Traitement de Gaz [PDF]

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TRAITEMENT DU GAZ GENERALITES La réduction de la teneur en constituants indésirables du gaz à traiter peut être effectuée par différentes techniques de séparation mettant en oeuvre divers principes rassemblés dans l'encadré suivant :  Absorption par lavage avec un solvant : - physique - chimique  Absorption sur lit fixe jusqu'à saturation : - masses épurantes (oxydes métalliques) - charbons actifs imprégnés  Adsorption/désorption sur lit fixe  Fractionnement par condensation (refroidissement)  Perméation gazeuse

I-ABSORPTION PAR LAVAGE AVEC UN SOLVANT

Le gaz à traiter circule, sous pression, à contre-courant avec un solvant plus ou moins sélectif dans une colonne à plateaux ou à garnissage appelée « absorbeur ». Le solvant arrivant en tête de colonne est pur puis se charge en impureté en descendant par gravité dans la colonne. Ainsi, en jouant sur le débit de solvant et le nombre de plateaux ou la hauteur de garnissage dans la colonne, il 1

est possible d'amener le gaz sortant en haut de l'absorbeur à la spécification désirée. Suivant la nature des espèces indésirables, le solvant est : - soit un solvant physique agissant par simple dissolution en fonction de coefficients de partage gaz/solvant privilégiant la solubilisation des constituants à éliminer dans le liquide de lavage ; - soit un solvant chimique réagissant sélectivement pour former un complexe avec l'espèce à retirer du gaz. Le nombre de plateaux nécessaire pour obtenir une spécification donnée en sortie est déterminé généralement en considérant dans un premier temps une colonne constituée d'étages théoriques. Un étage théorique est un étage d'où les phases gaz et liquide de lavage sortent en satisfaisant les conditions de l'équilibre thermodynamique. La conversion en plateaux réels se fait en tenant compte de l'efficacité réelle du type de plateau utilisé et la conversion en hauteur de garnissage se fait sur la base de la notion de hauteur équivalente à un plateau théorique (HEPT) ou de la notion empirique de hauteur d'unité de transfert. Le solvant sortant du bas de la colonne est chargé en impuretés retirées du gaz (solvant riche). Il est d'abord partiellement régénéré par simple détente, pour récupérer le gaz naturel dissous, puis sa régénération se poursuit dans une autre colonne à garnissage où sont réalisées, suivant le type de liquide de lavage, des opérations de distillation, de décomposition du complexe chimique formé, et de stripping au gaz naturel ou à la vapeur. Après avoir été refroidi, pour favoriser sa capacité d'absorption, le solvant régénéré (solvant pauvre) est recyclé sous pression en tête d'absorbeur par une pompe de reprise.

II-ABSORPTION SUR LIT FIXE SOLIDE JUSQU'A SATURATION

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Ce type de procédé met en oeuvre dans un simple absorbeur une charge solide se présentant sous forme de grains ou de bâtonnets à travers lesquels circule le gaz à traiter. L'absorbant favorise la transformation chimique de l'impureté à éliminer en une autre espèce chimique qui reste piégée dans la charge. Après saturation de la charge, cette dernière est remplacée par une charge neuve du fait que ces absorbants ne sont pas régénérables in-situ. Ce principe correspond au fonctionnement des « masses épurantes » et des « charbons actifs imprégnés » qui est précisé au § 4.1.1 pour des traitements de désulfuration.

III-ADSORPTION/DESORPTION Ce type de procédés met en oeuvre une phase solide, sous forme de grains, ayant une très grande surface spécifique au contact de laquelle sont retenues préférentiellement les impuretés à éliminer. Contrairement aux absorbants solides, il n'y a aucune transformation chimique et seuls des phénomènes d'adsorption puis de désorption sont mis en jeu. Il s'agit en fait d'un même phénomène de surface réversible en fonction des conditions de P et T soumises à l'adsorbant ce qui permet de réaliser alternativement pour une charge donnée des cycles d'adsorption (traitement du gaz) et de désorption (régénération). Contrairement aux liquides de lavage, les adsorbants se prêtent mal à une circulation en continu (pour une régénération en dehors de l'absorbeur) et sont utilisés en lit fixe selon une séquence périodique nécessitant l'utilisation simultanée d'au moins deux charges : un lit opère en adsorption tandis que l'autre subit une séquence de régénération avec un gaz de balayage, les deux lits étant commutés périodiquement.

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V-FRACTIONNEMENT PAR REFROIDISSEMENT ET CONDENSATION Ce principe, illustré par l'encadré ci-dessous correspondant au procédé IFPEXOL (IFP), consiste à refroidir le gaz pour retirer les espèces indésirables par condensation puis séparation liquide/gaz. Ce principe très simple est surtout intéressant sur des sites de production de gaz lorsqu'il existe une réserve de pression disponible mise à profit pour obtenir par simple détente le froid nécessaire. Ce principe de fractionnement par condensation à froid est surtout utilisé pour éliminer l'eau et la gazoline qui sont récupérées dans un séparateur. L'injection préalable d'un inhibiteur de formation d'hydrates (glycol ou méthanol) s'impose avant de refroidir le gaz. Après condensation et séparation, cet inhibiteur est partiellement régénéré puis recyclé.

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PERMEATION GAZEUSE Cette technique, illustrée ci-dessous, met en jeu une membrane de grande surface qui doit être très perméable aux impuretés à séparer, sous l'effet de la pression partielle de part et d'autre de la membrane, et très peu perméable au méthane. Les membranes sont réalisées en polymères poreux souvent vitreux : dérivés d'acétate de cellulose, polyamides, polyimides, polyéthersulfones... Chaque membrane est caractérisée par des coefficients de perméabilité qui traduisent les débits de perméation des différentes espèces présentes dans le gaz et par la sélectivité de perméation entre deux constituants donnés (la sélectivité est égale au rapport de leurs coefficients de perméabilité). Du fait de la nécessité de mettre en oeuvre de très grandes surfaces (milliers de m²), la mise en oeuvre de cette technique se fait par la juxtaposition de modules industriels dont les plus répandus sont des deux types suivants : - modules à membranes planes enroulées en spirale autour d'un tube collecteur ; - modules à faisceaux de fibres creuses permettant d'obtenir des encombrements satisfaisants (1000 m2/m3). Pour l'instant ce type de procédé est peu utilisé dans l'industrie gazière. Par exemple, il apparaît qu'il est encore environ 3 fois trop coûteux pour être compétitif dans le domaine de la déshydratation du gaz naturel par rapport au procédé classique de lavage au TriEthylèneGlycol.

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