Brevet FR2765809A1 — publié le 19990115

DISPOSITIF POUR DIMINUER LA POLLUTION ATMOSPHERIQUE DES UNITES DE STRIPPAGE DES LIQUIDES CHARGES. La présente invention concerne un dispositif permettant de réduire fortement la pollution atmosphérique par les effluents gazeux produits lors d'opérations de strippage, régénération ou stabilisation de produits pétrochimiques, hydrocarbures, ou autres, thermiquement fragiles ou non, en limitant la température au plus bas dans les rebouilleurs des fonds de colonne, par introduction d'un fluide tiers, gazeux ou vaporisable, de préférence au niveau du rebouilleur, ce qui diminue la pression partielle de vapeur des composés indésirables à éliminer et donc la température de l'équilibre thermodynamique, les effluents gazeux éliminés ainsi que le fluide tiers utilisé étant recueillis en tête de colonne et incinérés par combustion contrôlée dans un brûleur essentiellement à basse production de NOx, servant au chauffage du fluide chaud qui assure l'appoint calorifique au rebouilleur de la colonne qui de préférence sera un échangeur à plaques ayant un coefficient d'échange très élevé, et donc permettant d'éviter des températures trop élevées du fluide chaud pouvant créer des points chauds provoquant des dégradations thermiques du produit traité par la colonne. On connaît actuellement différents procédés réalisés industriellement, permettant de réaliser ces distillations particulières souvent appelés strippages. Une de leurs caractéristiques générales est qu'ils comportent souvent un rebouillage par four ou tube à feu impliquant de très hautes températures du côté du fluide chaud. Ces procédés présentent plusieurs inconvénients importants: -Des risques de points chauds provoquant la dégradation des molécules lourdes du liquide traité, par craquage thermique. -Les produits de dégradation thermique sont généralement des polluants atmosphériques, qui malgré tout sont rejetés à l'atmosphère soit directement par un évent ou à travers un réseau torche après une combustion incontrôlable. -Le bilan énergétique et production de polluants e atmosphériques n'est généralement pas favorable dans la mesure où d'une part du combustible est consommé pour fournir les calories nécessaires au rebouilleur et d'autre part les gaz de combustion en plus du fluide de strippage et des composés indésirables strippés sont rejetés à l'atmosphère, convenablement brûlés et contrôlés ou non. -Sur les unités classiques la multiplication des équipements indépendants de strippage et régénération sur un même site est coûteuse en investissement et augmente les points de rejets incontrôlés à l'atmosphère. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. En effet, il résout le problème de la limitation de la température du rebouillage afin de minimiser les dégradations thermiques du produit traité pour trois raisons, d'une part l'adaptation d'un échangeur très performant qu'est l'échangeur à plaques comme rebouilleur, ce qui permet de diminuer l'écart de température entre le fluide chaud et le produit traité à chauffer, réduisant ainsi les risques de points chauds à proscrire ; d'autre part, l'utilisation d'un fluide tiers comme fluide de strippage, introduit de préférence au niveau du rebouilleur, permettant de réduire notablement la pression partielle des composés indésirables dans la phase vapeur du rebouilleur, réduisant ainsi la température pour un même équilibre thermodynamique ; enfin, en choisissant le gaz combustible comme gaz de strippage et donc comme vecteur assurant l'évacuation des produits indésirables, jusqu'à un brûleur très élaboré, assurant en particulier une basse teneur en oxydes d'azote dans les fumées, cela permet de diminuer très fortement la consommation d'énergie, de diminuer fortement la quantité globale des rejets à l'atmosphère, et de contrôler la nature des rejets conformément aux normes et réglementations en vigueur. En cas de multiplication des équipements indépendants de strippage et régénération sur un même site il est avantageux de collecter les différents flux gazeux de strippage chargés des composés indésirables vers un seul brûleur - incinérateur - qui chauffera le fluide caloporteur chaud redistribuant l'énergie à tous les rebouilleurs indépendants. Le strippage ou la régénération des liquides chargés sont conventionnels et connus de l'Homme de l'Art. La figure 1 est un schéma de procédé simplifié d'une colonne de strippage classique. La figure 2 est le schéma de procédé de la même colonne de strippage selon l'invention La figure 3 est un schéma de principe du circuit de limitation des polluants atmosphériques lorsque le gaz combustible est d'abord utilisé comme fluide de strippage puis incinéré avec les effluents indésirables extraits du liquide traité dans la colonne. L'invention concerne les strippages en général mais afin de faciliter la compréhension la suite de la description porte plus particulièrement sur le cas du traitement d'un produit utilisé dans le traitement des gaz, comme glycol ou amine, dont on veut séparer des produits indésirables non hydrocarbures, comme eau, hydrogène sulfuré, gaz carbonique ou autres. Cas qui n'est donc pas limitatif. La figure 1 est un schéma de procédé simplifié d'une colonne de strippage classique et présente une colonne (1) alimentée en charge à stripper (2) à travers l'échangeur (3) de récupération de chaleur sur le produit strippé (4) sortant chaud en fond de colonne. Le rebouillage est assuré par le rebouilleur(5), généralement un four, un tube à feu ou un échangeur classique à tubes et calandre. Le rebouilleur est le point le plus chaud de l'ensemble. L'effluent vapeur de tête est refroidi et partiellement condensé dans le condenseur (6) puis séparé dans le ballon de tête(7) où le distillat liquide (8) est récupéré puis traité ou éliminé ; le distillat vapeur (9) généralement fortement chargé en composés nocifs indésirables est le plus souvent brûlé dans une torche où ne sont pas prévus le contrôle et l'analyse des effluents rejetés à l'atmosphère. La figure 2 est le schéma de procédé de la même colonne de strippage selon l'invention. Comme dans le procédé classique, (Fig 1) on retrouve les principaux équipements connus autour de la colonne. Selon une caractéristique de l'invention, un fluide tiers, déjà gazeux ou vaporisable(10), est introduit dans le rebouilleur afin de permettre l'élimination des composés nocifs indésirables sous une pression partielle beaucoup plus faible que ne le nécessite un rebouillage classique, sans l'aide de cette phase gaz additionnelle de strippage, c'est-à-dire finalement ne nécessitant qu'une température de rebouillage nettement plus faible, aboutissant à une dégradation thermique diminuée du produit traité. Selon une autre caractéristique de 1 invention, les composés nocifs indésirables s'échappant avec le gaz de strippage (9+10) comme phase vapeur du ballon de tête(7) de colonne sont collectés et brûlés dans un brûleur d'incinération à bas NOx (14) de la chaudière (13), spécialement adapté à leur composition et fournissant l'énergie thermique à un fluide caloporteur (11) qui la transmet au rebouilleur (5). L'échangeur à plaques est connu de l'Homme de l'Art. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur à plaques est ici aménagé pour une nouvelle fonction, le rebouillage de la colonne, avec injection du fluide de stripping. L'appoint thermique au rebouilleur à plaques est assuré par un circuit de fluide caloporteur arrivant chaud (11) de la chaudière (13) et renvoyé refroidi(12). L'échangeur à plaques est caractérisé par un coefficient d'échange très élevé, beaucoup plus élevé que celui des moyens de rebouillage conventionnels. L'utilisation de l'échangeur à plaques pour le rebouillage des produits thermiquement fragiles présente donc deux avantages par rapport aux moyens classiques : d'une part la différence de température nécessaire entre le fluide chaud et le produit à rebouillir est plus faible que dans les procédés conventionnels et donc les températures les plus élevées de la paroi d'échange qui créent les points chauds favorables au déplacement des équilibres thermodynamiques vers les réactions de dégradation du produit sont notablement abaissées ; d'autre part le temps de séjour nécessaire dans le rebouilleur est fortement diminué, ce qui diminue la cinétique de ces mêmes réactions de dégradation. Selon une autre caractéristique de l'invention, le gaz de strippage utilisé peut être le gaz combustible destiné à la consommation de la chaudière incinérateur chauffant le fluide caloporteur. Ceci diminue la consommation totale d'énergie et donc la quantité globale de rejets atmosphériques produits. Selon une autre caractéristique de l'invention, le fluide de strippage(l0) peut être introduit sous forme gazeuse, ou sous une forme liquéfiée, se vaporisant après son injection, et libérant le nombre suffisant de molécules de gaz pour abaisser suffisamment la pression partielle des composants à stripper. Selon une autre caractéristique de l'invention, le fluide de strippage(10) pourra être avantageusement un mélange gazeux d'hydrocarbures légers si les produits à éliminer par strippage sont plutôt de nature non hydrocarbure ou minérale, comme l'eau, l'hydrogène sulfuré, le gaz carbonique ou autres Inversement, le fluide de strippage (10) pourra être avantageusement un mélange gazeux non hydrocarbure ou inerte, comme azote ou vapeur d'eau, si les produits à éliminer par strippage sont plutôt de nature hydrocarbure. On constate que le mélange gazeux collecté en tête de colonne de strippage et envoyé à la chaudière incinérateur est bien un combustible puisque dans la généralité des cas, au moins l'un de ses deux composants est un mélange d'hydrocarbures. La figure 3 est un schéma de principe du circuit de limitation des polluants atmosphériques lorsque le gaz combustible est d'abord utilisé comme fluide de strippage puis incinéré avec les effluents indésirables extraits du liquide traité dans la colonne. La chaudière conventionnelle de chauffage du fluide caloporteur et le brûleur à bas NOx sont connus de l'Homme de l'Art. Selon une caractéristique de l'invention, les composants indésirables des distillats vapeur des diverses colonnes de strippage, collectés avec les gaz de strippage(9+10) vers la chaudière incinérateur (13) , ont une composition générale connue à l'avance et prise en compte prioritairement pour l'optimisation de la conception du brûleur à bas NOx(14) d'incinération de la chaudière. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'utilisation d'un fluide intermédiaire, le fluide caloporteur(ll), permet de produire l'appoint thermique destiné au rebouillage des colonnes de façon économique et traditionnelle par combustion dans la chaudière incinérateur, où les gaz de combustion sont produits à très haute température, bien au-delà de 1000 OC, mais tout en limitant de façon délibérée et très précise la température du fluide caloporteur chaud (11) de telle sorte qu'il n'y ait pas de points chauds préjudiciables au produit traité dans les rebouilleurs des colonnes de strippage. Selon une autre caractéristique de l'invention, les colonnes de strippage étant en parallèle, il sera possible de les isoler du circuit du fluide caloporteur, ainsi que du circuit gaz, élément par élément, sans arrêter le reste de l'installation. REVENDICATIONS. 1) Dispositif pour réduire fortement la pollution atmosphérique par les effluents gazeux(9) produits lors d'opérations de strippage, régénération ou stabilisation de produits pétrochimiques, hydrocarbures, ou autres, thermiquement fragiles ou non, en maintenant la température au plus bas dans le rebouilleur(5) point le plus chaud des fonds de colonne, et caractérisé en ce qu'un fluide tiers, gazeux ou vaporisable(10), est introduit, directement au niveau du rebouilleur, ce qui diminue la pression partielle de vapeur des composés indésirables à éliminer et donc la température de l'équilibre thermodynamique, les effluents gazeux éliminés ainsi que le fluide tiers utilisé étant recueillis(9+10) en tête de colonne et incinérés par combustion contrôlée dans un brûleur essentiellement à basse production de NOx(14), servant au chauffage du fluide caloporteur chaud(ll) dans la chaudière(13)qui assure l'appoint calorifique au rebouilleur de la colonne qui de préférence sera un échangeur à plaques ayant un coefficient d'échange très élevé, et donc permettant d'éviter des températures trop élevées du fluide caloporteur pouvant créer des points chauds provoquant des dégradations thermiques du produit traité par la colonne. 2) Dispositif selon la revendication 1 et caractérisé en ce que rebouilleur(5) de la colonne est un échangeur à plaques, adapté à la réception du fluide tiers de strippage(10), ayant un coefficient d'échange très élevé, permettant ainsi d'éviter des températures trop élevées du fluide chaud pouvant créer des points chauds provoquant des dégradations thermiques du produit traité par la colonne. 3) Dispositif selon la revendication 1 pour optimiser la consommation d'énergie et caractérisé en ce que le gaz combustible destiné à fournir l'apport thermique nécessaire au rebouillage de la colonne est préalablement utilisé comme fluide tiers de strippage(10) injecté dans le rebouilleur. 4) Dispositif selon la revendication 1 et caractérisé en ce que le fluide de strippage(10) peut être injecté directement dans la calandre du rebouilleur ou dans l'une des tuyauteries reliées au rebouilleur, sous forme gazeuse ou sous forme liquide se vaporisant après l'injection. 5) Dispositif selon la revendication 1 et caractérisé en ce que le fluide de strippage(10) peut être un combustible ou un inerte comme azote ou vapeur d'eau. 6) Dispositif selon la revendication 1 et caractérisé en ce que les effluents gazeux de plusieurs colonnes de strippage opérant chacune à une pression suffisante pour alimenter le brûleur d'incinération(l4), peuvent être rassemblés pour être incinérés dans une chaudière(13) unique qui produit la quantité de fluide caloporteur chaud(11) nécessaire à tous les rebouilleurs de l'ensemble des colonnes. 7) Dispositif selon la revendication 1 et caractérisé en ce que les rebouilleurs(5) des colonnes de strippage sont en parallèle sur le circuit du fluide caloporteur et la collecte des gaz à incinérer(9+10) aussi en parallèle et peuvent être isolés séparément sans arrêter l'ensemble de l'installation.