FR2760653A1 - Procede de desacidification avec production de gaz acides en phase liquide - Google Patents
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Abstract
- Procédé qui permet de traiter un fluide comportant au moins du méthane et au moins un gaz acide, et de produire le ou les gaz acides sous une forme liquide. - Le procédé comprend une étape de régénération du solvant opérée à une pression dont la valeur est au moins supérieure à la pression de bulle du mélange des gaz acides produits sous forme liquide, une étape où l'on rectifie la fraction gazeuse issue de l'étape de régénération dans une zone de contact, en séparant au moins en partie le solvant de la fraction gazeuse, une étape de réfrigération de la fraction gazeuse issue de l'étape de rectification à une température déterminée pour obtenir la condensation au moins partielle de la fraction gazeuse en formant au moins une fraction liquide enrichie en gaz acides liquides, et une étape de séparation de la fraction liquide de gaz de la fraction gazeuse restante.
Description
s La présente invention concerne un procédé de traitement d'un gaz
comportant un ou plusieurs gaz acides de manière à éliminer au moins une partie de ces gaz acides, le 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 acide
I( sous une forme liquide" désignent le même produit, à savoir des gaz acides qui se présentent dans un état liquide à l'issue de l'opération de traitement, en comparaison
avec l'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 CO2. En effet, il est fréquemment nécessaire de traiter ce gaz naturel pour éliminer au moins en partie les
gaz acides qu'il contient avant de le transporter.
Pour 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 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). Le 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 séparer dans le ballon séparateur SM une fraction gazeuse contenant une partie du méthane coabsorbé provenant du gaz naturel, puis il est chauffé dans l'échangeur E1 et détendu 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 I'échangeur DC à l'aide du fluide 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 acide qui est produite à basse pression et qui est proche de la saturation en eau. La phase 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
eau ou 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 de pression décroissants 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 relativement importante de méthane. Elle peut être comprimée et recyclée à l'entrée
de la colonne CA ou utilisée comme fuel-gas.
Le procédé schématisé sur la figure 2 s'applique bien lorsqu'il n'est pas nécessaire d'éliminer complètement les gaz acides contenus dans le gaz à traiter, par exemple lorsque le gaz acide à éliminer est du CO2. Dans un tel cas, le solvant peut
être régénéré par simple détente sans chauffage.
Dans les deux exemples donnés 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. Ainsi, il est possible et habituel de décharger le CO2 directement dans l'atmosphère. Dans le cas des gaz acides très toxiques, tels que le H2S, I'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 SO2 issu de ce traitement pouvant 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, qui se révèle être une conversion 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 sous forme gazeuse, tels que SO2 ou CO2, directement dans l'atmosphère est de moins en moins acceptée. Ainsi il devient nécessaire de trouver une autre manière de procéder
permettant d'éviter ces rejets dans l'atmosphère et ceci à des coûts acceptables.
Une solution consiste à réinjecter ces gaz acides dans le sous-sol. Cette réinjection permet de les stocker en évitant de les évacuer ou décharger dans l'atmosphère. Dans certains cas, elle 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.
Toutefois, cette réinjection nécessite la recompression de ces gaz acides à une pression élevée généralement supérieure à 10 MPa, ce qui est une opération 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 invention 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 palliant au problème posé par la recompression des gaz acides sous forme gazeuse ou encore dans tout autre endroit approprié, évitant le rejet direct dans l'atmosphère. Pour améliorer le niveau de pression nécessaire pour l'injection de cette phase essentiellement liquide, la présente invention propose de la pomper, I'opération de pompage étant 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 essentiellement 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 régénération du solvant qui est utilisé pour séparer ces gaz et qui est réalisée dans des conditions 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.
La récupération des gaz acides sous une forme liquide permet avantageusement d'éviter leur rejet directement dans l'atmosphère, et de les envoyer vers des endroits de stockage appropriés. Il est aussi possible d'optimiser ce procédé et d'utiliser ces gaz acides liquides comme agent permettant de faciliter la récupération des hydrocarbures lorsque la réinjection s'effectue 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 comprenant du méthane et un ou plusieurs gaz acides, et de produire le ou les gaz acides sous une forme liquide. Le procédé comporte 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.
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 contenant le ou les gaz acides, I'étape de régénération étant réalisée à une pression dont la valeur est au moins supérieure à la pression de bulle du gaz acide ou du o 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.
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.
On peut réaliser l'étape a) et/ou l'étape d) à une température sensiblement
inférieure à la température du milieu 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 on 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 d) et recyclée vers l'étape c) étant détendue avant d'être envoyée vers la zone de
contact.
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 en oeuvre du procédé, on obtient un ou plusieurs gaz 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 celle du premier.
On traite un gaz contenant au moins de l'H2S et du CO2 et on obtient une fraction gazeuse issue de l'étape c) enrichie en CO2 et une fraction liquide issue de
I'étape d) 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 traitement d'un gaz naturel, au cours duquel on pompe la fraction liquide de gaz acides s5 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 de la description donnée ci-après d'exemples non limitatifs de réalisation, en se
référant aux dessins annexés o: * les figures 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 schématiquement 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, À 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 variante de dispositif permettant d'utiliser au moins une partie des gaz acides en phase liquide pour réaliser les opérations de réfrigération, * la figure 8 schématise un exemple 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 o le solvant utilisé est un solvant chimique, et * les figures 10 et 11 schématisent des variantes de colonne de régénération, et * la figure 12 montre un schéma permettant d'opérer de manière alternative. Le procédé selon l'invention peut être décrit en se référant au schéma de
principe de la figure 3.
Le gaz à traiter contenant le ou les gaz acides à séparer arrive sous pression Io) 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 métier. 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 substantiellement débarrassé en gaz acides qui sort en tête de la colonne CA par le conduit 1 1, et * le solvant chargé en gaz acides évacué en fond de la colonne CA par le conduit 12 et envoyé à travers une vanne de détente V1 o il subit une première détente à l'issue 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 sortant 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 distillation 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. Le choix de cette valeur de pression permet avantageusement de produire le
ou les gaz acides sous une forme liquide.
Dans l'art antérieur, la régénération 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
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 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 en partie les gaz acides entre eux. La phase gazeuse comportant les gaz acides est évacuée par le conduit 18 en 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, dans 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 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 distillation 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 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 le
conduit 21.
La fraction gazeuse séparée est évacuée du ballon séparateur DB par le conduit 22. Elle peut être reprise par un compresseur KR, puis refroidie par un
échangeur RB et recyclée par le conduit 23 à l'entrée de la colonne d'absorption CA.
La mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour traiter un fluide tel qu'un gaz comprenant du méthane et un ou plusieurs gaz acides comporte au moins les étapes suivantes: x 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 régénère le solvant issu de l'étape a) et contenant en dissolution une fraction gazeuse enrichie en gaz acides 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, I'étape de régénération étant effectuée à une valeur de pression dont la valeur est au moins supérieure à la valeur de la pression de bulle du gaz acide ou 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 I( 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 liquides, et on sépare la majorité de la fraction liquide riche en gaz acides de la
fraction gazeuse restante.
Selon un mode de réalisation, on opère l'étape d) à une température inférieure
à la température du milieu ambiant, par exemple en utilisant un fluide réfrigérant.
Une partie de la fraction 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
partie 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 réfrigération 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 CO2 et d'H2S, la température de réfrigération est choisie d'autant plus basse que la proportion de CO2
dans les gaz acides produits en phase liquide est élevée.
3( Dans le cas d'un tel mélange binaire de CO2 et d'H2S, on peut déterminer pour chaque composition la pression de bulle du mélange PB en fonction de la température
de réfrigération.
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 en phase liquide sont formés par un mélange CO2 et d'H2S, la température TR varie de la manière suivante (tableau 1) en fonction de la proportion d'H2S en
fraction molaire exprimée en %.
Tableau 1
xH2S 0 20 50 80 100
TR -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 CO2. 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 CO2 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 de 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.
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
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 CO2 et 4 ppm mole d'H2S. Le ballon séparateur SM est 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 CO2 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 CO2, 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.
Le solvant régénéré est évacué par le conduit 17 pour être recyclé dans la
colonne CA après refroidissement à -30 C.
Les gaz acides liquides sont soutirés du ballon DB par le conduit 20. La composition de ce fluide est de 35 % mole de CO2 et 47 % mole d'H2S. Sa pression
est ensuite amenée à la pression de réinjection par l'intermédiaire de la pompe P3.
Ill 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
conduit 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 obtient à la sortie du ballon séparateur RB une fraction gazeuse enrichie en méthane qui est évacuée par le conduit 23 et une fraction liquide enrichie en gaz acides qui est évacuée par le conduit 24, 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 recyclés à l'entrée de la colonne d'absorption CA, et/ou o 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.
1-5 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 no n'est plus recyclée vers 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 une 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 El, un ensemble de moyens permettant d'obtenir avant l'étape de rectification dans la colonne CD une première fraction liquide enrichie en gaz acides par exemple du CO2, et à l'issue de l'étape d) du procédé une seconde
fraction liquide de gaz acides différents du CO2, par exemple l'H2S.
Pour cela, on opère par exemple en séparant une première fraction gazeuse enrichie en méthane et en CO2 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 CO2. Cette fraction gazeuse est réfrigérée dans l'échangeur DR2, et séparée dans un ballon séparateur DB2 en sortie duquel on obtient une fraction gazeuse évacuée par le conduit 33 et une fraction liquide enrichie en 002 dont une partie est évacuée par le conduit 34 et recyclée par la pompe P22 pour servir de reflux dans la colonne de rectification CD2, et la partie restante de la fraction liquide riche en C02 est évacuée par le conduit 35. Cette dernière partie de fraction liquide peut être utilisée comme il a été
précédemment mentionné.
Une telle disposition permet d'obtenir à la sortie de l'échangeur DR2 unefraction liquide enrichie en CO2 et à la sortie de l'échangeur DR une fraction liquide
enrichie en H2S, les gaz acides 002 et H2S se présentant sous une forme liquide.
) 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
préférence au moins égal au double de ce niveau de pression de bulle.
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.
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 20 est détendue et vaporisée à travers la vanne de 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.
3) La figure 8 schématise une 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.
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 successivement dans 1o l'échangeur Elo00 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 et envoyée par le conduit 105 en tête de la colonne CS. La phase gazeuse est
évacuée par le conduit 106 et envoyée dans l'échangeur E1 00.
A la sortie de l'échangeur El00, 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, o 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 régénéré 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 distillation 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 est 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 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 Pl. 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, I'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, o le solvant utilisé dans la colonne CA est un solvant chimique, telle qu'une amine. Il 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.
3<) 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.
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 El00 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 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 évacuée lo par le conduit 106 et envoyée dans l'échangeur El 00. 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 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 o 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 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 o la colonne de regenération 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.
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
réduire la consommation de puissance frigorifique dans l'échangeur DR.
2()0 L'échangeur interne peut être constitué par exemple par des tubes verticaux ou
des tubes enroulés en spirale.
Il 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
3o 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 échangeurs Eo101 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.
Claims (9)
1 - Procédé permettant de traiter un fluide comprenant du méthane et un ou plusieurs gaz acides, et de produire le ou les gaz acides sous une forme liquide comprenant au moins les étapes suivantes: a) on met en contact le fluide à traiter avec au moins un solvant sélectif vis à vis du ou des gaz acides, caractérisé en ce que 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 contenant le ou les gaz acides, cette 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 du mélange des 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 dont la valeur est 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 et la fraction gazeuse restante.
2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on sépare la fraction liquide de gaz acides issue de l'étape d) et on recycle au moins une partie du ou des gaz acides liquide séparée vers la zone de contact (étape c), pour servir de
reflux, une partie de la fraction restante étant évacuée.
3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on opère l'étape a) et/ou l'étape d) à une température sensiblement inférieure à la température du milieu ambiant. 3o 4 - Procédé selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que la température
à l'issue de l'étape d) est inférieure à 0 C.
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on opère l'étape d)
à une pression au moins égale à 0,5 MPa.
6 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
l'on utilise un solvant physique tel que le méthanol, ou un solvant chimique comportant
un mélange de méthanol et d'amine.
s 7 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
l'on comprime la fraction gazeuse issue de l'étape d) et on la recycle vers l'étape a).
8 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
l'on comprime la fraction gazeuse issue de l'étape c) avant de l'envoyer vers l'étape d), l0 la fraction liquide issue de l'étape d) et recyclée vers l'étape c) étant détendue avant
d'être envoyée vers la zone de contact.
9 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
l'on détend au moins une partie de la fraction liquide de gaz acides issue de l'étape d) et on la vaporise pour fournir au moins une partie d'une étape de réfrigération au cours
du procédé.
- Procédé selon l'une des revendications de 1 à 9, caractérisé en ce que l'on
obtient à l'issue de l'étape c) un premier gaz acide et à l'issue de l'étape d) un
deuxième gaz acide ayant une composition différente de celle du premier.
11 - Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que l'on traite un gaz contenant au moins de l'H2S et du CO2 et on obtient une fraction gazeuse issue de
l'étape c) enrichie en CO2 et une fraction liquide issue de l'étape d) enrichie en H2S.
12 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
l'on purifie par distillation la fraction liquide de gaz acides issue de l'étape d).
13 - Procédé de traitement d'un gaz naturel selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'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.
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