Brevet FR2031536A1 — publié le 19701120

î 2031536 La présente invention concerne le traitement des gaz de cra-quage en provenance des charges d'alimentation en hydrocarbure et particulièrement les opérations de traitement ayant pour objectif final la récupération de quantités maximales d'éthylène de ces 5 charges d'alimentation. La séparation effective du méthane de l'éthylène à des pressions relativement faibles et à des températures modérées est particulièrement significative dans le présent développement, de telle sorte qu'une grande partie du matériel à haute pression est évitée et/ou qu'une installation coûteuse de 10 réfrigération au méthane est évitée. La récupération de l'éthylène des gaz contenant de l'éthylène est largement pratiquée dans l'industrie. L'installation centrale pour la plupart des opérations est constituée par une colonne de déméthanisation d'où le méthane est transféré comme produit 15 de tête et l'éthylène est repris comme produit de queue. Les conditions caractéristiques d'opération comprennent une pression de 31,5 kg/cm dans la colonne et des températures d'accumulateur d'environ -95°C. Cette combinaison maintient une faible perte d'éthylène ( Une approche différente du problème de/récupération de l'éthy-35 lène est considérée par la présente invention dans laquelle s'effectue une séparation du méthane en deux étages. Une première séparation se fait à basse pression et une seconde séparation à haute pression. De cette manière, les installations haute pression nécessaires dans l'usine sont très réduites et les frais 40 d'opération sont également diminués. Comme particularité, l'énergie 69 25732 2 2031536 d'un détendeur tel qu'un turbo-détendeur, entraîné par le méthane séparé, sert à comprimer le méthane séparé en premier pour la seconde séparation afin de faciliter une récupération complète de l'éthylène sans nécessiter de températures extrêmement basses. 5 La figure unique est un schéma de circulation représentant un mode de réalisation de la présente invention. Il apparaîtra de ce qui précède et au fur et-à-mesure de la description, que la présente invention permet une séparation du méthane au cours de la récupération de l'éthylène à des tempé-10 ratures qui ne sont pas inférieures à celles pouvant être atteintes au moyen de réfrigérants à l'éthylène à des pressions ordinaires, à -98°C, par exemple, et avec une installation haute pression minimum. De plus, ce procédé équilibre efficacement les productions et demandes d'énergie, et les demandes de chauffage 15 et de refroidissement pour assurer un rendement d'opération élevé. Concernant le schéma de circulation annexé, un gaz de craquage provenant de la pyrolyse d'une charge d'alimentation en hydrocarbure, et de façon caractéristique, bien que cela ne soit pas né-20 cessaire, le produit de tête d'une colonne à dépropaniser, pouvant contenir par exemple environ 40% d'éthylène, est introduit , comme courant d'apport dans le système de récupération d'éthylène le long de la conduite 1 sous une pression élevée, de 14 à 28 kg/cm par exemple, et à température modérée, de -17,8°C par 25 exemple. Le courant d'apport est envoyé dans un échangeur de chaleur 2 qui est un échangeur multiple dans lequel le courant d'apport est refrddi à un niveau suffisamment bas, de -84°C par exemple, en vue du traitement ultérieur, par échange de chaleur avec les courants de traitement à être décrits et/ou avec des 30 réfrigérants au propylène ou à l'éthylène, dans la conduite 2a. Le courant d'apport refroidi est envoyé de 1'échangeur de chaleur 2 par la conduite 3 à un séparateur liquide-gaz 4 dans lequel les phases gazeuses et liquides sont séparées, à -84°C par exemple, 2 et sous une pression de 22,4 kg/cm . Le liquide provenant de cette 35 séparation de phases constitue l'apport principal au déméthaniseur, comme cela sera décrit. La phase gazeuse est prise en tête dans la conduite 5 et énergiquement refroidie dans 1'échangeur de cha- o leur 6, jusqu'à -132°C par exemple sous une pression de 22 kg/cm , le méthane du traitement étant introduit dans 1'échangeur de cha-40 leur par la conduite 34. De 1'échangeur de chaleur 6, la phase 69 25732 3 2031536 gazeuse refroidie entre, par la conduite 7, dans un second séparateur gaz-liquide 8 dans lequel l'hydrogène est détendu dans la conduite 9 emportant une valve régulatrice de pression 9a. à travers 1'échangeur de chaleur 6 pour refroidir davantage le gaz 5 d'apport, puis à 1'échangeur de chaleur 2 par la conduite 10 pour un échange avec la charge d'apport de la conduite 1 pour être ensuite évacué du système par la conduite 11 de gaz résiduels. La valve 9a peut se trouver en travers de la conduite 11 si désiré. La phase liquide de la séparation de l'hydrogène dans le 10 séparateur 8 est envoyée à 1'échangeur de chaleur 6 par la conduite 12 comportant la valve régulatrice 12a et comme apport supplémentaire à la tour ou colonne de déméthanisation 17 par la conduite 13 au point d'alimentation 13a. En considérant de nouveau le premier séparateur 4, la phase 15 liquide est extraite par la conduite 14 commandée par la valve 14a, puis envoyée à travers 1'échangeur de chaleur 2 pour réchauffage puis au point d'alimentation primaire 16 par la conduite 15 et à la colonne de fractionnement 17 qui est utilisée en tant que déraéthaniseur. La pression dans la section de fond 18 20 du déraéthaniseur est relativement faible et peut être comprise 2 2 entre 14 kg/cm et 24,5 kg/cm . La température des produits de queue est maintenue par le rebouilleur 19 à un niveau suffisant pour porter à ébullition.le mélange de produits de queue d'hydrocarbures C2-C2, à une température de -15°C par exemple. 25 La section intermédiaire 20 de la colonne 17 au-dessus du point d'alimentation 16 opère à des pressions et à des températures inférieures à celles de la section de fond 18 de la colonne et utilise, de façon caractéristique, des températures comprises entre 2 -57°C et -90°C, et des pressions comprises entre 16,8 kg/cm et 2 30 23,8 kg/cm . Un étage de rectification fonctionnant, de façon caractéristique, à des températures comprises entre -84°C et -109°C est prévu au-dessus de la section intermédiaire 20 de la colonne dans la section supérieure 21 de cette colonne. Le refroidissement de cet étage s'effectue par 1'échangeur de chaleur 22 35 situé entre la section intermédiaire 20 de la colonne et la section supérieure 21 de cette colonne, lequel utilise habituellement un agent réfrigérant à l'éthylène modérément froid tel que de l'éthylène à une température comprise entre -79°C et -90°C. De plus, un courant d'apport supplémentaire au point 13çi en prove-40 nance de la conduite 13 procure un refroidissement supplémentaire 69 25732 4 2031536 dans la section 21 de la colonne. Le produit de tête de la colonne 17 qui se compose principalement de méthane et d'un peu d'éthylène, de 2 à 4% d'éthylène, en poids, par exemple, est amené par la conduite 23 au côté d'aspi-5 ration du compresseur 24. C'est cette étape de compression après fractionnement qui permet une récupération efficace de l'éthylène dans le présent procédé. Dans le compresseur 24, le gaz de tête en provenance de la conduite 23 est comprimé jusqu'à une pression à laquelle son .composant éthylène est condensable contre des cou-10 rants facilement disponibles tels que de l'éthylène froid, comme par exemple de l'éthylène à -98°C, pour la séparation du gaz méthane habituellement avec un agent réfrigérant au méthane liquéfié quelconque. La pression de gaz appropriée à la sortie du 2 2 compresseur 24 se situe entre environ 28 kg/cm et 32,2 kg/cm , 2 15 des pressions de 31,15 kg/cm étant caractéristiques. Le gaz comprimé sort habituellement du compresseur 24 à une température quelque peu accrue, comprise entre -62,2°C et -73,3°C. Le gaz comprimé est envoyé, par la conduite 25, à 1*échangeur de chaleur 26 dans lequel s'effectue le refroidissement du gaz au moyen d'un 20 agent réfrigérant à l'éthylène, à -95°C par exemple. Cë refroidissement condense le composant éthylène du gaz comprimé ainsi qu'une certaine quantité de méthane, et le mélange gaz-liquide est envoyé au séparateur gaz-liquide 28 par la conduite 27. En ce point, l'éthylène liquide et aussi peu de méthane liquide que possible, 25 sont extraits par la conduite 29 commandée par la valve 29a, pour revenir à la colonne 17 au point d'alimentation de reflux 30. L'éthylène en retour descend à travers la colonne 17 et est récupéré au fond de la colonne par la conduite 31 en même temps que les produits de queue les plus lourds se trouvant présents. A partir 30 d'une charge d'alimentation de produits de tête d'un dépropaniseur contenant environ 40%, en poids d'éthylène, on peut obtenir, de façon caractéristique, dans la conduite 31 un courant de récupération contenant, en poids, environ 60% d'éthylène, 10% d'éthane et 30% de propane et de propylène. 35 L'économie du procédé est réalisés par l'utilisation d'un détendeur pour l'entraînement du compresseur 24, utilisant le gaz traité comme source d'énergie. On peut utiliser un turbc~&étendeur ou un dispositif similaire autre obtenant son énergie de fonctionnement de la détente d'un gaz et refroidissant le gaz. De cette ma-? 40 nière, le produit de tête d'un séparateur gaz-liquide 28 comprenant 69 25732 5 2031536 essentiellement du méthane est récupéré en tête par la conduite 32 et envoyé à l'orifice d'admission d'un turbo-détendeur 33 lequel est accouplé au compresseur 24. La détente du gaz méthane dans le turbo-détendeur 33 entraîne le compresseur d'une manière connue. 2 2 5 La détente du méthane de 30,5 kg/cm à 5,25 kg/cm dans le détendeur fournit l'énergie nécessaire à l'entraînement du com-presseur 24 afin de comprimer le gaz d'apport de 19,25 kg/cm à 31,15 kg/cm . Le gaz méthane refroidi détendu, à la température de -137°C par exemple, est envoyé du turbo-détendeur 33, 10 par la conduite 34, à 1'échangeur de chaleur 6 dans lequel ce gaz subit un échange de chaleur avec le produit de tête en provenance du séparateur 4 en avant du séparateur S pour fournir le refroidissement nécessaire en ce point et ensuite à 1'échangeur de chaleur 2, par la conduite 35, pour un nouvel échange avant 15 évacuation du système par la conduite 36. Le turbo-détendeur peut être muni de limiteurs de débit tels que des buses à débit variable à l'orifice d'admission du détendeur. La pression des produits résiduels du déméthaniseur peut être maintenueconstante par réglage du débit à travers ces buses. 20 A mesure que la pression au fond de la colonne de déméthanisation augmente, les buses à débit variable peuvent être ouvertes automatiquement, ce qui augmente la vitesse du compresseur et l'aspiration engendrée par celui-ci, dont il résulte une extraction supplémentaire de vapeurs du déméthaniseur et le maintien de la 25 pression dans la colonne à la valeur désirée. De plus, il est souhaitable que le turbo-détendeur fonctionne de manière à fournir une certaine quantité de méthane liquide, 15% par exemple, méthane pouvant être utilisé comme agent réfrigérant. EXEMPLE 30 a titre d'exemple de conditions de fonctionnement typiques et avec référence au tableau ci-dessous pour les données de composi-tion, le courant d'apport de la conduite 1 à -16,7°C et 23,8 kg/cm pénètre dans 1'échangeur de chaleur 2 où il est refroidi à -84,4°C 2 s à 22,4 kg/cm pour pénétrer dans un séparateur liquide-gaz 4 avec 35 des courants de traitement et des réfrigérants à l'éthylène et/ou au propylène en provenance des conduites 2, 10 et 35. La vapeur de détente produite par la détente à -84,4°C est refroidie davantage dans l'échangeur de chaleur 6 jusqu'à -131,5°C à 22,05 kg/cm^ pour l'obtention d'un sous-produit d'hydrogène à haute pureté 40 dans le séparateur 8 lequel se trouve en dérivation sur la 69 25732 6 2031536 conduite 9. Le liquide en provenance de la détente à -84,4°C est échangé contre le courant d'apport dans 1'échangeur de chaleur 2 et envoyé à la colonne de déméthanisation 17 à -62,2°C. La pression au fond ée la colonne de déméthanisation est maintenue à 5 20,3 kg/cm et la température de la matière se trouvant dans celle-ci est de -14,4°C. L'étape intermédiaire de refroidissement des vapeurs par l'éthylène à -88°C est effectuée dans la colonne 17 par 1'échangeur de chaleur 22. Les gaz de tête en provenance de la colonne de déméthanisation 17 à -109,5°C et 19,25 kg/cm 10 s'écoulent vers l'aspiration du compresseur 24 dans lequel ils sont comprimés à 31,2 kg/cm à une température de -73,3°C. L'énergie nécessaire pour la compression est obtenue de la détente, dans le détendeur 33, du gaz méthane qui a été refroidi et détendu à -98,5°C dans le séparateur 28, la détente se faisant 15 d'une pression de 30,5 kg/cm à une température de -98,5°C à une pression de 5,25 kg/cm pour une température de -137,4°C. L'énergie de la détente s'équilibre avec l'énergie de compression, dans ces conditions. Le liquide de la détente à -98,5°C est ramené à la colonne de déméthanisation 17 en tant que reflux. 20 Des valeurs moyennes caractéristiques de produits pour le procédé sont données dans le tableau. TABLEAU (moles/heure) ETAPE Détente à Gaz Rési- - 131,6QC méthane dus du Liquide Vapeur Résiduel démé- thani- seur Hydrogène 818 38 780 17 763 55 — Méthane 2578 1625 953 609 344 2233,8 0,2 Produits C2 2905 2755 150 148 2 12 2891 Produits C3 743 739 4 4 — — 743 Produits C4+ 1 1 - "— — — 1 25 Composant Courant Detente à d'apport -84,4°C liquide vapeur 69 25732 7 2031536 REVENDICATIONS 1. Un procédé pour l'extraction du méthane d'un courant d'apport d'hydrocarbure contenant de l'éthylène avec une faible perte d'éthylène, comprenant l'accomplissement, dans une zone de 5 séparation du méthane, de la séparation en tête du méthane et d'un minimum d'éthylène du courant d'apport sous une première " 2 pression élevée inférieure à 24,5 kg/cm environ, la compression du gaz de tête à une seconde pression supérieure à la première pression, le refroidissement du gaz comprimé pour condenser 10 l'éthylène qu'il contient, la séparation du gaz méthane, le retour de l'éthylène à la zone de séparation du méthane en tant que reflux et la récupération de l'éthylène et des composants les plus lourds du courant d'apport en provenance de la zone de séparation du méthane. 15 2. Un procédé selon la revendication 1, comprenant la déten te du gaz méthane séparé à travers un détendeur et la compression du gaz de tête par l'énergie de ladite détente. 3. Un procédé selon la revendication 2, comprenant un échange de chaleur entre le gaz méthane détendu et le courant d'apport. 20 4. Un procédé selon la revendication 2 ou 3, comprenant la variation de la vitesse d'arrivée du méthane au détendeur pour régler la pression dans la zone de séparation du méthane. 5. Un procédé selon' la revendication 2, 3 ou 4, comprenant également le refroidissement des vapeurs dans la zone de sépara- 25 tion du méthane pour le reflux. 6. Un procédé selon la revendication 5, dans lequel ledit gaz de tête est suffisamment comprimé pour être condensé par un réfrigérant à l'éthylène. 7. Un procédé selon la revendication 6, dans lequel le seul 30 agent réfrigérant du gaz de tête est l'éthylène. 8. Un procédé pour l'extraction du méthane de gaz de craqua-ge contenant de l'éthylène avec une faible perte d'éthylène, comprenant la séparation de l'hydrogène du courant d'apport, l'envoi des gaz à une colonne de fractionnement ayant une pression de 2 2 35 fond comprise entre 14 kg/cm et 24,5 kg/cm , le fractionnement des gaz dans la colonne avec refeatdissement intermédiaire de la vapeur au moyen d'un agent réfrigérant à l'éthylène à une première température, l'envoi du méthane et d'un peu de gaz éthylène de tête de la colonne à une zone de compression, la compression du 40 gaz de tête à une pression prédéterminée supérieure à 28 kg/cm , 69 25732 8 2031536 dans la zone de compression, le refroidissement du gaz comprimé au moyen d'un agent réfrigérant à l'éthylène à une seconde température inférieure à la première température, laquelle seconde température est suffisante à ladite pression prédéterminée pour 5 condenser l'éthylène contenu dans le gaz comprimé, la détente du gaz méthane comprimé dans une turbine, l'utilisation de lënergie de la détente du gaz pour comprimer le gaz de tête dans la zone de compression, le refroidissement du courant d'apport par le gaz méthane détendu et avant la séparation de 1'hydrogène de celui-ci, 10 le retour de l'éthylène condensé à la colonne de fractionnement et la récupération de USthylène et des produits de queue les plus lourds de la colonne de fractionnement.