Brevet FR2397869A1 — publié le 19790216

La présente invention concerne un procedé d'absorption des aaMpD- sants acides des mélanges gazeux par lavage a l'aide d'un solvant. les mélanges gazeux industriels, notamment les gaz naturels, les gaz de synthèse et les gaz de raffineries d'hydrocarbures comportent des constituants acides tels que l'hydrogene sulfuré ou l'anhydride carbonique; On a proposé et utilisé de nombreux procédés pour éliminer les constituants acides indésirables des mélanges gazeux industriels.Une pratique courante consiste a utiliser des solutions aqueuses d'amines organiques qui se combinent facilement avec les gaz faiblement acides a des températures relativement basses et qui peuvent erre régénérées, puis réutilisées en les chauffant des températures suffisantes pour libérer de façon sensiblement complète les gaz acides absorbés. Au cours du cycle classique d'un tel lavage aux amines, on fait passer la solution d'amine aqueuse a travers un dispositif de mise en contact opérant a contre-courant par rapport au gaz a fxr rifier. Les constituants gazeux acides sont absorbés par la solution d'amine qui passe alors dans une colonne de régénération od elle est chauffée en présence d'un courant de vapeur d'eau pour libérer les gaz acides absorbés. La solution d'amine régénérée est alors refroidie et recyclez a l'absorbeur. La définition d'un tel procédé de traitement suppose la connaissance de plu sieurs paramètres : le plus important est le taux de charge de l'amine, c'est ire le nombre de moles de gaz acide absorbées par mole d'amine, qui lie le débit de solvant au débit de gaz a traiter, La connaissance du taux de charge maximal compatible avec l'obtention de la purification nécessaire permet de réaliser des économies importantes dans les frais d'exploitation, attendu qu'un tel rapport assure des débits de solvant réduits et donc des conscssations de vapeur dans le régénérateur et des coûts de pompage minimaux. Diverses amines ont été proposées pour éliminer les constituants acides des mélanges gazeux industriels, et notamment la monoéthanolamine (MEA), la diétt#r#lamine (DEA) et la dii sopropano lamine (DIPA) . La MEA, bien que satisfaisante pour éliminer 1'H2S et le CO2 n'est pas utilisable avec les mélanges gazeux contenant du oes car elle est dégradée irreversible- ment par ce composé. Elle pose en outre des problèmes de corrosion.La DEN, elle, n'est pas dégradée par le Cos, mais elle est aldins efficace que la MEA pour éliminer 1'H2S et. le CO2 : on considère toutefois que cette amine représente jusqu'à présent le meilleur compromis. Les propriétés de la DIPA sont, sous certains aspects, taux de charge admissible en particulier, plu tôt inférieures a celles de la DE. Les monoalkyl-monoéthanolamines de formule générale: R-NH-CH2-CH2-OH ou alkylamino 2 éthanols sont connus pour leur effet promoteur dans les procédés d'absorption du 2 dits "au carbonate". Le brevet US 2.131.663 a indique les propriétés des alkylamino 2 méthanols en solutions organiques pour la désacidification de mélanges gazeux. Le brevet français 1.428.356 souligne les grandes vitesses de ré action de ces amines avec le C02 et le COS, mais décrit leur emploi dans des conditions telles de débit du gaz etde débit de la solution d'amine que le taux de charge de l'amine soit de 0,2 mole de gaz acide par mole d'amine. Ce taux de charge est tres faible et incompatible avec les contraintes imposées par une exploitation éconmmique. Le procédé suivant l'Invention permet de pallier ces difficultés en définissant des conditions d'utilisation correspondant aux normes d'une exploitation industrielle. Un procédé suivant l'invention de désacidification d'un mélange gazeux contenant des constituants acides, notamment H2S et/ou CO2, dans lequel on meten contact le m'lange gazeux avec une solution aqueuse d'amine, ladite solution d'amine absorbant la majeure partie des constituants acides du mélange gazeux, et l'on traite la solution d'amine, chargée en constituants acides, au moyen d'un apport de chaleur, une température et sous une pression telles que la solution, suivant le type d'amine choisie puisse bouillir a la température choisie, est caractérisé en ce que l'amine est un alkyl amino 2 méthanol de formule :N-NH-CH2-CH2-OH où R représente un radical alkyl de C1 a C6 inclus et en oe que les débits de gaz acide et de la solution d'amine sont réglés de telle façon que le nombre de moles de gaz acide absorbées par mole d'amine, ou taux de charge, est compris entre 0,7 et 1,2. Dans un tel procédé de dés acidification selon lequel la solution d'amine a une concentration en amine totale de 0,5 a 6 moles par litre et préférentiellement de 2 a 4 moles par litre, la mise en contact s1effec- tue a une temperature comprise entre 40 et 100 C. De façon préférentielle, l'amine choisie est telle que R représente un radical aikyl de C1 a Il est enfin avantageux de régler les débits de gaz acide et de la solution d1 amine de telle façon que le cambre de moles de gaz acide absorbées par mole d'amine, ou taux de charge, soit oompris entre 0,8 et 1,1. Le remplacement des solutions d'amine usuellement utilisées dans les procédés de désacidification, la diéthanol amine par exemple, par des solutions de métne concentration molaire d'alkyl amino-2 méthanols, et plus spécialement de rn#thyl amino-2 éthanol, d'ethyl amino-2 méthanol et de butyl amino-2 méthanol, peret d'adopter des taux de charge en constituants acides nettement plus élevés tout en continuant à produire un gaz épuré sa- tisfaisant aux spécifications. En d'autres termes, ces amines permettent de réaliser, toutes choses égales ailleurs, une épuration donnée avec des debits de solvants inférieurs a ceux de la DEA.Les diminutions de débits possibles varient de 10 à 30 % selon l'alkyléthanol amine, les conditions de traitement et les caractéristiques du gaz à traiter, ce qui représente des gains importants sur l'énergie de recyclage de l'amine pauvre à l'absorbeur et, dans une moindre mesurer sur l'énergie de régénération de l'amine riche. Un des intérêts du procédé selon l'invention est que cette éconanie d' éner- gie est obtenue pratiquement sans investissement :tmne sur des installations existantes, le schéma de procédé utilisé étant très proche du schéma habituel des installations de lavage aux amines. L'invention sera mieux comprise dans le commentaire de la figure, donnée à titre non limitatif, d'un schéma d'installation industrielle de traitement de gaz selon l'invention. En se référant à cette figure, on trouve une conduite 10 d'a menée de gaz à traiter à un séparateur d'entrée 11 d'où sont issues une conduite 12 pour les condensats et une conduite 13 pour la phase gazeuse. La conduite 13 débouche à la partie inférieure d'une colonne 14 de mise en contact, ladite colonne 14 contenant une pluralité de plateaux de mise en contact tels que 15. Le dispositif de mise en contact est un récipient de mise en contact d'un gaz avec un liquide et peut contenir tout agencement approprié de divers types de plateaux, de chicanes et de garnitures, suivant les ber soins pour parvenir au teilleur contact entre le liquide et le gaz. A la partie supérieure de la colonne 14, débouche une conduite 16 reliée à un moyen d'alimentation en solution. De la colonne 14 de mise en contact sont issues, de la partie su périeure, une conduite 17 d'évacuation de la phase gazeuse et de la partie inférieure, une conduite 18 d'évacuation de la phase liquide. La conduite îa, après passage dans un échangeur 19 est prolongée par une conduite 21, débouchant a la partie supérieure d'une colonne de régénération 20 contenant une pluralité de plateaux 22. La colonne de régénération 20 comporte à sa partie inférieure un bouilleur 23 généralement constitué par un échangeur tubulaire relié à une source de vapeur d'eau, non représentée. De la partie inférieure de la colonne de régénération 20 est issue une conduite 24, cette conduite 24, après passage dans l'écbangeur 19 est prolongée par la conduite 16 qui débouche à la partie supérieure de la cc- lonne 14 après passage a travers le réfrigérant 24 A. De la partie supérieure de la colonne de régénération 20 est issue une conduite 25 débouchant dans un condenseur 26. Du condenseur sont issues une conduite haute 27 pour effluent gazeux et une conduite basse 25' pour condensat. La conduite 25' aboutit à un réservoir 28 d'ou sont issues deux conduites, a savoir une conduite 29 débouchant à la partie haute de la colonne de régénération 20 et une conduite 30 aboutissant à une décharge. Le fonctionnement d'une telle installation est le suivant : On traite le gaz naturel contenant l'R2S et le C02 en l'admettant par la conduite 10 dans le séparateur d'entrée Il dans lequel on élimine du gaz naturel une certaine quantité d'eau et d'hydrocarbures lourds. Le gaz naturel quitte le sommet du séparateur par la conduite 13 et pénètre dans la section inférieure d'un dispositif de mise en contact à contrecourant 14 contenant une série de plateaux 15. Ce dispositif a pour but de parvenir à un contact intime entre le liquide et le gaz et peut contenir tout agencement favorable :plateaux, chicanes, garnissage La solution d'aLkyl méthanol amine est introduite dans la section supérieure du dispositif de mise en contact par la conduite 16. Le gaz naturel épuré quitte le sommet du dispositif par la conduite 17. Il satisfait à ce stade aux spécifications usuelles en H2S (4 v##n) et peut être, après séchage, utilisé directement. La vitesse de circulation de la solution d1 alkyl amino- 2 éthanol et celle du gaz à traiter sont telles que le taux de charge de l'amine soit voisin de 1 et en tout cas compris entre 0,7 et 1,2. La solution d'amine riche, quittant le dispositif de mise en contact par la conduite 18 est chauffée en passant à travers un échangeur 19 avant de pénétrer dans la colonne de régénération 20 par la conduite 21. Le régénérateur contient une série de plateaux 22 et comporte à sa partie inférieure un rebouilleur 23 pour créer la vapeur d'eau servant à régéné- rer la solution d'amine. La solution d'amine régénérée chaude quitte le fond du régénérateur par la conduite 24, elle est ensuite refroidie par l'échangeur 19 puis par le réfrigérant 24 A avant d'être recyclée dans la colonne 14 par la conduite 16. Les gaz acides quittent le régénérateur par la conduite 25 et passent à travers le condenseur 26. L'eau et l'amine rir cupérées' dans le condenseur 26 sont recueillies dans le réseroir 28 servant d'accumulateur et recyclées dans le régénérateur afin de limiter les pertes en eau et en amine.On n'a pas représenté pour plus de clarté les multiples appareils : pompes, soupapes, réservoirs, etc... dont l'utilisation est évidente pour le spécialiste. Un exemple de traitement d'un hydre, carbure gazeux riche en constituants acides dans un appareil pilote servira à démontrer la supériorite du procédé selon l'invention par rapport aux procédés utilisant une amine classique. Exemple 1 Un mélange gazeux acide contenant (en % volume) 40 % de méthane, 25 % de CO2 et 35 % d'#S paraient au séparateur d'entrée sous une pression totale de 20 bars a la température de 400 C.Ce gaz est lavé à contre-cou- rant, dans un dispositif analogue a celui décrit précédemment, par une solution d'éthyl amino-2 méthanol 3 N ,ou solution à trois moles par litre, qui, apres avoir été régénérée à 2,5 gramme par litre d'H2S par rebouillage a la vapeur d'eau effectué a une température comprise entre 1000C et 130 C, est introduite a 580C en tête d'absorbeur. Le taux de charge de l'amine est réglé a 1,05 mole de gaz acide/ mole d'amine. Les températures sont alors de 60 C et de 900C en tête et en pied d'absorbeur respectivement. Le gaz épuré obtenu contient 4 volumes par million d'H2S et 0,07 % volume de C02 En remplaçant l'éthyl amino méthanol 3 N, par de la DEA 3 N vierge et en imposant les mêmes températures en tête et en pied d'absorbeur, le débit et la composition du gaz traité étant inchangés, on ne peut dépasser un taux de charge de 0,85 mole de gaz acide/ mole damnez Le gaz épuré contient 5 volumes par million d'H2S et 0,04 % de CO2. Le débit de DEA nécessaire pour tenir les spécifi- cations en H2S du gaz épuré est donc de 20 % environ supérieur a celui d'ethyl amino ethanol. REVENDICATIONS 1 - Procédé de désacidification d'un mélange gazeux contenant des consti tuants acides, notamment H2S et/ou CO2, dans lequel on met en contact le mélange gazeux avec une solution aqueuse d'amine, ladite solution d'amine absorbant la majeure partie des constituants acides du mélange gazeux, et l'on traite la solution d'amine, chargée en constituants acides, au moyen d'un apport de chaleur,à une température et sous une pression telles que la solution, suivant le type d'amine choisie puisse bouillir a la température choisie, caractérisé en ce que l'amine est un alkyl amino 2 éthanol de formule :R-NH-CH2- OH OHoù R représente un radical aikyl de C1 a C6 inclus et en ce que les débits de gaz acide et de la solution d'amine sont réglés de telle façon que le nombre de moles de gaz acide absorbées par mole d1a- mine, ou taux de charge, soit compris entre 0,7 et 1,2. 2 - Procédé de dés acidification selon la revendication 1 dans lequel la so lution d'amine a une concentration en amine totale de 0,5 a 6 moles par litre et préférentiellement de 2 a 4 moles par litre, la mise en contact s'effectuant a une teEpérature comprise entre 400C et 100 C. 3 - Procédé de désacidification suivant la revendication i ou 2 dans lequel, R représente un radical alkyl de C1 à C4. 4 - Procédé de désacidification suivant la revendication 3 dans lequel on règle les débits de gaz acide et de la solution d'amine de telle façon que le nombre de moles de gaz acide absorbées par mole d'amine, ou taux de charge, soit compris entre 0,8 et 1,1.