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Séparation d'impuretés de bas point d'ébullition d'avec des hydrocarbures.
Certains mélanges d'hydrocarbures, par exemple ceux récupérés à partir du gaz de houille, du goudron, des huiles de pétrole et ceux obtenus par raffinage catalytique de fractions hydrocarbonées, contiennent des impuretés de bas point dbulli- tion qui doivent être séparées avant de pouvoir isoler les prin- cipaux constituants du mélange d'une pureté satisfaisante par- distillation fractionnée par lots ou en continu.
On sait que de telles impuretés de bas point d'é- bullition,qui souvent ne se condensent pas totalement dans des condenseurs refroidis par circulation d'eau, peuvent être sépa- rées par un procédé de rectification en continu en utilisant de la vapeur d'eau en circuit fermé ou de la vapeur vive pour
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le chauffage. Ces fractions de bas point d'abullition, partica- lièrement dans le cas de benzènes bruts et de fractions déri- vées du goudron de houille contiennent souvent du bisuliare de carbone et des hydrocarbures non saturés dont les concentra- tions doivent être rédi ites à un très faible niveau.
Par consé- quent, le réglage de l'appareil de fractionnement doit être très précis et ceci est difficile en raison de la gamme d'ébullition étendue des hydrocarbures présents et de la présence de substan- ces non condensables.
On sait aussi que, dans le cas de benzène brut récupéré à partir de gaz de houille, les i:npuretés de bas point d'ébulli- tion peuvent être séparées avec de la vapeur d'eau vive dans une colonne de remplissage :.unie en tête d'un condenseur partiel que l'on règle de manière à maintenir une terpérature de sortie de 38-40 C. Quoiqu'un tel dispositif permette une bonne récupé- ration de benzène étêté ne contenant qu'une petite quantité d'impuretés de bas point d'ébullition, le réglage du condenseur partiel est très délicat et le fractionnement obtenu est peu efficace.
On a découvert que les impuretés de bas point d'ébullition peuvent être efficacement'; séparées des fractions hydrocarbonées par un nouveau procédé, avec un appareil simple de conception nouvelle.
Suivant un de ses aspects, la présente invention procure un procédé de séparation d'impuretés de bas point d'ébullition d'avec des mélanges d'hydrocarbures obtenus par distillation de houille, d'huiles de pétrole et par raffinage catalytique de fractions d'hydrocarbures, lequel procédé consiste à faire pas- ser le liquide brut dans un dispositif vertical de séparation en contre-courant avec de la vapeur d'eau ou des vapeurs d'hy- drocarbures à une température inférieure au point d'ébullition de l'hydrocarbure à purifier et supérieure à celui des impuretés
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L'eau qui est amenée dans la colonne de rectification peut
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être cow.:od(;Jen t introduite 1 un débit qui est plus que suffisant pour condenser tous les hydrocarbures requis dans le produit sé- paré. Il est souhaitable et commode de faire recirculer l'eau.
Les vapeurs qui s'élèvent de cette colonne de rectification peuvent contenir presque toutes les impuretés sous =or:ne très concentrée et elles peuvent être refroidies afin de récupérer les fractions condensables.
En variante, on peut régler la température et la circulation de l'eau dans la colonne de rectification de manière séparer les impuretés de bas point d'ébullition en deux fractions. Une fraction sort au som..et de l'appareil sous for.,e de vapeurs et contient presque toute: les impuretés non condensables tandis que les substances :':oins volatil#?, condensables peuvent être
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scpc..r es sous forme de vapeurs JU de licuide co.r.::e courant laté- ral de la colonne de rectification.Si- l'on désire avoir un pro- duit liquide, on emploie un dispositif de décantation à un en- droit approprié.
L'invention peut être appliquée au traitement des vapeurs qui se dégagent d'une usine de récupération du benzène en employant soit du carbone actif soit l'action de lavage d'huile en circu- lation.
On sait qu'on peut opérer des changements chimiques dans des mélanges d'hydrocarbures en faisant passer le vidange de vapeurs ou de liquides sur des matières solides catalytique:ent @
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actives à haute température et haute pression.
De telles opéra- tions de raffinage catalytique sont bien connues dans l'industrie du pétrole comme, par exemple, dans la conversion de mélanges paraffiniques en mélanges aromatiques et aussi dans la désulfu- ration de fractions contenant beaucoup de soufre dans une atmos- phère réductrice, comme dans les divers procédés d'hydro-désul- furation.L'hydro-désulfuration a été aussi appliquée dans , l'industrie du benzène aux mélanges fortement aromatiques con- tenant des composés de soufre et des composés non saturés et l'on sait que ces derniers et aussi les composés contenant du soufre sont convertis par hydrogénation destructive en substances paraffiniques de bas point d'ébullition.
Nous avons découvert que l'invention peut être appliquée avec succès aux mélanges d'hydrocarbures catalytiquement raffinés afin de séparer les hy- drocarbures de bas point d'ébullition qui sont souvent difficiles à condenser.
On peut faire circuler de diverses façons l'eau employée dans la colonne de rectification comme c'est représenté sur les Figs.
1-3 des dessins annexés.
Sur la Fig.l, on fait passer la charge d'alimentation conte- nant les impuretés de bas point d'ébullition au sommet d'un dis- positif de séparation I par une conduite 1. On fait passer de la vapeur d'eau dans le dispositif de séparation I via la conduite 3 en contre-courant du mélange d'hydrocarbures descendait et les impuretés de bas point d'ébullition sont presque complètement sé- parées et se dégagent avec la vapeur du dispositif de séparation par une conduite 10.
Le mélange d'hydrocarbures et d'eau sort par une conduite 2 dans un décanteur A. On peut placer, si on le désire, un refroi- disseur dans la conduite 2 afin d'améliorer l'efficacité de la dé- cantatation. Du décanteur A, le produit hydrocarboné purifié est séparé par une conduite 4 tandis que l'eau sort par une conduite 5.
Une partie de l'eau est évacuée par une conduite 11 tandis que
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le reste passe par la conduite 12 dans un échangeur de chaleur
B puis au sonnet de la colonne de rectification II à un débit et à une température réglés. On fait circuler l'eau à un débit supérieur à celui requis pour condenser la vapeur d'eau injec- tée dans le dispositif I tandis que l'on régle la température à un niveau tel que les impuretés de bas point d'ébullition sortent au sommet de la colonne II sous forme de vapeurs par une conduite 6. Ces vapeurs peuvent être refroidies si c'est néces- saire dans le condenseur C de telle sorte que le liquide est séparé par la conduite 8 tandisque les gaz non condensables sortent par une conduite 7.
Le; reflux de la colonne II descend dans le dispositif de séparation I par une conduite 9.
En variante, comme c'est représenté sur la Fig.2,la charge d'alimentation entre par la conduite 1 au sommet du dispositif de séparation I et descend à contre-courant de la vapeur d'eau injectée par la conduite 10. Les impuretés de bas point d'ébul- lition sont séparées dans ce dispositif et montent sous forme de vapeurs. La matière purifiée sort par la conduite 2 et le refroidisseur B, qui peut être supprimé si on le désire, dans le décanteur A où les hydrocarbures sont séparés de l'eau et sortent par la conduite 3, l'eau étant évacuée par la conduite 4. Les vapeurs sortant du dispositif de séparation I passent par une conduite 11 dans le dispositif II où la condensation et la rectification des vapeurs se font par circulation d'eau à une température réglée.
Les impuretés de bas point d'ébullition sortent par une conduite 6 dans un refroidisseur E et de là dans la conduite 8 . tandis que les gaz non condensables sortent par une conduite 9. Le mélange d'eau et d'hydrocarbures sortant à la base du dispositif II par une conduite 12 est séparé dans un décanteur D. Les hydrocarbures redescendent dans le dispositif I par une conduite 7 tandis que l'eau est remise en circulation dans un refroidisseur C et une conduite 5 et ramenée au sonnet du dispositif II.
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Le mode opératoire représenté sur la Fig. 2 se prête à un réglage aisé. On règle la circulation de l'eau (à la main ou
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automatiqueuent) de telle sorte que la température de l'eau quittant le décanteur n est nettement inférieure à la températu- re d'ébullition des vapeurs quittant le dispositif I : la tempé- rature de l'eau passant au sonnet du dispositif est réglée (à la main ou automatiquement) de façon que la température de sor- tie des vapeurs au sonnet soit égale à la température de conden- sation du mélange des impuretés de bas point d'ébullition que l'on désire séparer.
On crée ainsi une barrière de température dans le dispositif II de façon à assurer la condensation com- plète de tous les hydrocarbures de point d'ébullition supérieur qui doivent être récupérés comme produit de base taudis que les impuretés de bas point d'ébullition sortent à l'état non conden- sé sous forme de vapeurs. Dans les conditions opératoires, les vapeurs sortant du dispositif I par la conduite 11 doivent con- tenir de la vapeur d'eau puisqu'il s'est formé des mélanges à point d'ébullition constant.
Cette vapeur d'eau est condensée dans le dispositif II et assure une purge constante de l'eau de recirculation passant par la conduite 5 et le décanteur.D. Un niveau constant étant maintenu dans le décanteur D dans les conditions d'équilibre, l'excès d'eau condensée dans le disposi- tif II déplacera un volume égal du décanteur avec le reflux d'hy- drocarbure par la conduite 7..
L'invention- peut être aussi mise en oeuvre comme c'est
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rc;:c:tt Jr les Figs. 1 ou rais avec; ufi point (1t su u L 1 r a e intermédiaire d'un courant latéral dans le dispositif II et un ajustement de la température de l'eau de recirculation afin d'as- surer la condensation de la fraction requise.
Suivant une autre variante de l'invention, ce mélange hydro- carboné brut est alimenté au sonnet d'un dispositif de -:ise en contact et descend en contre-courant des vapeurs produites à la base par n'importe quel moyen conventionnel de chauffage.
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L'invention n'est donc pas limitée à l'emploi de va¯leur d'eau
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vive co.:::e .-,milieu de chauffage et, de fait, 1-le. #¯oi c'u': c:1é.uf- f are er. circuit fer:A avec le procédé exécute co:: .e c'est re- présente sur la Fig. 2 présente des avantages dans certains cas
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puisque le produit b;;W rocarbor:# étêté, sec peut être sépare par la conduite 2 et le décanteur A n'est plus nécessaire.
On peut exécuter l'invention, en variante, comme c'est re- présenté sur les Figs. 1 ou 2 mais avec un dispositif supplé- mentaire de sise en contact où de l'eau froide circule pour condenser les impuretés de bas point d'ébullition .-oins volatiles.
Cette modification de l'invention est illustrée sur la Fig.3 où l'eau circulant dans la conduite 12 de la Fig.l ou la conduite 5 de la Fig. 2 passe par une conduite 12 possédant un refroidis- seur C1 au sonnet d'un dispositif supplémentaire indiqué par III de façon que cette eau soit à une température inférieure à celle de l'eau circulant dans le dispositif II. Les impuretés de bas point d'ébullition condensées dans le dispositif III sont séparées du décanteur E.
La façon de procéder représentée sur la Fig. 2 a comme avant,-- ges que (a) on évite la décantation du produit purifié de grands volumes d'eau , (b) on simplifie considérablement l'appli- cation du réglage automatique, (c) l'eau de recirculation comme l'eau de condensation reste claire puisqu'elle est purgée con-
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ti:ruel7.e^ t par la vapeur d'eau co::-.deY'1se 'le .::::: du dispositif I, (d) on évite la recirculation des sa7-rs et .attires goudron- n(.>1)s,:;8 (iii i-smosi ttf TT fia. 11" ni s!.)±)!'1"ti.f T et (p) r\!"'. sl"-"lifie le système de refroidissement du produit hydrocarboné purifié et de l'eau de recirculation.
L'invention est décrite ci-après en prenant le cas spécifi- que de la séparation de H2S, CS2, d'hydrocarbures de bas point d'ébullition et d'autres impuretés de bas point d'ébullition du benzène brut en employant l'installation représentée sur la Fig.2.
Le benzène brat d'une usine à gaz contenant 2,5% en poids
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d'imparetés de bas point ':l'ébullition (y co -pris 0,6% on polds de CS2) est introduit par la conduite 1 1 un débit de 1.000 par- tifs par eure et à une température de 20 C. On introduite de @ la vapeur d'eau par la corduite 10 à un débit de 270 parties par heure tandis que l'on fait recirculer l'oau dans lapartie su- périeure du dispositif II à un débit de 12. 000 parties par heure et à une température réglée de 44 C.
Les vapeurs sortent du sommet du dispositif II à un débit de 28 parties à l'heure tandis que la température de sortie des vapeurs reste à 39-41 C.
La teneur en CS2 du benzène purifié, étêté sortant du décan- teur A est seulement de 0,00005% en poids.
Dans un autre cas, avec la mené matière première, on intro- duit l'eau recirculée au mène débit, avec une température ré- glée de 42 C et une température de sortie des vapeurs de 39,5-40,5 il. 26 parties de vapeurs sortent du dispositif II pour 1000 parties de matière première tandis que la teneur en CS2 du benzène étêté séparé par la conduite 3 est seule:.lent de 0,00005% en poids. La consommation de vapeur d'eau est de 200 parties pour 1000 parties de benzène brut.
Pendant le cours de ces expériences, on observe particulière- ment que le débit d- 'coulèrent de l'eau de recirculation n'est pas critique au-dessus d'un certain minimum, de telle sorte que la température de l'eau sortant du décanteur D est nettement inférieure à la température des vapeurs dans la conduite 11.
Dans l'exemple suivant, on applique l'invention à la sépara- tion d'hydrocarbures de bas point d'ébullition d'un mélange de benzène brut raffiné catalytiquement. Le benzène brut hydroraffi- né a la composition suivante :
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<tb> %
<tb>
<tb> Ethane <SEP> 0,034
<tb>
<tb> Butanes <SEP> 0,303
<tb>
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Pn t 0)9à7
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<tb> Hexanes <SEP> 1,281
<tb>
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Cyclohexane et diméthylpentanes 0,312
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<tb> Benzène <SEP> 66,000
<tb>
<tb> Toluène <SEP> 14,400
<tb>
<tb>
<tb> Xylène <SEP> 16,683
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100,000
<tb>
On introduit du benzéne hydroraffiné de composition ci-dessus par la conduite 1 (Fig.2) au débit de 1000 parties par heure.
à une température de 20 C, et on introduit de la vapeur d'eau par la conduite 10 tandis que l'on fait recirculer l'eau dans la partie supérieure du dispositif II à une température réglée de 47 C.
Des vapeurs sortent du sommet 'du dispositif II à raison de 27 parties par heure, la température de sortie étant de 43 C.
Les vapeurs ont la composition suivante :
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<tb>
<tb>
<tb> Ethane <SEP> 0,8
<tb>
<tb> Butanes <SEP> 10,6
<tb>
<tb> Pentanes <SEP> 28,4
<tb>
<tb> Hexanes <SEP> 49,2
<tb>
<tb> Diméthylpentanes <SEP> et <SEP> cyclohexane <SEP> 0,3
<tb>
<tb> Benzène <SEP> 10,7
<tb>
<tb> 100,0
<tb>
L'effluent du bas de la colonne I contient seulement des traces de pentanes et de substances de bas point d'ébullition, ensemble avec 0,33% d'hexanes et 0,3% de diméthylpentanes et de cyclohexane.Cette séparation nécessite seulement une consom- ) mation de 96,02 kcal.
par litre de charge d'alimentation et le
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benzène purifié est ensuite fractionné dans une colonne con- tinue afin d'obtenir un distillat paraffinique convenant comme benzène pour moteurs, ensemble avec un benzène soutiré latérale- .sent contenant moins de 0,2% de paraffines.
L'invention comprend non seulement le procédé mais aussi l'appareil pour exécuter l'invention, le procédé et l'appareil étant tous deux susceptibles de variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de séparation d'impuretés de bas point d'ébul- lition d'avec des mélanges d'hydrocarbures obtenus par distil- lation de houille, d'huiles de pétrole et par raffinage cata- lytique de fractions d'hydrocarbures, caractérisé en ce que l'on fait passer le liquide brut dans un dispositif vertical de séparation en contre-courant avec de la vapeur d'eau et des vapeurs d'hydrocarbures à une température inférieure au point d'ébullition de l'hydrocarbure à purifier et supérieure à celui des mimpuretés à séparer ;
on fait passer les vapeurs sortant du dispositif de séparation en contre-courant avec de l'eau dans une colonne de rectification se trouvant au-dessus et com- muniquant avec le dispositif de séparation, et on condense fi- nalement les vapeurs pendant ou après le passage dans la colonne rectificatrice et on recueille l'hydrocarbure purifié et l'eau du dispositif de séparation et les impuretés de bas point d'é- bullition de la colonne de rectification.