Brevet FR2718979A1 — publié le 19951027

La présente invention est relative à un procédé de redémarrage d'une installation de purification d'hydrogène par adsorption à variation de pression (PSA), laquelle installation, pendant un arrêt de son fonction- nement, a été dépressurisée puis inertée avec de l'azote. Elle s'applique par exemple au traitement des gaz de reformage à la vapeur d'hydrocarbures ou des gaz rési- duaires des raffineries de pétrole. Les pressions dont il est question ci-dessous sont des pressions absolues. Pour des raisons de sécurité, les installa- tions de type "PSA" (Pressure Swing Adsorption) destinées à purifier des gaz contenant de l'hydrogène doivent être dépressurisées et inertées avec de l'azote lors des arrêts. Pour redémarrer l'installation, il faut tout d'abord ramener la pression des récipients en phase d'adsorption à la haute pression du cycle d'adsorption, qui est la pression de la charge ou "feed". Pour cela, la technique habituelle consiste à introduire dans les récipients en question le gaz à traiter, préalablement détendu, cette introduction s'effectuant dans le sens dit "co-courant", qui est le sens de circulation dans ces récipients pendant la phase d'adsorption. Outre le fait que ceci semble très naturel, puisqu'on anticipe de cette manière la phase d'adsorption sans aucune manoeuvre de vannes, on évite ainsi d'injec- ter les impuretés à éliminer dans le côté de sortie des récipients. Ceci est de toute manière impératif pour éviter de provoquer une pollution importante de la couche d'adsorbant la plus proche de cette sortie, constituée par du tamis moléculaire, par les hydrocarbures lourds et/ou aromatiques ou par l'eau contenue dans la charge. Cependant, cette technique classique présente de sérieux inconvénients. D'une part, lorsque la charge est introduite à co-courant sous une pression réduite en vue de la repressurisation, l'adsorption des impuretés par les premières couches d'adsorbant est peu efficace, et par suite une partie des impuretés atteint le tamis molécu- laire. En particulier, si la charge contient du C02, ce qui est le cas des gaz de reformage à la vapeur, il faut ensuite de nombreux cycles PSA pour désorber ce C02 du tamis moléculaire, ce qui conduit à une perte de production importante, typiquement de l'ordre de plu- sieurs heures. Et si la charge contient des hydrocarbures lourds et/ou aromatiques, ce qui est le cas des gaz résiduaires de raffineries de pétrole, ces substances conduiront à une pollution irréversible du tamis molécu- laire, dégradant ainsi progressivement, à chaque arrêt, les performances de l'installation. L'invention a pour but de minimiser la durée de démarrage des installations de purification d'hydro- gène du type PSA tout en augmentant la longévité de leurs adsorbants. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de redémarrage d'une installation de purification d'hydrogène par adsorption à variation de pression (PSA), laquelle installation, pendant un arrêt de son fonction- nement, a été dépressurisée puis inertée avec de l'azote, caractérisé en ce qu'on repressurise au moins un réci- pient d'adsorption de l'installation avec de l'hydrogène pratiquement pur, puis on redémarre le cycle d'adsorption dans ce récipient. De préférence, on effectue la repressurisa- tion à contre-courant par rapport au sens d'adsorption dans le récipient. On peut par exemple repressuriser le réci- pient avec de l'hydrogène produit par l'installation avant ledit arrêt. L'invention a également pour objet l'appli- cation d'un tel procédé d'une part au traitement d'un gaz de reformage à la vapeur d'hydrocarbures, d'autre part au traitement d'un gaz résiduaire de raffinerie de pétrole. On décrira ci-dessous deux exemples de mise en oeuvre de l'invention. Exemple 1: On traite par adsorption PSA un gaz de reformage à la vapeur d'eau d'hydrocarbures contenant principalement un mélange H2/CO2 et, à titre d'impuretés minoritaires, CO, CH4, N2 et H20. La haute pression du cycle est de l'ordre de 20 à 30 bars. Chaque récipient d'adsorption contient successivement, dans le sens d'adsorption, une couche d'alumine, une couche de charbon et une couche de tamis moléculaire. Lors d'un arrêt, ces récipients ont été dépressurisés, en général à contre-courant, puis emplis d'azote sous une faible pression de 2 à 3 bars. Avec la technique classique précitée pour le redémarrage, la charge est introduite à co-courant, après détente, dans chaque récipient à mettre en phase d'ad- sorption. L'eau est arrêtée par l'alumine, mais du CO2 parvient sur le tamis moléculaire. Avant de reprendre la production, il faut assurer la désorption de ce CO2 par le PSA. Pour une installation ayant une capacité nominale de production de 10 000 Nm3/h d'hydrogène, la durée de cette désorption préalable est d'environ 1 heure, ce qui correspond à une perte de production d'environ 10 000 Nm3 d'hydrogène. Avec la technique de la présente invention, la repressurisation à contrecourant des récipients par de l'hydrogène pratiquement pur consomme 1 000 Nm3 d'hydrogène et dure 15 mn, ce qui correspond à une perte de production de 2 500 Nm3 d'hydrogène. La perte totale d'hydrogène est donc de 1 000 + 2 500 = 3 500 Nm3 d'hydrogène. En comparant les deux procédés, on constate que celui de l'invention permet d'obtenir un gain global en hydrogène produit de 6 500 Nm3 à chaque redémarrage. Exemple 2: On traite par adsorption PSA un gaz rési- duaire de raffinerie de pétrole contenant 60 à 90% H2, le reste étant des impuretés CH", dont des hydrocarbures lourds et des hydrocarbures aromatiques. La haute pression du cycle est de l'ordre de 30 bars. Chaque récipient d'adsorption contient successivement, dans le sens d'adsorption, une couche de charbon à gros pores, une couche de charbon à petits pores et une couche de tamis moléculaire. Lors d'un arrêt, de nouveau, ces récipients ont été dépressurisés, en général à contre-courant, puis emplis d'azote sous une faible pression de 2 à 3 bars. Avec la technique classique précitée, une partie des hydrocarbures lourds et aromatiques atteint le tamis moléculaire et le pollue de façon irréversible. De plus, pour éliminer les impuretés, notamment l'éthane, qui polluent ce tamis moléculaire de façon réversible pendant la repressurisation, il faut effectuer de nombreux cycles de désorption PSA. Pour une installation ayant une capacité nominale de production de 10 000 Nm3/h d'hydrogène, la durée de cette désorption préalable est d'environ 2 heures, ce qui correspond à une perte de production d'environ 20 000 Nm3 d'hydrogène. Avec la technique de la présente invention, la repressurisation à contrecourant des récipients par de l'hydrogène pratiquement pur consomme 1 700 Nm3 d'hydrogène, et dure 15 mn, ce qui correspond à une perte de production de 2 500 Nm3 d'hydrogène. La perte totale d'hydrogène est donc de 1 700 + 2 500 = 4 200 Nm3 d'hydrogène. En comparant les deux procédés, on constate que celui de l'invention permet d'obtenir un gain global en hydrogène produit de 15 800 Nm3 à chaque redémarrage, et ce sans vieillissement du tamis moléculaire. Comme on le voit, la consommation d'hydrogène pur impliquée par le procédé de l'invention est très largement compensée par la forte diminution de la durée du redémarrage. Ceci est dû à l'absence d'impuretés injectées à base pression, cette absence rendant possible la repressurisation à contre-courant, laquelle provoque le recul vers l'entrée des récipients du front d'impure- tés non désorbées lors de l'inertage. Dans chaque application, l'hydrogène prati- quement pur utilisé pour la repressurisation avant redémarrage peut être prélevé sur un réseau de distribu- tion ou dans des récipients de conditionnement d'hydro- gène. En particulier, il s'agira généralement d'hydrogène produit par l'installation elle-même avant l'arrêt en question. REVENDICATIONS 1. Procédé de redémarrage d'un récipient d'adsorption faisant partie d'une installation de purification d'hydrogène par adsorption à variation de pression (PSA), lequel récipient, pendant un arrêt de son fonctionnement, a été dépressurisé puis inerté avec de l'azote, caractérisé en ce qu'on repressurise le réci- pient avec de l'hydrogène pratiquement pur, puis on redémarre le cycle d'adsorption dans ce récipient. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue la repressurisation à contre-courant par rapport au sens d'adsorption dans le récipient. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on repressurise le récipient avec de l'hydrogène produit par l'installation avant ledit arrêt. 4. Application d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 au traitement d'un gaz de reformage catalytique d'hydrocarbures. 5. Application suivant la revendication 4, dans laquelle le récipient contient successivement, dans le sens d'adsorption, une couche d'alumine, une couche de charbon et une couche de tamis moléculaire. 6. Application d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 au traitement d'un gaz résiduaire de raffinerie de pétrole. 7. Application suivant la revendication 6, dans laquelle le récipient contient successivement, dans le sens d'adsorption, une couche de charbon à pores relativement grands, une couche de charbon à pores relativement petits et une couche de tamis moléculaire.