FR2861403A1 - Procede de purification d'un gaz naturel par adsorption des mercaptans - Google Patents

Abstract

Le gaz naturel brut est prétraité dans l'unité de traitement 30. Le gaz traité est ensuite purifié par adsorption des mercaptans dans la première enceinte 31. Les différentes coupes composant le gaz purifié sont séparées dans l'unité de fractionnement 34. Une partie du méthane composant le gaz purifié est saturée avec un hydrocarbure C5+ dans le contacteur 33, puis est introduite dans la deuxième enceinte 32 de manière à régénérer le matériau adsorbant contenu dans cette deuxième enceinte. Le gaz issu de la deuxième enceinte est lavé dans l'unité 35, puis recyclé.

Description

La présente invention se rapporte à la purification d'un gaz naturel.

Plus particulièrement, la présente invention propose un procédé de purification par adsorption d'un gaz, naturel pour diminuer la teneur en mercaptans.

Un gaz naturel brut contenant de l'eau, des hydrocarbures lourds, des composés acides tels que du dioxyde de carbone (CO2) et du sulfure d'hydrogène (H2S), et des dérivés soufrés tels que des mercaptans, peut être traité par les procédés décrits par les documents FR 2 605 241 et FR 2 636 857. Ces procédés utilisent un solvant physique tel le méthanol pour réaliser la déshydratation, le dégazolinage et le retrait des composés acides et des mercaptans. A l'issue de ce traitement, le gaz est aux spécifications quant à la teneur en CO2, typiquement inférieure à 2 % molaire, et en H2S, typiquement 4 ppm molaire.

Une autre solution de traitement du gaz consiste à réaliser la désacidification par un procédé utilisant un solvant aux amines. Une partie des mercaptans légers, notamment le méthylmercaptan, est retirée lors de cette étape. Les mercaptans plus lourds, tels l'éthyl-, le propylet le butyl- mercaptan, ne sont pas suffisamment acides pour réagir significativement avec les amines et, donc, restent largement dans le gaz.

Ensuite, le gaz est déshydraté par un procédé utilisant un solvant tel le glycol, par exemple le procédé décrit par le document FR 2 740 468. La déshydratation permet d'abaisser la teneur en eau du gaz à une valeur proche de 60 ppm molaire.

En outre, un procédé par adsorption de type TSA ( Thermal Swing Adsorption ) sur tamis moléculaire, par exemple de type 3 ou 4A ou encore 13X, ou sur alumine ou gel de silice, peut être utilisé. Dans ce cas, la teneur en eau dans le gaz est typiquement inférieure à 1 ppm molaire.

Les procédés précédemment mentionnés permettent d'obtenir un gaz naturel dont les teneurs en eau, composés acides et en hydrocarbures lourds du gaz naturel traité sont conformes aux exigences commerciales. Cependant, les méthyl- et éthyl-mercaptans restent encore majoritairement dans le gaz, à des teneurs pouvant atteindre 200 ppm, ou plus, en équivalent soufre. Pour certaines utilisations ces teneurs en mercaptans sont trop élevées.

Un objet de la présente invention est de proposer un procédé de 10 purification du gaz naturel, de manière à obtenir une teneur molaire en mercaptans inférieure à 10 ppm en équivalent soufre.

Il est possible d'utiliser un procédé de retrait par adsorption des mercaptans. Les procédés classiques d'adsorption en phase gazeuse sont les procédés couramment nommés T.S.A. ("Thermal Swing Adsorption" en anglais), dans lesquels l'étape d'adsorption a lieu à température ambiante ou modérée typiquement comprise entre 20 C et 60 C, et l'étape de désorption (ou de régénération) à haute température typiquement comprise entre 200 C et 350 C, sous balayage d'un gaz de purge (en général une partie du gaz purifié) dont le débit est compris entre 5 % et 20 % du débit de gaz de charge. Le gaz de désorption, contenant une quantité importante de mercaptans, doit ensuite être traité avant d'être recyclé, par exemple par traitement par une solution basique (soude ou potasse), ou peut également être envoyé à la torche, ce qui n'est ni économiquement, ni écologiquement très intéressant. La pression est soit maintenue sensiblement constante dans tout le cycle, soit abaissée pendant la phase de régénération de manière à favoriser la régénération. En sortie de cette étape de purification par adsorption, la teneur en eau du gaz est inférieure à 1 ppm molaire, et le gaz se trouve aux spécifications en soufre total.

Cependant, l'adsorption des mercaptans par procédé T.S.A. classique, utilisée dans l'industrie et notamment pour purifier un gaz naturel, présente plusieurs inconvénients. En particulier, on peut citer: - des temps de cycles longs, généralement rarement inférieurs à 4 heures, plus souvent compris entre 8 et 12 heures, parfois d'avantage, en raison de l'inertie thermique du matériau adsorbant, immobilisation du matériau adsorbant en raison des longs temps de cycles, seule la zone de transfert de matière, constituée par les fronts d'adsorption des divers composés dans l'adsorbeur, étant réellement utilisée, aussi bien en adsorption qu'en régénération, nécessité de chauffer à température élevée ce qui entraîne un vieillissement prématuré du matériau adsorbant notamment lors de la désorption de produits thermiquement fragiles (sous l'effet des traitements thermiques imposés régulièrement lors de la phase de régénération du matériau adsorbant, les mercaptans peuvent former des composés réactifs et réagir avec les hydrocarbures co-adsorbés pour finalement conduire à un vieillissement prématuré du matériau adsorbant, qui peut imposer son renouvellement fréquent, et donc entraîner un surcoût), utilisation d'une quantité importante de gaz de purge, généralement comprise entre 5% et 20% du débit de gaz à traiter, nécessité de traiter le gaz de purge contenant les produits désorbés et de recycler le gaz de purge La présente invention propose un procédé de purification d'un gaz naturel par adsorption des mercaptans, évitant les inconvénients des procédés de l'art antérieur.

La présente invention concerne un procédé de purification d'un gaz naturel contenant des mercaptans. Le procédé comporte les étapes suivantes: a) on purifie ledit gaz par mise en contact avec une première quantité de matériau adsorbant, b) on mélange une partie du gaz purifié obtenu à l'étape a) avec une phase liquide d'hydrocarbures comportant plus de cinq atomes de carbone, c) on met en contact le mélange obtenu à l'étape b) avec une deuxième quantité de matériau adsorbant chargé en mercaptans.

Les conditions opératoires du procédé selon l'invention peuvent être les suivantes: É on effectue l'étape a) sous une pression comprise entre 2 MPa et 10 MPa et à une température comprise entre -40 C et 100 C, É à l'étape b), ladite partie de gaz purifié constitue entre 1% et 50% dudit gaz 15 naturel, É on effectue l'étape b) sous une pression comprise entre 0,5 MPa et 1OMPa et à une température comprise entre 0 C et 150 C de sorte que la pression relative desdits hydrocarbures dans ladite partie de gaz purifiée soit inférieure à 1, É on effectue l'étape c) sous une pression comprise entre 1 MPa et 10 MPa, et à une température comprise entre 0 C et 150 C.

Dans le procédé selon l'invention, après un temps déterminé, à l'étape a) on peut purifier ledit gaz naturel par mise en contact avec la deuxième quantité de matériau adsorbant, et à l'étape c) on peut mettre en contact le mélange obtenu à l'étape b) avec la première quantité de matériau adsorbant. Avant l'étape a), on peut réduire les quantités de CO2, d'H2S et d'eau contenues dans le gaz naturel.

Selon l'invention, le gaz naturel peut comporter des hydrocarbures comportant au moins cinq atomes de carbone et, avant l'étape a), on peut séparer une fraction dudit gaz naturel, la fraction comportant des hydrocarbures comportant au moins cinq atomes de carbone, et, enfin, ladite phase liquide de l'étape b) peut comporter ladite fraction.

Selon l'invention, le gaz naturel peut comporter des hydrocarbures comportant au moins cinq atomes de carbone et on peut séparer une fraction du gaz purifié obtenu à l'étape a), la fraction comportant des hydrocarbures comportant au moins cinq atomes de carbone, et, enfin, dans lequel ladite phase liquide de l'étape b) peut comporter ladite fraction.

Selon l'invention, avant l'étape a), on peut déshydrater le gaz naturel par mise en contact du gaz naturel avec une troisième quantité de matériau adsorbant. De plus, on peut laver le gaz chargé en mercaptans obtenu à l'étape c) avec une solution absorbante des mercaptans, puis on peut recycler le gaz lavé.

Selon l'invention, le matériau adsorbant constituant lesdites première et deuxième quantités peut comporter au moins un des matériaux suivants: une zéolithe, un charbon actif, un adsorbant mésoporeux de type alumine activée, et un adsorbant mésoporeux de type gel de silice.

Plus précisément, le matériau adsorbant constituant lesdites première et deuxième quantités peut comporter au moins un des matériaux suivants: une zéolithe de type A, une zéolithe de type faujasite X, une zéolithe de type faujasite Y, un charbon actif possédant une surface spécifique BET comprise entre 200 m2/g et 2000 m2/g, un adsorbant mésoporeux de type alumine activée possédant une surface spécifique BET comprise entre 100 m2/g et 800 m2/g, et un adsorbant mésoporeux de type gel de silice possédant une surface spécifique BET comprise entre 100 m2/g et 800 m2/g.

Selon l'invention, les hydrocarbures contenant plus de cinq atomes de 5 carbone peuvent comporter au moins l'un des composés suivants: un hydrocarbure saturé, un hydrocarbure aromatique, une paraffine, et un naphtène.

L'étape d'adsorption sous pression et à température ambiante ou modérée, et l'étape de déplacement des mercaptans adsorbés par un agent de déplacement, à température ambiante ou modérée, permet de réduire les temps de cycle, la quantité de matériau adsorbant à mettre en oeuvre et le débit de gaz de purge, et d'augmenter la durée de vie du matériau absorbant.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront clairement à la lecture de la description faite ci-après à titre d'exemple en se référant aux dessins parmi lesquels: - la figure 1 décrit un premier procédé, exemple de réalisation selon l'invention, la figure 2 représente une variante du procédé selon l'invention, la figure 3 représente schématiquement un deuxième exemple de mise en oeuvre de l'invention.

Le procédé décrit en relation avec les figures 1 et 2 comporte, un prétraitement, éventuellement une déshydratation, une adsorption, un fractionnement, une régénération et éventuellement un lavage.

1) Prétraitement Le gaz naturel contenant notamment de l'eau, du CO2, de l'H2S et des mercaptans, arrivant par le conduit 1 est désacidifié et déshydraté dans l'unité de traitement 30. Le gaz peut être un gaz naturel brut directement issu d'un 5 puits de pétrole ou d'un champ de gaz.

Dans l'unité 30, le gaz est traité par des procédés connu de l'homme du métier. Par exemple le gaz est traité par un procédé mettant en oeuvre des solvants chimiques et/ou physiques, par exemple à base d'amines et/ou de méthanol, de manière à produire un gaz naturel aux spécifications quant à la teneur en CO2 et en H2S. De tels procédés sont notamment décrits par les documents FR 2 605 241, FR 2 636 857, FR 2 734 083. Les composés acides H2S et CO2 sont évacués par le conduit 2. Une partie des mercaptans, notamment le méthylmercaptan, est partiellement retirée du gaz lors de ce traitement. Ces mercaptans sont également évacués par le conduit 2. La teneur en H2S est de l'ordre de 4 ppm molaire, celle en CO2 inférieure à 2 % molaire.

Le gaz désacidifié peut ensuite être traité par un procédé de déshydratation par glycol, par exemple décrit par le document FR 2 740 468. Le glycol utilisé peut être le triéthylène glycol (TEG). En sortie de cette unité, on obtient un gaz déshydraté, dont la teneur en eau résiduelle peut être de l'ordre de 60 ppm molaire. Ce gaz contient encore des mercaptans et des hydrocarbures lourds. L'eau est évacuée par le conduit 4.

Le gaz traité sortant de l'unité 30 par le conduit 5 est appauvri en eau et en composés acides H2S et CO2, mais contient encore des mercaptans, en 25 teneur pouvant être supérieure à 200 ppm molaire en équivalent soufre.

2) Déshydratation poussée Le gaz déshydraté et désacidifié peut subir une déshydratation poussée par adsorption par exemple sur tamis moléculaires. En référence à la figure 2, le gaz circulant dans le conduit 5 est introduit dans l'enceinte 36 comportant un matériau adsorbant. Le gaz déshydraté est évacué par le conduit 37. On peut choisir dans ce cas de manière préférentielle un matériau adsorbant spécifique de l'eau, comme par exemple un tamis moléculaire de type 3A et/ou 4A. Le matériau adsorbant est placé de manière préférentielle dans une enceinte spécifique différente des enceintes 31 et 32 utilisées pour retirer les mercaptans. La régénération du matériau adsorbant contenu dans l'enceinte 36 est assurée classiquement par T.S.A., le gaz de purge étant par exemple une fraction du gaz purifié. Le matériau adsorbant de déshydratation peut également être placé dans la même enceinte que celle contenant le matériau adsorbant utilisé pour retirer les mercaptans, c'est à dire dans l'enceinte 31.

Dans ce cas, le gaz de purge, après déplacement des mercaptans, contient de l'eau.

3) Adsorption des mercaptans Le gaz déshydraté et désacidifié est alors envoyé dans une unité de purification par adsorption sur matériau adsorbant, par exemple sur des tamis moléculaires, afin de retirer les mercaptans encore présents dans ce gaz. Cette unité comporte au moins deux enceintes 31 et 32 contenant un matériau adsorbant adéquat permettant notamment l'adsorption des mercaptans, tels le méthyl-, l'éthyl-, le propyl-mercaptan, et les mercaptans supérieurs. Les enceintes 31 et 32 fonctionnent alternativement en mode d'adsorption et de régénération.

Le gaz déshydraté et désacidifié circulant dans le conduit 5 (en référence- à la figure 1), ou éventuellement circulant dans le conduit 37 (en référence à la figure 2), est introduit dans l'enceinte 31. Les mercaptans contenus dans le gaz sont adsorbés par le matériau adsorbant contenu dans l'enceinte 31. On obtient en sortie de l'enceinte 31 un gaz purifié, aux spécifications en gaz acides, en soufre total, et en eau. Le gaz purifié est évacué de l'enceinte 31 par le conduit 6.

Le gaz purifié est obtenu tant que le temps de cycle est inférieur au temps de perçage des mercaptans, c'est à dire qu'on réalise l'adsorption dans l'enceinte 31 par exemple jusqu'au moment où le matériau est saturé en mercaptans. Après, on remplace l'enceinte 31 par une autre enceinte, par exemple par l'enceinte 32 dont le matériau adsorbant est régénéré, c'est à dire qu'il ne comporte pas ou peu de mercaptans adsorbés.

La température à l'intérieur de l'enceinte 31 est généralement comprise entre -40 C et 100 C, avantageusement entre 0 C et 70 C, et préférentiellement entre 20 C et 60 C. La pression de l'enceinte 31 peut être celle du gaz naturel produit, typiquement comprise entre 2 MPa et 10 MPa.

Selon l'invention, les matériaux adsorbants contenus dans les enceintes 31 et 32 sont préférentiellement choisis parmi les tamis moléculaires, encore appelés zéolithes, les charbons actifs, ou les adsorbants mésoporeux de type alumines activées ou gel de silice.

Parmi les zéolithes, on peut choisir parmi les zéolithes de type A (famille des LTA), de type X ou Y (famille des faujasites FAU) ou encore de type MFI (ZSM-5 et silicalite), dont la taille de pores est compatible avec la taille des mercaptans à adsorber.

Parmi les zéolithes de la famille A (LTA), on peut choisir une zéolithe 4A partiellement échangée au calcium, de préférence dont le taux d'échange Na/Ca varie entre 25% et 85% molaire. Parmi les zéolithes de type X ou Y (faujasites FAU), on peut choisir une zéolithe de type 13X ou NaX, mais on peut également utiliser d'autres cations d'échanges, seuls ou en mélange, comme par exemple Ca, Ba, Li, Sr, Mg, Rb, Cs, Cu, Ag... Le rapport silicium sur aluminium peut être compris entre 1 et l'infini, par infini on entend les zéolithes Y désaluminées. Parmi les zéolithes de type MFI, on peut choisir les ZSM-5 dont le rapport Si/Al varie de 1 à l'infini (silicalite dans ce dernier cas).

Les autres matériaux adsorbants utilisables peuvent être choisis parmi les charbons actifs, et de préférence ceux possédant une surface spécifique BET, déterminée classiquement par physisorption de l'azote à 77K, comprise entre 200 et 2000 m2/g, ou parmi les alumines activées ou les gels de silice, et de préférence celles ou ceux possédant une surface spécifique BET comprise entre 100 et 800 m2/g.

Les matériaux adsorbants sont préférentiellement utilisés en lit fixe, par exemple sous forme de bille ou de matériau extrudé. Ils peuvent être utilisés soit seuls soit en mélange, par exemple sous forme multi-lits.

4) Fractionnement Le gaz purifié est ensuite envoyé dans l'unité de fractionnement 34 afin de séparer les différentes coupes, par exemple par distillation. En sortie de l'unité 34, on obtient par exemple du méthane (conduit 7), de l'éthane (conduit 8), du propane (conduit 9), du butane (conduit 10) et une coupe d'hydrocarbures lourds contenant plus de cinq atomes de carbone (conduit 11).

5) Régénération Le matériau contenu dans l'enceinte 32 qui fonctionne en alternance avec l'enceinte 31 est régénéré. Selon l'invention, on utilise un gaz de purge pour assurer la désorption des mercaptans adsorbés par le matériau contenu dans l'enceinte 32, le gaz de purge contenant un agent de déplacement.

Par agent de déplacement on entend un ou plusieurs composés hydrocarbures, de type hydrocarbures lourds (C5+), paraffines, naphtènes ou aromatiques. Ces composés peuvent être choisis parmi les composés hydrocarbures de la fraction C5+ du gaz naturel, saturés et/ou aromatiques.

Ces composés peuvent également être le benzène, le toluène, les isomères des xylènes, ou les composés aromatiques comportant un noyau substitué par un ou plusieurs groupements méthyl et/ou éthyl. L'agent peut comporter un des composés précités ou un mélange de plusieurs composés précités.

L'agent de déplacement contient au moins un composé pouvant s'adsorber sur le matériau adsorbant et ayant une affinité proche de celle des mercaptans. Par exemple, si une zéolithe 5A est utilisée, l'agent de déplacement peut contenir de préférence au moins une normale paraffine. Si une zéolithe 13X est utilisée, un mélange de composés hydrocarbures saturés et/ou aromatiques peut être utilisé. Lesdits composés aromatiques peuvent appartenir à la famille des BTX.

L'agent de déplacement peut être obtenu lors de l'étape de condensation et de fractionnement du gaz naturel dans le conduit 11 issu de l'unité de fractionnement 34. L'agent de déplacement peut également être introduit en partie ou en totalité par la ligne annexe 12.

Par exemple, l'agent de déplacement introduit par le conduit 13 dans le contacteur 33 est constitué, d'une part, par les hydrocarbures C5+, préférentiellement par la coupe C6+, et avantageusement par la fraction riche en composés aromatiques de type BTX issus de l'unité de fractionnement 34 et, d'autre part, par un appoint en composés hydrocarbures lourds, notamment une coupe C5+, et de préférence riche en composés aromatiques de type BTX introduit par le conduit 12.

Selon l'invention, une partie du méthane constituant le gaz purifié issu de l'enceinte 31 est utilisé comme gaz de purge. Le débit de gaz de purge peut être compris entre 1% et 50% du débit du gaz de charge arrivant par le conduit 1, par exemple compris entre 1% et 20%, avantageusement compris entre 1 et 10 %, et préférentiellement compris entre 1% et 5%. Par exemple une partie du gaz directement issu de l'enceinte 31 et/ou une partie de la fraction légère du gaz (coupe Cl et/ou C2) issu de l'unité de fractionnement 34 sont envoyées respectivement par les conduits 15 et 14 dans le contacteur 33 gaz/liquide pour être chargées avec l'agent de déplacement.

Le choix des conditions de pression et température dans le contacteur gaz/liquide 33 pour charger le gaz de purge en agent de déplacement sont préférentiellement choisies de telle manière à ce que la pression relative de l'agent de déplacement dans le contacteur 33 soit inférieure à 1, de préférence inférieure à 0,8 de manière à limiter le phénomène de condensation capillaire dans les mésopores de l'adsorbant. La pression dans le contacteur 33 peut être comprise entre 0,5 MPa et 10 MPa, de préférence entre 2 MPa et 8 MPa, préférentiellement entre 3 MPa et 7 MPa. La température dans le contacteur 33 peut être choisie au plus égale à la température de déplacement dans l'enceinte 32 en mode de régénération, et préférentiellement inférieure de quelques degrés à celle qui sera utilisée pendant la phase de déplacement, de manière à ce que la pression relative de l'agent de déplacement dans le gaz de purge soit inférieure à 1. Par exemple, la température dans le contacteur 33 est comprise entre 0 C et 150 C, et de préférence entre 20 C et 100 C, et avantageusement entre 30 C et 80 C.

Le gaz issu du contacteur 33, chargé en fraction hydrocarbure lourde, dans les conditions de pression, de température et de débit du contacteur 33, constitue ainsi le gaz de purge, et est envoyé par le conduit 18 dans l'enceinte 32 fonctionnant en mode de régénération. L'enceinte 32 peut fonctionner sous une pression comprise entre 1 MPa et 10 MPa, de préférence entre 2 MPa et 8 MPa, et à une température comprise entre 0 C et 150 C, de préférence entre 30 C et 100 C.

Le rôle de l'agent de déplacement est de se substituer dans le matériau adsorbant aux mercaptans adsorbés, qui sont libérés et évacués avec le gaz de purge par le conduit 19. On récupère par le conduit 19 en sortie de l'enceinte 32 un gaz de purge contenant une quantité importante de mercaptans désorbés, typiquement à une concentration de 2 à 20 fois supérieure par rapport à la concentration de mercaptan dans le gaz à traiter arrivant par le conduit 1.

Dans l'enceinte 32, le gaz de purge étant exempt de mercaptan, un équilibre entre les mercaptans adsorbés et ce gaz va s'installer, conduisant à une désorption partielle des mercaptans adsorbés dans l'enceinte 32. En raison de la nature des isothermes d'adsorption des mercaptans, une quantité très importante de gaz serait nécessaire pour réaliser une désorption significative des mercaptans à température modérée, entre 0 C et 150 C. L'avantage d'introduire, selon l'invention, un agent de déplacement est de favoriser l'échange entre la désorption des mercaptans et l'adsorption de l'agent de déplacement sur le matériau adsorbant. En sortie de l'enceinte 32, le gaz de purge est enrichi en mercaptans et ne contient qu'une quantité plus faible d'agent de déplacement. La quantité de gaz de purge nécessaire à la désorption des mercaptans varie notamment en fonction de la teneur en agent de déplacement contenue dans le gaz de purge. Une teneur élevée en agent de déplacement permet de réduire de manière significative la quantité de gaz de purge nécessaire pour régénérer le matériau adsorbant contenu dans l'enceinte 32. L'affinité relative de l'agent de déplacement vis-à-vis du matériau adsorbant, comparativement à celle des mercaptans, est également un paramètre permettant de réduire la quantité de gaz de purge à utiliser.

6) Traitement du gaz de purge chargé en mercaptans Le gaz issu de l'enceinte 32 par le conduit 19 est chargé en mercaptans. Ce gaz est traité dans l'unité de lavage 35 afin d'éliminer au maximum les mercaptans, par exemple par lavage avec une solution alcaline de soude ou de potasse. Les mercaptans sont évacués par le conduit 21. Puis, le gaz lavé est renvoyé par le conduit 20 avec le gaz naturel brut pour être traité. Le gaz lavé peut ne pas subir le traitement de désacidification et, éventuellement, le traitement de déshydratation opérés dans l'unité de traitement 30. Ainsi, le gaz lavé est mélangé soit avec le gaz brut circulant dans le conduit 1, soit avec le gaz brut désacidifié obtenu à l'unité 30, soit avec le gaz brut désacidifié et déshydraté circulant dans le conduit 5.

La figure 3 représente un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel l'enceinte d'adsorption des mercaptans est placée après l'unité de fractionnement du gaz en coupe Cl, C2 et/ou C1+C2. Sur la figure 3, les éléments identiques aux éléments de la figure 1 portent les mêmes références.

Le gaz naturel à traiter arrivant par le conduit 41 est introduit dans l'unité de traitement 30 pour être déshydraté et désacidifié. Les composés acides H2S et CO2 sont évacués par le conduit 42 et l'eau est évacuée par le conduit 44. Le gaz traité sortant de l'unité 30 par le conduit 45 est appauvri en eau et en composés acides H2S et CO2, mais contient encore des mercaptans, en teneur pouvant être supérieure à 200 ppm molaire en équivalent soufre.

Le gaz circulant dans le conduit 45 est introduit dans l'unité de fractionnement 34 afin de séparer les différentes coupes. Le méthane est évacué par le conduit 46, l'éthane par le conduit 47, le propane par le conduit 48, le butane par le conduit 49, et les hydrocarbures comportant plus de cinq atomes de carbone sont évàcués par le conduit 50.

Le méthane circulant dans le conduit 46 et éventuellement l'éthane circulant dans le conduit 47 sont introduits dans l'enceinte 31 contenant un matériau adsorbant les mercaptans. Le gaz purifié sort de l'enceinte 31 par le conduit 53. Il contient des mercaptans, des composés acides et de l'eau en quantités inférieures aux teneurs spécifiées par les contraintes commerciales.

Une partie du gaz purifié est évacuée par le conduit 54 pour la commercialisation.

Une autre partie du gaz purifié est dirigée par le conduit 55 dans le contacteur gaz/liquide 33 pour être chargée en agent de déplacement arrivant par le conduit 52. L'agent de déplacement est un hydrocarbure lourd contenant au moins cinq atomes de carbone (C5+). L'agent de déplacement peut provenir du conduit 50 issu de l'unité de fractionnement et/ou être introduit par le conduit 51.

Le gaz chargé avec l'agent de déplacement est introduit par le conduit 15 56 dans l'enceinte 32 contenant un matériau adsorbant afin d'assurer la désorption des mercaptans.

Le gaz chargé en mercaptans évacué par le conduit 57 de l'enceinte 32 est introduit dans l'unité de lavage 35 afin d'éliminer au mieux les mercaptans. Les mercaptans sont évacués de l'unité de lavage 35 par le conduit 58, le gaz évacué par le conduit 59 est recyclé avec le gaz à traiter circulant dans le conduit 41. Le gaz lavé circulant dans le conduit 59 peut ne pas subir le traitement de désacidification et, éventuellement, le traitement de déshydratation opérés dans l'unité de traitement 30. Ainsi, le gaz lavé est mélangé soit avec le gaz brut circulant dans le conduit 41, soit avec le gaz brut désacidifié obtenu à l'unité 30, soit avec le gaz brut désacidifié et déshydraté circulant dans le conduit 45.

L'adoucissement des coupes propane (conduit 48), butane (conduit 49) et/ou hydrocarbures lourds (conduit 50) peut être réalisé par un procédé 2861403 16' d'oxydo-réduction, par exemple par le procédé connu sous le nom commercial Sulfrex. Dans cette configuration, une unité de récupération de l'agent de déplacement des coupes légères traitées peut être prévue.

Selon les procédés décrits en relation avec les figures 1, 2 et 3, les enceintes, 31 et 32 fonctionnent alternativement en mode adsorption (adsorption des mercaptans contenus dans le gaz à traité) puis en mode régénération (désorption au moyen du gaz de purge des mercaptans piégés par le matériau adsorbant).

Après un temps déterminé, on intervertit les enceintes 31 et 32. L'interversion peut être effectuée lorsque le matériau contenu dans l'enceinte fonctionnant en mode régénération est suffisamment régénéré pour pouvoir fonctionner en mode adsorption. L'interversion peut égalementêtre effectuée lorsque le matériau contenu dans l'enceinte fonctionnant en mode adsorption est trop chargé en mercaptans pour pouvoir continuer à assurer la purification du gaz à traiter.

Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible d'adapter le procédé 20 de l'invention pour fonctionner avec trois, ou plus de trois, enceintes contenant un matériau adsorbant.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1) Procédé de purification d'un gaz naturel contenant des mercaptans, comportant les étapes suivantes: a) on purifie ledit gaz par mise en contact avec une première quantité de matériau adsorbant, b) on mélange une partie du gaz purifié obtenu à l'étape a) avec une phase 10 liquide d'hydrocarbures comportant plus de cinq atomes de carbone, c) on met en contact le mélange obtenu à l'étape b) avec une deuxième quantité de matériau adsorbant chargé en mercaptans.

2) Procédé selon la revendication 1, dans lequel: É on effectue l'étape a) sous une pression comprise entre 2 MPa et 10 MPa et à une température comprise entre -40 C et 100 C, É à l'étape b), ladite partie de gaz purifié constitue entre 1% et 50% dudit gaz naturel, É on effectue l'étape b) sous une pression comprise entre 0,5 MPa et 1OMPa et à une température comprise entre 0 C et 150 C de sorte que la pression relative desdits hydrocarbures dans ladite partie de gaz purifiée soit inférieure à 1, É on effectue l'étape c) sous une pression comprise entre 1 MPa et 10 MPa, et à une température comprise entre 0 C et 150 C.

3) Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel après un temps déterminé, à l'étape a) on purifie ledit gaz naturel par mise en contact avec la deuxième quantité de matériau adsorbant, et à l'étape c) on met en contact le mélange obtenu à l'étape b) avec la première quantité de matériau adsorbant.

4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel avant l'étape 5 a) on réduit les quantités de CO2, d'H2S et d'eau contenues dans le gaz naturel.

5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le gaz naturel comporte des hydrocarbures comportant au moins cinq atomes de carbone et dans lequel avant l'étape a), on sépare une fraction dudit gaz naturel, la fraction comportant des hydrocarbures comportant au moins cinq atomes de carbone, et dans lequel ladite phase liquide de l'étape b) comporte ladite fraction.

6) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le gaz naturel comporte des hydrocarbures comportant au moins cinq atomes de carbone et dans lequel on sépare une fraction du gaz purifié obtenu à l'étape a), la fraction comportant des hydrocarbures comportant au moins cinq atomes de carbone, et dans lequel ladite phase liquide de l'étape b) comporte ladite fraction.

7) Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel avant l'étape a), on déshydrate le gaz naturel par mise en contact du gaz naturel avec une troisième quantité de matériau adsorbant.

8) Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel on lave le gaz chargé en mercaptans obtenu à l'étape c) avec une solution absorbante des mercaptans, puis on recycle le gaz lavé.

9) Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le matériau adsorbant constituant lesdites première et deuxième quantités comporte au moins un des matériaux suivants: une zéolithe, un charbon actif, un adsorbant mésoporeux de type alumine activée, et un adsorbant mésoporeux de type gel de silice.

10) Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le matériau adsorbant constituant lesdites première et deuxième quantités comporte au moins un des matériaux suivants: une zéolithe de type A, une zéolithe de type faujasite X, une zéolithe de type faujasite Y, un charbon actif possédant une surface spécifique BET comprise entre 200 m2/g et 2000 m2/g, un adsorbant mésoporeux de type alumine activée possédant une surface spécifique BET comprise entre 100 m2/g et 800 m2/g, et un adsorbant mésoporeux de type gel de silice possédant une surface spécifique BET comprise entre 100 m2/g et 800 m2/g.

11) Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel lesdits hydrocarbures contenant plus de cinq atomes de carbone comportent au moins l'un des composés suivants: un hydrocarbure saturé, un hydrocarbure aromatique, une paraffine, et un naphtène.