BE575784A - - Google Patents

Description

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  "Procédé de fabrication de matières adsorbantes synthétiques" 
La présente invention est relative à la séparation de fluides, dont l'un est adsorbé de façon préférentielle par un filtre moléculaire. Plus particulièrement, l'inven- tion est relative à la séparation d'hydrocarbures paraf- finiques normaux d'avec les hydrocarbures ramifiés et cy- cliques, au moyen de filtres moléculaires. 



   La séparation de fluides au moyen d'un filtre molé- culaire est bien connue. La désorption des filtres molécu- laires par chauffage et utilisation d'un gaz de purge est également bien connue. De plus, on sait séparer les paraf- fines normales   d'avez   les hydrocarbures à chaînes latéra- les et les hydrocarbures cycliques par adsorption de ces 

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 paraffines-normales   sur.un filtre   moléculaire. La désorption du filtre moléculaire contenant de la matière adsorbée a tou- jours représenté un problème à résoudre, cependant, car il n'est souvent pas commode d'en retirer cette matière adsorbée. 



   Un procédé de désorption consiste à chauffer le fil- tre moléculaire contenant la matière adsorbée. Un inconvénient de ce procédé est que ce chauffage peut endommager le filtre moléculaire, soit directement, par décomposition par exemple, soit indirectement en provoquant la dilatation et la contrac- tion du récipient contenant la matière filtrante, ce qui écra- se la matière filtrante. Un autre inconvénient réside dans le fait que la nécessité d'un appareil de chauffage pour ce type d'opération est souvent coûteuse, et peu pratique. En outre, à température élevée, la matière à adsorber se décompose fré- quemment, et des dépôts de carbone s'accumulent sur le filtre. 



   L'utilisation d'un gaz de purge pour effectuer la dé- sorption du filtre moléculaire est indisérable, parce que, lorsqu'on veut recueillir et récupérer le désorbat, on doit le séparer du gaz de purge, et que ce désorbat y est d'habi- tude très dilué. L'utilisation d'un gaz de purge constitue un autre problème encore, car elle ajoute une opération aux nécessités de chauffage ou d'échange de chaleur présentées par l'opération unitaire fondamentale de désorption. 



   Les buts de la présente invention sont donc : fournir un procédé amélioré de désorber un filtre moléculaire; de sé- parer un ou plusieurs fluides d'un mélange de fluides ;    enparticulier, de séparer au moyen de filtres moléculaires des   paraffines normales d'avec des mélanges d'hydrocarbures; d'éliminer la nécessité de placer des serpentins de chauffage dans le filtre moléculaire; d'éliminer la dilatation et la contraction du récipient entourant le filtre moléculaire, phénomènes qui provoquent des pertes de filtre moléculaire par suite du broyage de la matière filtrante ; d'éliminer 

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 l'utilisation d'un gaz de   purge¯;,pour   la désorption des fil- tres moléculaires. Ces gaz de purge sont indésirables, car ils diluent le produit obtenu.

   D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront de la description qui suit. 



   On réalise les buts de la présente invention en fai- sant passer un mélange de deux ou plusieurs fluides sur un filtre moléculaire capable d'adsorber de façon préférentielle l'un au moins de ces fluides. On réalise la désorption en di- minuant la pression dans l'appareillage, sans qu'il y ait nécessité de chauffer le filtre moléculaire. Bien que la dé- eorption risque de provoquer un léger abaissement de tempéra- ture, on maintient relativement constante la température du filtre moléculaire. Après la désorption, on peut à nouveau faire passer du fluide à séparer sur le filtre moléculaire et répéter le stade de l'adsorption. 



   Une application de la présente invention existe dans l'industrie du pétrole. Le pétrole brut contient une quantité appréciable d'hydrocarbures paraffiniques normaux qui sont indésirables dans les carburants utilisés dans les moteurs modernes à combustion interne avec taux élevé de compression. 



  Les procédés de raffinage du pétrole séparent le pétrole brut en fractions d'après leur point d'ébullition. La fraction bouillant entre 26,5 C+ fournit la matière de base des essen- ces pour moteurs à combustion interne. La tendance moderne de conception des moteurs d'automobile réclame des indices d'octane de plus en plus élevés pour les essences. 



   Le raffineur de pétrole a pu augmenter l'indice d'oc- tane de ces carburants en effectuant un traitement thermique ou catalytique, suivi de l'addition d'agents anti-détonants, tels que le plomb-tétraéthyle. Cependant, l'augmentation de la sévérité du traitement thermique et catalytique du naphte, en combinaison avec de nouvelles additions de com- posés antidétonants, ne permet plus de satisfaire la demande 

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 actuelle d'indice élevé d'octane. Le raffineur doit   mainte-   nant améliorer la qualité du produit de base de son essence par de nouveaux procédés. On peut réaliser ces améliorations en séparant les paraffines normales contenues dans la frac- tion de naphte léger et en laissant les carbures à chaînes latérales et les carbures cycliques, qui ont un indice d'oc- tane bien supérieur.

   On peut ensuite soumettre ces paraffi- nes normales à des processus de reformage ou d'isomérisation, et les mêler à nouveau au produit de base. On peut effectuer une séparation efficace des paraffines normales d'avec le courant de naphte léger au moyen de filtres moléculaires se- lon la présente invention, telle qu'elle est décrite ci-des- sous avec le dessin qui l'accompagne. 



   On va expliquer plus complètement le procédé de la présente invention en se référant à la figure, qui est un schéma d'ensemble simplifié montrant une application du pro- cédé. 



   Sur la figure, une pompe d'alimentation 11 envoie un courant d'alimentation à travers l'échangeur de préchauffage de l'alimentation 12, vers le four de vaporisation 13 où le produit est chauffé jusqu'à la température de fonctionnement désirée. On fait ensuite passer ce courant d'alimentation à travers l'adsorbeur 15, par ouverture des vannes   14   et 16, et fermeture des vannes 17 et 20, L'effluent de l'adsorbeur 15 traverse la vanne régulatrice de pression 21 ; puis on refroidit et recueille cet effluent comme produit revalorisé. 



  On poursuit l'adsorption dans l'adsorbeur 15 jusqu'à ce qu'on décèle le passage de matières qui devraient être adsorbées. 



  On peut déceler ce passage soit par le changement de tempéra- ture du lit matière filtrante soit par un appareil analy- sant en continu le courant effluent. Lorsque la matière à adsorber commence à traverser l'adsorbeur 15,   Ln   dirige le courant d'alimentation vers l'adsorbeur 18 en ouvrant les 

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 vannes 17 et 19, et en fermant les vannes 14   et'16.     On   ferme les vannes 22 et 23, et l'on ouvre les vannes 20 et 24. 



  On réduit la pression dans l'adsorbeur 15, et lorsque cela est réalisé la vanne 24 se ferme et la vanne 23 s'ouvre. 



  L'échangeur 25 refroidit et condense les vapeurs d'hydrocar- bures et on recueille le liquide condensé dans le récepteur 26 de matière désorbée. La condensation des vapeurs diminue encore la pression dans l'adsorbeur   15.   L'équipement auxiliai- re de production de vide (on montre sur le dessin des appa- reils barométriques à jet de vapeur, mais on peut utiliser un autre équipement à vide), réduit la pression dans l'adsor- beur 15   jusqu'à   la pression finale désirée pour la désorption. 



  On peut alors   introduire   sur le lit de matière filtrante de nouvelles quantités de fluide à séparer. 



   L'exemple suivant montre l'application du procédé de la présente invention à la séparation des hydrocarbures paraf- finiques normaux d'avec le benzène. 



   EXEMPLE 
On fait passer du benzène brut, contenant des hydro- carbures paraffiniques normaux, ainsi que des composés soufrée indésirables, à travers un lit de filtre moléculaire de zéo- lite de calcium A, en pastilles de 1,6 mm. Le lit a un dia- mètre de 25,4 mm et une longueur de 1,22 m. On arrête l'ali- mentation lorsqu'on décèle le passage de paraffine normales dans   l' effluent .   



   Pour désorber ce lit, on suit un procédé en trois stades : 
1) on vidange la colonne de son liquide. 



   2) on met la colonne sous dépression au moyen d'une pompe à vide dont la liaison avec la colonne comporte un- piège froid à   196 C,   jusqu'à obtenir une pression de1,5 mm de mercure. 

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   3) tout   en..faisant   fonctionner la pompe à vide reliée à la colonne par l'intermédiaire du piège froid, on élève la température du lit au moyen de tubes extérieurs de chauffage, jusqu'à une température de 350 C, que l'on maintient durant une heure, avec une pression dans la colonne inférieure à 1 mm de mercure. 



   Le liquide provenant des colonnes des stades 1 et 2 est essentiellement du benzène pur. Une analyse aux infra-rouges montre que le liquide provenant de la colonne du stade 3 est un mélange contenant de l'hexane normal en quantité prédomi- nante, avec un peu de sulfure de carbonyle et de disulfure de carbone. On trouve que le produit recueilli avant le passage de paraffine normale dans l'effluent est essentiellement du benzène exempt de parai'fines normales. 



   On peut remarquer l'influence de la réduction de pres- sion sur la désorption par le fait que pour l'hexane normal à une pression partielle de 760 mm de mercure et à 350 C, il y a une charge de 6,1 unités pondérales pour cent sur la zéo- lite de calcium A, alors que les conditions de désorption   @   de l'exemple 1, qui étaient de 1 mm de mercure comme pression, et 3500 C, ont donné une charge résiduelle voisine de 0 unité pondérale pour cent. 



   Par unités pondérales pour cent, on entend le nombre d'unités'pondérales d'adsorbat pour cent unités d'adsorbant. 



  Par exemple, une charge de 6,1 unités pondérales pour cent d'hexane normal sur la zéolite de calcium A signifie que 6,1 grammes d'hexane normal ont été adsorbés sur 100 grammes de zéolite de calcium A. 



   L'adsorbant utilisé dans ce procédé peut être n'importe quel zéolite cristallin tri-dimensionnel qui, après déshydra- tation, possède la propriété d'adsorber sélectivement les paraffines normales, en les séparant des hydrocarbures cycli- ques et à chaineslatérales, zéolite qui soit structuralement 

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   .' Stable,  à la température d'adsorption.Le   table-au    énumère ¯   les zéolites qui peuvent être des filtres moléculaires et satisfaire ses spécifications. 



   TABLEAU 
 EMI7.1 
 
<tb> Zéolite <SEP> Cation
<tb> 
<tb> "A" <SEP> Calcium
<tb> 
<tb> Chabazite <SEP> Calcium
<tb> 
<tb> Chabazite <SEP> mélange <SEP> sodium-potassium
<tb> 
<tb> Chabazite <SEP> Potassium
<tb> 
<tb> Analcite <SEP> Calcium
<tb> 
<tb> Erionite <SEP> -
<tb> 
 
Pour une adsorption   à   grande échelle, on utilise de préférence la zéolite sous forme de tablettes ou de pastil- les. 



   La zéolite de calcium "A", la chabazite et l'érionite sont les filtres moléculaires à préférer sur la base de leur capacité d'adsorption. Ces corps retiennent de 10 à 15 uni- tés pondérales pour cent de paraffines normales en C5à température ambiante. 



   La zéblite de calcium "A" est un dérivé d'un silicate synthétique cristallin d'aluminium et de sodium. Elle con- siste en une charpente pridimensionnelle de tétraèdres SIO4 et A104 rétifiés par mise en commun d'atomes d'oxygène, de sorte que le rapport entre atomes d'oxygène et le nombre to- tal d'atomes d'aluminium et de silicium est égal à deux : 
 EMI7.2 
 L'électrovalence du tétraèdre contenant l'aluminium est équilibrée par l'inclusion dans le cristal d'un cation, en l'occurrence le calcium. 



   La zéolite "A" est décrite dans   Crystalline   zéolites. 



  I. The properties of a new synthetic zéolite, type "A" (zéo- lites cristallins-I - les propriétés d'une nouvelle zéolite 

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 synthétique, :-dutype A), par D.W. BRECK, et autres,   78,   Jour- nal of the American Chemical Society J.A.C.S. 5963 (1956), et dans "Crystalline zéolites-II-crystal structure of synthetic zeolite, type A (zéolites cristallines-11-Structure cristal- line des zéolites synthétiques du type A) par T. B. REED, et collaborateurs, 78, J.A.C.S., 5972 (1956). Dans la zéolite de calcium "A", au moins 40 pour cent des cations sont du cal- cium. On doit activer l'adsorbant, avant sa mise en service, en éliminant partiellement l'eau ou tout autre adsorbant vola- til contenu. On peut commodément effectuer cette activation après avoir placé l'adsorbant dans les chambres d'adsorption.

Claims (1)

1. RESUME Procédé de séparation d'un fluide contenu dans un mé- lange, par adsorption préférentielle sur un filtre molécu- laire puis désorption de ce fluide, caractérisé par les points suivants, séparément ou en combinaisons : 1) On effectue la récupération du fluide adsorbé en soumettant le filtre moléculaire qui le contient à une pres- sion réduite pour désorber au moins partiellement le filtre moléculaire précité.

   2) La pression réduite à laquelle on opère la désorp- tion est inférieure à la pression atmosphérique.

   3) On réalise l'adsorption et la désorption dans des conditions pratiquement isothermes; ou pratiquement adiabati- ques .

   4) Le filtre moléculaire utilisé est de la zéolite de calcium "A", de la chabazite, de l'érionite ou de l'analcite. <Desc/Clms Page number 9> EMI9.1

   ... '.. 5) On .,! . e - lè -Ëro-cëdé - dè-fi ni1ci-des'n3 1 1.. à la sépa- ration des paraffines normales d'avec leurs mélanges avec d'autres hydrocarbures.