Jul 13,2026
Le gaz naturel, le gaz de raffinerie et le gaz de pétrole liquéfié (GPL) contiennent couramment du sulfure d’hydrogène (H 2S) et du dioxyde de carbone (CO 2). Ces gaz acides doivent être éliminés avant que le gaz ne puisse être transporté ou traité ultérieurement. Parmi les technologies disponibles pour le traitement des gaz, l’absorption par les amines reste la méthode la plus largement utilisée en raison de son rendement élevé d’élimination et de la possibilité de régénérer le solvant afin d’assurer un fonctionnement continu.
Dans les installations modernes de dessoufrement des gaz, des solvants tels que le MDEA (méthyldiéthanolamine), le DEA (diéthanolamine) et le MEA (monoéthanolamine) circulent en continu entre l’absorbeur et le régénérateur. Bien que ces solvants aminés soient recyclables, ils se contaminent progressivement au cours d’un fonctionnement prolongé. Des hydrocarbures lourds, des produits de dégradation, des sels thermostables, des particules de corrosion, des huiles lubrifiantes et d’autres impuretés s’accumulent dans la solution en circulation. Lorsque le niveau de contamination atteint un certain seuil, les performances globales du système amine commencent à se dégrader.
Pour cette raison, la filtration sur charbon actif est devenue un composant standard de nombreux systèmes de traitement à l’amine. Plutôt que d’éliminer directement le H₂S, le charbon actif maintient la propreté du solvant, permettant ainsi à la solution amine de fonctionner à son rendement prévu pendant une période beaucoup plus longue.
Chaque unité d’amines est exposée à des contaminants provenant de multiples sources. Le gaz alimentaire introduit souvent des hydrocarbures condensables, des huiles de compresseur et des particules solides fines. Par ailleurs, la corrosion interne génère du sulfure de fer et des particules de rouille, tandis que le chauffage répété lors de la régénération du solvant produit progressivement des composés de dégradation qui se dissolvent dans la solution amine.
Bon nombre de ces contaminants ne peuvent pas être éliminés par des filtres mécaniques classiques, car ils sont dissous plutôt que suspendus. À mesure que la contamination augmente, les opérateurs observent généralement un moussage instable, une efficacité d’absorption réduite, une augmentation de la perte de charge et des pertes accrus de solvant. Dans les cas graves, une contamination excessive peut même entraîner un arrêt imprévu afin de remplacer le solvant ou de nettoyer l’équipement.
Parmi les divers solvants aminés, le MDEA est largement utilisé en raison de sa sélectivité excellente pour l’élimination du H₂S. Toutefois, un fonctionnement prolongé entraîne inévitablement l’accumulation d’hydrocarbures, de sels thermostables, de produits de dégradation, de particules de fer et d’autres contaminants. Ces impuretés réduisent non seulement l’efficacité de désulfuration, mais constituent également l’un des plus grands défis opérationnels dans les installations à amines : la formation d’écume.
La formation d’écume dans les solutions aminées constitue l’une des causes les plus fréquentes de pertes opérationnelles. Une écume sévère provoque un entraînement de liquide, une augmentation de la différence de pression à travers les absorbeurs et les régénérateurs, une réduction de la capacité de traitement et une mauvaise efficacité de transfert de masse. Par conséquent, le gaz naturel traité peut ne pas respecter les spécifications relatives au H₂S. De grandes quantités de solution amine peuvent également être entraînées en aval par l’écume, entraînant des pertes chimiques continues. Les exploitants sont souvent contraints de réduire le débit de l’installation et d’injeter continuellement des agents anti-écume, ce qui augmente considérablement les coûts d’exploitation.
Les principales causes de la formation d'écume sont les hydrocarbures lourds (C5+), les huiles lubrifiantes, les huiles pour compresseurs, les matières solides en suspension et les produits de dégradation des amines. Ces substances agissent comme des tensioactifs, réduisant la tension superficielle de la solution amine et favorisant la formation d'une écume persistante.
Par conséquent, le maintien de la qualité du solvant est tout aussi important que le choix d'une formulation amine appropriée.
Le charbon actif granulaire (GAC) est généralement installé dans une boucle de filtration par dérivation, où une partie de l'amine pauvre circule en continu à travers le lit de charbon actif avant de revenir au procédé.
Grâce à sa structure poreuse très développée et à sa vaste surface interne, le charbon actif adsorbe efficacement une large gamme de contaminants organiques dissous.
Contrairement aux filtres à cartouche ou à sac, qui éliminent principalement les matières en suspension, le charbon actif retient les hydrocarbures, les produits de dégradation, les agents tensioactifs, les acides organiques et d'autres composés responsables de l'encrassement du solvant. En éliminant continuellement ces impuretés, le charbon actif maintient la qualité du solvant sans interrompre le fonctionnement de l'installation.
Un solvant plus propre améliore non seulement l'efficacité du traitement des gaz, mais prolonge également la durée de vie utile du solvant, réduit la fréquence de remplacement et diminue les coûts d'exploitation à long terme.
Dans les systèmes de circulation d'amines, l'adsorption par charbon actif constitue l'une des méthodes les plus efficaces pour prévenir les phénomènes d'écumage et d'encrassement. Plutôt que de simplement piéger les particules, le charbon actif élimine les contaminants par adsorption — un procédé de séparation à la surface, piloté par des interactions moléculaires.
Charbon actif élimine efficacement les sels thermostables, les produits de dégradation, les hydrocarbures, les agents moussants et les impuretés colorées des solutions d’amines. Dans les systèmes à MDEA, sa fonction principale est d’éliminer les hydrocarbures et les contaminants responsables de la formation d’écume.
L’écumage constitue l’un des problèmes opérationnels les plus courants dans les unités de traitement aux amines. Une écume stable réduit le contact gaz-liquide à l’intérieur de l’absorbeur, ce qui diminue l’efficacité de l’élimination du H 2S et du CO₂ tout en augmentant l’entraînement de solvant et la consommation d’énergie de régénération.
L’expérience sur le terrain montre systématiquement que l’écumage excessif est étroitement associé à l’accumulation de contaminants organiques dans le solvant. Le charbon actif réduit efficacement la concentration de ces composés, rendant l’écume moins stable et permettant aux bulles de s’effondrer plus rapidement.
Des études menées sur des solutions de MDEA contaminées ont démontré qu’un contact suffisant entre le charbon actif et le solvant améliore considérablement l’efficacité de l’élimination des contaminants. Les usines équipées de filtres efficaces à charbon actif connaissent généralement moins d’incidents de moussage, un fonctionnement plus stable et une durée de vie prolongée du solvant.
Des recherches indiquent également que les performances antimoousse du charbon actif dépendent directement à la fois du temps de contact et de la dose utilisée. Un temps de contact minimal d’environ 15 minutes est généralement requis pour obtenir une élimination satisfaisante des contaminants et une réduction du moussage. L’augmentation de la dose de charbon actif permet de supprimer davantage le moussage, des études signalant une relation presque linéaire jusqu’à environ 50 % en masse. Des mesures de tension superficielle ont confirmé que des solutions de MDEA fortement moussantes peuvent être purifiées jusqu’à atteindre un état presque exempt de mousse après un traitement approprié au charbon actif.
Tous les charbons actifs activés ne présentent pas la même performance dans les applications de filtration des amines. L’efficacité d’adsorption dépend de la structure des pores, de la matière première, de la résistance mécanique et de la distribution granulométrique.
Un charbon actif granulaire de haute qualité doit posséder un réseau poreux bien développé, capable d’adsorber les contaminants organiques tout en conservant une excellente dureté pour résister à un fonctionnement continu avec une usure minimale.
Pour les raffineries et les installations de traitement du gaz naturel, le choix du charbon actif approprié influence directement les performances de purification. Les critères essentiels de sélection comprennent :
Nombre d’iode : Indique la capacité d’adsorption pour les molécules de petite taille. Le charbon actif destiné à la filtration des amines requiert généralement une valeur d’iode supérieure à 900 mg/g ; des valeurs d’iode plus élevées offrent généralement de meilleures performances d’adsorption.
Structure des pores : Il s'agit du facteur le plus critique. Les hydrocarbures lourds, les gommes et les asphaltènes sont des molécules relativement volumineuses, ce qui rend indispensable une structure mésoporeuse (2–50 nm) et macroporeuse (>50 nm) bien développée. Le charbon actif à base de coque de noix de coco est riche en micropores et idéal pour l’adsorption des petits produits de dégradation, tandis que le charbon actif granulaire à base de charbon offre une proportion plus élevée de mésopores, ce qui le rend plus adapté à l’élimination des hydrocarbures et des substances moussantes. Une microporosité excessive, prise isolément, risque d’être obstruée par de petites molécules et de réduire l’adsorption des contaminants plus volumineux.
Résistance mécanique : Dans les systèmes liquides sous pression à circulation continue, un charbon actif peu résistant se désintègre facilement en fines particules, ce qui peut aggraver le phénomène de moussage et obstruer les filtres de précision en aval. Une dureté supérieure à 95 % est généralement recommandée.
Surface spécifique : une surface spécifique d’au moins 800 m²/g est recommandée afin de garantir une capacité d’adsorption suffisante, tandis que les produits haut de gamme dépassent souvent 1 000 m²/g.
Le choix du bon charbon actif et la surveillance régulière de la qualité du solvant peuvent considérablement améliorer les performances de filtration et prolonger la durée de vie utile.
Dans une grande usine de traitement du gaz naturel souffrant d’un moussage sévère de l’amine MDEA, le remplacement du milieu filtrant par du charbon actif granulaire de 8 *à 30 mailles a totalement éliminé le moussage, rétabli les différences de pression normales aussi bien dans l’absorbeur que dans le régénérateur, stabilisé les concentrations de H 2S dans les spécifications du gaz produit, réduit les pertes de transfert d’amine de plus de 70 % et diminué de façon spectaculaire la consommation de produits antimoousse.
Dans une autre installation, charbon actif à base de charbon le filtre installé en aval de la pompe de circulation de l’amine a réduit les mousses de 90 %, amélioré la stabilité globale du système et diminué la consommation d’énergie de régénération d’environ 15 %. Des rapports sectoriels indiquent également que des systèmes de filtration au charbon actif correctement conçus peuvent réduire les coûts de renouvellement de l’amine de 15 à 30 % tout en réduisant de près de 50 % les arrêts non planifiés.
Conclusion
Bien que le charbon actif ne remplace pas les solvants aminés pour l’élimination des gaz acides, il joue un rôle essentiel dans le maintien de la propreté du solvant et la garantie d’un fonctionnement stable des unités de dessouchage des gaz. En éliminant les contaminants organiques dissous que les filtres mécaniques ne parviennent pas à capturer, le charbon actif limite la formation de mousse, réduit l’encrassement, améliore l’efficacité du traitement des gaz et prolonge la durée de vie du solvant.
À mesure que les installations de traitement du gaz naturel continuent de privilégier la fiabilité opérationnelle et la réduction des coûts, un système de filtration au charbon actif correctement conçu demeure l’un des investissements les plus pratiques et les plus rentables pour optimiser les performances à long terme des usines de traitement aux amines.
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