Brevet FR2983088A1 — publié le 20130531

PROCEDE DE TRAITEMENT D'EFFLUENT GAZEUX EN TETE DE DISTILLATION ATMOSPHERIQUE Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de traitement des gaz de tête de distillation atmosphérique ainsi qu'un dispositif pour la mise en place d'un tel procédé. Contexte de l'invention En raison des contraintes environnementales et économiques, les industriels du raffinage sont amenés à mettre en place des systèmes de récupération des gaz émis dans le cadre de leurs opérations. Les gaz de tête de distillation atmosphérique sont principalement de deux sortes : les gaz dits combustibles, ou fuel gas, et les gaz liquéfiés ou GPL. Les gaz de tête de distillation atmosphérique ont très peu de pression et sont soit envoyés vers les compresseurs de torche puis vers le réseau fuel gas, soit directement torchés. Lorsqu'ils sont directement torchés, le brûlage des gaz entraîne une perte économique car des gaz potentiellement valorisables sont brûlés. Cela s'accompagne également d'une contribution environnementale négative due au CO2 émis et enfin, entraîne un déficit en terme d'image auprès des riverains lorsque la torche brûle les excédents de gaz. Lorsqu'ils sont envoyés au réseau fuel gas, ils sont directement consommés au sein de la raffinerie. Or les GPL contenus dans les gaz de tête de distillation atmosphérique sont des produits valorisables sur le marché. Ils recouvrent le propane C3 et le butane C4. Leur utilisation en tant que carburant est intéressante sur le plan environnemental car elle permet de réduire les émissions de CO2. Le GPL étant valorisable, il est par conséquent important d'en récupérer une majeure partie. Il existe donc un intérêt environnemental et économique lié à la récupération des GPL. Des systèmes permettant le traitement des gaz de raffinerie sont connus. Dans le brevet US 6,428,606 B1 de Membrane Technology and Research, est décrit un dispositif comprenant des moyens de compression et de condensation de GPL au départ du réseau fuel gas, couplés à des unités de récupération d'hydrogène par l'utilisation de membranes. -2 La demande WO 2007/120490 d'ExxonMobil décrit un principe de récupération de GPL à partir de divers courants grâce à un procédé de récupération à membranes multiples produisant un courant d'hydrogène à haut rendement et à haute pureté et un courant de GPL C3+ à haut rendement avec une faible dépense énergétique. Il est connu que la récupération de gaz peut être effectuée par l'utilisation d'un solvant plus lourd. Ce qu'on appelle principe d'absorption, consiste à mettre en contact à contre-courant un gaz avec un liquide d'absorption pauvre en constituants valorisables. Ce principe est décrit page 201 de l'ouvrage Le raffinage du pétrole -2- Procédés de séparation sous la direction de J.-P. Wauquiez, Editions Technip ; 1998. Ce principe physique a été appliqué dans le brevet US 2,358,183 où les gaz C3 et C4 issus d'une unité de séparation et d'une unité de craquage catalytique sont compressés, condensés et envoyés dans un absorbeur. Le naphta issu de l'unité de séparation est envoyé dans l'absorbeur et une fois enrichi, est envoyé dans l'unité de réformage. L'absorption ici permet l'enrichissement de naphta en C3 et C4 mais pas la récupération de ces gaz pour valorisation. Le principe de l'absorption peut aussi être appliqué à une unité de FCC. Ce principe est relaté page 186 de l'ouvrage Le raffinage du pétrole -3- Procédés de transformation, sous la direction de J.-P. Wauquiez, Editions Technip ;1998. Ce procédé nécessite l'utilisation d'un compresseur de gaz craqués afin de comprimer les gaz du ballon de tête ainsi que de deux absorbeurs pour la récupération des C3 et C4 qui ont une composition chimique riche en oléfines. Ces procédés nécessitent l'utilisation de compresseurs soit au départ du réseau fuel gas soit en tête d'une unité de transformation. En cas de fort dégazage, le compresseur peut être saturé et ne traiter qu'une partie du fuel gas émis. De plus, les pannes de compresseurs peuvent limiter l'efficacité du traitement. Le brevet RU 2335523 propose que les gaz de tête issus de la première colonne de distillation atmosphérique et de la deuxième colonne de distillation sous vide soient absorbés par une fraction diesel extraite de la seconde colonne. L'absorbeur opère à une pression comprise entre 8 et 9 bar c'est-à- dire à une pression où les C3 et C4 restent dans les phases liquides. -3 Tel que décrit, l'utilisation de la fraction diesel comme liquide absorbant nécessite de faire repasser le mélange enrichi au sein de l'unité de distillation atmosphérique. Il existe donc un besoin de récupérer des gaz valorisables en tête de distillation atmosphérique par la mise en oeuvre de procédés simples et nécessitant de faibles coûts de fonctionnements et d'investissements. Résumé de l'invention Le but de la présente invention est d'obtenir un procédé pratique capable de traiter un effluent gazeux issu de distillation atmosphérique afin de récupérer des GPL valorisables. Pour résoudre le problème, la présente invention fournit un procédé de traitement de fuel gas contenant des hydrocarbures légers gazeux caractérisé en ce que le fuel gas issu de distillation atmosphérique est mis en contact avec un hydrocarbure liquide absorbant stabilisé de manière à ce qu'une partie des hydrocarbures légers gazeux présents dans le fuel gas se dissolvent dans l'hydrocarbure stabilisé pour l'obtention d'un hydrocarbure liquide enrichi en hydrocarbures légers gazeux constitué d'une fraction contenant des C3 et C4. Le fuel gas et l'hydrocarbure liquide absorbant stabilisé sont mis en contact au sein d'une unité d'absorption. Le fuel gas contient des gaz combustibles contenant des C1 et C2 et des GPL contenant des C3 et C4. L'hydrocarbure liquide absorbant est un hydrocarbure issu de distillation atmosphérique d'un pétrole brut. L'hydrocarbure liquide est au moins en partie débarrassé des C3 et C4 au sein d'une unité de stabilisation et est selon un aspect préféré de l'invention une essence dans la gamme C5/C10 ne contenant pas d'oléfines. Le fuel gas et l'essence issus de la distillation atmosphérique sont traités préalablement dans un ballon condenseur. Le ratio entre le débit d'essence stabilisée et le débit massique de fuel gas à l'entrée de l'unité d'absorption est compris entre 5 et 52 pour une récupération au moins en partie des C3 et C4, préférentiellement entre 12 et 25 . Le dispositif de traitement de fuel gas permettant la récupération de C3 et de C4 comprend au moins, une unité de distillation atmosphérique dont sont issus le fuel gas et l'hydrocarbure liquide ; au moins, un ballon de reflux permettant une première séparation entre le fuel gas et l'hydrocarbure liquide ; au moins, une unité de stabilisation dans laquelle est stabilisé l'hydrocarbure liquide issu de distillation atmosphérique ; au moins, une unité d'absorption - 4 - comprenant au moins une zone d'injection de fuel gas issu de distillation atmosphérique ; et au moins une zone d'injection d'hydrocarbure liquide stabilisé issue de distillation atmosphérique. L'hydrocarbure liquide enrichi en C3 et C4 est réinjecté en aval du ballon de reflux, pour ensuite être envoyé à l'unité de stabilisation pour extraction des C3 et C4. Selon un autre mode de réalisation, l'hydrocarbure liquide enrichi en C3 et C4 est réinjecté dans le ballon de reflux pour ensuite être envoyé à l'unité de stabilisation pour extraction des C3 et C4. Brève description des figures La figure 1 représente un schéma de raffinage sur lequel sont représentés selon l'invention : une unité de distillation atmosphérique 1, un absorbeur 2, une colonne de stabilisation 3, un ballon de reflux 4, un ballon 5. La figure 2 représente l'évolution du taux de récupération des GPL dans l'absorbeur 2. Des points expérimentaux sont placés sur les courbes théoriques d'absorption. Description détaillée des figures Sur la figure 1, l'unité de distillation atmosphérique 1 permet de traiter une charge de pétrole brut. La pression de fonctionnement de la distillation atmosphérique est fixée par les conditions de condensation de la coupe gaz et essence en tête de colonne de distillation atmosphérique 1. En tête de distillation atmosphérique 1, le mélange c est constitué d'un hydrocarbure liquide a, d'un gaz b et d'eau de stripping ou d'eau contenue dans la charge de la colonne de distillation. Cette eau est évacuée par le robinet de fond j du ballon de reflux. L'hydrocarbure liquide a est une essence obtenue dans la gamme des 30 C5/C10 L'hydrocarbure liquide a est une essence ne contenant essentiellement pas d'oléfines. Le gaz b est constitué pour une partie au moins d'un gaz combustible ou fuel gas g comprenant en partie des Cl et des C2, et pouvant également contenir de l'hydrogène et des impuretés telles de l'hydrogène sulfuré. Les C2 35 sont compris essentiellement dans l'éthane qui est un hydrocarbure de la famille des alcanes de formule brute C2H6. Les Cl sont compris -5 essentiellement dans le méthane qui se présente à l'état gazeux aux conditions normales de température et de pression. Le gaz b est constitué pour une autre partie au moins de propane C3 et de butane C4. Ces deux gaz constituent les gaz de pétrole liquéfiés i (GPL) et sont valorisables. Le ballon de reflux 4 reçoit le mélange c constitué de l'hydrocarbure liquide a et des gaz b qui provient du condenseur de tête de la distillation atmosphérique 1. Les condenseurs de tête de distillation atmosphérique peuvent être des condenseurs aeroréfrigérants ou des condenseurs avec de l'eau de refroidissement. Le ballon de reflux 4 va réaliser la séparation entre les phases gazeuses b et l'hydrocarbure liquide a ainsi que de la phase aqueuse. Le ballon de reflux 4 constitue une réserve de produits liquides pour assurer un débit régulier de reflux et de soutirage. La colonne de stabilisation 3 va séparer l'hydrocarbure liquide a en hydrocarbure légers gazeux e contenant essentiellement des C1, C2, C3 et C4 et en hydrocarbure liquide absorbant stabilisé d c'est-à-dire débarrassé en partie essentiellement des C1, C2, C3 et C4. Une essence stabilisée acceptable pour une application selon l'invention est essentiellement dépourvue de C3 et de C4 et comprend principalement des hydrocarbures compris entre des C5 et des C10. La colonne 5 permet de séparer les gaz de pétrole liquéfiés i (GPL), propanes C3 et butanes C4, des constituants les plus volatils g dits fuel gas constitués essentiellement de méthane Cl et d'éthane C2. L'absorbeur 2 est un ballon muni d'internes qui permet l'absorption du propane C3 et du butane C4 contenus dans le gaz b issu de la distillation atmosphérique 1 par mélange avec l'hydrocarbure liquide absorbant stabilisé d. Les internes de l'absorbeur 2 dits contacteurs peuvent être des plateaux ou préférentiellement du garnissage. L'absorbeur 2 est placé à proximité du ballon de reflux 4 et de la colonne de stabilisation 3. L'installation de l'absorbeur 2 est réalisée sur un piquage existant et peut donc être effectuée en marche. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de distillation atmosphérique 1 présente en tête de colonne un mélange c de gaz b et d'hydrocarbure liquide a. Ce mélange c est injecté dans un ballon de reflux 4. Au sein de ce ballon de reflux 4, le mélange c va être séparé en composé gazeux b et en hydrocarbure liquide a. L'hydrocarbure liquide a est envoyé via une pompe 10 vers la colonne de stabilisation 3. - 6 - La colonne de stabilisation 3 va séparer l'hydrocarbure liquide a en hydrocarbures légers gazeux e contenant essentiellement des C3 et C4 et marginalement des Cl et C2, et en hydrocarbure liquide absorbant stabilisé d. L'hydrocarbure léger gazeux e passe par la zone de transfert 15 où il est refroidi par l'échangeur de chaleur 12. L'hydrocarbure léger gazeux e est envoyé vers le ballon 5 au sein duquel sont séparés les gaz de pétrole liquéfiés (GPL) i des constituants les plus volatils g dits fuel gas constitués essentiellement de méthane Cl et d'éthane C2. Les C3/C4 i sont ainsi récupérés pour alimenter le pool GPL. L'hydrocarbure liquide absorbant stabilisé d passe par la zone de transfert 14 où il est réchauffé par l'échangeur de chaleur 11. Le débit de l'hydrocarbure liquide absorbant stabilisé d en entrée d'absorbeur 2 est adapté au débit de dégazage du gaz b en entrée de l'absorbeur 2. Ainsi en fonction de ce débit, une partie de l'hydrocarbure liquide absorbant stabilisé d est soit envoyé vers une unité d'hydrotraitement 16, soit est injecté via la zone d'injection 7 dans la zone supérieure de l'absorbeur 2 constituée de garnissage. Le gaz b est envoyé dans l'absorbeur 2 en dessous du garnissage de l'unité d'absorption 2 par la zone d'injection 6. Une partie de la charge hydrocarbonée légère gazeuse i présente dans le gaz b va se dissoudre dans l'hydrocarbure liquide absorbant stabilisé d pour l'obtention d'un hydrocarbure liquide enrichi en hydrocarbonée légère gazeuse h constituée d'une fraction contenant des C3 et C4. Les gaz Cl et C2 g sont envoyés au réseau fuel gaz ou à la torche via la zone de sortie 9. L'hydrocarbure liquide enrichi en C3 et C4 h est soutiré en 8 du ballon absorbeur 2 et rejoint le ballon de reflux 4 via la ligne de transfert 13. Exemples Des analyses du fuel gas issus de distillation atmosphérique sont réalisées en amont et en aval de l'unité d'absorption 2 de façon à apprécier le 30 taux de récupération des C3, C4 et C5. Chaque analyse a été effectuée dans les conditions suivantes : - Absorbeur à l'arrêt - Débit de 5t/h d'essence stabilisée - Débit de 8t/h d'essence stabilisée 35 - Débit 15 t/h d'essence stabilisée - 7 - Exemple 1 : L'absorbeur est à l'arrêt. On relève ainsi logiquement que la composition du fuel gas est la même à l'entrée qu'à la sortie de l'absorbeur. Exemple 2 : On couple un dégazage de 0,200 t/h avant absorbeur à un débit d'essence stabilisée de 5 t/h. On obtient un taux de récupération de C3 de 99,1%, de C4 de 95% et de C5 de 28,2%. Le ratio entre le débit d'essence stabilisée et le débit de fuel gas à l'entrée de l'unité d'absorption est de 25. Exemple 3 : on couple un dégazage de 0,230 t/h avant absorbeur à un débit d'essence stabilisée de 8 t/h. On obtient un taux de récupération de C3 de 99 %, de C4 de 96,1 % et de C5 de 36 %. Le ratio entre le débit d'essence stabilisée et le débit de fuel gas à l'entrée de l'unité d'absorption est de 34,8. Exemple 4 : on couple un dégazage de 0,290 t/h avant absorbeur à un débit d'essence stabilisée de 15 t/h. On obtient un taux de récupération de C3 de 99,2 %, de C4 de 96,2 % et de C5 de 69,7 %. Le ratio entre le débit d'essence stabilisée et le débit de fuel gas à l'entrée de l'unité d'absorption est de 51,7. Sur le graphique 3, on peut suivre par extrapolation l'évolution du taux de récupération des GPL dans l'absorbeur. Pour être efficace, c'est-à-dire permettre un taux de récupération de quasiment 100% des GPL, le débit d'essence stabilisée doit être augmenté lorsque le taux de dégazage est plus important, comme c'est le cas lorsque les températures extérieures sont plus élevées. A l'inverse, un faible taux de dégazage permet de consommer moins d'essence stabilisée et donc de réaliser des économies d'énergie. D'une manière générale, le ratio entre le débit d'essence stabilisée et le débit de fuel gas à l'entrée de l'unité d'absorption est compris entre 12 et 52 pour une récupération au moins en partie des C3 et C4, préférentiellement entre 12 et 25. Comme on l'a décrit ci-dessus, le procédé de traitement de fuel gas contenant des hydrocarbures légers gazeux a les avantages suivants : - Le rendement de récupération des C3 et des C4 est quasiment de 100% - 8 - - Cette récupération limite les rejets à la torche et permet une valorisation des produits ainsi récupérés - L'installation du ballon absorbeur est réalisée sur un piquage existant et peut être donc être effectuée en marche - Le procédé est simple et permet d'éviter une maintenance coûteuse dû à des problèmes mécaniques de compresseurs. - La mise en place d'un ballon absorbeur et des lignes d'alimentation et de sortie est une réalisation très économique REVENDICATIONS1. Procédé de traitement de gaz (b) issu de distillation atmosphérique (1) contenant une charge hydrocarbonée légère gazeuse (i) caractérisé en ce que le gaz (b) est mis en contact avec un hydrocarbure liquide absorbant stabilisé (d) de manière à ce qu'une partie de la charge hydrocarbonée légère gazeuse (i) présente dans le gaz (b) se dissolve dans l'hydrocarbure liquide absorbant stabilisé (d) pour l'obtention d'un hydrocarbure liquide enrichi en phase hydrocarbonée légère gazeuse (h) constituée d'une fraction contenant des C3 et C4. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz (b) et l'hydrocarbure liquide absorbant stabilisé (d) sont mis en contact au sein d'une unité d'absorption (2). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le gaz (b) contient essentiellement des gaz combustibles dits fuel gaz C1 et C2 et des GPL C3 et C4 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'hydrocarbure liquide absorbant stabilisé (d) est un hydrocarbure issu de distillation atmosphérique (1) d'un pétrole brut. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que hydrocarbure liquide absorbant stabilisé (d) est au moins en partie débarrassé des C3 et C4 au sein d'une unité de stabilisation (3). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'hydrocarbure liquide absorbant stabilisé (d) est une essence dans la gamme C5/C1 o. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'hydrocarbure liquide absorbant stabilisé (d) ne contient pas d'oléfines.- 10 - 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz (b) et l'essence (a) issus de la distillation atmosphérique (1) sont séparés préalablement dans un ballon de reflux (4) 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ratio entre le débit d'essence stabilisée (d) et le débit de gaz (b) à l'entrée de l'unité d'absorption (2) est compris entre 12 et 52 pour une récupération au moins en partie des C3 et C4, préférentiellement entre 12 et 25. 10. Dispositif de traitement de gaz (b) issus de distillation atmosphérique (1) permettant la récupération de C3 et de C4 (i) et mettant en oeuvre, a. au moins, une unité de distillation atmosphérique (1) dont est issue un mélange (c) constitué par un hydrocarbure liquide à température ambiante (a) et un gaz (b) b. au moins, un ballon de reflux (4) permettant une première séparation du mélange (c) en gaz (b) et en hydrocarbure liquide à température ambiante (a) c. au moins, une unité de stabilisation (3) dans laquelle l'hydrocarbure liquide (a) est séparé en hydrocarbure liquide absorbant stabilisé (d) et en un hydrocarbure gazeux (e) d. au moins un ballon (5) dans lequel l'hydrocarbure gazeux (e) est séparé en gaz valorisables GPL (i) et en fuel gaz (g) e. au moins, une unité d'absorption (2) comprenant au moins une zone d'injection (6) du gaz (b), au moins une zone d'injection (7) d'hydrocarbure liquide absorbant stabilisé (d), au moins une zone de soutirage (8) d'hydrocarbure liquide enrichie en C3 et C4 (h) et une zone de récupération (9) de fuel gaz (g) f. au moins une ligne de transfert (13) de la zone de soutirage (8) vers le ballon de reflux (4).