FR3080544A1 - Dispositif de separation de liquide et de gaz. - Google Patents

Dispositif de separation de liquide et de gaz. Download PDF

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liquid
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Thomas Plennevaux
Thierry Gauthier
Patrick Bourges
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Abstract

L'invention concerne un dispositif de séparation de liquide et de gaz: - ledit dispositif comprend une enceinte compartimentée (a,b) à l'aide d'au moins une paroi, - les compartiments comprennent un compartiment de dégazage (a) et un compartiment aval de strippage (b), - le compartiment de dégazage (a) est en connexion fluidique avec l'entrée externe de fluide à séparer (1), et avec une première sortie de gaz (3) et une sortie de liquide dégazé (2), - le compartiment de strippage (b) est en connexion fluidique avec une entrée dudit liquide dégazé (2), une entrée de média de strippage (8), une deuxième sortie de gaz (9) et une sortie de liquide (7), - le passage du liquide dégazé (2) depuis la sortie du compartiment de dégazage (a) vers l'entrée du compartiment de strippage (b) est assuré par une ouverture (x) dans la paroi et/ou par débordement au-dessus de ladite paroi.

Description

Dispositif de séparation de liquide et de gaz
Domaine de l’invention
L’invention est relative à un dispositif de séparation d’un fluide comprenant une phase liquide et une phase gazeuse en un liquide d’une part, un gaz d’autre part. On rencontre des opérations de séparation de ce type dans de nombreux procédés dans le domaine du génie chimique, et tout particulièrement dans le domaine du raffinage et de la pétrochimie : l’invention s’applique ainsi notamment à tout procédé mettant simultanément en jeu une phase liquide constituée d’un mélange d’hydrocarbures, ou au moins d’un hydrocarbure, et une phase gazeuse, par exemple un mélange d’hydrogène et de fractions vapeurs du ou des hydrocarbures avec la phase liquide. Elle s’applique en particulier dans les procédés d’hydrotraitement, d’hydrocraquage et d’hydroconversion de distillât atmosphérique, de distillât sous vide ou de résidus atmosphériques ou sous vide. Dans tous ces procédés, on trouve entre les étages de réaction, soit entre des réacteurs soit en sortie d’un réacteur, des dispositifs de séparation, souvent désignés sous le terme de ballons séparateurs de par leur forme généralement cylindrique/arrondie, dont la fonction est de séparer les fractions gazeuses des fractions liquides en fonction, notamment, des conditions de pression et de température. La qualité de séparation d’un dispositif séparateur se mesure notamment comme la concentration (ou le débit partiel) de composés légers/gazeux dans la phase liquide séparée et la concentration (ou le débit partiel) de composés lourds (liquides) dans la phase gazeuse séparée : plus ces concentrations sont faibles, plus la séparation est de qualité.
Art antérieur
Il existe de nombreuses conceptions de séparateur, dont par exemple celle décrite dans le brevet EP 1 086 734, qui propose une séparation avec trois sections différente : - un séparateur primaire pour les écoulements de fluide à séparer dont le rapport des débits massiques gaz sur liquide G/L est compris entre 0,1 et 10 et constitué d’un tube terminé par au moins une sortie tangentielle imposant à l’écoulement une rotation de 90°, - un séparateur secondaire pour les écoulements de fluide à séparer dont le rapport G/L est compris entre 10 et 20 et constitué d’un cyclone à entrée tangentielle libre, - et enfin un système limitant la formation de vortex liquide dans une troisième section. Ce séparateur est performant, cependant il peut encore être amélioré, notamment dans le cas où les volatilités relatives des produits à séparer sont faibles.
L’invention a alors pour but la conception d’un dispositif de séparation amélioré, qui soit notamment plus efficace pour séparer des fluides même à haute pression et/ou haute température, même quand les volatilités relatives des produits à séparer sont faibles, tout en restant aussi compact que possible.
Résumé de l’invention
L’invention a tout d’abord pour objet un dispositif de séparation de liquide et de gaz à partir d’un fluide associant une phase liquide et une phase gazeuse, tel que :
ledit dispositif comprend une unique enceinte délimitée par des parois externes et comprenant une entrée externe du fluide, une sortie externe de liquide et une sortie externe de gaz, l’enceinte étant orientée selon un axe substantiellement vertical ou oblique et étant compartimentée en au moins deux compartiments à l’aide d’au moins une paroi interne à l’enceinte et orientée substantiellement selon ledit axe,
- les compartiments comprennent un compartiment amont de dégazage et un compartiment aval de strippage,
- le compartiment amont de dégazage est en connexion fluidique avec d’une part l’entrée externe de fluide à séparer, avec d’autre part une première sortie de gaz et une sortie de liquide dégazé,
- le compartiment de strippage est en connexion fluidique avec une entrée dudit liquide dégazé, une entrée de média de strippage, une deuxième sortie de gaz et une sortie de liquide,
- les premières et deuxièmes sorties de gaz sont en connexion fluidique avec la sortie externe de gaz de l’enceinte,
- la sortie de liquide du compartiment de strippage est en connexion fluidique avec la sortie externe de liquide de l’enceinte,
- le passage du liquide dégazé depuis la sortie du compartiment de dégazage vers l’entrée du compartiment de strippage est assuré par au moins une ouverture pratiquée dans la paroi interne et/ou par débordement au-dessus de ladite paroi interne séparant lesdits compartiments.
Le terme de strippage est également connu sous le terme anglo-saxon de « stripping ». Les termes « amont » et « aval » se rapportent à l’écoulement général du fluide à séparer dans l’enceinte. Le terme de « compartiment » est à comprendre comme une zone dans l’enceinte délimitée au moins partiellement par au moins une paroi interne, notamment latérale. Le terme de « section » pourra aussi être utilisé dans le présent texte avec la même signification.
Dans l’invention, on a donc recours à un dispositif avec une unique enceinte, pour privilégier la compacité du dispositif dans son ensemble.
Le dispositif de l’invention utilise deux sections au moins, dont une première section de dégazage, où le fluide à séparer va se rapprocher de son équilibre thermodynamique, notamment en termes de température, avec une première partie du gaz contenu dans le fluide qui se sépare naturellement du fluide sans action mécanique ou autre, sauf à ajuster de façon appropriée le dimensionnement de cette section en fonction de certains paramètres liés aux caractéristiques physico-chimiques du fluide et à son débit. Il peut s’agir du dimensionnement de la section de passage du fluide, de la surface de passage du gaz extrait du fluide, selon également le temps de passage du fluide dans cette section visé dans cette section pour atteindre le niveau de dégazage voulu.
Le dispositif utilise ensuite une section de strippage, opération consistant à traiter le fluide dégazé en vue de vaporiser le maximum des composés gazeux restants, qui sont dissous dans la phase liquide du fluide. Le traitement consiste à injecter un media de strippage, à savoir un gaz comme de l’hydrogène, de l’eau sous forme de vapeur ou de l’azote, injection de gaz qui permet de baisser la pression partielle des gaz à séparer et ainsi de les vaporiser. Là encore, on peut ajuster l’efficacité de la séparation obtenue dans cette section en choisissant un dimensionnement approprié, notamment une surface de passage des gaz adéquate qui va également définir le temps de séjour du fluide dans cette section.
Ces deux opérations successives, à elles seules, permettent d’obtenir une séparation très efficace du fluide à traiter. Et la délimitation des compartiments dans lesquels ces opérations sont réalisées, par ajout de paroi(s) interne(s) dans l’enceinte du séparateur, est simple à mettre en œuvre, et, surtout, permet de rendre le séparateur flexible en adaptant la forme, le dimensionnement et la disposition de la ou de ces parois en fonction des caractéristiques du fluide à traiter. Cette paroi est notamment adaptable pour ajuster le transfert du fluide dégazé depuis le compartiment de dégazage vers le compartiment de strippage :
- on va pouvoir, notamment, ajuster sa hauteur relative par rapport à celle de l’enceinte et par rapport au niveau de fluide attendu dans l’enceinte si on choisit un transfert par débordement,
- on va pouvoir, de même, choisir la forme de l’ouverture dans la paroi et/ou la taille et/ou le nombre et la position des orifices, leur répartition, leur niveau sur la hauteur de la paroi par rapport au niveau de fluide attendu également, si l’entrée du liquide dans le compartiment de strippage se fait à travers la paroi par un ou plusieurs orifices.
Ce transfert direct d’un compartiment à l’autre, d’une opération à l’autre, est très avantageux, notamment en termes de limitation du temps de séjour du fluide (meilleur rendement), en termes de limitation de perte de charge ....
Selon un mode de réalisation, cette paroi interne est munie d’une pluralité d’ouvertures, équipées optionnellement de clapets anti-retour. La présence de ces clapets garantit une absence de reflux du liquide depuis le compartiment de strippage vers le compartiment de dégazage.
Selon un autre mode de réalisation, cette paroi interne fonctionne par débordement et son bord supérieur est en forme de chevrons, ce qui améliore la stabilisation et l’homogénéisation de l’écoulement de liquide depuis le compartiment de dégazage vers le compartiment de strippage.
Selon une variante de l’invention, les parois externes de l’enceinte comprennent des parois latérales, une paroi de fond et une paroi supérieure, la paroi interne étant plane et venant relier entre elles deux zones des parois latérales externes de l’enceinte, les compartiments amont de dégazage et aval de strippage étant chacun délimités latéralement d’une part par ladite paroi interne et d’autre part par une portion de parois latérales externes de part et d’autre de ladite paroi interne.
Selon une autre variante, la paroi interne délimite à elle seule un des compartiments en étant fermée latéralement, et est notamment disposée de façon concentrique autour de l’axe de l’enceinte. Dans ce cas de figure, de préférence, l’enceinte a des parois externes latérales essentiellement cylindriques, et la paroi interne est concentrique auxdites parois cylindriques, avec le compartiment amont de dégazage disposé le plus à l’extérieur et de forme annulaire, et le compartiment aval de strippage disposé à l’intérieur de la paroi interne, ou réciproquement.
Selon une configuration particulière de cette autre variante, la paroi interne se prolonge en partie inférieure vers les parois latérales externes de l’enceinte par un plateau plein, ladite paroi faisant office de déversoir. Au-dessus du plateau, est disposée l’entrée externe de fluide, le compartiment de dégazage étant délimité par la paroi interne et la paroi externe de l’enceinte latéralement et par le plateau en partie inférieure, le compartiment de strippage étant délimité par la portion interne de la paroi interne et la zone de l’enceinte située sous le plateau plein du compartiment de dégazage. Contrairement aux précédentes configurations, dans ce cas, les deux compartiments sont substantiellement superposés l’un à l’autre, et non accolés latéralement l’un à l’autre.
Selon un mode de réalisation optionnel préféré, l’enceinte selon l’invention comprend un troisième compartiment dit de lavage, en aval des deux premiers compartiments, et disposé au-dessus d’eux dans l’enceinte. Ce compartiment de lavage est avantageusement muni d’une part une entrée externe de fluide de lavage, d’une première entrée de gaz en connexion fluidique avec la première sortie de gaz du premier compartiment de dégazage et d’une deuxième entrée de gaz en connexion fluidique avec la deuxième sortie de gaz provenant du deuxième compartiment de strippage, et d’autre part d’une sortie de liquide en connexion fluidique avec le deuxième compartiment de strippage et d’une sortie de gaz en connexion fluidique avec la sortie de gaz externe de l’enceinte.
Le fluide de lavage peut être composé d’hydrocarbures : de préférence on choisit une essence de coupe légère ou plus lourde (LVGO, HVGO), ou encore une huile désasphaltée ou une coupe de distillais moyens (gazole ou kérosène), un naphta, une huile aromatique issue d’un craquage catalytique. Ce fluide peut d’ailleurs être issu de l’installation où est disposé le dispositif de séparation selon l’invention, par exemple il peut être issu d’une opération de distillation sous vide dans un procédé d’hydrocraquage ou être une charge externe, qui sera ensuite traitée dans un réacteur disposé en aval du dispositif de séparation de l’invention.
Dans ce compartiment de lavage, on a de préférence un contact à contre-courant entre une phase liquide descendante et une phase essentiellement gazeuse montante. De préférence, le compartiment de lavage comprend un plateau distributeur du fluide de lavage, et éventuellement un plateau de soutirage.
Dans le cas où l’on prévoit un compartiment de lavage, on prévoit avantageusement que la paroi interne orientée substantiellement verticalement est surmontée, à l’aplomb de son bord supérieur, par un plateau incliné rejoignant la paroi externe latérale de l’enceinte de sorte à recouvrir le premier compartiment de dégazage disposé entre la paroi interne et la paroi externe latérale et à diriger le liquide sortant de la sortie de liquide du compartiment de lavage à l’aplomb dudit premier compartiment de dégazage vers une entrée du deuxième compartiment de strippage. On évite ainsi, dans cette configuration, que du liquide provenant du compartiment de lavage ne retourne dans le compartiment de dégazage.
Toujours dans le cas où l’on prévoit un compartiment de lavage, dans la configuration où la paroi interne délimite à elle seule le premier compartiment de dégazage, on la surmonte avantageusement au-dessus de son bord supérieur d’un toit pentu, de sorte à recouvrir le premier compartiment de dégazage et à diriger le liquide sortant de la sortie de liquide du compartiment de lavage à l’aplomb dudit premier compartiment vers une entrée du deuxième compartiment de strippage disposé entre ladite paroi interne et la paroi latérale externe de l’enceinte. Là encore, dans le cas où le compartiment de dégazage se trouve « au milieu » de l’enceinte, ce toit empêche tout liquide provenant du compartiment de lavage de retourner dans le compartiment de dégazage.
De façon générale donc, quelle que soit la configuration relative du compartiment de dégazage et de strippage, le compartiment de lavage se trouve au-dessus d’eux, et il est judicieux de prévoir tout moyen déflecteur pour empêcher ou limiter le retour de liquide du compartiment de lavage vers le compartiment de dégazage.
L’invention a également pour objet tout procédé de mise en œuvre du dispositif précédemment décrit, et tel qu’on opère les étapes successives suivantes :
- une étape de dégazage du fluide à séparer en phase liquide et en phase gazeuse en approchant le fluide de son équilibre thermodynamique dans le premier compartiment de dégazage,
- une étape de strippage par injection d’un média de strippage pour vaporiser une partie au moins des composants légers dissous dans le liquide obtenu par l’étape de dégazage dans le compartiment de strippage,
- éventuellement une étape de lavage par injection d’un média de lavage pour condenser les composés lourds issus de l’étape de dégazage et/ou de strippage dans le compartiment de lavage.
Avantageusement, on peut séparer par ce procédé en phase liquide et en phase gazeuse un fluide présentant un débit massique gaz sur liquide G/L compris entre 0,1 et 10, et de préférence entre 0,5 et 2. Ce procédé s’applique donc à une très large gamme de fluides.
Avantageusement, la température du fluide à séparer par ce procédé peut être comprise entre 20 et 600°C, et de préférence entre 150 et 450°C. le procédé s’applique donc aussi bien à des températures proches de l’ambiante qu’à haute température.
Avantageusement, la pression du fluide à séparer par ce procédé peut être comprise entre 0,1 et 25 MPa, notamment entre 15 et 20 MPa. Là encore, le procédé s’applique ainsi aussi bien à des pressions relativement faibles de fluides qu’à des pressions très élevées.
Avantageusement, le temps de passage du fluide dans le compartiment de dégazage et/ou dans le compartiment de strippage est compris entre 30 secondes et 10 minutes, ce qui rend le temps de séjour total du fluide dans le compartiment raisonnable sur le plan industriel.
De préférence, la section de passage du fluide dans le compartiment de dégazage et/ou dans le compartiment de strippage, et/ou dans le compartiment de lavage quand il est présent, est choisie suffisante pour limiter la vitesse du gaz en dessous de la vitesse critique d’entraînement des gouttelettes, de préférence en dessous de 90% ou en dessous de 80% de ladite vitesse critique.
On rappelle que la vitesse critique vc est calculable, de façon connue, à l’aide de la formule suivante, avec d| la densité de la phase liquide, et dg la densité de la phase gazeuse du fluide :
Figure FR3080544A1_D0001
L’invention a également pour objet l’utilisation du dispositif précédemment décrit ou du procédé précédemment décrit pour séparer une phase liquide constituée d’un mélange d’un liquide d’hydrocarbures ou d’au moins un hydrocarbure, et d’une phase gazeuse constituée d’un mélange d’hydrogène et de fractions vapeur du ou desdits hydrocarbures, à partir d’un fluide comprenant ce mélange, notamment lors d’un procédé d’hydrotraitement de charges d’hydrocarbures lourdes ou légères tel qu’un procédé d’hydrodésulfuration, d’hydrodéazotation, d’hydrodéaromatisation, ou lors d’un procédé d’hydrocrakage.
Description détaillée
L’invention sera ci-après détaillée à l’aide d’exemples non limitatifs illustrés par les figures suivantes :
Figure 1 : une représentation fonctionnelle du principe de fonctionnement du dispositif de séparation selon un premier exemple selon l’invention,
Figures 2a,2b : une première variante du dispositif de séparation selon l’invention, respectivement selon une coupe verticale et une coupe horizontale à mi-hauteur selon le premier exemple selon l’invention,
Figures 3a,3b : une deuxième variante du dispositif de séparation selon l’invention, respectivement selon une coupe verticale et une coupe horizontale à mi-hauteur, selon le premier exemple selon l’invention,
Figures 4a,4b : une troisième variante du dispositif de séparation selon l’invention, respectivement selon une coupe verticale et une coupe horizontale à mi-hauteur, selon le premier exemple selon l’invention,
Figure 5 : une quatrième variante du dispositif de séparation selon l’invention selon une coupe verticale, selon le premier exemple selon l’invention,
Figure 6 : la première variante des figures 2a,2b selon une vue cavalière avec la représentation des flux de fluide dans le dispositif ; selon le premier exemple selon l’invention,
Figure 7 : une représentation fonctionnelle du principe de fonctionnement du dispositif de séparation selon un deuxième exemple selon l’invention.
Les figures sont schématiques et les différents éléments représentés ne sont pas nécessairement à l’échelle. Le dispositif de séparation selon l’invention, aussi désigné sous le terme de séparateur, définit une enceinte dont la plus grande dimension est disposée selon un axe vertical X dans sa position de fonctionnement, et c’est ainsi qu’il est représenté aux figures. Les composants identiques/ présentant la même signification gardent la même référence d’une figure à l’autre.
La figure 1 est donc une représentation fonctionnelle de la séparation gaz/liquide opérée par le séparateur selon l’invention. Prenons l’exemple d’un fluide sous forme d’un flux diphasique liquide/vapeur dont le rapport des débits massiques gaz sur liquide G/L est compris entre 0,1 et 2, et de préférence entre 0,5 et 2. La température du flux à séparer est comprise entre 20°C et 600°C, préférentiellement entre 150 et 450°C. La pressiondu flux à séparer est comprise entre 0,1 et 25 MPa, préférentiellement entre 15 et 20 MPa. Le flux à séparer est par exemple l’effluent d’un réacteur d’hydrotraitement en lit fixe, ou l’effluent d’un réacteur d’hydrocraquage en lit fixe.
La séparation selon l’invention se fait en trois sections (appelées également compartiments dans la description qui suit des différentes variantes de séparateur) : une section a de dégazage, une section b de strippage (« stripping » en anglais), et une section optionnelle c de lavage. Ces deux ou trois sections sont selon l’invention intégrées dans un même séparateur, dans une unique enceinte donc.
Tout le séparateur fonctionne à la même pression, ou sensiblement à la même pression que celle du flux entrant 1 diphasique à séparer.
Le flux à séparer 1 est injecté dans la section de dégazage a. Cette opération a pour but d’opérer une première séparation, en laissant le fluide atteindre ou se rapprocher de son équilibre thermodynamique, en température et en pression. On peut alors soutirer de la section a un flux majoritairement liquide 2, dit liquide dégazé, et un flux majoritairement gazeux 3.
Pour assurer que cette première séparation s’opère de façon efficace, la section de dégazage a est dimensionnée de manière à limiter l’entraînement de gouttelettes liquides dans le flux 3 : la surface de passage du flux de gaz 3 dans la section a est choisie suffisante pour limiter la vitesse du gaz en dessous de la vitesse critique d’entraînement des gouttelettes, préférentiellement en dessous de 90% de cette vitesse, encore plus préférentiellement en dessous de 80% de cette vitesse critique. La vitesse critique est définie comme la vitesse de chute de gouttelettes de 100 micromètres de diamètre dans le flux de gaz aux conditions opératoires de la section a.
Elle varie en fonction des propriétés du gaz et du liquide du flux à traiter, ainsi que des conditions opératoires (débit, température, pression...). Le temps de passage du flux 1 dans la section a est généralement compris entre 30 secondes et 10 minutes, c’est un temps suffisant pour que le flux se stabilise thermodynamiquement et pour que le dégazage se fasse, avec une partie supérieure contenant du gaz majoritairement avec un peu de liquide, et en partie inférieure majoritairement un liquide, contenant encore une certaine portion de gaz, et une interface entre ces deux parties.
Dans la zone a, on a ainsi une zone inférieure dans laquelle, en fonctionnement, on trouve une phase continue liquide et une zone supérieure dans laquelle on trouve une phase continue gazeuse. Ces deux phases sont délimitées l’une par rapport à l’autre par une interface, qui va définir le niveau de liquide dans cette zone. Le flux majoritairement liquide 2 sortant de la section a est injecté ensuite dans la section b de strippage. Cette opération a pour objectif de vaporiser une partie des composants légers/gazeux dans le liquide dégazé 2. Pour réaliser le strippage, on vient injecter un flux 8 d’un media de strippage dans la section b, ce média étant ici de l’hydrogène: l’injection d’hydrogène permet de baisser la pression partielle des gaz (hydrocarbures) à séparer et de les vaporiser. La section b peut optionnellement être munie de chevrons, de plateaux (tels que des « shower decks », « dises » et « donuts » selon la terminologie anglaise, à calottes, à clapets ou tout autre technologie de plateau de distillation connus de l’homme du métier).
On peut choisir alternativement d’autres gaz que l’hydrogène comme média de strippage, comme par exemple un gaz léger comme de la vapeur d’eau ou de l’azote.
La surface de passage du gaz dans la section b est suffisante pour limiter la vitesse du gaz en dessous de la vitesse critique d’entrainement des gouttelettes, préférentiellement en dessous de 90% de cette vitesse, encore plus préférentiellement en dessous de 80% de cette vitesse critique. Le temps de passage du liquide dans la section b est compris entre 30 secondes et 10 minutes.
Dans la zone b, en fonctionnement, on va avoir également une zone inférieure dans laquelle on trouve une phase continue liquide et une zone supérieure dans laquelle on trouve une phase continue gazeuse les deux zones inférieure et supérieures étant délimitées l’une par rapport à l’autre par une interface définissant le niveau de liquide dans la section de strippage b.
Le flux de gaz 3 issu de l’étape a est injecté avec le flux de gaz 9 issu de la section b dans la section de lavage c. Cette étape de lavage est optionnelle. Elle permet de réduire la quantité de composés lourds entraînée dans le flux de gaz 5 qui sort du séparateur. L’objectif de cette étape est de condenser les composés lourds issus de la section a et, dans une moindre mesure, de la section b. Elle permet également de récupérer les gouttelettes de liquides entraînées depuis ces sections.
Un flux 4 d’un media de lavage est injecté dans la section c pour absorber ces composés lourds. Ce media de lavage peut être composé d’hydrocarbures. Préférentiellement, ce flux est un gazole sous vide léger ou lourd (connus sous leurs acronymes anglais LVGO et HVGO), une huile désasphaltée (DAO) ou une coupe de distillais moyens (gazole ou kérosène), un naphta, une huile aromatique issue d’un craquage catalytique (LCO/HCO). Le flux de lavage peut être issu du procédé où le séparateur est installé ou importé, par exemple issu d’une distillation sous vide installée dans le procédé d’hydrocraquage concerné. Il peut également être une charge externe qui est ensuite traitée dans des réacteurs installés en aval du séparateur, sur sa sortie de gaz ou sur sa sortie de liquide.
Dans cette section de lavage c, on a un contact à contre-courant entre une phase liquide descendante et une phase essentiellement gazeuse montante, selon une technologie connue de l’homme du métier.
La section c est préférentiellement munie d’un packing structuré ou en vrac, préférentiellement structuré, maximisant les échanges liquides/vapeur. La section c peut également être composée de chevrons, de plateaux tels que (« shower decks », « dise » & donuts »), à clapet ou tout autre technologie de plateau de distillation connu de l’homme du métier.
A noter que si la section b et la section c peuvent être toutes les deux munies de garnissages, aussi appelées internes, telles que ceux cités plus haut, elles restent distinctes l’une de l’autre, les flux entrée/sortie qui les traversent étant différents : le flux qui traverse la zone c est majoritairement, notamment essentiellement, gazeux, qui contient du liquide dispersé en son sein, alors que la zone b est traversée par un flux majoritairement, notamment essentiellement, liquide avec du gaz dispersé en son sein.
La surface de passage du gaz issu de la section c est suffisante pour limiter la vitesse du gaz en dessous de la vitesse critique d’entraînement des gouttelettes, préférentiellement en dessous de 90% de cette vitesse, encore plus préférentiellement en dessous de 80% de cette vitesse critique.
De manière optionnelle, un matelas dit « coalescer » (ou « mesh » selon le terme anglo-saxon ou encore coalesceur en français) est installé dans la partie supérieure de la section c, afin de coalescer les gouttelettes entraînées, pour augmenter le diamètre de ces gouttelettes et en limiter l’entraînement dans le gaz.
L’écoulement sur les garnissages est de type ruisselant (la phase continue est ici la phase gazeuse).
Dans le cas où le média de lavage est liquide dans les conditions opératoires, l’huile de lavage absorbe une partie des hydrocarbures issus de les sections a et c et permet d’éviter l’export de gouttelettes dans le flux de gaz 5 sortant du séparateur. Ceci permet d’augmenter la vitesse des gaz dans la section a, et donc d’en limiter la surface de passage. Limiter l’export de gouttelettes dans le flux de gaz 5 est avantageux pour les équipements disposés en aval du séparateur, car cela limite les fluctuations de composition et éventuellement l’encrassage de ces équipements.
Dans le cas où le média de lavage est partiellement ou totalement vaporisé dans la section c, sa vaporisation permet d’accentuer le phénomène de condensation des vapeurs les plus lourdes issues des sections a et b. Dans ce cas, le média pourra avantageusement être traité dans un réacteur installé en aval de la sortie de gaz 5 du séparateur (par exemple un réacteur d’hydrodésulfuration de distillais moyens).
La température du flux de média de lavage 4 est préférentiellement inférieure à la température du flux 1 entrant dans la section a de dégazage, afin de maximiser le phénomène de condensation des vapeurs lourdes et d’en limiter ainsi le débit. La température du flux 4 peut être contrôlée par un échangeur thermique en amont de l’injection dans le séparateur.
La température du flux 1 est avantageusement comprise entre 20 et 600°C, et de préférence entre 150 et 450°C. La température du flux 4 est avantageusement comprise également entre 20 et 600°C, même gamme que pour le flux 1 donc. Mais de préférence, la température du flux 4 est choisie 50°C plus froide que la température du flux 1, et encore plus préférentiellement 100°C plus froide que la température du flux 1.
Le débit du flux 4 est choisi suffisant pour obtenir un mouillage du « packing » ou des plateaux utilisés dans la section c.
Le flux de liquide 6 issu de la section de lavage c est également injecté dans la section b de stripping. Ce flux est composé des composés condensés dans la section c et du média de lavage du flux 4 non vaporisé.
Un média de stripping peut optionnellement être injecté aussi dans la section de dégazage a.
La température de la section de stripping b est la température d’équilibre thermodynamique du mélange des flux 2, 6 et 8, elle est généralement inférieure à la température de la section a de dégazage de quelques degrés.
En synthèse, les différents échanges/transferts de flux dans les trois sections du séparateur sont donc les suivants :
le fluide à séparer 1 entre depuis l’extérieur du séparateur dans la section a de dégazage il sort de la section a un liquide 2 dégazé vers la section de strippage b il sort de la section a un gaz 3 qui va vers la section de lavage c le liquide dégazé 2 entre dans la section de strippage b un media de strippage 8 entre dans la section de strippage b sortent de la section de strippage un gaz 9 vers la section de lavage c et un liquide 7 vers l’extérieur du séparateur dans la section de lavage, entrent le gaz 3 provenant de la section de dégazage a, le gaz 9 provenant de la section de strippage b, le media de lavage 4 sortent de la section de lavage c, un flux de liquide 6 vers la section de strippage b, et un flux de gaz 5 vers l’extérieur du séparateur.
Globalement, on a donc un flux entrant bi phasique liquide/gaz 1 dans le séparateur par la section de dégazage a, un flux de liquide 7 sortant par la section de strippage b et un flux de gaz 5 sortant par la section de lavage c.
Sont décrites une à une les différentes variantes de conception de séparateur mettant en œuvre ce procédé de séparation. Dans toutes les variantes représentées aux figures 2 à 6, le séparateur S présente une enceinte unique de parois latérales sensiblement cylindriques, avec une paroi de fond et une paroi supérieures toutes deux légèrement arrondies/ convexes / qui peuvent donc présenter une forme hémisphérique ou hémi-elliptique. Cette forme fait qu’on peut désigner ce type d’enceinte également sous le terme de « ballon » séparateur. Le séparateur, en position de fonctionnement, est orienté selon l’axe X des parois cylindriques, axe ici vertical. Naturellement, l’invention s’applique de la même manière à des séparateurs dont la section n’est pas cylindrique ou qui est orienté de façon oblique par rapport à la verticale, ainsi qu’à des séparateurs dont la paroi de fond et/ou la paroi supérieure ne sont pas arrondies mais planes par exemple.
Selon les figures 2a et 2b et 6, une première variante de séparateur S est représentée avec donc ses parois latérales L cylindriques. Une paroi interne P1 est disposée à l’intérieur de l’enceinte : c’est une paroi plane et orientée verticalement. En partie inférieure, elle repose sur la paroi de fond de l’enceinte, et son bord supérieur bs correspond approximativement entre la moitié et les 2/3 de la hauteur H des parois latérales L cylindriques de l’enceinte. Cette paroi P1 rejoint par ses deux bords latéraux la paroi latérale de l’enceinte, et définit ainsi deux compartiments coaxiaux : le compartiment a de dégazage et le compartiment b de strippage. Le compartiment a est muni de l’entrée 1 du fluide à séparer
En partie supérieure, au-dessus du bord supérieur bs de la paroi interne P1, se trouve le compartiment de lavage c, comme représenté en figure 6.
La paroi P1, comme représenté en figure 6 également, est munie d’orifices x traversants et répartis sur une bande de hauteur h : la position, la taille, la répartition de ces orifices sont choisies de façon à laisser passer le liquide dégazé 3 depuis le compartiment a vers le compartiment b, en maintenant le fluide 1 pendant un temps de séjour suffisant dans le compartiment de dégazage. La surface de passage liquide de l’ensemble des orifices x est telle que le flux liquide 3 qui les traverse est au moins égal au flux liquide venant du flux 1. Optionnellement, les orifices x, ou au moins certains d’entre eux, sont munis de clapets anti-retour (non représentés) pour minimiser la recirculation de liquide depuis le compartiment b vers le compartiment a.
Alternativement, on garder une paroi P1 pleine et le liquide dégazé 3 est transféré du compartiment a au compartiment b par débordement du liquide par-dessus le bord supérieur bs de la paroi interne P1, qui fait déversoir. Dans ce cas, le temps de séjour du fluide dans le compartiment est fonction, notamment, de la hauteur h1 du bord supérieur bs en question, et, de préférence, on équipe ce bord supérieur, faisant office de déversoir, de chevrons, de façon à stabiliser et à homogénéiser l’écoulement de liquide du compartiment a au compartiment b.
Le bord supérieur bs de la paroi interne P1 est surmonté d’une paroi d, représentée à la figure 6, qui est une paroi disposée au-dessus, du bord supérieur bs jusqu’aux parois latérales L de l’enceinte. Elle est de préférence sans contact avec le bord supérieur pour des raisons mécaniques, mais il est également possible de prévoir une continuité entre le bord supérieur bs et cette paroi d. Cette paroi d est orientée de façon oblique vers le centre de l’enceinte sous forme d’un plateau incliné qui sépare le compartiment a du compartiment c de lavage. Ce plateau incliné est optionnellement muni de clapets et/ou de calottes afin de laisser passer le gaz issu du compartiment a vers le compartiment c, mais en évitant le passage de liquide depuis le compartiment c vers le compartiment a. De préférence, le plateau incliné d n’est pas en contact avec la paroi interne de séparation P1 entre a et b. L’angle d’inclinaison du plateau d par rapport à l’horizontale est compris entre 1 ° et 45°, de préférence enrte 5° et 30°. Ici, à titre d’exemple, il est d’enviror20°.
La surface de passage du gaz issu du compartiment a vers le compartiment c via le flux 3 est choisie suffisante pour limiter la vitesse du gaz en dessous de la vitesse critique d’entrainement des gouttelettes, préférentiellement en dessous de 90% de cette vitesse, encore plus préférentiellement en dessous de 80% de cette vitesse critique.
Le temps de passage du liquide dans le compartiment b de strippage est compris entre 30 secondes et 10 minutes. Le média de strippage (flux 8) est injecté dans le compartiment b à travers un diffuseur. L’orifice de soutirage liquide (flux 7) du compartiment de strippage b est préférentiellement muni d’un dispositif anti vortex conventionnel, afin de limiter l’entraînement de gaz dans le conduit évacuant le liquide du compartiment. Il peut s’agir par exemple de croisillons.
Quand le compartiment c de lavage existe, comme c’est le cas représenté aux figures 2 et 6, alors l’huile de lavage est injectée dans le compartiment c via un plateau distributeur (non représenté) assurant une répartition homogène sur les internes du compartiment c, qui est de préférence muni d’un packing structuré ou en vrac, préférentiellement structuré, maximisant les échanges liquide/vapeur.
Le compartiment c peut également aussi comporter des chevrons, de plateaux tels que des « shower decks, dise & donuts », à clapet ou tout autre technologie de plateau de distillation conventionnelle.
La surface de passage du gaz (flux 5) issu du compartiment c est choisie suffisante pour limiter la vitesse du gaz en dessous de la vitesse critique d’entraînement des gouttelettes, préférentiellement en dessous de 90% de cette vitesse, encore plus préférentiellement en dessous de 80% de cette vitesse critique.
Les figures 3a et 3b décrivent une deuxième variante de séparateur S. Ne sera décrit que ce qui diffère d’avec la première variante décrite plus haut. La différence principale est la modification dans la configuration relative entre les compartiments a et b : Ici ils sont disposés de façon concentrique à l’axe vertical du séparateur, par une paroi interne P2 qui définit un cylindre posé sur la paroi de fond du séparateur et centré sur l’axe vertical de celui-ci : on a ainsi un compartiment a de dégazage à l’extérieur par rapport à l’axe vertical du séparateur, de forme sensiblement annulaire et délimité par cette paroi P2 d’une part et par les parois latérales externes L du séparateur d’autre part, et le compartiment b qui est délimité par l’espace intérieur défini par la paroi interne P2 cylindrique. La paroi inclinée d2 séparant le compartiment a du compartiment c est cette fois sensiblement sous forme d’un tronc de cône dont la base la plus petite surmontant le bord supérieur cylindrique, avec ou sans continuité , de la paroi P2, et dont la base la plus grande rejoint les parois latérales externes L du séparateur.
Les figures 4a et 4b décrivent une troisième variante de séparateur S. Ne sera décrit, pour cette variante, que ce qui diffère d’avec la deuxième variante décrite plus haut. Dans cette variante, les deux compartiments a et b sont disposés de façon concentrique comme dans la deuxième variante, mais cette fois c’est le compartiment b qui est de forme annulaire et qui est disposé à l’extérieur, et le compartiment a qui est délimité par l’espace intérieur cylindrique délimité par la paroi interne P3. La paroi inclinée d3 séparant le compartiment a du compartiment supérieur de lavage c présente cette fois la forme d’un toit conique venant surmonter à une certaine distance le bord supérieur bs de la paroi P3 en présentant à sa base un diamètre légèrement supérieur à celui de la paroi P3. Le gaz (flux 3) peut ainsi circuler comme représenté depuis le compartiment a vers le compartiment c en s’écoulant vers le haut entre le bord supérieur de la paroi P3 et la base du toit d3.
La figure 5 est une quatrième variante de séparateur, où la séparation entre les compartiments a et b se fait à l’aide d’un plateau plein P4 disposé sensiblement horizontalement dans l’enceinte et de forme annulaire et plein, et muni d’un déversoir constitué par l’ouverture centrale circulaire du plateau plein se prolongeant vers le haut en une portion de paroi cylindrique P4 pleine sur une hauteur donnée. L’injection du flux 1 de fluide à traiter se fait au-dessus du plateau P4. En partie haute du déversoir P5, au-dessus de son bord supérieur, est disposé un toit conique d3 de même conception que celui utilisé dans la variante précédente.
Le compartiment a de dégazage est la zone située au-dessus du plateau P4 jusqu’à la hauteur du bord supérieur du déversoir P5. Le compartiment b est la zone qui comprend l’espace interne délimité par la paroi P5 du déversoir et l’espace qui se trouve sous le plateau P4. Le compartiment c de lavage est au-dessus de l’ensemble, comme dans les variantes précédentes.
Le fluide passe du compartiment a au compartiment b (flux 2) en débordant au-dessus du bord supérieur du déversoir P5 : le temps de séjour du fluide dans le compartiment de dégazage a est fonction de la hauteur du déversoir.
Les surfaces de passage du gaz depuis le compartiment a et depuis le compartiment b, et le temps de passage du liquide dans les compartiments a et b sont choisies comme précédemment.
L’arête du déversoir P4 est préférentiellement en forme de chevrons afin de stabiliser et homogénéifier l’écoulement de liquide issu du compartiment a.
La figure 7 représente une représentation fonctionnelle du principe de fonctionnement du dispositif de séparation selon un deuxième exemple de réalisation selon l’invention : ici il n’y a plus de section de lavage c, et seulement les sections /compartiments a et b : les flux 3 et 9 de gaz se rejoignent pour constituer un flux de gaz de sortie 5, il n’y a plus de flux 6 depuis la section de lavage c jusqu’à la section de strippage b. Ce deuxième exemple permet d’avoir une conception plus simple de dispositif, et donne également de très bons résultats, même si l’amélioration peut être moins importante que celle apportée par le premier exemple de réalisation de l’invention, elle reste significative.
En synthèse pour l’ensemble de ces variantes, de nombreuses variables, outre le choix des sections de passage de gaz et de liquide d’un compartiment à un autre, on a un certain nombre d’autres paramètres sur lesquels on peut jouer pour ajuster la qualité de la séparation obtenue : il peut s’agir, notamment, du débit de média de strippage injecté dans le compartiment b, ou encore du choix de la température du flux du fluide de lavage 4 dans le compartiment c (pour limiter/ maîtriser l’entraînement de lourds dans le flux 5 de sortie externe de gaz.
Exemples d’application de l’invention
Exemple 1 non conforme : il utilise un séparateur simple (« ballon I »), c’est-à-dire un séparateur utilisant une enceinte de forme substantiellement cylindrique mais juste équipé d’un matelas coalesceur, avec une entrée de fluide à traiter, une sortie de gaz et une sortie de liquide, sans aucun compartimentage dans l’enceinte.
Le tableau 1 ci-dessous donne les principales caractéristiques de la charge (du fluide) à séparer en phase liquide et en phase solide.
Tableau 1
çTO, Débit massique total kg/h 214592
T, Température °C 350
P, Pression bar 145
MM,Masse molaire g/tnol 19.25
Fraction vaporisée à
l'équilibre thermodynamique % poids 23.70%
Composition en légers kg/h 26578
,h3 kg/h 21000
h.2s kg/h 4421.61
ma kg/h 410.54
c\ kg/h 140.22
ca kg/h 183.22
G kg/h 193.89
kg/h 229.20
TBP Poids(%) T(°C)
1 115.29
5 233.74
10 296.04
30 383.29
50 417.67
70 444.78
90 487.57
95 511.16
98 536.18
La composition « TBP » est la courbe d’ébullition de la fraction lourde, elle se lit comme suit : 1% bout sous 115,29°, 70% bout sous 444,78°....
Le ballon séparateur est un ballon vertical simple muni d’un matelas coalesceur horizontal dans sa partie haute et d’un anti-vortex sur sa sortie liquide. Son diamètre est calculé pour limiter l’entrainement de gouttelettes dont la taille représentative est supposée être 200 micromètres. On entend par taille représentative la valeur du diamètre au-dessus de laquelle se situe le diamètre de 99% des gouttelettes. On suppose que l’entraînement est évité dans les deux cas suivants :
1) Absence d’un matelas coalesceur: la vitesse ascendante du gaz est égale (ou inférieure) à 80% de la vitesse critique (vitesse de chute des gouttelettes) ;
2) Présence d’un matelas coalesceur : la vitesse ascendante du gaz est égale (ou inférieure) à 170% de la vitesse critique Les gouttelettes sont récupérées pour le coalesceur.
La vitesse critique est calculée à l’aide de la formule qui a été rappelée au début du présent texte.
Le ballon est dimensionné de manière à ce que le temps de séjour liquide soit de 2 minutes. Ces critères, ainsi que les contraintes de fabrication classiques, permettent de calculer la géométrie suivante :
Tableau 2 :
Flux d'entrée liquide
Q„, débit massique dL, densité du liquide débit volumétrique fcff/m3 «3W 163672 670.50 244.1
Flux d'entrée vapeur
g®, débit volumétrique 4058.1
dR, densité du vapeur kg /wi3 12.55
Paramètres de dimensionnement
i?c, vitesse critique m/s 0.348
vG, vitesse gaz (cible) * de 1¾ 170%
m/s 0.591
surface passage 1.91
t, temps de séjour mm 2.00
Caractéristiques géométriques du ballon
D, diamètre Ml 1.56
H, hauteur Ml 4.27
Une simulation thermodynamique du ballon de séparation a été effectuée. Cette simulation est équivalente à celle opérée dans le compartiment a de dégazage du séparateur selon l’invention, qui 5 vise la séparation entre les distillais moyennes et la coupe lourd (380°C+), sans injection de fluidede strippage donc. Les résultats respectifs sont indiqués ci-dessous.
Tableau 3 : Rendements du ballon de séparation simple.
Stream (ton/fc) Charge Tête Fond
Légers 26.58 26.12 0.46
Naphta (C5-145°C) 2.79 2.44 0.35
Kérosène (145-220 °C) 4.88 3.55 1.33
Diesel (220-380 °C) 40.33 11.81 28.53
Lourds (380°C+) 140.01 7.00 133.00
Total 214.59 50.92 163.68
Exemple 2 non conforme : il utilise un ballon («Ballon II») séparateur simple muni d’un matelas coalesceur comme l’exemple 1 non conforme, mais cette fois avec, en plus, injection d’H2. Dans ce cas, on étudie l’influence de l’injection d’hydrogène dans un ballon de séparation avec une géométrie similaire à celui de l’exemple précédant. Les flux et composition entrants à séparer provenant du procédé sont identiques à ceux l’exemple 1 La quantité d’hydrogène à injecter en plus dans le ballon, correspond à environ 3% de la charge, soit 6 ton/h.
Considérant les mêmes critères de dimensionnement, en tenant compte des nouvelles données, la géométrie suivante a été établie :
Tableau 4 :
Flux d'entrée liquide dans la charge
provenant du procédé 1
débit massique kg/h 159235
dL, densité du liquide kg/wi9 673.10
Qj,, débit volumétrique Wl®/À 236.6
Flux d'entrée vapeur (dans la charge provenant du procédé et ajout hydrogène
dans le ballon)
Q®, débit volumétrique dR, densité du vapeur kg 5206.4 11.79
Paramètres de dimensionnement
vitesse critique m/s 0.360
vE, vitesse gaz (cible) % de 1¾. 170%
wi/s 0.611
surface passage ni* 2.37
t, temps de séjour mm 2.00
Caractéristiques géométriques du ballon
B, diamètre 1.74
H, hauteur »1 3.33
Une simulation thermodynamique représentative du ballon a été effectuée. Les résultats de cette simulation sont donnés dans le tableau ci-dessous :
Tableau 5 : Rendements du ballon de séparation simple, avec injection d'H2.
Stream (ton/ft) Charge + h2 ajouté Tête Fond
Légers 32.58 32.18 0.40
Naphta(C5-145°C) 3.17 2.51 0.28
Kérosène (145-220°C) 4.50 3.75 1.13
Diesel (220-380°C) Lourds(380°C+) 40.33 13.17 27.16 140.01 7.90 132.11
Total 220.59 59.50 161.09
Exemple 3 conforme à l’invention :
On utilise dans cet exemple un séparateur (« ballon III ») selon la deuxième variante illustrée aux figures 3a-3b. Les mêmes données de charge que dans l’exemple 1 non conforme ont été utilisées. La quantité d’hydrogène injectée a été calculée sur 3% de la charge comme l’exemple 2 non conforme (6 tonnes/h).
Le dimensionnement du séparateur a été réalisé de manière à respecter les règles de la vélocité 10 critique de chaque section.
Compartiment central de strippage :
Tableau 6 : Dimensionnement du compartiment b
Flux d'entrée liquide flux 2 débit massique kg/h 160767
dt, densité du liquide débit volumétrique M3/! 684.5 234.9
Flux d'entrée vapeur
Q%, débit volumétrique nd/h 1138.0
d.e, densité du vapeur kff/’wi5 9.72
Désengagement liquide dans compartiment b
flux 9
vitesse critique m/s 0.400
vitesse gaz (cible) % de 1¾. 170%
m/s 0.680
4,, surface passage W2' 0.46
O, diamètre minimum 0.77
Désengagement vapeur dans compartiment b
flux 7
dfe, diamètre bulle mm vc, vitesse critique m/s 1.00 0.0792
4S, surface de passage mz 0.82
D, diamètre minimum m 1.02
On comprend par désengagement vapeur le fait que de la vapeur sous forme de bulles pourrait sortir avec le liquide dans le flux 7. La section de passage est donc adaptée pour éviter l’entrainement de bulles vers le bas.
Dans le compartiment b, le choix du dimensionnement repose sur deux contraintes :
• l'entraînement de liquide en tête doit être évité • l'entraînement du gaz au fond du ballon doit également être évité.
Le diamètre final sera le plus élevé qui répond à ces deux critères en même temps à ces deux critères. Ces hypothèses conduisent au dimensionnement suivant :
Caractéristiques géométriques du ballon
Dt, diamètre total du ballon 4,, surface de passage totale du ballon 1.90 2.84
Section a) déduite
lc largeur de la couronne in 0.44
Q®, débit volumétrique du gaz en a) m’/À 4058.1
Æ,, surface de passage m2 2.01
i?G, vitesse du gaz wi/.s 0.560
dL, densité du liquide en a) kg /wis 670.5
dG, densité du vapeur en a) ftg/wi3 12.55
i?c, vitesse critique m/s 0.348
% de la vitesse critique réel % 161
La vitesse du gaz ascendant est inférieure à 170% de la vitesse critique réelle, permettant d’éviter l’entraînement de gouttelettes en tête. Par ailleurs, la vitesse du liquide est suffisamment faible pour ne pas entraîner de gaz en fond.
La même contrainte sur l’entraînement de liquide est respectée dans le compartiment c de lavage sous le packing.
Tableau 7 :
Calcul sous mesh en tête
Flux d'entrée liquide 1
débit massique kg/h 1500
dA, densité du liquide kff/wé 823.6
Flux d'entrée vapeur HC +
stripping
débit volumétrique «’/A 5186
dc, densité du vapeur ks/wi3 11.82
Sous le packing
vitesse critique wi/s 0.398
1¾. vitesse gaz (cible) % de t?. 170%
m/s 0.676
D, diamètre Wl. 1.90
Aj, surface passage m2 2.84
vG, vitesse du gaz m/s 0.508
% de la vitesse critique %128
La hauteur du liquide dans la zone de fond des compartiments a et b est calculée en supposant un temps de séjour de deux minutes. Les compartiments a et b participent toutes les deux à la réalisation 5 de ce temps de séjour. Le nombre des orifices x dans la paroi interne de séparation P2 entre les compartiments a et b a été calculé en choisissant des orifices circulaires avec un diamètre de 1 pouce par trou.
TabIeau 8 : Dimensionnement de la zone de fond : compartiments a+b
Zone de fond sous l’interface dans les compartiments a et b
B, diamètre m 1.90
surface passage Ml2 2.84
qJ, débit volumétrique total wis/A 236.7
t, temps de séjour min 2.00
h,, hauteur liquide 2.78
Nombre de trous
taille de la conduite en flux 7 fond de ballon du inch 10
Diamètre des trous inch 1
nombre des trous 100
Une simulation thermodynamique représentative du ballon selon cet exemple 3 a été réalisée.
Conformément à l’invention, on injecte l’hydrogène et l’huile de lavage dans les contions suivantes :
• H2: 6 ton/h à 300°C (comme dans l'exemple 2 non conforme) • Huile de lavage: 1,5 ton/h à 200°C
Les résultats en termes de rendement sont indiqués au-dessous:
Tableau 9 : Rendements du ballon selon exemple 3
Fluide à traiter (ton/ft) Charge+ H2 ajouté Tête Fond
Légers 26.58 32.32 0.26
Naphta (C5-145°C) 3.17 2.66 0.13
Kérosène (145-220 °C) 4.50 4.08 0.80
Diesel (220-380 °C) 40.33 13.97 26.36
Lourds (380°C+) 140.01 8.29 133.22
Total 214.59 61.33 160.77
Le tableau suivant indique la différence (« Delta ») de débits des distillais moyens en tête de ballon selon l’exemple 3 de l’invention (appelé Ballon III), par rapport aux deux premiers exemples (Ballon I : selon l’exemple 1 et Ballon II, selon l’exemple 2).
Tableau 10 :
Delta Ballon I - Ballon II Ballon l-Ballon III Ballon II - Ballon III
Gain en MD (ton/h) % de récupération 1.57 2.70 1.14 5% 9% 4%
Le ballon simple avec injection d’hydrogène (Ballon II) permettre une récupération de 5% par rapport au ballon simple (Ballon I). Mais le ballon selon l’invention (ballon III) permet une récupération de 9%, donc une augmentation de 5 points par rapport à l’exemple non conforme 2.
« MD » dans le tableau ci-dessus signifie « Middle distillât » en anglais, ou distillât moyen en français, qui correspond aux fractions gazole et kérosène.
On voit de ce tableau que le fait d’utiliser le ballon III selon l’invention permet de récupérer 1 ,14 t/h de gazole et kérosène en plus dans la fraction de tête par rapport au ballon II non conforme II, ce qui, 5 rapporté à la quantité de gazole et de kérosène qui est déjà récupérée en tête, fait une augmentation de récupération de 4%.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de séparation (S) de liquide et de gaz à partir d’un fluide associant une phase liquide et une phase gazeuse, caractérisé en ce que :
    ledit dispositif comprend une unique enceinte délimitée par des parois externes et comprenant une entrée externe du fluide (1), une sortie externe de liquide (7) et une sortie externe de gaz (5), l’enceinte étant orientée selon un axe substantiellement vertical ou oblique et étant compartimentée en au moins deux compartiments (a,b) à l’aide d’au moins une paroi interne à l’enceinte (P1 ,P2,P3,P5) et orientée substantiellement selon ledit axe,
    - les compartiments comprennent un compartiment amont de dégazage (a) et un compartiment aval de strippage (b),
    - le compartiment de dégazage (a) est en connexion fluidique avec d’une part l’entrée externe de fluide à séparer (1), avec d’autre part une première sortie de gaz (3) et une sortie de liquide dégazé (2),
    - le compartiment de strippage (b) est en connexion fluidique avec une entrée dudit liquide dégazé (2), une entrée de média de strippage (8), une deuxième sortie de gaz (9) et une sortie de liquide (7),
    - les premières et deuxièmes sorties de gaz (3,9) sont en connexion fluidique avec la sortie externe de gaz (5) de l’enceinte,
    - la sortie de liquide du compartiment de strippage (7) est en connexion fluidique avec la sortie externe de liquide de l’enceinte,
    - le passage du liquide dégazé (2) depuis la sortie du compartiment de dégazage (a) vers l’entrée du compartiment de strippage (b) est assuré par au moins une ouverture (x) pratiquée dans la paroi interne (P1 ,P2,P3) et/ou par débordement au-dessus de ladite paroi interne (P1) séparant lesdits compartiments.
  2. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la paroi interne (P1 ,P2,P3) est munie d’une pluralité d’ouvertures (x), équipées optionnellement de clapets anti-retour.
  3. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi interne (P5) fonctionne par débordement et en ce que son bord supérieur est en forme de chevrons.
  4. 4. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois externes de l’enceinte comprennent des parois latérales (L) , une paroi de fond et une paroi supérieure, la paroi interne (P1), de préférence plane, venant relier entre elles deux zones des parois latérales externes (L) de l’enceinte, les compartiments amont de dégazage (a) et aval de strippage (b) étant chacun délimités latéralement d’une part par ladite paroi interne et d’autre part par une portion de parois latérales externes de part et d’autre de ladite paroi interne.
  5. 5. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la paroi interne (P2,P3) délimite à elle seule un des compartiments (a,b) en étant fermée latéralement, et est notamment disposée de façon concentrique autour de l’axe de l’enceinte.
  6. 6. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’enceinte a des parois externes latérales essentiellement cylindriques, et en ce que la paroi interne (P2,P3) est concentrique auxdites parois cylindriques, avec le compartiment amont de dégazage (a) disposé le plus à l’extérieur et de forme annulaire, et le compartiment aval de strippage (b) disposé à l’intérieur de la paroi interne, ou réciproquement.
  7. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la paroi interne (P5) se prolonge en partie inférieure vers les parois latérales externes de l’enceinte par un plateau plein (P4) sous forme d’un déversoir, plateau au-dessus duquel est disposée l’entrée externe de fluide (1) , le compartiment de dégazage (a) étant délimité par la paroi interne (P5) et la paroi externe (L) de l’enceinte latéralement et par le plateau (P4) en partie inférieure, le compartiment de strippage (b) étant délimité par la portion interne de la paroi interne (P5) et la zone de l’enceinte située sous le plateau plein (P4) du compartiment de dégazage (a).
  8. 8. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’enceinte comprend un troisième compartiment de lavage (c), en aval des deux premiers compartiments (a,b), et disposé au-dessus d’eux dans l’enceinte, comprenant optionnellement un matelas coalesceur.
  9. 9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le compartiment de lavage (c) est muni d’une part une entrée externe de fluide de lavage (4) , d’une première entrée de gaz en connexion fluidique avec la première sortie de gaz (3) du premier compartiment de dégazage (a) et d’une deuxième entrée de gaz en connexion fluidique avec la deuxième sortie de gaz (9) provenant du deuxième compartiment de strippage (b), et d’autre part d’une sortie de liquide (6) en connexion fluidique avec le deuxième compartiment de strippage (b) et d’une sortie de gaz (5) en connexion fluidique avec la sortie de gaz externe de l’enceinte.
  10. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le compartiment de lavage (c) comprend un plateau distributeur du fluide de lavage, et éventuellement un plateau de soutirage.
  11. 11. Dispositif selon l’une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la paroi interne (P1 ,P2) est orientée substantiellement verticalement et est surmontée, à l’aplomb de son bord supérieur (bs), par un plateau incliné (d) rejoignant la paroi externe latérale (L) de l’enceinte de sorte à recouvrir le premier compartiment de dégazage (a) disposé entre la paroi interne et la paroi externe latérale et à diriger le liquide sortant de la sortie de liquide du compartiment de lavage (c )à l’aplomb dudit premier compartiment de dégazage (a) vers une entrée du deuxième compartiment de strippage (b).
  12. 12. Dispositif selon l’une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la paroi interne délimite à elle seule le premier compartiment de dégazage (P3) et en ce qu’elle est surmontée, audessus de son bord supérieur, par un toit pentu (d3), de sorte à recouvrir le premier compartiment de dégazage (a) et à diriger le liquide sortant de la sortie de liquide du compartiment de lavage (c ) à l’aplomb dudit premier compartiment vers une entrée du deuxième compartiment de strippage (b) disposé entre ladite paroi interne et la paroi latérale externe (L) de l’enceinte.
  13. 13. Procédé de mise en œuvre du dispositif selon l’une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu’on opère les étapes successives suivantes :
    - une étape de dégazage du fluide à séparer en phase liquide et en phase gazeuse en approchant le fluide de son équilibre thermodynamique dans le premier compartiment de dégazage (a),
    - une étape de strippage par injection d’un média de strippage pour vaporiser une partie au moins des composants légers dissous dans le liquide obtenu par l’étape de dégazage dans le compartiment de strippage (b),
    - éventuellement une étape de lavage par injection d’un média de lavage pour condenser les composés lourds issus de l’étape de dégazage et/ou de strippage dans le compartiment de lavage (c).
  14. 14. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la section de passage du fluide dans le compartiment de dégazage (a) et/ou dans le compartiment de strippage (b), et/ou dans le compartiment de lavage (c) quand il est présent, est choisie suffisante pour limiter la vitesse du gaz en dessous de la vitesse critique d’entraînement des gouttelettes, de préférence en dessous de 90% ou en dessous de 80% de ladite vitesse critique.
  15. 15. Utilisation du dispositif (S) selon l’une des revendications 1 à 12 ou du procédé selon l’une des revendications 13 ou 14 pour séparer une phase liquide constituée d’un mélange d’un liquide d’hydrocarbures ou d’au moins un hydrocarbure, et d’une phase gazeuse constituée d’un mélange d’hydrogène et de fractions vapeur du ou desdits hydrocarbures, à partir d’un fluide comprenant ce mélange, notamment lors d’un procédé d’hydrotraitement de charges d’hydrocarbures lourdes ou légères tel qu’un procédé d’hydrodésulfuration, d’hydrodéazotation, d’hydrodéaromatisation, ou lors d’un procédé d’hydrocrakage.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5279746A (en) * 1992-06-05 1994-01-18 Daniel Ziol Process and apparatus for removing radon from water
US20100187186A1 (en) * 2007-04-03 2010-07-29 Siemens Water Technologies Corp. Systems and methods for liquid separation
WO2013030519A1 (fr) * 2011-09-03 2013-03-07 Enhydra Ltd Appareil de flottaison

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