Chapitre III
Procédés de séparation du gaz naturel
Introduction
Le gaz naturel subit des traitements afin d’assurer la bonne qualité qui est un facteur
essentiel dans sa commercialisation. En plus de cette exigence du client, un traitement
rigoureux s’impose pour faciliter son transport et sa distribution par canalisation. La qualité du
gaz naturel est caractérisée par certaines spécifications notamment le pouvoir calorifique, la
teneur en C5+ et la teneur en eau.
Le gaz brut venant des puits subit un traitement en chaîne pour éliminer l’eau, récupérer les
fractions d’hydrocarbures lourds (Condensat) et le G.P.L (Propane et butane). Un traitement
complémentaire est nécessaire dans le cas des gaz acides (décarbonatation et désulfuration).
Le traitement du gaz naturel s’effectue selon des procédés qui sont caractérisés par les
moyens de réfrigération qu’ils utilisent. Parmi ces moyens nous distinguons :
• La vanne Joule –Thomson,
• La boucle de propane,
• Le turbo – expander.
Dans ce travail, on décrira les procédés PRITCHARD et HUDSON, notons que ce dernier se
distingue par l’utilisation d’un turbo-expander qui lui permet d’être autonome pour ses besoins
en frigories. Pour illustrer un procédé qui utilise à la fois une boucle de propane et un turboexpander, le procédé d’ALRAR est conseillé.
1. Procédé Pritchard
1.1. Principe de fonctionnement
Le gaz brut venant des puits à 140 bars et 65 °C est refroidit a travers une série d’échangeurs
gaz /gaz et de chillers au propane avant d’être détendu isenthalpiquement dans une vanne
Joule-Thompson jusqu'à 80 bars et -3 °C. Les liquide récupérer dans les différents ballons
séparateurs sont stabilisés dans le déethaniseur puis fractionnés en condensât et en GPL dans le
débutaniseur. Pour son fonctionnement normal, le procédé Pritchard (figure 8) utilise une
boucle de propane pour ses besoins en frigories [4]. Le propane d’appoint est produit dans une
unité indépendante qui comprend:
 Un dépropaniseur,
 Un rebouilleur,
 Une unité de séchage de propane.
Les gaz moyen pression venant du déethaniseur sont déshydratés dans un contacteur au TEG
(tri éthylène glycol). Sur le site, il est nécessaire d’avoir une unité de régénération de TEG et une
section pour la recompression des gaz moyen pression.
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Figure 8: Procédé Pritchard
2. Procédé Hudson
2.1. Principe de fonctionnement
Le gaz brut provenant des puits arrive au module de traitement à 140 bars et 65°C, entre
dans un diffuseur qui le répartit en trois charges, alimentant chacune un train. La capacité de
production d’un train est de 20.106 Sm3 de gaz sec.
Le gaz brut refroidi par les aéroréfrigérants à 40°C entre dans le premier ballon où il est
séparé en gaz, condensat et eau. Le gaz sortant du D101 est d’abord refroidi dans les
échangeurs gaz/gaz à -6 °C et ensuite détendu par une vanne à 100 bars et -17 °C. Le gaz du
D102 subit une détente isentropique à travers une turbine d’expansion appelée turbo-expander
jusqu’à 64 bars et -35 °C. Les gaz froids du D103 passent côté calandre de l’E102 et cèdent
leurs frigories au gaz brut circulant côté tube. Les hydrocarbures liquides récupérés dans les
différents ballons de séparation sont stabilisés au dééthaniseur puis envoyés au débutaniseur
pour être séparés en condensat et GPL. L’énergie obtenue grâce à la détente isentropique est
utilisée pour comprimer le gaz sec par le compresseur de turbo-expander de 64 bars à la
pression du gazoduc de gaz de vente (voir figure 9).
2.2. Cas de fonctionnement
Le procédé Hudson permet une grande flexibilité d’exploitation. La diminution de la
pression de gisement et la variation de la pression de la pipe de gaz de vente imposent cette
variété de cas de fonctionnement qui sont présentés dans le tableau suivant:
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Tableau 1: Cas de fonctionnement (Valeur design)
2.2.1 Cas IA (turbo-expander en service)
Ce cas de fonctionnement est caractérisé par l’utilisation du turbo-expander pour détendre le
gaz et récupérer ainsi le maximum de fractions condensables. La température obtenue grâce à
la détente isentropique à travers la turbine et de -35 °C. Le taux de condensation de l’effluent
de gaz est de 4.3%.
2.2.2 Cas IIA (vanne Joule Thompson en marche)
Quand le turbo-expander est à l’arrêt pour des raisons de maintenance, l’effluent de gaz
passe par la turbine, puis à travers une vanne où il subit une détente isenthalpique par l’effet
Joule Thompson. Dans ces nouvelles conditions d’exploitation, la température obtenue en fin
de détente n’est que de -22 °C. Le taux de condensation de l’effluent de gaz se réduit à 3,63%.
Figure 9: Procédé Hudson
3. Procédé d’Alrar
Dans ce procédé de traitement de gaz on trouve une combinaison entre les deux autres
procédés de traitement. Pour assurer les besoins en frigories, il utilise à la fois une boucle de
propane et un turbo-expander. Dans le schéma du procédé (figure 10) le gaz alimente les trains
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de traitement à 67 bars et 100 °C. Le gaz est refroidit à 27 °C par des aéroréfrigérants puis par
des chillers au propane. La température finale obtenue grâce aux refroidissements successifs est
de -34 °C. La détente à 30 bars à travers le turbo-expander permet d’atteindre -65 °C. Les
liquides obtenus à différents niveaux sont stabilisés puis fractionnés en GPL et condensat.
Figure 10: Procédé d’Alrar
4. Comparaison entre les trois procédés
La comparaison entre les deux procédés utilisés à Hassi R’mel montre que:
- Le procédé Pritchard utilise une boucle de propane indépendante et complexe qui comporte
plusieurs équipements, induisant des coûts supérieure pour l’exploitation et la maintenance.
- Le procédé Hudson utilise un turbo-expander. Cet équipement simple, monté sur un skid, ne
nécessite aucune maintenance particulière, tant qu’il est utilisé dans des bonnes conditions. Les
coûts de maintenance, pour ce procédé, sont relativement faibles.
Le tableau 2 suivant présente une comparaison entre les trois procédés: Richard, Hudson et
Alrar
Tableau 2: comparaison entre les trois procédés
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