Brevet FR2680200A1 — publié le 19930212

i L'invention concerne un procédé de fractionnement d'huile et de gaz sur un effluent de gisement pétrolier. Le traitement d'un effluent de gisement pétrolier comprend généralement une étape de fractionnement huile-gaz dont le but est d'ajuster le point de bulle de l'huile produite de façon à la rendre thermodynamiquement stable dans les conditions de stockage. Le traitement peut également comprendre une étape de désacidification de l'huile produite consistant principalement en l'extraction de la majeure partie de l'hydrogène sulfuré H 2 S pour des raisons de toxicité et de corrosion. Ces étapes sont en général simultanées, l'effluent de production subissant une série de détentes successives, généralement 3 ou 4, depuis la pression de sortie de puits de l'effluent jusqu'à une pression voisine de la pression atmosphérique, avec élimination ou recompression du gaz produit à chaque détente, l'effluent étant en général chauffé avant la dernière détente afin de satisfaire les spécifications en tension de vapeur et en H 25. Pour l'huile produite, les spécifications requises sont les suivantes: Pour la tension de vapeur, le critère généralement retenu est la tension de vapeur à 1000 F exprimée en PSI ou Reid Vapour Pressure (RVP) Cette spécification est habituellement comprise entre 8 et 12 PSI. Pour la teneur en H 2 S, la spécification habituelle est de 60 ppm masse. Le gaz produit à chaque détente contient des constituants lourds (Ct) qu'il n'est pas nécessaire de retirer de l'huile pour la stabiliser Il est souhaitable de récupérer ces constituants lourds pour les réinjecter dans l'huile car cela augmente la quantité d'huile stabilisée produite tout en abaissant sa densité, ce qui augmente sa valeur marchande De plus, la présence de ces constituants lourds dans le gaz produit lui confère un point de rosée hydrocarbure élevé préjudiciable à sa commercialisation. La recompression du gaz produit à chaque détente ainsi que sa condensation partielle par refroidissement permet de récupérer une partie des constituants lourds mais entraîne un surcoût d'investissement croissant avec la puissance de compression nécessaire. Il a été découvert que le fractionnement huile-gaz, seul ou associé à la désacidification de l'huile produite, peut être réalisé avec un haut rendement en huile et avec une économie substantielle sur la puissance de chauffe, sur la puissance de compression et sur l'encombrement de l'installation, ce qui peut être particulièrement important dans un contexte tel que celui de la production de pétrole en mer. Il a été également découvert que ces opérations de traitement peuvent être réalisées en au moins une étape de détente de moins qu'il n'est généralement pratiqué dans les opérations de fractionnement par détentes successives. D'une manière générale, le procédé de fractionnement d'huile et de gaz sur un effluent de gisement pétrolier selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes principales suivantes: (a) une étape de séparation des phases liquide et gazeuse à la pression Pl d'évacuation du gaz, produisant d'une part une fraction gazeuse Gi qui est évacuée et d'autre part, une fraction liquide Ll constituée au moins en partie par de l'huile, ladite fraction liquide Ll étant envoyée à l'étape (b); (b) au moins une étape de distillation opérée à une pression P 2 inférieure ou au plus égale à la pression Pl de l'étape (a), dans une zone de distillation Cl comportant une zone d'échange de chaleur interne et une zone de rebouillage, et permettant de recueillir d'une part une fraction gazeuse G 2 et d'autre part une fraction liquide L 2, qui est envoyée dans ladite zone d'échange interne, puis évacuée; et (c) au moins une étape de recompression d'au moins une partie de la fraction gazeuse G 2, qui est au moins en partie mélangée avec la fraction gazeuse Gi et évacuée. Il a en effet été découvert, et c'est là l'un des principaux objets de la présente invention, que la mise en oeuvre d'une zone d'échange de chaleur interne permet une économie substantielle sur la chaleur à apporter au rebouilleur de la zone de distillation Cl. Il a été également découvert que, dans le cas o l'effluent traité contient un gaz acide et en particulier H 2 S, il est possible de satisfaire aux deux spécifications de stabilité thermodynamique et de teneur en H 2 S en jouant sur la température du rebouilleur et sur le nombre d'étages de l'étape de distillation En particulier la présente invention permet grâce au pouvoir séparateur de la distillation d'éliminer H 2 S jusqu'à la spécification pour des effluents contenants jusqu'à plusieurs % masse d'H 2 S, ceci sans perdre d'hydrocarbures supérieurs (C 4) en tête de la zone de distillation. Il a été également découvert que la zone d'échange de chaleur interne permet de refroidir le résidu de la distillation, accroissant ainsi sa stabilité thermodynamique et économisant sur les refroidissements ultérieurs. Le procédé selon l'invention est décrit plus en détail ci-après en liaison avec la Figure 1 Il s'adresse plus particulièrement au traitement d'un effluent de gisement pétrolier renfermant des hydrocarbures légers associés. L'effluent à traiter arrive par le conduit 1 Il est détendu à la pression Pl d'évacuation du gaz (comprise par exemple entre 1 et 10 M Pa) dans la vanne Vi, dont il sort partiellement vaporisé par le conduit 2 et est mélangé avec une fraction liquide provenant du ballon B 2 et arrivant par le conduit 3. Les phases du mélange ainsi obtenu sont séparées dans le ballon Bi La phase gazeuse est évacuée par le conduit 4, mélangée à une phase gazeuse provenant du ballon B 2 arrivant par le conduit 11, et évacuée du procédé. Dans le cas général o l'effluent de sortie de puits contient de l'eau, cette dernière est séparée dans le ballon Bl et cette phase aqueuse est évacuée du procédé par le conduit 5. La phase hydrocarbure liquide est évacuée par le conduit 6 puis détendue dans une vanne V 2 jusqu'à une pression P 2 comprise entre la pression Pl et la pression atmosphérique La pression P 2 est comprise par exemple entre 0,15 et 1 M Pa. La phase hydrocarbure sortant de la vanne V 2 par le conduit 7 est introduite dans la zone de distillation Cl Cette zone de distillation comprend une zone de rebouillage B 101 et une zone d'échange de chaleur interne Z 101 dans laquelle le liquide sortant de ladite zone de rebouillage B 101, en remontant le long de ladite zone d'échange de chaleur interne Z 101, réchauffe le liquide et la vapeur circulant à contre-courant dans la zone de distillation Cl. La température dans la zone de rebouillage B 101 est en général comprise entre 1000 C et 2500 C, et de préférence entre 1400 C et 2000 C. Le résidu de la distillation est conforme aux spécifications RVP et H 2 S Après remontée à travers la zone d'échange de chaleur interne Zi 01, il est évacué par le conduit 8. Le distillat vapeur est évacué par le conduit 9, au moins en partie recomprimé dans le compresseur Ki de la pression P 2 à la pression Pi, puis refroidi dans l'échangeur de chaleur El par un fluide externe pouvant être par exemple de l'eau, ou de l'air, ou tout autre fluide de refroidissement disponible sur le site Cette séquence recompressionrefroidissement permet de condenser une phase liquide riche en hydrocarbures supérieurs. Le mélange liquide-vapeur ainsi formé est évacué de l'échangeur de chaleur El vers le ballon B 2 par le conduit 10 La phase liquide est évacuée du ballon B 2 par le conduit 3 et mélangée à l'effluent provenant de la vanne V 1 et arrivant par le conduit 2. La phase vapeur est évacuée du ballon B 2 par le conduit 11 et mélangée à une fraction gazeuse provenant du ballon Bl et arrivant par le conduit 4. La recompression de la phase gazeuse sortant en tête de la colonne Cl peut être effectuée en un ou plusieurs étages de compression; il est cependant avantageux d'effectuer cette recompression en une seule étape afin de limiter le nombre de compresseurs; dans ce but on poura choisir la valeur de la pression P 2 intermédiaire entre la pression Pl et la pression atmosphérique PO et dans un rapport tel que par exemple P 2/PO est au moins égal à la moitié de Pl/P 2. D'une manière générale, la phase gazeuse G 2 recomprimée à la pression Pl peut être mélangée à la phase gazeuse Gi et évacuée du procédé directement sans refroidissement Mais il est plus avantageux de refroidir la phase gazeuse G 2 après recompression de manière à condenser une partie de la phase G 2 et recycler la phase liquide ainsi générée vers le ballon B 1. Pour réaliser l'étape (b) du procédé de l'invention on peut opérer dans un dispositif tel que décrit ci-après en liaison avec la figure 2. Il comprend principalement Une zone de rebouillage B 101, qui comprend un ballon d'une capacité permettant l'immersion dans le résidu de la distillation d'un dispositif de rebouillage connu de l'homme de l'art, comme par exemple un chauffage électrique, ou une épingle de circulation d'un fluide caloporteur, ou encore un tube à feu; et Une zone d'échange de chaleur interne Z 101, située au dessus de la zone de rebouillage, constituée de deux espaces de circulation, tels que dans l'un de ces espaces s'écoule par gravité l'huile à dégazer arrivant en tête du dispositif de distillation Ci par le conduit 7, à contre-courant de la vapeur remontant de la zone de rebouillage B 101 à travers ladite zone d'échange de chaleur interne Z 101, ladite vapeur étant ensuite évacuée du dispositif de distillation Cl par le conduit 9, dans l'autre espace s'écoule de bas en haut le résidu sortant de la zone de rebouillage B 101 par le conduit 12, à travers la pompe P 101 et rentrant dans la zone d'échange de chaleur par le conduit 13, puis sortant de ladite zone d'échange de chaleur Zi 01 par le conduit 8. La zone d'échange de chaleur interne Z 101 peut être réalisée selon différentes configurations, dont quelques exemples sont détaillés ciaprès. Par exemple la zone d'échange de chaleur interne Z 101 peut être constituée de tubes verticaux dans lesquels l'huile à dégazer coule en film tombant sur les parois internes des tubes tandis que le résidu remontant de la zone de rebouillage B 101 circule à l'extérieur des tubes dans la calandre La paroi interne desdits tubes verticaux peut être lisse, mais également présenter des aspérités, ou avoir subi un traitement de surface favorisant le transfert de matière et de chaleur entre les phases circulant à l'intérieur des tubes, ainsi que le transfert de chaleur entre les phases circulant de part et d'autre de la paroi des tubes Par exemple, la surface interne des tubes pourra avoir une géométrie favorisant l'apparition de vagues au sein du film de liquide tombant, ou bien présenter des canelures dans l'axe des tubes de manière à augmenter la surface interne de ceux-ci, ou bien pourra être enduite d'un dépôt de particules solides agglomérées favorisant la nucléation de bulles de vapeur au sein du film de liquide tombant. Lesdits tubes verticaux peuvent également être remplis de garnissage en vrac comme par exemple des billes, des anneaux ou des selles De préférence la plus grande dimension d'un élément de garnissage sera inférieure au huitième du diamètre desdits tubes. Lesdits tubes verticaux peuvent également être remplis de garnissage structuré constitués par exemple de toile métallique, de tricot métallique, de plaques ou de croisillons tels qu'utilisés par exemple dans les mélangeurs statiques. Une autre configuration possible consiste à opérer sur la surface externe des tubes le contact entre l'huile à dégazer et la vapeur remontant de la zone de rebouillage Bl oi par la calandre, le résidu remontant, à travers la pompe Pl 01, de la zone de rebouillage B 01 par l'intérieur des tubes Dans ce cas la calandre peut être vide ou remplie de garnissage en vrac ou structuré Dans ce cas également la surface externe des tubes peut être lisse ou présenter des aspérités, ou avoir subi un traitement de surface favorisant le transfert de matière et de chaleur entre les phases circulant à l'extérieur des tubes, ainsi que le transfert de chaleur entre les phases circulant de part et d'autre de la paroi des tubes. La zone d'échange de chaleur interne Z 101 peut également avoir toute structure connue de l'homme de l'art, par exemple les deux espaces de circulation peuvent être constitués pour l'un de tubes bobinés, pour l'autre d'une calandre entourant lesdits tubes; lesdits espaces de circulation peuvent également être délimités par un ensemble de plaques. Le dispositif de distillation Cl pourra également comprendre un dispositif de répartition de l'huile à dégazer dans l'espace de circulation correspondant de la zone d'échange de chaleur interne Z 101 lorsque cet espace est multiple (par exemple constitué de tubes) De tels dispositifs sont connus de l'homme de l'art. L'exemple suivant illustre l'invention. EXEMPLE Dans cet exemple, on procède selon le schéma représenté sur la Figure 1. L'effluent à traiter, qui est un pétrole brut sortant du puits de production, arrive par le conduit 1 sous un débit de 138,2 tonne/h; sa température est de 600 C, sa pression est de 30 M Pa Il est détendu jusqu'à la pression Pl de 3 M Pa dans la vanne Vi d'o il ressort par le conduit 2 à la température de 37 O C Il est ensuite mélangé à une phase liquide L 3 provenant du ballon B 2 par le conduit 3 sous un débit de 1,55 tonne/h; cette phase liquide est à une température de 350 C et à une pression 3 M Pa Le mélange ainsi obtenu est envoyé dans le ballon Bl o les phases liquides et gazeuse sont séparées. La phase gazeuse Gi est évacuée par le conduit 4 sous un débit de 40,6 tonne/h; deux phases liquides sont également séparées: la phase liquide hydrocarbure Ll est évacuée par le conduit 6 vers la vanne V 2 sous un débit est de 85,9 tonne/h; la phase liquide aqueuse est évacuée du procédé par le conduit 5 sous un débit de 13,2 tonne/h Dans la vanne V 2, la phase liquide Ll est détendue jusqu'à une pression P 2 de 0,67 M Pa et partiellement vaporisée, les phases liquide et vapeur ainsi obtenues sont à la température de 320 C et entrent par le conduit 7 dans la zone de distillation Cl qui comprend une zone d'échange de chaleur interne Z 101 et une zone de rebouillage B 101 La température dans le rebouilleur B 101 est de 1470 C La zone d'échange de chaleur interne Z 101 est constituée de tubes verticaux dans lesquels l'huile à dégazer coule en films tombants sur les parois internes des tubes La phase liquide L 2 sortant de la zone de rebouillage B 101 à travers la pompe P 101 à 1470 C est retournée dans la zone d'échange de chaleur interne Z 101 dans laquelle elle circule à l'extérieur des tubes, puis elle est évacuée en tête de la zone de distillation Cl par le conduit 8 à 71 OC, sous un débit de 79,4 tonne/h La phase vapeur G 2 est évacuée de la tête de la zone de distillation Cl par le conduit 9 sous un débit de 6,5 tonne/h à la température de 400 C. Sortant de la zone de distillation Cl par le conduit 9, la phase gazeuse G 2 entre dans le compresseur K 1, dont la puissance est de 282 k W, d'o elle ressort à la pression de 3 M Pa et à la température de 131 C et entre dans l'échangeur de chaleur El Dans l'échangeur de chaleur El, la phase gazeuse G 2 est refroidie à 350 C par de l'eau de refroidissement extérieure au procédé, ce refroidissement entraînant la condensation d'une fraction du gaz sous forme d'une phase liquide L 3 Le mélange est évacué de l'échangeur de chaleur El par le conduit 10 et envoyé dans le ballon B 2, dans lequel les phases liquide et gazeuse sont séparées La phase liquide L 3 est mélangée au fluide provenant de la vanne V 1 par le conduit 2, la phase gazeuse est évacuée par le conduit 11 et mélangée à la phase gazeuse Gi circulant dans le conduit 4, et la phase gazeuse résultant de ce mélange est évacuée à la température de 360 C avec un débit de 45,6 tonne/h. REVENDICATIONS 1 Procédé de fractionnement d'huile et de gaz sur un effluent de gisement pétrolier caractérisé en ce qu'il comprend: (a) une étape de séparation des phases liquide et gazeuse à la pression Pl d'évacuation du gaz, produisant d'une part une fraction gazeuse Gi qui est évacuée et d'autre part, une fraction liquide Ll constituée au moins en partie par de l'huile, ladite fraction liquide Ll étant envoyée à l'étape (b); (b) au moins une étape de distillation opérée à une pression P 2 inférieure ou au plus égale à la pression Pl de l'étape (a), dans une zone de distillation Cl comportant une zone d'échange de chaleur interne et une zone de rebouillage, et permettant de recueillir d'une part une fraction gazeuse G 2 et d'autre part une fraction liquide L 2, qui est envoyée dans ladite zone d'échange interne, puis évacuée; et (c) au moins une étape de recompression d'au moins une partie de la fraction gazeuse G 2, qui est au moins en partie mélangée avec la fraction gazeuse GI et évacuée. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étape (b) est réalisée à une pression P 2 intermédiaire entre la pression Pl à laquelle est opérée l'étape (a) et la pression atmosphérique PO, le rapport P 2/PO étant au moins égal à la moitié du rapport P 1/P 2. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la fraction gazeuse G 2 est refroidie et au moins en partie condensée. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la température du fond de la distillation de l'étape (b) est comprise entre 1 000 C et 2500 C, et la pression dans la zone de distillation est comprise entre 0,15 et 1 M Pa. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la fraction liquide L 2 circule en montant dans la zone d'échange interne de chaleur, globalement à contre-courant de la phase liquide Ll, qui descend dans la zone de distillation. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la zone d'échange de chaleur interne est constituée de tubes verticaux et d'une calandre entourant lesdits tubes. 7 Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le contact entre l'huile à dégazer et la vapeur remontant de la zone de rebouillage B 101 est opéré à l'intérieur des tubes, tandis que le résidu de la distillation remonte à l'extérieur des tubes par la calandre. 8 Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'huile à dégazer s'écoule en film tombant dans les tubes. 9 Procédé selon la revendication 7 ou 8 caractérisé en ce que la surface interne des tubes présente des aspérités, ou a subi un traitement de surface favorisant le transfert de matière et de chaleur. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que les tubes verticaux sont remplis de garnissage en vrac. Il Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que la plus grande dimension des éléments de garnissage est inférieure au huitième du diamètre des tubes verticaux. 12 Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que les tubes verticaux sont remplis de garnissage structuré. 13 Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le contact entre l'huile à dégazer et la vapeur remontant de la zone de rebouillage B 101 est opéré dans la calandre, tandis que le résidu de la distillation remonte à l'intérieur des tubes. 1 1 14 Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce que la surface externe des tubes présente des aspérités, ou a subi un traitement de surface favorisant le transfert de matière et de chaleur. Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce que la calandre est remplie de garnissage en vrac. 16 Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce que la calandre est remplie de garnissage structuré. 17 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la zone d'échange de chaleur interne est constituée de tubes bobinés et d'une calandre entourant lesdits tubes. 18 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la zone d'échange de chaleur interne est constituée de plaques. 19 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 18 caractérisé en ce que la distillation est effectuée dans une zone verticale, sans condenseur, alimentée en tête.