Brevet FR2939694A1 — publié le 20100618

L'invention concerne un procédé de déshydratation partielle au moyen d'un solvant organique d'un gaz contenant de l'eau en quantité importante. L'invention concerne plus particulièrement un procédé permettant la régénération dudit solvant par un moyen simple, économique et n'impliquant aucune pollution de l'environnement. Plus précisément, la régénération du solvant est opérée en séparant l'eau extraite du gaz à traiter et ledit solvant par démixtion liquide-liquide à température ambiante. Par le terme "température ambiante", on entend une température comprise entre 10 et 30 °C. Le procédé selon l'invention s'applique particulièrement au traitement d'un gaz de queue d'unité Claus, de gaz naturel ou d'un gaz de raffinerie. De manière générale, le procédé selon l'invention s'applique avantageusement à tout procédé nécessitant la déshydratation partielle d'une charge gazeuse, ceci à des fins d'amélioration du fonctionnement et du rendement. Selon les procédés concurrents, il est courant de mettre en contact le gaz à déshydrater avec un solvant liquide hydrophile. Les glycols et polyglycols font partie de ces solvants, du fait de leur forte affinité pour l'eau, de leur stabilité chimique et de leur faible coût; le triéthylèneglycol (en abrégé TEG) est le plus utilisé. 20 Dans une unité classique de déshydratation de gaz par un solvant liquide, par exemple un glycol, le gaz humide entre, dans un premier temps, dans la partie inférieure d'une colonne d'absorption dans laquelle il est mis en contact à contre-courant avec le solvant. Le gaz déshydraté est alors extrait en tête de la colonne d'absorption et le solvant en fond. Le solvant 25 est ensuite généralement successivement refroidi, détendu puis réchauffé avant d'être envoyé dans une zone de distillation permettant de séparer l'eau et le solvant. Le solvant régénéré est ensuite refroidi et renvoyé en tête de colonne d'absorption. Différentes configurations basées sur ce schéma ont fait l'objet de demandes brevets, comme 30 décrit notamment dans les documents US-A-3 105 748, FR-B-2 698 017, US-A-4 332 643.15 Le brevet EP 1 035 904 décrit quant à lui un procédé de déshydratation d'un gaz humide incluant deux zones d'absorption et une zone de régénération par distillation, le solvant régénéré en sortie de la deuxième zone d'absorption étant recyclé vers la première zone. Les procédés de l'art antérieur sont donc basés sur une étape de régénération du solvant par voie thermique, nécessitant forcément une étape de distillation et d'autres équipements coûteux. L'invention concerne un nouveau procédé de déshydratation d'un gaz, ledit procédé comprenant: a) une étape d'absorption de l'eau par contact du gaz à traiter et du solvant régénéré provenant de l'étape e), produisant un effluent gazeux déshydraté et un effluent liquide de solvant chargé en eau et en gaz absorbé; b) une étape de refroidissement dudit solvant chargé en eau à température ambiante, c) une étape de séparation par démixtion au cours de laquelle l'eau et le solvant sont séparés à température ambiante, d) une étape dans laquelle le solvant régénéré obtenu à l'issue de l'étape c) est réchauffé, e) une étape dans laquelle le solvant régénéré et réchauffé obtenu à l'issue de l'étape d) est recyclé vers l'étape a) d'absorption. La demanderesse a développé un procédé de déshydratation économique mettant en oeuvre un minimum d'équipements tout en ayant une très bonne efficacité. Un autre avantage du procédé selon l'invention est qu'il met en oeuvre des solvants peu onéreux. Le procédé de l'invention peut s'appliquer à tout gaz humide dont la teneur en eau est comprise généralement entre 20 et 80 % molaire, de préférence entre 30 et 80 % molaire.30 La mise en oeuvre du procédé selon l'invention permet d'obtenir un gaz dont la teneur molaire en eau est en général réduite de 10 à 50 % par rapport à la teneur molaire en eau initiale, le plus souvent de 15 à 40 %. Le solvant mis en oeuvre dans le procédé de l'invention est choisi dans le groupe formé par par le diethylphtalate de formule chimique C12H14O4 (DEP en abrégé), le diéthylsebacate de formule chimique C14H26O4 (DES en abrégé), le diethylazelate de formule chimique C13H24O4 et le diethylsuberate de formule chimique C12H22O4, de manière préférée dans le groupe formé par le diéthylphtalate et le diéthylsebacate, et de manière encore plus préférée, le solvant est le diéthylpitalate. Le procédé de l'invention est décrit plus en détail ci-après, en relation avec la figure 1. Dans l'étape a), le gaz humide à traiter, arrivant par une ligne (1) à une température généralement comprise entre 110 et 200 °C, de préférence entre 130 et 180 °C, est mis en contact dans une colonne d'absorption (2) avec le flux de solvant liquide régénéré, arrivant par une ligne (11), et un effluent gazeux déshydraté est extrait de la colonne par une ligne (12) pour être envoyé, par exemple, vers une unité de traitement de gaz de queue. La mise en contact entre le solvant et le gaz est opérée indifféremment à contre-courant ou co-courant. En général, la colonne d'absorption opère à une pression comprise entre 0,1 et 1 MPa, de préférence entre 0,1 et 0,5 MPa. Le rapport solvant/gaz à traiter est généralement compris entre 0,1 et 20, de préférence entre 1 et 15. A la sortie de la colonne, un flux de solvant saturé en eau est extrait par une conduite (3) et envoyé dans l'étape b). Celle-ci consiste à refroidir le solvant chargé en eau à température dite ambiante, c'est à dire à une température comprise entre 10 et 30 °C, de préférence entre 15 et 25 °C. Le refroidissement est assuré par tout moyen connu de l'Homme du métier, de préférence grâce à un échangeur (4). Le gaz refroidi rentre par une ligne (5) dans une zone de séparation (étape c)) où une démixtion liquide-liquide se produit dans un équipement de séparation (6), par exemple un décanteur ou tout équipement connu de l'Homme du métier permettant de séparer une phase riche en eau et une phase riche en solvant. La phase riche en eau est extraite par une ligne (7) et peut être avantageusement utilisée en partie en tant que fluide de refroidissement pour l'échangeur (4). Elle est ensuite véhiculée par une ligne (8), par exemple vers une unité de traitement d'eau. L'autre partie du fluide de refroidissement alimentant l'échangeur (4) est acheminée par la conduite (13). La phase riche en solvant, encore dénommée "solvant", est quant à elle, extraite de l'équipement de séparation (6) par une ligne (9) et est envoyée vers un échangeur de chaleur (10) pour être amenée à la température de fonctionnement de la colonne d'absorption (2), opérant généralement à une température comprise entre 110 et 200 °C, de préférence entre 130 et 180 °C (étape d)). A la sortie de l'échangeur (10), une ligne (11) permet de recycler le solvant régénéré et réchauffé vers la colonne d'absorption (2) (étape e)). En général, l'écart de température entre la température de fonctionnement de la colonne d'absorption et celle du solvant réchauffé est inférieur à 10°C, de préférence inférieur à 5°C. La portée de l'invention est illustrée à partir des exemples suivants. Exemple 1 (selon l'invention) Un effluent d'unité Claus à température de 170 °C contenant 35 % molaire d'eau et le complément en gaz incondensables est introduit dans une colonne d'absorption selon la configuration décrite sur la figure 1, le solvant déshydratant étant le diéthylphtalate, de formule chimique C12H14O4. La pression de la colonne d'absorption est de 0,1 MPa. Le rapport molaire solvant/gaz à traiter est fixé à 10 et le solvant (recyclé depuis un décanteur et réchauffé à 170°C) contient 10% molaire d'eau. A la sortie de la colonne d'absorption, le solvant est refroidi à la température de 20 °C. A cette température, une démixtion liquide-liquide se produit et on récupère d'une part la phase aqueuse et d'autre part le solvant. Le tableau 1 ci-dessous résume les principales compositions des différents flux: du gaz à l'entrée de la colonne d'absorption, du solvant (recyclé) à l'entrée de la colonne, du gaz déshydraté en sortie de la colonne, du solvant à la sortie de la colonne. Gaz à Solvant en Gaz Solvant en sortie déshydrater en entrée de déshydraté de colonne entrée colonne colonne en sortie (ligne 3) (ligne 1) (ligne 11) de colonne (ligne 12) nombre total moles 1,00 10,00 0,84 10,16 nombre moles d'eau 0,35 1,00 0,19 1,16 teneur en eau (% 35,0 10,0 22,6 11,4 molaire) Tableau 1 Il est mis en évidence dans le tableau 1 qu'il est possible, grâce à la mise en oeuvre du procédé de l'invention, de déshydrater un gaz de queue d'unité Claus (35% mol. d'eau) et de l'amener à une teneur en eau qui est réduite de 35,4 % (en relatif) par rapport à la teneur en eau initiale. La charge gazeuse ainsi déshydratée est envoyée vers une unité Clauspol� après avoir été préalablement refroidie à la température de fonctionnement de ce procédé, et le rendement soufre de l'unité obtenu est de 94 % poids. Celui-ci avec une charge non déshydratée par le procédé de l'invention est de 93 % poids. Exemple 2 (selon l'invention) Un effluent gazeux à une température de 160 °C, contenant 70% molaire d'eau et le complément en gaz incondensables est introduit dans une colonne d'absorption selon la configuration décrite sur la figure 1, le solvant déshydratant étant le diéthylsebacate, de formule chimique C14H26O4. La pression de la colonne d'absorption est de 0,1 MPa. Le rapport molaire solvant/gaz à traiter est fixé à 10 et le solvant (recyclé depuis un décanteur et réchauffé à 160°C) contient 8,5% molaire d'eau. A la sortie de la colonne d'absorption, le solvant est refroidi à la température de 20 °C. A cette température, une démixtion liquide-liquide se produit et on récupère d'une part la phase aqueuse et d'autre part le solvant. Le tableau 2 ci-dessous résume les principales compositions des différents flux: du gaz à l'entrée de la colonne d'absorption, du solvant (recyclé) à l'entrée de la colonne, du gaz déshydraté en sortie de la colonne, du solvant à la sortie de la colonne. Gaz à Solvant en Gaz Solvant en sortie déshydrater en entrée de déshydraté de colonne entrée colonne colonne en sortie (ligne 3) (ligne 1) (ligne 11) de colonne (ligne 12) nombre total moles 1,00 10,00 0,73 10,27 nombre moles d'eau 0,70 0,85 0,44 1,11 teneur en eau (% 70,0 8,5 60,3 10,8 molaire) Tableau 2 15 Il est mis en évidence dans le tableau 2 qu'il est possible, grâce à la mise en oeuvre du procédé de l'invention, de déshydrater un gaz fortement chargé en eau (70% mol.) et de l'amener à une teneur en eau réduite de 13,8 % (en relatif). 10 20 Exemple 3 (comparatif) Un effluent d'unité Claus à une température de170 °C contenant 35 % molaire d'eau et le complément en gaz incondensables est introduit dans une colonne d'absorption. Le solvant introduit en tête de colonne est le "1'EG (triéthylèneglycol). Sa température est de 170°C. Le rapport molaire solvant/gaz à traiter est fixé à 10. La pression de la colonne d'absorption est de 0,1 MPa. A la sortie de la colonne d'absorption, le solvant est refroidi à la température de 20 °C et envoyé dans un décanteur dans lequel il n'est pas observé de demixtion eau-solvant et par conséquent, il ne peut donc pas être recyclé dans la colonne d'absorption. 7 REVENDICATIONS1. Procédé de déshydratation d'un effluent gazeux comprenant: a) une étape d'absorption de l'eau par contact du gaz à traiter et du solvant régénéré provenant de l'étape e), produisant un effluent gazeux déshydraté et un effluent liquide de solvant chargé en eau et en gaz absorbé; b) une étape de refroidissement dudit solvant chargé en eau à température ambiante, c) une étape de séparation par démixtion au cours de laquelle l'eau et le solvant sont séparés à température ambiante, d) une étape dans laquelle le solvant régénéré obtenu à l'issue de l'étape c) est réchauffé, e) une étape dans laquelle le solvant régénéré et réchauffé obtenu à l'issue de l'étape d) est recyclé vers l'étape a) d'absorption. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit solvant est choisi dans le groupe formé par le diethylphtalate de formule chimique C12H1404, le diéthylsebacate de formule chimique C14H26O4, le diethylazelate de formule chimique C13H24O4 et le diethylsuberate de formule chimique C12H22O4, 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel ledit solvant est choisi dans le groupe formé par le diéthylphtalate et le diéthylsebacate. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel ledit solvant est le diéthylphtalate. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la teneur en eau de l'effluent gazeux à traiter est comprise entre 20 et 80 % molaire. 6. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la teneur en eau de l'effluent gazeux à traiter est comprise entre 30 et 80 % molaire.30 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel à l'étape b), le solvant est refroidi à une température comprise entre 10 et 30 °C. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel à l'étape b), le solvant est refroidi à une température comprise entre 15 et 25°C. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le gaz à traiter est introduit dans l'étape a) à une température comprise entre 110 et 200°C. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel à l'étape d), le solvant est à une température comprise entre 130 et 180°C. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'eau récupérée lors de la 15 séparation par démixtion est utilisée en partie en tant que fluide de refroidissement à l'étape b).10