Brevet FR2636249A1 — publié le 19900316

DESCRIPTION La présente invention est relative a un procédé et une installation de récupération par perméation de constituants les plus légers contenus dans un mélange gazeux pauvre en ces constituants et contenant ajoritairement des hydrocarbures plus lourds, notamment pour la récupération par perméation de l'hydrogène contenu dans un gaz résiduaire d'une installation de craquage catalytique sur lit fluidisé. La technique de séparation des gaz par perméation est actuellement particulièrement dfveloppée pour la séparation de l'hydrogène, mais pose de sérieuses difficultés sur le plan industriel lorsque le mélange traiter contient majoritairement des hydrocarbures, notaient des gaz de pétrole liquéfiés (GPL) C3 a C5 ou C6.En effet, au cours du passage du mélange comprimé dans le permeateur, la pression partielle des constituants lourds augmente, et l'on risque de voir apparaître dans le perméateur un début de condensation, incompatible avec le bon fonctionnement de cet appareil. L'invention a pour but de permettre la séparation industrielle par perméation de l'hydrogène a partir d'un gaz du type précité. A cet effet, dans le procédé suivant l'invention, on épure le mélange, notamment par adsorption, des impuretés telles que H20, HCL, NH3,..., on condense partiellement le mélange épuré, et l'on soumet à la perméation l'effluent gazeux de l'étape de condensation. Dans un premier mode de mise en oeuvre avantageux, on envoie une partie au moins du perméat de l'étape de perméation un réseau d'utilisation, éventuellement après compression. Dans un autre mode de mise en oeuvre avantageux, on distille le condensat de l'étape de condensation, on soutire une partie du liquide condensé en tête de la colonne de distillation, on détend le liquide soutire, on ajoute au liquide détendu une partie au moins du perméat de l'étape de perméation, et l'on vaporise l'ensemble a contre-courant du gaz traiter, en relation d'échange thermique avec celui-ci, pendant l'étape de condensation. L'invention a également pour objet une installation pour la sise en oeuvre d'un tel procédé. Cette installation est caractérisée en ce qu'elle comprend un appareil d'épuration, notasment par adsorption, des impuretés tels que H2O, HCL, NE3,..., un échangeur de chaleur indirect relié a la sortie de cet appareil et associe son bout froid t un séparateur de phases, et un perméateur dont l'espace haute pression est relié à la partie supérieure du séparateur de phases. Des exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrits en regard du dessin annexé, sur lequel la figure unique représente schématiquement une installation conforme A l'invention. L'installation représentée a la figure 1 comprend essentiellement un appareil d'épuration Ir un perméateur 2, un échangeur de chaleur 3 et une colonne de distillation 4. Cette installation est destinée la récupération non seulement de l'hydrogène, lais également des gaz de pétrole liquéfié (GPL, constitués par les fractions C3+, c'est- & dire par un mélange de propane, de butane et de pentane) contenus dans un gaz résiduaire d'une installation de craquage catalytique sur lit fluidité contenant 15 25 % d'hydrogène, des hydrocarbures C1 C5 ou C6, et diverses impuretés telles que N2, C02, HZS, HCL, B20, NH3 et CO. L'appareil 1 comprend deux bouteilles d'adsorption 5 a fonctionnement alterné, l'une étant en phase d'adsorption pendant que l'autre est en phase de régénération ou désorption a contre-courant. L'adsorbant contenu dans les bouteilles 5 est par exemple du tamis moléculaire. Cet appareil 1 est alimenté par une conduite 6 véhiculant le mélange a traiter, et par une conduite 7 véhiculant le gaz de régénération. Il comprend un ensemble de vannes approprié pour le fonctionnement qui sera décrit plus loin. Le perméateur 2 est adapté pour séparer lthydrogene des autres constituants du mélange qui y est introduit, par exemple grace a un faisceau de fibres creuses constituées par une membrane & perméabilité sélective. Un exemple de membrane convenant pour cette application est basé sur une technologie polyaramide développée par DU PONT de NEMOURS selon le brevet Re 30351 (reissue de US 3 899 309). D'autres exemples sont décrits dans les brevets US.4 180 553 et US.4 230 463. L'échangeur de chaleur 3 est du type indirect a circulation a contre-courant des fluides mis en relation d'échange thermique. Il comprend une partie chaude refroidie par un groupe frigorifique 8 fonctionnant vers -30 -40 C et est associe a un séparateur liquide-vapeur 9 disposé a son bout froid. La colonne de distillation 4 fonctionne en déméthaniseur-dééthaniseur et comporte en cuve un rebouilleur 10 dont la température est comprise entre 40 et 100 0C et en tête un condenseur 11 qui peut être refroidi par le groupe frigorifique 8 précité. En fonctionnement, le gaz a traiter arrive une pression de l'ordre des15 a 30 bars et a température ambiante par la conduite 6 et est épuré, c'est- & dise débarrassé des impuretés telles que t20, HCL, I;H3,..., par l'appareil 1. Il passe ensuite par une conduite 12 dans l'échangeur 3, ot il est refroidi jusqu'a -60 a -900C et partiellement condense, pour être ensuite séparé dans le séparateur 9 en deux phases, a savoir une phase vapeur constituée essentiellement d'hydrogène, de méthane et d'éthane, et un condensat constitué essentiellement de C~+ et contenant le reliquat de méthane.Le condensat recueilli dans le séparateur 9 est envoyé a mi-hauteur dans la colonne 4, laquelle produit en cuve les GPL, évacués par une conduite 13. La condensation partielle ci-dessus décrite peut s'effectuer en une ou plusieurs étapes, avec des séparations de condensat successives, conformément å la pratique industrielle classique. Une partie du liquide condensé en tête de la colonne 4 est soutiré en 14 et détendu dans une vanne de détente 15, après ou sans sous-refroidissement, puis est mélangé a la vapeur de tête de la colonne (méthane et éthane), qui est plus légère que le liquide en question et qui est détendue a la meme pression. Le mélange traverse l'échangeur 3 a contre-courant du gaz a traiter et permet de refroidir ce dernier jusqu'à la température froide précitée. Après réchauffement, ce mélange est ensuite utilisé pour régénérer l'adsorbant de l'appareil 1, puis constitue un résiduaire de l'installation pouvant servir de "fuel qasw et évacué par une conduite 16. L'effluent gazeux du séparateur 9 est réchauffé à travers l'échangeur 3 puis envoyé dans l'espace haute pression du perméateur 2. Celui-ci produit un perméat constitue essentiellement d'hydrogène sous basse pression et un reliquat constitué essentiellement de méthane et d'éthane sous haute pression, lequel reliquat est évacué par une conduite 17 et peut être, valorisé en tant que combustible, par exemple dans une turbine a gaz. Cocue indiqué en tireté, une partie de l'hydrogène basse pression issu du peur mateur peut être refroidi dans l'échangeur 3 et adjoint au mélange introduit au bout froid de cette échangeur. Ceci permet de réduire la pression partielle des hydrocarbures vaporisés dans l'échangeur et donc, soit d'augmenter le taux de récupération des GPL par abaissement de la température froide, soit d'augmenter la pression du gaz résiduaire en vue d'économiser un compresseur de "fuel gas". par#ailleurs, comme représenté en trait mixte, une partie au moins de l'hydrogène basse pression issu du perméateur peut être valorisé directement soit après compression par un compresseur 18 (conduite 19), soit directement sous la basse pression (conduite 20). Eventuellement, un débit d'hydrogène issu du perméateur 2 peut être réuni au gaz résiduaire de la colonne 4 a température ambiante via une conduite 21. Gracie l'élimination d'une grande partie des constituants lourds par la partie cryogénique 3, 4 de l'installation en amont du pereésteur 2, ce dernier peut récupérer dans de bonnes conditions l'hydrogène contenu en faible quantité dans le gaz de départ. On comprend que la modification des paramètres du procédé permet d'appliquer l'invention a la récupération dans la colonne 4 non seulement des GPL, mais également de l'éthane. Par ailleurs, l'invention s'applique aux cas où la membrane du perméateur laisse passer des quantités substantielles non seulement d'hydrogène, mais également des autres constituants légers CH4 et éventuellement C2H6. REVENDICATIONS 1. Procédé de récupération par perméation de constituants les plus légers contenus dans un mélange gazeux pauvre en ces constituants et contenant lajoritairement des hydrocarbures plus lourds, notamment pour la récupération par perméation de l'hydrogène contenu dans un gaz résiduaire d'une installation de craquage catalytique sur lit fluidité, caractérisé en ce qu'on épure le mélange, notamment par adsorption (en 1), des impuretés telles que H20, HCL, NH3,..., on condense partiellement le mélange épuré (en 3), et l'on soumet a la perméation (en 2) l'effluent gazeux de l'étape de condensation. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on envoie une partie au moins du permet de ltetape de perméation un réseau d'utilisation (19, 20), éventuellement après compression (en 18). 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on distille (en 4) le condensat de l'étape de condensation, on soutire (en 14) une partie du liquide condense en tette de la colonne de distillation (4), on détend (en 15) le liquide soutiré, on ajoute au liquide détendu une partie au moins du permeat de l'étape de permeation, et l'on vaporise l'ensemble a contre-courant du gaz s traiter, en relation d'échange thermique avec celui-ci, pendant l'étape de condensation. 4. Installation de récupération par perméation de constituants les plus légers contenus dans un mélange gazeux pauvre en ces constituants et contenant sajoritairement des hydrocarbures plus lourds, notaient pour la récupération par perméation de l'hydrogène contenu dans un gaz résiduaire d'une installation de craquage catalytique sur lit fluidisé, caractérisée en ce qu'elle comprend un appareil (1) d'épuration, notassent par adsorption, des impuretés tels que H20, HCL, NH3,..., un échangeur de chaleur indirect (3) relié a la sortie de cet appareil et associé a son bout froid a un séparateur de phases (9), et un perméateur (2) dont l'espace haute pression est relié a la partie supérieure du séparateur de phases. 5. Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la colonne de distillation (4) comporte des moyens (14) pour soutirer une partie du liquide condensé en tête de colonne, et des moyens (15) pour détendre le liquide soutiré, et en ce. que 1'installation comprend des moyens pour ajouter au liquide détendu une partie au moins du perméat du perméateur (2) au bout froid de l'échangeur de chaleur (3).