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FR2463758A1 - Procede d'isolement des composants d'un melange d'hydrocarbures gazeux et installation pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Procede d'isolement des composants d'un melange d'hydrocarbures gazeux et installation pour sa mise en oeuvre Download PDF

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA PETROCHIMIE. LE PROCEDE FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST DU TYPE CONSISTANT A UTILISER UNE PARTIE DU MELANGE GAZEUX METHANE-HYDROGENE FORME AU COURS DU PROCEDE POUR LE SEPARER EN UN COURANT GAZEUX FROID ET UN COURANT GAZEUX CHAUD, LE COURANT FROID ETANT UTILISE POUR LE REFROIDISSEMENT DU MELANGE METHANE-HYDROGENE COMPRENANT UNE CERTAINE PROPORTION D'ETHYLENE FORME AU COURS DES OPERATIONS, ET EST CARACTERISE NOTAMMENT EN CE QU'APRES L'UTILISATION DU COURANT FROID POUR LE REFROIDISSEMENT DU MELANGE METHANE-HYDROGENE, LES COURANTS GAZEUX CHAUDS ET FROIDS SONT REUTILISES EN LES FAISANT PASSER DANS LES TUBES 71 DES ECHANGEURS DE CHALEUR 26, 16, 3, A CONTRE-COURANT DU MELANGE GAZEUX DONT ON VEUT ISOLER LES COMPOSANTS. L'INVENTION PERMET NOTAMMENT DE REDUIRE A UN MINIMUM LES PERTES D'ETHYLENE.

Description

La présente invention concerne d'une façon générale le domaine de la pétrochimie et a notamment pour objets un procédé d'isolement des composants de mélanges dthydrocarbures gazeux et une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.
L'invention est avantageusement utilisable pour séparer un mélange gazeux méthane-hydrogène des oléfines (éthylène, éthane, propylène, propane, addition de fraction C4) dans les processus d'obtention d'éthylène et de propylène de haute pureté à partir de mélanges dthydrocarbures gazeux contenant principalement de l'hydrogène, du méthane et des oléfines.
Dans les processus pétrochimiques modernes, l'éthylène et le propylène, trouvent des applications particulièrementnombreuses, notamment pour l'obtention d'un grand nombre de matières plastiques telles que le polyéthylène, le polypropylène, les copolymères d'éthylène et de propylène, etc.
Les exigences en ce qui concerne la pureté dé l'éthylène et du propylène étant très sévères (par exemple, la teneur de l'éthylène en méthane ne doit pas excéder 0,0005 à 0,001% en moles). Il est bien évident que, pour obtenir un éthylène de si haute pureté par isolement des composants de mélanges d'hydrocarbures gazeux, c'est la séparation du méthane des oléfines qui exige les plus grandes dépenses d'énergie.
A l'heure actuelle, dans les pays industriellement développés, le produit de départ dans la pétrochimie est essentiellement l'éthylène, dont la production atteint 35 à 40 millions de tonnes par an.
Aussi la mise au point de procédés économiques et hautement efficaces d'isolement des composants de mélanges d'hydrocarbures gazeux, et d'installations pour leur mise en oeuvre, pose-t-elle un problème urgent.
On connatt aujourd'hui un bon nombre de divers procédés et d'installa tisons pour l'isolement des composants de mélanges d'hydrocarbures gazeux et, en particulier, pour la séparation de la fraction méthane-hydrogène des oléfines.
On connaît on particulier un procédé de séparation des oléfines de méthane et d'hydrogène à partir d'un mélange gazeux de composés d'hydrocarbures, contenant principalement l'hydrogène, le méthane et les oléfines (voir le brevet américain N03443388). Suivant ce procédé, le mélange gazeux est refroidi par abaissement progressif de la température en un très grand nombre d'étages, afin de condenser la majeure partie des gaz, composée principalement d'oléfines et d'une partie du méthane avec une certaine proportion d'hydrogène.Le condensat évacué à chaque étage de refroidissement s'écoule dans un appareil de déméthanisation, de la partie haute duquel on retire un mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène, et de la partie basse, les oléfines, qui sont ensuite soumises à une division ultérieure. Le mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène subit un refroidissement jusqu'à obtention d'un mélange gaz-liquide qui est divisé on une partie gazeuse et une partie liquide. La partie gazeuse du mélange méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène est évacuée, tandis que la partie liquide de ce mélange est divisée en deux courants. Un courant est utilisé comme agent d'arrosage dans l'appareil de déméthanisation, et l'autre est évaporé sous une basse pression.Le froid qui en est obtenu est utilisé pour ledit refroidissement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène.
Ce procédé est mis en oeuvre sur une installation comportant un ensemble de séparation des oléfines et d'une partie du méthane avec une certaine proportion d'hydrogène et un ensemble de dégagement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène. L'ensemble de séparation des oléfines se compose de réfrigérants reliés en série entre eux et assurant le refroidissement étagé du mélange gazeux à séparer, et de séparateurs qui divisent en une partie gazeuse et une partie liquide les mélanges gaz-liquide qui se forment. L'ensemble de dégagement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène se compose d'un appareil de déméthanisation, d'un condenseur tubulaire, d'un séparateur et d'une soupape d'étranglement. L'appareil de déméthanisation est relié aux parties à liquide des séparateurs de l'ensemble de séparation des oléfines.
La partie supérieure de l'appareil de déméthanisation communique, à travers l'espace intertubes du condenseur tubulaire, avec le séparateur. La partie à gaz du séparateur est reliée à une tuyauterie d'évacuation. La partie à liquide du séparateur est reliée directement à la partie haute de l'appareil de déméthanisation et, par la soupape d'étranglement, aux tubes du condenseur. Ces derniers sont, à leur tour, reliés à la tuyauterie d'évacuation.
L'inconvénient de ce procédé d'isolement des composants de mélanges d'hydrocarbures gazeux et de l'installation pour sa mise en oeuvre est que le froid dans l'ensemble de dégagement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène est obtenu en utilisant une partie du liquide composé de méthane avec une certaine proportion d'éthylène, ce qui donne lieu à une perte d'éthylène. Les températures qu'on atteint par ce procédé ne permettent pas de retirer complètement, par condensation, l'éthylène du mélange gazeux méthane-kydrogène évacué, ce qui se traduit également par une perte d'éthylène.
En outre, dans ces procédé et installation, on ne tire pas profit, pour obtenir plus de froid, du potentiel énergétique du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène, qui se trouve sous pression.
On connaît également un procédé d'isolement des composants d'un mélange d'hydrocarbures gazeux, contenant principalement de l'hydrogène, du méthane et des oléfines, et une installation pour sa mise en oeuvre (voir la revue américaine "Chemical Engineering Progresse' 1971, v.67, N02, pp.41-44), qui remédient dans une certaine mesure aux inconvénients du procédé et de l'installation décrits précédemment. Suivant ce procédé, le mélange gazeux est refroidi en une pluralité d'étages avec abaissement progressif de la température, afin de condenser la majeure partie du gaz, composé principalement d'oléfines et d'une partie da méthane avec une certaine proportion d'hydrogène.Le condensat évacué à chaque étage de refroidissement est introduit dans un appareil de déméthanisation, de la partie supérieure duquel on retire un mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène, et de la partie inférieure, les oléfines qui sont soumises à une division ultérieure.
Le mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène subit }n refroidissement grSee au froid obtenu par ébullition de l'éthylène. Ceci donne lieu à la òszlation d'un mélange gaz-liquide qui est ensuite divisé en une partie gazeuse et une partie liquide. La partie liquide composée de méthane et d'éthylène est utilisée comme agent d'arrosage dans l'appareil de déméthanisation. La partie gazeuse du mélange méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène est soumise à un refroidissement ultérieur qui donne lieu à la formation d'un mélange gaz-liquide. Le mélange gaz-liquide obtenu est divisé en une partie gazeuse et une partie liquide. La partie liquide composée de méthane avec une certaine proportion d'éthylène est envoyée comme agent d'arrosage dans l'appareil de déméthanisation. La partie gazeuse du mélange méthane-hydrogène avec une cetaine proportion d'éthylène est détendue jusqu'à une basse pression et est évacuée. Le froid qui en résulte est utilisé pour ledit refroidissement du mélange méthane-hydrogène avec uns certaine proportion d'éthylène.
Le procédé qui vient d'être décrit est mis en oeuvre sur une installation comprenant un ensemble de séparation des oléfines et d'une partie du méthane avec une certaine proportion d'hydrogène, et un ensemble de dégagement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène.
L'ensemble de séparation des oléfines se compose de réfrigérants reliés en série entre eux, qui assurent le refroidissement étagé du mélange gazeux à diviser, et de séparateurs qui divisent les mélanges gaz-liquide qui se forment en une partie gazeuse et une partie liquide. L'ensemble de dégagement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène se compose d'un appareil de déméthanisation, d'un réfrigérant qui utilise de l'éthylène liquide comme agent de refroidissement, d'un séparateur, d'un condenseur tubulaire, d'un autre séparateur et d'une soupape d'étranglement.
L'appareil de déméthanisation est relié aux parties à liquide des séparateurs de l'ensemble de séparation des oléfines. La partie supérieure de l'appareil de déméthanisation communique, à travers le réfrigérant, avec un séparateur.
La partie à liquide du séparateur est reliée à la partie supérieure de l'appareil de déméthanisation. La partie à gaz du séparateur communique, à travers l'espace intertube du condenseur tubulaire, avec l'autre sépérateur.
La partie à liquide de ce séparateur est reliée à la partie supérieure de l'appareil de déméthanisation, alors que sa partie à gaz communique, par la soupape d'étranglement, avec les tubes dudit condenseur. Ces derniers sont, à leur tour, reliés à une tuyauterie d'évacuation.
Bien que ce procédé prévoie l'obtention d'un froid complèmentaire par détente du mélange gazeux méthane-hydrogène évacué, qui se trouve sous pression, ce processus de détente ne permet pas d'utiliser pleinement son potentiel énergétique. Les températures ainsi obtenues ne sont pas suffisamment basses pour permettre de retirer complètemént, par condensation, l'éthylène du mélange gazeux méthane-hydrogène évacué, ce qui donne lieu à une perte d'éthylène.
En outre, l'utilisation de l'éthylène liquide pour l'obtention du froid nécessaire pour refroidir le mélange gazeux évacué de l'appareil de déméthanisation conduit à des dépenses d'énergie supplémentaires.
On connais aussi en pétrochimie un autre procédé d'isolement des composants de mélanges d'hydrocarbures gazeux, qui remédie dans une certaine mesure aux inconvénients précités des procédés décrits plus haut. Suivant ce procédé, le mélange d'hydrocarbures gazeux contenant principalement l'hydrogène, le méthane et les oléfines est refroidi en plusieurs étages jusqu'à des températures permettant d'en éliminer les oléfines et une partie du méthane avec une certaine proportion d'hydrogène sous forme de condensat liquide. Le condensat liquide qui se forme à chacun de ces étages de refroidissement est séparé du reste du mélange gazeux et est soumis à une déméthanisation. Le mélange gazeux restant au dernier étage de refroidissement et qui est composé d'hydrogène, de méthane et d'une certaine proportion d'éthylène est évacué pour en extraire ensuite l'hydrogène.Le mélange gazeux méthane-hydrogène, avec une certaine proportion d'éthylène, qui se forme par suite de la déméthanisation des condensats liquides, est soumis à un refroidissement ultérieur. Ceci donne lieu à la formation d'un condensat liquide composé de méthane et d'éthylène, qui est séparé et utilisé comme agent d'arrosage dans l'appareil de déméthanisation. Le reste du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène est soumis à une expansion avec utilisation de l'effet Ranque, par suite de quoi on obtient un courant gazeux froid et un courant gazeux chaud. Le courant chaud est envoyé dans le réseau de chauffage. Le courant froid est utilisé pour ledit refroidissement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène, après quoi il est lui aussi introduit dans le réseau de chauffage.
Le procédé qui vient d'etre décrit est mis en oeuvre dans une installation comprenant un ensemble de séparation des oléfines et d'une partie du méthane avec une certaine proportion d'hydrogène, et un ensemble de dégagement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène.
L'ensemble de séparation des oléfines et d'une partie du méthane avec une certaine proportion d'hydrogène se compose d'échangeurs de chaleur tubulaires et de réfrigérants assurant le refroidissement par étages du mélanges gazeux à diviser, ainsi que de séparateurs comportant des parties à gaz et à liquide et destinés à diviser les mélanges gaz-liquide, formés à chaque étage de refroidissement, en un courant gazeux et un courant liquide.
Les tubes de tous les échangeurs tubulaires sont reliés entre eux en série et leurs espaces intertubes communiquent entre eux à travers les réfrigérants et les parties à gaz des séparateurs. L'ensemble de dégagement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène comprend un appareil de déméthanisation auquel sont reliées les parties à liquide des séparateurs de l'ensemble de séparation des oléfines, un condenseur tubulaire assurant le refroidissement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène jusqutà formation d'un-mélange gaz-liquide, un séparateur comportant une partie à gaz et une partie à liquide et assurant la division de ce mélange en un courant gazeux et un courant liquide, et un tuyau tourbillonnaire destiné à assurer l'expansion du courant gazeux et comportant une entrée à tuyère, une extrémité froide et une extrémité chaude.
La partie supérieure de l'appareil de déméthanisation est reliée à l'entrée à tuyère du tuyau tourbillonnaire à travers l'espace intertube du condenseur tubulaire et la partie à gaz du séparateur. La partie à liquide du séparateur est reliée à la partie supérieure de l'appareil de déméthanisation.
L'extrémité froide du tuyau tourbillonnaire communique avec les tubes du condenseur tubulaire, qui, à leur tour, débouchent dans une tuyauterie d'évacuation. L'extrémité chaude du tuyau tourbillonnaire débouche, elle aussi, dans la tuyauterie d'évacuation.
L'utilisation de l'effet Ranque pour obtenir le froid utilisé pour le refroidissement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène permet de mieux utiliser son potentiel énergétique par rapport aux installations décrites précédemment. Cependant, le courant gazeux chaud évacué de l'installation possède une grande énergie qui, dans le procédé et l'installation pour sa mise en oeuvre qui viennent d'être décrits, n'est pas utilisée pour l'obtention de froid. Les températures atteintes par ce procédé ne permettent pas de retirer complètement, par condensation, l'éthylène du mélange gazeux méthane-hydrogène évacué, ce qui cause une perte d'éthylène.
Il s'ensuit de ce qui précède qu'aucun des procédés connus décrits et des installations pour leur mise en oeuvre ne permet de retirer complètement ltéthylène du mélange gazeux méthane-hydrogène, le taux d'extraction de l'éthylène ne dépassant pas 98%.
La présente invention vise donc un procédé d'isolement des composants d'un mélange d'hydrocarbures gazeux et une installation pour sa mise en oeuvre, qui seraient conçus de façon que le processus de séparation du mélange gazeux méthane-hydrogène, avec une certaine proportion d'éthylène, et le dipositif pour sa mise en oeuvre permettent de réduire à un minimum les pertes d'éthylène gr ce à l'utilisation complète du potentiel énergétique du mélange gazeux méthane-hydrogène évacué.
Ce but est atteint grSee à un procédé d'isolement des composants d'un mélange d'hydrocarbures gazeux contenant principalement de l'hydrogène, du méthane et des olefines, du type consistant à refroidir en plusieurs étapes ledit mélange gazeux jusqu'à des températures permettant d'éliminer dudit mélange gazeux les oléfines et une partie du méthane avec une certaine proportion d'hydrogène, sous forme de condensat liquide, avec séparation de celui-ci dudit mélange à chaque étage de refroidissement pour le soumettre à une déméthanisation, à séparer le mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène, forum par suite de la dém thanisation du condensat liquide, à le refroidir encore plus avec séparation du condensat liquide résultant de ce refroidissement, que l'on utilise comme agent d'arrosage au cours de la déméthanisation, à soumettre à une expansion la partie gazeuse restante du mélange méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène en utilisant l'effet Ranque, par suite de quoi on obtient un courant gazeux froid et un courant gazeux chaud, le courant froid étant utilisé pour ledit refroidissement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène, caractérisé, selon l'invention, en ce qu'on mélange le couIant gazeux froid, après son utilisation pour le refroidissement dudit mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène, avec le courant gazeux chaud, et on les soumet à une expansion en utilisant l'effet Ranque, par suite de quoi on obtient un courant gazeux froide un courant gazeux chaud, après quoi on fait passer directement le courant chaud à contre-courant du mélange d'hydrocarbure gazeux à diviser et le courant froidS après avoir passe préalablement à contre-courant du méMzyp gazeux méthane-hydrogène, avec une certaine proportion d'éthylène, séparé par déméthanisation
Le but recherché est également atteint grâce au fait que l'installation pour l'isolement des composants d'un mélange d'hydrocarbures gazeux, du type comprenant un ensemble de séparation des oléfines du mélange gazeux à diviser, composé d'échangeurs de chaleur tubulaires et de réfrigérants assurant le refroidissement par étages dudit mélange gazeux, ainsi que des séparateurs comportant une partie à gaz et une partie à liquide et destinés à diviser les mélanges gaz-liquide, formés à chaque étage de refroidissement, en un courant gazeux et un courant liquide, les tubes de tous les échangeurs tubulaires étant reliés en série entre eux, tandis que leurs espaces intertubes communiquent entre eux à travers les réfrigérants et les parties à gaz des séparateurs, et un ensemble de dégagement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène, composé d'un appareil de déméthanisation auquel sont reliées les parties à liquide des séparateurs de l'ensemble de séparation des oléfines, d'un condenseur tubulaire assurant le refroidissement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène, d'un séparateur destiné à diviser le mélange gaz-liquide formé en un courant gazeux et un courant liquide et comportant une partie à gaz et une partie à liquide reliée à la partie supérieure de l'appareil de déméthanisation, et d'un tuyau tourbillonnaire destiné à assurer l'expansion dudit mélange gazeux méthane-hydrogène avec formation d'un eourant gRzeux fandetd'un courant gazeux chaud, ce tuyau comportant une entrée à tuyère reliée à la partie supérieure de l'appareil de déméthanisation à travers la partie à gaz du séparateur et l'espace intertube du condenseur tubulaire, une extrémité froide communiquant avec les tubes du condenseur tubulaire et par laquelle passe le courant s'écoulant de ce dernier, et une extrémité chaude, caractérisé, selon l'invention, en ce que l'ensemble de dégagement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène contient un autre tuyau tourbillonnaire comportant une entrée à tuyère reliée directement à l'extrémité chaude du tuyau tourbillonnaire précité, et à son extrémité froide, par l'intermédiaire des tubes du condenseur tubulaire auxquels celle-ci est reliée, ainsi qu'une extrémité froide et une extrémité chaude, cette extrémité chaude étant reliée aux tubes des échangeurs tubulaires de l'ensemble de séparation des oléfines directement, et l'extrémité froide, par l'intermédiaire des tubes du condenseur tubulaire par lesquels passe le courant froid qui sien écoule.
Une telle solution permet de tirer plein profit, pour la production du froid, du potentiel énergétique du mélange gazeux méthane-hydrogène évacué, se trouvant sous pression. Les températures ainsi atteintes, de l'ordre de -145 à -1500C, permettent de réduire à un minimum les pertes d'éthylène. Le taux d'extraction de l'éthylène atteint 99% et plus, ceci sans avoir à utiliser aucune source d'énergie complémentaire pour obtenir du froid.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec références au dessin unique annexé qui représente un schéma de principe technologique du procédé conforme à l'invention.
Le présent procédé d'isolement des composants d'un mélange d'hydrocarbures gazeux, contenant principalement de l'hydrogène, du méthane et des oléfines, prévoit le refroidissement dudit mélange en plusieurs étages avec abaissement successif de la température pour assurer la condensation de la majeure partie du gaz, constituée de composants dont les points d'ébullition sont les plus élevés.
Dans ce processus, on choisit la température au dernier étage de refroidissement de telle manière que le gaz évacué à cet étage ait le point d'ébullition le plus bas.
Le mélange gazeux à diviser est refroidi par étages jusqu'à des températures permettant d'en éliminer les oléfines et une partie du méthane additionné d'hydrogène, sous forme de condensat liquide. Le condensat liquide qui se forme à chaque étage de refroidissement est ensuite séparé du reste du mélange gazeux et soumis à la déméthanisation. Le mélange gazeux restant après élimination des oléfines, composé essentiellement d'hydrogène et de méthane avec une certaine proportion d'oléfines, est évacué pour en extraire ensuite l'hydrogène (cette partie du processus n'est pas considérée dans la présente invention). Le mélange gazeux méthane-hydrogène, avec une certaine proportion d'éthylène, qui se forme par suite de la déméthanisation des condensats liquides, subit un refroidissement supplémentaire. Ceci donne lieu à la formation d'un condensat liquide composé de méthane et d'éthylène, qui est séparé et utilisé comme agent d'arrosage dans la déméthanisation.
La partie gazeuse restante du mélange méthane-hydrogène, avec une certaine proportion d'éthylène, est soumise à une expansion avec utilisation de l'effet Ranque, par suite de quoi on obtient un courant gazeux froid et un courant gazeux chaud.
Le courant froid est utilisé pour ledit refroidissement du mélange gazeux méthane-hydrogène comprenant une certaine proportion d'éthylène.
Ensuite le courant froid est mélangé avec le courant chaud et soumis à une expansion avec utilisation de l'effet Banque, ce qui donne lieu à la formation d'un courant froid et-d'un courant chaud. Le courant chaud circule ensuite directement à eontre-coutant du mélange gazeux à diviser, i 'e courant frmdairaffesaprès avoir passé préalablement à contre-courant du mélange gazeux méthane-hydrogène comprenant une certaine proportion d'éthylène, obtenu par suite de la déméthanisation.
L'installation pour la mise en oeuvre dudit procédé d'isolement des composants d'un mélange d'hydrocarbures gazeux contenant principalement de l'hydrogène, du méthane et des oléfines, comprend un ensemble 1 de séparation des oléfines et un ensemble 2 de dégagement du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène. L'ensemble 1 de séparation des oléfines du mélange gazeux à diviser contient un échangeur de chaleur tubulaire 3 dont l'espace intertube 4 communique, par une tuyauterie 5, avec une source du mélange gazeux de départ (non représentée), et par une tuyauterie 6, avec un réfrigérant 7. Le réfrigérant 7 est à son tour relié par une tuyauterie 8 à un séparateur 9 comportant une partie à liquide 10 et une partie à gaz 11.La partie à liquide 10 du séparateur 9 est reliée, par une tuyauterie 12, à l'appareil de déméthanisation 13 faisant partie de l'ensemble 2 de dégagement du mélange gazeux méthane-hydrogène. La partie à gaz Il du séparateur 9 communique par une tuyauterie 14 avec l'espace intertube 15 d'un échangeur tubulaire 16. L'espace intertube 15 communique par une tuyauterie 17 avec un réfrigérant 18 qui est à son tour relié, par une tuyauterie 19, à un séparateur 20 comportant une partie à liquide 21 et une partie à gaz 22. La partie à liquide 21 du séparateur 20 est reliée par une tuyauterie 23 à l'appareil de déméthanisation 13. La partie à gaz 22 du séparateur 20 communique par une tuyauterie 24 avec l'espace intertubes 25 avec l'espace intertube 25 d'un échangeur tubulaire 26.L'espace intertube 25 communique par une tuyauterie 27 avec un réfrigérant 28 qui est à son tour relié, par une tuyauterie 29, à un séparateur 30 comportant une partie à liquide 31 et une partie à gaz 32. La partie à liquide 31 du séparateur 30 est reliée par une tuyauterie 33 à l'appareil de déméthanisation 13. La partie à gaz 32 du séparateur 30 est reliée par une tuyauterie 34 à un réfrigérant 35 qui, à son tour, communique par une tuyauterie 36 avec l'espace intertube 37 d'un échangeur tubulaire 38. L'espace intertubo 37 communique par une tuyauterie 39 avec un séparateur 40 comportant une partie à liquide 41 et une partie à gaz #2. La partie à liquide 41 du séparateur 40 est reliée par une tuyauterie 43 à l'appareil de déméthanisation 13 à travers l'espace intertube 37 de l'échangeur tubulaire 38.La partie à gaz 42 du séparateur 40 est reliée à une tuyauterie 44 destinée à évacuer de l'installation le mélange gazeux composé essentiellement d'hydrogène et de méthane avec une certaine proportion d'oléfines. L'ensemble 2 de dégagement du mélange méthane-hydrogène, avec une certaine proportion d'éthylène, comprend l'appareil de déméthanisation 13 dont la partie supérieure 45 communique, par une tuyauterie 46, avec l'espace intertube 47 d'un condenseur tubulaire 48. L'espace intertube 47 est relié de préférence par une tuyauterie 49 à un séparateur 50 comportant une partie a liquide 51 et une partie à gaz 52. La partie à liquide 51 du séparateur 50 communique par une tuyauterie 53 avec la partie supérieure 45 de l'appareil de déméthanisation 13.La partie à gaz 52 du séparateur 50 est reliée par une tuyauterie 54 à l'entrée à tuyère 55 d'un tuyau tourbillonnaire 56 comportant une extrémité froide 57 et une extrémité chaude 58.. L'extrémité froide 57 du tuyau tourbillonnaire 56 est reliée par une tuyauterie 59 aux tubes 60 du condenseur tubulaire 48. Les tubes 60 sont reliés par une tuyauterie 61 à une tuyauterie 62. L'extrémité chaude 58 du tuyau tourbillonnaize 56 est reliée à la tuyauterie 62 par une tuyauterie 63. La tuyauterie 62 est reliée a l'entrée à tuyère 64 d'un autre tuyau tourbillonnaire 65 comportant une extrémité froide 66 et une extrémité chaude 67.L'extrémité froide 66 du tuyau tourbillonnaire 65 communique par une tuyauterie 68 avec les tubes 69 du condenseur tubulaire 48. Les tubes 69 communiquent par une tuyauterie 70 avec les tubes 71 des échangeurs tubulaires 38, 26, 16 et 3, qui sont reliés entre eux par une tuyauterie 72. Les tubes 71 de l'échangeur 3 débouchent dans une tuyauterie 73 destinée à évacuer le mélange gazeux méthane-hydrogène de l'installation. L'extrémité chaude 67 du tuyau tourbillonnaire 65 est reliée par une tuyauterie 74 aux tubes 71 de l'échangeur 26. La partie inférieure 75 de l'appareil de déméthanisation 13 débouche dans une tuyauterie 76 destinée à évacuer les oléfines de l'installation.
On va maintenant examiner le schéma technologique de l'isolement des composants d'un mélange d'hydrocarbures gazeux selon la présente invention.
Le mélange gazeux de départ, contenant principalement de l'hydrogène, du méthane et des oléfines (éthylène, éthane, propylène, propane, addition de fraction C4), qui se trouve sous une pression de 32 à 38 mN/m2 à unetempérature de +130C, pénètre par la tuyauterie 5 dans l'espace intertube 4 de l'échangeur de chaleur tubulaire 3 de l'ensemble 1 de séparation des oléfines du mélange gazeux à diviser. Dans l'échangeur de chaleur 3, ledit mélange gazeux est refroidi par les produits de sa division (le mélange gazeux méthane-hydrogène) jusqu'à une température de -5 à -10 C et est ensuite canalisé par la tuyauterie 6 dans le réfrigérant 7 utilisant comme agent frigorifique du propylène liquide s'évaporant à -180C.Dans le réfrigérant 7, ledit mélange gazeux est refroidi jusqu'à une température de -150C. Ceci donne lieu à la condensation de la majeure partie de la fraction
C4, du propylène, du propane et d'une partie de l'éthane et de l'éthylène. Lemélange gaz-liquide ainsi formé pénètre par la tuyauterie 8 dans le séparateur 9, où il est divisé en condensat liquide et en un reste de mélange gazeux. Le condensat liquide s'écoule de la partie à liquide 10 du séparateur 9, par la tuyauterie 12, dans l'appareil de déméthanisation 13, tandis que le mélange gazeux restant se dirige de la partie à gaz 11 de ce séparateur, par la tuyauterie 14, pour subir un refroidissement supplémentairevdans l'espace intertube 15 de l'échangeur tubulaire 16 refroidi par les produits de la division du mélange gazeux.Dans l'échangeur 16, le mélange gazeux est refroidi jusqu'à une température de -200 à -250C et est canalisé ensuite, par la tuyauterie 17, dans le réfrigérant 18 refroidi par du propylène liquide s'évaporant à -370C. Dans le réfrigérant 18, ledit mélange gazeux est refroidi jusqu'à une température de --iOO à -350C. En conséquence, sont complètement condensés la fraction C4, le propylène, le propane, la majeure partie de l'éthane et de l'éthylène, une partie du méthane et de l'hydrogène.
Le mélange gaz-liquide formé arrive par la tuyauterie 19 dans le séparateur 20, où il est divisé en condensat liquide et en un reste de mélange gazeux.
Le condensat liquide s'écoule de la partie à liquide 21 du séparateur 20, par la tuyauterie 23, dans l'appareil de déméthanisation 13, tandis que le mélange gazeux restant se dirige de la partie à gaz 22 de ce séparateur, par la tuyauterie 24, pour subir un refroidissement supplémentaire dans l'espace intertube 25 de l'échangeur tubulaire 26 refroidi par les produits de la division du mélange gazeux. Dans l'échangeur 26, le mélange gazeux est refroidi jusqu'à une température de 350 à -40 C et passe ensuite, par la tuyauterie 27, dans le réfrigérant 28 refroidi par de l'éthylène liquide s'évaporant à -560C. Dans le réfrigérant 28, le mélange gazeux est refroidi jusqu'à une température de -50 à -530C. A ce stade se condense la majeure partie de l'éthylène et de l'éthane, ainsi qu'une partie du méthane et de l'hydrogène. Le mélange gaz-liquide formé est dirigé par la tuyauterie 29 dans le séparateur 30 où il est divisé en condensat liquide et en un reste de mélange gazeux.Le condensat liquide s'écoule de la partie à liquide 31 du séparateur 30, par la tuyauterie 33, dans l'appareil de déméthanisation i3, tandis que le mélange gazeux restant se dirige de la partie à gaz 32 de ce séparateur, par la tuyauterie 34, dans le réfrigérant 35 refroidi par de l'éthylène liquide s'évaporant à -98 C. Dans le réfrigérant 35, le mélange gazeux est refroidi jusqu'à une température de -920 à -95 C et pénètre par la tuyauterie 36 dans l'espace intertube 37 de l'échangeur tubulaire 38 refroidi par les produits de la division du mélange gazeux.Dans l'échangeur 38, le mélange gazeux est refroidi jusqu'à la température de -1800C. Sont condensés à ce stade : la quasi-totalité de l'éhylène, l'éthane, une partie importante du méthane et, partiellement, l'hydrogène. Le mélange gaz-liquide formé est dirigé par la tuyauterie 39 dans le séparateur 40 où il est divisé en condensat liquide et en un reste de mélange gazeux composé d'hydrogène et de méthane avec une certaine proportion d'éthylène et d'éthane. Le condensat liquide s'écoule de la partie à liquide 41 du séparateur 40, par la tuyauterie 43, dans l'appareil de déméthanisation 13 à travers l'espace intertube 37 de l'échangeur tubulaire 38.Le mélange gazeux restant provenant de la partie à gaz 42 du séparateur 40 est évacué de l'installation par la tuyauterie 44 pour en extraire ultérieurement l'hydrogène.
Dans l'appareil de déméthanisation 13 s'effectue le dégagement, à partir des condensats liquides y parvenant par les tuyauteries 12, 23, 33 et 43, d'un mélange gazeux méthane-hydrogène comprenant une certaine proportion d'éthylène et qui est évacué de la partie supérieure 45 de l'appareil de déméthanisation 13 par la tuyauterie 46. Les oléfines sont évacuées de la partie inférieure 75 de appareil de déméthanisation par la tuyauterie 76.
Le mélange gazeux méthane-hydrogène (avec une certaine proportion d'éthylène) ayant une température de -95 à 1000C pénètre par la tuyauterie 46 dans l'espace intertube 47 du condenseur tubulaire 48 refroidi par les produits de la division du mélange gazeux Dans le condenseur 48, ee mélange gazeux est refroidi jusqu'à une température de 1350 à -1400C. Par suite du mélange gazeux méthane-hydrogène (avec une certaine proportion d'éthylène) sont à ce stade condensés e pratiquement tout l'éthylène, partiellement le méthane et une partie insignifiante de l'hydrogène.Le mélange gaz-liquide formé est canalisé par la tuyauterie 49 dans le séparateur 50 où il est divisé en condensat liquide et en un reste de mélange gazeux méthane-hydrogène. Le condensat liquide s'écoule de la partie à liquide 51 du séparateur 50, par la tuyauterie 53, dans l'appareil de déméthanisation 13, où il est utilisé comme agent d'arrosage. Le reste du mélange gazeux méthane-hydrogène se trouvant dans la partie à gaz 52 du séparateur 50 passe par la tuyauterie 54 pour arriver dans le tuyau tourbillonnaire 56 par son entrée à tuyère 55 pour y subir une expansion.Par suite de 1 1expansion dans le tuyau tourbillonnaire 56 d'une pression de 32 à 38 mN/m2 à une pression de 15 à 18 mN/m2, ledit mélange se divise en deux courants : l'un froid, à une température de -145 à -1500C, et l'autre chaud, à une température de -1050 à -110 C. Le courant froid s'écoule du tuyau tourbillonnaire 56 par son extrémité froide 57 et pénètre par la tuyauterie 59 dans les tubes 60 du condenseur tubulaire 48.
En circulant par ces tubes à contre-courant du mélange gazeux méthanehydrogène avec une certaine proportion d'éthylène, le courant froid s'échauffe jusqu'à une température de 1050 à -110 C et débouche par la tuyauterie 61 dans la tuyauterie 62. Le courant chaud s'écoule du tuyau tourbillonnaire 56 par son extrémité chaude 58 et arrive lui aussi dans la tuyauterie 62 par la tuyauterie 63. Dans la tuyauterie 62, les courants froid et chaud se mélangent et arrivent dans le tuyau tourbillonnaire 65 par son entrée à tuyère 64 pour y subir une expansion.Par suite de l'expansion dans le tuyau tourbillonnaire 65 d'une pression de 15 à 18 mN/m2 à une pression de 2,5 à 3,5 mN/m , le mélange gazeux se divise en deux courants : l'un froid, à une température de -1450 à -1500C, et l'autre chaud, à une température de -95 à -1000C. Le courant froid s'écoule du tuyau tourbillonnaire 65 par son extrémité froide 66 et se dirige par la tuyauterie 68 dans les tubes 69 du condenseur tubulaire 48.En circulant par ces tubes à contre-courant du mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène, le courant froid s'échauffe jusqutà une température de -1050 à -110 C et passe ensuite par la tuyauterie 70 pour arriver dans les tubes 71 de l'échangeur tubulaire 38. En circulant par ces tubes à contre-courant du mélange gazeux à diviser, le courant froid s'échauffe jusqu'à une température de -95 à -1000C et passe par la tuyauterie 72 dans les tubes 71 de l'échangeur tubulaire 26. Le courant chaud s'écoule du tuyau tourbillonnaire 65 par son extrémité chaude 67 et arrive, par la tuyauterie 74, dans les mêmes tubes 71 de l'échangeur tubulaire 26.Les courants froid et chaud s'y mélangent et ce mélange méthane-hydrogène passe par les tubes 71 des échangeurs tubulaires 26, 16 et 3, à contre-courant du mélange gazeux à diviser. Ceci a pour résultat d'échauffer le mélange méthane-hydrogène jusqu'à une température de -10 à -150C, après quoi il est évacué de l'installation par la tuyauterie 73.
Pour que la présente invention soit mieux comprise, un exemple de réalisation concret mais non limitatif conforme au schéma technologique qui vient d'être décrit, va maintenant être décrit.
Exemple
Le mélange gazeux de départ est obtenu à partir d'esssence à point d'ébullition entre 62 et 1800C, en la soumettant à la pyrolyse à une température de 823 à 850 C acec addition de vapeur à raison de 50% on poids par rapport à l'essence. On refroidit le pyrogaz (gaz résultant de la pyrolyse) ainai obtenu jusqu'à une température de 20 à 30 C et on le comprime à partir de la pression de 1,2 à 1,3 mN/m2 jusqu'à une pression de 30 à 40 mN/m2, en éliminant en même temps du mélange gazeux les gez acides. On élimine aussi du mélange gazeux comprimé les hydrocarbures lourds en C4+, et l'on hydrogène le reste du mélange gazeux pour le débarrasser des composés acétyléniques, puis on le fait sécher et on le refroidit jusqu'à +15 C.
Le mélange gazeux ainsi obtenu, composé d'hydrogène, de méthane et d'oléfines, est soumis au traitement conforme au schéma technologique décrit plus haut.
Le tableau annexé en fin du texte donne le bilan des matières constituant les courants transportés par les tuyauteries correspondantes dudit schéma technologique.
Ce tableau renferme, à titre d'illustration, des paramètres de travail particuliers relatifs à un exemple de réalisation du procédé d'isolement des composants du mélange d'hydrocarbures gazeux selon la présente invention, mais il est bien évident que le cadre de l'invention ne peut nullement entre limité aux données indiquées.
De l'exemple particulier de réalisation de la présente invention donné ci-dessus, il ressort de toute évidence qu'il est possible d'atteindre tous les objectifs de l'invention dans le cadre défini par les revendications ci-après. Cependant, il est aussi bien évident qu'on pourrait apporter certaines modifications à la conduite des opérations constituant le procédé d'isolement des composants de mélanges dvhydrocarbures gazeux et aux dispositions constructives de l'installation pour sa mise en oeuvre, sans pour cela s'écarter de l'esprit de l'invention.
Toutes ces modifications ne seront pas considérées comme s1 écartant de la conception générale et du cadre de l'invention, tels qu'ils sont définis par les revendications.
Le procédé proposé d'isolement des commandes de mélanges d'hydrocarbures gazeux et l'installation pour sa mise en oeuvre sont extrêmement efficaces.
Avec ce procédé, les pertes d'éthylène pendant 11 évacuation du mélange gazeux méthane-hydrogène de l'installation sont pratiquement nulles. Le taux d'extraction de l'éthylène atteint 99 et-plus. Les températures entre -1450 et -150 C, assurant un taux aussi élevé d'extraction de l'éthylène, sont atteintes uniquement grâce à l'utilisation complète du potentiel énergétique du mélange gazeux méthane-hydrogène, qui se trouve sous pression. Il n'est besoin d'aucune autre source du froid. En même temps, les dépenses totales d'énergie sont réduites de l5 et plus.
L'installation pour la mise en oeuvre du procédé est extrêmement simple du point de vue construction, du fait de l'absence complète d'éléments constructifs comportant des parties en mouvement. L'installation est fiable en service et susceptible d'être facilement automatisée.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représente qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent.
Tableau - 17 -
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Claims (3)

REVENDICATIONS
1. Procédé d'isolement des composants d'un mélange hydrocarbune gazeux contenant principalement de lthydrogène, du méthane et des oléfines, du type consistant à refroidir en plusieurs étages ledit mélange gazeux jusqu'à des températures assurant l'élimination, dudit mélange gazeux, des oléfines et d'une partie du méthane avec une certaine proportion d'hydrogène, sous forme de condensat liquide, avec séparation de ce condensat dudit mélange à chaque étage de refroidissement pour le soumettre à une déméthanisation, à séparer -le mélange gazeux méthane-hydrogène, avec une certaine proportion d'éthylène, formé par suite de la déméthanisation, à le refroidir encore plus avec séparation du condensat liquide résultant de ce refroidissement, que l'on utilise comme agent d'arrosage pour ladite déméthanisation, à soumettre à une expansion la partie gazeuse restante du mélange méthane-hydrogène, avec une certaine proportion d'éthylène, en utilisant l'effet Ranque, par suite de quoi on obtient un courant gazeux froid et un courant gazeux chaud, le courant froid étant utilisé pour ledit refroidissement du mélange gazeux méthanehydrogène comprenant une certaine proportion d'éthylène, caractérisé en ce qu'on mélange le courant gazeux froid, après son utilisation pour le refroidissement du mélange gazeux méthane-hydrogène comprenant une certaine proportion d'éthylène, avec le courant gazeux chaud et on les soumet à une expansion en utilisant l'effet Ranque, par suite de quoi on obtient un courant gazeux froid et un courant gazeux chaud, après quoi on fait passer directement le courant chaud à contre-courant du mélange gazeux dont on veut isoler les composants, et le courant froid, après l'avoir fait passer à contre-eourant du mélange gazeux méthane-hydrogène comprenant une certaine proportio+'éthylène et séparé par déméthanisation.
2. Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, du type comprenant un ensemble de séparation des oléfines du mélange gazeux dont on veut isoler les composants, composé d'échangeurs de chaleur tubulaires et de réfrigérants assurant le refroidissement par étages du mélange gazeux, ainsi que de séparateurs comportant chacun une partie è gaz et une partie à liquide et destinés à séparer les composants des mélanges gaz-liquide se formant à chaque étage de refroidissement en un courant gazeux et un courant liquide, les tubes de tous les échangeurs tubulaires étant reliés en série entre eux, et leurs espaces intertubes communiquant entre eux à travers les réfrigérants et les parties à gaz des séparateurs, et un ensemble de dégagement d'un mélange gazeux méthane-hydrogène avec une certaine proportion d'éthylène, composé d'un appareil de déméthanisation auquel sont reliées les parties à liquide des séparateurs dudit ensemble de séparation des oléfines, d'un condenseur tubulaire assurant le refroidissement du mélange gazeux méthane-hydro go ne avec une certaine proportion d'éthylène, d'un séparateur destiné à séparer le-mélange gaz-liquide résultant en un courant gazeux et en un courant liquide et comportant une partie à gaz et une partie à liquide reliée à la partie supérieure de l'appareil de déméthanisation, et d'un tuyau tourbiilonraire pour l'expansion dudit mélange gazeux méthane-hydrogène avec formation d'un courant gazeux froid et d'un courant gazeux chaud, ce tuyau comportant une entrée à tuyère reliée à la partie supérieure de l'appareil de déméthanisation à travers la partie à gaz du séparateur et l'espace intertube du condenseur tubulaire, une extrémité froide communiquant avec les tubes du condenseur tubulaire par lesquels passe le courant s'en écoulant, et une extrémité chaude, caractérisée en ce que l'ensemble de dégagement du mélange gazeux méthane-hydrogène comprenant une certaine proportion d'éthylène contient un second tuyau tourbillonnaire comportant une entrée à tuyère reliée à l'extrémité chaude du premier tuyau tourbillonnaire directement, et à son extrémité froide, par les tubes du condenseur tubulaire avec lesquels celle-ci communique, ainsi qu'une extrémité froide et une extrémité chaude, cette extrémité chaude étant reliée aux tubes des échangeurs tubulaires de I'ensemblede séparation des oléfines directement, tandis que cette extrémité froide est reliée auxdits tubes par les tubes du condenseur tubulaire par lesquels passe le courant froid s'en écoulant.
3. Hydrogène, méthane et -oléfines caractérisés en ce qu'ils sont obtenus à partir d'un mélange d'hydrocarbures gazeux par isolement conformément au procédé faisant l'objet de la revendication 1.
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