Brevet FR2636341A1 — publié le 19900316

DESCRIPTION La présente invention est relative à la technique de récupération des constituants les plus lourds d'un mélange gazeux riche en constituants plus légers. Elle s'applique en particulier & la. récupération des fractions C2+ ou C3+ d'un gaz résiduaire de raffinerie. Suivant des procédés classiques de récupération, on épure le mélange, notamment par adsorption, en en éliminant les impuretés telles que H20, HCL, NH3,..., puis on condense partiellement le mélange épuré, puis on soumet le condensat à une distillation. Ces procédés sont relativement coteux en investissement et en énergie car ils conduisent à traiter par condensation puis distillation la quasi-totalité du mélange de départ, lequel contient une proportion très importante de gaz légers qu'il faut éliminer, par exemple 60 à 90 % d'hydrogène ainsi que du méthane. L'invention a pour but de perfectionner cette technique de façon à la rendre plus économique. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité, caractérisé en ce qu'on élimine une partie desdits constituants plus légers par permeation en amont de l'étape de condensation Suivant des caractéristiques avantageuses: - on effectue la permeation entre l'étape d'épuration et 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 permeation, et l'on vaporise l'ensemble à contre- courant du gaz & traiter, en relation d'échange thermique avec celui-ci, pendant l'étape de condensation; - on dilue le perméat dans le perméateur, au moyen de gaz résiduaire de l'étape de distillation. L'invention a également pour objet une installation destinée à la mise en oeuvre d'un tel procédé. Cette installation, du type comprenant un appareil d'épuration, notamment par adsorption, des impuretés telles que H20, HCL, NH3,..., un échangeur de chaleur indirect relié à la sortie de cet appareil et associé a son bout froid à un séparateur de phases, et une colonne de distillation reliée à la partie inférieure du séparateur de phases, est caractérisée en ce qu'elle comprend un perméateur en amont de l'échangeur de chaleur. Quelques exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexes, sur lesquels les figures 1 a- 3 représentent schématiquement plusieurs variantes de l'installation suivant l'invention. L'installation représentée à la figure 1 comprend essentiellement un appareil d'épuration 1, un perméateur 2, un échangeur de chaleur 3 et une colonne de distillation 4. Cette installation est destinée à récupérer les gaz de pétrole liquéfiés (GPL, constitués par les fractions C3+, c'est-a-dire par un mélange de propane, de butane et de pentane) contenus dans un gaz résiduaire de raffinerie, tel qu'un gaz de "platforming", contenant en outre 60 A 90 % d'hydrogène, du méthane, de l'éthane et diverses impuretés telles que N2, C02, H2S, HCL, H20, NH3 et CO. L'appareil 1 comprend deux bouteilles d'adsorption 5 à fonctionnement alterné, l'une étant en phase d'adsorption pendant que l'autre est en phase de régénération ou désorption à 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 l'hydrogène des autres constituants du mélange, par exemple grâce à un faisceau de fibres creuses constituées par une membrane à 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 à contrecourant des fluides mis en relation d'échange thermique. Il comprend une partie chaude refroidie par un groupe frigorifique 8 fonctionnant vers 30 à -40 C et est associé 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"C 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 comprise entre 15 et 30 bars, A une température voisine de l'ambiante, par la conduite 6 et est épuré, c'est-à-dire débarrassé des impuretés telles que HO0, NH3, HCL,..., par l'appareil 1. Il passe ensuite via une conduite 6A dans l'espace haute pression du perméateur 2, o il est débarrassé de la majeure partie de l'hydrogène qu'il contient. Ainsi, c'est essentiellement un mélange d'hydrocarbures qui pénètre dans l'échangeur 3 et en ressort partiellement condense à une température comprise entre -60 et -90 C pour être séparé dans le séparateur 9 en deux phases, à savoir une phase vapeur constituée essentiellement de méthane et d'éthane et contenant le reliquat d'hydrogène, et un condensat constitué essentiellement de C2+ 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 désirés, évacués par une conduite 12. La condensation partielle ci-dessus décrite peut s'effectuer en une ou plusieurs étapes, avec des séparations de condensats successives, conformément à la pratique industrielle classique. Une partie du liquide condensé en tête de la colonne 4 est soutiré en 13 et détendu dans une vanne de détente 14, après ou sans sousrefroidissement dans l'échangeur 3, puis est mélangé à la vapeur de tête de la colonne (méthane et éthane) et à celle séparée dans le séparateur 9, ces deux vapeurs étant toutes deux plus légères que le liquide en question et étant détendues à la même pression. Le mélange traverse l'échangeur 3 à contre-courant du gaz à traiter, et sa vaporisation et son réchauffement à une pression comprise entre 3 et 5 bars permettent de refroidir le gaz à traiter jusqu'àa la température froide précitée. Apres réchauffement et adjonction de l'hydrogène séparé dans le perméateur 2, ce mélange est ensuite utilisé pour régénérer l'adsorbant de l'appareil 1, puis constitue un résiduaire de l'installation pouvant servir de "fuel gas" et évacué par une conduite 7A. Grace & l'élimination d'hydrogène par le perméateur 2 en amont de la partie cryogénique 3-4 de l'installation, l'investissement et la dépense d'énergie concernant cette partie de l'installation sont réduits. En variante, comme indiqué en tireté, une partie de l'hydrogène basse pression issu du perméateur 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 traits mixtes sur la figure 1, une partie au moins de l'hydrogène basse pression issu du perméateur peut être valorisé soit après compression par un compresseur 15 (conduite 16), soit directement sous la basse pression (conduite 17). On retrouve à la figure 2 les parties 1 à 4 de l'installation décrites plus haut en regard de la figure 1. La seule différence réside dans le fait que le gaz résiduaire de la colonne 4, après réchauffage dans l'échangeur 3, est introduit dans l'espace basse pression du perméateur 2 pour y être mélangé avec l'hydrogène basse pression constituant le perméat, l'ensemble étant ensuite utilisé pour régénérer l'adsorbant dans l'appareil 1. eci a pour effet d'abaisser la pression partielle d'hydrogène dans l'espace basse pression du perméateur et permet par suite soit d'augmenter la pression du résiduaire de l'installation (fuel gas), soit d'augmenter l'efficacité de la perméation. En variante encore, comme représenté sur la figure 3, la séparation de l'hydrogène par permeation peut s'effectuer en amont de l'appareil 1, ce qui permet de réduire l'investissement relatif a l'unité d'épuration, d'autant plus que les membranes perméables à l'hydrogène laissent passer en même temps que l'hydrogène une partie non négligeable des impuretés du mélange. On comprend que la modification des paramètres du procédé permet d'appliquer l'invention à la récupération non seulement des GPL, mais également de l'éthane. Par ailleurs, l'invention s'applique aux cas o 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 des constituants les plus lourds d'un mélange gazeux riche en constituants plus légers, notamment de récupération des fractions C2+ ou C3+ d'un gaz résiduaire de raffinerie, du type dans lequel on épure le mélange, notamment par adsorption (en 1), en en éliminant les impuretés telles que H20, HCL, NH3,..., puis on condense partiellement le mélange épuré (en 3), puis on soumet le condensat a une distillation (en 4), caractérisé en ce qu'on élimine une partie-desdits constituants plus légers par perméation (en 2) en amont de l'étape de condensation. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue la permeation (en 2) entre l'étape d'épuration (en 1) et l'étape de condensation (en 3). 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on envoie une partie au moins du perméat de l'étape de perméation A un réseau d'utilisation (16,17), éventuellement après compression (en 15). 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on soutire (en 12) une partie du liquide condensé en tête de la colonne de distillation (4), on détend (en 13) le liquide soutire, on ajoute au liquide détendu une partie au moins du perméat de l'étape de permdation, et l'on vaporise l'ensemble à contre-courant du gaz a traiter, en relation d'échange thermique avec celui-ci, pendant l'étape de condensation. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on dilue le perméat dans le perméateur (2), au moyen de gaz résiduaire de l'étape de distillation. 6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue la permdation (en 2) en amont de l'étape d'épuration. 7. Installation de récupération des constituants les plus lourds d'un mélange gazeux riche en constituants plus légers, notamment de récupération des fractior.ns C2+ ou C3+ d'un gaz résiduaire de raffinerie, du type comprenant un appareil (1) d'épuration, notamment par adsorption, des impuretés telles que H20, HCL, NH3,..., un échangeur de chaleur indirect (3) relié à la sortie de cet appareil et associé à son bout froid a un séparateur de phases (9), et une colonne de distillation (4) reliée a la partie inférieure du séparateur de phases, caractérisée en ce qu'elle comprend un perméateur (2) en amont de l'échangeur de chaleur (3). 8. Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que le perméateur (2) est interposé entre l'appareil d'épuration (1) et l'échangeur de chaleur (3). 9. Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la colonne de distillation (4) comporte des moyens (12) pour soutirer une partie du liquide condensé en tête de colonne, et des moyens (13) pour détendre le liquide soutiré, et en ce que l'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). 10. Installation suivant l'une des revendications 7 et 8, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour introduire dans l'espace basse pression du perméateur (2) du gaz résiduaire de la colonne de distillation (4).