Brevet FR2521550A1 — publié le 19830819

La présente invention se rapporte à un procédé de séparation d'hydrocarbures liquides par extraction par un solvant Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à un procédé de séparation d'hydrocarbures par extraction liquide-liquide utilisant comme solvant le N-( 2-hydroxyéthyl)-2-pyrrolidone, appelé par après HEP. Il est bien connu que l'on peut séparer des mélanges d'hydrocarbures comprenant des composés Io paraffiniques et aromatiques, par une extraction liquide- liquide en utilisant un solvant organique Le choix d'un solvant organique pour une extraction particulière doit tenir compte d'un certain nombre de facteurs, notamment la sélectivité, la capacité, la faculté d'être récupéré, la densité, la tension interfaciale, la corrosivité, la réactivité chimique, la stabilité, la viscosité, la toxicité et le coût. L'utilisation de N-hydroxyalkylpyrrolidones comme solvants pour séparer les composés aromatiques et paraffiniques a déjà été décrite dans le brevet US 3 I 57 592 On y enseigne que le procédé est réalisé à pression atmosphérique et à des températures comprises entre 5 et 600 C. Dans la plupart des procédés d'extraction par solvant des composés aromatiques contenus dans un mélange avec des composés paraffiniques, il faut recourir habituellement à une distillation à des températures élevées pour séparer les aromatiques du solvant Dans un tel procédé, si l'on effectue l'étape d'extraction à une température élevée, on accroit encore le rendement de l'energie utilisée Cependant, le choix du solvant -pour une utilisation à des températures élevées pose de nombreux problèmes En effet, l'utilisation de températures plus élevées, tout en augmentant la capacité de charge du solvant, tend à réduire sa sélectivité Dans un tel procédé d'extraction, on utilise généralement l'eau pour contrôler la sélectivité Cependant, si l'on augmente la teneur en eau, on va accroître la sélectivité du solvant, mais simultanément on va en réduire sa -2capacité de charge En tenant compte de tous ces effets opposés, ainsi que des autres facteurs mentionnés ci- Iessus, il en résulte que très peu de solvants peuvent être considérés comme appropriés pour une extraction efficace à températures élevées des aromatiques contenus dans un mélange avec des composés paraffiniques. La présente invention a pour objet un procédé amélioré pour traiter un mélange d'hydrocarbures afin d'en séparer sélectivement les composés aromatiques des composés paraffiniques, par une extraction liquide- liquide de ces composés aromatiques à température élevée. D'autres objets de la présente invention apparaîtront dans la description détaillée de l'invention présentée ci-après. Le procédé de la présente invention pour séparer les composés aromatiques des composés paraffiniques d'un mélange d'hydrocarbures liquides est caractérisé en ce qu'il consiste à traiter ce mélange avec du N(hydroxyéthyl)-pyrrolidone contenant une faible quantité d'eau, à une température comprise entre environ 1070 C et environ 162 C et à une pression comprise entre environ 586 x 10 Pa et environ 310 x 103 Pa, et ensuite à permettre au mélange résultant de se séparer en une phase raffinat et une phase extrait, cette dernière étant riche, en composés aromatiques du mélange d'hydrocarbures. On peut ensuite récupérer les hydrocarbures aromatiques par toutes méthodes conventionnelles, comme par exemple une distillation. L'appareillage utilié pour démontrer l'utilité du solvant HEP consistait en un récipient métallique pouvant être scellé et ayant un volume d'approximativement un litre Le récipient était équipé d'un agitateur méca- nique et de lignes de prélèvement d'échantillons ainsi que de fenêtres en verre afin de permettre le soutirage d'échantillons de la couche supérieure (phase raffinat) et de la couche inférieure (phase extrait). Dans chaque test d'extraction, on a ajouté dans le récipient une quantité pesée de chaque constituant, le volume total du mélange qui en résulte étant -3- d'approximativement un litre On a scellé le récipient et porté à la pression désirée et ensuite placé dans un bain à température constante, maintenu à la température désirée pour le test On a agité le mélange au moyen de l'agitateur mécanique pendant une demi-heure, à la température et à la pression désirées pour le test. On a ensuite cessé d'agiter le mélange et on l'a laissé au repos pour décanter au moins pendant une demi-heure. On lit ensuite le niveau de liquide et de l'interface à travers les fenêtres en verre, on purge ensuite les lignes de prise d'échantillons et on collecte les échantillons des phases supérieure et inférieure On détermine par analyse chromatographique la teneur en eau et en 1 S hydrocarbures ayant des compositions diverses en composés paraffiniques et aromatiques Ces divers mélanges ont été traités avec des HEP contenant des quantités variables d'eau Les analyses mentionnées précédemment ont permis de déterminer la capacité du solvant pour les composés aromatiques, ainsi qu'une évaluation de la sélectivité du solvant en comparant la concentration en composé aromatique dans la phase riche en solvant avec la concentration en composé aromatique dans la phase pauvre en solvant, la comparaison étant effectuée sur une base exempte de solvant. La capacité du solvant pour les composés aromatiques est une caractéristique importante à déterminer pour effectuer une extraction liquide-liquide. Les excellentes caractéristiques de capacité du HEP contenant une faible quantité d'eau ont Eté mises en évidence avec un mélange de benzène et d'hexane On a utilisé la méthode décrite précédemment, en maintenant les conditions d'extraction à 1379 kilo Pa et 135 C le solvant utilisé étant du HEP contenant des quantités variables d'eau On a exprimé la capacité du solvant comme étant le rapport pondéral entre la teneur en aromatiques de l'extrait et le rapport solvant/aroma- tiques dans la charge pour une charge de composition donnée. -4- Le tableau 1, présenté ci-après, indique la capacité obtenue lorsque 1 ' on a utilisé un mélange de composés comprenant 327 g de benzène, 247 g de nhexane et 383 g de HEP (eau comprise) La quantité d'eau est exprimée en pourcent en poids de la composition totale du solvant. Tableau 1 Solvant Capacité de charge HEP + 1,0 % d'eau 31 % HEP + 5,1 % d'eau 25 % HEP + 11,9 % d'eau 18 % Le tableau 1 ci-dessus indique clairement l'effet de la teneur en eau du solvant sur la capacité du solvant. La sélectivité est également affectée par la teneur en eau du solvant Le Tableau 2, présenté ci-après, donne les coordonnées typiques de points relevés sur un dia- gramme donnant la teneur en aromatiques dans la phase riche en solvant en fonction de la teneur en aromatiques dans la phase pauvre en solvant (toutes deux calculées sur une base exempte de solvant) Le mélange d'hydrocar- bures était de nouveau du benzène et du n-hexane, les conditions d'extraction étant I 350 C et I 379 kilo Pa. Tableau 2 Solvant % en poidsde benzène % enpoids debenzène dans la phase extrait dans l phase raffinat HEP + 1,0 % d'eau 73 % 40 % HEP + 5,1 % d'eau 78 % 40 % HEP + 11,9 % d'eau 82 % 40 % La température à laquelle on effectue le procédé d'extraction est généralement reconnue comme étant un facteur important Généralement, lorsque l'on augmente la température d'extraction, la capacité de charge du solvant augmente mais la sélectivité diminue Dans le cas présent, cependant, on a trouvé que des variations de température dans un intervalle de températures élevées auxquelles on réalise le procédé d'extraction n'ont pas un effet prononcé sur le procédé Par conséquent le contrôle du procédé en est grandement simplifié Les résultats présentés dans les Tableaux 3 et 4 illustrent -5- très bien ce phénémène. Dans cette série d'essais, on a conservé constante la composition du solvant, c'est-a-dire HEP + 5,1 % d'eau On a maintenu la pression à 1379 kilo Pa, tandis que la température d'extraction a varié entre 1270 C et 1430 C On a réalisé ces essais comme décrit précédemment La capacité de charge et la sélectivité du solvant ont été déterminées et indiquées comme dans les Tableaux 1 et 2 Le tableau 3 donne les capacités de charge obtenues à différentes températures et le Tableau 4 donne la sélectivité obtenue aux différentes températures Le mélange d'hydrocarbures utilisé com- prenait de nouveau du benzène et du n-hexane. Tableau 3 Température d'extraction Capacité de charge 1270 C 26 % 1350 C 25 % 1430 C 25 % En tenant compte de la reproductibilité de ces essais, on peut considérer que ces capacités sont essentiellement les mêmes. Tableau 4 Température % en poids du benzène % en poids dubenzène d'extraction dans la phase extrait dans la phase raffinat 127 C 78 % 40 % 1350 C 78 % 40 % 1430 C 74 % 40 % De nouveau, en tenant compte de la repro- ductibilité des essais, les résultats n'indiquent que de petites variations de la sélectivité dans le domaine de température considéré L'utilité du HEP contenant de faibles quantités d'eau, dans le nouveau procédé d'extraction de l'invention, est encore accrue par ses propriétés aux températures élevées D'autre part on a placé des coupons de métal en acier inoxydable 304 et en acier au carbone en immersion dans du HEP contenant de faibles quantités d'eau, pendant une période d& 120 jours à 2000 C. On n'a pas observé de corrosion détectable On n'a pas non plus remarqué de changement de viscosité ou de formation de coloration dans le HEP contenant de faibles quantités d'eau, après avoir été maintenu à 2000 C pendant 120 jours. Les aromatiques contenus dans la phase riche en solvant peuvent en être séparés par simple distilla- tion ou lavage à la vapeur On n'a pas trouvé d'azéotropes qui pouvaient interférer à un tel procédé de récupération et l'on n'a pas rencontré de problème de formation de mousse. Le procédé de l'invention est applicable à des mélanges d'hydrocarbures contenant une grande variété de composés aromatiques et paraffiniques A titre d'exemple, on peut citer, en plus du benzène et du n-hexane, le toluène, les xylènes, l'éthylbenzène, le cyclopentane, le méthylcyclopentane et l'isohexane On a également extrait et récupéré avec succès des aromati- ques sous forme de réformat dépentanisé. La teneur en eau du solvant utilisé dans le procédé d'extraction de l'invention peut varier dans diverses limites Généralement, une faible quantité d'eau est seulement nécessaire Le solvant contient de préférence environ 1 à environ 20 % en poids d'eau Des résultats particulièrement avantageux ont été obtenus lorsque le solvant contenait entre environ 4 et environ 12 % en poids d'eau Les teneurs en eau décrites ci- dessussont basées sur le poids de la composition totale du solvant Les températures utilisées dans le procédé de l'invention peuvent varier entre environ 107 C et environ 1620 C et de préférence entre environ 127 C et environ 1350 C La pression à laquelle on effectue le procédé d'extraction de l'invention peut varier entré environ 586 kilo Pa et environ 2137 kilo Pa, et de préférence entre environ 690 kilo Pa et environ 1379 kilo Pa Le procédé d'extraction de la présente invention peut être réalisé en continu ou en discontinu dans une colonne conventionnelle d'extraction liquide-liquide Les colonnes à empilage sont pariculièrement avantageuses, pour réaliser le procédé. -7- Dans une telle opération, le solvant sélectif est introduit en continu à l'extrémité supérieure de la colonne tandis que le mélange d'hydrocarbures est introduit dans la partie centrale de la colonne On soutire le raffinat en continu de la partie supérieure de la colonne, en un endroit situé au-dessus de l'entrée du solvant, tandis que l'on enlève l'extrait au pied de la colonne On peut récupérer les aromatiques de la phase riche en solvant par distillation, le solvant étant recyclé dans la colonne d'extraction. R e v e N d i c a t i o N s- 1 Procédé de traitement d'un mélande d'hydro- carbures pour en séparer sélectivement les composés aromatiques, caractérisé en ce qu'il consiste à traiter ce mélange d'hydrocarbures avec un solvant sélectif consistant essentiellement en du N-( 2-hydroxyéthyl) -2- pyrrolidone contenant une faible quantité d'eau, à une température comprise entre environ 586 kilo Pa et environ 2137 kilo Pa, et à permettre au mélange résul- tant de se séparer en deux phases pour obtenir une phase raffinat et une phase extrait, cette dernière étant riche en composés aromatiques provenant du mélange d'hydrocarbures traités. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le solvant sélectif consiste essentiellement en du N-( 2-hydroxyéthyl)-2-pyrrolidone, contenant d'environ 1 à environ 20 % en poids d'eau basé sur la composition totale du solvant. 3 Procédé solon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que le solvant sélectif consiste essentiellement en du N-( 2-hydroxyéthyl)-2- pyrrolidone contenant entre environ 4 et environ 12 % en poids d'eau, basé sur la composition totale du solvant. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3 caractérisé en ce que l'on réalise le traitement du mélange d'hydrocarbures avec le solvant sélectif à une température comprise entre environ 1210 C et environ 1350 C et à une pression comprise entre environ 690 kilo Pa et environ 1379 kilo Pa.