Brevet FR2063136A1 — publié le 19710709

La présente invention se rapporte à une installation de conditionnement de gaz naturel et à un procédé de mise en oeuvre de cette installation, en vue de saturer ce gaz, partiellement ou totalement, en vapeur d'eau et/ou en solvant. La conversion au gaz naturel des reseaux basse-pression de distribution de gaz manufacturé nécessite un conditionnement du gaz naturel, ayant pour but d'empêcher ou du moins de retarder la détérioration des joints de tuyauterie au contact du gaz naturel Ce conditionnement varie en fonction de la nature de la matière des j oints, de sorte que le gaz naturel doit être saturé, totalement ou partiellement, en vapeur d'eau et de solvant. Le terme "solvant" se rapporte à des produits qui évitent le déséchage de certains joints et qui exercent, éventuellement, une action de gonflement sur ces joints. Les produits peuvent être de nature variée et consis ter, par exemple, en alcool, tel l'alcool méthylique, ou en certaines fractions hydrocarbonées, comme le kérosène, le naphta léger, le solvant naphta, etc. Le choix du solvant dépend notamment du type de joint utilisé et de la température d'ébullition du solvant. On peut aussi utiliser un solvant communiquant une certaine odeur au gaz naturel, en vue de faciliter la détection de fuites éventuelles. Les conditions auxquelles doivent répondre un procédé et une installation de conditionnement de gaz naturel sont essentiellement - assurer un contrôle précis des quantités d'eau et/ou de solvant in jectées dans le gaz, - ne pas provoquer de condensation indésirable dieau quand on injecte du solvant dans le gaz après saturation de ce dernier par de la va peur d'eau, - faire appel à un appareillage simple et robuste, dont le contrôle est aisé, l'entretien aussi réduit que possible et la sécùrité de fonc tionnement élevée. La présente invention permet de répondre à ces différents critères A cet effet, l'installation pour le conditionnement du gaz naturel, en vue de le saturer totalement ou partiellement en eau et/ou en solvant, dans toutes proportions désirées, comprend essentiellement a) une colonne d'échange gaz-liquide, dénommée saturateur, pour la saturation du gaz en eau, cette colonne étant traversée par le courant de gaz et comportant un pulvérisateur d'eau, cette eau circulant en circuit fermé, avec alimentation automatique à niveau constant, b) un dispositif de saturation en solvant. D'après une forme d'exécution de la présente invention, ce dispositif de saturation en solvant consiste en une pompe doseuse, commandée par une impulsion proportionnelle au débit de ce dernier. De cette façon, la quantité de solvant injectée dans le gaz est réglable et est proportionnelle au débit de ce dernier. D'après une autre forme d'exécution de l'invention, le dispositif de saturation en solvant consiste en une colonne d'échange gaz-liquide, semblable à celle utilisée pour la saturation du gaz en eau. Dans ce cas, teins tallation comprend donc essentiellement deux colonnes ou saturateurs, respectivement pour la saturation du gaz en eau et pour la saturation du gaz en solvant, ces colonnes étant traversées par le courant de gaz et comportant un pulvérisateur de liquide, ce liquide circulant en circuit fermé avec alimentation automatique à niveau constant, ces colonnes étant disposées en série ou en parallèle avec jeux de vannes appropriées, de façon à assurer pratiquement la saturation du gaz à la température de pulvérisation du fluide. D'après une autre caractéristique de l'invention, chaque saturateur comporte un dispositif de chauffage du gaz ou du liquide pulvérisé ainsi qu' un thermostat commandant le dispositif de chauffage et permettant de contrôler la teneur absolue en liquide du gaz à la sortie de la colonne par le simple contrôle de la température de saturation. De cette façon, l'installation tient compte d'elle même de toute variation du débit de gaz et ne nécessite aucun ajustage en fonction du débit de gaz. On voit que l'installation de la présente invention permet de sa turer legaz, soit seulement en eau en le faisant passer seulement à travers le saturateur à eau et sans mettre en fonctionnement le saturateur à solvant, soit en eau et en solvant en utilisant les deux dispositifs de saturation. D'autre part, la forme d'exécution comprenant deux saturateurs permet d'obtenir, à volonté, soit une saturation totale an eau ou en solvant, soit une saturation partielle en eau ou en solvant, soit encore une saturation partielle en eau et en solvant. La saturation totale en eau ou en solvant se réalise en faisant passer la totalité du gaz à conditionner respectivement à travers la colonne de pulvérisation d'eau ou à travers la colonne de pulvérisation du solvant. Pour obtenir une saturation partielle du gaz en un de ces liquides, on fait passer une partie du gaz à travers la colonne respective de pulvérisation de liquide, puis on réunit cette quantité de gaz traité à une partie de gaz non traité. D'autre part, la saturation du gaz naturel en eau et en solvant se réalise par mélange réglable de deux courants de gaz à même température, saturés respectivement en eau et en solvant. Sur la base des diagrammes de saturation du gaz naturel en eau et en solvant, on peut déterminer, pour chaque température du gaz naturel saturé, la teneur absolue respectivement en humidité et en solvant naphta. En cas de saturation simultanée an humidité et en solvant naphta, la teneur absolue du mélange saturant le gcz est inférieure à la somme des teneurs an humidité et en solvant naphta prises séparément. I1 en résulte que si, suivant la première forme d'exécution de l'in invention, on injecte le solvant dans le gaz préalablement saturé d'humidité, la quantité de solvant que l'on peut injecter pst sensiblement plus réduite que celle correspondant à le saturation an solvant seul, telle qu'elle résulte du diagramm@ de saturation L'expérience e montré que la quantité optima était de n 5C de celle correspondant i la saturation en solvant seul.Si on dépasse cette valeur, on risque de voir se condenser une partie de liquide contenu d-ns la az, rendant difficile le contrôle du conditionnement. Inversement, ci selon la seconde forme de l'invention on sature, sé- parément, par exemple 50% du gaz an humidité et 50% en solvant, le gaz qui en résultera ne sera pas satur@ en mélange (humidité + solvant). Pour augmenter la teneur du gaz en humidité par exemple, il suffira de saturer, a une température légèrement plus élevée, le flux de gaz traversant le saturateur d'@au, augm@ntant ainsi la teneur absolue d'humidité dans ce courant de gaz. Par mélange avec le flux de gaz traversant le saturateur de solvant, le gaz se refr@idira et verra son humidité relative augmenter. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description ci-après d'exemples d'exécution, donnés à titre d'illustration et s@ns caractère limitatif, avec référence aux dessins annexés qui montrent, @@@p@ctivement : Figure @ : un processus de saturation du gaz an humidit- Figura - : un saturateur, en coupe longitudinale, Figure 3 : 1@ schéma d'une installation comprenant deux saturateurs placés en parallèle, Figure @ : 1@ schéma d'une installation comprenant deux saturateurs placés en s@ric. La figure , représentant le processus de saturation du gaz an humi dité, donne les courbes @'humidit@ relative, dont on a représent@ seulement, à titre de simplification, la courbe @ d'humidité relative à 100@ et la courbe 2 d'humidité relative à 80@. Les lignes 3 sont celles des températures humides. Dans cette figure, les abcisses représentent les températures sèches et les ordonnées représentent le teneur en vapeur d' eau dans le gaz, exprimée an g/Nm3. Dans le cas de réchauffage du gaz avant entre dans le seturateur, ce gaz est donc réchauffé à 30 C (ligne @), puis humidifié enthalpie constante par pulvé risation d'eau (ligne 5), jusqu'à humidité relative de 1005:. Le contrôle de l'humidité absolue du gaz à la sortie s'effectue par un thermostat de saturation commandant le réchauffage du gaz. Ce réchauffage est obtenu au moyen d'un échangeur à eau chaude, à vapeur, à fluide thermique ou d'un changeur électrique. Dans le deuxième cas, la chaleur nécessaire à l'obtention de la saturation du gaz est fournie à l'eau de pulvérisation. Si le débit d'eau de circulation est grand par rapport nu débit de gaz et que les conditions d'échange soient favorables, le gaz sortira de l'ap pareil pratiquement saturé à la température de l'eau chaude pulvérisée. Le contrôle de l'humiditL absolue du gaz à la sortie peut donc se faire au moyen d'un thermostat placé indifféremment dans le circuit de gaz, à la sortie de l'humidificateur ou saturateur, ou dans le circuit de fluide chauf fant et contrôlant celui-ci afin d'obtenir la température de saturation désirée. Le chauffage de l'eau de pulvérisation peut se faire par l'un ou 1' autre des fluides chauffants mentionnes : eau chaude, vapeur, fluide thermique ou lectrique. Le dispositif d'humidification selon 11 invention, faisant appel à la saturation du gaz à une température déterminée, ne nécessite aucun réglage en fonction du débit de gaz. La figure 2 représente un saturateur utilisé par exemple pour l'hu- midification du gaz naturel. Un autre saturateur, du même type, peut être uutilisé pour la saturation du gaz naturel en solvant. Chaque saturateur ou colonne de contact gaz-liquide comprend, comme lments essentiels, une conduite 2 d'amenée du gaz naturel, qui s'élève dans la partie centrale de la colonne puis redescend par la partie annulaire entourant la partie centrale, le gaz, saturé totalement ou partiellement, sortant -ç-r la conduite 3. Cette saturation est réalise par pulvérisation de liquide (eau ou solvant) à l'aide de la rampe de pulvérisation 1.On dispose un ou plusieurs corps 5, assurant une partition homogène du gaz dans la partie cen- trale de la colonne et un contact intime entre le gaz et le liquide D'autre part, un séparateur 6 a pour effet d'éliminer les gouttelettes de liquide en traîn@es par le gaz naturel La colonne de saturation comprend aussi un dispositif 7, avec sécurité 8, assurant un niveau constant de liquide. Ce li o,uid circule en circuit fermé et passe par la conduite 9, la pompe de circulation 10 l'échangeur thermique Il et va N la rampe de pulvérisation 4 par la conduite 12. Sans cet échangeur 11, le liquide est réchauffé, par exemple par de l'eau circulant entre les conduites 13 et 14. Dans la colonne de saturation 1, le gaz entrant par la conduite 2 est soumis à un arrosage de liquide par la rampe 4. Grâce aux grand débit de liquide et aux conditions favorables de contact entre le gaz et le liquide, le gaz sort pratiquement saturé à la température du liquide pulvérisé. Le contrôle de la teneur absolue en liquide dans le gaz à la sortie 3 s'effectue à l'aide d'un thermostat placé soit à cette sortie, soit dans le circuit du fluide chauffant et contrôlant celui-ci afin d'obtenir la température de saturation désirée. Pour eviter que le liquide de saturation, en circuit fermé, n'atteigne une concentration élevée en produits solides (par exemple une concentration élevée en sels dans le cas de l'eau), on effectue régulièrement une purge de déconcentration à l'aide du robinet 15 placé au fond de la colonne 1. La figure 3 représente une installation comportant deux saturateurs placés en parallèle dans le circuit de gaz naturel, amené par la conduite 16 et évacué par la conduite 17, après conditionnement dans les deux saturateurs indiqués par 1 et 1', tels que représentés à la figure 2,- avec les réchauffeurs respectifs il et il'. Le saturateur 1 est, par exemple, prévu pour saturer en vapeur d'eau le gaz qui le traverse, tandis que le saturateur 1' est prévu pour la saturation an solvant. Chaque appareil est dimensionné pour pouvoir saturer, -1 la température choisie, le gaz qui le traverse. Par exemple, le gaz est prélevé dans le réseau d'amenée 16, à 80C, -Chaque saturateur est prévu et réglé thermostatiquement pour débiter, à la sortie, du gaz saturé, par exemple à 10 C, si telle est la température désirée. A la sortie 17 de l'installation de conditionnement, le gaz sera saturé en vapeur d'eau et/ou en solvant, dans toutes proportions désirées, par simple réglage des vannes 18, 19, 20 et 21, déterminant les quantités relatives traversant chacun des saturateurs 1 et 1'. Par exemple, le gaz sera totalement saturé en vapeur d'eau seulement si la vanne 19, conduisant au saturateur d'eau 1 est ouverte alors que les vannes 18, 20 et 21 sont fermées. Mais si, en plus, la vanne 20 est ouverte, une partie du gaz naturel amené par la conduite 16 traverse le saturateur 1 et une autre partie n'est pas traitée, de sorte que le mélange partant par la conduite 17 est partiellement saturé en vapeur d'eau. Si l'on ferme les vannes 19 et 20 et que l'on ouvre la vanne 18, le gaz traverse le saturateur de solvant 1' et sort, par la conduite 17, totalement ou partiellement saturé en solvant, suivant que la vanne 21 est ferme ou ouver te. D'autre part, en ouvrant simultanément les vannes 18 et J9, le gaz sera saturé en vapeur et en solvant, dans toutes proportions désires7 par simple reglage des vannes 18 et 19 déterminant les quantités relatives traversant chacun des saturateurs. L'effet de saturation de chaque appareil peut encore être contrôlé à l'aide des vannes 20 et 21. Une autre forme d'exécution particulièrement avantageuse consiste à substituer aux deux saturateurs 1 et 1' un seul saturateur séparé, par une cloi son, en deux compartiments, l'un de ces compartiments remplaçant le saturateur 1 et l'autre compartiment remplaçant le saturateur 1'. La figure 4 représente, schématiquement, un autre exemple d' execu- tion d'après lequel les saturateurs 1 et 1' sont disposés en série. En ouvrant la vanne 18, on obtient à l'entrée du saturateur 1' un gaz partiellement saturé en humidité. A la sortie de ce saturateur 1', le gaz est saturé en eau et en solvant et se mélange au gaz saturé en eau passant par la vanne ouverte 19, de telle manière qu'à la conduite de sortie 17, on obtiendra du gaz saturé en mélange eau-solvant, dans toutes proportions désirées, par simple manoeuvre des vannes 18 et 19 , les thermostats de chacun des saturateurs 1 et 1' assurant l'obtention de gaz saturé à la température choisie, à la sortie de chacun des saturateurs Une variante de la présente invention consiste à injecter le solvant dans le gaz saturé en humidité Lorsque le solvant ne possède pas une tension de vapeur suffisante, on le réchauffe, opportunément, à l'aide du même fluide chauffant que celui utilisé dans l'appareil de saturation en humidité. Le solvant, éventuellement préchauffé, est injecté dans la tuyauterie de gaz humide en une quantité proportionnelle au débit de ce gaz A cet effet, on utilise une pompe doseuse, commandée par une impulsion proportionnelle au débit de gaz et émise soit par un compteur à gaz, soit par un élément déprimogène placé dans la tuyauterie de gaz. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Installation pour le conditionnement de gaz naturel, en vue de le saturer, totalement ou partiellement, en eau et/ou en solvant, caractérisée en ce qu'elle comporte essentiellement une colonne d'échange gaz-liquide, ou saturateur, pour la saturation du gaz en humidité, et un dispositif de saturation en solvant. 2.- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de saturation en solvant consiste aussi en une colonne d'échange gaz-liquide ou saturateur. 3.- Installation suivant les revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend essentiellement deux colonnes d'échange gaz-liquide, ou saturateurs, respectivement pour la saturation du gaz en eau et pour la saturation en solvant, ces colonnes tant traversées par le courant de gaz et comportant un pulvérisateur de liquide, ce liquide circulant en circuit fermé, avec alimentation automatique à niveau constant, ces colonnes étant disposées en série ou en parallèle, avec jeux de vannes appropriés, de façon à assurer pratiquement la saturation du gaz à la température de pulvérisation du fluide 40- installation suivant les revendications 1 , 3, considérées dans leur ensemble, caractérisée an ce que chaque colonne ou saturateur comporte un dispositif de chauffage du gaz ou du liquide pulvérise ainsi qutun thermostat commandant le dispositif de chauffage et permettant de contrôler, à la sortie de la colonne; la teneur absolue du gaz en liquide vaporise 5.- Installation suivant les revendications 1 à 4, considérées dans leur ensemble, caractérisée en ce que chaque saturateur comporte une conduite, commandée par une vanne, déviant une partie du gaz à traiter qui ne traverse donc pas le saturateur, et réunissant ensuite cette partie déviée à celle qui a travers le saturateur. 60- Installation suivant la revendication 1, caractrisee en ce que le dispositif de saturation en solvant, avec réchauffage éventuel du solvant par le même fluide chauffant que celui utilisé pour l'humidification du gaz, consiste en une pompe doseuse, cette pompe étant commandée par une impulsion proportionnelle au débit du gaz, mise par un compteur à gaz ou par un élément déprimogène placé dans la tuyauterie du gaz naturel humidifié. 70- Procédé ae conditionnement de gaz naturel, à l'aide de l'installotion suivant les revendications i à 6, considérées dans leur ensemble, en vue de le saturer, totalement ou partiellement, en vapeur d'eau et/ou en solvant, caractérls en ce que l'on fait passer la totalité du gaz à conditionner, ou une partie du gaz, à travers le saturateur à eau et/ou à travers le saturateur à solvant et on centrale la teneur en eau ou en solvant du gaz con ditionné à l'aida d'un thermostat 80- Procédé de conditionnement de gaz naturel suivant la revendication 7, en vue de le saturer totalement en vapeur d'eau ou en solvant, cnractéris--: en ce que l'on fait passer la totalité du ga naturel à travers, respectivement, le saturateur à eau ou à solvant. 9.- Procédé de conditionnement de gaz naturel suivant la revendication 7, en vue de le saturer partiellement en vapeur d'eau ou en solvant, caractérisé en ce que 1on subdivise le courant de gaz en deux courants partiels, on fait passer un des courants à travers, respectivement, la saturateur.à eau ou à solvant et on réunit ce courant gazeux saturé au courant gazeux non traité, les proportions relatives de ces deux courants étant déterminées par le degré de saturation désiré. 10.- Procédé de conditionnement de gaz naturel suivant la revendication 7, en vue de le saturer à la fois en vapeur d'eau et en solvant, caractérisé en ce que l'on subdivise le courant de gaz en deux courants partiels, on fait passer un de ces courants, en totalité ou en partie, à travers le saturateur à eau, la partie éventuellement non traitée étant réunie à la partie saturée de vapeur d'eau, on fait passer l'autre courant, en totalité ou en partie, à travers le saturateur à solvant, la partie éventuellement non traitée étant réunie à la partie saturée en solvant, puis on réunit les deux courants partiels de gaz totalement ou partiellement saturés de vapeur d'eau et de solvant respectivement. 11.- Procédé de conditionnement de gaz naturel suivant la revendication 7 en vue de le saturer en vapeur d'eau et en solvant, caractérisé en ce que 1' on effectue une saturation partielle du gaz par de la vapeur d'eau, puis on fait passer la totalité ou une partie de ce gaz partiellement sature en vapeur d'eau à travers le saturateur à solvant.