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L'invention est relative à un procédé pour séparer un cons ti- tuant acétylène, c'est-à-dire de l'acétylène ou de l'acétylène et des quan- tités minimes d'éthylène ou analogue, d'un courant gazeux contenant le con- stituant acétylène.
La séparation de constituants acétylène d'avec des courants gazeux présente un intérêt particulier à cause de l'importance de la fabri- cation d'acétylène et à cause de la présence d'acétylène dans des gaz in- dustriels. plus particulièrement dans les gaz de pyrolyse et de raffinage.
L'enlèvement des constituants acétylène hors de ces gaz est une'question d'intérêt vital. Une application significative de l'invention se présente dans le cas de gaz de fours à régénération qui sont riches en acétylène et qui sont obtenus par la pyrolyse à température élevée de matières hydrocar- bonées, Par ailleurs., l'acétylène doit être séparé des produits gazeux ob- tenus par le cracking d'huiles hydrocarbonées à des températures élevées, tels qu'ils sont obtenus à l'aide d'un arc électrique. En outre, pour la fabrication de butadiène, utilisé par exemple pour la production de caout- chouc synthétique, le butadiène brut est généralement associé à l'acétylène.
Il est connu qu'en ayant recours à des appareils de distillation il est difficile de séparer les acétylènes d'avec les gaz mélangés à ceux-ci, c'est-à-dire de leurs constituants gazeux, tels que l'éthylène, à cause des faibles différences existant entre les points d'ébullition correspondants ou pour la raison que le mélange se présente sous la forme d'un mélange ayant un point d'ébullition constant. Par ailleurs, l'acétylène est de nature explosive et, normalement, on doit faire intervenir des moyens de sécurité pour empêcher que la pression partielle de l'acétylène dépasse 1,75 kg/cm en pression absolue. Il en résulte que de nombreuses méthodes, autres que la distillation, ont été proposées pour séparer l'acétylène d'avec son constituant gazeux. Une méthode de ce genre est l'extraction par un solvant.
Selon cette méthode et pour des raisons économiques on utilise généralement un solvant volatil, par exemple de l'acétaldéhyde, de l'éthanol, du cyclohexanone, du carbonate de diéthyle, du méthyl éthyl cétone, du glycol diéthylénique et de la formamide de diméthyle. D'autres solvants volatils qui ont un degré élevé de sélectivité pour l'acétylène sont, bien entendu, connus par les spécialistes, un solvant volatil étant défini comme étant un solvant à point d'ébullition qui, à la pression atmosphérique, est -inférieur à 150 .
On a constaté que les solvants volatils pour l'acétylène. par exemple l'acétone, sont sélectifs en absorbant une quantité d'acétylène correspondant à plusieurs fois leur volumeo En outre, les solvants volatils sont spécialement préférés du point de vue de l'économie de chaleur à cause de la facilité avec laquelle se fait bouillir à nouveau le solvant de l'acétylène absorbé. Toutefois, bien que ces solvants conviennent mieux pour l'absorption que les solvants usuels qui dissolvent seulement les gaz suivant la loi de Raoult, leur usage donne néanmoins lieu à certaines difficultés intrinsèques.
A ¯cause de leur volatilité des quantités considérablesdu solvant sont entraînées dans les courants gazeux libérés. La purifica- tion, pour laquelle on se sert d'un solvant volatil,. de courants gazeux contenant des quantités importantes d'acétylène, est la cause d'une perte considérable de solvant ou nécessite l'usage de produits chimiques additionnels ou d'autres moyens pour enlever ce solvant.
L'invention a pour objet un procédé pour séparer l'acétylène d'un mélange avec un constituant gazeux en utilisant un solvant volatil mais avec une perte très faible de solvant. L'invention a pour objet des moyens très efficaces et économiques pour enlever l'acétylène avec une récupération excellente du solvant. Conformément à l'invention, un constituant acétylène est absorbé par un solvant dans un absorbeur. Le gaz séparé, qui sort par la partie sup4rieure de l'absorbeur, est détendu pour achever la liquéfaction du solvant et le gaz séparé et détendu s'écoule vers un sépara-
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teur de solvant d'où le solvant récupéré est ramené à l'absorbeur. Le solvant, contenant le constituant acétylène et sortant du fond de l'absorbeur, est introduit dans la partie supérieure d'un séparateur.
Les vapeurs séparées, c'est-à-dire le constituant d'acétylène saturé de solvant, sont ensuite traitées pour les débarrasser du solvant. Elles sont, ou bien refroidies par le courant froid de gaz séparé comme décrit ci-après, ou bien on les fait passer dans une des deux bottes contenant un adsorbant solide, ces boites étant intercalées alternativement dans le courant. Dans une boîte le solvant est adsorbé pendant que l'adsorbant de l'autre est régénéré par le courant d'alimentation, ce qui ramène le solvant dans l'absorbeur. Le solvant, débarrassé de l'acétylène et fourni par le fond du séparateur, est ramené à l'absorbeur.
Le solvant utilisé dans l'absorbeur, c'est-à-dire pour l'extraction de l'acétylène, doit évidemment avoir une affinité plus grande pour le constituant acétylène que pour le constituant restant. Ainsi,, suivant un mode de réalisation de l'invention, un constituant acétylène est séparé d'un courant gazeux à l'aide d'un solvant volatil en mettant le courant d'alimentation gazeux en contact sous pression avec le suivant volatil pour former une phase de solvant contenant un extrait plus riche en acétylène que le courant d'alimentation gazeux et un courant de gaz séparé qui est plus riche en gaz restants que le courant d'alimentation gazeux ; en réduisant la pression du courant de gaz séparé pour refroidir ledit courant par détente, ce qui liquéfie le solvant volatil qu'il contient;
en chauffant la phase de solvant obtenue par l'extraction de l'acétylène pour en séparer le gaz riche en acétylène sous forme d'un courant riche en acétylène et saturé en solvant; en faisant passer ce courant riche en acétylène et saturé en solvant, ainsi séparé, sur un adsorbant solide afin que le solvant volatil soit adsorbé par celui-ci ; faisant passer au moins une partie du courant d'alimenta- tion gazeux sur ledit adsorbant avant son introduction dans l'extracteur d'acétylène ce qui ramène le solvant volatil depuis la suface de la matière adsorbante vers l'appareil; et en ramenant le solvant débarrassé d'acétylène, fourni par la séparation d'acétylène, ainsi que le solvant liquéfié, obtenu par la détente, à l'appareil pour l'extraction d'acétylène pour les utiliser à nouveau pour l'enlèvement de l'acétylène.
Le dessin ci-annexé montre, à titre d'exemples, divers modes de réalisation de l'invention.
La fige 1 montre., schématiquement, un procédé pour la séparation d'acétylène pour lequel le courant de gaz dégagé et détendu est utilisé pour refroidir partiellement le solvant recyclé..
La fig. 2 montre, semblablement, un procédé pour la séparation d'acétylène pour lequel le courant de gaz séparé et détendu est utilisé pour refroidir le gaz d'alimentation.
La fig. 3 montre le cas où le gaz séparé et détendu est utilisé pour refroidir les vapeurs s'échappant à la partie supérieure du séparateur.
Pour l'exemple montré sur la fig. 1 des dessins, le gaz d'alimentation dont l'acétylène doit être séparé est fourni par le conduit 28 et s'écoule par une des boites 22 et 24 et ensuite par le conduit 34 dans l'absorbeur 2. Le solvant est introduit dans la colonne d'absorption 2 par le conduit 54 de sorte qu'il se produit une circulation en contre-courant dans cette colonne 2. La colonne d'absorption 2 comporte une zone de réébullition dans lequelle les constituants moins solubles sont séparés. Le gaz séparé, sortant de l'absorbeur 2, s'écoule par le conduit 4 et est détendu à l'aide d'une turbine (ou d'un détendeur analogue 6) dans laquelle a lieu la liquéfaction du solvant. Le gaz séparé et détendu s'écoule vers le séparateur du solvant 8 d'où le solvant récupéré est ramené à l'absorbeur 2 par les conduits 56 et 54.
Le gaz séparé et refroidi, débarrassé du solvant., peut
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ensuite être utilisé comme décrit ci-aprèso La phase du solvant, contenant un extrait plus riche en acétylène que le courant d'alimentation basée sur la matière exempte de solvant, est conduite depuis le fond de l'absorbeur 2. par le conduit 10. vers le séparateur 12 muni d'un bouilleur à vapeur 14.
Dans le séparateur 12 se produit une séparation entre le constituant acéty- lène et le solvant. Le solvant s'écoule, depuis le fond du séparateur, par le conduit 36 et est refoulé par la pompe 38 dans le conduit 40 pour fournir, indirectement,, de la chaleur par la réébulliton à la zone de réébullition de l'absorbeur 2, le solvant étant ainsi partiellement refroidi. Pour le mode de réalisation de la fig. 1, le solvant, qui est ainsi partiellement refroidi. est ensuite refroidi indirectement par de l'eau et de la saumure contenues respectivement dans les échangeurs de chaleur 44 et 46. après quoi il est refroidi davantage par un échange de chaleur indirect., dans le réfrigérateur 48. avec le gaz séparé, refroidi préalablement par la détente dans 6 comme expliqué plus haut.
Il est toutefois évident que tout autre moyen refroidisseur peut être utilisé à la place de l'eau et de la saumure. Le constituant acétylène, qui sort de la partie supérieure du séparateur 12.. est saturé avec le solvant. Pour enlever le solvant,le constituant acéty-
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lène passe, par les conduits 16 et T8ou-20. -sur un- dd-èô:Fba-nt-- -s-o-1-i -d-'ê -qui est sélectif pour le solvant.
Deux chambres 22 et 24. contenant de l'adsorbant, sont intercalées alternativement dans le courant. Dans une chambre, le sol- vant,, contenu dans le courant d'acétylène, est adsorbé pendant
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bant solide, qui- - trouve--cl&ià--1, autre chambre., est régénéré avec du"gaz"" d'alimentation., ce qui ramène le solvant à l'absorbeur 12. Le courant d'ali- mentation est amené par le conduit 28 et traverse la chambre 22 ou 24 pour s'écouler par le conduit 30 ou 32 (figo 1) vers la colonne d'absorption 2 en passant par le conduit 34.
Pour le mode de réalisation de la fig. 2, le gaz d'alimentation est refroidi par échange de chaleur indirect avec le courant de gaz séparé et détendu, qui sort du séparateur 8. Le courant de gaz séparé, qui quitte le séparateur 8, traverse le réfrigérateur 66 pour le courant d'alimenta- tion et s'échappe par le conduit de décharge 680 Pour cette variante, un réfrigérateur séparé 60 est utilisé pour refroidir le solvant qui est recy- clé vers l'absorbeur 2. Les autres parties de l'installation de la fige 2 sont désignées par les mêmes chiffres de référence que sur la figo 1. Pour l'un ou l'autre de ces pracédés, du solvant frais est ajouté en 42 si néces- saire.
A titre d'exemple, l'acétone pénètre dans la partie supérieure d'un absorbeur et il absorbe en contre-courant l'acétylène hors du courant d'alimentation. Le gaz séparé,qui s'échappe à la partie supérieure de l'ab- sorbeur, qui est saturé avec du solvant et contient des matières moins solubles, s'échappe à une pression absolue d'environ 8 kg/cm et à une température de -6.7 . Ce gaz séparé traverse un détendeur dans lequel il est détendu adiabatiquement. à une pression absolue de 1.4 kg/cm jusqu'à avoir une température de -73 ce qui provoque la liquéfaction du solvant acétone par réfrigération interne. Le gaz séparé et détendu s'écoule alors vers un séparateur de solvant et le solvant récupéré est ramené à la partie supé- rieure de l'absorbeur.
Le solvant, contenant le produit acétylène.. quitte le fond de l'absorbeur à 10 et est introduit dans la partie supérieure d'un séparateur fonctionnant à une pression absolue de 1,4 kg/cm et muni d'un bouilleur à vapeur. La vapeur séparée c'est-à-dire le produit acétylène saturé avec l'acétone, traverse l'uneou l'autre des deux chambres contenant du charbon actif et intercalées alternativement dans le courant. Dans une chambre l'acétone est absorbé pendant que dans l'autre chambre le charbon actif est régénérépar le gaz d'alimentation., ce qui ramène l'acétone à l'ab- sorbeur.
L'acétonedébarrassé d'acétylène et sortant du fond du séparateur, est ramené à l'absorbeur après un échange de chaleur avec : le bouilleur de l'absorbeur ; l'eau de refroidissement qui refroidit le solvant à 32 ; la
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saumure réfrigérée qui refroidit le solvant à -3,3 et le gaz séparé et détendu qui sort de l'absorbeur et qui refroidit le solvant à -9,4 .
Pour un mode de réalisation de l'invention, on peut même supprimer les bottes ou chambres pour l'adsorption du solvant. Dans ce cas, les vapeurs., sortant de la partie supérieure du séparateur.. sont refroidies par le gaz séparé et froid pour liquéfier le solvant contenu dans les courants s'échappant par le haut (fig. 3). En procédant conformément à cette variante, le courant de gaz séparé, refroidi préalablement par détente et exempt de solvant, subit un échange de chaleur indirect avec le courant de gaz riche en acétylène et saturé avec du solvant et s'échappe par la partie supérieure du séparateur 12 dans lequel a lieu la séparation du solvant volatil d'avec le courant de gaz riche en acétylène.
Quand le gaz, sortant à la partie supérieure du séparateur de solvant, est refroidi par le courant de gaz séparé et froid, il est utilisé pour le refroidissement préalable d'autres vapeurs quittant le séparateur de solvant. En d'autres mots, en vue de séparer le solvant volatil du gaz saturé et riche en acétylène. qui sort du séparateur 12 par le conduit 88 (fig. 3), le gaz sortant du séparateur est d'abord refroidi préalablement dans le réfrigérateur $6 par-échange de chaleur indirect. Les vapeurs, sortant du séparateur, sont.ensuite. refroidies davantage dans le réfrigérateur 82 pour obtenir la liquéfaction du solvant par échange de chaleur indirect avec le courant de gaz séparé, détendu et froid qui sort du séparateur de solvant 8 par le conduit 80.
Le solvant est séparé du courant, ainsi refroidi., dans le séparateur de solvant 84. la phase acétylène gazeux.sortant du séparateur de solvant 84., étant utilisée pour une pré-réfrigération, par exemple dans le préréfrigérateur 86.
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Il est à noter uq e lacolonne d'abs¯orption fonctionne ¯,sous¯ pression de sorte que le courant de gaz separe, sortant de la partie supérieure de l'absorbeur, peut se détendre pour obtenir la liquéfaction du solvant. En général, la pression dans l'absorbeur et la pression du gaz séparé et détendu sont réglées de manière telle que le taux de détente soit tel qu'on obtienne une température suffisamment basse pour qu'elle puisse produire la liquéfaction du solvant volatil. Normalement, la pression d'extraction de l'acétylène et la pression du gaz séparé et détendu sont telles que le taux de détente soit de l'ordre de 8:1 à 4:1, de préférence 6 si. Le turbo-détendeur utilisé est capable de supporter de 3% à 5% de liquide.
Il est à noter., toutefois. que la détente peut être produite par des moyens autres que des turbo-détendeurs, par exemple par des machines à mouvement alternatif. Le solvant liquéfié est donc enlevé et peut être récupéré dans un séparateur de solvant. Le courant de gaz séparé, détendu et froid, peut ensuite être utilisé pour refroidir 1) le courant de solvant en circulation, 2) la charge de l'absorbeur après régénération du contenu des bottes ou cham- bres pour la récupération du solvant ou 3) les vapeurs sortant de la partie supérieure du séparateur.
L'absorbeur peut fonctionner à une température comprise dans une zone allant depuis une valeur inférieure au point d'ébullition du solvant à la pression du traitement, normalement à une température que l'on peut obtenir par échange de chaleur indirect avec l'eau de refroidissement, jusqu'à des températures obtenues par une réfrigération, par exemple à -29 , La pression, régnant dans la colonne d'absorption, est généralement un compromis économique. Elle doit être assez basse pour qu'on obtienne une bonne sélectivité, mais assez élevée pour qu'on puisse récupérer le solvant par la détente du gaz séparé, par exemple une pression absolue comprise entre 4,2 et 14 kg/cm . Le séparateur fonctionne, d'autre part. généralement au *point, d'ébullition du solvant à l'endroit où se trouve le bouilleur.
Comme le fonctionnement du séparateur est déterminé par la limite explosive de l'acétylène, la pression absolue doit être inférieure à 2,1 kg/cm
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Il est à noter qu'en plus de l'acétylène d'autres gaz., qui peu- vent se trouver dans le constituant acétylène, peuvent également être récu- pérés c'est-à-dire des gaz qui sont dissous à n'importe quel degré par l'a- cétone en même temps que l'acétylène. Dans ces cas il suffit de faire in- tervenir des tours additionnelles pour obtenir la séparation de ces autres gaz. Ainsi.si le gaz d'alimentation contient des dérivés d'acétylène ayant un poids moléculaire plus élevé, une tour additionnelle peut être placée derrière le séparateur d'acétylène.
Le solvant, provenant de l'absorbeur et contenant des constituants acétyléniques, est amené à un premier sépara- teur dans lequel le produit acétylène est enlevé et passe ensuite sur de l'adsorbant solide contenu dans une boîte ou chambre,conformément à l'in- vention. Par contre, la phase de solvant, qui sort du fond du séparateur, au lieu d'être refroidie et ramenée à l'absorbeur., est envoyée à un deuxiè- me séparateur dans lequel les dérivés acétyléniques sont enlevés et s'échap- pent par la partie supérieure de ce séparateur. Les dérivés acétyléniques peuvent également passer sur un adsorbant solide., conformément à l'inven- tion., alors que le solvant, sortant du fond du deuxième séparateur, est re- froidi et est ramené vers l'absorbeur.
Les adsorbants solides qui sont utilisés conformément à l'in- vention, sont bien entendu connus des spécialistes, un adsorbant avantageux étant du charbon activé. Des exemples d'autres adsorbants solides sont le gel de silice, le charbon de bois, le gel d'alumine et les terres diatomées.
L'invention est également applicable à des procédés pour la ré- cupération de solvants pour lesquels une quantité suffisante d'éthylène est absorbée par le solvant sélectif pour l'acétylène pour garantir la récupé- ration. Dans ce cas. on se sert également d'une tour additionnelle. L'ab- sorbant sélectif absorbe l'acétylène et une quantité minime d'éthylène, la plus grande'partie de la teneur en éthylène du gaz d'alimentation passant à travers l'absorbant. Dans la première tour.. dans laquelle on fait passer la phase de solvant provenant de l'absorbeur., l'éthylène est séparé comme produit s'écoulant par la partie supérieure de la tour.
La phase solvant est alors amenée à une seconde tour pu l'acétylène est séparé comme prodùit s'écoulant par la partie supérieure de la tour. Le solvant est ensuite re- froidi et est ramené à l'absorbeur le produit' éthylène et le produit acéty- lène traversant des chambres séparées-0 contenant du charbon activé,, confor- mément à l'invention. ' Evidemment, si le courant d'alimentation contient également des composés acétyléniques ayant un poids moléculaire plus élevé, on peut avoir recours à une troisième tour pour leur enlèvement comme décrit plus haut. Si du bioxyde de carbone se trouve dans le -constituant acétylène,, il peut s'écouler. en même temps que le produit éthylène¯,¯hors de la premiè- re tour.
Le produit éthylène.. contenant le bioxyde de carbone, peut ensuite traverser un solvant sélectif pour le bioxyde de carbone afin d'obtenir un courant d'éthylène purifié.
Il est à noter que., suivant divers aspects de l'invention, le courant de gaz d'alimentation forme un courant de gaz régénérateur pour les boîtes ou chambres contenant l'adsorbant du solvant.. ce qui ramène donc le solvant dans l'installation. Comme, pour l'invention, le taux de détente est de 4:1 à 8:1. la pression du courant d'alimentation, passant sur l'ad- sorbant pour enlever le solvant., est de quatre à huit fois plus grande que la pression du gaz., qui est fourni par la partie supérieure du separateur et dont on veut séparer le solvant à l'aide de l'adsorbant.
Si l'on suppose que des conditions isothermiques existent le solvant est adsorbé ou désor- bé dans le sens de la pression partielle la plus basse du solvant, la pres- sion partielle étant, approximativement., égale à la proportion en moles mul- tipliée par la pression totale. Le gaz, qui s'échappe du séparateur et qui est saturé en ce qui concerne le solvant., par exemple l'acétone, cède son acétone jusqu'à ce qu'il soit en équilibre avec la phase adsorbée dans le milieu adsorbant. par exemple du charbon activé. Le gaz, fourni à l'absor-
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beur et qui ne contient initialement pas d'acétone, régénère donc le charbon activé puisque la pression partielle de l'acétone dans le gaz d'alimentation est toujours maintenue à une valeur inférieure à celle qui existe dans la phase adsorbée du charbon activé.
Le solvant est ainsi ramené au système absorbant. La raison pour laquelle la pression partielle est moin- dre est que, pour la masse de gaz, le solvant a été récupéré par liquéfaction par suite de la détente et que le gaz, qui sort du séparateur, ne constitue qu'une partie du courant gazeux total. Comme le courant de gaz d'alimentation pénètre dans la boîte ou chambre,, contenant le charbon activé, à une pression qui est de quatre à huit fois plus grande que celle du gaz qui sort de la partie supérieure du séparateur, la pression partielle de l'acétone, dans la boite ou chambre susdite, devrait normalement être élevée et la désorption devrait être impossible sans chauffage régénérateur.
Toutefois, par l'invention, la force d'écoulement est produite sans l'intervention de la chaleur en réduidant en concordance la proportion en moles. puisqu'on se sert d'une proportion importante de gaz d'alimentation de l'absorbeur par rapport au gaz qui sort du séparateur.
Alors qu'il est avantageux, pour des raisons évidentes, d'utiliser le gaz d'alimentation pour régénérer l'adsorbant solide, il est possible de se servir, à cet effet, d'autres gaz tels que des gaz perdus. De plus., les gaz perdus ne doivent pas nécessairement être déchargés dans l'atmosphère mais peuvent, suivant leur composition, être séparés davantage, brûlés.. recyclés vers le générateur d'acétylène, etc.
Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant plus spécialement été indiqués; elle en embrasse, au contraire. toutes les variantes.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé pour séparer un constituant acétylène d'un courant de gaz à l'aide d'un solvant volatil qui a une affinité plus grande pour l'acétylène.. caractérisé en ce qu'on met en contact le courant d'alimentation gazeux, sous pression, avec le solvant volatil pour former une phase de solvant,contenant un extrait plus riche en acétylène que ledit courant d'alimentation gazeux, et une phase vapeur constituée par un courant de gaz séparé, plus riche en gaz restants que le courant d'alimentation gazeux; on diminue la pression agissant sur le courant de gaz séparé pour refroidir ce courant par détente en vue de liquéfier le solvant volatil qu'il contient;
on chauffe la phase de solvant, obtenue par l'extraction de l'acétylène., pour en séparer le gaz riche en acétylène sous la forme d'un courant riche en acétylène et saturé de solvant ; fait passer ce dernier courant, ain- si séparé., sur un adsorbant solide sur lequel le solvant volatil est ainsi adsorbé ; on fait passer au moins une partie du courant d'alimentation gazeux sur ledit adsorbant avant son introduction dans l'appareil d'extraction de l'acétylène., ce qui enlève le solvant volatil de la surface de la matière adsorbante pour le ramener dans l'installation;
et on amène le solvant exempt d'acétylène et provenant de l'opération de séparation de l'acétylène ainsi que le solvant liquéfié. provenant de l'opération de détente, vers l'appareil d'extraction de l'acétylène.. afin qu'ils puissent être utilisés à nouveau pour la séparation de l'acétylène.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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The invention relates to a process for separating an acetylene component, i.e. acetylene or acetylene, and minor amounts of ethylene or the like, from a gas stream. containing the constituent acetylene.
The separation of acetylene constituents from gas streams is of particular interest because of the importance of the manufacture of acetylene and because of the presence of acetylene in industrial gases. more particularly in pyrolysis and refining gases.
The removal of the acetylene constituents from these gases is a matter of vital interest. A significant application of the invention is in the case of regeneration furnace gases which are rich in acetylene and which are obtained by the pyrolysis at high temperature of hydrocarbon materials. Moreover, acetylene must be separated from the gases. gaseous products obtained by cracking hydrocarbon oils at high temperatures, as obtained by means of an electric arc. In addition, for the manufacture of butadiene, used for example for the production of synthetic rubber, crude butadiene is generally combined with acetylene.
It is known that by using distillation apparatus it is difficult to separate acetylenes from the gases mixed with them, that is to say from their gaseous constituents, such as ethylene, to because of the small differences existing between the corresponding boiling points or because the mixture is in the form of a mixture having a constant boiling point. Furthermore, acetylene is explosive in nature and, normally, safety means must be used to prevent the partial pressure of acetylene from exceeding 1.75 kg / cm in absolute pressure. As a result, numerous methods, other than distillation, have been proposed to separate acetylene from its gaseous component. One such method is solvent extraction.
According to this method and for economic reasons, a volatile solvent is generally used, for example acetaldehyde, ethanol, cyclohexanone, diethyl carbonate, methyl ethyl ketone, diethylenic glycol and dimethyl formamide. Other volatile solvents which have a high degree of selectivity for acetylene are, of course, known to those skilled in the art, a volatile solvent being defined as a solvent with a boiling point which, at atmospheric pressure, is lower. to 150.
It was found that volatile solvents for acetylene. for example acetone, are selective by absorbing an amount of acetylene corresponding to several times their volume. In addition, volatile solvents are especially preferred from the point of view of heat saving because of the ease with which boiling again the acetylene solvent absorbed. However, although these solvents are better suited for absorption than the usual solvents which only dissolve gases according to Raoult's law, their use nevertheless gives rise to certain intrinsic difficulties.
Due to their volatility, considerable amounts of the solvent are entrained in the liberated gas streams. Purification, for which a volatile solvent is used ,. gas streams containing large amounts of acetylene, causes considerable loss of solvent or necessitates the use of additional chemicals or other means to remove this solvent.
The object of the invention is a process for separating acetylene from a mixture with a gaseous component using a volatile solvent but with a very low loss of solvent. The subject of the invention is very efficient and economical means for removing acetylene with excellent solvent recovery. According to the invention, an acetylene component is absorbed by a solvent in an absorber. The separated gas, which exits the upper part of the absorber, is expanded to complete liquefaction of the solvent and the separated and expanded gas flows to a separator.
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solvent source from which the recovered solvent is returned to the absorber. The solvent, containing the acetylene component and leaving the bottom of the absorber, is introduced into the upper part of a separator.
The separated vapors, i.e. the acetylene component saturated with solvent, are then treated to free them from the solvent. They are either cooled by the cold stream of gas separated as described below, or else they are passed through one of the two bundles containing a solid adsorbent, these boxes being interspersed alternately in the stream. In one can the solvent is adsorbed while the adsorbent in the other is regenerated by the feed stream, which returns the solvent to the absorber. The solvent, freed from acetylene and supplied by the bottom of the separator, is returned to the absorber.
The solvent used in the absorber, that is to say for the extraction of acetylene, must obviously have a greater affinity for the acetylene component than for the remaining component. Thus, according to one embodiment of the invention, an acetylene component is separated from a gaseous stream using a volatile solvent by bringing the gaseous feed stream into contact under pressure with the following volatile to form a solvent phase containing an extract richer in acetylene than the gaseous feed stream and a separate gas stream which is richer in remaining gases than the gaseous feed stream; reducing the pressure of the separated gas stream to cool said stream by expansion, which liquefies the volatile solvent therein;
heating the solvent phase obtained by extracting acetylene to separate the acetylene-rich gas therefrom in the form of a stream rich in acetylene and saturated with solvent; by passing this stream rich in acetylene and saturated with solvent, thus separated, over a solid adsorbent so that the volatile solvent is adsorbed by the latter; passing at least a portion of the gas feed stream over said adsorbent prior to its introduction into the acetylene extractor thereby returning the volatile solvent from the surface of the adsorbent material to the apparatus; and returning the solvent freed from acetylene, supplied by the separation of acetylene, together with the liquefied solvent, obtained by the expansion, to the apparatus for the extraction of acetylene to use them again for the removal of acetylene. acetylene.
The accompanying drawing shows, by way of examples, various embodiments of the invention.
Fig. 1 shows, schematically, a process for the separation of acetylene in which the evolved and expanded gas stream is used to partially cool the recycled solvent.
Fig. 2 similarly shows a process for the separation of acetylene in which the separated and expanded gas stream is used to cool the feed gas.
Fig. 3 shows the case where the separated and expanded gas is used to cool the vapors escaping from the upper part of the separator.
For the example shown in fig. 1 of the drawings, the feed gas from which the acetylene is to be separated is supplied through line 28 and flows through one of the boxes 22 and 24 and then through line 34 into absorber 2. The solvent is introduced into absorption column 2 via line 54 so that countercurrent circulation occurs in this column 2. Absorption column 2 comprises a re-boiling zone in which the less soluble constituents are separated. The separated gas, leaving the absorber 2, flows through the pipe 4 and is expanded using a turbine (or a similar expansion valve 6) in which the liquefaction of the solvent takes place. The separated and expanded gas flows to the solvent separator 8 from where the recovered solvent is returned to the absorber 2 through conduits 56 and 54.
The separated and cooled gas, freed from solvent., Can
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then be used as described below: The solvent phase, containing an extract richer in acetylene than the feed stream based on the solvent-free material, is conducted from the bottom of absorber 2 through line 10. to the separator 12 fitted with a steam boiler 14.
In separator 12 a separation takes place between the acetylene component and the solvent. The solvent flows from the bottom of the separator through line 36 and is discharged by pump 38 into line 40 to provide, indirectly, heat by reboiling to the re-boiling zone of absorber 2, the solvent thus being partially cooled. For the embodiment of FIG. 1, the solvent, which is thus partially cooled. is then cooled indirectly by water and brine contained in heat exchangers 44 and 46, respectively, after which it is further cooled by indirect heat exchange., in refrigerator 48. with the separated gas, cooled beforehand. by the trigger in 6 as explained above.
It is obvious, however, that any other cooling means can be used instead of water and brine. The acetylene component, which exits the top of separator 12 .. is saturated with the solvent. To remove the solvent, the acetyl component
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lene passes through conduits 16 and T8ou-20. -on un- dd-èô: Fba-nt-- -s-o-1-i -d-'ê -which is selective for the solvent.
Two chambers 22 and 24. containing the adsorbent are alternately inserted in the current. In a chamber, the solvent, contained in the acetylene stream, is adsorbed for
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The solid bant, which- - found - cl & ià - 1, other chamber., is regenerated with feed "gas", which returns the solvent to absorber 12. The feed stream is brought through line 28 and passes through chamber 22 or 24 to flow through line 30 or 32 (figo 1) to absorption column 2, passing through line 34.
For the embodiment of FIG. 2, the feed gas is cooled by indirect heat exchange with the separated and expanded gas stream, which exits the separator 8. The separated gas stream, which leaves the separator 8, passes through the refrigerator 66 for the gas stream. feed and escapes through the discharge duct 680 For this variant, a separate refrigerator 60 is used to cool the solvent which is recycled to the absorber 2. The other parts of the installation of the rod 2 are designated by the same reference numerals as in Fig. 1. For either of these methods, fresh solvent is added at 42 if necessary.
For example, acetone enters the top of an absorber and countercurrently absorbs acetylene from the feed stream. The separated gas, which escapes at the upper part of the absorber, which is saturated with solvent and contains less soluble materials, escapes at an absolute pressure of about 8 kg / cm and at a temperature of -6.7. This separated gas passes through a regulator in which it is expanded adiabatically. at an absolute pressure of 1.4 kg / cm until having a temperature of -73 which causes the liquefaction of the acetone solvent by internal refrigeration. The separated and expanded gas then flows to a solvent separator and the recovered solvent is returned to the upper part of the absorber.
The solvent, containing the acetylene product, leaves the bottom of the absorber at 10 and is introduced into the upper part of a separator operating at an absolute pressure of 1.4 kg / cm3 and fitted with a steam boiler. The separated vapor, that is to say the acetylene product saturated with acetone, passes through one or the other of the two chambers containing activated carbon and interspersed alternately in the current. In one chamber the acetone is absorbed while in the other chamber the activated carbon is regenerated by the feed gas, which returns the acetone to the absorber.
The acetylene freed from acetylene and leaving the bottom of the separator is returned to the absorber after heat exchange with: the boiler of the absorber; cooling water which cools the solvent to 32; the
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refrigerated brine which cools the solvent to -3.3 and the separated and expanded gas which leaves the absorber and which cools the solvent to -9.4.
For one embodiment of the invention, it is even possible to omit the boots or chambers for the adsorption of the solvent. In this case, the vapors, leaving the upper part of the separator, are cooled by the separated and cold gas to liquefy the solvent contained in the streams escaping from the top (fig. 3). Proceeding in accordance with this variant, the separated gas stream, pre-cooled by expansion and free of solvent, undergoes indirect heat exchange with the stream of gas rich in acetylene and saturated with solvent and escapes through the upper part of the gasket. separator 12 in which the volatile solvent is separated from the stream of gas rich in acetylene.
When the gas exiting at the top of the solvent separator is cooled by the separated cold gas stream, it is used for pre-cooling other vapors leaving the solvent separator. In other words, in order to separate the volatile solvent from the saturated gas rich in acetylene. which leaves the separator 12 through line 88 (FIG. 3), the gas leaving the separator is first cooled beforehand in the refrigerator $ 6 by indirect heat exchange. The vapors leaving the separator are then followed. further cooled in refrigerator 82 to obtain liquefaction of the solvent by indirect heat exchange with the separate, expanded, cold gas stream which exits solvent separator 8 through line 80.
The solvent is separated from the stream, thus cooled, in the solvent separator 84. the gaseous acetylene phase leaving the solvent separator 84., being used for pre-refrigeration, for example in the pre-refrigerator 86.
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It should be noted that the absorption column operates under pressure so that the separate gas stream, leaving the upper part of the absorber, can relax to obtain liquefaction of the solvent. In general, the pressure in the absorber and the pressure of the separated and expanded gas are controlled such that the rate of expansion is such that a temperature is obtained sufficiently low so that it can produce liquefaction of the volatile solvent. Normally, the acetylene extraction pressure and the pressure of the separated and expanded gas are such that the expansion ratio is in the range of 8: 1 to 4: 1, preferably 6 si. The turbo-regulator used is capable of withstanding 3% to 5% of liquid.
It should be noted, however. that the expansion can be produced by means other than turbo-regulators, for example by reciprocating machines. The liquefied solvent is therefore removed and can be recovered in a solvent separator. The separated, expanded, cold gas stream can then be used to cool 1) the circulating solvent stream, 2) the absorber charge after regeneration of the contents of the boots or chambers for solvent recovery, or 3 ) the vapors coming out of the upper part of the separator.
The absorber can be operated at a temperature within a range from a value below the boiling point of the solvent at the process pressure, normally at a temperature obtainable by indirect heat exchange with the process water. cooling, to temperatures obtained by refrigeration, for example at -29. The pressure prevailing in the absorption column is generally an economic compromise. It must be low enough so that good selectivity is obtained, but high enough so that the solvent can be recovered by the expansion of the separated gas, for example an absolute pressure of between 4.2 and 14 kg / cm. The splitter works, on the other hand. usually at the boiling point of the solvent at the location of the boiler.
As the operation of the separator is determined by the explosive limit of acetylene, the absolute pressure must be less than 2.1 kg / cm
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It should be noted that in addition to acetylene other gases, which may be found in the acetylene component, may also be recovered, i.e. gases which are dissolved at no time. any degree by acetone along with acetylene. In these cases, it suffices to bring in additional turns to obtain the separation of these other gases. Thus, if the feed gas contains acetylene derivatives with a higher molecular weight, an additional tower can be placed behind the acetylene separator.
The solvent, coming from the absorber and containing acetylenic constituents, is fed to a first separator in which the acetylene product is removed and then passes through solid adsorbent contained in a box or chamber, in accordance with in. - vention. On the other hand, the solvent phase, which leaves the bottom of the separator, instead of being cooled and brought back to the absorber, is sent to a second separator in which the acetylenic derivatives are removed and escape. by the upper part of this separator. The acetylenic derivatives can also pass over a solid adsorbent, in accordance with the invention, while the solvent, leaving the bottom of the second separator, is cooled and is returned to the absorber.
The solid adsorbents which are used according to the invention are of course known to those skilled in the art, an advantageous adsorbent being activated carbon. Examples of other solid adsorbents are silica gel, charcoal, alumina gel, and diatomaceous earth.
The invention is also applicable to methods for the recovery of solvents in which a sufficient amount of ethylene is absorbed by the solvent selective for acetylene to ensure recovery. In that case. an additional tower is also used. The selective absorbent absorbs acetylene and a minimal amount of ethylene, most of the ethylene content of the feed gas passing through the absorbent. In the first tower, through which the solvent phase from the absorber is passed, the ethylene is separated as product flowing through the upper part of the tower.
The solvent phase is then brought to a second tower where the acetylene is separated as a product flowing through the upper part of the tower. The solvent is then cooled and returned to the absorber with the ethylene product and the acetylene product passing through separate chambers containing activated carbon according to the invention. Obviously, if the feed stream also contains acetylenic compounds having a higher molecular weight, a third tower can be used for their removal as described above. If carbon dioxide is present in the acetylene component, it may flow out. at the same time as the ethylene product, ¯ out of the first round.
The ethylene product, containing carbon dioxide, can then pass through a solvent selective for carbon dioxide to obtain a stream of purified ethylene.
It should be noted that, in accordance with various aspects of the invention, the feed gas stream forms a regenerator gas stream for the cans or chambers containing the adsorbent of the solvent, thereby returning the solvent to the solvent. installation. As, for the invention, the expansion ratio is from 4: 1 to 8: 1. the pressure of the feed stream, passing over the adsorbent to remove the solvent., is four to eight times greater than the pressure of the gas., which is supplied by the upper part of the separator and from which it is desired to separate the solvent using the adsorbent.
If it is assumed that isothermal conditions exist the solvent is adsorbed or desorbed in the direction of the lowest partial pressure of the solvent, the partial pressure being, approximately, equal to the multiplied mole proportion. by the total pressure. The gas, which escapes from the separator and which is saturated with respect to the solvent, for example acetone, gives up its acetone until it is in equilibrium with the adsorbed phase in the adsorbent medium. for example activated carbon. The gas supplied to the absorber
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beur and which does not initially contain acetone, therefore regenerates the activated carbon since the partial pressure of acetone in the feed gas is always maintained at a value lower than that which exists in the adsorbed phase of the activated carbon.
The solvent is thus returned to the absorbent system. The reason why the partial pressure is lower is that, for the mass of gas, the solvent has been recovered by liquefaction as a result of the expansion and the gas, which leaves the separator, constitutes only part of the stream. total gas. As the feed gas stream enters the can or chamber, containing the activated carbon, at a pressure which is four to eight times greater than that of the gas exiting the top of the separator, the partial pressure of acetone, in the above box or chamber, should normally be high and desorption should be impossible without regenerative heating.
However, by the invention, the flow force is produced without the intervention of heat by correspondingly reducing the mole ratio. since a large proportion of the absorber feed gas is used in relation to the gas leaving the separator.
While it is advantageous, for obvious reasons, to use the feed gas to regenerate the solid adsorbent, it is possible to use other gases such as waste gases for this purpose. In addition, the waste gases do not necessarily have to be discharged into the atmosphere but can, depending on their composition, be further separated, burned, recycled to the acetylene generator, etc.
As goes without saying and as it follows moreover already from the foregoing, the invention is in no way limited to that of its modes of application nor to those of the embodiments of its various parts, having more specially indicated; on the contrary, it embraces some. all variants.
CLAIMS.
1.- Process for separating an acetylene component from a gas stream using a volatile solvent which has a greater affinity for acetylene .. characterized in that the feed stream is contacted gaseous, under pressure, with the volatile solvent to form a solvent phase, containing an extract richer in acetylene than said gaseous feed stream, and a vapor phase consisting of a separate gas stream, richer in remaining gases than the gaseous feed stream; the pressure acting on the separated gas stream is reduced to cool this stream by expansion in order to liquefy the volatile solvent it contains;
the solvent phase, obtained by the extraction of acetylene, is heated to separate the gas rich in acetylene in the form of a stream rich in acetylene and saturated with solvent; passes this latter stream, thus separated, over a solid adsorbent on which the volatile solvent is thus adsorbed; at least part of the gaseous feed stream is passed over said adsorbent prior to its introduction into the acetylene stripper, which removes the volatile solvent from the surface of the adsorbent material to return it to the 'installation;
and supplying the acetylene-free solvent from the acetylene separation operation as well as the liquefied solvent. from the expansion operation, to the acetylene stripper ... so that they can be used again for acetylene separation.
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