Bibliographie & annexes
Présentation
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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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Conclusion
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7. Traitement des gaz de queue
En sortie de l'unité Claus, après conversion de l'H2S du gaz acide en soufre, le gaz ne peut être rejeté à l'atmosphère ou envoyé à l'incinérateur sans un traitement additionnel, du fait de la teneur résiduelle en H2S et de la présence de SO2 issue de la première étape de la réaction de Claus, qui convertit l'H2S en SO2 par oxydation. Les teneurs en H2S et en SO2 sont de quelques centaines de ppmv, même si ces teneurs peuvent être réduites par la mise en œuvre de technologie de type Superclaus. La norme relative à la limitation des rejets à l'atmosphère impose une valeur limite de 35 mg/m3 d'oxydes de soufre (valeur exprimée en équivalent SO2). Un traitement de ce gaz doit donc être réalisé avant de pouvoir être envoyé à l'incinérateur afin d'éliminer le SO2 et aussi l'H2S résiduel, qui conduirait à une formation d'oxydes de soufre dans l'incinérateur.
Les procédés de traitement de gaz de queue sont essentiellement des procédés par oxydation, absorption ou catalytique et plus généralement une combinaison de ces technologies.
Les procédés catalytiques correspondent à une finition de la réaction de Claus à basse température, parmi lesquels on peut citer les procédés par voie humide (Clauspol, développé par IFPEN) et des procédés par voie sèche, comme les procédés CBA (BP Amoco) et le procédé Sulfreen (développé par Lurgi et la SNPA) qui utilise un catalyseur de type alumine qui adsorbe l'H2S et le SO2 .
Les procédés par absorption mettent en œuvre généralement un solvant chimique sélectif (cf. description § 3.4), précédé d'une étape de réduction des composés soufrés en H2S, en présence d'H2 et d'un catalyseur, par exemple à base de cobalt et de molybdène, parmi lesquels on peut citer les procédés SCOT...
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Traitement des gaz de queue
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Natural gas in the world. - Cedigaz (2014).
-
(2) - Underground gas storage in the world. - Cedigaz (2013).
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(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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