II GÉNÉRALITÉS SUR L'UNITÉ
U88
Le traitement des gaz est une étape indispensable dans
l'industrie du raffinage. Les procédés correspondants ont pour
rôle d'éliminer des contaminants inévitables tel que l'H2S
et le CO2. L'élimination du sulfure d'hydrogène se fait souvent
par des procédés d'absorption utilisant des solvants chimiques.
Les solvants les plus utilisés sont les «alcanolamines» tel
que la monoéthanolamine (MEA), la diéthanolamine
(DEA), la méthyldiéthanolamine
(MDEA), la triéthanolami ne (TEA).
L'extraction des gaz acides (H2S, CO2) par ces solvants
engendre souvent des problèmes tels que la corrosion des installations
de traitement, la dégradation de la solution d'amine, le moussage de la
solution d'amine lorsqu'elle est en contact avec des hydrocarbures liquides.
II-1 Le but de l'unité U88
Les gaz issus des différents dégazages produits
par le procédé de raffinage des complexes de la SIR (DHC, HSK et
SMB) contiennent de l'H2S .Leur passage à l'unité de lavage aux
amines (DEA) permet de réduire leur teneur en soufre.
Le procédé de traitement est basé sur
l'absorption chimique de l'hydrogène sulfuré grâce à
une solution aqueuse contenant de la diéthanolamine (DEA à 10 %).
Ensuite, par chauffage, dans une colonne de régénération
on élimine le soufre et on régénère ainsi la
solution aqueuse active qu'on réinjecte dans les absorbeurs.
Ces gaz traités sont ensuite utilisés au niveau
du complexe DHC comme charge A (gaz H2 M P pauvre en H2S) et charge B (gaz H2
HP pauvre en H2S) et de la CENTRALE (Gaz BP pauvre en H2S utilisé pour
alimenter le réseau combustible). (Voir Figure 2)
Le but principal de l'unité est de s'assurer que les
gaz lavés sont conformes aux spécifications demandées par
les autres services utilisatrices de ces gaz. En cas de non-conformité,
on agira sur les variables opératoires de l'unité pour obtenir
des gaz aux spécifications demandées.
- 10 -
Gaz riche en H2S venant de la DHC
Gaz riche en H2S venant de HSK3
Gaz riche en H2S venant de HSK2
U88
Gaz riche en H2S vers réseau torche
Charge B vers la DHC (Gaz HP pauvre en H2S)
|
Charge A vers la DHC (Gaz MP pauvre en H2S)
|
Réseau combustible Centrale (Gaz BP pauvre en
H2S)
Figure 2 : Liaison unité U88 avec les
autres unités de la SIR II-2 La capacité de traitement de
l'unité U88
L'unité U88 est composée de deux sections
Section 1 et Section 2 pouvant fonctionner de
façon autonome. Chaque section de l'unité peut fonctionner
à 50% de ses conditions de calcul.
NB : La section 1 est hors
service ; l'étude se portera sur la section 2. La section 2
est composée de 3 absorbeurs :
Absorbeur BP
> Capacité d'extraction : 4t/jour d'H2S
> Capacité hydraulique : 175kmoles / h de gaz HP non
traités (ou 4,827 kg/h) pour un PM du gaz de 28,6 kg/kmol.
Absorbeur MP
> Capacité d'extraction : 50t/jour d'H2S
> Capacité hydraulique : 350kmoles / h de gaz HP non
traités (ou 9,275 kg/h) pour un PM du gaz de 26,5 kg/kmol.
Absorbeur HP
> Capacité d'extraction : 7t/jour d'H2S
> Capacité hydraulique : 240kmoles / h de gaz HP non
traités (ou 1,344 kg/h) pour un PM du gaz de 5,6 kg/kmol
- 11 -
II-3 / UMM/Mt P11SNiMSHINniW13 CE II-3-1
La charge gazeuse
Les gaz riches en H2S issus des dégazages des
unités de production de la SIR constituent les charges de l'unité
U88.
Selon la pression des gaz à l'entrée de
l'unité, celle-ci est subdivisée en 3 sections.
> La section gaz BP (Basse Pression : 6 bars eff) riche en
H2S.
> La section gaz MP (Moyenne Pression : 16 bars eff) riche en
H2S.
> La section gaz HP (Haute Pression : 26 bars eff) riche en
H2S.
Selon le livre de procédé de heurtey industries
(livre de procédé de l'unité U 88) les gaz BP, MP et HP
doivent avoir une composition suivante Tableau 6, pour un bon
fonctionnement de l'unité. Tableau 6 : Compostions en %
mol des gaz à traiter
|
GAZ BP NON TRAITE
|
28.6
|
20
|
10
|
23
|
28
|
12
|
3
|
3
|
1
|
|
GAZ MP NON TRAITE
|
26.5
|
20
|
13
|
21
|
34
|
8
|
3
|
1
|
-
|
|
GAZ HP NON TRAITE
|
5.6
|
6
|
86
|
4.5
|
3
|
0.5
|
-
|
-
|
-
|
Tableau 7 : Origines des gaz sales riches en H2S
vers l'unité U88
|
HSK2
|
35B01
|
|
X
|
|
|
34B01
|
|
|
X
|
|
33B01
|
|
|
X
|
|
32B04
|
X
|
|
|
|
32B03
|
X
|
|
|
|
32B02
|
X
|
|
|
|
34B03
|
X
|
|
|
|
33B02
|
X
|
|
|
|
HSK3
|
81B07
|
X
|
|
|
|
81B09
|
X
|
X
|
|
|
82B01
|
|
X
|
|
|
83B05
|
|
X
|
|
|
84B01
|
|
|
X
|
|
84B04
|
X
|
|
|
|
DHC
|
87B02
|
|
X
|
|
|
87B03
|
|
X
|
|
|
87B07
|
|
X
|
|
|
87B08
|
|
X
|
|
|
87B16
|
|
|
Au démarrage
|
CA RACTERISTIQUE DES CHARGES PM
COMPOSITION (%molai re)
H2S H2 C1 C2 C3 IC4 NC4 C5
DÉGAZAGE VERS U88 ABSORBEUR
COMPLEXES EQUIPEMENTS
BP (6bars) MP (16bars) HP (26bars)
- 12 -
Le Tableau 7 donne l'origine des gaz
alimentant les absorbeurs BP, MP et HP. Les dégazages basse pression de
HSK2 transitent par le ballon B2003 avant d'arriver au niveau du réseau
BP de l'unité U88.
II-3-2La charge liquide
Les alcanolamines sont dérivées de l'ammoniac
dans lequel les atomes d'hydrogène sont remplacés par un groupe
Alcool (ex. méthanol, éthanol). Elles contiennent donc trois
groupes fonctionnels : les groupes amines [H-N], les groupes
hydroxyles [-OH], et les groupes aliphatiques
[-CHm]. Les alcanolamines les plus communément
utilisées dans les applications industrielles du raffinage sont :
> Monoéthanolamine (MEA) et Diglycolamine (DGA) :
amines primaires;
> Diéthanolamine (DEA) et Diisopropanolamine (DIPA) :
amines secondaires ; > Triéthanolamine (TEA) et
Méthyldiéthanolamine (MDEA) : amines tertiaires ;
Figure 3 : Formules chimiques des
différents Alcanolamines
La charge liquide de l'unité de lavage aux amines est la
Diéthanolamine. Elle a pour rôle d'absorber l'H2S contenus dans
les gaz sales.
Les caractéristiques de la DEA pure sont :
> La densité à 20°C = 1.097
> Le point de congélation = 28°C
> Le point d'ébullition = 270°C
> Le poids molaire = 105 g/mol
- 13 -
La diéthanolamine (DEA) soluble dans l'eau est
utilisée diluée à 10% ce qui permet > D'abaisser son
point d'ébullition
> D'éviter qu'elle se fige dans les tuyauteries
> De diminuer sa viscosité.
II-3-3 Les produits obtenus
Après traitement des gaz dans l'unité de lavage des
gaz sales BP, MP, HP ; on obtient des gaz avec une teneur en H2S plus
faible.
La teneur maximale en H2S des gaz après traitement est
indiquée dans le Tableau 8.
Tableau 8 : Teneur en H2S dans les gaz
traités admissible à la sortie de l'unité U 88
GAZ TRAITES TENEUR en H2S (ppm mole) MAXIMUN
Gaz BP Désulfuré <20
Gaz M P Désulfuré <20
Gaz HP Désulfuré <20
Ces produits obtenus après leur passage dans
l'unité U88 sont soit envoyés vers la DHC ou la CENTRALE selon
les besoins de chacune de ces unités.
II-4 Schéma de principe de l'unité (Voir
annexe 1 & 2)
L'unité de lavage section 2 se compose
principalement de deux types de colonnes.
> Les colonnes d'absorptions 88C11 ;
88C12 ; 88C13 dans lequel l'H2S est
absorbé par une solution d'amine pauvre.
> La colonne de régénération
88C14 qui libère l'H2S de la solution d'amine riche et
redonne une solution d'amine pauvre.
L'unité U88 peut être divisé en 4 parties
:
> La partie lavage des gaz BP comprenant les ballons
pièges 88B15 -88B16 et la colonne
88C13.
> La partie lavage des gaz MP comprenant les ballons
pièges 88B13-88B14 et la
colonne 88C12.
> La partie lavage des gaz HP comprenant les ballons
pièges 88B11-88B12 et la colonne
88C11.
> La partie régénération comprenant la
colonne de régénération 88C14 elle sert
à éliminer l'H2S contenu dans l'amine riche venant des
absorbeurs
- 14 -
Description succincte de l'unité U88 (Voir annexe
1 & 2)
> Les gaz sales issus des origines diverses venant des
dégazages des ballons des unités de la SIR (HSK et DHC) arrivent
à U88 dans les ballons séparateurs de condensats
(88B15-88B13-88B11) où les molécules lourdes
(C4-C5) d'hydrocarbures sont piégées.
> Les fonds des ballons séparateurs de condensats
(88B15-88B13-88B11) sont envoyés vers le ballon de
purge 88B20
> Les gaz sales issus des ballons séparateurs de
condensats sont envoyés au niveau des colonnes d'absorptions
(88C13-88C12-88C11)
> L'H2S des gaz sales est absorbé dans les absorbeurs
par la DEA pauvre en H2S.
> Les fonds des absorbeurs
(88C13-88C12-88C11) sont envoyés vers le ballon de
dégazage 88B17. Ce ballon sert à préparer
la charge du régénérateur en éliminant de la DEA
riche en H2S, les gaz résiduaires issus des différentes
absorptions au niveau des absorbeurs.
> Les gaz désulfurés issus des absorbeurs
sont envoyés dans les ballons séparateurs d'entraînement
(88B16-88B14-88B12) pour éviter l'entraînement de
DEA avec ceux-ci.
> Les fonds des ballons séparateurs
(88B16-88B14-88B12) d'entraînement sont envoyés
vers le ballon de purge 88B20.
> Les gaz désulfurés basse pression (BP) issus
du ballon séparateur d'entraînement 88B16 sont
envoyés au réseau fuel gaz au niveau de la centrale.
> Les gaz désulfurés moyenne pression (MP)
issus du ballon séparateur d'entraînement 88B14
sont envoyés au réseau hydrogène en charge A au niveau de
la DHC.
> Les gaz désulfurés haute pression (HP) issus
du ballon séparateur d'entraînement
88B12 sont envoyés au réseau
hydrogène en charge B au niveau de la DHC.
> La DEA chargée en H2S issue du ballon de
dégazage 88B17 est
régénérée au
niveau de la colonne de régénération
88C14.
> L'H2S issus de la colonne de
régénération est envoyé à la torche acide ou
vers l'usine à soufre non fonctionnelle actuellement.
- 15 -
II-5 La description du procédé
Parmi les procédés de purification, le
procédé de traitement par absorption chimique est largement
utilisé dans l'industrie du pétrole et du gaz. Les alcanolamines
sont souvent utilisées comme solvants extracteurs des gaz acides (H2S,
CO2). Ces solvants ne sont pas utilisés seuls, ils sont dilués
dans de l'eau dans des concentrations suffisantes pour obtenir la
basicité nécessaire à la réaction avec les gaz
acides.
Le principe du procédé est le suivant (Voir
Figure 4): On injecte, en bas de colonne de l'absorbeur, le
gaz riche contenant le soluté (H2S). L'amine pauvre comme solvant
descend la colonne à contre-courant et absorbe l' H2S à travers
les plateaux de la colonne. On obtient en haut de colonne un gaz pauvre en H2S,
et en bas de colonne une amine riche en H2S. Celle-ci traverse d'abord un
échangeur de chaleur côté calandre, et se réchauffe
d'avantage. Elle arrive au régénérateur et descend
à contre-courant d'une vapeur d'eau générée par un
rebouilleur. L'amine riche s'appauvri en H2S, traverse l'échangeur
côté tube, se refroidi et retourne à l'absorbeur comme
solvant pur. La vapeur d'eau chargée en H2S sort du
régénérateur par le haut de colonne.
Une fois condensée et passée au ballon de
reflux, l'eau liquide revient au régénérateur et le
l'hydrogène sulfuré H2S, toujours gazeux, est recueilli dans une
unité de soufre comme un distillat ou est brûlé à la
torche.
En conclusion : dans l'absorbeur, le soluté H2S est
absorbé par l'amine; dans le régénérateur, le
soluté est désorbé de l'amine par strippage.
Figure 4: Schéma simplifié du
procédé d'une unité de lavage aux amines
- 16 -
II-5-1 Le procédé d'absorption
Les gaz acides comme H2S et CO2 se dissocient dans un milieu
aqueux pour former un acide faible. Les amines, étant des bases
organiques faibles, elles se combinent chimiquement avec les gaz acides pour
former des complexes acido-basiques.
Le procédé principal consiste à absorber
l'H2S contenu dans les charges à traiter par la mise en contact de la
charge acide faible et du diéthanolamine base faible (DEA).
Le principe consiste à laver dans une colonne par
passage à contre courant de la DEA par le haut et par la charge gazeuse
par le bas à basse température et à haute pression
partielle d' H2S.On utilise la solubilité de l' H2S dans la solution
d'amine pour effectuer la séparation gaz raffinerie-H2S.
Le procédé est basé sur les
équilibres (1) et (2).
représente le radical H OH
A basse température et à haute pression de H2S,
la réaction exothermique de formation de sel est réalisée
(absorption). Cette réaction est exothermique, elle est favorisée
par l'augmentation de la pression et la diminution de la température.
II-5-2 Le procédé de
régénération
Le procédé par lequel la DEA est
régénérée consiste à porter à basse
pression et haute température la solution de DEA riche en H2S au point
d'ébullition des sels pour qu'il y ait décomposition et
libération de l'H2S.
La réaction chimique suivante est la réaction qui
se produit pendant la régénération. Ce sont les
réactions inverses de l'absorption (3) et (4)
qui se produisent :
(3)
?
(4)
La réaction est favorisée par :
> une diminution de la pression
> une augmentation de la température
On est toutefois limité par des réactions de
dégradation de l'amine qui se produit à partir de
180°C.
- 17 -
II-6 La description sommaire des circuits du
procédé
L'on rappelle que l'unité U88 section 2
peut être divisée en 4 circuits ou sections spécifiques qui
sont :
> La section absorbeur BP > La section absorbeur MP >
La section absorbeur HP > La section colonne de
régénération
II-6-1 La section absorbeur BP (Voir annexe
1)
Les gaz BP riches en H2S arrivent par différence de
pression dans le ballon séparateur de condensats 88B15
prévu pour réduire le risque d'entraînement des
hydrocarbures liquides dans la colonne d'absorption 88C13.Les
gaz issus de ce ballon 88B15 vont dans la colonne d'absorption
88C13 ou ils sont débarrassés de l'H2S par la
solution d'amine pauvre.
Les gaz désulfurés issus du sommet de l'absorbeur
88C13 passent ensuite à travers le ballon
séparateur 88B16 prévu pour limiter les
entraînements d'amines.
Les gaz BP désulfurés issus du ballon
88B16 sont envoyés vers le réseau fuel gaz sous
contrôle de pression.
La solution d'amine riche chargée en H2S est recueillie
en fond de l'absorbeur 88C13 puis est envoyée sous
contrôle de niveau vers le ballon de dégazage 88B17
qui sert à préparer la charge du
régénérateur.
II-6-2 La section absorbeur MP (Voir annexe
1)
Les gaz MP riches en H2S arrivent grâce à la
différence de pression dans le ballon séparateur de condensats
88B13 prévu pour réduire les risques
d'entraînement des hydrocarbures liquides dans la colonne d'absorption
88C12.Les gaz issus de ce ballon 88B13 vont
dans la colonne d'absorption 88C12 où ils sont
débarrassés de l'H2S par la solution d'amine pauvre. Les gaz
désulfurés issus du sommet de l'absorbeur 88C12
passent ensuite à travers le séparateur 88B14
prévu pour limiter les entraînements d'amines.
Les gaz MP désulfurés issus du ballon 88B14
sont envoyés vers l'unité d'hydrogène U86 (charge
A) à la DHC.
La solution d'amine riche chargée en H2S est recueillie en
fond de l'absorbeur 88C12 puis est envoyée sous
contrôle de niveau vers le ballon de dégazage
88B17.
- 18 -
II-6-3 La section absorbeur HP (Voir annexe
1)
Les gaz HP riches en H2S arrivent par différence de
pression dans le ballon séparateur de condensats 88B11
prévu pour réduire le risque d'entraînement des
hydrocarbures liquides dans la colonne d'absorption 88C11.Les
gaz issus de ce ballon 88B11 vont dans la colonne d'absorption
88C11 où ils sont débarrassés de l'H2S
par la solution d'amine pauvre.
Les gaz HP désulfurés issus du sommet de
l'absorbeur 88C11 passent ensuite à travers le ballon
séparateur 88B12 prévu pour limiter les
entraînements d'amines.
Les gaz HP désulfurés issus du ballon
88B12 sont envoyés vers l'unité
d'hydrogène U86 (charge B) de la DHC ou vers le réseau
fuel-gaz.
La solution d'amine riche chargée en H2S est recueillie
en fond de l'absorbeur 88C12 puis est envoyée sous
contrôle de niveau vers le ballon de dégazage
88B17.
II-6-4 La section de régénération
(Voir annexe 2)
La solution d'amine chargée en H2S venant du ballon
88B17 arrive par différence de pression dans
l'échangeur 88E11A/B pour être
préchauffée grâce à l'amine pauvre sortant du fond
de la 88C14 , puis sous contrôle de niveau, alimente la
colonne de régénération 88C14.
La chaleur de vaporisation nécessaire au stripping des
gaz acides de la solution d'amine riche est fournie par le rebouilleur
88E12. Celui-ci est alimenté sous contrôle
débit par la vapeur d'eau BP préalablement
désurchauffée par barbotage dans le ballon désurchauffeur
88B19. Les vapeurs de tête de la colonne de
régénération sont condensées dans
l'aérocondenseur 88EA12 puis recueillies dans le ballon
flash 88B18:
> La phase gazeuse riche en H2S est envoyée sous
contrôle de pression vers la torche pour être
brûlée.
> La phase liquide est reprise par la pompe de reflux
88P13A/B vers la colonne 88C14. La solution
d'amine pauvre en fond de la colonne 88C14 cédera ses
calories dans l'échangeur 88E11A/B à la solution
d'amine chargée en H2S. Puis elle est reprise et refoulée par la
pompe de recirculation 88P11A/B.
Sous contrôle de température de
l'aéroréfrigérant 88EA11 la solution
d'amine régénérée est envoyée vers les
absorbeurs 88C13 ,88C12, 88C11.
NB : Un dixième du débit de
circulation de la solution d'amine est filtré en permanence dans filtre
88FL11 pour éliminer les déchets et les sels
métalliques en suspension afin d'éviter le moussage de la
solution d'amine.
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