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La technologie de zone de congélation contrôlée

Des chercheurs d’ExxonMobil ont inventé et breveté la technologie Controlled Freeze Zone™, un processus révolutionnaire qui sépare plus efficacement les impuretés du gaz naturel.

La technologie CFZ pourrait aussi rendre le captage et la séquestration du carbone meilleur marché et plus efficace pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Cette technologie est entièrement au point et son application commerciale est possible.Cette technologie CFZ brevetée vise la portion significative des ressources gazières du monde d’aujourd’hui, qui contiennent de grandes quantités de dioxyde de carbone (CO2). La technologie CFZ présente également la capacité de traiter le gaz naturel avec un large éventail d’impuretés. Les prévisions indiquent que d’ici 2040 le gaz naturel devrait croître en importance plus que les autres sources d’énergie, en partie grâce à la production d’électricité, son empreinte carbone étant nettement plus faible que celle du charbon. L’application de la technologie CFZ à l’échelle mondiale pourrait donc augmenter le pool de ressources en gaz naturel propre et bon marché.

La technologie CFZ sépare efficacement les impuretés du gaz naturel et est moins coûteuse que les technologies existantes, exigeant moins d'équipements et d’étapes de fonctionnement. Ceci augmente son attrait, plus particulièrement pour les opérations offshore et à distance.

La technologie CFZ fonctionne en retirant le COet le sulfure d’hydrogène (H2S) du gaz naturel dans une section spécialement conçue d’une tour de distillation ; dans cette section, le COest congelé de manière contrôlée.

Ensuite, le COest refondu puis fait l’objet d’une distillation supplémentaire pour en tirer le méthane, un gaz précieux. Ce COpeut alors être injecté en sous-sol pour la séquestration ou utilisé pour la récupération assistée de pétrole. Le gaz naturel restant a maintenant atteint le niveau souhaité de pureté.

Avec les méthodes traditionnelles, le COest extrait à très basse pression et doit être comprimé à nouveau et à un coût substantiel pour être injecté dans des sites de stockage souterrains. En revanche, la technologie CFZ extrait le COsous forme d’un liquide sous haute pression, présentant ainsi un net avantage commercial. De ce fait, la technologie CFZ pourrait diminuer le coût du captage et de la séquestration du carbone.

Les avantages de la technologie CFZ

La technologie CFZ présente les avantages suivants par rapport aux traitements traditionnels du gaz pour l’enlèvement du CO2 et du H2S du gaz naturel :

Traitement en une seule étape

  • Satisfait aux exigences de qualité des gazoducs de gaz naturel sans polissage supplémentaire
  • N’exige pas de régénérer le solvant, d’effectuer une récupération supplémentaire, ni d’installations de déshydratation en aval

Il n’existe aucune limite à la teneur en CO2 ou H2S

  • Traite aisément les gaz fortement acides
  • Tolère aisément les augmentations de concentration de composants de gaz acides pendant toute l’existence de l’installation
  • Son coût avantageux par rapport aux technologies concurrentes s’améliore lorsque la teneur en gaz acides augmente

Fonctionnement sous haute pression

  • Libère les gaz acides sous la forme d’un liquide non corrosif sec, à haute pression, qui peut être injecté en sous-sol pour la récupération assistée de pétrole ou dans des formations géologiques pour la séquestration permanente.
  • Remplace la compression du gaz par une technologie de pompage, réduisant ainsi les exigences en équipements et en énergie nécessaires à l’injection des gaz acides ou la récupération assistée de pétrole. 

Constitue une solution de rechange aux usines de récupération du soufre

  • Extrait le H2S et les autres composés sulfureux avec le CO2 pour élimination
  • Présente une solution alternative attrayante par rapport à la construction et au fonctionnement coûteux d’usines de soufre

Économies globalement réalisées

  • Simplifie le processus et diminue la quantité de matériels nécessaires, faisant de la la technologie CFZ une solution peu coûteuse
  • Réduit la consommation de gaz combustible, permettant des revenus supérieurs pour la vente du gaz ; permet l’intégration rentable du traitement du gaz, de l’injection de gaz acides et/ou des opérations de production d’électricité

La commercialisation mondiale de la technologie CFZ

L’usine pilote de Clear Lake, près de Houston au Texas, a démontré le concept de la technologie CFZ pour la première fois en 1986. L’usine pilote traitait du gaz naturel contenant de hauts niveaux de CO2 (jusqu’à 65 %) et à un rythme atteignant 17 000 mètres cubes par jour. La séparation réussie produisait un flux de gaz de tête présentant des taux de CO2 aussi faibles que 300 ppm, et un flux de CO2 liquide avec des teneurs aussi faibles que 0,5 % de méthane.

Toutefois, suite à un ralentissement du secteur causé par l'abondance de ressources de gaz naturel peu acide à un prix plus économique, les activités de développement furent suspendues jusqu’en 2005 environ.

En 2008, ExxonMobil a fait un pas de plus vers la commercialisation de sa technologie Controlled Freeze Zone (CFZ) en construisant une usine de démonstration commerciale (Commercial Demonstration Plant, CDP) sur le lieu de ses installations de traitement de Shute Creek à LaBarge dans le Wyoming. Cette usine possède une capacité allant jusqu’à 3970 000 m3 par jour. Après la fin de la construction et la mise en service, ExxonMobil a mené un programme de tests officiels de mars 2012 à novembre 2013.

L’usine CDP a traité avec succès une large gamme de flux de gaz acides (contenant entre 8 et 71 % de CO2 et jusqu’à 36 % de H2S). Les spécifications pour les gazoducs de gaz naturel (< 2 % de CO2 et < 4 ppm H2S) furent aisément satisfaites grâce aux fonctions de séparation efficaces de CFZ. Sous certaines conditions, le méthane produit satisfaisait aux normes de qualité de flux de GNL de < 50 ppm de CO2. Le projet a permis de démontrer un autre avantage essentiel de la technologie CFZ lors de son intégration dans l’usine d’injection de gaz acides de Shute Creek, à savoir la capacité à séparer le CO2 et le H2S du gaz naturel en flux de haute pression, sec et non corrosif, idéal pour l’utilisation de stockage ou de récupération assistée de pétrole. Pour obtenir des résultats comparables, les technologies concurrentes impliquent de coûteuses re-compressions à partir d’une vapeur humide et corrosive.

Les résultats des tests effectués par CDP ont montré un net avantage de la technologie pour les flux de CO2 de concentration supérieure à 20 %. Une installation normalisée pourrait être conçue, son activité étant concentrée sur le taux intéressant de méthane. Une grande flexibilité de traitement d’une large plage de contenu en CO2, allant de 20 à 75 %, pourrait être ajoutée en utilisant un système de réfrigération du gaz effluent pour condenser le CO2 excédentaire. Ceci présente d’importants avantages lorsque la technologie CFZ est utilisée dans les opérations EOR (Enhanced Oil Recovery/récupération assistée du pétrole) au cours desquelles la concentration de CO2 dans les gaz associés monte au fil du temps, lors de l’exploitation groupée de plusieurs champs ayant des teneurs en gaz acides plus élevées ou lorsque la teneur en gaz acides du réservoir exploité augmente au cours du temps. De plus, les installations standardisées permettent l’exploitation par phases de ressources plus importantes.

La technologie CFZ est prête pour une utilisation commerciale.

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