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RÉSUMÉ
Le gaz naturel permet de répondre à l'accroissement de la demande énergétique mondiale, tout en répondant aux besoins de respect de l'environnement, d'où un marché mondial en croissance. La disparité des sources induit des compositions variables et la nécessité de développer des technologies adaptées. Après une présentation du marché du gaz naturel et des objectifs du traitement, cet article décrit l'ensemble des étapes de séparation et de purification du gaz et les différentes technologies existantes: séparation des hydrocarbures liquides, désacidification, déshydratation et séparation des hydrocarbures liquides valorisables. Sont également introduites brièvement les étapes de traitement du gaz acide issu de l'étape de désacidification (chaîne de production du soufre).
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Julia MAGNÉ-DRISCH : Ingénieur de l'École supérieure de chimie organique et minérale (ESCOM) - Docteur en chimie – sciences pétrolières de l'Université Pierre et Marie Curie (Paris VI), France - Chef du département Séparation - Chef de projet Traitement de gaz IFP Énergies nouvelles
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Sébastien GONNARD : Ingénieur de l'École supérieure de chimie physique électronique de LYON (ESCPE), France - Ingénieur recherche, conception et modélisation de procédés IFP Énergies nouvelles
INTRODUCTION
Le gaz naturel est une énergie d'utilisation souple, offrant des réserves abondantes et émettant moins de CO2 que le pétrole pour une même quantité d'énergie dégagée. À ce titre, il joue un rôle important dans la transition énergétique en attendant le déploiement de nouvelles énergies à contenu moindre en carbone. Le gaz naturel permet d'aider à répondre à l'accroissement de la demande énergétique mondiale, tout en répondant aux besoins de respect de l'environnement.
Le marché du gaz naturel est en croissance, avec une prévision d'une augmentation de la demande en gaz de 1,6 % pour le gaz naturel et de 3 % pour le gaz naturel liquéfié. Afin de répondre à cette demande, à un horizon 2035, les capacités de traitement à installer constituent un enjeu majeur pour les opérateurs gaziers et pour les fournisseurs de technologies.
La chaîne de traitement du gaz naturel, depuis la tête de puits jusqu'à une utilisation commerciale, comporte plusieurs étapes successives qui vont dépendre de la nature du gaz (composition H2S, CO2 , COS, mercaptans, hydrocarbures lourds, aromatiques…), des conditions de disponibilité (température, pression, débit), de l'application visée (gaz naturel liquéfié ou non) et des spécifications imposées, du fait de l'application visée mais aussi variables selon les pays. Le choix des technologies est donc dépendant de critères techniques mais aussi de critères économiques.
L'objectif de la chaîne de traitement du gaz est de :
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désacidifier le gaz brut (élimination du CO2 et de l'H2S) afin de répondre aux spécifications requises pour une utilisation, mais aussi afin de pouvoir transporter le gaz ou le liquéfier ;
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éliminer les composés soufrés tels que les mercaptans, le sulfure de carbonyle (COS) ou le disulfure de carbone (CS2) qui sont présents en faibles teneurs mais contribuent à la teneur en soufre total dans le gaz ;
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déshydrater le gaz ;
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dégasoliner le gaz traité afin de récupérer les hydrocarbures liquides valorisables ;
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traiter le gaz acide issu de l'étape de désacidification par une chaîne de production du soufre permettant de minimiser les rejets de gaz soufrés à l'atmosphère (H2S, SO2).
Cet article présente une revue des technologies existantes pour réaliser les différentes étapes nécessaires dans la chaîne de traitement du gaz naturel. Les procédés de liquéfaction ne sont pas abordés dans ce dossier.
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MOTS-CLÉS
absorption adsoption Tamis moléculaire Traitement du gaz naturel Soufre Désacidification Déshydratation Dégasolinage
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4. Déshydratation
4.1 Objectif de la déshydratation
Quelle que soit son origine, le gaz naturel contient toujours de l'eau, qu'elle provienne directement du réservoir ou qu'elle soit introduite lors des différentes opérations de traitement comme la désacidification par exemple. La présence d'eau entraîne différents problèmes pour les exploitants, suivant les conditions de température et de pression qui règnent dans une installation. La vapeur d'eau peut provoquer la formation d'hydrates, se solidifier ou se condenser et favoriser la corrosion ou entraîner des problèmes d'opérabilité. Pour éviter ces phénomènes, il est nécessaire de réduire la teneur en eau du gaz par une technique de traitement approprié .
La qualité de la déshydratation dépend fortement du type d'application retenu pour le gaz. Pour le transport, le gaz naturel est déshydraté jusqu'à des teneurs de l'ordre de 7 lb/MMscf (pound/Million standard cubic feet), cette valeur pouvant être plus basse dans les régions froides (par exemple 1 à 2 lb/MMSCF en Alaska).
Le pound (lb, livre anglaise) est une unité anglosaxone de masse : 1lb ≈ 0,4536 kg.
MMscf (Million de Standard Cubic Feet, pieds cube standard) est une unité de volume très utilisé dans le domaine gazier. 1 scf correspond à 1 pied cube (ft3) aux conditions standards de température et pression (15 °C et 1 atm) : 1 ft3 ≈ 0,0283 m3
Pour les applications GNL, il est courant de descendre à des teneurs de l'ordre de quelques ppmv correspondant à des points de rosée de l'ordre de – 100 °C et inférieurs.
Afin d'atteindre ces spécifications, plusieurs méthodes sont disponibles :
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refroidir le gaz au-dessous de son point de rosée initial avec ou sans compression préalable puis séparer l'eau condensée. Cette méthode nécessite l'ajout d'inhibiteurs pour prévenir la formation d'hydrates lors du refroidissement ;
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déshydratation par absorption dans un solvant liquide (par exemple, glycol ou méthanol) ;
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adsorption...
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Déshydratation
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Natural gas in the world. - Cedigaz (2014).
-
(2) - Underground gas storage in the world. - Cedigaz (2013).
-
(3) - POLASEK (J.C.), JERRY (A.), BULLIN - Design and optimization of integrated amine sweetening, claus sulfur and tail gas cleanup units by computer simulation. - Bryan Research and Engineering, Inc., Technical Papers (2006).
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(4) - BERGEL (M.), TIERNO (I.) - Sweetening technologies – A look at the whole picture. - World Gas Conference, p. 2215-2231 (2009).
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(5) - RAYNAL (L.), GOMEZ (A.), CAILLAT (B.), HAROUN (Y.) - CO2 capture cost reduction : use of a multiscale simulations strategy for a multiscale issue. - Oil and Gas Sci. and Tech., 68(6), p. 1093-1108 (2013).
-
(6) - RAYNAL (L.), BOUILLON (P.-A.), GOMEZ (A.), BROUTIN (P.) - From MEA to demixing solvents and future...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
CEDIGAZ http://www.cedigaz.org
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Arrêté du 27/06/90, JO n° 191 du 19 août 1990
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CLAUS C.F., British Patent n° 5958
HAUT DE PAGE4.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
AXENS ...
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