FR2571270A1 - Circuit de permeation pour gaz contenant des hydrocarbures - Google Patents
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Abstract
CIRCUIT DE PERMEATION GAZEUSE POUR MELANGE GAZEUX A CONDENSATEUR RETROGRADE, COMPRENANT EN AMONT DE L'UNITE DE PERMEATION 2, UN ORGANE DE DONNEUR 11 DANS LEQUEL LE GAZ A TRAITER EST ECARTE DE SES CONDITIONS THERMODYNAMIQUES DE CONDENSATION PAR CHAUFFAGE ETOU COMPRESSION, CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND AUSSI UN ORGANE RECEPTEUR 3 QUI EST COUPLE 4 A L'ORGANE DONNEUR 11 DE MANIERE QUE L'ENERGIE ABSORBEE PAR L'ORGANE DONNEUR 11 SOIT FOURNIE PAR L'ORGANE RECEPTEUR 11.
Description
CIRCUIT DE PERMEATION GAZEUSE,
POUR GAZ CONTENANT DES HYDROCARBURES
L'invention concerne des circuits de perméation gazeu
se, pour gaz contenant des hydrocarbures, dans lesquels une
condensation partielle des gaz risque de se produire sur les
membranes des unités de perméation gazeuse du fait de
l'abaissement de température résultant par exemple dans les
unités de perméation d'un échange de chaleur avec le milieu
extérieur ou d'une détente des gaz, du fait de l'abaissement
de la pression des gaz dû aux pertes de charge dans l'unité
de perméation qui, outre l'effet sur la température, peut éga
lement provoquer une condensation des hydrocarbures par traversée du domaine de condensation retrograde des gaz et du
fait d'une modification de la composition des gaz objet d'une
séparation par perméation, entraînant un déplacement des points
de rosée des gaz.
POUR GAZ CONTENANT DES HYDROCARBURES
L'invention concerne des circuits de perméation gazeu
se, pour gaz contenant des hydrocarbures, dans lesquels une
condensation partielle des gaz risque de se produire sur les
membranes des unités de perméation gazeuse du fait de
l'abaissement de température résultant par exemple dans les
unités de perméation d'un échange de chaleur avec le milieu
extérieur ou d'une détente des gaz, du fait de l'abaissement
de la pression des gaz dû aux pertes de charge dans l'unité
de perméation qui, outre l'effet sur la température, peut éga
lement provoquer une condensation des hydrocarbures par traversée du domaine de condensation retrograde des gaz et du
fait d'une modification de la composition des gaz objet d'une
séparation par perméation, entraînant un déplacement des points
de rosée des gaz.
On rencontre très fréquemment ces risques avec les gaz
d'hydrocarbures produits sur les champs pétroliers, car ils
sont généralement saturés en eau et en hydrocarbures et se
trouvent souvent dans des conditions de condensation rétro
grade.
d'hydrocarbures produits sur les champs pétroliers, car ils
sont généralement saturés en eau et en hydrocarbures et se
trouvent souvent dans des conditions de condensation rétro
grade.
Les inconvénients liés à des condensations dans les
unités de perméation gazeuse sont multiples. Les membranes de
ces unités de perméation sont soumises à des agressions chi
miques qui peuvent les endommager ou même les détruire. Les
pellicules liquides formées sur les membranes rendent inacti
ves les surfaces ainsi recouvertes et les unités de perméation
ne peuvent plus remplir les fonctions pour lesquelles elles
ont été étudiées et réalisées. Il faut prévoir des enceintes
de conception particulière pour évacuer les liquides formés,
soit de manière continue soit de manière séquentielle.
unités de perméation gazeuse sont multiples. Les membranes de
ces unités de perméation sont soumises à des agressions chi
miques qui peuvent les endommager ou même les détruire. Les
pellicules liquides formées sur les membranes rendent inacti
ves les surfaces ainsi recouvertes et les unités de perméation
ne peuvent plus remplir les fonctions pour lesquelles elles
ont été étudiées et réalisées. Il faut prévoir des enceintes
de conception particulière pour évacuer les liquides formés,
soit de manière continue soit de manière séquentielle.
On a déjà proposé d'éviter ce problème de condensation
dans les unités de perméation gazeuse en soumettant le cou
rant gazeux qui entre dans ces unités à un préchauffage pour
éloigner ce courant gazeux des conditions thermodynamiques de condensation. Mais on prévoit pour cela une source extérieure
de chaleur telle qu'un four, ce qui est incompatible avec une installation autonome sur une plate-forme isolée par exemple et ce qui nécessite de toute façon des sécurités supplémentaires, notamment sur les plates-formes.
dans les unités de perméation gazeuse en soumettant le cou
rant gazeux qui entre dans ces unités à un préchauffage pour
éloigner ce courant gazeux des conditions thermodynamiques de condensation. Mais on prévoit pour cela une source extérieure
de chaleur telle qu'un four, ce qui est incompatible avec une installation autonome sur une plate-forme isolée par exemple et ce qui nécessite de toute façon des sécurités supplémentaires, notamment sur les plates-formes.
Un objectif de l'invention est de créer un système de perméation dans lequel aucun problème de condensation ne se pose pour un mélange gazeux pouvant être amené dans son domaine de condensation rétrograde, sans avoir à faire appel à une source de chaleur extérieure.
Un objet de l'invention est un circuit de perméation parcouru par un courant gazeux sous pression, comprenant une unité de perméation gazeuse dans laquelle une membrane à perméabilité sélective permet le passage à travers elle vers une sortie à basse pression d'une quantité perméée, à composition sélective, du courant gazeux tandis que la quantité non per
méée du courant gazeux sort de l'unité par une sortie à moyenne
pression et un organe donneur placé en amont de l'unité de perméation gazeuse, qui cède de l'énergie au courant gazeux pour accroître l'une au moins des deux grandeurs : température et pression définissant l'état thermodynamique du courant gazeux et éloigner ainsi le coùrant gazeux des conditions thermodynamiques dans lesquelles une condensation du courant gazeux se produirait, caractérisé en ce qu'il comprend aussi un organe récepteur dans lequel le courant gazeux cède de l'énergie en diminuant l'une au moins des deux grandeurs : température et pression définissant son état thermodynamique et qui est couplé à l'or- gane donneur de manière que l'énergie absorbée par l'organe donneur soit fournie par l'organe récepteur.
méée du courant gazeux sort de l'unité par une sortie à moyenne
pression et un organe donneur placé en amont de l'unité de perméation gazeuse, qui cède de l'énergie au courant gazeux pour accroître l'une au moins des deux grandeurs : température et pression définissant l'état thermodynamique du courant gazeux et éloigner ainsi le coùrant gazeux des conditions thermodynamiques dans lesquelles une condensation du courant gazeux se produirait, caractérisé en ce qu'il comprend aussi un organe récepteur dans lequel le courant gazeux cède de l'énergie en diminuant l'une au moins des deux grandeurs : température et pression définissant son état thermodynamique et qui est couplé à l'or- gane donneur de manière que l'énergie absorbée par l'organe donneur soit fournie par l'organe récepteur.
Un autre objet de l'invention consiste en ce que l'or- gane récepteur est placé en amont de l'organe donneur et en ce qu'entre ces deux organes se trouve un ballon de séparation de phases liquide et gazeuse, de sorte que l'organe récepteur agit pour faciliter la séparation des composés les plus facilement condensables tandis que l'organe donneur agit sur un courant gazeux à composition modifiée se trouvant dans des conditions thermodynamiques qui tendent à le faire condenser, mais apte à être écarté de ces conditions par l'action de l'organe donneur.
L'invention prévoit encore dans ce cas d'utiliser comme organe donneur un compresseur et comme organe récepteur une turbine de détente accouplée au compresseur
L'invention prévoit aussi dans le cas d'un organe récepteur placé en amont, d'utiliser comme organe donneur et comme organe récepteur respectivement un passage de réchauffement et un passage de refroidissement séparés ltun de l'autre, mais en contact thermodynamique l'un avec l'autre dans un même échangeur de chaleur, un détendeur#étant en outre placé en dehors de l'échangeur de chaleur, entre le passage de refroidissement et le ballon de séparation. Ce détendeur permet d'obtenir un gaz plus froid que le gaz initial, apte à échanger des frigories avec celui-ci.
L'invention prévoit aussi dans le cas d'un organe récepteur placé en amont, d'utiliser comme organe donneur et comme organe récepteur respectivement un passage de réchauffement et un passage de refroidissement séparés ltun de l'autre, mais en contact thermodynamique l'un avec l'autre dans un même échangeur de chaleur, un détendeur#étant en outre placé en dehors de l'échangeur de chaleur, entre le passage de refroidissement et le ballon de séparation. Ce détendeur permet d'obtenir un gaz plus froid que le gaz initial, apte à échanger des frigories avec celui-ci.
Dans le cas d'un transfert d'énergie sous forme mécanique de l'organe récepteur à l'organe donneur, c' est-à-dire lorsque ces organes sont respectivement une turbine de détente et un compresseur accouplés mécaniquement, une variante de l'invention prévoit de placer la turbine de détente à la sortie à moyenne pression de l'unité de perméation gazeuse.
On va décrire, à titre non limitatif, des exemples de réalisation de l'invention en se référant au dessin joint dans lequel
La fig. 1 est le shema d'un premier exemple de circuit de perméation ;
La Fig. 2 représente, sur un diagramme pressiontempérature, des courbes de rosée et le déplacement du point représentatif d'un courant gazeux obtenu grâce au schéma de la Fig. 1 ;
La Fig. 3 est le schéma d'un deuxième exemple de circuit de perméation ; et
La Fig. 4 est le schéma d'un troisième exemple de circuit de perméation.
La fig. 1 est le shema d'un premier exemple de circuit de perméation ;
La Fig. 2 représente, sur un diagramme pressiontempérature, des courbes de rosée et le déplacement du point représentatif d'un courant gazeux obtenu grâce au schéma de la Fig. 1 ;
La Fig. 3 est le schéma d'un deuxième exemple de circuit de perméation ; et
La Fig. 4 est le schéma d'un troisième exemple de circuit de perméation.
Sur la Fig. 1, un courant de gaz d'hydrocarbures 1 à traiter se trouve dans des conditions thermodynamiques, représentées par le point 1 sur le diagramme pressiontempérature de la Fig. 2, telles qu'il apparaîtrait une condensation de gaz dans une unité de perméation 2 du fait que le point représentatif 1 de la Fig. 2 se trouve sur la courbe de rosée R1 relative au mélange gazeux du courant 1.
Le courant 1 parcourt d'abord un passage de refroidissement 3 dans un échangeur de chaleur 4 à la sortie 5 duquel le courant gazeux a été un peu refroidi, comme le montre le point représentatif 5 de la Fig. 2. Une vanne de détente 6 permet de diminuer à la fois la pression et la température du courant de gaz, après quoi il est possible de séparer dans n ballon 8 les composés condensés 9 du courant de gaz d'avec
le gaz sec sortant en 10 de ce ballon. On atteint ainsi à la sortie 10 le point représentatif 10 de la Fig. 2 qui se trouve sur la courbe de rosée Rlo ralative au mélange gazeux du courant sortant en 10. Ce courant de gaz sortant en 10 parcourt ensuite un passage de réchauffement 11 prévu dans l'é- changeur 4. Le courant de gaz sortant en 12 de ce passage 11 est dans un état représenté par le point 12 sur la Fig. 2.
le gaz sec sortant en 10 de ce ballon. On atteint ainsi à la sortie 10 le point représentatif 10 de la Fig. 2 qui se trouve sur la courbe de rosée Rlo ralative au mélange gazeux du courant sortant en 10. Ce courant de gaz sortant en 10 parcourt ensuite un passage de réchauffement 11 prévu dans l'é- changeur 4. Le courant de gaz sortant en 12 de ce passage 11 est dans un état représenté par le point 12 sur la Fig. 2.
On voit que ce point 12 est écarté de la courbe de rosée R10 relative au mélange gazeux présent à la sortie 12. Ce mélange gazeux entre dans l'unité de perméation 2 où une quantité ayant permée à travers une membrane sélective 13 atteint une sortie à basse pression 14 tandis que la quantité restante du mélange gazeux sort sur une sortie à haute pression 15.
On peut ajuster la position du point 12 et de la courbe de rosée R10 de la Fig 2 en réglant le taux de détente de la vanne 6 et les surfaces d'échange de chaleur de l'échangeur 4. Cet ajustement est effectué principalement pour s'éloigner des conditions de condensation.
On a étudié un exemple d'utilisation du schéma de la
Fig. 1 dans lequel le courant de gaz 1 est à une température de 300 C et une pression de 90 bars absolus et a la composition suivante en pourcentage molaire : H20 = 0,07 - N2 = 2,12 2 4 0,01 - CH, = 86,42 - C 2H6 = 5,53 - C 3H8 = 2,92 - 4 10 5 1,73 - 12 0,63 - C6H 14 = 0,34 - C7H 16 = 0,18 C8H 18 = 0,05.
Fig. 1 dans lequel le courant de gaz 1 est à une température de 300 C et une pression de 90 bars absolus et a la composition suivante en pourcentage molaire : H20 = 0,07 - N2 = 2,12 2 4 0,01 - CH, = 86,42 - C 2H6 = 5,53 - C 3H8 = 2,92 - 4 10 5 1,73 - 12 0,63 - C6H 14 = 0,34 - C7H 16 = 0,18 C8H 18 = 0,05.
A la sortie 5 du passage- 3, la température du courant gazeux est de 28,50 C et la pression nta pratiquement pas varié si l'on néglige les p#ertes de charge dans l'échangeur de chaleur 4, pertes de charge inférieure à 0,1 bar environ.
La vanne 6 abaisse la pression à 70 bars absolus et la température à 22,50C. Cette température remonte dans le passage 11 de l'échangeur de chaleur 4 à 24,50C.
Le mélange gazeux obtenu à la sortie 12 -et entrant dans l'unité de perméation 2 est ainsi à une pression de 70 bars absolus et une température de 24,5 C. Sa composition en pourcentage molaire est la suivante : H20 = 0,06 - N2 = 2,12 2 4 0,01 - CH4 = 87,00 - C2H6 = 5,53 - C H = 2,84 4 10 5 1,59 - C 12= 0,51 - C6H 14 = 0,22 - C7H 16 = 0 > 10 - C8H 18 = 0,02.
Dans l'unité de perméation 2 il se produit une perte de charge d'environ 2 bars. Le mélange gazeux obtenu à la sortie 12 subit cette détente sans aucune condensation.
Si, au contraire, le courant de gaz 1 avait été envoyé directement dans l'unité de perméation 2, une détente de 2 bars aurait produit par condensation rétrograde une 3 quantité de liquide de condensation de l'ordrede 3 m pour un million de standard m3 de gaz traiter. Une telle quantité de liquide est de nature à perturber très fortement le fonctionnement de l'unité de perméation 2.
Dans le schéma de la Fig. 3, le courant de gaz 1 se détend d'abord dans une turbine de détente 16, ce qui produit à la sortie 17 de la turbine 16 un mélange de gaz et de liquide qui est séparé dans le ballon 8. La sortie de gaz 18 de ce ballon est reliée à l'entrée d'un compresseur 19 entraîné par la turbine 16 au moyen d'une liaison mécanique figurée en 20. Le gaz sortant en 21 du compresseur 19 et entrant dans l'unité de perméation 2 est à plus forte pression et à plus haute température que le gaz entrant dans ce compresseur et se trouve donc éloigné de ses conditions de condensation.
On peut avec le schéma de la Fig. 3 ajuster l'ins- tallation pour éloigner le gaz entrant dans l'unité de perméation 2 de ses conditions de condensation.
Dans le schéma de la Fig. 4, le courant de gaz 1 est aspiré par un compresseur 22 qui donne à la sortie 23 de ce compresseur un gaz à plus forte pression et à plus haute température qui se trouve ainsi éloigné de ses conditions de condensation. Le gaz non permes produit à la sortie à moyenne pression 15 de l'unité de perméation 2 n'est pas envoyé directement à l'utilisation 24, mais il passe dans une turbine de détente 25 qui entraîne le compresseur 22 au moyen d'une liaison mécanique 26.
Les puissances du compresseur 22 et de la turbine de détente 25 sont calculées différemment selon que l'on veut simplement éloigner le gaz obtenu en 23 de ses conditions de condensation ou tirer aussi parti de l'augmentation de pression du gaz obtenu en 23 pour mieux faire fonctionner l'unité de perméation 2.
Les organes récepteurs tels que 3, 16, 25 effectuent une transformation d'énergie thermodynamique inverse de celle effectuée par les organes donneurs tel que 11, 19, 22.
Claims (5)
- REVENDICATIONSfournie par l'organe récepteur (3, 16, 25).absorbée par l'organe donneur (11, 19, 22) soitdonneur (11, 19, 22) de manière que l'énergiesant son état thermodynamique et qui est couplé à l'organemoins des deux grandeurs : température et pression définisle courant gazeux cède de l'énergie en diminuant l'une auun organe récepteur (3, 16, 25) dans lequelrant se produirait, caractérisé en ce qu'il comprend aussithermodynamiques dans lesquelles une condensation du cougazeux et éloigner ainsi le courant gazeux des conditionset pression définissant l'état thermodynamique de courantcroître l'une au moins des deux grandeurs : températurecède de l'énergie au courant gazeux pour acplacé en amont de l'unité de perméation gazeuse (2), quite pression (15) et un organe donneur (11, 19, 22)du courant gazeux sort de l'unité (2) par une sortie à hautive, du courant gazeux tandis que la quantité non permééepression-(14) d'une quantité perméée, à composition sélecpermet le passage à travers elle vers une sortie à bassedans laquelle une membrane à perméabilité sélective (13)pression, comprenant une unité de perméation gazeuse (2)1. Circuit de perméation parcouru par un courant gazeux sous
- 2. Circuit de perméation selon la revendication 1, caractériséen ce que l'organe récepteur (3, 16) est placé enamont de L'organe donneur (11, 19) et en ce qu'entreces deux organes se trouve un ballon (8) de séparation dephases liquide et gazeuse.
- 3. Circuit de perméation selon la revendication 2, caractériséen ce que l'organe donneur est un compresseur (19)et l'organe récepteur est une turbine dedétente (16) accouple au compresseur (19),
- 4. Circuit de perméation selon la revendication 2, caractériséen ce que l'organe donneur et l'organerécepteur comprennent respectivement un passage deréchauffement (11) et un passage de refroidissement (3)séparés l'un de l'autre mais en contact thermique l'un avecl'autre dans un meme échangeur de chaleur (4), un détendeur(6) étant en outre placé en dehors de l'échangeur de chaleurentre le passage de refroidissement (3) et le ballon de séparateur (8).
- 5. Circuit de perméation selon la revendication 1, caractériséen ce que l'organe donneur est un compresseur (22)et l'organe récepteur est une turbine dedétente (25) qui est placée en aval de la sortie à hautepression (15) de l'unité de perméation gazeuse (2) et quiest mécaniquement accouplée au compresseur (22).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8415228A FR2571270B1 (fr) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | Circuit de permeation pour gaz contenant des hydrocarbures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8415228A FR2571270B1 (fr) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | Circuit de permeation pour gaz contenant des hydrocarbures |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2571270A1 true FR2571270A1 (fr) | 1986-04-11 |
| FR2571270B1 FR2571270B1 (fr) | 1989-08-04 |
Family
ID=9308329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8415228A Expired FR2571270B1 (fr) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | Circuit de permeation pour gaz contenant des hydrocarbures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2571270B1 (fr) |
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- 1984-10-04 FR FR8415228A patent/FR2571270B1/fr not_active Expired
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