Procédé de séparation de solvant d'un mélange de solvant et d'hydrocarbures, et installation comportant application de ce procédé

Abstract

 La présente invention concerne un procédé et une installation de récupération de solvant à partir d'un mélange de solvant et d'hydrocarbures.
Cette installation comprend au moins deux ballons d'évaporation (B₁, B₂) successivement alimentés par une charge constituée par un mélange à séparer de solvant et d'hydrocarbures, au moins un générateur de vapeur effectuant la condensation du solvant (G₁, G₂), un circuit (27,13, 20) de transport du solvant évaporé reliant les ballons au générateur, et un circuit de fluide intermédiaire en phase gazeuse (104, 105, 106, 107, 109) comprenant un compresseur (M) pour élever la température de condensation de ce fluide, ce dernier circuit reliant le générateur à des échangeurs (E₄, E₆, E₇) disposés en amont de chaque ballon (B₁, B₂, B₃).
Une telle installation permet par example la récupération de solvant dans de l'huile déparaffinée.

Description

[0001] La présente invention a essentiellement pour objet un procédé d'extraction de solvant d'un mélange de solvant et d'hydrocarbures sans apport de chaleur extérieure.

[0002] Elle vise également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.

[0003] On connait déjà un certain nombre de pro.cédés et d'installations d'extraction liquide-liquide au solvant où utilisant des solvants pour séparer des familles d'hydrocarbures. Mais ces procédés et installations sont très pénalisés, d'un point de vue du coût énergétique, par le fait qu'il faut séparer par la suite le solvant des phases d'extrait et de raffinat.

[0004] Cette séparation ultime exige toujours un apport de chaleur extérieure au procédé ou à l'installation, cet apport se situant à un niveau thermique élevé, ce qui, comme on le comprend, augmente considérablement les coûts.

[0005] C'est ainsi que l'on connait des procédés consistant à recueillir les deux phases extrait-solvant et raffinat-solvant et à les chauffer dans un four ou par un fluide extérieur pour permettre l'évaporation du solvant et amener les hydrocarbures à une température adéquate afin d'obtenir une viscosité suffisamment faible permettant l'élimination par strippage des dernières traces de solvant.

[0006] On connait également des procédés plus performants qui réalisent des évaporations successives suivant un ordre de pressions croissantes. Dans ces procédés, le solvant est évaporé par un flash et est utilisé pour chauffer l'alimentation du flash précédent, de sorte qu'il est possible de réduire d'environ 30% l'apport de chaleur extérieure.

[0007] Cependant, ces procédés présentent un certain nombre d'inconvénients.

[0008] Ils exigent l'utilisation d'une source de chaleur extérieure (four ou huile chaude) qui est à une température très élevée, et ils sont d'une exploitation très instable puisque la moindre perturbation au niveau de la température ou du débit de la source chaude se répercute sur l'installation et la dérègle sévèrement. En outre, ces procédés et installations connus sont d'une mise en oeuvre complexe et exigent des empilages d'échangeurs et de colonnes nécessitant des structures encombrantes, coûteuses et se prêtant mal au remodelage des installations anciennes.

[0009] La présente invention a pour but de remédier notamment aux inconvénients ci-dessus en proposant un procédé et une installation de récupération de solvant dans des mélanges solvant-hydrocarbures, qui sont particulièrement simples, fiables et peu coûteux en ce sens qu'ils ne nécessitent aucun apport de chaleur extérieure.

[0010] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de séparation de solvant d'un mélange de solvant et d'hydrocarbures, dans lequel on effectue notamment une évaporation étagée du solvant pour le séparer des hydrocarbures, caractérisé en ce que l'évaporation étagée du solvant est effectuée de façon sensiblement isotherme en suivant un ordre de pressions décroissantes, et on effectue un échange de chaleur entre le solvant évaporé et au moins un fluide intermédiaire pour obtenir la condensation du solvant et récupérer sa chaleur de condensation afin que ledit fluide intermédiaire, en phase gazeuse, puisse, après traitement approprié, réchauffer le mélange et réaliser lui-même l'évaporation du solvant sans qu'un apport de chaleur extérieure pour effectuer cette opération soit nécessaire.

[0011] On ajoutera ici que le traitement du fluide intermédiaire précité en phase gazeuse consiste à comprimer ce fluide pour élever sa température de façon à permettre la vaporisation du solvant.

[0012] En d'autres termes, on comprend que le processus d'évaporation isotherme du solvant est couplé avec une pompe à chaleur qui récupère les calories de condensation du solvant et les remonte à un niveau thermique suffisant pour qu'elles puissent être utilisées pour la propre vaporisation du solvant. En outre, on comprend que l'évaporation isotherme présente des avantages d'économie en énergie de haut niveau, ce qui permet de couvrir les besoins en calories de ce type par la chaleur due à l'irréversibilité de la compression dans la pompe à chaleur. - Suivant une autre caractéristique du procédé de l'invention, le fluide intermédiaire récupérant la chaleur de condensation du solvant est de l'eau.

[0013] On précisera encore que, lors de l'évaporation étagée du solvant, la température est de préférence comprise entre 100 et 200°C.

[0014] L'invention vise également une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus et du type comprenant au moins deux ballons ou analogues d'évaporation successivement alimentés par une charge constituée par un mélange à séparer, de solvant et d'hydrocarbures, caractérisée par au moins un générateur de vapeur assurant la condensation du solvant, par au moins un circuit de transport du solvant évaporé reliant les ballons audit générateur, et par au moins un circuit de fluide intermédiaire en phase gazeuse comprenant un moyen d'élévation de la température de condensation de ce fluide et reliant ledit générateur à au moins un échangeur disposé en amont de chaque ballon.

[0015] On précisera ici que le moyen d'élévation de la température de condensation du fluide intermédiaire en phase gazeuse est constitué par au moins un compresseur.

[0016] Suivant un exemple de réalisation, une installation conforme à l'invention comprend trois ballons successifs d'évaporation du solvant et est caractérisée en ce que les flux de solvant vaporisa sortant du deuxième et du troisième ballon sont réuis avant de parvenir à un premier générateur de vapet:, tandis que le flux de solvant vaporisé sortant du premier ballon parvient à un deuxième générateur de vapeur, les flux de solvant condensés sortant des deux générateurs précités étant réunis.

[0017] Suivant encore une autre caractéristique de cette installation, le flux de fluide intermédiaire en phase gazeuse produit par les deux générateurs précités alimente un échangeur en amont du troisième ballon puis se divise pour traverser deux échangeurs en amont respectivement des premier et deuxième ballons, et forme à nouveau un flux unique traversant un échangeur de réchauffage de la charge introduite dans l'installation.

[0018] On ajoutera ici que le flux unique précité est relié aux générateurs de vapeur.

[0019] Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère au dessin unique annexé, donné uniquement à titre d'exemple, et montrant d'une manière schématique une installation de récupération de solvant conforme aux principes de l'invention.

[0020] L'installation représentée sur la figure unique, est par exemple, la section de récupération de.solvant dans l'huile déparaffinée, d'une unité de déparaffinage de lubrifiants.

[0021] Le solvant utilisé peut être un mélange (50%-50% en volume) de méthyléthylcétone et de toluène.

[0022] La charge constituée par un mélange solvant-huile parvient à l'installation par exemple à une pression de 500 kPa absolus et à une température de 39°C par une conduite pour constituer le flux 1. La charge est divisée en deux flux repérés respectivement en 2 et 3, et elle est préchauffée dans un train d'échange comprenant, en parallèle, les échangeurs E₁, E₂ et E₃ puis l'échangeur E4.

[0023] Dans l'échangeur E₁, la charge est réchauffée par le flux total de solvant condensé 29 et parvient à l'échangeur E₂ par la conduite 4.

[0024] Dans cet échangeur E₂, le flux 4 est réchauffé par un flux de vapeur d'eau 111 pour constituer le flux 6.

[0025] Dans l'échangeur E₃, le flux 3 est réchauffé par l'huile déparaffinée 23 allant au stockage par la conduite 24, et le flux 3 devient le flux 5 qui est réuni au flux 6 pour ainsi former un flux unique 7 parvenant à l'échangeur E4.

[0026] Dans cet échangeur E4, le flux 7 est réchauffé, jusqu'aux conditions du ballon évaporateur ou de flash B_l, par de la vapeur d'eau condensée 109. Le ballon évaporateur B₁ fonctionne à une température de 148,5°C et à une pression de 400 kPa absolus et permet de vaporiser environ 40% du solvant contenu dans la charge passant dans la conduite 8.

[0027] Le flux de solvant vaporisé sort du ballon B₁ par la conduite 9, tandis que le liquide sortant de ce ballon par la conduite 10 est détendu dans une vanne V₁ jusqu'à la-pression d'un deuxième ballon évaporatéur B₂ qui fonctionne à une pression de 243 kPa, c'est-à-dire inférieure à la pression du ballon B₁, et à une température de 150°C, c'est-à-dire sensiblement identique à celle du ballon B₁. La phase mixte constituant le flux 10a après la vanne V₁ et aboutissant au ballon évaporateur B₂, est réchauffée dans des échangeurs de chaleur E₅ et E₆ jusqu'à la température précitée du ballon évaporateur B₂.

[0028] Dans l'échangeur E₅, le flux 10a est réchauffé par le flux 9 du solvant vaporisé sortant du ballon B₁, et ce flux réchauffé 10a constitue le flux 11 qui est à son tour réchauffé par l'échangeur E₆ grâce à la vapeur d'eau condensée passant dans la conduite 107.

[0029] Le flash dans le ballon évaporateur B₂ se produit, comme dit précédemment, à une pression plus basse que celle du flash dans le ballon B₁, ce qui permet d'éliminer pratiquement tout le solvant restant qui sort du ballon B₂ par la conduite 13.

[0030] Le liquide sortant du ballon B₂ est pompé dans le fond de ce ballon, passe par la conduite 14 et est réchauffé par deux échangeurs en parallèle E₇ et E₈ jusqu'à une température d'environ 200°C qui est la température adéquate pour réaliser le strippage des hydrocarbures dans une colonne C.

[0031] Plus précisément, dans l'échangeur E₈, le flux dérivé 14a est réchauffé par l'huile déparaffinée sortant de la colonne C par la conduite 22. Dans l'échangeur E₇ le flux dérivé 14b est réchauffé par la vapeur d'eau passant dans une conduite 105 et produite par un compresseur de vapeur M.

[0032] Après sortie des échangeurs E₇ et E₈, les deux flux dérivés 14a et 14b, qui sont à des températures différentes, sont remélangés pour constituer un flux 18 qui alimente un ballon B₃.

[0033] Ce ballon fonctionne à une température de 200°C et à une pression de 243 kPa absolus identique à celle du ballon B₂.

[0034] La fraction liquide 21 sortant du ballon B₃ est alors strippée dans la colonne C par de la vapeur d'eau 98 afin d'éliminer les dernières traces du solvant dans le flux 99.

[0035] L'huile déparaffinée 22 sortant de la colonne C est, comme expliqué précédemment, envoyée au stockage par la conduite 24 après refroidissement dans les échangeurs E₈ et ^E₃.

[0036] Le solvant vaporisé sort du ballon B₃ par la conduite 20, et ce flux de solvant vaporisé est mélangé en 20a au flux de solvant 13 sortant du ballon B₂ pour constituer le flux de solvant 25 (pression 243 kPa absolus, température 154°C). Les vapeurs du flux 25 sont totalement condensées puis sous-refroidies après passage dans un premier échangeur ou générateur de vapeur G₁ effectuant la condensation du solvant, et qui est alimenté en eau liquide par une conduite 100. Le flux de solvant ainsi condensé forme le flux 26.

[0037] Le flux de solvant vaporisé 9 sortant du premier ballon évaporateur B₁ est partiellement condensé dans l'échangeur E5 qui parvient par la conduite 27 à un deuxième échangeur ou générateur de vapeur G₂₉ qui assure la condensation totale et le

[0038] sous-refroidissement des vapeurs de solvant. Le solvant condensé forme le flux 28, aux mêmes conditions de température que le flux 26. Le flux 28 est alors détendu dans une vanne (non représentée), puis mélangé au flux 26, comme on le voit en 28a, pour former le flux 29 mentionné précédemment qui est refroidi dans l'échangeur E_l puis expédié au stockage par une conduite 30.

[0039] On décrira maintenant le système formant pompe à chaleur constitué par les deux générateurs de vapeur G₁, G₂ alimentés en eau liquide par respectivement les conduites 100 et 102, par le compresseur M et par les échangeurs E₂, E4, E₆ et E₇.

[0040] La vapeur d'eau saturée produite par les deux générateurs de vapeur G₁ et G₂ et résultant de la récupération de la chaleur de condensation des flux de solvant 25 et 27, passe dans des conduits 101 et 103 qui sont réunis pour former un flux 104 de vapeur d'eau saturée, laquelle est comprimée par le compresseur M. Celui-ci comprend par exemple deux étages de compression et la vapeur est désurchauffée entre les deux étages par de l'eau comme matérialisé par la flèche 115.

[0041] A la sortie du compresseur M la vapeur d'eau se trouve à environ 220°C et 580 kPa absolus, et cette vapeur d'eau passant par la conduite 105 est utilisée pour fournir des calories haut niveau à l'échangeur E₇ en amont du troisième ballon B₃. A la sortie de cet échangeur, la vapeur d'eau passe dans la conduite 106 et se divise pour former les deux conduites 107 et 109 traversant-respectivement les échangeurs E₆ et E₄ pour chauffer les alimentations des ballons B₂ et B₁ respectivement. Les condensats de vapeur d'eau passant ensuite dans les conduites 107a et 109a sont mélangés pour former le flux 111 et sont sous-refroidis jusqu'à 117°C puis détendus dans une vanne V₂ à la pression de 180 kPa absolus, pour finalement retourner aux générateurs de vapeur G₁ et G₂ par les conduites 100 et 102.

[0042] On se reportera maintenant au tableau ci-après pour constater les avantages de l'installation qui vient d'être décrite par rapport aux installations connues qui utilisent un apport de chaleur extérieure pour réaliser l'évaporation du solvant, alors que l'installation selon l'invention n'en utilise pas.

Il apparaît immédiatement de ce tableau que le gain en énergie primaire représente environ 60% par rapport aux installations connues.

[0043] On a donc réalisé suivant l'invention un procédé et une installation de récupération de solvant qui présentent un rendement énergétique très supérieur et qui ne nécessitent pas d'apport extérieur de chaleur, lequel apport de chaleur sert notamment à compenser les irréversibilités et les pertes du système. Or, dans le schéma selon l'invention, les irréversibilités sont minimisées et la dégradation thermique est réduite. En d'autres termes, la chaleur entre les fluides procédé et le fluide de la pompe à chaleur est transférée avec une dégradation minimale de température, ce qui permet au système de travailler dans des conditions énergétiques optimales.

[0044] On ajoutera encore que le solvant n'est pas chauffé à des températures élevées lors de l'évaporation et subira par conséquent une dégradation thermique moindre.

[0045] On remarquera encore que l'installation de l'invention présente une stabilité de fonctionnement remarquable par le fait que la chaleur récupérée est mélangée au niveau de la pompe à chaleur et redistribuée en parallèle entre les points d'évaporation du solvant, ce qui permet d'ajuster séparément la chaleur à fournir à chaque flash.

[0046] Comme on l'a expliqué précédemment, l'évaporation du solvant dans les ballons B₁ et B₂ s'effectue suivant un ordre de pressions décroissantes, de façon à permettre l'évaporation d'une quantité très importante de solvant en restant à une température sensiblement constante et qui peut par exemple être comprise entre 100 et 200°C. Ceci permet encore une fois de minimiser les irréversibilités et d'avoir une demande de chaleur concentrée dans une plage très étroite de températures, ce qui convient parfaitement pour l'utilisation d'une pompe à chaleur.

[0047] L'invention procure finalement un procédé et une installation de récupération de solvant qui présentent des résultats exceptionnels dus au fait qu'on utilise un schéma d'évaporation isotherme du solvant couplé avec une pompe à chaleur récupérant les calories de condensation du solvant et les remontant à un niveau thermique suffisant pour qu'elles puissent être utilisées pour assurer la propre vaporisation du solvant.

[0048] Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.

[0049] C'est ainsi que le procédé selon l'invention peut parfaitement être incorporé dans les installations anciennes de récupération de solvant.

[0050] C'est dire que celle-ci comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.

Revendications

1. Procédé de séparation de solvant d'un mélange de solvant et d'hydrocarbures, dans lequel on effectue notamment une évaporation étagée du solvant pour le séparer des hydrocarbures, caractérisé en ce que l'évaporation étagée du solvant est effectuée de façon sensiblement isotherme en suivant un ordre de pressions décroissantes, et on effectue un échange de chaleur entre le solvant évaporé et au moins un fluide intermédiaire pour obtenir la condensation du solvant et récupérer sa chaleur de condensatin afin que ledit fluide intermédiaire, en phase gazeuse, puisse, après traitement approprié, réchauffer le mélange et réaliser lui-même l'évaporation du solvant sans qu'un apport de chaleur extérieure pour effectuer cette évaporation soit nécessaire.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement du fluide intermédiaire en phase gazeuse consiste à comprimer ce fluide pour élever sa température.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le fluide intermédiaire précité est de l'eau.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors de l'évaporation étagée précitée, la température est de préférence comprise entre 100 et 200°C.

5. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, et du type comprenant au moins deux ballons ou analogues d'évaporation successivement alimentés par une charge constituée par un mélange à séparer de solvant et d'hydrocarbures, caractérisée par au moins un générateur de vapeur effectuant la condensation du solvant (G₁, G₂), par au moins un circuit (27, 13, 20 de transport du solvant évaporé reliant les ballons audit générateur, et par au moins un circuit de fluide intermédiaire en phase gazeuse (104, 105, 106, 107, 109) comprenant un moyen d'élévation de la température de condensation de ce fluide et reliant ledit générateur à au moins un échangeur ₍E4, _E61 ^E7) disposé en amont de chaque ballon.

6. Installation selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen d'élévation de la température de condensation du fluide intermédiaire en phase gazeuse est constitué par au moins un compresseur (M).

7. Installation selon la revendication 5 ou 6, comprenant trois ballons successifs d'évaporation du solvant, caractérisée en ce que les flux de solvant vaporisés (13, 20) sortant du deuxième et du troisième ballons (B₂, B₃) sont réunis (20a) avant de parvenir à un premier générateur de vapeur (G₁), tandis que le flux de solvant vaporisé (9) sortant du premier ballon (B₁) parvient à un deuxième générateur de vapeur (G₂), les flux de solvant condensé (26, 28) sortant des deux générateurs précités étant réunis.

8. Installation selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que le flux de fluide intermédiaire en phase gazeuse (104) produit par les deux générateurs précités (G₂, G₂) alimente un échangeur (E₇) en amont du troisième ballon (B₃) puis se divise pour traverser deux échangeurs (E4, E₆) en amont respectivement des premier (B₁) et deuxième ballons (B₂), et forme à nouveau un flux unique (111) traversant un échangeur (E₂) de réchauffage de la charge (1) introduite dans l'installation.

9. Installation selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que le flux unique précité (111) est relié aux générateurs de vapeur (G₁, G₂).

Dessins