DESACIDIFICATION DE GAZ

EXEMPLE D APPLICATION PROSIMPLUS DESACIDIFICATION DE GAZ PAR LE PROCEDE PURISOL INTERET DE L'EXEMPLE Cet exemple traite d un procédé de désacidification d un flux d hydrogène par le procédé Purisol. Le solvant utilisé est la N-Methyl-2-Pyrrolidone (NMP). La désacidification est effectuée à travers un contacteur et la régénération du solvant utilise trois flashs successifs. L objectif du procédé de cet exemple est de diminuer fortement la teneur en CO2 du gaz entrant. L appoint de NMP est automatiquement calculé à l aide de modules simples. Cet exemple est établi d après [KOH97] qui décrit les principaux éléments de ce procédé. DIFFUSION Libre Internet Réservé clients ProSim Restreinte Confidentiel FICHIER PROSIMPLUS CORRESPONDANT PSPS_E5_FR Procédé Purisol.pmp3 Il est rappelé au lecteur que ce cas d'utilisation est un exemple et ne doit pas être utilisé à d'autres fins. Bien que cet exemple soit basé sur un cas réel il ne doit pas être considéré comme un modèle de ce type de procédé et les données utilisées ne sont pas toujours les plus exactes disponibles. ProSim ne pourra en aucun cas être tenu pour responsable de l'application qui pourra être faite des calculs basés sur cet exemple Copyright 25 ProSim, Labège, France - Tous droits réservés

Version : Février 25 Page : 2 / 3 TABLE DES MATIÈRES. MODELISATION DU PROCEDE... 3.. Présentation du procédé... 3.2. Schéma de simulation... 4.3. Constituants... 5.4. Modèle thermodynamique... 5.5. Conditions opératoires... 6.6. Initialisations... 8.7. «Trucs et astuces»... 8 2. RESULTATS... 9 2.. Bilans matière et énergie... 9 2.2. Performance du procédé... 2.3. Profils dans l absorbeur... 3. BIBLIOGRAPHIE... 3 Copyright 25 ProSim, Labège, France Tous droits réservés

Version : Février 25 Page : 3 / 3. MODELISATION DU PROCEDE.. Présentation du procédé Le procédé Purisol utilise la N-Methyl-2-Pyrrolidone (NMP) comme solvant. Ce procédé est particulièrement bien adapté pour la purification des gaz de synthèse à haute pression et haute teneur de CO2 pour les turbines des cycles combinés à gazéification intégrée (IGCC, Integrated Gasification Combined Cycle) à cause de sa haute sélectivité vis-à-vis du H2S. Le procédé Purisol permet également d éliminer le COS. La description du procédé est basée sur le schéma de simulation du paragraphe.2. Le gaz à traiter (courant ) est d abord refroidi dans l échangeur E avant de pénétrer en pied dans l absorbeur C (courant 3). Le solvant régénéré (courant 24) est alimenté en tête de l absorbeur C. Le gaz traité sort en tête de l absorbeur (courant 4) et le solvant enrichi en constituants acides et en hydrocarbures dissous sort en pied (courant 6). Le solvant est régénéré par trois détentes successives (V, V2, V3) allant de la pression opératoire de l absorbeur ( bars) à la pression atmosphérique. Le gaz issu de la première détente (courant 8), riche en hydrogène, est comprimé et recyclé en début du procédé. Les gaz issus des deux autres détentes (courants 3 et 6) sortent du procédé. Le liquide sortant de la dernière détente (courant 8) constitue le solvant régénéré. Le courant 2 est l appoint en NMP. Copyright 25 ProSim, Labège, France Tous droits réservés

Version : Février 25 Page : 5 / 3.3. Constituants Les constituants pris en compte dans la simulation ainsi que leurs formules chimiques et leurs numéros CAS sont présentés dans le tableau ci-après. Les propriétés de corps purs sont extraites de la base de données standard des logiciels ProSim [ROW]. Constituant Formule chimique Numéro CAS Hydrogen H2 333-74- Nitrogen N2 7727-37-9 Carbon monoxide CO 63-8- Methane CH4 74-82-8 Carbon dioxide CO2 24-38-9 N-methyl-2-pyrrolidone (solvant) C5H9NO 872-5-4.4. Modèle thermodynamique Compte tenu des niveaux de température et de pression considérés dans ce procédé et de la présence de constituants polaires (notamment le solvant), un modèle combiné, le modèle PSRK [HOL9], [GME95], [CHE2] est utilisé. Ce modèle est un modèle prédictif ne nécessitant pas d action de la part de l utilisateur si les décompositions en groupements fonctionnels des molécules sont renseignées et si les paramètres d interaction entre groupements sont disponibles. Copyright 25 ProSim, Labège, France Tous droits réservés

Version : Février 25 Page : 6 / 3.5. Conditions opératoires Alimentation du procédé Gaz brut Température ( C) 4 Pression (bar) Débit total (Nm 3 /h) Fraction molaire Hydrogen,6453 Nitrogen,38 Carbon monoxide,5 Methane,44 Carbon dioxide,335 Solvant, Absorbeur C Type de colonne Absorbeur Nombre d étages théoriques Pression de tête (bar) Vannes Type de vanne Vanne de détente Pression (bar) V, V2 5, V3, Séparateurs B, B2 et B3 Type de séparateur Type de flash Quantité de chaleur échangée Pression Séparateur diphasique L-V Flash à pression et quantité de chaleur échangée données Adiabatique La plus faible des alimentations Copyright 25 ProSim, Labège, France Tous droits réservés

Version : Février 25 Page : 7 / 3 Echangeurs E, E2 et E3 Type d échangeur Consignateur de température Température de sortie ( C) -5 Compresseur K Efficacité isentropique,84 Efficacité mécanique, Pression de refoulement (bar) Pompe P Type de pompe Pompe centrifuge Efficacité volumétrique,65 Efficacité mécanique, Pression de refoulement (bar) Mélangeurs M, M2 et M3 Type de mélangeur Pression de sortie Autre mélangeur La plus faible des alimentations Séparateurs S et S2 Type de séparateur Séparateur de constituants Taux récupération en tête N-methyl-2-pyrrolidone (solvant) Autres constituants Copyright 25 ProSim, Labège, France Tous droits réservés

Version : Février 25 Page : 8 / 3.6. Initialisations Le débit et la pureté du solvant (N-methyl-2-pyrrolidone) circulant dans la boucle sont initialisés dans le courant de solvant enrichi sortant de l absorbeur C (courant 6). Le débit et la pureté ont été choisis afin d obtenir moins de 4% molaire de CO2 dans le gaz traité. Solvant enrichi (courant 6) Initialisation Température ( C) -2 Pression (bar) Débit massique partiel (kg/h) Hydrogen Nitrogen Carbon monoxide Methane Carbon dioxide 83 54 Solvant 7.7. «Trucs et astuces» Les séparateurs de constituants S et S2 servent à collecter le solvant (N-methyl-2-pyrrolidone) perdu dans le gaz traité (courant 4) et dans les gaz issus des flashs (courants 3 et 6). Cette quantité de solvant constitue l appoint nécessaire. Afin de satisfaire le bilan matière, elle est recyclée dans le procédé via le courant 2. Copyright 25 ProSim, Labège, France Tous droits réservés

Version : Février 25 Page : 9 / 3 2. RESULTATS 2.. Bilans matière et énergie Ce document ne présente que les informations sur les courants les plus pertinents. ProSimPlus fournit cependant des résultats complets sur l ensemble des courants et des opérations unitaires du procédé. Courants 3 4 6 9 Débit total kg/h 894 834 495 7.828E5 2487. 2487. 7.796E5 Débit total Nm3/h.E5.72E5 764 2.6E5 79.8 79.8.9889E5 Fractions massiques HYDROGEN.789.7739.42659 6.E-5.647.647 7.9684E-6 NITROGEN.64566.683.34847 8.684E-6.2555.2555.86E-6 CARBON MONOXIDE.25484.2564.372 4.977E-5.44.44.357E-5 METHANE.4283.4275.2227 2.977E-5.3952.3952.7257E-58 CARBON DIOXIDE.88488.8873.3797.48.96599.96599.26 N-METHYL-2-PYRROLIDONE 4.7E-7.962E-5.8954.3858E-5.3858E-5.8979 Fractions molaires HYDROGEN.6453.63944.9292.2647.26483.26483.347289 NITROGEN.38.37799.5467 2.779E-5.2494.2494 5.7473E-6 CARBON MONOXIDE.5.4972.258.5527.8.8 4.2398E-59 METHANE.44.44552.6953.625.79852.79852 9.454E-58 CARBON DIOXIDE.335.33735.3787.289.748.748.2374 N-METHYL-2-PYRROLIDONE 6.9756E-8 5.2978E-7.78895 4.534E-6 4.534E-6.79577 Etat physique Vapeur Vapeur Vapeur Vapeur Liq./Vap. Température C 4-5 -5.3 -.92 83.4-5 -.337 Pression bar Flux enthalpique kcal/h 5.3545E5 -.795E6-9.3776E5 -.437E8 35228-43627 -.435E88 Fraction molaire vapeur.99997 Copyright 25 ProSim, Labège, France Tous droits réservés

Version : Février 25 Page : / 3 Courants 3 4 6 8 2 23 24 Débit total kg/h 249 7.547E5 464 7.363E5.2924 7.363E5 7.363E5 Débit total Nm3/h 2762.863E5 295.6522E5.2922.6522E5.6522E5 Fractions massiques HYDROGEN.24748 6.585E-8.293E-6 5.7272E- 5.7272E- 5.7272E- NITROGEN 5.6578E-5 2.6279E-8 4.8229E-7 3.9248E- 3.9248E- 3.9248E- CARBON MONOXIDE.457 2.658E-7 4.8643E-6 5.97E- 5.97E- 5.97E- METHANE.534.375E-6 2.3983E-5.E-8.E-8.E-8 CARBON DIOXIDE.99877.72474.99995.96.96.96 N-METHYL-2-PYRROLIDONE.26E-5.92752.9743E-5.9889.9889.9889 Fractions molaires HYDROGEN.5369 2.9687E-6 2.6398E-5 2.756E-9 2.756E-9 2.756E-9 NITROGEN 8.89E-5 8.5253E-8 7.5764E-7.3564E-.3564E-.3564E- CARBON MONOXIDE.64824 8.638E-7 7.6424E-6.8422E-9.8422E-9.8422E-9 METHANE.364 7.4633E-6 6.579E-5 7.9729E-8 7.9729E-8 7.9729E-8 CARBON DIOXIDE.99252.4966.99989.4229.4229.4229 N-METHYL-2-PYRROLIDONE 5.3648E-6.8533 8.7644E-6.95797.95797.95797 Etat physique Vapeur Vapeur Température C -5.985-5.985-4.366-4.366-7.429-3.862-5 Pression bar 5 5... Flux enthalpique kcal/h -.865E5 -.46E8-3.3E5 -.383E8-22.59 -.36E8 -.35E8 Fraction molaire vapeur 2.2. Performance du procédé Le tableau suivant présente les teneurs en CO2 dans le gaz brut et dans le gaz traité. Constituant Gaz brut Gaz traité CO2 33,5% mol. 3,78% mol. Copyright 25 ProSim, Labège, France Tous droits réservés

Version : Février 25 Page : / 3 2.3. Profils dans l absorbeur Dans ProSimPlus, les étages des colonnes sont numérotés de haut en bas (le premier étage correspond au plateau de tête et le dernier étage au plateau de pied). Copyright 25 ProSim, Labège, France Tous droits réservés

Version : Février 25 Page : 3 / 3 3. BIBLIOGRAPHIE [CHE2] CHEN J., FISCHER K., GMEHLING J., Modification of PSRK Mixing Rules and Results for Vapor Liquid Equilibria, Enthalpy of Mixing and Activity Coefficients at Infinite Dilution, Fluid Phase Equilib., 2, 4-429 (22) [GME95] GMEHLING J., From UNIFAC to Modified UNIFAC to PSRK with the Help of DDB, Fluid Phase Equilib., 7, -29 (995) [HOL9] HOLDERBAUM T., GMEHLING J., PSRK: A Group Contribution Equation of State Based on UNIFAC, Fluid Phase Equilib., 7, 25-265 (99) [KOH97] KOHL A., NIELSEN R., Gas Purification, Gulf Publishing, 5 th edition (997) [ROW] ROWLEY R.L., WILDING W.V., OSCARSON J.L., GILES N.F., DIPPR Data Compilation of Pure Chemical Properties, Design Institute for Physical Properties, AIChE, New York, NY (2) Copyright 25 ProSim, Labège, France Tous droits réservés