Brevet FR2595371A1 — publié le 19870911

Procédé à effets multiples avec recyclage pour l'extraction sélective par solvant de mélanges d'hydrocarbures. L'invention a pour objet un procédé d'extraction sélective à effets multiples, avec recyclage, des mélanges d'hydrocarbures et en particulier des huiles lubrifiantes, par un solvant et plus spécialement un procédé d'extraction des huiles lubrifiantes par le furfurol. Un procédé connu d'extraction des huiles lubrifiantes par un solvant, et en particulier par le furfurol, consiste à faire circuler dans une colonne, à contrecourant, l'huile à raffiner et le solvant et à en soutirer deux phases : une phase raffinat, en tête de colonne, qui contient la plus grande partie de l'huile raffinée et une petite quantité de solvant, et une phase extrait, en fond de colonne, qui contient la plus grande partie du solvant et les hydrocarbures aromatiques, naphténiques et sulfurés. Ces deux phases sont ensuite séparées en leur constituants par distillation. On connatt également un moyen de valoriser la phase extrait, consistant à la refroidir et à la séparer ainsi en deux phases : une phase contenant une huile naphténique appelée pseudo-raffinat et un peu de solvant, et une phase contenant l'extrait proprement dit avec les impuretés plus aromatiques et sulfurées de l'huile et beaucoup de solvant. Cette opération est appelée relargage. Le solvant est récupéré des différentes phases, par distillation, et le pseudoraffinat peut etre utilisé à la fabrication des huiles de mouvement ou pour d'autres usages, notamment il peut être soumis au craquage. On appellera ci-apres "impuretés" l'ensemble des hydrocarbures naphténiques, aromatiques et sulfurés extraits par le solvant. Dans tous les procédés d'extraction par solvant, la quantité de solvant mise en jeu est le facteur le plus important de l'économie du procédé. Le brevet français 1 295 441 de la demanderesse décrit un procédé à double effet qui permet de réduire la quantité de solvant nécessaire pour l'extraction, en remplaçant la colonne unique utilisée par l'art antérieur par un système comportant deux colonnes et un décanteur intermédiaire, l'ensemble étant muni de réfrigérants et d'échangeurs de chaleur necessaires. Ce procédé d'extraction à double effet décrit dans ce brevet utilise dans une première colonne, en même temps que la charge à traiter, un solvant qui a déjà travaillé dans une seconde colonne où il a servi à extraire les impuretés encore présentes dans le raffinat primaire sortant de la première colonne. Le solvant a éte débarrassé entre temps d'une grande partie de son extrait par relargage à plus basse température. Les deux colonnes sont munies d'échangeurs de chaleur destinés à y maintenir un gradient de température. Ce procédé permet d'utiliser deux fois le pouvoir d'extraction du solvant et de réduire la quantité de solvant nécessaire par rapport au procédé à colonne unique. Toutefois, selon ce procédé, la quantité de phase solvant subissant le gradient de température, dans la partie inférieure de la seconde colonne, puis le refroidissement extérieur pour la production de pseudo-raffinat, est uniquement la phase solvant résultant de l'introduction du solvant frais en tete de la deuxieme colonne. On a découvert que quel que soit le débit de solvant frais, il était possible d'augmenter autant qu'on le veut la quantité de solvant utilisée pour l'extraction ainsi que le débit de la phase extrait soumise au triage à contre-courant dans la partie inférieure de la deuxième colonne ainsi qutau refroidissement et au relargage dans le ou les décanteurs, à condition qutune partie de la phase extrait sortant de la deuxième colonne et appauvrie en huile par refroidissement et relargage, soit mélangée, après réchauffage, au raffinat primaire sortant de la première colonne, ou bien qu'elle soit renvoyée dans la deuxième colonne, au-dessus de l'arrivée de raffinat primaire. L'autre partie de la phase extrait est envoyée dans la première colonne au voisinage de son extrémité supérieure. L'invention a pour objet un procédé d'extraction sélective de mélanges d'hydrocarbures par solvant circulant à contre-courant, par un procédé à effets multiples comportant deux ou plus de deux colonnes dans lesquelles circule un même solvant qui permet de séparer ledit mélange d'hydrocarbures en raffinat, pseudo-raffinat et extrait, lequel solvant avant d'entrer dans la colonne suivante est d'abord débarrassé par relargage, effectué à température plus basse, d'une grande partie des hydrocarbures extraite et est ensuite rechauffé dans un dispositif de réchauffage approprie jusqu' a la température nécessaire à son utilisation, c a r a c t é r i s é p a r 1 e f a i t qu'on augmente la quantité de solvant utilisé pour l'extraction et subissant le relargage, en recyclant dans la seconde colonne - ou dans les colonnes, autres que celles alimentées par le mélange d'hydrocarbures à extraire, lorsqu'il y a plus de deux colonnes - avec la phase raffinat ou au-dessus de cette phase le solvant renfermant l'extrait et qui a été débarrassé, par relargage, du pseudo-raffinat constituant la majeure partie de l'extrait. Le procédé selon l'invention permet en outre de faire remonter dans les colonnes les parties les moins aromatiques de la phase extrait afin d'enrichir la phase raffinat. Ceci peut être réalisé soit en munissant les colonnes d'un échangeur de chaleur permettant de maintenir dans chacune des colonnes un gradient de température approprié, soit en renvoyant dans le fond des colonnes une phase riche en huile peu aromatique, produite par relargage, à température réduite, de la phase extrait sortant en bas de ladite colonne. Le mode de réalisation de l'invention apparaltra plus clairement dans la description qui suit et en se référant aux figures. La figure 1 illustre la mise en oeuvre du procédé de l'invention, au moyen de deux colonnes, selon une variante dans laquelle la phase extrait renfermant le solvant sortant de la deuxième colonne est en partie recyclée dans la première colonne et partie mélangée au raffinat primaire avant son entrée dans la deuxième colonne. Les deux colonnes sont équipées d'échangeurs de chaleur destinés à maintenir dans les colonnes un gradient de température. La figure 2 illustre la mise en oeuvre du procédé de l'invention au moyen de deux colonnes, selon une variante dans laquelle la phase extrait renfermant le solvant et sortant de la deuxième colonne est en partie recyclée dans la première colonne et en partie dans la seconde colonne au-dessus de l'arrivée du raffinat primaire. Les deux colonnes sont équipées de reflux pour permettre de renvoyer dans le fond des colonnes une phase riche en huile produite par relargage a température réduite de la phase extrait. Il est possible de mélanger ces deux variantes et équiper une partie des colonnes avec un échangeur de température pour y créer un gradient de température approprié à la remontée de la partie la moins aromatique des hydrocarbures et équiper l'autre colonne ou les autres colonnes par un système permettant de renvoyer dans le fond de la colonne ou des colonnes une phase riche en huile peu aromatique produite par relargage à température réduite de la phase extrait. En se référant à la figure 1, on extrait, à contre-courant, une huile lubrifiante minérale dans une colonne 1 dans laquelle un gradient de température (T1-T2) est maintenu. On fait arriver la charge d'huile dans la colonne 1 par une tubulure d'admission 7, tandis qu'unie partie de la phase solvant, obtenue par relargage du pseudo-raffinat (raffinat intermédiaire) arrive dans la colonne 1 au voisinage de son extremité supérieure par une conduite 4; tandis que l'autre partie de la phase solvant, obtenue par relargage du pseudoraffinat, arrive dans le mélangeur 8 où elle est mélangée à la phase raffinat appelée raffinat primaire, qui contient encore des impuretés et qui sort à la partie supérieure de la colonne 1 par la conduite 6 qui aboutit également au mélangeur 8. Le mélange du raffinat primaire et de la phase solvant recyclé passe du mélangeur 8 par la conduite 6A dans la seconde colonne 2 où ce mélange est extrait avec du solvant frais qui arrive dans la colonne 2 au voisinage de son extrémité supérieure par la conduite 9. Le débit du solvant recyclé qui passe par la conduite 4 dans le haut de la première colonne 1 correspond au débit du solvant frais introduit par la conduite 9. Le débit du solvant recyclé qui passe (avec le raffinat primaire) par la conduite 6A dans la seconde colonne 2 peut être réglé à volonté par le recyclage. La phase extrait contenant les impuretés de l'huile sort à la partie inférieure de la colonne 1 par un conduit 5 d'où elle est envoyée à la distillation pour récupérer le solvant. La colonne 1 est munie à sa partie inférieure d'échangeurs de chaleur 3 qui y maintiennent un gradient de température (T1-T2). De même, la colonne 2 est munie à sa partie inférieure d'échangeurs de chaleur 20 qui y maintiennent un gradient de température (T3-T4). Il est possible de remplacer les échangeurs de chaleur 3 et/ou 20 placés à la partie inférieure des colonnes par des échangeurs de chaleur extérieurs aux colonnes et une pompe, le refroidissement de l'huile se faisant à l'extérieur des colonnes. La phase raffinat contenant l'huile finie débarrassée de ses impuretés et un peu de solvant, sort à la partie supérieure de la colonne 2 par une conduite 10 d'où elle va à la distillation du solvant. La phase extrait sort de la partie inférieure de la colonne 2 par une conduite 11 et passe par un réfrigérant 12 qui l'amène à la température T5 puis dans un décanteur 13 où elle se sépare en deux couches, à savoir une couche consistant en pseudo-raffinat et une couche consistant en solvant renfermant encore un peu d'extrait. Le pseudo-raffinat sort du décanteur 13 par une conduite 14 qui le dirige sur la distillation du solvant, tandis que le solvant renfermant l'extrait sort par une conduite 15 et après passage dans une pompe non représentée, passe par un réchauffeur 16, puis par la conduite 17 et arrive à un distributeur 18 qui partage le courant de solvant renfermant de l'extrait entre la conduite 4 qui débouche à la partie supérieure de la colonne 1 et la conduite 19 qui débouche dans le mélangeur 8. Selon une variante, le pseudo-raffinat sortant par la conduite 14 peut etre réuni, par la conduite 21, avec l'extrait passant par la conduite 5, le pseudo-raffinat et l'extrait étant distillés ensemble pour récupérer le solvant. Cette façon d'opérer réduit le nombre d'installations de distillation à deux, raffinat d'une part et extrait + pseudo-raffinat d'autre part. Selon une autre variante de l'invention, le solvant renfermant de l'extrait séparé du pseudo-raffinat, par relargage à température inférieure, est recyclé après son passage dans le réchauffeur 16 et le distributeur 18 en partie dans le haut de la colonne 1 par la conduite 4 est en partie directement dans la colonne 2 au-dessus de l'arrivée du raffinat primaire (au lieu d'etre mélangé au raffinat dans le mélangeur 8, selon la figure 1). Lorsque cette partie du solvant contenant de l'extrait est recyclée directement dans la colonne 2, il est essentiel que ce solvant recyclé arrive, ainsi que le solvant frais, dans la colonne 2 au-dessus de l'arrivée du raffinat primaire afin de permettre que l'extraction de la phase raffinat s'effectue par la totalité du solvant (solvant frais et solvant recyclé). Selon une autre variante de l'invention, le gradient de température obtenu au moyen d'échangeurs de chaleur installés dans le bas des colonnes, peut être remplacé par le reflux ou le renvoi dans le fond des colonnes d'une phase riche en huile, produite soit par relargage à température réduite, de la phase extrait, ce qui permet de séparer le pseudo-raffinat, soit par recyclage de la phase d'extrait plus ou moins débarrassée de solvant, par distillation. Ces variantes qui permettent de supprimer les échangeurs de chaleur conduisent à une simplification de l'unité et autorisent une économie d' investissement. La figure 2 représente un mode de mise en oeuvre de l'invention dans lequel le solvant renfermant de l'extrait est recyclé partie dans le haut de la colonne 1, par la conduite 4, partie directement dans la seconde colonne 2 par la conduite 19 au-dessus de l'arrivée du raffinat primaire par la conduite 6. Ce mode de mise en oeuvre permet de supprimer le mélangeur destiné à mélanger le raffinat primaire et le solvant recyclé. L'installation, selon la figure 2, comporte en putre le reflux à la base des colonnes 1 et 2 d'une phase de solvant renfermant de l'extrait après relargage à température réduite. Dans la colonne l, la phase extrait sort à la partie inférieure par la conduite 5, passe dans le réfrigérant 22 puis dans le décanteur 23 où elle abandonne les impuretés plus lourdes qui sortent par la conduite 24, tandis que la partie plus légère est renvoyée sous forme de reflux dans la colonne 1 par la conduite 25. La phase extrait sortie de la seconde colonne 2 par la conduite 11, est refroidie dans le réfrigérant 12 et est séparée dans le décanteur 13 en un pseudo-raffinat qui est envoyé par la conduite 14' dans un distributeur 25 d'où il est renvoyé partie sous forme de reflux dans le fond de la colonne 2 par la conduite 26, partie à la distillation du solvant par la conduite 27. I1 est possible de réunir, par la conduite 21, le pseudoraffinat arrivant par la conduite 27 à l'extrait arrivant par la conduite 24. On réduit ainsi à deux (raffinat et extrait) le nombre de produits séparés et les installations de distillation nécessaires. I1 est également possible de combiner les installations représentées par les figures 1 et 2 et de prévoir entre les colonnes 1 et 2, d'une part un mélangeur 8 selon la figure 1 (destiné à mélanger la phase solvant renfermant de l'extrait, arrivée par la conduite 19 et le raffinat primaire sortant de la colonne 1 par la conduite 6), et d'autre part le reflux dans le fond des colonnes 1 et 2 d'une phase riche en huile produite par relargage, à température réduite, (i) de la phase extrait sortant de la colonne 1 et (ii) de la phase pseudo-raffinat sortant du décanteur 13, reflux représenté sur la figure 2. Les reflux ou renvois dans le fond des colonnes permettent de supprimer les échangeurs de chaleur 3 et 20. Il est également possible de mettre en oeuvre le procédé en utilisant les échangeurs de chaleur 3 dans la colonne 1 ou les échangeurs de chaleur 20 dans la colonne 2 et de remplacer les échangeurs de chaleur de l'autre colonne par un reflux dans. le fond de ladite colonne d'une phase riche en huile. Le procédé peut également être mis en oeuvre avec plus de deux colonnes, par exemple avec trois ou quatre colonnes. Lorsqu' on utilise trois colonnes, le solvant frais entre dans le haut de la troisième colonne et le raffinat contenant l'huile purifiée et un peu de solvant sort à la partie supérieure de la troisième colonne. Le solvant renfermant de l'extrait qui sort en bas de la troisième colonne est recyclé en haut de la troisième colonne au-dessus de l'arrivée du raffinat secondaire (sortant en haut de la deuxième colonne) ou bien est mélangé au raffinat secondaire avant son arrivée dans la troisième colonne afin de pouvoir extraire du raffinat secondaire les hydrocarbures les plus légers qui enrichiront le raffinat final. Une autre partie du solvant renfermant de l'extrait, sortant en bas de la troisième colonne, est recyclé dans le haut de la deuxième colonne. Pour le reste, les colonnes et les moyens de chauffage, de réfrigération, de décantation, de pompage, de mélange et de distribution sont les mêmes que dans le cas d'une installation à deux colonnes. L'invention sera illustrée par les exemples ci-après. On a traité au furfurol un distillat sous vide de brut Arab Medium, dont les caractéristiques étaient les suivantes densité à 150C 0,9030 viscosité cinématique à 1000C 13,55 centistokes Z soufre 3,11 Exemple 1 L'huile est traitée par le procédé du brevet français 1 295 441 sans recyclage, dans les conditions suivantes taux de solvant volume Z 160 température tête/fond colonne 2 110/80 C température tête/fond colonne 1 105/600C décanteur 13 6O0C rendement raffinat 59,40 Z pds pseudo-raffinat 6,82 x pds extrait 33,78 Z pds C ara c te r istiques Raffinat Pseudo-raffinåt Extrait densité 0,8494 0,9142 1,0133 viscosité 10,02 16,11 45,02 (centiskokes) % soufre 1,22 3,59 5,71 Exemple 2 t'huile est traitée avec la même quantité de solvant : 160 Z volume, mais avec recyclage selon la figure 1, de 250 % volume de phase extrait allant du réchauffeur 16 au mélangeur 8, puis à la conduite 6A.Les températures sont les suivantes tête/fond colonne 2 l1O/800C colonne 1 65/45"C décanteur 13 60"C rendements raffinat 54,53% pseudo-raffinat 18,11% extrait 27,36% Caractér-istiques Raffinat Pseudo-raffinat Extrait densité 0,8501 0,9134 1,0255 v isc os ié. 10,07 15 ,52 49 ,85 (centistokes) soufre 1,27 3,59 5,95 Dans les deux exemples, le raffinat déparaffiné a le même indice de viscosité de 94,7 centistokes. On voit que, sans augmentation de la quantité de solvant frais mise en oeuvre, et sans avoir à multiplier le nombre de colonnes, le production de pseudo-raffinat a été fortement augmentée. Un tel rendement en pseudo-raffinat pour une quantité donnée de solvant frais ne peut être obtenu selon le procédé antérieur même en faisant varier les différents parametres opératoires (températures par exemple). REVENDICATIONS 1. Procédé d'extraction sélective .1 effets multiples de mélange d'hydrocarbures par un solvant circulant a contre-courant, comportant deux ou plus de deux colonnes dans lesquelles circule un même solvant qui permet de séparer ledit mélange d'hydrocarbures en raffinant, pseudo-raffinat et extrait, lequel solvant avant d'entrer dans la colonne suivante est d'abord débarrassé par relargage, effectué à temperature plus basse, d'une grande partie des hydrocarbures extraits, et est ensuite réchauffé dans un dispositif de réchauffage approprié jusqu'à la température nécessaire à son utilisation, caractérisé par le fait qu'on augmente la quantité de solvant utilisé pour l'extraction et subissant le relargage par recyclage dans la seconde colonne - ou dans les colonnes autres que celles alimentées par le mélange d'hydrocarbures à extraire lorsqu'il y a plus de deux colonnes - avec la phase raffinat primaire ou au-dessus de cette phase, du solvant renfermant 1' extrait débarrassé par relargage du pseudo-raffinat contenant la majeure partie de l'extrait. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le procédé à effets multiples comporte deux colonnes. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le procédé à effets multiples comporte plus de deux colonnes. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on recycle dans la seconde colonne - ou dans les colonnes autres que celles alimentées par le mélange d'hydrocarbures à extraire lorsqu'il y a plus de deux colonnes - avec le raffinat primaire, le solvant renfermant de l'extrait et débarrassé par relargage du pseudo-raffinat contenant la majeure partie de l'extrait. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on recycle dans la seconde colonne - ou dans les colonnes autres que celles alimentées par le mélange d'hydrocarbures à extraire lorsqu'il y a plus de deux colonnes - au-dessus du raffinat primaire, le solvant renfermant de l'extrait et débarrassé par relargage du pseudo-raffinat contenant la majeure partie de l'extrait. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications L à 5, caractérisé par le fait que les colonnes comportent chacune un échangeur de chaleur permettant de maintenir dans chacune des colonnes un gradient de température approprié permettant de faire remonter dans les colonnes les parties les moins aromatiques du mélange dthydrocarbures qui vont enrichir le raffinat. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les échangeurs de chaleur destinés à créer un gradient de température, se trouvent en dehors des colonnes. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'on fait remonter dans les colonnes les parties les moins aromatiques du mélange d'hydrocarbures en renvoyant dans le fond des colonnes une phase riche en huile produite par relargage à température réduite de la phase extrait. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'on fait remonter dans les colonnes les parties les moins aromatiques du mélange d'hydrocarbures en renvoyant dans le fond des colonnes la phase extrait plus ou moins débarrassée du solvant par distillation. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'une partie des colonnes est équipée d'échangeurs de chaleur places à l'intérieur ou à l'extérieur des colonnes permettant de maintenir un gradient de température approprié dans ladite colonne ou lesdites colonnes, et que dans les autres colonnes, on fait remonter les parties les moins aromatiques du mélange d'hydrocarbures en renvoyant dans le fond des colonnes une phase riche en huile produite par relargage à température réduite de la phase extrait. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'unie partie des colonnes est équipée d'un échangeur de température permettant de maintenir un gradient de température approprié et qu'on fait remonter dans les autres colonnes les parties les moins aromatiques du mélange d'hydrocarbures en renvoyant dans le fond des colonnes la phase d'extrait plus ou moins débarrassée du solvant par distillation. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'on réunit la phase pseudo-raffinat aux phases extrait pour les distiller ensemble. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que le mélange d'hydrocarbures est constitué d'huile lubrifiante. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait qu'on utilise comme solvant le furfurol.