CA1217711A

CA1217711A - Procede de fractionnement d'un melange gazeux de plusieurs constituants

Info

Publication number: CA1217711A
Application number: CA000453052A
Authority: CA
Inventors: Joseph Larue; Alexandre Rojey
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1983-04-29
Filing date: 1984-04-27
Publication date: 1987-02-10
Also published as: NO164516C; NL8401358A; GB2139111A; FR2544998B1; US4575387A; NO841682L; FR2544998A1; GB2139111B; NO164516B; GB8410824D0

Abstract

L'invention concerne un procédé de séparation d'un mélange gazeux, économique en énergie, et faisant appel au phénomène de démixtion. Le mélange à séparer est mis en contact extratif avec un solvant, qui est ensuite refroidi jusqu'à une température permettant une démixtion en deux phases liquides dont l'une est enrichie en extrait et l'autre en solvant. L'extrait est recueilli et le solvant recyclé. Le procédé est susceptible de nombreuses applications dans le domaine du traitement des gaz.

Description

7~ ~

L'invention a trait à un nouveau procéde de fractionnelnent, économi-que en énergie, et qui s'applique aux melanges gazeu~ de plusieurs constituar.ts.

Le fractionnement d'un mélange de plusieurs constituants gazeux s'effectue habituellernent, soit par traitem.ent direct du rr.élange sous forme gazeuse en utilisant par exemple les techniques d'adsorp-tion sur solide, d'absorption dans un liquide, ou de perrnéation au travers de membranes, soit par liqu~faction, par refroidissement et/ou compression de tout ou partie du rnélange gazeux, sou~/ent suivie du traitement du liquide ainsi obtenu par distil].ation ou extractior, par solvant.

Tout procédé de séparation consornme de l'energie ; a l'heure actuelle, la dépense énergétique liée à un procédé de fractionnernent est un critère essentiel dans le choix d'un tel proc--dé. 3ans le cas des procédés qui traitent directement le mélan~e sous forrne gazeuse, c'est-à-dire l'adsorption sur solide, l'absorption dans un liquide et la perméation en phase gazeuse, la consommation ~nerg~tique est relativement modérée, mais le fluide sép~ré est gazeu~ ct en gén~ral à tme pressiOn assez basse, et selon son utilisation ult~rieure, il peut etre souhaitable de le recomprimer et/ou le liquéfier, ce qui 121~7~ ~

implique une dépense énergétique conséquente. Par contre, dans le cas de la séparation par distillation ou extraction, la liquéfaction a lieu avant la séparation ; selon la pression dans la colonne de rec-tification, il est souvent nécessaire de refroidir à basse températur le condenseur de la colonne de distillation, ce qui nécessite une autre dépense énergétique ; il faut noter, d'autre part, que l'extrac-tion par solvant est presque toujours suivie d'une distillation des-tinée à recycler le solvant. Ce deuxième type de procédé de sépara-tion~qui traite une phase liquide, permet d'o`otenir le fluide séparé, en phase liquide, mais avec une dépense énergétique importante.

Depuis plusieurs années, de nombreuses études ont porté sur l'extrac-tion par fluides supercritiques : cette technique utilise la grande variation de sélectivité d'un fluide aux environs de son point cri-tique en fonction de la température ; ces procédés présentent des avantages liés à la grande diffusivité et aux faibles densités et viscosités du solvant supercritique , leur consommation énergétique est relativement faible , ils nécessitent en revanche le recours à des pressions très élevées (généralement comprises entre 5 et 30 MPa).

Dans le cas de la séparation d'un mélange gazeux par absorption dans un liquide,une partie des constituants du mélange est dissoute dans ce liquide d'absorption, et peut donc être considérée comme étant à l'état liquide ; elle est ensuite réextraite par élévation de température et/ou baisse de pression et remise en phase gazeuse.
En effet, en règle habituelle~ l'absorption d'un gaz dans un liquide est d'autant plus importante que la température est plus basse,et que la pression est plus élevée.
3o L'invention est basée sur un concept différent de ce qui précède, celui de la démixtion en deux phases liquides distinctes, de la solution d'un gaz dans un liquide, cette démixtion se produisant, dans certains cas, à la suite d'un abaissement de température.

~2i~77~

L'objet de la présente invention consiste à réaliser, avec une faible dépense d'éner~ie, la séparation d'un au moins des constituants d'un mélange gazeux de plusieurs constituants.
Selon la présente invention, il est prévu un procédé de fractionnement d'un mélange gazeux, qui consiste:
a) à mettre en conditions de co~tact extractif, dans une zone d'extraction, le mélange gazeux à fractionner et un solvant sélectif vis-a-vis d'un au moins des constituants du mélange gazeux, de manière à former une solution de ce(s) constituant(s) dans le solvant, ladite zone d'extraction étant à une température d'au moins 30C plus basse que la température critique dudit solvant, b) à séparer ladite solution de la frac-tion non extraite du mélange gazeux, c) à refroidir la solution séparée, dans au moins une zone d'échange de chaleur, jusqu'à
une température permettant une démixtion de ladite solu-tion séparée en deux phases liquides, dont l'une (F1) est enrichie en solvant, et l'autre (F2) est enrichie en constituant(s) extrait(s) au cours de l'étape (a), d) à séparer les deux phases liquides (Fl et F2) l'une de l'autre, e) à recycler à l'étape (a) la phase (Fl) enrichie en solvant de manière ~ dissoudre à nouveau une partie du mélange gazeux à séparer, f) à recueillir la phase (F2), enrichie en constituant(s) extrait(s) au cours de l'étape (a), qui constitue l'un des produits du procédé.
Pour la réalisation de l'invention, on utilise donc la variation de solubilité desdits consti-~8 ~, :

~177~

tuants dans un solvant, en fonction de la température.
Tout au long du procédé selon l'invention, le solvant est utilisé dans des conditions assez éloignées de son état critique; en particulier, la température la plus élevée atteinte par le solvant, dans le procédé, est inférieure d'au moins 30C à la température critique de ce solvant.
Le mélange gazeux peut comporter au moins deux constituants. De préférence, l'un au moins de ces cons-tituants a une température critique inférieure à 50C
pour que le mélange reste à l'état gazeux dans une large gamme de températures et de pressions.
Le mélange gazeux à séparer peut comprendre, par exemple, un ou plusieurs hydrocarbures saturés ou insaturés, tels que par exemple le méthane, l'éthane, le propane, le butane, l'éthylène, le propylène, le butène, le butadiène, l'acétylène, ou un plusieurs hydrocarbures halogénés, tels que par exemple, le trichlorofluorométhane, le dichlorodifluorométhane, le chlorotrifluorométhane, le tétrafluorométhane, le trifluorobromométhane, le chlorodifluorométhane, le trifluorométhane, le dichlo-rotétrafluoroéthane, le chloropentafluoroéthane, dlautres gaz tels que par exemple le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone, l'azote, l'argon, l'oxygène, l'hydrogène, l'hélium, l'hydrogène sulfuré, le dioxyde de soufre, le trioxyde de soufre, le chlore, le fluor, la vapeur d'eau, les oxydes d'azote. Le mélange gazeux à séparer peut être, par exemple, un mélange de dioxyde de carbone et de méthane, ou un mélange de dioxyde de carbone et d'azote, ou un mélange de méthane et d'éthane ou un mélange d'hydrogène et d'éthane, ou un mélange d'hydrocarbures de degrés différents de satura-tion, par exemple, un hydrocarbure saturé ou un hydrocar-bure insaturé, ou un hydrocarbure saturé ou mono-olé-finique (ou leur mélange~ et un hydrocarbure dioléfinique, ~`

- 4a -~77:3 ~

ou un mélange d'hydrocarbures halogénés tel que par exemple, le chlorodifluorométhane et le chloropentafluoro~
~thane, ou un mélange d'un hydrocarbure halogéné et d'un autre gaz tel que, par exemple, le tétrafluoromé-thane et le méthane.
Dans une version préférée du procédé, la phase (F1) enrichie en solvant et/ou la phase (F2) enrichie en constituant(s) extrait(s) au cours de l'étape (a) traverse(nt) la zone d'échange de chaleur de l'é-tape (c) de façon a procurer une partie ou la totalité
de l'abaissement de température nécessaire à l'~tape ( c ) -1~773L:~

Dans le cas où l'une (les deux phases) séparée(s) à l'étape (d) n'est (ne sont pas) considérée~s) comme su~fisamment purifiée(s) à
la suite de la démixtion, il est possible de procéder à une purifica-tion complémentaire de la lde~) phase(s) concernée(s), par exemple, par distillation.

Le procédé selon l'invention est basé sur l'observation selon laquelle, dans une solution d'un composé dans un solvant, généralement un sol-vant polaire, et dans des conditions de température et de pression assez éloignées du point critique de ce solvant, en particulier, lorsque la température maximalé du procéd~ est inférieure d'au moins 30C à la température critique dudit solvant, un abaissement de la température provoque généralement une diminution de la solubilité
dudit composé dans le solvant et il se produit une démixtion en deux phases liquides, dont l'une est relativement plus concentrée en sol-vant et l'autre est relativement plus concentrée en ledit composé.
Il est ainsi possible de séparer le solvant du composé qui y était dissout.

Le schéma général de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est représenté sur la figure 1. Le mélange gazew~ à séparer entre par la conduite 1 dans l'extracteur C dans lequel il est mis en contact avec un solvant (liquide d'extraction) entrant par la conduite 3.
Dans les conditions de température et de pression de l'e~tracteur,l'un ou une partie des constituants du mélange gazeux se transfère préfé-rentiellement vers le solvant. Ce transfert peut s'accompagner d'un effet thermique, auquel cas il est possible de prévoir un s~Jstème d'échange de chaleur E2 dans l'extracteur C, avec un fluide calopor-teur extérieur rentrant par la conduite 14 et ressortant ~ar la con-duite 15. La température de l'extracteur C est choisie selon les cri-tères d'équilibres thermodynamiques et est inférieure d'au moins 30C
à la température critique du solvant. La partie du mélange ga~eux qui n'a pas été dissoute dans le solvant ressort de l'extracteur C
par la conduite 2. Le mélange de solvant et de produit(s) extrait(s) ressort de l'extracteur C par la conduite 4, entre dans l'échangeur ~.

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de chaleur E1 dans lequel il est d'abord refroidi par échange thermi-que avec des produits recyclés, puis par un fluide caloporteur froid, qui provient de la machine frigorifique M et qui entre dans l'échan-geur El par la conduite 11 et en ressort par la conduite 12 ; le mé-lange est ainsi refroidi à une température telle qu'il y a démixtion en deux phases liquides, qui sortent de 1 '~chanajeur ~e chale~lr Fl parla conduite 5, et qui sont séparées dans le bac D. La phase enrichie en solvant (supposée être, dans ce cas, la phase la plus lourde) sort du bac D par la conduite 7, pénètre dans l'échangeur de chaleur E1 dans lequel elle se réchauffe par échange thermique avec le mélange provenant de la conduite 4, sort de l'échangeur de chaleur E1 par la conduite 10, et passe dans la pompe P1 qui la recycle par la conduite 3 vers l'extracteur C pour réaliser à nouveæu l'extraction du mélange initial à séparer. L'autre phase,enrichie en constituant(s) extrait(s) 5 (supposée etre, dans ce cas, la phase la plus légère), sort du bac D
par la conduite 6, pénètre dans l'échangellr de cha]eur ~1 dans l~quel elle se réchauffe par échange thermique avec le mélange provenant de la conduite 4, sort de l'échangeur de chaleur E1 par la conduite 8, et sort du procédé à l'état liquide, à l'état gazeu~ ou en mélange biphasique liquide-vapeur, selon sa température et son niveau de pres-sion .

Pour compenser les pertes de solvant dues à l'entrainement par le mélange gazeux non dissout sortant par la conduite 2, et par la phase riche en constituant(s) extrait(s) sortant par la conduite 8, un appoint de solvant au procédé peut etre fait par la conduite 13.

Dans le bac de décantation D, la phase riche en solvant est souvent la phase lourde ; cependant, ceci n'est pas une règle absolue, et dans le cas où la phase riche en solvant est la plus légère, les conduites 6 et 7 sont permutées.

Dans les conduites 3, 4, 5, 6, 7, 8 et 10,1a pression est sensible-~ ment la meme aux pertes de charge près ; la pompe P1 ne fournit qu'une :

f 7~

différence de pression faible, correspondant aux pertes dQ charge dans les circuits, et par conséquent, la consommation d'énergie méca-nique interne au procédé est très faible.

Le refroidisse~ent du mélange de solvant et de constituant(s) extrait(s) qui sort de l'extracteur C par la conduite 4 s'effectue dans l'échangeur de chaleur E1 grace aux produits obtenus par démix-tion et qui circulent dans les conduites 6-~ et 7-10. La masse de mélange qui circule dans la conduite 4-5 est normalement égale à
la somme des masses de fluides circulant dans les conduites ~-8 et 7-10. Il est cependant nécessaire de proc~der sur le fluide circu-lant dans la conduite 4-5 à ur. refroidissement co.nplé~entaire grace à l'adjonction de la machine frigorifique M, de fa~on à crQer dans l'échangeur de chaleur E1 les écarts thermiques entre fluides suf-fisants pour permettre le refroidissement du 41uide circulant dansla conduite 4-5 : si les pertes thermiques dans l'échangeur E1 sont faibles~ la quantité de cnaleur prelevée par le fluide provenant de la machine frigorifique circulant dans la conduite 11-12 est faible en comparaison de la quantité totale de chaleur mise en jeu dans l'échangeur de chaleur E1 ; elle est en général 10 a 30 fois plus faible, ce qui conduit, pour le procédé. à une conso~ation d'éner-gie faible, et qui est celle qu'il est nécessaire de iournir à la machine frigorifique M pour refroidir le fluide circulant dans la conduite 11-12 de la temperature à laquelle il se trouve dans la conduite 12 à la température à laquelle il se trouve dans la con-duite 11. Il est possible de transformer le sch?ma de la figure 1 pour que le procédé ne nécessite plus la présence de la machine frigorifique M,et produise lui-meme le froid nécessaire à son fonc-tionnement : le schéma de cette autre version du proc~dé est repré-senté sur la figure 2. La mise en contact du mélange gazeux à sépareret du solvant dans l'extracteur C est analogue à celle décrite pour la figure 1. Le mélange de solvant et de produit(s) extrait(s) res-sort de l'extracteur C par la conduite 4, et entre dans l'échangeur ; de chaleur E1 dans lequel il est refroidi par échange thermique avec les produits recyclés jusqu'à une température telle qu'il y a demix-~Z1~7~

tion en deux phases liquides, qui sortent de l'échangeur de chaleurE1 par la conduite 5 et qui sont séparées dans le bac D. La phase enrichie en solvant (supposée etre,dans ce cas, la phase la plus lourde) sort du bac par la conduite 7,pénetre dans l'écnangeur de chaleur E1 dans lequel elle se réchau~fe par échange ~hermique avec le mélange provenant de la conduite 4, et dont elle assure une partie du refroidissement,sort de l'échangeur de chaleur E1 par la conduite 10, et passe par la pompe P1 qui la rec~cle par la conduite 3 vers l'extracteur C de fa~on analogue à la version correspondant à la - 10 figure '. La phase enrichie en constituant(s) extrait(s) (supposée etre, dans ce cas, la phase la plus légère) sort du bac D par la conduite 6 et se sépare en deux parties : la plus grande fraction, généralement comprise entre 60 et 95 ~ de la quantité ci.rculant dans la cond.uite 6, passe par la conduite 16, pénètre dans l'échangeur 15 de chaleur E1 dans lequel elle se réchauffe par échange thermique avec le mélange circulant, dans la conduite 4-5, dont elle assure une parGie du refroidisse~ent,sort de l'échangeur de chaleur E1 par la conduite 17, et sort du procédé ; la plus petite fraction, générale-ment comprise entre 5 et 40 %, de la quantité circulant dans la con-20 duite 6, est détendue à travers la vanne V jusqu'à une pression telle que sa température à la sortie de la vanne V soit inférieure d'au moins 5C à la température du bac D qui est celle du fluide circu-lant dans la conduite 4-5 à sa sortie de l'échangeur de chaleur E1, pénètre par la conduite 9 dans l'échangeur de chaleur E1 dans lequel 25 elle se vaporise par échange thermique avec le mélange circulant dans la conduite 4-5 et dont elle assure une partie du refroidissement, sort de l'échangeur de chaleur E1 par la conduite ~ et sort du procé-dé. Dans cette version du procédé, le froid nécessaire au fonction-nement du procédé est produit par la vaporisation, dans la conduite 30 9-8, d'une partie du ou des constituant(s) extrait(s), après démix-: tion ; dans ce cas, la consommation énergétique du procédé, qui estcelle de la pompe de circulation P1, est négligeable.Comme dans le cas de la version illustrée par la figure 1, les pertes du procédé
en solvant peuvent etre compensées par un appoint de solvant réalisé
: 35 par la conduite 13.
~, "" . .

77~

Dans une troisième version, schématisée sur la figure 3, le procédé
permet de réaliser la séparation du mélange gazeux et simultanérrent de produire du froid. Dans cette version du procédé, la mise en contact du mélange gazeux à séparer avec le solvant, le refroidis-sement du mélange de solvant et de constituant(s) extrait(s~,laséparation des deux phases après démixtion et le retour de la phase riche en solvant vers l'extracteur sont semblables à la version représentée sur la figure 2 et précédemment décrite. Par contre, dans cette troisième version schematisée sur la figure 3, la phase enrichie en constituant(s) extrait(s) sort du bac D par la conduite 6, est totalement détendue à travers la vanne V jusqu'à une pression telle que sa température à la sortie de la vanne V soit infé-rieure d'au moins 5C à la température du bac D qui est celle du flui-de circulant dans la conduite ~-5 à sa sortie de l'échangeur de chaleur E1, pénètre,par la conduite 9, dans l'échangeur de chaleur E1 dans lequel elle se vaporise par échange tnermique avec le melange circulant dans la conduite l~-5,dont elle assure une partie du refroidissement,et avec un fluide extérieur entrant dans l'échangeur de chaleur E1 par la conduite 18 et en ressortant plus froid par la conduite 19, sort de l'échangeur E1 par la conduite 8 et sort du procédé. Dans cette version du procédé, la vaporisation du ou des constituant(s) extrait(s), après démixtion, dans la conduite 9-8 produit le froid nécessaire à l'abaissement de ter^.pérature du mélange circulant dans la conduite 4-5 et conduisant à une démixtion, et une quantité excédentaire de froid qui peut etre fournie à un fluide e~té-rieur. Comme dans les deux versions du procédé précédemment décrites, les pertes du procédé en solvant peuvent etre compensées par un appoint de solvant réalisé par la conduite 13.

Dans les trois versions du procédé schématisées sur les figures 1,2 et 3, l'échangeur de chaleur E1 est selon les cas à 3 ou 4 passages :
; de tels échangeurs de chaleur sont couramment utilises dans l'indus-trie du froid , il peut s'agir, par exemple, d'échangeurs à pla~ues en aluminium brasé ou en inox, ou d'échangeurs bobines. Cependant dans les trois versions du procédé, l'échangeur de chaleur E1 peut ` ..

~i~177;~

être remplacé par plusieurs échangeurs classiques à deux passages qui ont l'avanta~e d'etre d'un usage beaucoup plus rép&ndu.

L'étape d'extraction dans l'extracteur C esthabituellement réalisée à température ambiante, cependant il peut etre avantageux, dans certains cas, d'effectuer l'extraction a une température soit supé-rieure soit inférieure à la température ambiante en utilisant une source auxiliaire de chauffage ou de réfrigération ; la température dans l'extracteur C sera toujours inférieure d'au moins 30C à la température critique du solvant.

La pression dans la zone d'extraction sera de préférence comprise entre 0,1 et 6~Pa. Cette pression reste la meme dans tout le procédé, aux pertes de charges près, à l'exception des zones qui se trouvent en aval des vannes de détente dans la deuxième et la troisième ver-sion du procédé, où la pression est ab?-issée à une valeur qui dépend de la température désirée pour le fluide considéré.

La température du bac de séparation des deux phases liquides après démixtion est fixée soit au moyen de la machine frigorifique M dans la première version du procédé, soit par la détente de tout ou partie de la phase démixée riche en constituant(s) extrait(s) pour les deux dernières versions du procédé. Plus cette température est basse, plus les deux phases démixées sont concentrées respectivement en sol-vant et en constituant(s) extrait(s). Le choix de cette températurese fait après une optimisation de l'ensemble du procédé, elle est de préférence comprise entre 0 et -200C.

Le procédé selon l'invention permet, par rapport à un procédé d'ex-traction par solvant classique, de séparer le (ou les) constituant(s) extrait(s) du solvant, ou une grande partie du (ou des) premier(s), avec une dépense d'énergie qui peut être faible, ou nulle, et meme en produisant du froid, selon les versions du procéde.

Les mélanges ga~eux à séparer doivent posséder vis-à-vis du solvant les propriétés suivantes :

1) Solubilité notable d'au moins un constituant du mélanGe gazeux à séparer dans le solvant et sélectivité du solvant vis-à-vis d'un ou d'une partie des constituants du mél.ange.

2) Possibilité de démixtion à basse te.m.pérature du r.~élange de solvant et du (ou des) constituant(s) extrait(s) conduisant à deux phases liquides distinctes. Ceci suppose que la température a été suffisarn-ment abaissée dans l'échangeur de chaleur E1 pour aue le(s) consti-tuant(s) extrait(s), qui se sépare(nt) lors de la démixtion, apparais-se(nt) sous forme liquide et non ga~euse.

Le procédé selon l'invention se diff-rencie des procGdcs d'e;ctraction par fluides supercritiques par le fait que le sol~/ant utilise . n'est j.amair; dans des conditior.s proches de son .~tat critique ; en particulier, la temperature est toujours inferieure d'au moins 3GC
à la température critique du solvant.

On utilise de préférence un solvant polaire tel que ~ar exer.~ple l'eau, un alcool, une cétone, un aldéhyde, un éther, un derivé nitré, un nitrile, une amide, l'arr~noniac, une ar1ine, un estcr, un compose soufré
ou un composé halo~éné. Les lormules chiraiques de tels solvants sont, par exemple, de la forme R-OH, R-CO-R', P.-C~10, P.-O-?.', R-;102, R-C~I, R-CO~H2, R-COMHR', R-CO~ , R-~.H2, R-.!H-R', (RR'R"3 ii, ?.COOR', dans lesquelles R, R', R" et R~ désignent des radicaux al~.ylrs renfr-rmant de l à ~ atomes de carbone, ~ pouvant aussi etre l'hy~rogrne. Des composés cycliques renfermant l'une des fonctions pr~cit-~es ou d'autres fonctions, par exemple lactone, lactame, sulfo:cyde, sulfone, peuvent aussi etre utilisés. Le solvarlt peut égaler.~ent ~tre un cor~o-sé non polaire du type hydrocarbure dont le nombre d'ator~es de carbone est supérieur à ~, de type aliphatique, naphténi~ue ou aror~atique. Le solvant peut également etre un hydrocarbure halo~éne. ~insi, le sol-vant peut etre, par exemple, le méthanol, l'éthanol, le propanol, le butanol, l'acétone, l'acetaldehyde, le propionitrile, l'acétonitrile, ~;~177~

le nitroprop2ne, le nitroéthane, le nitrométhane, l'éther éthylique, le tétrahydrofurane, la diméthylformamide, la méthylamine, la diméthylamine, la triméthylamine, le perfluorooctane de formule chimique C8H18, le perfluorobutylperfluorotetrahydrofurane de formule chimique C8F160, le sulfure de carbone, le n-heptane, le 2,2,4-triméthylpentane, le toluène, ou une huile paraffinique, naphté-nique, aromatique ou synthétique. Il est possible d'utiliser un sol-vant pur, ou un mélange de plusieurs solvants ; en particulier, en choisissant les proportions relatives de chaque solvant, il est pos-sible d'ajuster le pouvoir solvant à la valeur optir1ale pour le casà traiter~

Des exeMples préférés d'associations, dans l'ordre, solvant-gaz extrait-gaz non extrait sont par exemple :
- acétone - éthane - hydrogène - acétone - propane- azote - propanol et/ou butanol et/ou pentanol - dioxyde de carbone - méthane - propionitrile - ethane - mét'nane - pentane - dioxyde de soufre - azote Le procédé selon l'invention est illustré par l'exemple suivant :

Exemple : dans cet exemple, on procède selon le scnéma representé sur la figure 2. Le but de l'opération est de récupérer une ~artie de l'éthane contenu dans un mélange gazeux hydrogène-éthane. Le mélangc gazeux hydrogène-éthane à séparer entre dans l'extracteur C par la conduite 1. Sa composition en fractions molaires est : hydrogène =
0,~2, éthane = 0,58. Sa pression est de 5 MPa, son débit massique est

3 de 212 kg /h. Dans l'extracteur C, qui est une colonne à garnissage, le mélange gazeux est mis en contact à une tempc-rature d'environ 20C avec un solvant, l'acétone, entrant par la condu;te 3. Dans l'extracteur~ l'éthane se dissout partiellement dans l'acétonc, l'hydrogène reste dans la phase gazeuse ; la masse d'eth~ne dissout dans l'acétone est de 101 kg/h. Cette dissolution s'accom~agne d'un ~ 77~

dégagement de chaleur ; aussi, pour maintenir la tem?érature de l'e~tracteur C à environ 20C, un échangeur de chaleur E2 est-il in-corporé à l'e~tracteur C ; il est parcouru par de l'eau entrant par la conduite 14 à 15C et ressortant par la condu te 15. ~'hydrogène a~pauvri en éthane ressort de l'extracteur C par la conduite 2.
L'acétone, enrichie en éthane, ressort de l'extracteur C par la con-duite 4 : sa température est de 20C, sa teneur en ~thane en fraction molaire est de 0,5, son cébit massique est de 440 k~lh. Le mélange est entièrement à l'état liauide ; il entre dans l'échangeur de chaleur E1 dans lequel il se refroidit par échange thermique jusqu'à
une température de -85C à laquelle il ressort de l'échangeur par la conduite 5 ; à cette température, il ~ a démixtion en deux phases liquides qui sont sépar~es dans le bac D p2r décant2tion. La phase lourde, qui a une teneur en acétone de 75 ~ en fraction molaire, sort du bac D par la conduite 7, avec un débit massique de 333 ~g,/h,tra-verse l'échan~eur de chaleur E1 dans lequel elle se réchau,fe par échange t~ermique, en resso-t par la conduite 10 à une température de 15 C, passe par la pompe de circulation Pl, et est recyclée vers l'extracteur C par la conduite 3. ~a phase légère, dont la teneur en éthane en fraction molaire est de 97 %, sort du bac D par la conduite 6 et se divise en deux parties : une partie passe dans la conduite 16, avec un débit massique de 89 kglh, traverse l'échangeur E1 dans lequel elle se réchauf~e par échange thermique, en ressort nar la conduite 17, entièrement en ~ase liquide, à une température de 15C et une pression de ~,9~ .~lPa. L'autre partie, dont le débit ~as-sique est de 18 kg~h, est détendue dans la vanne V jusau'à une pres-sion de 0,11 MPa et en're9par la conduite 9, dans l'échangeur de chaleur E1, dans lequel elle se vaporise par échange ther~iqu~, et en ressort entièrement vaporisée par la conduite ô a une te~lp~rature de 15C et à la pression atmos~herique. Pour cor.nenser les pertes en acétone dues à l'entrainement ar l'h~dro~,~ne dans l'e~-tracteur C, et par l'éthane sortant du procédé par les conduitcs ~ et ll, une injection d'acétone pure est réalisée dnns le procéd~, par l~
conduite 13, avec un d~bit ~assique de o kg/h.

7~:~

Le procédé a permis de récupérer 50 % de l'éthane contenu dans le gaz ;83 % est produit sous forme d'éthane liquide sous pression, 17 % est produit sous forme d'éthane ga~euY à pression at~osphérique.

Claims

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définis comme il suit:

1- Procédé de fractionnement d'un mélange gazeux, qui consiste (a) à mettre en conditions de contact extractif, dans une zone d'extraction, le mélange gazeux à fractionner et un solvant sélectif vis-à-vis d'un au moins des constituants du mélange gazeux, de ma-nière à former une solution de ce(s) constituant(s) dans le solvant, ladite zone d'extraction étant à une température d'au moins 30°C plus basse que la température critique dudit solvant, (b) à séparer ladite solution de la fraction non-extraite du mélange gazeux, (c) à refroi-dir la solution séparée, dans au moins une zone d'échange de chaleur, jusqu'à une température permettant une démixtion de ladite solution séparée en deux phases liquides, dont l'une (F1) est enrichie en solvant, et l'autre (F2) est enrichie en constituant(s) extrait(s) à
l'étape (a), (d) à séparer les deux phases liquides (F1 et F2) l'une de l'autre, (e) à recycler à l'étape (a) la phase (F1), enrichie en solvant,de manière à dissoudre à nouveau une partie du mélange gazeux à séparer, (f) à recueillir la phase (F2) enrichie en cons-tituant(s) extrait(s) au cours de l'étape (a) qui constitue l'un des produits du procédé.

2- Procédé selon la revendication 1 dans lequel au moins un des cons-tituants dudit mélange gazeux à séparer a une température critique inférieure à 50°C.

3- Procédé selon selon la revendication 2 dans lequel ladite phase (F1) enrichie en solvant traverse la zone d'échange de chaleur de l'étape (c) de façon à procurer une partie de l'abaissement de tem-pérature nécessaire à l'étape (c).

4- Procédé selon la revendication 3 dans lequel ladite phase (F2) enrichie en constituant(s) extrait(s) à l'étape (a) tra-verse la zone d'échange de chaleur de l'étape (c) de façon à procurer une partie de l'abaissement de température nécessaire à l'étape (c).

5- Procédé selon la revendication 4 dans lequel un fluide extérieur froid circule dans la zone d'échange de chaleur de l'étape (c), de manière à procurer une partie du refroidissement nécessaire à
l'étape (c).

6- Procédé selon la revendication 5 dans lequel une partie de ladite phase (F2) enrichie en constituant(s) extrait(s) à
l'étape (a) est détendue et traverse la zone d'échange de chaleur de l'étape (c) en se vaporisant pour procurer une partie de l'abais-sement de température nécessaire à l'étape (c).

7- Procédé selon la revendication 6 dans lequel la tota-lité de ladite phase (F2) enrichie en constituant(s) extrait(s) à
l'étape (a) est détendue et traverse la zone d'échange de chaleur de l'étape (c) en se vaporisant pour procurer d'une part une partie de l'abaissement de température nécessaire à l'étape (c) et d'autre part un abaissement de température d'un fluide extérieur circulant dans ladite zone d'échange de chaleur.

8- Procédé selon la revendication 7 dans lequel la tem-pérature à laquelle on sépare les deux phases liquides à l'étape (d) est comprise entre 0°C et -200°C.

9- Procédé selon la revendication 8 dans lequel la pres-sion du système au cours des étapes (a), (b), (c), (d) et (e) est comprise entre 0,1 et 6 MPa.

10- Procédé selon la revendication 9 dans lequel ledit mélange gazeux à séparer contient au moins un des composés suivants :
méthane, éthane, propane, butane, éthylène, propylène, butène, buta-diène, acétylène, trichlorofluorométhane, dichlorodifluorométhane, chlorotrifluorométhane, tétrafluorométhane, trifluorobromométhane, chlorodifluorométhane, trifluorométhane, dichlorotetrafluoroéthane, chloropentafluoroéthane, dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, azote, argon, oxygène, hydrogène, hélium, hydrogène sulfuré, dioxyde de soufre, trioxyde de soufre, chlore, fluor, oxydes d'azote, vapeur d'eau et dans lequel ledit solvant con-tient au moins un des composés suivants: eau, méthanol, éthanol, propanol, butanol, acétone, acétaldéhyde, propio-nitrile, acétonitrile, nitropropane, nitroéthane, nitro-méthane, éther éthylique, tétrahydrofurane, diméthyl-formamide, ammoniac, méthylamine, diméthylamine, triméthyl-amine, perfluorooctane, perfluorobutylperfluorotetra-hydrofurane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, décane, benzène, toluène, xylène, .alpha.-méthylnaphthalène, cyclopentane, cyclohexane, pentanol.

11. Procédé selon la revendication 10 dans lequel ledit mélange gazeux à séparer contient du méthane et du dioxyde de carbone et dans lesquel le solvant contient un ou plusieurs alcools aliphatiques renfermant de 3 à 5 atomes de carbone.

12. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite phase (F1) enrichie en solvant traverse la zone d'échange de chaleur de l'étape (c) de façon à procurer une partie de l'abaissement de température nécessaire à l'étape (c).

13. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite phase (F2) enrichie en constituant(s) extrait(s) à l'étape (a) traverse la zone d'échange de chaleur de l'étape (c) de façon à procurer une partie de l'abaissement de température nécessaire à l'étape (c).

14. Procédé selon la revendication 1, 12 ou 13 dans lequel un fluide extérieur froid circule dans la zone d'échange de chaleur de l'étape (c), de manière à procurer une partie du refroidissement nécessaire à l'étape (c).

15. Procédé selon la revendication 1, dans lequel une partie de ladite phase (F2) enrichie en constituant(s) extrait(s) à l'étape (a) est détendue et traverse la zone d'échange de chaleur de l'étape (c) en se vaporisant pour procurer une partie de l'abaissement de température nécessaire à l'étape (c).

16. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la totalité de ladite phase (F2) enrichie en constituant(s) extrait(s) à l'étape (a) est détendue et traverse la zone d'échange de chaleur de l'étape (c) en se vaporisant pour procurer d'une part une partie de l'abaissement de température nécessaire à l'étape (c) et d'autre part un abaissement de température d'un fluide extérieur circulant dans ladite zone d'échange de chaleur.

17. Procédé selon la revendication 1, 15 ou 16, dans lequel la température à laquelle on sépare les deux phases liquides à l'étape (d) est comprise entre 0°C et -200°C.

18. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pression du système au cours des étapes (a), (b), (c), (d) et (e) est comprise entre 0,1 et 6 MPa.

19. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit mélange gazeux à séparer contient au moins un des composés suivants: méthane, éthane, propane, butane, ethylène, propylène, butène, butadiène, acétylène, trichlorofluorométhane, dichlorodifluorométhane, chloro-trifluorométhane, tétrafluorométhane, trifluorobromo-méthane, chlorodifluorométhane, trifluorométhane, dichloro-tetrafluoroéthane, chloropentafluoroéthane, dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, azote, argon, oxygène, hydrogène, hélium, hydrogène sulfuré, dioxyde de soufre, trioxyde de soufre, chlore, fluor, oxydes d'azote, vapeur d'eau et dans lequel ledit solvant contient au moins un des composés suivants: eau, méthanol, éthanol, propanol, butanol, acétone, acétaldehyde, propionitrile, acétonitrile, nitropropane, nitroéthane, nitrométhane, éther éthylique, tétrahydrofurane, diméthylformamide, ammoniac, méthylamine, diméthylamine, triméthylamine, perfluorooctane, perfluoro-butylperfluorotetrahydrofurane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, décane, benzène, toluène, xylène, .alpha.-méthylnaphtalène, cyclopentane, cyclohexane, pentanol.

20. Procédé selon la revendication 1, 18 ou 19 dans lequel ledit mélange gazeux à séparer contient du méthane et du dioxyde de carbone et dans lequel le solvant contient un ou plusieurs alcools aliphatiques renfermant de 3 à 5 atomes de carbone.