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PROCEDE D'EXTRACTION.
La présente invention a trait à un procédé d'enlèvement sélec- tif de constituants non désirables hors de fractions hydro- carbonées, par mise en contact de ces fractions avec de l'anhydride sulfureux. L'invention réside dans le fait de prévoir un procédé grandement simplifié pour séparer l'anhydre sulfureux, des mélanges d'hydrocarbures et d'anhydride sulfureux, résultant de la mise en contact.
Suivant la présente invention, des courants de raffinat et d'extrait, produits par la mise en contact d'un courant d'ali- mentation avec de l'anhydride sulfureux, sont chacun purifiés dans un systè- me simple, utilisant un dispositif de fractionnement du type à système de réébullition et une phase de lavage caustiqueo Le procédé peut, par consé- quent, être mis en oeuvre avec un minimum d'appareillage, et est caractérisée par exemplepar l'élimination de beaucoup de compresseurs et de toutes les phases d'évaporation, ordinairement utilisés dans le procédé d'extraction'' à 1-'anhydride sulfureux
Pendant de nombreuses annéesil a été estimé que certaines frac- tions hydrocarbonées obtenues dans le raffinage du pétrole pourraient être améliorées,
en ce qui concerne leur qualité, par enlèvement sélectif de cons- tituants hydrocarbonés aromatiques. Par exemple, la qualité du kérosène, en ce qui concerne ses caractéristiques de brûlage, peut être sérieusement améliorée par l'enlèvement d'hydrocarbures aromatiques et d'hydrocarbures contenant du soufre. En plus, l'indice de viscosité des huiles lubrifiantes, l'indice de cétane des combustibles Diesel, et d'autres propriétés peuvent être favorablement améliorés par l'enlèvement de.constituants indésirables hors de ces fractions de pétrole. En vue d'atteindre ces objectifs, une série de procédés de traitement ont été suggéréso Un de ces procédés consiste en une extraction par solvant, utilisant de l'anhydride sulfureux liquide pour
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extraire sélectivement les constituants mentionnés ci-avant.
Le procédé d'extraction par anhydride sulfureux a été utilisé commercialement depuis environ 1909. Cependant, tel qu'il est mis en oeuvre habituellement, le pro- cédé entraîne l'utilisation d'installations coûteuseso Le principal objet de la présente invention est de simplifier les procédés commerciaux d'extrac- tion par anhydride sulfureux, d'une manière que l'on peut constater par les économies de matériaux dans l'installation de traitement.
La manière suivant laquelle cela est atteint réside dans le pro- cédé utilisé pour traiter les courants de raffinat et d'extrait venant de la phase du procédé consistant en la mise en contact, avec de l'anhydride sulfureux. Jusqu'ici, on a considéré une limitation de liaison pour empêcher un chauffage des courants de raffinat et d'extrait jusqu'à des températures supérieures à environ 3000F. Pour cette raison, une séparation d'anhydride sulfureux, d'avec les courants d'extrait et de raffinat était réalisée par un système compliqué multi-phases d'évaporateurs.
On a maintenant trouvé qu'il est possible, en utilisant un dispositif de fractionnement d'Il type à système de réébullition, fonctionnant à une pression élevée, et en chauf- fant les courants d'extrait et de raffinat, bien au-dessus des températures courantes, d'effectuer une séparation sensiblement complète de l'anhydride sulfureux, d'avec la phase d'extrait ou de raffinat, dans une zone unique de fractionnement. Cette caractéristique et d'autres de la présente in- vention peuvent être appréciées en se référant aux dessins annexés qui illus- trent schématiquement une installation d'un procédé d'extraction englobant l'invention. La figure 1 des dessins est relative à une partie du procédé.
La figure 2 est un complément de la figure 1, montrant la partie restante de l'installation.
En se référant maintenant aux dessins, une description du pro- cédé complet sera donnée. En même temps,, des gammes pratiques de température et de pression seront données de manière à exemplifier une manière convena - ble de'mettre en pratique l'invention.
Au dessin, la référence 1 désigne une tour de traitement 1, dans laquelle de l'anhydride sulfureux liquide peut être mis en contact avec la fraction hydrocarbonée qui est à traiter. On peut supposer que la fraction hydrocarbonée à traiter est une fraction de kérosène. En fait, le présent procédé est d'application particulière au kérosène ou à l'huile Diesel ou, en d'autres mots, aux hydrocarbures de pétrole bouillant d'environ 325 et 650 F, bien que le procédé puisse etre appliqué à d'autres fractions, telles que les huiles lubrifiantes. Un courant d'alimentation convenable, tel que du kérosène, est introduit dans le système par la conduite 2. Il doit être compris que ce courant a été séché afin d'éliminer l'eau, et que le courant a également, de préférence, été sensiblement désaéré.
On peut utiliser des procédés coûtants d'élimination d'air et d'eau. A titre d'exemple, on sup- pose que le courant d'alimentation de la conduite 2 est à une température d'environ 80 F, de sorte qu'il est nécessaire de refroidir le courant jus- qu'à la température de traitement, par exemple, environ 20 F, avant l'intro- duction à la tour de traitement 1. La température de traitement est généra- lement de l'ordre de -10 F à +400F. A cet effet, le courant d'alimentation peut être envoyé à travers un échangeur de chaleur 3, en relation d'échange de chaleur avec'du raffinat venant de la tour 1, enlevé par la conduite 4, comme on le décrira. Il est aussi possible de faire tomber la température du courant d'alimentation, depuis environ 80 F jusqu'à environ 45 F.
Le refroidissement supplémentaire requis peut être réalisé en faisant passer le courant d'alimentation de kérosène par une conduite 5 vers un dispositif de refroidissement 6, dans lequel le courant est envoyé à travers des serpen- tins en relation d'échange de chaleur avec de: l'anhydride sulfureux liquide maintenu dans le dispositif de refroidissement 6, à une température d'environ 15 F, comme on le décrira ci-après. Cette opération sera efficace pour dé- croître la température du kérosène jusqu'à environ 20 F, de sorte que le ké-
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rosène peut être enlevé du dispositif 6 par la conduite 7 pour être introduit dans la tour de traitement 1.
L'anhydride sulfureux liquide est également enlevé du dispositif 6 et est mené par une conduite 8 pour être introduit à la tour de traitement 1.
La tour 1 de contact avec de l'anhydride sulfureux peut être de type courant, d'une nature convenable pour fournir la mise en contact intime de l'anhydride sulfureux liquide et du kérosène. Comme représenté, ceci peut être réalisé dans une tpur de traitement à contre-courant, équipée de moyens pour la mise en contact intime des deux courants. Par exemple, la tour 1 peut être remplie de macère de bourrage convenable, telle que des anneaux Raschig, ou d'autres moyens intérieurs de contact, de manière que le kérosène se déplaçant de bas en haut à travers la tour, à contre-courant par rapport à l'anhydride sulfureux se déplaçant de haut en bas à travers la tour, soit intimement contacté de cette manière. On préfère utiliser environ 20 à 150 volumes d'anhydride sulfureux par volume de kérosène traité.
La quantité particulière dépendra de la nature de la fraction hydrocarbonée traitée, et du degré d'extraction sélective désirée. La mise en contact de l'anhydride sulfureux et du kérosène, de la manière à contre-courant spéci- fiée, est efficace pour permettre un enlèvement d'un courant, au sommet de la tour, connu d'une manière générale comme étant la phase de raffinat, consistant principalement en constituants non aromatiques de l'alimentation hydrocarbonée, en même temps qu'en anhydride sulfureux. En général, la phase de raffinat contiendra environ 10 à 50% d'anhydride sulfureux et, après un¯. contact convenable, elle contiendra sensiblement moins de constituants aro- matiques que ceux contenus dans l'alimentation brute.
Dans le traitement de la phase de raffinat, il est nécessaire que l'anhydride sulfureux soit séparé des constituants hydrocarbonéso
Le courant de matière, enlevé au bas de la tour de traitement 1, par la conduite 9, est appelé d'une manière générale, la phase d'extrait, et consistera principalement en anhydride sulfureux en même temps qu'en constituants extraits de l'alimentation hydro-carbonée originale.. ¯ A nouveau, il est nécessaire, dans le traitement de ce courant, que les hydro- carbures soient séparés de l'anhydride sulfureux.
Comme indiqué, par conséquent, dans le procédé d'extraction par anhydride sulfureux, des;phases d'extrait et de raffinat sont obtenues, qui consistent en mélanges d'hydrocarbures et d'anhydride sulfureux. La nouveau- té particulière de la présente invention est relative à la manière suivant laquelle cette séparation est réalisée. Par essence, la séparation d'anhy- dride sulfureux d'avec la phase de raffinat est la même que la séparation d'anhydride sulfureux d'avec la phase d'extrait Cependant, de nombreux détails de ces deux séparations seront donnés en vue d'illustrer clairement le procédé de la présente invention.
En se référant d'abord à la séparation d'anhydride sulfureux d'avec la phase de raffinat, celle-ci,enlevée de la tour 1 par la conduite 4, peut être envoyée à travers l'échangeur de chaleur 3 de la manière précé- demment décrite. Cela sera efficace pour élever la température de la phase de raffinat d'environ 20 F jusqu'à environ 60 F. Il est désirable que la phase de raffinat soit chauffée jusqu'à une température beaucoup plus élevée, de sorte qu'un préchauffeur 10 est prévu dans la conduite 4, pour chauffer ledit raffinat jusqu'à une température de 200 F ou plus. Ceci aura pour effet de convertir la plus grande partie de l'anhydride sulfureux a la forme vapeur, alors qu'une portion seulement des constituants hydrocarbonés du raffinat seront vaporisés.
En introduisant alors la phase de raffinat chauffée de la conduite 4 dans le dispositif de fractionnement 11,' -on fractionnement effi- cace peut-être réalisé, avec'un circuit de réébullition pour fournir le restant des exigences en chaleur du fractionnement. Le dispositif de fractionnement 11 consistera en une tour pourvue de plateaux en suffisance pour fournir un total d'environ 4 plateaux théoriques.ou. plus.
La phase de raffinat de la conduite 4 est
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introduite à la zone de fractionnement au voisinage du milieu de celle-ci, de manière que le même nombre de plateaux environ soit prévu au-dessus du point d'alimentation qu'en dessous de ce point, Il est préférable que l'en- tièreté du fractionnement soit réalisée dans une zone fonctionnant à une pression nettement supérieure à la pression atmosphériques, dans le but ex- pliqué ci-après, en permettant une condensation d'anhydride sulfureux en utilisant de l'eau de refroidissement à des températures normalement disponi- bles.
En introduis'ant la phase de raffinat chauffée, à la tour 1, à environ 65 à 150 livres par pouce carré de pression effective, une portion de la pha- se de raffinat passera de bas en haut dans la zone de fractionnement sous for- me de vapeur, tandis que la pluq grande portion tombera vers le bas à travers la zone de fractionnement,sous forme d'un liquide.
Pour équilibrer les exi- gences en chaleur du fractionnement, un courant liquide est enlevé du bas du dispositif de fractionnement 11 par la conduite 12, et est envoyé à tra- vers le dispositif de réébullition 13 servant à élever la température du courant, d'une manière suffisante pour procurer la chaleur nécessaire, ce qui nécessite un chauffage jusqu'à environ 400 à 550 F. Dans un cas typique, le courant enlevé par la conduite 12 peut être retiré à une température d'en- viron 380 F, et sera chauffé dans le dispositif 13 jusqu'à une température d'environ 455 F, après quoi ledit courant est renvoyé alors du dispositif de fractionnement 11 par la conduite 14.
Ce chauffage est suffisant pour convertir la matière liquide de la conduite 12 en une matière vaporeuse dans la conduite 14. Les vapeurs de la conduite 14 d'élevant à travers la por- tion subdivisée inférieure du dispositif de fractionnement servent à enlever sensiblement tout l'anhydride sulfureux, hors du liquide dirigé vers le bas au-dessus de l'entrée de vapeur 14, liquide à enlever par la conduite 15.
Les dépôts liquides produits du dispositif de fractionnement 11 constituent, par conséquent, des hydrocarbures contenant moins d'environ 0,002 fraction moléculaire d'anhydride sulfureux.. L'anhydride sulfureux entraîné vers le haut à travers le dispositif de fractionnement 11 y est fractionné, assisté par un reflux d'anhydride sulfureux liquide introduit par la conduite 55, et enlevé au sommet du dispositif de fractionnement par la cpnduite 16.
L'anhydride sulfureux enlevé est sensiblement pur.
Le fonctionnement du dispositif de fractionnement 11 est une opération critique qui doit être menée sous des conditions soigneusement contrôlées pour atteindre les objets de la présente invention. Par exemple, comme indiqué, un circuit de réébullition fonctionne en liaison avec le dis- positif de fractionnement, dans lequel circuit les constituants hydrocarbonés avec de l'anhydride sulfureux sont chauffés jusqu'à une température d'environ 400 à 550 F. Cette température est suffisamment élevée pour permettre une dégradation de couleur défavorable des hydrocarbures, si elle est maintenue pendant toute très longue période. Par exemple, une dégradation de couleur de la matière se produira si le kérosène est maintenu au-dessus d'environ 350 F pendant 10 minutes.
Cependant, dans le fonctionnement du dispositif de fractionnement comme décrit, ceci est évité en limitant le temps de séjour moyen des hydrocarbures aux températures élevées indiquées, à beaucoup moins d'environ 10 minutes. Ceci est possible suivant le procédé décrit, car envi- ron 30 à 70% des exigences en chaleur du fractionnement sont fournis par le préchauffage du raffinat avant son introduction au dispositif de fractionne- ment 11. Par conséquent, le passage de produits liquides à travers le dis- positif 13 pour fournir le restant des exigences en chaleur peut être mené de manière à maintenir le temps de séjour dans ce circuit de réébullition à bien moins de 10 minutes, en fait pendant quelques secondes.
Le raffinat de la conduite 15 est traité totalement par refroi- dissement dans le réfrigérateur 17 jusqu'à une température inférieure à envi- ron 135 F, après quoi le raffinat est soumis à un lavage caustique dans une zone 18, pour éliminer toutes traces d'anhydride sulfureux restant. Dans ce but le raffinat peut être mis en contact avec environ 10 à 35% de matière caustique à 5 à 10 Be dans la zone de contact.
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L'anhydride sulfureux, enlevé dû dispositif de fractionnement 11 par la conduite 16 à une température d'environ 100 à 145 F, est mené à un condensateur 57 fonctionnant à une température et à une pression convenant pour liquéfier l'anhydride sulfureux. Par exemplq si le condenseur 57 fonctionne à une température d'environ 110 F et à une pression effective de 85 livres par pouce carré, on peut obtenir une liquéfaction convenable.
L'anhydride sulfureux liquide venant du tambour de condensat 58 peut alors passer par une conduite 19, et être utilisé dans le procédé suivant les exi- gences. C'est ainsi que l'anhydride sulfureux de la conduite 19, en même temps que toute quantité quelconque supplémentaire requise d'anhydride sul- fureux, introduite par la conduite 20, peuvent être conduits par la conduite 21 au réfrigérateur 22 et, de là, au dispositif de refroidissement d'anhydri- de sulfureux 6. L'échangeur de chaleur 22 fonctionne, de préférence, pour faire tomber la température de l'anhydride sulfureux, d'environ 110 F à envi- ron 65 F.
Dans le dispositif de refroidissement d'anhydride sulfureux 6, opérant à une pression effective d'environ 0,5 livres par;pouce carré, une évaporation d'une partie de l'anhydride sulfureux se produit, cette évapora- tion étant efficace pour¯procurer une auto-réfrigération suffisante,de me- nière à refroidir l'anhydride sulfureux liquide jusqu'à une température d'en- viron 15 F. L'anhydride sulfureux liquide peut alors être enlevé par la con duite 8, pour être utilisé au cours du procédé, comme décrit précédemment.
Des vapeurs d'anhydride sulfureux, produites durant l'auto-r frigération, sont enlevées du dispositif de refroidissement 6, par une conduite 24 à une température d'environ 15 F, et sont menées à un compresseur 25 fonctionnant pour comprimer l'anhydride sulfureux jusqu'à environ 90 livres par pouce carré de pression effective, et à une température d'environ 267 F. Cet anhydride sulfureux est alors envoyé par une conduite 26 dans un échangeur de chaleur 27 pour y être refroidi jusqu'à une température d'environ 110 F, efficace pour provoquer une liquéfaction de l'anhydride sulfureux qui peut alors être pompé vers le tambour 58 d'emmagasinage d'anhydride sulfureux, en pas- sant par une conduite 28.
Les parties restantes du dessin sont principalement relative à la manière suivant laquelle la phase d'extrait de la conduite 9 est traitée pour séparer les hydrocarbures qui s'y trouvent, d'avec l'anhydride sulfureux qui est le constituant principal de la phase d'extrait. Cette séparation est réalisée d'une manière similaire à celle décrite en liaison avec le trai- tement du courant de raffinat. La phase d'extra&t est envoyée, en effet, dans une conduite 9, un échangeur de chaleur 22, et un échangeur de chaleur 30, de manière à élever la température de l'extrait; d'environ 20 F jusqu'à au'moins 200 Fo L'extrait est alors introduit dans le dispositif de fraction- nement,,,, semblable au dispositif de fractionnement 11, précédemment décrit.
Cependant, le dispositif de fractionnement 31 requiert environ 5 plateaux théoriques ou plus, un plus grand nombre de plateaux théoriques étant situés au-dessus de l'entrée de l'alimentation de pnase d'extrait qu'en dessous de cette entrée, lorsqu'on utilise le nombre minimum de plateaux. Le dispositif de réébullition 32 fonctionne d'une manière similaire à celui qui est associé au dispositif de fractionnement 11, bien qu'à un niveau de température un peu plus élevé. Par exemple, le liquide peut être enlevé du dispositif de fractionnement 31 par la conduite 33 à une température d'environ 438 F et peut être converti en vapeur dans la conduite 34, à une température d'environ 487 F.
Lorsqu'il fonctionne de cette manière, le dispositif de fractionne- ment 31 sera efficace pour fournir un produit de dépôts liquides contenant moins d'environ 0,002 fraction moléculaire d'anhydride sulfureux., qui peut être enlevé au moyen d'un lavage caustique utilisé dans une zone 35 fonction- nant d'une manière similaire à la zone de lavage caustique 18. A nouveau, il est préférable qu'avant le lavage caustique, l'extrait soit refroidi jus- qu'à une température inférieure à environ 135 F, en utilisant le réfrigéra- teur 36. L'anhydride sulfureux, obtenu au somment du dispositif de fraction- nement 31 à une température d'environ 115 F, ne contiendra sensiblement pas d'hydrocarbures, et, par conséquent, peut être mené par une conduite 37 vers un condenseur 57 et, de là, au récepteur de liquide 58.
Une portion
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de l'anhydride sulfureux est continuellement ou périodiquement traitée dans une colonne de séchage 38 pour éliminer toute humidité présente. C'est ain- si qu'une portion de"l'anhydride sulfureux de la conduite 37 peut être intro- duite dans la portion inférieure d'une zone de fractionnement 38 par une con- duite 39, tandis que de l'anhydride sulfureux liquide venant de la conduite 19 est introduit au sommet de ce dispositif de fractionnement par une conduite 40. Le circuit de réébullition 41 fonctionne pour fournir les exigences en chaleur, nécessaires pour permettre un enlèvement d'eau, du bas du dispositif de fractionnement 38 par la conduite 42, et pour permettre un enlèvement de l'anhydride sulfureux séché,, du sommet de la tour 38, par la conduite 43.
Comme on l'a décrit jusqu'ici, le procédé de la présente inven- tion concerne spécialement la manière suivant laquelle des phases d'extrait et de raffinat d'une unité d'extraction à l'anhydride sulfureux sont purifiées.
Comme on l'a montré, chacune de ces phases doit être préchauffée suffisamment pour fournir environ 30 à 70% des exigences en chaleur d'une zone de fraction- nement simple. Le restant des exigences en chaleur de la zone de fraction- nement est fourni par un circuit dit de réébullition fonctionnant à des tem- pératures supérieures à 400 F, et, de préférence, supérieures à environ 450 F.
En prévoyant au moins quatre plateaux théoriques dans la zone de fractionnement, il est possible d'assurer un'fractionnement accentué entre l'anhydride sul- fureux et les hydrocarbures présents, soit dans la phase d'extrait, soit dans la phase de raffinat. Les hydrocarbures séparés dans la zone de fractionne- ment peuvent alors être complètement purifiés en utilisant un lavage causti- que.
Bien que la présente invention ait été décrite par rapport à l'utilisation d'une zone unique de fractionnement pour purifier des phases de raffinat et d'extrait, les principes.de la présente invention peuvent aus- si être appliqués au système utilisant deux zones de fractionnement, au lieu d'une. Dans ce cas, des températures inférieures peuvent être maintenues dans les circuits de réébullition, ces températures tombant dans la gamme d'environ 325 à 500 F. Dans ce cas, il est également désirable de faire fonc- tionner la seconde zone de fractionnement à une pression, variant d'environ la pression atmosphérique jusqu'à 50 livres par pouce carré de pression ef- fective.
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R E ii E I' D I C A T I 0 N S .
1. Procédé d'extraction sélective de constituants contenant des matières aromatiques et du soufre, hors de distillats hydrocarbonés, en sou- mettant ledit distillat à un traitement d'extraction par solvant, avec de l'anhydride sulfureux liquide, pour produire une phase de raffinat d'hydro- carbures, sensiblement libre de composés aromatiques et sulfureux et une phase d'extrait consistant essentiellement en hydrocarbures aromatiques, dans lequel chacune desdites phases de raf finale et d'extrait par solvant est pré- chauffée jusqu'à une température supérieure à 200 F, et est fractionnée sépa- rément dans au moins une zone de rfactionnement, pourvue d'un circuit de réé- bullition pour les dépôts,
dans lequel circuit une portion du courant liqui- de de dépôts venant de ladite zone de fractionnement est chauffée jusqu'à une température comprise entre 4000 et 550 F, et recyclée à la base de la- dite zone de fractionnement, pour séparer les constituants hydrocarbonés d'avec l'anhydride sulfureux, le temps de séjour des hydrocarbures à une température supérieure à 350 F dans ledit système de fractionnement étant inférieur à 10 minutes.