Brevet FR2907446A1 — publié le 20080425

UNITE DE SEPARATION DES POLLUANTS CONTENUS DANS LES EAUX DE PROCEDES DE RAFFINAGE, UNITE DE TRAITEMENT DE CES EAUX, ET UTILISATION DE LADITE UNITE DE SEPARATION. L'invention concerne le domaine du raffinage pétrolier et plus particulièrement celui du traitement des eaux issues des installations de raffinage qui transforment le pétrole brut en produits intermédiaires et/ou commercialisables. Ces installations de raffinage produisent des eaux polluées, appelées eaux de procédés, qu'il est nécessaire de traiter avant qu'elles ne rejoignent l'ensemble des eaux résiduaires en aval des unités de raffinage. En particulier, certains procédés de raffinage génèrent de 15 l'ammoniac, ce qui pose les problèmes suivants : - perturbation du traitement de l'hydrogène sulfuré H2S dans les unités de production de soufre liquide (unités CLAUS), - dépassement des normes de teneur maximale en azote dans les rejets des traitements des eaux résiduaires en aval des unités de 20 raffinage, - génération d'oxydes d'azotes NO. et d'oxydes de soufre SOX par élimination au moment de la combustion des gaz de strippeurs d'eaux, -risque de corrosion et de déposition de sels minéraux sur les installations de traitement en général. 25 Actuellement, les eaux de procédés sont généralement traitées au moyen de strippeurs qui ont pour fonction d'éliminer les différents polluants issus des unités de raffinage et qui se retrouvent dans ces eaux de procédés, essentiellement l'H2S et le NH3. Cette opération dite 30 strippage (ou stripping en anglais) revient à une extraction liquide/gaz dans une colonne utilisant comme gaz de strippage de la vapeur d'eau ou plus rarement de l'air. Cette opération est possible en raison des différences de volatilité entre NH3 et H2S. Malgré des conditions de strippage opposées, le strippage de NH3 35 nécessitant un pH basique tandis que le strippage de H2S nécessite un pH acide, il est possible d'éliminer ces produits des eaux de procédés 2907446 2 par la même opération de strippage. Toutefois, NH3 s'avère plus difficile à éliminer que H2S. Par ailleurs, un débouché intéressant de cet H2S est d'être utilisé comme réactif dans les unités de production de soufre liquide (unités 5 CLAUS) mais la séparation de NH3 et H2S est souvent insuffisante, les gaz générés contenant du H2S et du NH3, ce qui rend leur exploitation difficile dans de telles unités. Cette solution n'est donc pas optimale. Pour y remédier, il conviendrait soit de modifier les conditions opératoires de l'unité CLAUS, soit de parfaire la séparation de l'H2S et 10 du NH3, ce qui engendrerait des coûts supplémentaires. Les strippeurs à vapeur d'eau utilisés généralement pour éliminer H2S et NH3 de l'eau génèrent des gaz de strippeurs d'eau (GSE). Lorsqu'ils ne sont pas exploités pour produire du soufre liquide, ces gaz GSE sont alors envoyés dans des fours ou des torches de raffinerie pour y être brûlés. Mais en sortie de certaines installations, ces gaz contiennent une forte teneur en eau ce qui entraîne une surconsommation de combustible, voire un goulottage du four, la présence d'un panache de fumée blanche extérieure dont l'impact visuel n'est pas apprécié, mais surtout des émissions de SO, sur lesquelles la réglementation en matière d'environnement est de plus en plus sévère. Un des moyens actuels que l'on utilise généralement pour éliminer l'H2S et le NH3 de l'eau est un strippeur simple du type représenté sur la figure 1. Un tel strippeur comprend une colonne 1 contenant un 25 garnissage. De manière générale, pour tout type de strippeur, le garnissage peut être formé soit par des plateaux 2, tel que représenté sur la figure 1, soit par un garnissage en vrac en un ou plusieurs éléments, soit par un garnissage structuré en un ou plusieurs éléments. Le nombre 30 d'éléments ou de plateaux est déterminé afin d'obtenir le nombre de d'étages théoriques de séparation voulu. La charge C en eaux de procédés contenant H2S et NH3 est introduite en tête de la colonne 1 après avoir été chauffée par un échangeur de chaleur 3. De la vapeur d'eau VH2O est introduite à la base 35 de la colonne 1. L'effluent E soutiré en bas de la colonne 1, et sur la ligne d'évacuation duquel est placé l'échangeur 3, contient de l'eau et des traces de NH3. En tête de colonne, sont récupérés des gaz de 2907446 3 strippeur d'eau, dits GSE, qui contiennent environ 90% de vapeur d'eau, du NH3 et H2S. Leur importante teneur en eau génère les problèmes mentionnés ci-dessus lors de leur incinération. Il s'avère ainsi inévitable que l'incinération des gaz de strippeur 5 d'eau sous leur forme actuelle sera de moins en moins possible. Une des solutions connues consiste à réduire le taux de vapeur d'eau contenu dans les GSE. Pour cela, il est possible d'équiper le strippeur d'un ballon de reflux. Un strippeur simple à reflux est représenté sur la figure 2. En plus des éléments déjà cités pour un 10 strippeur simple, il comprend en aval de la tête du strippeur, un système aéroréfrigérant 4 suivi d'un ballon de reflux 5. L'aéroréfrigérant condense partiellement, dans le ballon de reflux, les GSE générés par la tête de la colonne 1, le liquide condensé étant renvoyé en tête de la colonne. Cette condensation partielle permet de réduire le débit de 15 vapeur sortant du ballon de reflux à quelques centaines kg/h et d'abaisser à 30% environ la teneur en eau du gaz. Dans ces conditions, l'incinération des GSE est moins problématique, et l'utilisation de ces gaz dans les unités de production de soufre liquide est envisageable. Toutefois, en raison du renvoi dans la colonne du reflux, il est 20 nécessaire d'augmenter le nombre de d'étages théoriques de séparation de la colonne, et d'augmenter le taux de strippage, c'est-à-dire la quantité de vapeur introduite (en kg) pour traiter une tonne de charge. Une autre solution consiste à utiliser des strippeurs doubles étages, qui permettent de séparer H2S de NH3 par deux étapes de strippage. Une telle installation est représentée sur la figure 3. Elle comprend un premier strippeur formée d'une première colonne 1 HP, pourvue de plateaux 2, formant un premier étage fonctionnant à haute pression (environ 9 bars) et à une température de tête de l'ordre de 80 C, ce qui favorise le strippage de H2S. Le gaz de tête GSEHP généré par la première colonne 1 HP est riche en H2S ( REVENDICATIONS 1. Unité de séparation (10) des polluants contenus dans les eaux de procédés de raffinage comprenant au moins : - un moyen d'extraction (12) liquide/gaz des polluants, - une conduite d'amenée (13) desdites eaux de procédés en tête dudit moyen d'extraction, - une conduite d'amenée (14) du gaz d'extraction dans le fond dudit moyen d'extraction, - une conduite de soutirage (15) de l'effluent recueilli en sortie dudit moyen d'extraction, - une conduite d'évacuation (16) des gaz générés en tête dudit moyen d'extraction, caractérisée en ce qu'il comprend un ballon de condensation (18) apte à récupérer le condensat formé par lesdits gaz générés en tête dudit moyen d'extraction, et les gaz résiduels non condensés, et un système de refroidissement (17) sur ladite conduite d'évacuation (16) des gaz générés, entre ledit moyen d'extraction (12) et ledit ballon de condensation (18). 2. Unité de séparation selon la revendication 1 consistant en une unité de séparation de NH3 et H2S contenus dans les eaux de procédés. 3. Unité de séparation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le moyen d'extraction (12) liquide/gaz est une colonne de strippage. 4. Unité de séparation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le système de refroidissement (17) est un système de réfrigération. 5. Unité de séparation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le système de réfrigération est un aéroréfrigérant. 6. Unité de séparation selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle le moyen d'extraction (12) liquide/gaz, le système de refroidissement (17) et le ballon de condensation (18) sont conçus de manière à obtenir un débit de condensat de 0,1 à 0,25 fois le débit de la charge en eaux de procédés, de préférence de 0,1 fois. 7. Unité de séparation selon l'une des revendications 1 à 6 comprenant en tête du système de refroidissement (17), un dispositif de lavage destiné à éviter la formation de sulfures d'ammonium. 2907446 17 8. Unité de traitement d'eaux de procédés de raffinage pour la séparation et l'élimination de H2S et NH3 comprenant au moins une unité de séparation (10) selon l'une des revendications 1 à 7, et un strippeur (20) pour le traitement du condensat issu de ladite (ou 5 desdites) unité(s) de séparation. 9. Unité de traitement selon la revendication 8, dans laquelle ledit strippeur (20) est dimensionné de manière à traiter un débit de condensat de l'ordre de 10 % à 25% du débit de la charge initiale en eaux de procédés à traiter. 10 10. Unité de traitement selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle le strippeur (20) est choisi parmi les strippeurs simples, les strippeurs à reflux, les strippeurs doubles, les strippeurs à double étage. 11. Utilisation d'une unité de séparation selon l'une des 15 revendications 1 à 7, pour concentrer des eaux de procédés de raffinage contenant NH3 et H2S. 12. Utilisation d'une unité de séparation selon la revendication 7 pour concentrer des eaux de procédés de raffinage contenant de quelques ppm à quelques pourcents en poids de NH3 et/ou de H2S. 20 13. Utilisation d'une unité de séparation selon la revendication 11 ou 12 dans laquelle la différence de température entre la tête du moyen d'extraction liquide/gaz et le ballon de condensation est déterminée en fonction du rapport H2S/NH3 de manière à condenser la quasi-totalité du gaz généré en tête dudit moyen d'extraction, de préférence 99,9 % en 25 masse du gaz. 14. Utilisation d'une unité de séparation selon la revendication 13, dans laquelle la différence de température entre la tête du moyen d'extraction liquide/gaz et le ballon de condensation est supérieure à 35 C, de préférence supérieure à 50 C. 30 15. Utilisation d'une unité de séparation selon la revendication 9 ou 10, dans laquelle on introduit un taux massique de la quantité de gaz d'extraction sur la quantité de charge en eaux de procédés à traiter supérieur à 10%, de préférence supérieur à 15%. 35