Brevet FR2501663A1 — publié le 19820917

La présente invention concerne et a essentiellement pour objet un procédé de traitement de gaz acides, c'est i-dire qui contiennent de l'hydrogène sulfuré et du gaz carbonique pour récupérer et produire du gaz carbonique dans un processus de récupération de soufre, Elle vise égalaient une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. On entend par gaz acides tout gaz contenant de l'hydrogène sulfuré (H2S) et du gaz carbonique (C02). Ces gaz peuvent être par exemple - des gaz naturels, - des gaz associés provenant de la séparation des pétroles, - des gaz de synthèse provenant d'unités de conversion d'huiles lourdes ou de charbon, ou - d'une manière générale tout gaz contenant de l'hydrogène sulfuré et du gaz carbonique, conme par exemple les gaz provenant d'unités de purification de gaz, par lavage avec un solvant, ou analogues. On a déjà proposé des procédés de récupération et de production de soufre à partir de gaz acides. Dans ces procédés, on s'intéressait à la production de soufre, le gaz carbonique étant également récupéré sous forme souvent impure et avec un taux de récupération dont la limite est imposée par le processus utilisé. Ces procédés qui peuvent se diviser en deux grands types (décrits ultérieurement) consistent généraleient à séparer par des processus chimiques, physiques ou mixtes, les différents flux de gaz constituant lesdits gaz acides, en d'autres ter es : (a) le gaz traité, épuré en H2S et C02 , si le gaz acide ne contient pas uniquement du H2S et du C02, (b) un flux contenant principalement du H2S, et (c) le gaz carbonique souvent combiné avec des impuretés pouvant être des gaz acides, des composés soufrés ou d'autres composés divers. Le flux (b) contenant H2S est alors traité en aval de cette unite de séparation, dans une chaîne de récupération de soufre mettant d'une manière générale en oeuvre la réaction de Claus. Ainsi, dans les procédés connus, le gaz carbonique est séparé et récupéré principalement dans l'unité de séparation. Toutefois, dans ces procédés, il est nécessaire d'incinérer les gaz résidusires dégagés par la chaîne de récupération de soufre, qui contiennent des composés soufrés tels que le COS et le CS2, et pour éliminer l'hydrogène sulfuré résiduel, avant leur rejet dans l'atmosphère. En outre, ces effluents contiennent de l'azote en grande quantité, provenant de l'air alimenté coime agent oxydant. La présente invention remédie notamment aux inconvénients ci-dessus en proposant un procédé et une installation permettant de récupérer simultanément du soufre et du gaz carbonique relativement pur s avec un taux de récupération élevé, et d'éviter le rejet d'efflu- ent polluant dans l'atmosphère tout en proposant une installation simplifiée. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement des gaz acides contenant de l'hydrogène sulfuré et du gaz carbonique, tels que par exemple des gaz naturels, de synthèse cu analogues, et du type consistant à réaliser le cas éventuel une désacidification de ces gaz au moyen d'un solvant par absorption chimique, physique ou mixte de leurs composants acides, notamment de l'hydrogène sulfuré et du gaz carbonique, et à régénérer ledit solvant que l'on recycle éventuellement à l'absorption, caractérisé par laproduction dudit gaz carbonique dans un processus de récupération de soufre. Suivant une autre caractéristique du procédé de l'invention, les composants acides que l'on a récupérés sont traités en mettant en ceuvre li réaction de Claus, avec comme agent oxydant de l'oxygène ayant une pureté prédéterminée, pour récupérer simultanément le soufre et un gaz résiduaire constitué principaleaent de gaz carbonique. On notera ici que l'on peut utiliser colle agent oxydant soit de l'oxygène, soit de l'air enrichi en oxygène. Selon ehcore une autre caractéristique du procédé, on continue pour le compléter, autant de fois que nécessaire, le traitement de récupération de soufre, sur le gaz résiduaire précité, pour obtenir la pureté désirée du gaz carbonique récupéré et/ou le taux de récupération désiré de soufre. L'invention vise également une installation pour la mise en oeuvre du procédé répondant aux caractéristiques susmentionnées. Cette installation comprend éventuellement une unité de désacidification des gaz acides, telle que par exemple une unité d'absorption des composés acide. dans un solvant, et une unité de régénémation dudit solvant, ladite unité de régénération du solvant étant, selon l'invention, directement raccordée à une unité de récupé- ration simultanée de soufre et de gaz carbonique. Avantageusement, selon l'invention, une unité de récupération précitée de soufre est reliée à une unité de production d'oxygène, par exemple une unité de distillation de l'air ou analogue, pour obtenir de l'oxygène d'une pureté prédéterminée. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'installation comprend plusieurs unités de récupération de soufre reliées en série, en aval de l'unité précitée de régénération du solvant. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exetple, et dans lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant une installation de traitement de gaz acides conforte à un premier type de procédé de l'art antérieur, - la figure 2 est un schéma illustrant une autre installation correspondant à un deuxième type de procédé de traitement de gaz acides de l'art antérieur, et - la figure 3 est un schéma illustrant une installation de traitement conforme au procédé de traitement de l'invention. Pour plus de clarté, on désigne par gaz acides (Ga) tout gaz contenant de l'hydrogène sulfuré (H2S) et du gaz carbonique (CO2), et par couposantsacides ledit hydrogène sulfuré et ledit gaz carbonique. On décrira tout d'abord, en se référant aux figures 1 et 2, les deux principaux types de procédé de traitement utilisés jusqu'à présent. Le premier type de procédé , représenté à la figure 1 , est un procédé à séparation sélective à haute pression où la séparation de l'hydrogène sulfuré et du gaz carbonique s'effectue sous haute pression. Dans ce premier procédé, le gaz acide G a alimente une première unité Il de désacidification au cours de laquelle on élimine la presque totalité de l'hydrogène sulfuré ainsi qu'une partie du gaz carbonique. Cette opération s'effectue à l'aide d'un solvant dit sélectif (c'est-g-dire absorbant préférentiellement H2S). Ledit solvant contenant l'hydrogène sulfuré est régénéré dans une unité de régénération 12, pour produire un effluent contenant I 'hydrogène sulfuré et une partie du gaz carbonique co-absorbée. Cet effluent alimente une chaine 13 de récupération de soufre. Dans cette chaine de récupération de soufre 13, on met en oeuvre la réaction de Claus, ladite channe étant alimentée par de l'air A utilisé comme agent oxydant0 Cette channe 13 de récupération de soufre produit du soufre S et un effluent Ef contenant du gaz carbonique, de l'eau mais également de l'azote contenu dáns l'air A, et des composés soufrés tels que COS, CS2. il est donc nécessaire d'incinérer cet effluent Ef dans un incinérateur 14, pour éliminer notamment les composés soufrés et l'hydrogène sulfuré résiduel, avant de rejeter cet effluent dans l'atmosphère par, par exemple, une cheminée 15. Dans ce premier type de procédé, il est avantageux de prévoir une deuxième unité 11a de désacidification montée en aval de la première unité pour traiter le gaz acide épuré en H2S, pour produire d'une part le gaz traité Gt et d'autre part le gaz carbonique C qui contient généralement des quantités relativement importantes d'impuretés, telles que mercaptans ou autres. Dans le deuxième type de procédé, représenté i la figure 2, le gaz acide G a est traité dans une unité de désacidification 21 par un solvant absorbant les composants acides H2S et C02; cette unité de désacidification ou d'absorption produit le gaz traité Gt et un effluent contenant H2S et C02, après régénération du solvant dans un régénérateur de solvant 22. La séparation des deux constituants acides principaux H2S et C02 est réalisée dans l'unité 26 qui peut être soit une unité de lavage sélectif à basse pression soit une unité de distillation. Le gaz carbonique C ainsi produit par cette unité contient des impuretés et mercaptans absorbés par le solvant dans l'unité de désacidification ou d'absorption 21. Le flux contenant l'hydrogène sulfuré est alimenté dans une chaine de récupération de soufre 23 analogue à la chaine de récupération 13 , les effluentes produits par cette chaine de récupération étant incinérés dans un incinérateur 24 et rejetés dans l'atmosphère par une cheminée 25 de manière analogue au premier procédé décrit ci-dessus. il ressort de la description de ces deux procédés connus que le gaz carbonique est récupéré comme effluent des unités de séparation 17a et 26, cet effluent contenant des impuretés à caractère acide et autres n'ayant pas été absorbées par le solvant sélectif d'hydrogène sulfuré. De plus, il est nécessaire dans ces deux procédés de prévoir une incinération des effluents gazeux à la sortie de la channe de récupération du soufre, avant leur rejet dans l'atmosphère. Dans le procédé de l'invention, illustré à la figure 3, le gaz acide G a est désacidifié dans une unité de désacidification ou d'absorption 31 par exemple au moyen d'un solvant d'absorption d'hydrogène sulfuré et de gaz carbonique, cette unité produisant le gaz purifie ou traité Gte Le solvant So est alors régénéré dans une unité de régénération 32, et recyclé dans l'unité d'absorption 31. A la sortie de l'unité de régénération 32, l'effluent gazeux contenant le gaz carbonique et l'hydro- gène sulfuré alimente directement une chaîne 33 de récupération de soufre. Dans cette chaine 33 de récupéré ration de soufre, le mélange gazeux est traité selon la réaction de Claus; selon l'invention, l'agent oxydant utilisé est de l'oxygène O de pureté prédéterminée. Ainsi l'effluent gazeux en sortie de la chaine 33 de récupération de soufre contiendra du gaz carbonique et de l'eau produite par la réaction d'oxydation de l'hydrogène sulfuré. En outre, la purete du gaz carbonique C récupéré en sortie de la chaîne 33 de récupération de soufre est fonction de la pureté de l'oxygène alimentant cette chaine. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention on produit l'oxygène dans une unité 37 de distillation de l'air A. Ce mode de réalisation présente un grand avantage économique car il permet dé produire de l'azote Â gazeux ou ltouide, en plus du gaz carbonique ue C G et du soufre S récupérés. L'invention précoît également que l'unité 33 de récupération de soufre peut autre constituée par plusieurs unités de récupération de soufre reliées en série pour augmenter le taux de récupération du soufre et également augmenter la pureté du gaz carbonique produit. Le nombre et la capacité de ces unités sont fonction du taux de récupération de soufre désiré et de la pureté désirée du gaz carbonique produit. Le procédé de l'invention tel que décrit ci-dessus permet donc de récupérer simultanément le soufre et le gaz carbonique, et également dans le mode de réalisation préféré de l'invention, de l'azote qui est un produit industriel important. Le procédé de l'invention présente des avantages importants par exemple d'un point de vue économique, de protection de l'environnement, et des performances de l'installation , par rapport aux procédés de traitement connus. En effet, comme l'effluent gazeux en sortie de la channe 33 de récupération de souire est un produit iini, et utilisable industriellement, il n'y a plus de rejet dans l'atmosphère et donc il n'est plus nécessaire de prévoir un incinérateur des gaz résiduaires et une cheminée de rejet. En outre, la suppression des unités lia, 26 de séparation de H2S et de C02 , conduit à des réductions très sensibles de consommation d'énergie. De plus, l'utilisation d'oxygène ou encore de l'air enrichi en oxygène colle agent oxydant permet de limiter avantageusement les quantités d'impuretés engendrées par le procédé de Claus. Il en résulte qu'on augmente ainsi la durée de vie des catalyseurs utilisés dans la chaine de récupération de soufre. Egalement, le fait d'utiliser de l'oxygène ou encore de l'air enrichi en oxygène permet d'augmenter de manière importante les performances de l'installation, car il est possible de conduire la réaction de Claus à une température plus élevée. Ainsi, les impuretés en quantités faibles, à savoir : COS et CS2 engendrées par la réaction de Claus; hydrocarbures, mercaptans et méthanol qui constituent des impuretés présentes dans le gaz initial, sont oxydées et détruites par le procédé de l'invention, ce qui augmente le taux de récupération du soufre et la pureté du gaz carbonique produit. Au surplus, dans le cas ou la composition des gaz acides varie, le-procédé, selon l'invention permet une excellente adaptation au gaz acide utilisé. Enfin, en plus de tous les avantages ci-dessus, le procédé de l'invention permet avantageusement de supprimer le lavage sélectif des gaz. On a donc réalisé suivant l'invention un procédé et une installation de traitement de gaz acides permettant la récupération simultanée de soufre et de gaz carbonique avec une pureté et un taux de récupération élevé qui sont particulièrement avantageux sur un plan économique et évitent tout rejet d'effluent polluant dans ltatmosphère. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi, que les unités de désacidification 31, et de régénération du solvant 32, ne sont pas nécessaires si le gaz acide G a contient uniquement les composants acides H2S et C02, et l'absorption des composants acides peut être réalisée de manière quelconque, par exemple par voie chimique, physique ou mixte, sans pour cela sortir du cadre de 1 'invention. C'est dire que l'invention comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. R E V E D I C A T 1.0 N S 1.- Procédé de traitement des gaz acides contenant de l'hydrogène sulfuré et du gaz carbonique tels que par exemple des gaz naturels ou de synthèse , et du type consistant à réaliser le cas éventuel une désacidification de ces gaz au noyen d'un solvant par absorption chimique, physique ou nixte de leurs composants acides, notamment de l'hydrogène sulfuré et du gaz carbonique, et à rége- nérer ledit solvant que l'on recycle éventuellement à l'absorption, caractérisé par la production dudit gaz carbonique dans un processus de récupération du soufre. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composants acides récupérés sont traités en mettant en oeuvre la réaction de Claus avec comme agent oxydant de l'oxygène ayant une pureté prédéterminée, pour récupérer simultanément le soufre et un gaz résiduaire constitué principalement de gaz carbonlque. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on continue pour le compléter, autant de fois que nécessaire, le traitement de récupération de soufre, sur le gaz résiduaire précité, pour obtenir la pureté désirée du gaz carbonique récupéré et/ou le taux de récupération désiré de soufre. 4.- Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, du type comprenant une unité de désacidification ou d'absorption des composés acides dans un solvant; et une unité de régénération desdits solvants, caractérisée en ce que ladite unité de régénération du solvant est directement raccordée à une unité de récupération simultanée de soufre et de gaz carbonique. 5.- Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'unité de récupération de soufre précitée est raccordée à une unite de production d'oxygène. b.- Installation selon la revendication 4, 5 ou b, caractérisée en ce que plusieurs unités de récupération de soufre sont reliées en série, en aval de l'unité précitée de régénération de solvant.