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Procédé pour l'extraction, par lavage, de constituants à partir de mélanges gazeux
La présente invention a pour objet un procédé de lavage, qui convient en particulier pour l'extraction d'hydrocarbures avec deux et un plus grand nombre d'atomes de carbone à partir de mélanges gazeux, tels que gaz de distillation à basse température, gaz naturel ou gaz de four à coke. Jusqu'ici on ne pouvait, dans des procédés de lavage, expulser les gaz dissous, restant dans le liquide de lavage, après décharge de la pression, qu'au moyen d'un gaz auxiliaire, provenant d'une source étrangère, ou par chauffage.
Il a été constaté qu'on peut réaliser le dégazage d'un liquide de lavage, qui a absorbé des constituants de solubilités différentes,sans gaz auxiliaire ni sans apport de chaleur, en mettant en liberté, en totalité ou en partie,par une détente préalable, les constituants plus difficilement solubles et en les faisant ensuite passer, à une pression inférieure à la pression de
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détente préalable, à contre-courant par rapport au liquide de lavage, dans une colonne de rectification, de sorte qu'ils expulsent les constituants plus facilement solubles.
Le procédé est expliqué de façon détaillée ci-après dans son application, à titre d'exemple, à l'obtention d'hydrocarbures avec 2 et un plus grand nombre d'atomes de carbone, qu'on peut utiliser à l'état liquéfié comme combustible moteur, appelé ci-après "gasol", à partir de az de four à coke, en référence à la fig.l des dessins ci-joints.
1 désigne un compresseur, qui comprime le gaz dont on part à environ 3 - 4 atm. Ce gaz est ensuite refroidi,-à contrecourant par rappor t au gaz résiduaire sortant de l'installation,- dans les réfrigérants 2 et 4 et dans le réfrigérant à eau 3 intercalé entre ceux-ci., à la température d'environ 0 , à laquelle le lavage doit être effectué. Par ce refroidissement, il se sépare les hydrocarbures benzéniques, éventuellement contenus dans le gaz, ainsi que la majeure partie de l'eau à l'état liquide, que l'on recueille dans le séparateur 5.
Comme agent de lavage pour le gasol, on utilise avanta- geusement une fraction, obtenue lors de la récupération de benzène au moyen d'huile de lavage, avec les points d'ébullition limites 150-180 (solvent naphta), qui possède à la température de lavage une tension de vapeur suffisamment basse, de sorte qu'il ne se produit pratiquement pas de pertes en liquide de lavage.
Pour assurer le dégazage du liquide de lavage,on soumet le gaz froid, conformément à l'invention, dans la colonne 6,d'abord à un lavage préalable avec une quantité de liquide qui ne s'élève qu'à environ 2 - 4 de la quantité totale de liquide employée pour le lavage ; parce lavage préalable, on extrait du gaz pratiquement tous les hydrocarbures comportant plus de 3 atomes de carbone.
L'évacuation de la chaleur de dissolution des constituants,condensés en 6, peut le cas échéant avoir lieu de manière appropriée par un serpentin réfrigérant 12.
Le liquide de lavage, évacué en 16 de la colonne 6,est
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débarrassé, dans une colonne de rectification,qui est chauffée à sa partie inférieure jusqu'au point d'ébullition du solvant,des constituants dissous,et le solvant régénéré est renvoyé après refroidissement à l'opération de lavage. Les pertes inévitables en solvant,qui se produisent au cours du procédé,peuvent, lorsque le gaz contient des constituants à point d'ébullition élevé, être couvertes en partie par la fraction d'hydrocarbures benzéniques à point d'ébullition élevé, qui a été séparée du gaz. On doit par conséquent, dans ces conditions, employer autant que possible pour le lavage du gasol l'une des fractions à point d'ébullition le plus élevé des constituants extraits par lavage dans la première phase du procédé.
Le mélange gazeux, sortant de la première colonne de lavage 6, est amené à la colonne de lavage principale 7, dont on détermine la quantité d'agent de lavage de telle manière que la quantité désirée d'hydrocarbures soit absorbée. En général, il devrait être suffisant de n'extraire par lavage que la moitié environ des hydrocarbures à 2 atomes de carbone, car autrement,d'une part, le pouvoir calorifique du gaz résiduaire est trop fortement abaissé, et, d'autre part, la pression du gasol, chargé à l'état liquéfié dans des tubes d'acier,devient indésirablement élevée.
Le gaz résiduaire, sortant de la colonne 7,est chauffé dans les échangeurs de température à contre-courant 4 et 2 et est ensuite détendu jusqutà la pression atmosphérique dans la machine à détente 17,reliée de préférence directement au compresseur,de sorte qu'o.n récupère une partie du travail de compression. Comme on récupère ainsi, dans le cas le plus favorable,environ la moitié du travail de compression, le procédé est particulièrement économique lorsque la détente est supprimée et que le gaz résiduaire est utilisé directement sous pression,comme par exemple lors de la distribution de gaz à distance ou pour un fractionnement subséquent en ses constituants par refroidissement à basse température.
Dans ces conditions,on effectue avantageusement l'opération d'obtention de gasol sous la même pression qui est nécessaire pour l'utilisation ultérieure de ce
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gasol.
Une partie du liquide, recueilli à la partie inférieure de la colonne 7, est chargée comme liquide de lavage dans la colonne précédente 6.
La quantité principale de ce liquide est dégazée conformément au nouveau procédé et elle est,dans ce but,d'abord détendue, à partir de la pression de fractionnement,dans le séparateur 9, à la pression atmosphérique ou à une pression légèrement inférieure à celle-ci; le mélange gazeux, mis en liberté par cette détente préalable, est introduit à la partie inférieure de la colonne de dégazage 8 et sert ici au dégazage du liquide de lavage,amené à partir du séparateur 9 à la partie supérieure de la colonne 8. On maintient la pression dans la colonne de dégazage 8 à une valeur si faible, -le cas échéant moins de 1/10 atm-, que la quantité de gaz dont on dispose peut mettre en liberté pratiquement de façon complète le gasol dissous dans le liquide de lavage.
Il est ici particulièrement avantageux que les hydrocarbures à plus de 3 atomes de carbone aient déjà été extraits,pratiquement de façon complète, par le lavage préalable dans la colonne de lavage 6,de sorte qu'il ne reste plus à effectuer,dans la colonne de dégazage 8,que l'extraction des hydrocarbures contenant jusqu'à 3 atomes de carbone.
Le gasol brut,c'est-à-dire le mélange d'hydrocarbures avec 2 et un plus grand nombre d'atomes de carbone,qui sort de la colonne de dégazage 8 à la partie supérieure de celle-ci,est comprimé à nouveau, dans le compresseur à piston ou le turbo-compresseur ll,à la pression atmosphérique.
Le nouveau procédé peut être appliqué avec un avantage particulier à l'extraction simultanée d'hydrogène sulfuré à partir du mélange gazeux traité. Lorsqu'on détermine la quantité d'agent de lavage en vue de l'extraction,par lavage,de l'hydrogène sulfuré,chose pour laquelle il est seulement nécessaire d'accroître légèrement la quantité L'agent de lavage, on obtient ainsi, en même temps que l'extraction du gasol,une séparation pratiquement complè-
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te de l'hydrogène sulfuré.
Dans le gasol sortant du compresseur 11 est contenue dans ces conditions la totalité de l'hydrogène sulfu- ré du mélange gazeux et on peut, par suite de sa concentration, ac- crue approximativement 20 fois, l'en éliminer facilement par des procédés économiques d'épuration,par exemple par un lavage par une lessive de carbonate, alors que ces procédés ne sont pas applica- bles pour les faibles concentrations en hydrogène sulfuré, qui se présentent autrement, comparativement aux quantités relativement grandes de CO2.
Le nouveau procédé convient par suite,non. seulement pour l'obtention de gasol, mais En même temps pour l'obtention des sous- produits les plus importants et pour l'épuration poussée de mélan- ges gazeux, tels que gaz de four à coke, gas de distillation à basse température, gaz naturel, etc. Il est seulement nécessaire de séparer au préalable le goudron et l'ammoniaque, tandis que la naphtaline, le benzène ou l'essence de pétrole, l'hydrogène sulfu- ré, le gasol sont obtenus d'une manière simple avec une dessicca- tion simultanée du gaz à un haut degré.
Si le mélange,obtenu de la manière décrite,d'hydrocarbu- res, avec plus de 2 atomes de carbone, présentait une certaine te- neur en méthane, qui produit, lors du remplissage dans des tubes d'acier,une pression de remplissage élevée de façon indésirable, on soumet le mélange brut à un nouvel enrichissement de ces hydro- carbures par une répétition du procédé suivant l'invention, comme il est expliqué par exemple en référence à la fig.2.
Le gasol brut,sortant du compresseur 11 (fig.1),est d'a- bord soumis en 19 à une désulfuration,est ensuite comprimé à 50 atm dans le compresseur 20 et est refroidi dans le réfrigérant à eau 21 et dans le réfrigérant à ammoniaque 22 à nouveau à 0 . La fraction ainsi obtenue à l'état liquide est recueillie dans le séparateur 23 et est constituée par du gasol à un haut degré de pureté. Le reste,à l'était: gazeux, est introduit dans la colonne 24, dans laquelle il est traité par une faible quantité du même agent de lavage,qui a servi à la première extraction par lavage et qui
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a également été comprimé à 50 atm par la pompe 25. Le gaz,sortant de la partie supérieure de la colonne 24,consiste principalement en méthane et est mélangé au gaz résiduaire.
Le liquide,obtenu à la partie inférieure de la colonne 24, est à nouveau dégazé d'après le procédé suivant l'invention. Dans ce but, le liquide est détendu jusqu'à une pression comprise entre la pression de lavage et la pression de dégazage, par exemple 10 atm, dans le séparateur 26, et le mélange gazeux ainsi obtenu est utilisé pour le dégazage du liquide de lavage à une pression faible appropriée, par exemple 1 atm, dans la colonne 27. Il sort du gasol pur à la partie supérieu- re de la colonne 27,tandis que le liquide régénéré,recueilli à la partie inférieure de cette colonne, est renvoyé à l'opération de lavage en un endroit approprié.
En outre de l'extraction par lavage,décrite ci-dessus, d'hydrocarbures avec 2 et un plus ,,,rand nombre d'atomes de carbone, à partir de mélanges gazeux au moyen de solventnaphta,on peut encore citer,à titre d'exemple, pour le nouveau procédé ae dégazage, les possibilités suivantes d'application.
On lave 1000 m3 d'un gaz,contenant 2 % d'hydrogène sulfuré, 25 % d'acide carbonique et 73 % d'hydrogène ou d'autres gaz difficilement solubles,sous une pression de 12 atm,avec 35 m3 d'eau.
Si l'on détend l'eau,saturée de gaz, à une pression de 1/3 atm, on peut récupérer 79 % de l'hydrogène sulfuré, la pompe à vide devant aspirer 114 m3 de gaz.
Si au contraire, conformément au procédé suivant l'invention,on effectue d'abord une détente intermédiaire à 2,2 atm et si on utilise les gaz, ainsi mis en liberté, pour un dégazage ultérieur sous une pression de 1/3 atm, on peut ainsi récupérer environ 91 % de l'hydrogène sulfuré, de sorte que l'hydrogène sulfuré est enrichi de 15 %. Si en outre on détend l'eau, de la pression de détente intermédiaire de 2,2 atm,d'abord seulementjusqu'à la pression atmosphérique,et si l'on évacue séparément le gaz qui de dégage, la pompe à vide ne doit,sans abaisser le rendement,entrainer que 57 m3 de gaz.
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Lors de l'utilisation,comme solvant,de fractions provenant de la distillation de pétrole ou de la transformation de charbon en combustible liquide, avec un point d'ébullition d'environ 150-180 , il ne faut,pour le lavage de 1000 m3,sous une pression de 12 atm, que 6,5 m3 d'agent de lavage , Par une détente intermédiaire à 2,8 atm et un dégazage à 0,1 atm, conformément au nouveau procédé, on récupère 98 % de l'hydrogène sulfuré,et en outre la concentration de 1''hydrogène sulfuré dans les gaz de dégazage est de 27 %.
Bien que les gaz de dégazage doivent dans ce cas être comprimés à partir de 0,1 atm, la consommation totale d'énergie est, par suite de la quantité plus faible de gaz de dégazage et de la quantité plus faible d'agent de lavage, au total plus petite que lors de l'utilisation d'eau comme agent de lavage.
Le procédé suivant l'invention est applicable de façon générale lorsqu'un liquide de lavage absorbe,à partir d'un mélange gazeux, des constituants présentant des solubilités différentes.
Par le choix des pressions lors du lavage, de la détente préalable et du dégazage,ainsi que de la quantité du liquide de lavage, on peut régler à volonté la quantité totale et les proportions des différents constituants à faire passer en solution, ainsi que les pertes en constituants gazeux dans le liquide de lavage après le dégazage.
REVENDICATIONS
1) Procédé pour le dégazage d'un liquide de lavage, qui a absorbé des constituants de solubilités différentes à partir d'un mélange gazeux, caractérisé en ce qu'on soumet le liquide de lavage d'abord à une détente préalable et en ce qu'on emploie les constituants plus difficilement solubles, ainsi mis en liberté, à une pression inférieure à la pression de détente préalable, pour expulser du liquide de lavage les constituants plus facilement solubles.