Brevet FR2001349A1 — publié le 19690926

La présente invention, concerne un procédé et un appareil pour déshydrater un courant gazeux. Les courants de gaz, par exemple le gaz naturel, sont séchés normalement par mise en contact avec un absorbant liquide 5 corne le triéthylène^iycol ou le diéthylèneglycol - L'abaissement du point de rosée de l'eau qu'on peut réaliser dans ces systèmes dépend de la pureté de l'absorbant liquide et de l'importance du contact entre le courant gazeux et cet absorbant liquide. Ainsi, la pureté de l'absorbant liquide détermine l'état d'équilibre 10 maximum qui peut être atteint entre le courant gazeux et l'absorbant liquide, tandis que 1'importance du contact entre le oou-rant gazeux et l'absorbant liquide détermine jusqu'à quel point cet état d'équilibre est atteint. Su cours des dernières années, on a mis au point des 15 techniques et des systèmes permettant d'amener jusqu'à une pureté élevée,par reconcentration,les solutions d'eau dans les absorbants liquides. Ainsi, le brevet des Etats—Unis d'Amérique n° 3.105.74-8 décrit un procédé et un appareil pour le séchage d'un gaz à l'aide d'un absorbant liquide jusqu'à une pureté de 99,5 20 à 99,8% en poids. Tout l'absorbant liquide est concentré jusqu'à la même pureté et lorsque des abaissements du point de rosée de l'eau de plus de 72 à 78°C sont nécessaires, ces systèmes sont en général antiéconomiaues, même lorsque la concentration de l'absorbant li-25 quide atteint 99,8$ en poids. Il en est ainsi principalement en raison des grands débits d'absorbant liquide qui sont nécessaires pour assurer l'importance voulue du contact et en raison de la dimension et du prix de l'appareillage. Par conséquent, la pratique industrielle courante consistait jusqu'à présent à uti-30 liser au lieu d'un desséchant liquide, un desséchant solide, par exemple un "tamis moléculaire",lorsqu'un important abaissement du point de rosée était nécessaire. La présente invention a pour objet un procédé pour déshydrater un courant gazeux, suivant lequel on met ce courant 35 gazeux en contact avec un absorbant liquide pauvre de concentration modérée dans un premier étage de contact, de façon que le courant gazeux soit partiellement déshydraté, on met le courant gazeux partiellement déshydraté en contact avec ion absorbant liquide pauvre de concentration élevée dans un second étage de contact 69 02509 2 2001349 tire le courant gazeux déshydrate du second étage, on amène l'absorbant liquide riche résultent de chaque étage de contact dans un appareil de roconcentration, on reconccntre l'absorbant liquide riche pour obtenir un absorbant liquide pauvre de concentra-5 tion modérée, on divise l'absorbant liquide pauvre de concentration modérée en une première fraction et une seconde fraction, on amène la première fraction au premier étage de contact, on reconcentre la seconde fraction davantage pour obtenir un absorbant liquide pauvre de haute concentration et on amène cet absorbant 10 liquide pauvre de haute concentration au second étage de contact. L'invention a également pour objet tua appareil pour la déshydratation d'un courent gazeux qui comprend : un dispositif pour la mise en contact des gaz avec les liquides comportant un premier étage et un second étage qui communiquent entre eux, un 15 dispositif pour introduire le gaz dans le premier étage et soutirer le gaz déshydraté du second étage, des conduites d'admission et de sortie pour l'absorbant liquide à chaque étage, les deux conduites de sortie amenant l'absorbant liquide à un appareil de distillation permettant de reconcentrer modérément l'ab-20 sorbant liquide, un premier conduit menant de l'appareil de distillation à la conduite d'admission du premier étage pour y amener l'absorbant liquide, un second conduit menant de l'appareil de distillation à un dispositif permettant de reconcentrer davantage l'absorbant liquide et un troisième conduit établissant 25 la communication entre le dispositif permettant de reconcentrer davantage l'absorbant liquide et la conduite d'admission au second étage. En appliquant le procédé et à l'aide de l'appareil de l'invention, on peut déshydrater un courant de gaz à l'aide d'un 30 absorbant liquide dans un appareillage moins important qu'aupa-ravant, même pour des abaissements du point de rosée, de l'eau devant atteindre 110°C. En outre, on peut ainsi déshydrater un courant gazeux avec un abaissement du point de rosée de l'eau .comparable à celui assuré par les systèmes desséchants solides, 35 mais à l'aide d'un appareillage; sensiblement moins onéreux. L'invention est davantage illustrée san.° être limitée et à titre d'exemple uniquement, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : Fig. 1 représente schématiquement. un. appareil de l'in-4-0 vention, et 69 02509 3 2001349 Fig. 2 représente plus en détail schématiquement la colonne de distillation , l'appareil de reconcentration et l'accumulateur visibles à la Fig. 1. Comme le montre la Fig. 1, l'appareil comprend un réci-5 pient de mise en contact 10 muni d'une conduite d'admission de gaz 11 et de plusieurs plateaux 12 assurant le contact entre la vapeur et le liquide. Un plateau à cheminée 13 divise le récipient 10 en un premier étage inférieur et en un second étage supérieur. Le premier étage comporte vers sa partie supérieure 10 une conduite d'admission d'absorbant liquide 14, et près de sa partie inférieure une conduite de sortie 15. Un régulateur de niveau liquide 16 agit sur la vanne 17 pour maintenir constant le niveau du liquide au fond du récipient 10, ce qui empêche le gaz de s'échapper par la conduite 15. 15 Le second étage'comporte à sa partie supérieure une conduite d'admission d'absorbant liquide 18 et un conduit de sortie du gaz déshydraté 19, et à sa partie inférieure, un régulateur de niveau liquide 20, actionnant une vanne 21 de manière à maintenir du.liquide dans le plateau 13 et empêcher le gaz de s'é-20 chapper par une conduite de sortie d'absorbant liquide 22, com--muniquant avec la conduite 15 et formant ainsi une conduite de sortie de liquide commune 23 menant à une colonne de distillation 24. La conduite 23 débouche dans un serpentin d'échange de 25 chaleur 25 communiquant lui-même par un conduit 26 avec un serpentin d'échange de chaleur 28 dans l'accumulateur 27, l'autre extrémité du serpentin 28 menant par l'intermédiaire de l'enveloppe d'un éehangeur de chaleur à tubes et à enveloppe 29 et par l'intermédiaire d'une conduite 31 à la section garnie 32 de la 30 colonne de distillation 24. Le liquide quittant la section 32 s'écoule par l'orifice 35 dans le récipient 30 muni d'un appareil de chauffage immergé 34. Un premier conduit 36 du récipient 30 mène l'absorbant liquide aux tubes de 1'éehangeur de chaleur 29 d'où l'absorbant liquide passe par une conduite 37 et une pompe 35 37A à la conduite d'admission 14 du récipient 10. Un second conduit 38 dont l'extrémité supérieure surmonte l'extrémité supérieure du premier conduit 36 s'étend verticalement vers le bas entre le récipient 30 et l'accumulateur 27. Le conduit 38 comprend une section garnie 39 et une condui-40 te d'admission de gaz sec 40 permet d'injecter du gaz sec en sens 69 02509 i, 2001349 ascendant dans le conduit 38. Du fond de l'accumulateur 27, une conduite 41 amène l'absorbant liquide par l'intermédiaire de la pompe 4-2 à la conduite d'admission d'absorbant liquide 18 du se- -cond étage du récipient de mise en contact 10. 5 Lorsque l'appareil fonctionne, un courant de gaz humi de pénètre dans la partie inférieure du récipient de mise en con-, tact 10 par le conduit 11 et s'élève à travers les plateaux 12. Avant d'atteindre le plateau à cheminée 13, le gaz humide entre en contact avec l'absorbant liquide, comme le triéthylèneglycol, 10 de concentration modérée, pénétrant dans le récipient de mise en contact 10 par le conduit 14- et descendant à travers les plateaux 12. Ainsi, le gaz humide est séché partiellement en entrant en contact avec l'absorbant liquide de concentration modérée dans un premier étage du récipient de mise en contact 10. De l'absorbant 15 liquide riche contenant de l'eau absorbée s'accumule au fond du récipient de mise en contact 10 et parvient ainsi dans le conduit 15. Entre-temps, le gaz partiellement séché s'élève à travers le plateau à cheminée 13 et parvient ainsi dans le second 20 étage dans lequel il s'élève aussi en entrant en contact avec ' l'absorbant liquide de haute concentration qui pénètre par la con-duitelS dans le récipient de mise en contact 10. L'absorbant liquide à haute concentration absorbe un supplément de vapeur d'eau du courant gazeux et le courant gazeux ainsi séché quitte le ré-25 cipient de mise en cratact 10 par le conduit 19. Il convient de noter que la majeure partie de l'eau qui doit être éliminée du courant gazeux devant être séché est extraite dans le premier étage, de sorte que le débit d'absorbant liquide dans le premier étage est normalement plus grand que dans 30 le second. L'absorbant liquide riche en eau quitte le récipient de mise en contact 10 par les conduits 15 et 22, le mélange se faisant dans le conduit 23,et pénètre alors dans le serpentin éehangeur de chaleur 25 occupant la partie supérieure de la colonne 35 de distillation 24-. De la chaleur est échangée entre l'absorbant liquide riche relativement froid et de la vapeur d'eau chaude, de l'absorbant vaporisé et d'autres vapeurs chaudes qui s'élèvent dans" la colonne de distillation 24, ce qui a pour effet de chauffer l'absorbant liquide riche et de refroidir et de condenser 40 une certaine quantité d'absorbant et de vapeur d'eau.- - • 69 02509 5 2001349 L'absorbant liquide riche descend alors dans le conduit 26 et parvient dans le serpentin éehangeur de chaleur 23 où il est davantage chauffé par échange de chaleur avec de l'absorbant liquide pauvre chaud accumulé dans l'accumulateur 27. Au sortir 5 du serpentin éehangeur de chaleur 2S, l'absorbant liquide riche passe par 1'éehangeur de chaleur 29 où il est encore chauffé davantage par échange de chaleur avec l'absorbant liquide pauvre chaud provenant du récipient 30. L'absorbant liquide riche alors préchauffé est amené ensuite dans la colonne de distillation 24 10 par le conduit 31. L'eau et de petites quantités de l'absorbant liquide vaporisés dans l'appareil de reconcentration 30 s'élèvent dans la section garnie 32 et passent sur le serpentin éehangeur de chaleur 25. Une fraction de la vapeur d'eau et sensiblement tout 15 l'absorbant entrant en contact avec le serpentin éehangeur de chaleur 25 sont condensés, ce qui provoque un reflux qui assure une bonne séparation entre l'absorbant et la vapeur d'eau. La vapeur d'eau qui passe dans la colonne de distillation 24 et qui est arrivée plus loin que le serpentin éehangeur de chaleur 25 20 quitte la colonne de distillation 24 par le conduit 33. L'absorbant liquide riche préchauffé entrant dons la colonne de distillation 24 par le conduit 31 traverse au moins une partie de la section garnie 32, de sorte qu'une certaine quantité de vapeur d'eau en est extraite à cause du contact avec 25 les vapeurs d'eau et d'autres vapeurs qui s'élèvent dans cette partie de l'appareil. L'absorbant pénètre alors dans le récipient 30 où il est chauffé jusqu'à une température constante. Par exemple, dans le cas du triéthylèneglycol, une température d'environ 185°C est entretenue et le triéthylèneglycol subit, 30 par distillation, une re concentration modérée, qui l'amène à environ 98,1$.Ainsi,de l'absorbant liquide pauvre de concentration modérée est formé dans le récipient 30 par un simple apport de chaleur. Une fraction de ce liquide passe par le conduit 36, puis 1'éehangeur de chaleur 29 où il est refroidi, le conduit 37 et 35 la pompe 37A jusqu'à la conduite d'admission 14 menant au premier étage du récipient de mise en contact 10. Une seconde fraction de l'absorbant liquide pauvre -'de concentration modérée du récipient 30 passe par. le conduit 38, puis dans la section garnie 39 qui assure un contact intime avec 40 une quantité relativement petite de gaz de purge chaud et sec 69 02509 6 2001349 qui s'élève dans le conduit 38 après y avoir été introduit par le conduit 40. Le gaz de purge chaud et sec élimine encore de la vapeur d'eau de l'absorbant liquide dans le conduit 38 et le recon-5 centre davantage, l'amenant ainsi à une pureté plus élevée. Le pourcentage de reconcentration qu'on peut atteindre dépend du volume de gaz de purge chaud et sec pénétrant dans le conduit 38 et de l'importance du contact entre l'absorbant liquide et le gaz de purge. Cependant, on a découvert qu'il est possible de recon-10 centrer des solutions d'eau dans le triéthylèneglycol jusqu'à une concentration élevée en composé oi-ganique au moyen de quantités relativement petites de gaz de purge. Par exemple,- dans le cas d'un conduit d'un diamètre de 15,24- cm et d'une longueur de 121,92 cm garni de selles de Berl de 2,54- cm, un courant de 190 15 litres par heure d'une solution contenant de l'eau et 98,1$ en poids de triéthylèneglycol peut être concentré jusqu'à une pureté de 99,99$ en poids au moyen de 15,6 m? normaux par heure de gaz naturel chaud et sec dans le système décrit. Le gaz de purge chaud et sec,qui peut être une fraction 20 du courant gazeux déshydraté quittant le récipient de mise en contact 10, est chauffé dans le conduit 4-0 dans la partie de celui-ci traversant le récipient 30. L'absorbant liquide pauvre résultant 'de haute concentration passe directement du conduit 38 dans l'accumulateur 27, puis 25 par le conduit 41 à l'admission de la pompe 42 qui l'admet dans la conduite d'admission 18 menant au récipient de mise en contact 10. Il convient de noter que les débits d'absorbant.liquide à l'admission dans le récipient de mise en contact 10 peuvent 30 être modifiés par accélération ou ralentissement des pompes 37A et 42. Le fonctionnement du système peut donc être ajusté après la mise en service initiale de façon à assurer les débits exacts d'absorbant liquide de concentration modérée et de concentration élevée qui sont nécessaires pour assurer l'abaissement requis du 35 point de rosée de l'eau du courant gazeux. L'appareil de l'invention est sensiblement plus petit et moins onéreux que les appareils déjà connus, principalement parce que seule une fraction de l'absorbant liquide en circulation est reconcentrée jusqu'à une pui^eté élevée, la maj"eure par-40 tie de l'extraction de l'ecu du gaz étant assurée par de l'absor 69 02509 7 2001349 bant liquide de concentration modérée. Par exemple, lorsqu'on utilise du triéthylèneglycol dans l'appareil décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique précité, pour éliminer sensiblement toute l'eau d'un courant de gaz naturel particulier afin d'obte-5 nir un point de rosée de - 73,3°C, un appareil de reconcentration ayant une puissance calorifique de 1 million de kcal par heure et une pompe à glycol de 37,3 kW sont nécessaires. Lorsqu'on applique la présente invention dans le cas du même courant de gaz naturel, on peut atteindre un point de rosée de l'eau 10 de -73,3°C avec un appareil de reconcentration d'une puissance d'environ 0,5 million de kcal par heure, la puissance globale des pompes étant d'environ 18,7 kW. De plus, la quantité de gaz sec nécessaire pour le surséchage du glycol est moindre dans le cas de l'invention. 69 02509 8 2001349 10 20 REVENDICATIONS 1. Procédé de déshydratation d'ion courant gazeux par mise en contact de ce courant gazeux avec un absorbant liquide dans un dispositif de mise en contact, enlèvement et reconcentration de •5 l'absorbant liquide et recyclage de l'absorbant liquide dans le dispositif de mise en contact, caractérisé par le fait que le courant gazeux précité est mis en contact avec un absorbant liquide pauvre de concentration modérée et est partiellement déshydraté dans un premier étage; le courant gazeux partiellement déshydraté est amené dans un deuxième étage et est mis en contact avec un absorbant liquide pauvre de concentration élevée, de manière à être déshydraté davantage, l'absorbant liquide riche résultant provenant de chaque étage est reconcentré de manière à produire un absorbant liquide maigre de concentration modérée ^5 qui est divisé en deux portions; une première portion de cet absorbant est amenée dans le premier étage précité; et une seconde portion est reconcentrée supplémentairement de manière à produire un absorbant liquide pauvre de concentration élevée qui est amené dans le second étage précité. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la seconde portion précitée de liquide pauvre de concentration modérée est reconcentrée davantage par mise en contact avec un gaz sec. 3- Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait 25 que le gaz sec précité est une portion du gaz déshydraté enlevée du deuxième étage. 4-. Appareil pour déshydrater un courant gazeux, comprenant un dispositif de mise en contact dans lequel le courant gazeux est mis en contact avec un absorbant liquide, et un dispositif de re concentration dans lequel l'absorbant liquide riche est reconcentré de manière à fournir un absorbant liquide pauvre qui est ramené dans le dispositif de mise en contact, caractérisé par le fait que le dispositif précité de mise en contact comporte un premier et un second étages reliés entre eux, on prévoit deux con- 35 duites d'alimentation en liquide séparées une pour chaque étage» le dispositif de reconcentration précité comprend un appareil de distillation permettant de reconcentrer du liquide riche provenant de chaque étage de manière à former un liquide pauvre modérément concentré, une première conduite est connectée entre l'appareil de distillation précité et le tuyau d'alimentation du 30 40 69 02509 9 2001349 premier étage précité, une seconde conduite est connectée entre l'appareil de distillation précité et un autre dispositif de reconcentration et une troisième conduite relie l'autre dispositif de reconcentration au tuyau d'alimentation précité du deu-5 xième étage précité. 5» Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'appareil de distillation précité comprend un éehangeur de chaleur à reflux à travers lequel passe le tuyau d'alimentation amenant de l'absorbant liquide à l'appareil de distillation, de 10 manière à préchauffer l'absorbant liquide. 6. Appareil selon la revendication 5S caractérisé par le fait que la première et la seconde conduites précitées sont des conduites verticales à sommets ouverts et le sommet de la seconde conduite se trouve dans le récipient de distillation à un niveau 15 plus élevé que celui de la première conduite. 7» Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la première conduite précitée est reliée au tuyau d'introduction du premier étage par l'intermédiaire d'un éehangeur de chaleur dans une relation d'échange de chaleur avec le tuyau 20 amenant de l'absorbant liquide dans l'appareil de distillation. 8. Appareil selon la revendication 6 ou 7» caractérisé par le fait que l'autre dispositif de reconcentration comprend un tuyau d'introduction de gaz sec débouchant dans l'extrémité inférieure de la seconde conduite. 25 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'un dispositif d'accumulation est relié à l'extrémité inférieure de la seconde conduite, la troisième conduite précitée est reliée au dispositif d'accumulation précité et le tuyau amenant de l'absorbant liquide dans l'appareil de distillation passe 50 à travers le dispositif d'accumulation précité.