Brevet FR3130632A1 — publié le 20230623

Colonne d’extraction liquide-liquide (1) comprenant des points d’injection de charge (2), lavage (3) et contre-lavage (4), deux points de soutirage (5, 6), des plateaux (P i ) disposés le long de la colonne et définissant 2 à 30 zones comprenant chacune au moins deux plateaux, les n zones comprenant : au moins une zone d’extraction Z i comprenant les zones de Z 1 à Z x , x étant supérieur ou égal à 1, et au moins une zone de contre-lavage comprenant les zones de Z x+1 à Z n , n étant supérieur à x ; dans laquelle les plateaux d’une même zone présentent une même surface des sections transversales (S) des déversoirs (11, 12) ; dans laquelle lorsque x > 1, ladite surface dans les zones Z i augmente lorsque i augmente ; et lorsque x = 1, ladite surface dans l’au moins une zone de contre-lavage est inférieure à ladite surface dans la zone Z 1 . Figure 4 à publier Colonne d’extraction liquide-liquide à section transversale de déversoir variable Le domaine de l’invention concerne une colonne (extracteur) pour la séparation liquide-liquide de composés hydrocarbonés, tels que des composés aromatiques (e.g. A6-A11) provenant de coupes hydrocarbonées étendues (e.g. coupe C6-C11, telle que provenant d’une unité de craquage catalytique (FCC Fluid Catalytic Cracking selon la terminologie anglo-saxonne). Une opération d’extraction liquide-liquide est une brique clé de procédés réalisant la séparation des coupes hydrocarbonées, telle que la séparation d’un mélange d’aromatiques et de non-aromatiques. Le principe de fonctionnement repose sur les différences de solubilité des composés d’une charge liquide homogène dans un solvant approprié (e.g. solvant aprotique et polaire, tel que le Sulfolane ou le DMSO). L’adjonction à la charge d’un solvant partiellement miscible provoque l’apparition d’une seconde phase vers laquelle sont transférés préférentiellement une partie des composés (e.g. les composés aromatiques), constituants les plus solubles. Typiquement, la technologie d’extraction liquide-liquide met en œuvre une colonne de séparation liquide-liquide comprenant une pluralité de plateaux perforés et équipés d’un à plusieurs déversoirs par plateaux en fonction des capacités visées (on parle de plateau à 1 ou 2 passes ou multi-passes au-delà de 3 déversoirs). Les règles de design d’une colonne d’extraction liquide-liquide conventionnelle considèrent un plateau de référence dimensionné sur les débits maximaux de chaque phase et leurs propriétés physico chimiques. Ce design est ensuite mis en œuvre pour l’ensemble de la colonne par l’empilement d’une pluralité de plateaux, les plateaux étant ainsi tous sensiblement identiques. La demanderesse a identifié en revanche que le fonctionnement d’une colonne d’extraction liquide-liquide peut générer une grande variabilité, en fonction notamment : - du débit de chacune des phases le long de la colonne - ce phénomène est lié, d’une part au transfert de matière des solutés de la charge vers le solvant et d’autre part, à la possibilité de moduler le débit de contre-lavage en fonction de la nature de la charge et des spécifications visées ; et - des propriétés physico-chimiques et en particulier de la tension interfaciale entre la charge et le solvant liée à l’enrichissement progressif en composés extraits de la charge vers le solvant. La présente invention a pour objet de remédier aux déficiences mentionnées ci-dessus. Dans le contexte précédemment décrit, un premier objet de la présente description est de proposer une colonne d’extraction liquide-liquide permettant : - de conserver une gamme comprise entre 5% et 20% de la fraction volumique moyenne de phase dispersée ( i.e., solvant / phase lourde) dans un compartiment ( i.e., zone comprenant un plateau perforé et un espace inter-plateaux adjacent) ; - le non-entrainement des gouttelettes de phase dispersée dans les déversoirs par la phase continue ( i.e., charge/ phase légère) afin de limiter le mélange axial de la phase dispersée ; - une hauteur de couche coalescée de la phase dispersée sur chaque plateau suffisante pour empêcher le passage de la phase continue à travers le plateau perforé (et forcer le passage exclusif de la phase continue dans les déversoirs) ; - une vitesse transverse de phase continue adaptée, qui ne perturbe pas l’écoulement de la phase dispersée. De façon surprenante, la demanderesse a identifié que des caractéristiques particulières de plateaux perforés, tels que la section transversale (surface) des déversoirs, permettent de contrôler l’hydrodynamique tout le long de la colonne en limitant le mélange axial. Cette solution technique permet de conserver une efficacité de transfert de matière satisfaisante sur chaque plateau. Selon un premier aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par une colonne d’extraction liquide-liquide, comprenant les éléments suivants : - un premier point d’injection d’une première phase disposé à une position intermédiaire entre le haut et le bas de la colonne ; - un deuxième point d’injection d’une deuxième phase et un troisième point d’injection d’un liquide de contre-lavage, l’un (du deuxième et du troisième points d’injection) étant disposé en tête de colonne et l’autre étant disposé en fond de colonne ; - un premier point de soutirage d’un extrait et un deuxième point de soutirage d’un raffinat, l’un (du premier et du deuxième points de soutirage) étant disposé en fond de colonne et l’autre étant disposé en tête de colonne ; - une pluralité de plateaux disposés du haut de la colonne au bas de la colonne et définissant n zones, chaque zone comprenant au moins deux plateaux n étant compris entre 2 et 30, préférablement entre 3 et 30 ; dans laquelle les n zones comprennent : - au moins une zone d’extraction Z i comprise entre une zone (e.g. de tête de colonne) Z 1 comprenant le deuxième point d’injection de la deuxième phase, et une zone d’alimentation Z x comprenant le premier point d’injection de la première phase, x étant supérieur ou égal à 1 (préférablement x est supérieur à 1) ; et - au moins une zone de contre-lavage comprise entre une zone Z x+1 et une zone (e.g. de fond de colonne) Z n comprenant le troisième point d’injection du liquide de contre-lavage, n étant supérieur à x ; dans laquelle les plateaux d’une même zone présentent sensiblement une même surface de section transversale de déversoir ; et dans laquelle : - lorsque x est supérieur à 1, la surface de section transversale de déversoir des zones Z i augmente lorsque la valeur i augmente ; et - lorsque x est égal à 1, la surface de section transversale de déversoir de l’au moins une zone de contre-lavage est inférieure à la surface de section transversale de déversoir de la zone Z 1 . Selon un ou plusieurs modes de réalisation, n est compris entre 3 et 30, et x est supérieur à 1. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la colonne d’extraction liquide-liquide, comprend les éléments suivants : - un premier point d’injection d’une première phase disposé à une position intermédiaire entre le haut et le bas de la colonne ; - un deuxième point d’injection d’une deuxième phase disposé en tête de colonne ; - un troisième point d’injection d’un liquide de contre-lavage disposé en fond de colonne ; - un premier point de soutirage d’un extrait disposé en fond de colonne ; - un deuxième point de soutirage d’un raffinat disposé en tête de colonne ; - une pluralité de plateaux disposés du haut de la colonne au bas de la colonne et définissant n zones, chaque zone comprenant au moins deux plateaux, n étant compris entre 3 et 30 ; dans laquelle les n zones comprennent : - une pluralité de zones d’extraction Z i comprises entre une zone de tête de colonne Z 1 comprenant le deuxième point d’injection de la deuxième phase, et une zone d’alimentation Z x comprenant le premier point d’injection de la première phase, x étant supérieur à 1 ; et - au moins une zone de contre-lavage comprises entre une zone Z x+1 et une zone de fond de colonne Z n comprenant le troisième point d’injection du liquide de contre-lavage, n étant supérieur à x ; dans laquelle les plateaux d’une même zone présentent sensiblement une même surface de section transversale de déversoir ; et dans laquelle la surface des sections transversales des déversoirs des zones Z i augmente lorsque la valeur i augmente. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, dans les zones d’extraction Z i ou i varie de 1 à x (i.e., x supérieur à 1), le ratio entre la surface de la section transversale d’un déversoir d’une zone Z i sur la surface de la section transversale d’un déversoir d’une zone Z i+1 , est compris entre 0,50 et 0,90. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, dans les zones d’extraction Z i ou i varie de 1 à x (i.e., x supérieur à 1), le ratio entre la surface de la section transversale d’un déversoir d’une zone Z i sur la surface de la section transversale d’un déversoir d’une zone Z i+1 , est compris entre 0,60 et 0,80. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, dans les zones d’extraction Z i ou i varie de 1 à x (i.e., x supérieur à 1), le ratio entre la surface de la section transversale d’un déversoir d’une zone Z i sur la surface de la section transversale d’un déversoir d’une zone Z i+1 , est compris entre 0,60 et 0,75. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, lorsque x est égal à 1, le ratio entre la surface des sections transversales des déversoirs de l’au moins une zone de contre-lavage sur la surface des sections transversales des déversoirs de la zone Z 1 , est compris entre 0,50 et 0,95. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’au moins une zone de contre-lavage est une pluralité de zones, d’une zone Z x+1 à la zone (e.g. de fond de colonne) Z n , et dans laquelle la surface des sections transversales des déversoirs augmente, est constante, ou diminue de la zone Z x+1 à la zone Z n . Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’au moins une zone de contre-lavage est une pluralité de zones subdivisées en : - une pluralité de zones Z j comprises entre la zone Z x+1 et une zone Z y , y étant supérieur à x+1 ; et - une pluralité de zones Z k comprises entre la zone Z y+1 et la zone (e.g. de fond de colonne) Z n , et - dans les zones Z j ou j varie de x+1 à y, la surface des sections transversales des déversoirs augmente, est constante, ou diminue lorsque la valeur j augmente ; et/ou - dans les zones Z k ou k varie de y+1 à n, la surface des sections transversales des déversoirs augmente, est constante, ou diminue lorsque la valeur k augmente. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, dans les zones Z j ou j varie de x+1 à y, le ratio entre la surface de la section transversale d’un déversoir d’une zone Z j sur la surface de la section transversale d’un déversoir d’une zone Z j+1 , est compris entre 0,50 et 0,95. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, dans les zones Z j ou j varie de x+1 à y, le ratio entre la surface de la section transversale d’un déversoir d’une zone Z j sur la surface de la section transversale d’un déversoir d’une zone Z j+1 , est compris entre 1,05 et 2,0. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, dans les zones Z k ou k varie de y+1 à n, le ratio entre la surface de la section transversale d’un déversoir d’une zone Z k sur la surface de la section transversale d’un déversoir d’une zone Z k+1 , est compris entre 0,50 et 0,95. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, dans les zones Z k ou k varie de y+1 à n, le ratio entre la surface de la section transversale d’un déversoir d’une zone Z k sur la surface de la section transversale d’un déversoir d’une zone Z k+1 , est compris entre 1,05 et 2,0. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le nombre de zones Z i est compris entre 2 et 10 et/ou le nombre de zones de contre-lavage est compris entre 1 et 10. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le nombre de zones Z j est compris entre 2 et 10 et/ou le nombre de zones Z k est compris entre 2 et 10. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la surface de la section transversale d’un déversoir de la zone de contre-lavage Z x+1 est inférieure, égale ou supérieure à la surface de la section transversale d’un déversoir de la zone d’extraction Z x . Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la surface de la section transversale d’un déversoir de la zone de contre-lavage Z x+1 est inférieure à la surface de la section transversale d’un déversoir de la zone d’extraction Z x . Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la surface de la section transversale de chaque déversoir est comprise entre 1% et 25%, préférablement entre 2% et 10%, très préférablement entre 3% et 6% de la surface totale de la section transversale de la colonne d’extraction. Des modes de réalisation de la colonne d’extraction liquide-liquide selon le premier aspect ainsi que d’autres caractéristiques et avantages vont apparaître à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et en référence aux dessins suivants. Liste des figures La montre schématiquement une vue en coupe d’une colonne d’extraction liquide-liquide selon la présente invention. La montre schématiquement une vue en coupe de l’écoulement de la phase dispersée et de la phase continue dans une colonne d’extraction liquide-liquide selon la présente invention. La montre schématiquement une vue en coupe d’une colonne d’extraction liquide-liquide selon la présente invention définie par une pluralité de zones Z i comprises entre la zone 1 de tête de colonne et la zone d’alimentation Z x , une pluralité de Zone Z j comprises entre la zone Z x+1 et une zone Z y , et une pluralité de zones Z k comprises entre la zone Z y+1 et la zone Z n de fond de colonne. La est un graphique montrant l’évolution de la vitesse axiale de déversoir de la phase continue le long d’une colonne d’extraction liquide-liquide selon la présente invention, dans laquelle la section transversale des déversoirs est variable. La est un graphique montrant l’évolution de la vitesse axiale de déversoir de la phase continue le long d’une colonne d’extraction liquide-liquide de référence, dans laquelle la section transversale des déversoirs est constante. Colonne d’extraction liquide-liquide (1) comprenant les éléments suivants : - un premier point d’injection d’une première phase (2) disposé à une position intermédiaire entre le haut et le bas de la colonne (1) ; - un deuxième point d’injection d’une deuxième phase (3) et un troisième point d’injection d’un liquide de contre-lavage (4), l’un étant disposé en tête de colonne (1) et l’autre étant disposé en fond de colonne (1) ; - un premier point de soutirage d’un extrait (5) et un deuxième point de soutirage d’un raffinat (6), l’un étant disposé en fond de colonne (1) et l’autre étant disposé en tête de colonne (1) ; - une pluralité de plateaux (P i ) disposés du haut de la colonne (1) au bas de la colonne (1) et définissant n zones, chaque zone comprenant au moins deux plateaux (Pi), n étant compris entre 2 et 30 ; dans laquelle les n zones comprennent : - au moins une zone d’extraction Z i comprise entre une zone Z 1 comprenant le deuxième point d’injection de la deuxième phase (3), et une zone d’alimentation Z x comprenant le premier point d’injection de la première phase (2), x étant supérieur ou égal à 1 ; et - au moins une zone de contre-lavage comprise entre une zone Z x+1 et une zone Z n comprenant le troisième point d’injection du liquide de contre-lavage (4), n étant supérieur à x ; dans laquelle les plateaux (Pi) d’une même zone présentent une même surface de section transversale (S) de déversoir (11, 12) ; et dans laquelle - lorsque x est supérieur à 1, la surface des sections transversales (S) des déversoirs (11, 12) des zones Z i augmente lorsque la valeur i augmente ; et - lorsque x est égal à 1, la surface des sections transversales (S) des déversoirs (11, 12) de l’au moins une zone de contre-lavage est inférieure à la surface des sections transversales (S) des déversoirs (11, 12) de la zone Z 1 . Colonne d’extraction liquide-liquide (1) selon la revendication 1, dans laquelle n est compris entre 3 et 30, et x est supérieur à 1. Colonne d’extraction liquide-liquide (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle, dans les zones d’extraction Z i ou i varie de 1 à x, le ratio entre la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) d’une zone Z i sur la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) d’une zone Z i+1 , est compris entre 0,50 et 0,90. Colonne d’extraction liquide-liquide (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle, dans les zones d’extraction Z i ou i varie de 1 à x, le ratio entre la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) d’une zone Z i sur la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) d’une zone Z i+1 , est compris entre 0,60 et 0,80. Colonne d’extraction liquide-liquide (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle, dans les zones d’extraction Z i ou i varie de 1 à x, le ratio entre la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) d’une zone Z i sur la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) d’une zone Z i+1 , est compris entre 0,60 et 0,75. Colonne d’extraction liquide-liquide (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’au moins une zone de contre-lavage est une pluralité de zones, d’une zone Z x+1 à la zone Z n , et dans laquelle la surface des sections transversales (S) des déversoirs (11, 12) augmente, est constante, ou diminue de la zone Z x+1 à la zone Z n . Colonne d’extraction liquide-liquide (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’au moins une zone de contre-lavage est une pluralité de zones subdivisées en : - une pluralité de zones Z j comprises entre la zone Z x+1 et une zone Z y , y étant supérieur à x+1 ; et - une pluralité de zones Z k comprises entre la zone Z y+1 et la zone Z n , et dans laquelle : - dans les zones Z j ou j varie de x+1 à y, la surface des sections transversales S des déversoirs (11, 12) augmente, est constante, ou diminue lorsque la valeur j augmente ; et/ou - dans les zones Z k ou k varie de y+1 à n, la surface des sections transversales S des déversoirs (11, 12) augmente, est constante, ou diminue lorsque la valeur k augmente. Colonne d’extraction liquide-liquide (1) selon la revendication 7, dans laquelle, dans les zones Z j ou j varie de x+1 à y, le ratio entre la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) d’une zone Z j sur la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) d’une zone Z j+1 , est compris entre 0,50 et 0,95. Colonne d’extraction liquide-liquide (1) selon la revendication 7, dans laquelle, dans les zones Z j ou j varie de x+1 à y, le ratio entre la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) d’une zone Z j sur la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) d’une zone Z j+1 , est compris entre 1,05 et 2,0. Colonne d’extraction liquide-liquide (1) selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans laquelle, dans les zones Z k ou k varie de y+1 à n, le ratio entre la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) d’une zone Z k sur la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) d’une zone Z k+1 , est compris entre 0,50 et 0,95. Colonne d’extraction liquide-liquide (1) selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans laquelle, dans les zones Z k ou k varie de y+1 à n, le ratio entre la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) d’une zone Z k sur la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) d’une zone Z k+1 , est compris entre 1,05 et 2,0. Colonne d’extraction liquide-liquide (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le nombre de zones Z i est compris entre 2 et 10 et/ou le nombre de zones de contre-lavage est compris entre 1 et 10. Colonne d’extraction liquide-liquide (1) selon l’une quelconque des revendications 7 à 12, dans laquelle le nombre de zones Z j est compris entre 2 et 10 et/ou le nombre de zones Z k est compris entre 2 et 10. Colonne d’extraction liquide-liquide (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) de la zone de contre-lavage Z x+1 est inférieure, égale ou supérieure à la surface de la section transversale (S) d’un déversoir (11, 12) de la zone d’extraction Z x . Colonne d’extraction liquide-liquide (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la surface de la section transversale (S) de chaque déversoir (11, 12) est comprise entre 1% et 25% de la surface totale de la section transversale de la colonne d’extraction liquide-liquide (1).