CA1283599C - Procede et installation de recuperation des hydrocarbures les plus lourds d'un melange gazeux - Google Patents

Procede et installation de recuperation des hydrocarbures les plus lourds d'un melange gazeux

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Abstract

Le gaz à traiter est refroidi et partiellement condensé en deux étapes, et les fractions condensées sont distillées dans une colonne. Une partie du liquide condensé en tête de colonne est sous-refroidie, détendue et vaporisée à contre-courant du gaz à traiter. Ceci permet d'obtenir des températures de refroidissement de l'ordre de -80.degree.C au moyen d'un groupe frigorifique fonctionnant à une température de l'ordre de -30 à -40.degree.C. Application à la récupération d'un mélange de propane, de butane et de pentane à partir d'un gaz résiduaire de raffinerie de pétrole.

Description

"PROCEDE ET INSTALLATION DE RECUPERATION DES HYDROCAR9URES LES
PLUS LOURDS D'UN MELANGE GAZEUX"
La présente invention est relative à un procedé de r~cupkration des hydrocarbures les pl~s lourds d'un melange gazeux, notamment de recup~ration d'un m~lange de propane, de butane et de pentane à partir d'un gaz résiduaire de raffinerie de petrole, du type dans lequel on refroidit le gaz à traiter, on le condense partiellement et on distille le condensat.
Les mélanges de prcpane, butane et p~ntane, generalement appelés gaz de petrDle liquefiés ou GPL, se condensent à temp~rature ambiante sous une pressiQn de l'ordre de 10 ~ 20 bars. Leur recuperation dans les gaz r~siduaires des raffineries de p~trole est un fait récent lié à l'évolution des facteurs écononiques.
~ ans les gaz résiduaires des raffineries, les GPL sQnt dilués avec des oonstituants plus legers, tels que l'éthane, le méthane et l'hydrogène. Il est en g~n~ral necessaire de dkbarrasser ces gaz, dans w mesure predeterminée, de ces constituants l~gers avant de les envcyer à une unité de traitement de GPL gui en s~pare les constituants par distillation. C'est pourquDi le prcc~dé de r~cupkration comprend lui-m~me une opkration de distillation.
Uh tel prcc~d~ de r/kl}~oaticn necessibe, pcur atteindre un bon rendement d'extr3ctico en ~ e, butane et pentane, un refroidiss~ment du gaz r~iho~ine jusqu'à une L mpkLItulc de l'ordre de -80C. Or, l~cb~ntion de ce niveau de temp~cratura par utilisation d'un groupe frigorifique conduit à fa~ne intcrvenir des gr wpcs frigDrifigues aomplexes à deux ctages, à vaFDrisation sous vide, ae qui pose des prcbl~es d'investiss~ment et d'exploitati~n.
La pr~ente invention a pour but de fcurnir un ~ c permettant d'cbtenir un renddment d'extraction du nawe crdre d'une fa~on particulierement simple et ~conomique.
A oet effet, l'invention a pour ob~et un proc~d~ du type pr~cite, caract~ris5 en oe qu'on vaporise ~ cont ~ urant du gaz à traiter une partie du l;sp~de oondens~ en t~te de la colcnne de distillaticn.
Dans des ncdes de n~se en oe uvre avantageux de l'invention:
- on sous-refroidit le liquide condensk en t~te de colonne jusqu'à la temp~rature finale de refroidissement du gaz à traiter et cn le détend avznt de le vaporiser ;
; - on r~unit audit liquide d~ten~u la vapeur de t~te de la colonne .

35!3 d~tendue à la m~me pression et/ou la vapeur issue du gaz à trait~r refroidi, après avoir fait circuler oe lle-ci à contre-courant de ce gaz et l'avoir détendue dans une turbine.
L'invention a egalement pour objet une installation destinée à la mise en oe uvre d'un tel procedé. Cette installation, du type comprenant une ligne d'échange thermique pourvue de mDyens de s~paration du condensat du gaz à traiter. refroidi, et une colonne de distillation dans laquelle est introduit ce condensat, est caracterisee en ce que la colonne de distillation comprend des moyens de recuperation d'une partie du liquide condens~ en tête de colonne et des moyens pour faire circuler le liquide récupere à contre-courant du gaz ~ traiter dans la ligne d'echange thermique.
Un exemple de realisation de l'invention va maintenant être d~crit en regard du dessin annexe, dont la figure unique représente sch&matiquement une installation de r~cuperation de GPL confc~me à
l'inYention.
Le gaz à traiter, achemine par une condhite 1, est un gaz residuaire de raffinerie de pétrole constitue d'un mélange d'hyrl~xYLdblces de Cl à C5 et d'hydrcg2ne. Le traitement a pour but d'elinuner presque totalement les constituants l~gers (hydlocaubures en Cl et C2 et hydr~g~ne) de oe mklange. Tbutes les pressions indiqu~es ci-desso~s sont des pressians absolues.
Le gaz, ~.~rime à 23 bars, 30C dans un oompresseur 2, est refroidi jusqu'à nY~ temp~rature int~rradi2ire de l'ordre de -30C et partiellement oondensé dans un ~changeur de chaleur 3, puis separ~ en une phase liquide et une pbase vapeur dans un s~Farateur de p~ases 4.
La phase v~apeur est refroidie jusqu'à -82C environ dans un deuxieme ~changeur de chaleur 5, puis separee en une phase liguide et une phase vapeur dans un second s6parateur de phases 6.
La vapeur issue du s~parateur 6, presque uniqyement consitu~e d'ethane, de mkthane et d'hydrcqène, est envoy~e ~ contre-oourant dans l'~changeur 5 ; une partie de ce couLant est derive vers une ~rhine 7, tandis que le reste traverse à contrerocurant l'~changeur 3 puis est egalement envoyé ~ oe tte tuxbine. Le gaz detendu ~ 6 bars dans la turbine 7 traverse les ~changeurs 5 et 3 à
contre-oourant et oonstitue une partie du gaz residuaire de l'installation de r~cup~ration.

35~9 La fraction liquide issue du s~parateur 4 est détendue dans une vanne de d~tente 8, traverse ~ contre-courant l'échangeur 3 puis e~t introduite dans une colonn~ de dist~llation 9 ma~ntenue ~ une pre~sion de 17 barY. De m~m-, la fraction llqyld- ~ssu- du s~parat4ur 6 est detendue dans une vanne de détente 10, traverse à ocntre-oourant 1'echangeur 5 puis est introduite dans la colonne 9, à un niveau sup~rieur ~ celui correspondant à l'autre fraction liquide.
La colonne 9 est eqyip~ ~n cuvo d'un 6changeur de chaleur 11 de chauffage dans leguel circule un fluide c21origane qu~ peut être de la vapeur d'eau à une pression voisine de la pression atmospherique, et en tête d'un echangeur de chaleur 12 condenseur relié ~ un groupe frigorifique 13, par exemple ~ amnoniac ou ~
"Freon", fournissant des frigories ~ -33C. Le liquide de cuve de la oolonne 9, co~prime à 25 bars par une pcmpe 14, est envoy~ dans un reservoir de stockage 15 en vue d'un traitement ulbkrieur ; i1 est oonstitu~ d'un mfilange de prcpane, de butane et de pentane d~barrass8 dans une mesure pr~détermdn~c des oonstituants plus legers et oontient par exemple de l'éthane dans une propo¢tloa inferieure à 2%.
Une partie du liquide oondense par le ccnæknseur 12, oonstitu~ essentiellement d'ethane et de methane, est recup~ree par une auge 16 et est envoyee par une conduite 17 ~ l'echangeur 5, dans lequel il est sous-refrDidi. A 1'extr~mite frvide de oe t echangeur, ce liquide est detendu à 6 h~s dans une vanne de detenbe 18 et rfiuni au ant gazeux sortant de la turbine 7. De m8me, la vapeur de t~be de la colonne 9, oonstituee essentiellement, oomme le liguide condens~ par le condenseur 12, d'ethane et de methane, est debendue à
6 bars dans une vanne de détente 19 puis re'unie au bout froid de l'echangeur 5 au courant gazeux scLtant de la turbine 7. Ainsi, c'est 1'ensemble du courant gazeux turbin~ et des ocurant~ dktendus dans les vannes 18 et 19 gUi traverse ~ contre-courant les ~changeurs 5 puis 3 pour produire du f~Did puis constituer le gaz residuaire de :~ l'installation de recu ~ ation.
On comprend donc que l'installatiDn d~crite ci-dessus permet d'obtenir le niveau de temp~rature de -80C necessaire ~ un bon rendement d'extraction en GæL en utilisant un simple groype frigorifique à un etage fonctionnant vers -30 ~ -40C.
B De pr~feren oe , la puissRnoe ~rigorifiq~e ~ -33-C nEoe ssa~re .

359~

pour le fonctionnement de 1'installation est répartie entre la tête de la colonne 9 et l'échangeur 3. C'est ce qu'on a illustré sur le dessin en co~binant à cet ~changeur un second grnype frigQrifique 20.
En fait, en pratique, l'ins~llation comporte un groupe frigorifique unique dont une p æ tie du fluide réfrigérant parccurt l'echangeur 12 de tête de colonne et une autre partie est envcy~e dans des passages à contre-courant de l'échangeur 3.
On a represente sur le dessin deux échangeurs de chaleur distincts 3 et S. En pratique, on peut avantageusement utilic~r un echangeur de chaleur unique du type à plaques bras~es, pourvu des entrees et sorties de fluides necessaires.
On comprend que le ~ame principe de transfert de frigories à un niveau de temperature inferieure par le liq~ide de t8te de la colonne de distillat~on peut 8tre appliqué à d'autres types de recupératians de ~ nges d'hydb~x~l~alres ayant un ncrbre d'abones de carbone au moins ~gal à un nombre donn~, à partir d'un mklange gazeux contenant, outre oe s hycbrlaidalres, des constibuAnts plus vDlatils.
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Claims (13)

1. - Procédé de récupération d'un mélange de propane, de butane et de pentane à partir d'un gaz, tel qu'un gaz résiduaire de raffinerie de pétrole, contenant des constituants plus légers dont l'éthane, caractérisé en ce qu'on refroidit le gaz à traiter jusqu'à une température basse de façon à le condenser partiellement, on élimine lesdits constituants plus légers du condensat en distillant ce condensat dans une colonne de distillation fonctionnant à une pression supérieure à
la pression atmosphérique, on refroidit le sommet de la colonne à une seconde température nettement supérieure à ladite température basse, de façon à y condenser du liquide, on soutire une partie du liquide condensé
en tête de la colonne, on amène ce liquide dans une condition où il bout à ladite température basse, et on le vaporise à contre-courant dudit gaz à partir de cette température basse.
2. - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détend le liquide condensé en tête de colonne avant de le vaporiser.
3. - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on sous-refroidit ledit liquide soutire jusqu'à la température basse avant de le détendre.
4. - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on réunit ledit liquide soutiré à la vapeur de tête de la colonne avant d'effectuer sa vaporisation.
5. - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réunit ledit liquide soutiré à la vapeur issue de la condensation partielle dudit gaz refroidi avant d'effectuer sa vaporisation.
6. - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'on fait circuler à contre-courant dudit gaz la vapeur issue de la condensation partielle de ce gaz refroidi, et on détend cette vapeur dans une turbine avant de la réunir audit liquide soutiré.
7. - Installation de récupération d'un mélange de propane, de butane et de pentane à partir d'un gaz tel qu'un gaz résiduaire de raffinerie de pétrole contenant des constituants plus légers dont l'éthane, caractérisée en ce qu'elle comprend une ligne d'échange thermique pourvue de moyens de refroidissement dudit gaz jusqu'à une température basse et de séparation du gaz ainsi refroi-di en un condensat et en une vapeur, une colonne de distillation fonctionnant à une pression supérieure à la pression atmosphérique, des moyens d'introduction dudit condensat dans la colonne, la colonne de distillation comprenant un condenseur de tête pourvu de moyens de refroidissement à une seconde température nettement supé-rieure à ladite température basse et de condensation de liquide, des moyens de soutirage d'une partie du liquide condensé en tête de colonne, des moyens pour amener le liquide soutire dans une condi-tion où il bout à ladite température basse, et des moyens pour le faire circuler et le vaporiser à contre-courant dudit gaz dans la ligne d'échange thermique à partir de cette température basse.
8. - Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend une vanne de détente dudit liquide soutiré, et des passages pour le fluide ainsi détendu à contre-courant dudit gaz prévus dans la ligne d'échange thermique.
9. - Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend des passages de sous-refroidissement dudit liquide soutiré, prévus dans la ligne d'échange thermique.
10. - Installation suivant l'une quelconque des revendica-tions 7 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour réunir le liquide soutiré à la vapeur de tête de la colonne avant l'entrée dudit liquide soutiré dans la ligne d'échange thermique à
contre-courant dudit gaz.
11. - Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la ligne d'échange thermique comprend un séparateur de phases final pour ledit gaz refroidi à ladite température basse, et des moyens pour réunir ledit liquide soutire à la vapeur issue de ce séparateur avant l'entrée dudit liquide soutire dans la ligne d'échange thermique à contre-courant dudit gaz.
12. - Installation suivant la revendication 11, caractérisée en ce que la ligne d'échange thermique comprend des passages à
contre-courant dudit gaz pour la vapeur issue du séparateur final et une turbine de détente de cette vapeur.
13. - Installation suivant l'une quelcongue des revendications 7 à 9 , caractérisée en ce que la ligne d'échange thermique comprend deux tronçons d'échange de chaleur en série et un séparateur de phases après chacun de ces tronçons.
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