FR2544998A1

FR2544998A1 - Nouveau procede de fractionnement d'un melange gazeux de plusieurs constituants

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Publication number: FR2544998A1
Application number: FR8307306A
Authority: FR
Inventors: Joseph Larue; Alexandre Rojey
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1983-04-29
Filing date: 1983-04-29
Publication date: 1984-11-02
Also published as: NL8401358A; FR2544998B1; NO841682L; NO164516C; GB2139111B; GB2139111A; GB8410824D0; CA1217711A; US4575387A; NO164516B

Abstract

PROCEDE DE SEPARATION D'UN MELANGE GAZEUX, ECONOMIQUE EN ENERGIE, ET FAISANT APPEL AU PHENOMENE DE DEMIXTION. LE MELANGE A SEPARER 1 EST MIS EN CONTACT EXTRACTIF C AVEC UN SOLVANT 3, QUI EST ENSUITE REFROIDI E JUSQU'A UNE TEMPERATURE PERMETTANT UNE DEMIXTION D EN DEUX PHASES LIQUIDES DONT L'UNE 6 EST ENRICHIE EN EXTRAIT ET L'AUTRE 7 EN SOLVANT. L'EXTRAIT EST RECUEILLI 8 ET LE SOLVANT RECYCLE 10. LE PROCEDE EST SUSCEPTIBLE DE NOMBREUSES APPLICATIONS DANS LE DOMAINE DU TRAITEMENT DES GAZ.

Description

L'invention a trait à un nouveau procédé de fractionnement, économi-

que en énergie, et qui s'applique aux mélanges gazeux de plusieurs constituants. Le fractionnement d'un mélange de plusieurs constituants gazeux s'effectue habituellement, soit par traitement direct du mélange

sous forme gazeuse en utilisant par exemple les techniques d'adsorp-

tion sur solide, d'absorption dans un liquide, ou de perméation au travers de membranes, soit par liquéfaction, par refroidissement et/ou compression de tout ou partie du mélange gazeux, souvent suivie du traitement du liquide ainsi obtenu par distillation ou extraction par solvant. Tout procédé de séparation consomme de l'énergie; à l'heure actuelle, la dépense énergétique liée à un procédé de fractionnement est un critère essentiel dans le choix d'un tel procédé Dans le cas des procédés qui traitent directement le mélange sous forme gazeuse, c'est-à- dire l'adsorption sur solide, l'absorption dans un liquide et la perméation en phase gazeuse, la consommation énergétique est relativement modérée, mais le fluide séparé est gazeux et en général à une pression assez basse, et selon son utilisation ultérieure, il peut être souhaitable de le recomprimer et/ou le liquéfier, ce qui 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 température le condenseur de la colonne de distillation, ce qui nécessite oune

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'obtenir 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 M Pa).

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 basseet que

la pression est plus élevée.

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.

L'objet de la présente invention consiste à réaliser, avec une faible dépense d'énergie, la séparation d'un au moins des constituants

d'un mélange gazeux de plusieurs constituants, en utilisant la varia-

tion de solubilité desdits constituants 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 atteintepar

le solvant, dans le procédé, est inférieure d'au moins 30 C à la tem-

pérature critique de ce solvant.

Le présent procédé concerne la séparation de mélanges gazeux d'au-

moins deux constituants; de préférence, l'un au moins de ces cons-

tituants a une température critique inférieure à 500 C 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 plu-

sieurs 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, un ou plusieurs hydrocarbures

halogénés, tels que par exemple, le trichlorofluorométhane, le dichlo-

rodifluorométhane, le chlorotrifluorométhane, le tétrafluorométhane,

le trifluorobromométhane, le chlorodifluorométhane, le trifluoromé-

thane, le dichlorotétrafluoroéthane, le chloropentafluoroéthane, d'autres 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 satu-

ration, par exemple, un hydrocarbure saturé et un hydrocarbure insatu-

ré, ou un hydrocarbure saturé ou mono-oléfinique (ou leur mélange) et un hydrocarbure dioléfinique, ou un mélange d'hydrocarbures halogénés

tel que par exemple, le chlorodifluorométhane et le chloropentafluoro-

éthane, ou un mélange d'un hydrocarbure halogéné et d'un autre gaz

tel que, par exemple, le tétrafluorométhane et le méthane.

L'invention 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

manière à former une solution de ce(s) constituant(s) dans le sol-

vant, ladite zone d'extraction étant à une température d'au moins C plus basse que la température critique dudit solvant, b) à séparer ladite solution de la fraction 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 solution séparée en deux phases liquides, dont l'une (F 1) est enrichie en solvant, et l'autre (F 2) est enrichie en constituant(s) extrait(s) au cours de l'étape (a), d) à séparer les deux phases liquides (F 1 et F 2) l'une de l'autre, e) à recycler à l'étape (a) la phase (F 1) enrichie en solvant de manière à dissoudre à nouveau une partie du mélange gazeux à séparer, f) à recueillir la phase (F 2),enrichie en constituant(s) extrait(s)

au cours de l'étape (a),qui constitue l'un des produits du procédé.

Dans une version préférée du procédé, la phase (F 1) enrichie en solvant et/ou la phase (F 2) enrichie en constituant(s) extrait(s) au cours de l'étape (a) traverse(nt) la zone d'échange de chaleur de l'étape (c) de façon à procurer une partie ou la totalité de

l'abaissement de température nécessaire à l'étape (c).

Dans le cas o l'une (les deux phases) séparée(s) à l'étape (d) n'est (ne sont pas) considérée(s) comme suffisamment purifiée(s) à

la suite de la démixtion, il est possible de procéder à une purifica-

tion complémentaire de la (des) 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 maximale du procédé est inférieure d'au moins 300 C 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 gazeux 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'extracteur, se/I

l'un ou une partie des constituants du mélange gazeux/E-ansfère préfé-

rentiellement vers le solvant Ce transfert peut s'accompagner d'un effet thermique, auquel cas il est possible de prévoir un système

d'échange de chaleur E 2 dans l'extracteur C, avec un fluide calopor-

teur extérieur rentrant par la conduite 14 et ressortant par 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 30 'C à la température critique du solvant La partie du mélange gazeux 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

de chaleur E 1 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 E 1 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 deémixtion en deux phases liquides, qui sortent de l'échangeur de chaleur El 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 D par la conduite 7, pénètre dans l'échangeur de chaleur E 1 dans lequel elle se réchauffe par échange thermique avec le mélange provenant de la conduite 4, sort de l'échangeur de chaleur E 1 par la conduite 10, et passe dans la pompe Pl qui la recycle par la conduite 3 vers l'extracteur C pour réaliser à nouveau l'extraction du mélange initial à séparer L'autre phase, enrichie en constituant(s) extrait(s) (supposée tre, dans ce cas, la phase la plus légère), sort du bac D par la conduite 6, pénètre dans l'échangeur de chaleur E 1 dans lequel elle se réchauffe par échange thermique avec le mélange provenant de la conduite 4, sort de l'échangeur de chaleur E 1 par la conduite 8, et sort du procédé à l'état liquide, à l'état gazeux 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 être 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 o 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,la pression est sensible-

ment la m 8 me aux pertes de charge près; la pompe Pl ne fournit qu'une différence de pression faible, correspondant aux pertes de charge

dans les circuits, et par conséquent, la consommation d'énergie méca-

nique interne au procédé est très faible.

Le refroidissement 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 El grâce aux produits obtenus par démix-

tion et qui circulent dans les conduites 6-8 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 6-8 et

7-10 Il est cependant nécessaire de procéder sur le fluide circu-

lant dans la conduite 4-5 à un refroidissement complémentaire grâce à l'adjonction de la machine frigorifique M, de fa Qon à créer dans

l'échangeur de chaleur El les écarts thermiques entre fluides suf-

fisants pour permettre le refroidissement du fluide circulant dans la conduite 4-5:'si les pertes thermiques dans l'échangeur El sont faibles, la quantité de chaleur prélevée 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 El; elle est en général 10 à 30 fois plus

faible, ce qui conduit, pour le procédé à une consommation d'éner-

gie faible, et qui est celle qu'il est nécessaire de fournir à la machine frigorifique M pour refroidir le fluide circulant dans la conduite 11-12 de la température 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 schéma de la figure 1 pour que le procédé ne nécessite plus la présence de la machine

frigorifique M,et produise lui-même le froid nécessaire à son fonc-

tionnement: le schéma de cette autre version du procédé est repré-

senté sur la figure 2 La mise en contact du mélange gazeux à séparer et 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 El dans lequel il est refroidi par échange thermique avec

les produits recyclés jusqu'à une température telle qu'il y a démix-

tion en deux phases liquides, qui sortent de l'échangeur de chaleur El par la conduite 5 et qui sont séparées dans le bac D La phase enrichie en solvant (supposée étre,dans ce cas, la phase la plus lourde) sort du bac par la conduite 7,pénètre dans l'échangeur de chaleur El dans lequel elle se réchauffe par échange thermique avec le mélange provenant de la conduite 4, et dont elle assure une partie du refroidissement,sort de l'échangeur de chaleur El par la conduite , et passe par la pompe Pl qui la recycle par la conduite 3 vers l'extracteur C de façon analogue à la version correspondant à la figure 1 La phase enrichie en constituant(s) extrait(s) (supposée être, 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 circulant dans la conduite 6, passe par la conduite 16, pénètre dans l'échangeur de chaleur El dans lequel elle se réchauffe par échange thermique avec le mélange circulant dans la conduite 4-5, dont elle assure une partie du refroidissement,sort de l'échangeur de chaleur El 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-

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 50 C 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 El, pénètre par la conduite 9 dans l'échangeur de chaleur El dans lequel 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 El par la conduite 8 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

9-8, d'une partie du ou des constituant(s) extrait(s), après démix-

tion; dans ce cas, la consommation énergétique du procédé, qui est celle de la pompe de circulation Pl, est négligeable Comme dans le cas de la version illustrée par la figure 1, les pertes du procédé en solvant peuvent être compensées par un appoint de solvant réalisé

par la conduite 13.

Dans une troisième version, schématisée sur la figure 3, le procédé permet de réaliser la séparation du mélange gazeux et simultanément de produire du froid Dans cette version du procédé, la mise en

contact du mélange gazeux à séparer avec le solvant, le refroidis-

senent du mélange de solvant et de constituant(s) extrait(s) la séparation 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 schématisée 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 50 C à la température du bac D qui est celle du flui-

de circulant dans la conduite 4-5 à sa sortie de l'échangeur de chaleur El, pénètre,par la conduite 9, dans l'échangeur de chaleur El dans lequelelle se vaporise par échange thermique avec le mélange circulant dans la conduite 4-5,dont elle assure une partie du refroidissementet avec un fluide extérieur entrant dans l'échangeur de chaleur El par la conduite 18 et en ressortant plus froid par la conduite 19, sort de l'échangeur El 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 température du mélange circulant dans la conduite 4-5 et conduisant à une démixtion, et une

quantité excédentaire de froid qui peut être fournie à un fluide exté-

rieur Comme dans les deux versions du procédé précédemment décrites, les pertes du procédé en solvant peuvent être 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 El est selon les cas à 3 ou 4 passages

de tels échangeurs de chaleur sont couramment utilisés dans l'indus-

trie du froid; il peut s'agir, par exemple, d'échangeurs à plaques en aluminium brasé ou en inox, ou d'échangeurs bobines Cependant dans les trois versions du procédé, l'échangeur de chaleur El peut être remplacé par plusieurs échangeurs classiques à deux passages

qui ont l'avantage d'être d'un usage beaucoup plus répandu.

L'étape d'extraction dans l'extracteur C est habituellement réalisée à température ambiante, cependant il peut être avantageux, dans

certains cas, d'effectuer l'extraction à 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 300 C à la

température critique du solvant.

La pression dans la zone d'extraction sera de préférence comprise entre 0, 1 et 6 T Pa Cette pression reste la même 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, o la pressionr est abaissée à une valeur qui dépenc

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 température se fait après une optimisation de l'ensemble du procédé, elle est de préférence comprise entre O et -200 o C.

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 même

en produisant du froid, selon les versions du procédé.

Les mélanges gazeux 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-àvis d'un ou d'une partie des constituants du mélange. 2) Possibilité de démixtion à basse température du mélange de solvant et du (ou des) constituant(s) extrait(s) conduisant à deux phases

liquides distinctes Ceci suppose que la température a été suffisam-

ment abaissée dans l'échangeur de chaleur E 1 pour que le(s) consti-

tuant(s) extrait(s), qui se sépare(nt) lors de la démixtion, apparais-

se(nt) sous forme liquide et non gazeuse.

Le procédé selon l'invention se différencie des procédés d'extraction par fluides supercritiques par le fait que le solvant utilisé

n'est jamais dans des conditions proches de son état critique; en -

particulier, la température est toujours inférieure d'au moins 30 C

à la température critique du solvant.

On utilise de préférence un solvant polaire tel que par exemple l'eau, un alcool, une cétone, un aldéhyde, un éther, un dérivé nitré, un nitrile, une amide, l'ammoniac, une amine, un ester, un composé soufré ou un composé halogéné Les formules chimiques de tels solvants sont, par exemple, de la forme R-OH, R-CO-R', R-CHO, R-O-R', R-N O 02, R-CN, R-CONH 2, R-CONHR', e-CONR' i, R-NH 2, R-NH-R', (RR'R") N, RCOOR', dans lesquelles R, R', R" et R" désignent des radicaux alkyles renfermant de 1 à 4 atomes de carbone, R pouvant aussi être l'hydrogène Des composés cycliques renfermant l'une des fonctions précitées ou d'autres fonctions, par exemple lactone, lactame, sulfoxydé, sulfone,

peuvent aussi être utilisés Le solvant peut également tre un compo-

sé non polaire du type hydrocarbure dont le nombre d'atomes de carbone est supérieur à 4, de type aliphatique, naphténique ou aromatique Le

solvant peut également être un hydrocarbure halogéné Ainsi, le sol-

vant peut être, par exemple, le méthanol, l'éthanol, le propanol, le butanol, l'acétone, l'acétaldéhyde, le propionitrile, l'acétonitrile, le nitropropane, le nitroéthane, le nitrométhane, l'éther éthylique, le tétrahydrofurane, la diméthylformamide, la méthylamine, la diméthylamine, la triméthylamine, le perfluorooctane de formule chimique C 8 H 18, le perfluorobutylperfluorotetrahydrofurane de formule chimique C 8 F 160, 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 optimale pour le cas

à 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 méthane pentane dioxyde de soufre azote Le procédé selon l'invention est illustré par l'exemple suivant: Exemple: dans cet exemple, on procède selon le schéma représenté sur la figure 2 Le but-de l'opération est de récupérer une oartie de l'éthane contenu dans un mélange gazeux hydrogène-éthane Le mélange gazeux hydrogène- éthane à séparer entre dans l'extracteur C par la conduite 1 Sa composition en fractions molaires est: hydrogène = 0,42, éthane = 0,58 Sa pression est de 5 M Pa, son débit massique est de 212 kg /h Dans l'extracteur C, qui est une colonne à garnissage, le mélange gazeux est mis en contact à une température d'environ C avec un solvant, l'acétone, entrant par la conduite 3 Dans l'extracteur, l'éthane se dissout partiellement dans l'acétone, l'hydrogène reste dans la phase gazeuse; la masse d'éthane dissout dans l'acétone est de 101 kg/h Cette dissolution s'accompagne d'un d.age e nt de chaleur; aussi, pour maintenir la température de

l'extracteur C à environ 20 C, un échangeur de chaleur E 2 est-il in-

corporé à l'extracteur C; il est parcouru par de l'eau entrant par la conduite 14 a 15 C et ressortant par la conduite 15 L'hydrogène aprauvri en éthane ressort de l'extracteur C par la conduite 2.

L'acétor:e, enrichie en éthane, ressort de l'extracteur C par la con-

duite 4: sa température est de 20 C, sa teneur en éthane en fraction molaire est de 0,5, son débit massique est de 440 kg/h Le mélange est entièrement à l'état liquide; il entre dans l'échangeur de chaleur E 1 dans lequel il se refroidit par échange thermique jusqu'à une température de -85 C à laquelle il ressort de l'échangeur par la conduite 5; à cette température, il y a démixtion en deux phases liquides qui sont séparées dans le bac D par décantation 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 kg/h,tra-

verse l'échangeur de chaleur E 1 dans lequel elle se réchauffe par échange thermique, en ressort par la conduite 10 à une température de 15 C, passe par la pompe de circulation P 1, et est recyclée vers l'extracteur C par la conduite 3 La 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 kg/h, traverse l'échangeur E 1 dans lequel elle se réchauffe par échange thermique, en ressort par la conduite 17, entièrement en phase liquide, à une température de

15 C et une pression de 4,96 M Pa L'autre partie, dont le débit mas-

sique est de 18 kg/h, est détendue dans la vanne V jusqu'à une pres-

sion de 0,11 M Pa et entre,par la conduite 9, dans l'échangeur de chaleur El, dans lequel elle se vaporise par échange thermique, et en ressort entièrement vaporisée par la conduite 8 à une température de 15 C et à la pression atmosphérique Pour compenser les pertes en acetone dues à l'entrainement par l'hydrogène dans l'extracteur C, et par l'éthane sortant du procédé par les conduites 8 et 17, une injection d'acétone pure est réalisée dans le procédé, par la

conduite 13, avec un débit massique de 8 kg/h.

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 gazeux à pression atmosphérique.

Claims

REVENDICATIONS

1 Procédé de fractionnement d'un mélange gazeux, qui consiste (a) à mettre en conditions de contact extractii, 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 (F 1-) est enrichie en solvant, et l'autre (F 2) est enrichie en constituant(s) extrait(s) à l'étape (a), (d) à séparer les deux phases liquides (F 1 et F 2) l'une de l'autre, (e) à recycler à liétape (a) la phase (F 1), enrichie en solvant, de manière à dissoudre à nouveau une partie du mélange

gazeux à séparer, (f) à recueillir la phase (F 2) 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 l'une des revendications 1 et 2 dans lequel ladite

phase (F 1) 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 l'une des revendications 1 à 3 dans lequel ladite

phase (F 2) 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).

Procédé selon l'une des revendications 1 à 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 l'une des revendications 1 à 5 dans lequel une

partie de ladite phase (F 2) 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 l'une des revendications 1 à 6 dans lequel la tota-

lité de ladite phase (F 2) 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 l'une des revendications 1 à 7 dans lequel la tem-

pérature à laquelle on sépare les deux phases liquides à-l'étape (d)

est comprise entre O C et -2 Q O C.

9 Procédé selon l'une des revendications 1 à 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 M Pa.

Procédé selon l'une des revendications 1 à 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 contient au moins un des composés

suivants: eau, méthanol, éthanol, propanol, butanol, acétone, acétal-

déhyde, propionitrile, acétonitrile, nitropropane, nitroéthane, nitro-

methane, éther éthylique, tétrahydrofurane, diméthylformamide, ammo-

niac, méthylamine, diméthylamine, triméthylamine, perfluorooctane, perfluorobutylperfluorotetrahydrofurane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, décane, benzène, toluène, xylène, a-méthylnaphtalène,

cyclopentane, cyclohexane, pentanol.

11 Procédé selon l'une des revendications 1 à 10 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 aliphati-

ques renfermant de 3 à 5 atomes de carbone.