle du mélange de gaz acides produits sous une forme
essentiellement
liquide,
c;~ on rectifie la fraction gazeuse issue de l'étape b) dans une zone de
contact,
en séparant au moins en partie le solvant de ladite fraction gazeuse,
d- on réfrigère la fraction gazeuse issue de l'étape c) à une température
choisie pour obtenir la condensation au moins partielle de ladite fraction
gazeuse en
formant au moins une fraction liquide enrichie en gaz acides liquides, et on
sépare
ladite fraction liquide de gaz acides liquides et la fraction gazeuse restante
comprenant du méthane et des hydrocarbures coabsorbés et on recycle ladite
fraction
gazeuse à l'étape a).
Selon un mode de mise en oeuvre du procédé on peut séparer la fraction
liquide du gaz acide ou des gaz acides issue de l'étape d) et on recycle au
moins une
partie du gaz acide ou des gaz acides liquide séparée vers la zone de contact
(étape
c).
Selon un mode de mise en oeuvre préférentielle, la pression de l'étape b) est
au moins supérieure ou égale au double de la pression de bulle du gaz acide ou
du
mélange de gaz acides.
C)n peut réaliser l'étape a) et/ou l'étape d) à une température sensiblement
inférieure à la température du millieu ambiant.
A l'issue de l'étape d) la température est, par exemple, inférieure à 0 C.
L'étape d) peut être réalisée à une pression au moins égale à 0,5 MPa.
On peut utiliser un solvant physique tel que le méthanol, ou un solvant
chimique comportant un mélange de méthanol et d'amine.
Selon un mode de misE: en oeuvre du procédé, on comprime la fraction
gazeusE: issue de l'étape d) et ori la recycle vers l'étape a).
Selon un autre mode de mise en oeuvre, on comprime la fraction gazeuse
issue de l'étape c) avant de l'envoyer vers l'étape d), la fraction liquide
issue de
l'étape cl) et recyclée vers l'étape; c) étant détendue avant d'être envoyée
vers la zone
de contact.
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On peut détendre au moins une partie de la fraction liquide de gaz acides
issue de l'étape d) et la vaporiser pour fournir au moins une partie de la
réfrigération
requise à une étape du procédé.
Selon un mode de mise eri oeuvre du procédé, on obtient un ou plusieurs gaz
5 acides sous forme liquide, par exemple, à l'issue de l'étape c) un premier
gaz acide
ayant une composition donnée et à l'issue de l'étape d) un deuxième gaz acide
sous
forme liquide ayant une composition différente de célle du premier.
On traite un gaz contenant au moins de l'H2S et du CO2 et on obtient une
fraction (jazeuse issue de l'étape c) enrichie en C02 et une fraction liquide
issue de
lo l'étape d,i enrichie en H2S.
Il est possible de purifier par distillation la fraction liquide de gaz acides
liquides issue de l'étape d).
Le procédé selon la présente invention s'applique parfaitement bien au
traitemerit d'un gaz naturel, au cours duquel on pompe la fraction liquide de
gaz
acides issue de l'étape d) jusqu'à un niveau de pression compatible avec la
réinjection
dans le sous-sol et on l'envoie dans le puits de réinjection.
En réinjectant le ou les gaz acides produits sous une forme liquide, dans un
sous-sol comportant des hydrocarbures, ce mode de mise en oeuvre permet
avantageusement d'utiliser les gaz acides pour aider à la récupération des
hydrocarbures.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la
lecture cle la description donnée ci-après d'exemples non limitatifs de
réalisation, en
se référant aux dessins annexés où :
= les fiçlures 1 et 2 schématisent des procédés de traitement des gaz acides
utilisant
respectivement un solvant chimique et un solvant physique selon l'art
antérieur,
= la figure 3 décrit schématiquernent le principe de traitement selon
l'invention,
= la figure 4 montre une variante de réalisation du dispositif permettant
d'optimiser la
séparation des gaz acides entraînés dans la phase gazeuse,
= la figure 5 montre une variante de réalisation permettant de faciliter la
condensation des gaz acides,
= la figure 6 schématise une variante de réalisation qui permet d'obtenir des
gaz
acides en phase liquide présentant des compositions différentes à différents
niveaux du procédé,
= la figure 7 montre une variainte de dispositif permettant d'utiliser au
moins une
partiei des gaz acides en phase liquide pour réaliser les opérations de
réfrigération,
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= la figure 8 schématise un exernple de mise en oeuvre du procédé comportant
une
étape préalable au cours de laquelle on élimine l'eau contenu dans le gaz,
= la figure 9 montre une variante; où le solvant utilisé est un solvant
chimique,
= les figures 10 et 11 schématisent des variantes de colonne de régénération,
= la figure 12 montre un schéma permettant d'opérer de manière alternative, et
= les fiçiures 13 et 14 schématisent deux modes de régénération du solvant.
Le procédé selon l'invention peut être décrit en se référant au schéma de
principe de la figure 3, à un gaz: comportant des hydrocarbures, du méthane et
des
-0 gaz acides.
Le gaz à traiter contenant le ou les gaz acides à séparer arrive sous pression
par le conduit 10 dans la colonne d'absorption CA. Cette colonne peut être par
exemple une colonne à plateaux ou une colonne à garnissage connues de l'homme
du métie;r. Dans la colonne CA, le gaz est mis en contact à contre-courant
avec une
phase solvant introduite en tête de la colonne CA par le conduit 13. A l'issue
de cette
étape, on obtient:
= le gaz traité substantiellemerrt débarrassé en gaz acides qui sort en tête
de la
colonne CA par le conduit 11, et
= le solvant chargé en gaz acides évacué en fond de la colonne CA par le
conduit 12
et en-voyé à travers une vanrie de détente V1 où il subit une première détente
à
l'issuf: de laquelle on obtient une phase gazeuse riche en méthane coabsorbé
et
une phase solvant riche en gaz acides.
La phase gazeuse riche en méthane coabsorbé est séparée du solvant dans
le ballon séparateur SM situé après la vanne V1 et elle est évacuée par le
conduit 14.
La phase solvant sortarnt du ballon séparateur SM par le conduit 15 est à
nouveau détendue à travers la vanne de détente V2, chauffée dans l'échangeur
E1 et
envoyée par le conduit 16 à la colonne de distillation CD permettant sa
régénération.
La colonne de distillatiori CD est chauffée à l'aide d'un rebouilleur RE. Le
solvant régénéré à l'intérieur de la colonne CD et appauvri en gaz acides, est
évacué
en fond de la colonne CD par le conduit 17, et renvoyé à l'aide de la pompe P1
successivement dans les échangeurs E1 et RA, dans lesquels il est refroidi
avant
d'être recyclé par le conduit 13 en tête de la colonne CA.
L'étape de régénération est réalisée à une pression au moins supérieure à la
pression de bulle du gaz acide ou du mélange de gaz acides produits sous forme
liquide. 1_e choix de cette valeur de pression permet avantageusement de
produire le
ou les gaz acides sous une forme liquide.
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Dans l'art antérieur, la ré(génération du solvant est généralement réalisée à
une pression qui est voisine de la pression atmosphérique, alors que selon la
présente invention, elle est opérée à une pression beaucoup plus élevée, par
exemple à une valeur de pression supérieure à la pression de bulle du mélange
des
gaz acides produits sous forme liquide.
Cette pression peut être supérieure au moins à 1 MPa de manière à produire
des gaz acides liquides dans le ballon DB.
L'opération de régénération à cette valeur de pression implique de réfrigérer
la
tête de la colonne à une température suffisamment basse, cette température
étant
io fonction notamment de la composition des gaz acides produits sous forme
liquide.
Ainsi, si le mélange de gaz acides comprend du CO2 et de l'H2S, cette
température
doit être d'autant plus basse que la proportion de CO2 est élevée.
Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il est
possible en liquéfiant le gaz de tête en partie seulement et en séparant les
fractions
-5 liquide et gazeuse ainsi obtenues, non seulement d'éviter de refroidir le
gaz de tête à
une température très basse, mais également de séparer au moins en partie les
gaz
acides, du méthane et des hydrocarbures coabsorbés, ou encore de séparer au
moins eri partie les gaz acides eritre eux.
La phase gazeuse comportant les gaz acides est évacuée par le conduit 18 en
20 tête de la colonne CD avant d'être réfrigérée à une température inférieure
à la
température du milieu ambiant, par exemple par de l'eau ou de l'air de
refroidissement, disponible, daris un échangeur DR de façon à condenser une
fraction liquide riche en gaz acides, ces gaz acides se présentant sous la
forme d'une
phase liquide. La fraction liquide ainsi obtenue est séparée de la fraction
restant
25 gazeuse! dans le ballon séparateur DB. Une partie de ces gaz acides
liquides est
évacuée du ballon séparateur DB par le conduit 19 avant d'être envoyée au
moyen
de la pompe P2 à titre de reflux en tête de la zone de rectification de la
colonne de
distillaticin CD. La partie restante des gaz acides liquides est évacuée du
ballon par le
conduit ,20 et par la pompe P3. Son passage à travers la pompe lui permet
d'atteindre
30 un niveau de pression relativement élevé, par exemple supérieur à 10 MPa
avec une
dépense d'énergie relativement faible pour être par exemple réinjectée dans le
sous-
sol par Ia conduit 21.
L.a fraction gazeuse séparée comportant du méthane et des hydrocarbures
coabsorbés est évacuée du ballon séparateur DB par le conduit 22. Elle peut
être
35 reprise par un compresseur KR, puis refroidie par un échangeur RB et
recyclée par le
conduit 23 à l'entrée de la colonrie d'absorption CA.
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La mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour traiter un fluide tel
qu'un
gaz cornprenant du méthane el un ou plusieurs gaz acides comporte au moins les
étapes suivantes :
a) on met en contact le gaz à traiter contenant le ou les gaz acides avec au
moins un
solvant sélectif vis-à-vis des gaz acides,
b) on rE;génère le solvant issu (le l'étape a) et contenant en dissolution une
fraction
gazeuse enrichie en gaz acüdes par détente et/ou chauffage en produisant une
fraction de solvant liquide recyclée vers l'étape a) et une fraction gazeuse
contenant le ou les gaz acides, l'étape de régénération étant effectuée à une
t0 valeur de pression dont la valeur est au moins supérieure à la valeur de la
pression
de bulle du gaz acide ou à la pression de bulle du mélange de gaz acides
produits
sous forme liquide,
c) on rectifie la fraction gazeuse issue de l'étape b) dans une zone de
contact, en
séparant au moins en partie le solvant de ladite fraction gazeuse,
d) on réfrigère la fraction gazeuse issue de l'étape c) à une température
permettant
d'obtenir la condensation d'au moins une fraction liquide enrichie en gaz
acides
liqui(Jes, et on sépare la majorité de la fraction liquide riche en gaz acides
de la
fraction gazeuse restante comprenant du méthane et des hydrocarbures
coabsorbés et on recycle ladite fraction gazeuse à l'étape a).
Selon un mode de réalisation, on opère l'étape d) à une température inférieure
à la tenipérature du milieu ambiant, par exemple en utilisant un fluide
réfrigérant.
Une partie de la fractiori liquide riche en gaz acides issue de l'étape d)
peut
être recyclée vers l'étape c) pour servir de reflux dans la zone de contact
(étape c),
une pairtie de la fraction restante peut être évacuée.
Dans le procédé selon l'invention, la colonne de distillation CD servant à
régénérer le solvant est opérée de préférence à une pression sensiblement
supérieure à la pression atmosphérique, de préférence supérieure à 0,5 MPa.
La température de réfirigération à la sortie de l'échangeur DR est de
préférence inférieure à 0 C. De manière générale, elle est choisie en fonction
de la
pression à laquelle la distillation est opérée dans la colonne CD et de la
composition
des gaz acides produits.
Lorsque les gaz acides, sont formés par un mélange de C02 et d'H2S, la
température de réfrigération est choisie d'autant plus basse que la proportion
de C02
dans les gaz acides produits en phase liquide est élevée.
Dans le cas d'un tel m(3lange binaire de C02 et d'H2S, on peut déterminer
pour chaque composition la pression de bulle du mélange PB en fonction de la
température de réfrigération.
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Cette température de réfrigération est de préférence inférieure à la
température TR telle que :
PB (TR) = (PR)/2
en désignant par PR la pression régnant dans le ballon séparateur DB.
Ainsi, par exemple, si cette pression PR est égale à 2MPa et si les gaz acides
produits eri phase liquide sont forniés par un mélange C02 et d'H2S, la
température
TR varie cle la manière suivante (tableau 1) en fonction de la proportion
d'H2S en
fraction molaire exprimée en %.
l o Tableau 1
x H S 0 20 50 80 100
T -40 C -38 C -34 C -25 C -1 C
Ainsi la pression à laquelle est opérée l'étape de régénération dans la
colonne
est de préférence fixée à un niveau de pression au moins égal au double de la
valeur
de pression du point de bulle du gaz acide ou du mélange de gaz acides
liquides
produits, à la température de réfrigération imposée en tête de la colonne de
régénération.
La fraction gazeuse évacuée du ballon séparateur DB par le conduit 22 est
enrichie en méthane et en C02. Elle est comprimée à l'aide du compresseur KR
et
peut être recyclée à l'entrée de la colonne d'absorption CA.
On observe qu'il est possible d'améliorer ainsi les conditions de séparation
des
gaz acides produits en phase liquide. En effet, on sépare dans le ballon
séparateur
DB la plus grande partie du méthane qui restait coabsorbé dans le solvant.
D'autre
part, il est possible, en jouant sur la température de réfrigération de
réaliser une
désacidification plus ou moins sélective en H2S. En effet, en choisissant une
température de réfrigération relativement élevée, il est possible de recycler
la plus
grande partie du C02 absorbé avec l'H2S.
Exemple :
L'exemple donné ci-après illustre un mode particulier de réalisation du
procédé.
La charge à traiter est un gaz naturel disponible après dégazolinage à une
pression cle 6 MPa et une température de -30 C. Sa composition est donnée dans
le
tableau 2 et son débit est de 4,8 MNm3/jour.
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Tableau 2
Constituant % mole
N2 1.55
C02 4.16
H2S 6.91
Méthane 81.84
Ethane 3.94
Propane 1.26
Isobutane 0.16
Butane 0.12
Isopentane 0.03
Pentane 0.02
Hexane 0.01
C7+ 0.01
5 Le gaz à traiter est injectée dans la colonne CA par le conduit 10. A contre-
courant circule un solvant injecté par le conduit 13; sa composition est de 70
% mole
de méthanol et 30 % mole d'eau; son débit est de 41970 kmol/h. Le gaz traité
est
évacué par le conduit 11; il ne contient plus que 0,5 % mole de C02 et 4 ppm
mole
d'H2S.
Le ballon séparateur SM e:st opéré à une pression de 20 MPa. Le gaz issu de
ce ballon par le conduit 14 contient 82 % mole de méthane, 8 % mole de C02 et
2 %
mole d'H2S. Son débit est de 718 kmol/h.
La colonne de régénération CD est opérée à une pression de 14 MPa. La
température du ballon de séparation DB est maintenue à-36 C. Le gaz évacué par
le
conduit 22 contient 42 % mole de C02, 16 % mole d'H2S et 32 % mole de méthane.
Ce gaz, d'un débit de 930 kmol/h, est recyclé dans la colonne d'absorption CA
après
compression à 6 MPa et refroidissement à-30 C.
La solvant régénéré est évacué par le conduit 17 pour être recyclé dans la
colonne 0A après refroidissement à -30 C.
Les gaz acides liquides sont soutirés du ballon DB par le conduit 20. La
composkion de ce fluide est de 135 % mole de C02 et 47 % mole d'H2S. Sa
pression
est ensuite amenée à la pression de réinjection par l'intermédiaire de la
pompe P3.
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Il
La, figure 4 schématise un procédé permettant de séparer au moins en partie
les gaz acides contenus dans la fraction gazeuse issue de l'étape d) et
évacuée par
le conduili 22, en refroidissant le gaz issu du compresseur KR dans un
échangeur CR.
La fraction liquide ainsi obtenue est séparée dans le ballon séparateur RB, et
on obtierit à la sortie du ballon séparateur RB une fraction gazeuse enrichie
en
méthane qui est évacuée par le conduit 25 et une fraction liquide enrichie en
gaz
acides qui est évacuée par le coriduit 26, détendue à travers la vanne de
détente V3
et recyclée vers le ballon séparateur DB. Ceci permet, avantageusement de
réduire la
quantité de gaz acides recyclé:; à l'entrée de la 'colonne d'absorption CA,
et/ou
io d'obtenir une fraction gazeuse enrichie en méthane et appauvrie en gaz
acides qui
peut servir de fuel-gaz.
La figure 5 schématise une manière de procéder permettant de faciliter la
condensation des gaz acides à la sortie de l'échangeur DR.
La fraction gazeuse sortant en tête de la colonne de distillation CD par le
conduit 18 passe dans un compresseur KC avant d'être envoyée dans l'échangeur
DR, de façon à réaliser l'opération de réfrigération dans cet échangeur DR à
une
pression supérieure à la pression à laquelle est réalisée la distillation dans
la colonne
CD. Dans cet exemple de réalisation, la fraction liquide des gaz acides
évacuée par le
conduit 19 n'est plus recyclée ve.rs la colonne de distillation CD par une
pompe P2,
mais est détendue à travers une vanne de détente V4 avant d'être envoyée en
tête
de la zone de rectification de la colonne CD.
La figure 6 schématise urie autre variante de procédé permettant de réaliser
deux ou plusieurs étapes de régénération dans des conditions différentes afin
d'obtenir deux ou plusieurs fractions de gaz acides de compositions
différentes.
Par rapport au schéma de la figure 3, le dispositif comporte, disposé entre la
vanne dE; détente V2 et l'échangeur E1, un ensemble de moyens permettant
d'obtenir
avant l'él:ape de rectification dans la colonne CD une première fraction
liquide enrichie
en gaz acides par exemple du C02, et à l'issue de l'étape d) du procédé une
seconde
fraction liquide de gaz acides différents du C02, par exemple l'H2S.
Pour cela, on opère par exemple en séparant une première fraction gazeuse
enrichie en méthane et en CO-2 > par simple détente à travers la vanne V2, et
on
envoie cette fraction gazeuse est envoyée par le conduit 30 pour être
rectifiée dans la
colonne CD2. Ceci permet d'évacuer par le conduit 31 en tête de la colonne CD2
,
une fraction gazeuse, substantiellement débarrassée de solvant et enrichie en
C02.
Cette fraction gazeuse est réfrigérée dans l'échangeur DR2, et séparée dans un
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ballon séparateur DB2 en sortie duquel on obtient une fraction gazeuse évacuée
par
le conduit 33 et une fraction liquide enrichie en C02 dont une partie est
évacuée par
le conduit 34 et recyclée par la pompe P22 pour servir de reflux dans la
colonne de
rectifical:ion CD2, et la partie restante de la fraction liquide riche en C02
est évacuée
par le conduit 35. Cette dernière partie de fractïon liquide peut être
utilisée comme il a
été précédemment mentionné.
Une telle disposition peirmet d'obtenir à la sortie de l'échangeur DR2 une
fraction liquide enrichie en C02 et à la sortie de l'échangeur DR une fraction
liquide
enrichie en H2S, les gaz acides C02 et H2S se présentant sous une forme
liquide.
io Chacune des colonnes de régénération et de rectification doit opérer dans
des
conditions de pression et de température permettant d'obtenir des gaz acides
sous
forme liquide, c'est-à-dire à une pression dont le niveau est au moins égal au
niveau
de la pression de bulle des gaz acides produits sous une forme liquide et de
préférerice au moins égal au double de ce niveau de pression de bulle.
l5
La figure 7 montre une 'variante de réalisation du dispositif dans laquelle au
moins une des fractions liquides de gaz acides liquides obtenues, est détendue
et
vaporisée, avant d'être utilisée au moins en partie pour réaliser une ou
plusieurs
étapes de réfrigération du procédé.
20 Par rapport à la figure 3, le dispositif est équipé d'une vanne de détente
V5
disposée sur le conduit 20 situé entre le séparateur DB et l'échangeur DR et
traversant l'échangeur DR.
La fraction liquide de gaz acides liquides évacuée à la sortie du ballon
séparateur DB par le conduit 2_0 est détendue et vaporisée à travers la vanne
de
25 détente V5 de manière à fournir au moins en partie la réfrigération qui
doit être
assurée dans l'échangeur DR.
Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, il est possible de
purifier, par distillation, la fraction de gaz acides liquides obtenu en phase
liquide, de
façon par exemple à obtenir une fraction liquide concentrée en H2S.
La figure 8 schématise u~ne variante de réalisation du procédé comportant une
étape préalable au cours de laquelle le gaz est débarrassé au moins en partie
de
l'eau.
Différents solvants peuvent être utilisés. Le solvant peut être par exemple un
solvant physique, tel que par exemple le méthanol.
Le gaz qui arrive par le conduit 100 est chargé en eau, en gaz acides et peut
contenir également des hydrocarbures condensables.
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Une fraction de ce gaz est envoyée par le conduit 101 à la colonne
d'absorption CS, la fraction restante passant par le conduit 102. En tête de
la colonne
CS arrive par le conduit 105 une phase aqueuse contenant du méthanol en
dissolution. La phase aqueuse évacuée par le conduit 107 en fond de la colonne
CS
est substantiellement débarrassée de méthanol. La fraction gazeuse sortant en
tête
de la colonne CS par le conduit 108 est chargée en méthanol. Elle est mélangée
avec
la fraction gazeuse arrivant par le conduit 102 et avec un appoint de méthanol
introduit par le conduit 103. La présence de méthanol permet avantageusement
de
réfrigérer le gaz en évitant la formation de glace et/ou d'hydrates. Le gaz
est réfrigéré
io successivement dans l'échangeur E100 par échange de chaleur avec la
fraction
gazeuse sortant du ballon séparateur B100 puis dans l'échangeur R100 par
échange
avec un fluide réfrigérant externe.
A la sortie de l'échangeur R100, on obtient une phase gazeuse
substantiellement débarrassée d'eau et d'hydrocarbures condensables, une phase
hydrocarbure liquide et une phase aqueuse chargée en méthanol. Ces trois
phases
sont séparées dans le ballon séparateur B100. La fraction hydrocarbure liquide
est
évacuée par le conduit 104 et la phase aqueuse est évacuée au moyen de la
pompe
P100 eiC envoyée par le conduit 105 en tête de la colonne CS. La phase gazeuse
est
évacuée par le conduit 106 et erivoyée dans l'échangeur E100=
A la sortie de l'échangeur Ei00, cette fraction gazeuse est mélangée avec la
fraction gazeuse recyclée à l'aide du compresseur KR, le mélange gazeux ainsi
obtenu étant envoyé par le conduit 10 à la colonne d'absorption CA, où il est
mis en
contact avec le solvant arrivant en tête de la colonne CA à une température
voisine
de la température dans le ballon séparateur B100, cette température pouvant
être
comprise par exemple entre 0 C et -40 C. Le solvant sortant à la base de la
colonne,
chargé en gaz acides, est régE:néré conformément au principe général du
procédé
selon l'invention décrit à la figure 3. La fraction gazeuse sortant en tête de
la zone de
rectification de la colonne de diistillation CD est refroidi dans l'échangeur
DR à l'aide
d'un fluide réfrigérant extérieur, à une température qui peut être par exemple
voisine
de la température à laquelle esl opérée la colonne d'absorption CA, c'est-à-
dire à une
température qui peut être par exemple comprise entre 0 C et -40 C. A la sortie
de
l'échangeur DR, on procède aux étapes décrites à la figure 3 et on sépare une
fraction gazeuse enrichie en méthane évacuée par le conduit 22 et recyclée au
moyen du compresseur KR par le conduit 23 vers la colonne CA et une fraction
de
gaz acides en phase liquide, dont une partie au moins est évacuée par le
conduit 19
et reprise par la pompe P2 pour être recyclée en tête de la zone de
rectification de la
colonne de distillation CD, la partie restante étant évacuée par le conduit 20
et
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renvoyée au moyen de la pompe P3 vers un endroit de destination choisi, par
exemple dans le sous-sol pour aider à la récupération des hydrocarbures. La
phase
solvant régénérée sortant par le conduit 17 à la base de la colonne de
distillation CD
est recyclée au moyen de la pompe P1. Elle est refroidie dans l'échangeur E1
par
échange interne, puis dans l'échangeur RA au moyen d'un fluide réfrigérant
externe
avant d'être réintroduite par le conduit 13 en tête de la colonne CA.
Cette mise en oeuvre particulière du procédé selon l'invention, présente
notamment comme caractéristique de comporter une préétape de traitement
permettant d'éliminer au moins en partie de l'eau contenue dans le gaz, le gaz
à
traiter étant réfrigéré en présence du méthanol avant d'être envoyé à l'étape
a) de
contact avec le solvant et par le fait que cette étape a) est opérée à une
température
inférieure à la température du milieu ambiant, eau ou air de refroidissement
disponible, l'étape a) étant menée par exemple à une température comprise
entre 0 C
et -40 C.
Le solvant peut contenir en mélange avec le méthanol une certaine teneur en
eau pour limiter la coabsorption d'hydrocarbures.
Cette teneur en eau peut être comprise par exemple entre 5 et 30% en fraction
molaire.
Il est également possible d'utiliser un autre solvant physique que le
méthanol.
Ce solvant peut être par exemple un alcool, un éther ou une cétone.
La figure 9 schématise une variante de réalisation du procédé selon
l'invention, où le solvant utilisé dans la colonne CA est un solvant chimique,
telle
qu'une amine. II peut être formé par exemple par un mélange de méthanol et de
diéthanolamine ou de méthyldiethanolamine.
Le gaz qui arrive par le conduit 100 est chargé en eau, en gaz acides et peut
contenir, également des hydrocarbures condensables.
Une fraction de ce gaz est envoyée par le conduit 101 à la colonne CS, la
fraction restante passant par le conduit 102. En tête de la colonne CS arrive
par le
conduit 105 une phase aqueuse contenant du méthanol en dissolution.
La phase aqueuse évacuée en fond de la colonne CS par le conduit 107 est
substantiellement débarrassée du méthanol. La fraction gazeuse sortant en tête
de la
colonne CS par le conduit 108 est chargée en méthanol. Elle est mélangée avec
la
fraction gazeuse arrivant par le conduit 102 puis avec la fraction gazeuse
recyclée à
l'aide du compresseur KR par le conduit 23 ainsi qu'avec un appoint de
méthanol
introduit par le conduit 103. Le mélange gazeux ainsi obtenu est mis en
contact dans
la colonne CA avec un mélange de méthanol, d'eau et d'amine.
, _ , .
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Le gaz sortant en tête de la colonne CA est substantiellement débarrassé des
gaz acides qu'il contenait à l'entrée de la colonne CA et contient de l'eau du
méthanol. Il peut également contenir des hydrocarbures condensables. Il est
réfrigéré
successivement dans l'échangeur E100 par échange de chaleur avec la fraction
5 gazeuse sortant du ballon séparateur B100, puis dans l'échangeur R100 par
échange
avec un fluide réfrigérant externe. A la sortie de l'échangeur R100, on
obtient une
phase gazeuse substantiellement débarrassé d'eau et d'hydrocarbures
condensables,
une phase hydrocarbure liquide et une phase aqueuse chargée en méthanol. Ces
trois phases sont séparées dans le ballon séparateur B100. La phase aqueuse
est
lc) évacuée par le conduit 106 et envoyée dans l'échangeur E100. La fraction
hydrocarbure liquide est évacuée par le conduit 104 et la phase aqueuse est
évacuée
au moyen de la pompe P100 et envoyée par le conduit 105 en tête de la colonne
CS.
Cette mise en oeuvre spécifique du procédé comporte notamment comme
caractéristique le fait que le gaz issu de l'étape a) qui est chargé en eau,
en méthanol
-5 et peut également contenir des hydrocarbures condensables est réfrigéré de
manière
à obtenir un gaz substantiellement débarrassé de gaz acides, d'eau, de
méthanol et
d'hydrocarbures condensables.
Différents types d'équipements peuvent être utilisés dans le procédé selon
l'invention. Il est possible par exemple d'utiliser des colonnes à plateaux ou
des
colonnes à garnissage, par exemple à garnissage structuré. Les échangeurs de
chaleur peuvent être des échangeurs à tubes et calandres ou des échangeurs à
plaques, par exemple des échangeurs à plaques en aluminium brasé.
Les moyens de réfrigération peuvent être également de différentes natures, la
réfrigération pouvant être assurée par exemple par un échange interne ou par
un
échange avec un fluide réfrigérant externe, à l'aide d'un cycle frigorifique
externe ou
par détente à travers une vanne de détente ou à travers une turbine de
détente.
Différentes dispositions peuvent être adoptées pour assurer le refroidissement
de la colonne de régénération et de rectification CD.
La figure 10 schématise un exemple de réalisation où la colonne est équipée
d'un condenseur intégré.
Une surface d'échange RC1 est placée à l'intérieur de la colonne et peut être
constituée par exemple de tubes dans lesquels circule un réfrigérant externe
qui
arrive par le conduit 151 et ressort par le conduit 152.
Elle peut aussi être constituée par des plaques soudées.
Le refroidissement de la fraction gazeuse circulant en tête de la colonne CD
provoque un reflux liquide qui est recueilli sur le plateau T1. Une partie de
ce liquide
, ..
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recueilli est évacuée par la pompe P4 et forme les gaz acides produits en
phase
liquide. La partie restante s'écoule à travers le plateau T1 en alimentant la
zone de
rectification.
La figure 11 décrit une autre variante de réalisation où la colonne de
régénération CED comporte une surface d'échange interne.
Le solvant régénéré sortant avec une température relativement élevée à la
base de cette colonne est envoyé à l'aide de la pompe P1 vers cet échangeur
interne,
dans lequel il pénètre par le conduit 161 et en sort par le conduit 162.
io Le solvant chargé en gaz acides arrive par le conduit 16 avec une
température
relativement basse. Il est chauffé progressivement lors de sa circulation
descendante
à l'intérieur de la colonne, ce qui permet de générer une phase vapeur, la
chaleur
fournie en fond par l'intermédiaire de l'échangeur RE jouant uniquement le
rôle
d'appoint.
Au contraire, le solvant régénéré qui circule dans l'échangeur interne se
refroidit progressivement et sort avec une température relativement basse par
le
conduit 162.
Les gaz acides sont envoyés dans la zone de rectification à une température
relativement basse et sont relativement peu chargés en solvant, ce qui permet
de
2o réduire la consommation de puissance frigorifique dans l'échangeur DR.
L'échangeur interne peut être constitué par exemple par des tubes verticaux
ou des tubes enroulés en spirale.
II peut aussi être réalisé par exemple par des plaques verticales soudées
entre
elles.
Selon un mode avantageux de réalisation, il permet d'effectuer un échange de
chaleur globalement à contre-courant entre la phase solvant chargée en gaz
acides
qui descend et la phase solvant régénérée qui circule de manière ascendante en
assurant un gradient de température, la valeur de la température en tête de
l'échangeur étant proche de la température du solvant chargé en gaz acides
sortant
de la colonne d'absorption et la valeur de la température en fond de
l'échangeur étant
proche de la température sortant de la colonne de réfrigération.
La figure 12 décrit un exemple de réalisation qui offre la possibilité
d'opérer de
manière alternative.
Le solvant régénéré qui sort de la colonne CD passe dans des échangeurs de
chaleur placés à l'extérieur de la colonne de régénération CD, par exemple
deux
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échangeurs E101 et E102. Ces échangeurs peuvent être des échangeurs à tubes et
calandre ou encore des échangeurs à plaques.
Le solvant régénéré en circulant à travers ces échangeurs se refroidit
progressivement, en échangeant de la chaleur avec une fraction liquide à
l'intérieur
de chacun des échangeurs, la fraction liquide étant prélevée par exemple à
partir d'un
plateau de la colonne par les conduits 301 et 302. On obtient ainsi une phase
vapeur
qui est renvoyée dans la colonne par les conduits 401 et 402.
La régénération du solvant peut être effectuée en au moins deux opérations
successives de distillation, comme cela est illustré sur les exemples
d'agencements
lo illustrés par les figures 13 et 14, au lieu d'être régénéré dans une seule
colonne CD
(figure 3).
Dans le cas de l'exemple représenté par la figure 13, le solvant est tout
d'abord régénéré dans une zone de distillation CD3, la phase vapeur sortant en
tête
étant partiellement condensée dans un échangeur DR3 par refroidissement à
l'aide
du milieu ambiant de refroidissement, eau ou air disponible. Cette première
distillation
permet de séparer la majorité du solvant entraîné avec les gaz acides. Une
deuxième
opération de distillation est réalisée dans une zone de distillation CD4, la
phase
vapeur sortant en tête étant partiellernent condensée dans l'échangeur DR par
refroidissement à l'aide d'un fluide réfrigérant externe permettant d'abaisser
la
température à un niveau inférieur à la température ambiante, par exemple entre
-20 et
-40 C. Cette opération permet de condenser une phase liquide riche en gaz
acides,
dont une partie est envoyée en reflux dans la zone de distillation CD4 par le
conduit
19 après détente à travers la vanne de détente V4. Le contact à contre-courant
entre
la fraction gazeuse et ce reflux liquide dans la zone de distillation CD4
permet de
concentrer en gaz acides la fraction vapeur. A la sortie de l'échangeur DR, le
mélange
diphasique obtenu est séparé dans le ballon diphasique DB. La phase gazeuse
obtenue, enrichie en méthane et éthane, est recyclée au moyen du compresseur
KR.
La phase liquide, riche en gaz acides, est pompée à l'aide de la pompe P4 et
réinjectée à une pression par exemple supérieure à 10 MPa.
Une autre disposition pouvant être mise en oeuvre est représentée sur la
figure 14.
Une première opération de distillation est réalisée dans une zone de
distillation
CD3, qui opère dans des conditions similaires à celle de l'exemple précédent.
Une
deuxième opération de distillation est réalisée dans la zone de distillation
CD4, la
phase vapeur sortant en tête étant comprimée dans le compresseur KD jusqu'à
une
pression qui permet de recycler directement la phase vapeur séparée dans le
ballon
séparateur DB. En sortie du compresseur KC, la pression qui peut être par
exemple
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comprise entre 4 et 10 MPa, est suffisante pour obtenir par condensation
partielle une
phase liquide riche en gaz acides en assurant le refroidissement opéré dans
l'échangeur DR à l'aide du milieu ambiant eau ou air disponible. La phase
liquide
riche en gaz acides obtenue est renvoyée pour une partie en reflux dans la
zone de
distillation CD4 par le conduit 19 après détente à travers la vanne de détente
V4. La
fraction restante est pompée à l'aide de la pompe P3 et réinjectée à une
pression par
exemple supérieure à 10 MPa.
