Brevet FR2878858A1 — publié le 20060609

La présente invention concerne un procédé de traitement du gaz associé à un liquide hydrocarbure brut sortant d'un champ pétrolier "off- shore". Dans les champs de pétrole, le pétrole liquide dit brut est retiré avec un gaz dit gaz associé constitué de composants hydrocarbonés légers en C1-C7 et de composants non hydrocarbonés tels que CO2, H2S, N2, ... II est dans l'intérêt de la société de l'exploitation des champs de brut de valoriser le gaz associé car si ce gaz associé est brûlé à la torche, du dioxyde de carbone est produit avec éventuellement d'autres composés toxiques. Or les émissions à l'atmosphère du gaz à effet de serre (CO2) ou de composés toxiques sont ou seront sujets au paiement d'une taxe dans certains pays. II est donc préférable de valoriser le gaz associé. Pour cela, plusieurs voies sont possibles. On peut tout d'abord transporter le gaz associé à terre en phase gazeuse par un gazoduc. Mais, l'installation et l'entretien du gazoduc sous-marin coûtent cher. En outre, le diamètre du gazoduc est élevé par rapport à la tuyauterie transportant le brut, par conséquent, l'investissement requis pour transporter le gaz à terre par rapport à la quantité de gaz associé disponible n'est pas souvent justifié. Une autre solution consiste à mélanger le gaz associé dans un état biphasique avec le brut et d'envoyer le mélange à terre. Mais en raison de cet écoulement biphasique, une grande perte de charge peut perturber ou même abîmer la tuyauterie de brut, qui est le produit principal. La production de brut peut donc être mise en danger. Tenant compte des inconvénients en phase gazeuse, plusieurs procédés ont été développés pour transformer le gaz associé en phase liquide. Cette transformation peut se faire physiquement ou chimiquement. Une première transformation peut se faire par abaissement de la température du gaz en dessous du point d'ébullition des composants les plus légers du gaz associé à pression atmosphérique. II existe trois procédés pour atteindre à cet objectif: - le refroidissement par étages en séries: la température du gaz est abaissée avec un cycle d'échange frigorifique en plusieurs étapes. Chaque étape mène le gaz à une température inférieure à la température de l'étape précédente jusqu'à ce que la température de liquéfaction soit atteinte. - le refroidissement avec fluide multicomposants: cette technologie suit le même principe que précédemment sauf que le frigorigène est constitué de plusieurs 35 composants. - le cycle avec turbine de détente: cette technologie est basée sur le principe de détente de pression, (de haute pression à basse pression, effet Joule Thomson) pour que la température du gaz soit inférieure à celle de liquéfaction. L'inconvénient de ces trois procédés est que l'investissement de conversion de gaz associé en phase liquide avec un procédé physique ainsi que la gestion de frigorigène est élevé. De plus, le transport de gaz liquéfié nécessite l'installation de moyens adaptés aux liquides à température basse. Une deuxième transformation du gaz associé en liquide peut être réalisée par sa conversion en méthanol. Ce procédé chimique consiste à convertir le gaz associé en gaz de synthèse et à produire du méthanol par une réaction catalytique entre le monoxyde de carbone et l'hydrogène du gaz de synthèse. Toutefois, le méthanol est un produit vendu sur le marché comme intermédiaire ou comme carburant pour plusieurs procédés chimiques. II présente des caractéristiques différentes par rapport au brut, particulièrement au niveau de la masse volumique, la tension de vapeur, etc... Le méthanol nécessite par conséquent l'installation de ses propres moyens de transport vers la terre. Ce qui entraîne un investissement supplémentaire. Le document WO 97/12118 décrit une troisième transformation du gaz associé en liquides hydrocarbonés et en wax/paraffine par conversion du gaz associé en gaz de synthèse, puis du gaz de synthèse en liquides hydrocarbonés par une réaction de Fischer-Tropsch. Ces liquides hydrocarbonés présentent l'avantage de pouvoir être mélangés au brut et donc d'être envoyés à terre par le même tuyau que le brut. Le but de la présente invention est de proposer une amélioration au procédé de transformation du gaz associé en liquides hydrocarbonés par conversion du gaz associé en gaz de synthèse, puis du gaz de synthèse en liquides hydrocarbonés par une réaction de Fischer-Tropsch. Dans ce but, l'invention concerne un procédé de traitement du gaz associé à un liquide hydrocarbure brut sortant d'un champ pétrolier "off- shore" dans lequel ledit gaz associé est soumis aux étapes suivantes: production d'un gaz de synthèse comprenant essentiellement H2 et CO à partir du gaz associé, - traitement du gaz de synthèse par la réaction de Fischer-Tropsch de manière à produire des liquides hydrocarbonés, mélange des liquides hydrocarbonés obtenus par la réaction de FischerTropsch et du liquide hydrocarbure brut, et dans lequel la réaction de Fischer-Tropsch est mise en oeuvre à l'aide d'une source d'oxygène provenant d'au rnoins une unité d'adsorption modulée sous vide. Lorsque le pétrole est récupéré, il subit deux étapes de réduction de pression de manière à séparer les composants légers, qui forment le gaz associé, du liquide hydrocarbure brut. Le liquide hydrocarbure brut est généralement stocké avant d'être envoyé à terre par pipeline. Le gaz associé peut subir une opération de désulfuration de manière à ne pas empoisonner le catalyseur de la réaction d'oxydation partielle du gaz associé. Cette opération de désulfuration est généralement obtenue par mise en contact du gaz associé avec de l'hydrogène ne présence d'un catalyseur de désulfuration tel que des catalyseurs Co-Mo et ZnO. Le gaz associé désulfurisé peut ensuite subir une étape de saturation en eau de manière à minimiser le dépôt de suies dans le réacteur de gaz de synthèse. Préalablement à l'étape de production de gaz de synthèse, le gaz associé est généralement préchauffé jusqu'à une température de l'ordre de 450 C (utilisation des offgas de FT pour préchauffer). Au cours de la réaction d'oxydation partielle, le méthane et les autres hydrocarbures du gaz associé sont essentiellement convertis en hydrogène, CO2 et CO. La température du gaz de synthèse est abaissée à la température nécessaire à l'étape suivante, soit de l'ordre de 220 C. Toutes les technologies pour la production de gaz de synthèse peuvent être utilisées. De préférence, on utilise une technologie mettant en oeuvre de l'oxygène (reformage auto thermique ou oxydation partielle catalytique ou non). Cette technologie apporte une compacité maximale dont l'intérêt est élevé pour une installation "offshore". Ces solutions à l'oxygène sont également préférées pour des installations éloignées (on-shore) qui ne peuvent valoriser l'hydrogène normalement excédentaire. Le gaz de synthèse obtenu est ensuite soumis à la réaction de Fischer-Tropsch où un mélange d'hydrocarbures lourds aux propriétés proches de celles du brut est produit. De préférence, le catalyseur est à base de cobalt et le lit catalytique est fixe. Il est préférable de réaliser une réaction de sélectivité élevée de manière à réduire la perte en hydrocarbures légers. Le produit de la réaction situé dans la partie inférieure du réacteur Fischer-Tropsh est traité dans un "séparateur" trois phases et le produit liquide obtenu est stocké dans un réservoir. Le produit de la réaction situé dans la partie supérieure du réacteur Fischer-Tropsh est refroidi et est traité dans le "séparateur" trois phases. La caractéristique essentielle de l'invention tient à ce que l'oxygène fourni à la mise en oeuvre de la réaction Fischer-Tropsch est produit par au moins une unité d'adsorption modulée sous vide (VSA "Vacuum Swing Adsorption" en anglais). Ce type d'unité permet de produire un gaz oxygéné présentant une concentration en oxygène d'au moins 90 en volume et à un débit d'environ 140 tonnes par jour. Ce type d'unité est donc particulièrement adapté à la fourniture d'oxygène pour l'étape de traitement par la réaction de Fischer-Tropsch du gaz de synthèse issu du gaz associé, et de préférence pour le traitement du gaz associé d'un champ pétrolier "off-shore" produisant au plus 6500 m3/h de gaz associé. Selon la quantité de gaz associé produite par le champ pétrolier, une ou plusieurs unités VSA peuvent être utilisées pour produire l'oxygène nécessaire à la réaction de Fischer-Tropsch. Le produit liquide issu de la réaction Fischer-Tropsch et le brut sont mélangés lors de leur envoi à terre. Selon une première variante du procédé de l'invention, au moins une partie de la vapeur d'eau produite au cours de l'étape de traitement du gaz de synthèse par la réaction de Fischer-Tropsch peut être récupérée, condensée et utilisée comme source d'eau au cours des différentes étapes du procédé. Ainsi au moins une partie de l'eau produite au cours de l'étape de traitement du gaz de synthèse par la réaction de Fischer- Tropsch peut être utilisée comme eau de saturation pour le gaz associé avant l'étape d'oxydation partielle du gaz associé. Le procédé selon l'invention présente l'avantage de permettre la préfabrication des différents modules nécessaires à la mise en oeuvre de ses différentes étapes (module associé à la production du gaz de synthèse, module associé à la réaction Fischer-Tropsch, module VSA). Ces différents modules peuvent être ensuite facilement transportés et associés sur une plate-forme "off-shore". REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement du gaz associé à un liquide hydrocarbure brut sortant d'un champ pétrolier "off-shore" clans lequel ledit gaz associé est soumis aux étapes suivantes 5 - production d'un gaz de synthèse comprenant essentiellement H2 et CO à partir du gaz associé, - traitement du gaz de synthèse par la réaction de Fischer-Tropsch de manière à produire des liquides hydrocarbonés, - mélange des liquides hydrocarbonés obtenus par la réaction de Fischer-Tropsch et du liquide hydrocarbure brut, caractérisé en ce que la réaction de Fischer-Tropsch est mise en oeuvre à l'aide d'une source d'oxygène provenant d'au moins une unité d'adsorption modulée sous vide. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le champ pétrolier "off-shore" produit au plus 6500 m3/h de gaz associé. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la vapeur d'eau produite au cours de l'étape de traitement du gaz de synthèse par la réaction de Fischer-Tropsch est récupérée, condensée et utilisée comme source d'eau au cours des différentes étapes du procédé. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins un partie de l'eau produite au cours de l'étape de traitement du gaz de synthèse par la réaction de Fischer- Tropsch est utilisée comme eau de saturation pour le gaz associé avant l'étape d'oxydation partielle du gaz associé.