Brevet FR2045682A1 — publié le 19710305

ha preSsente invention concerne un procédé de conversion et de fractionnement de produits aromatiques, et en particulier un procédé de conversion et de fractionnement d'une charge de départ formée d'hydrocarbures aromatiques en C8. Dans la séparation d'une charge de départ formée en majorité d'hydrocarbures aromatiques en C8, comme celle que l'on peut obtenir de la réformation catalytique de l'essence lourde, en divers constituants intéressants du point de vue commercial, dans des rapports réglables et avec peu de besoins en utilités, les principaux parmi les produits désirés que l'on peut ainsi obtenir sont l'éthylbenzène, l'o-oxylène et le p-xylène. D'autres constituants comme les fractions légères (hydrocarbures aromatiques en C7 et inférieurs), les fractions lourdes (hydrocarbures aromatiques en Cg et supérieurs) et le m-xylène, sont moins importants du point de vue commercial et il est donc souhaitabe de minimiser leur production.Les divers constituants des charges de départ en C8 peuvent être séparés par voie thermique, c' est-à-dire qu'on peut tirer partie de leupoints d'ébullition différents pour fractionner la charge de départ en produits à point d'ébullition plus bas, par exemple éthylbenzène (p.e. 1350C) et fractions légères sortant en tete d'une zone de fractionnement, et en produits à point d'ébullition plus haut, par exemple o-xylène (p.e. 1430C) et fractions lourdes recueillies en queue de la zone. Les fractions m-xylène et p-xylène peuvent être recueillies en tête ou en queue suivant le fonctionnement de la zone. En général, on effectue des séparations successives pour isoler les différents produits désirés.Le p-xylène par exemple peut être séparé du m-xylène dans une installation de cristallisation du p-xylène par congélation du p-xylène (point de congélation 130C)et passage du m-xylène (point de congélation -480C) hors de l'installation. Comme le m-xylène a des usages commerciaux limités, il est souvent complètement isomérisé ou transformé surtout en un autre xylène. On peut opérer cette conversion pour produire del'o-xy- lène ou du p-xylène aux dépens l'un de 1' c.lAi; c:U du mo ene. Hz- la conversion est dans tous les cas productrice d'hydrocarbures aromatiques en Cg et supérieurs, c'est-à-dire de fractions lourdes, ainsi que d'o- ou p-xylène.L'invention a en particulier pour objet la séparation efficace de l'o-xylène produit par conversion et des fractions burdes du p-xylne dans le courant effluent de l'installation de conversion, ainsi qu'un procédé global qui est moins coûteux à installer et à exploiter à cause de la séparation préliminaire des constituants éthylbenzène et o-xylène des fractions m-xylene et p-xylène, et de l'utilisation du même flux thermique pour séparer l'o-xylene de la charge de départ et l'o-xylène produit par conversion des autres produits dans la colonne de fractionnement. Bien des schémas différents ont eté proposés pour le fractionnement et la conversion de charges de départ formées surtout d'hydrocarbures aromatiques en C8. En général, il est-d'usage de séparer d'abord l'o-xylène et les fractions lourdes du reste de la charge de départ, puis dans une étape distincte on sépare l'o- xylène et les fractions lourdes l'un des autres. On fractionne le reste de la charge de départ, dans une autre étape distincte, pour séparer ensemble l'éthylbenzène et les fractions légères.On fait passer le reste de la charge de départ, constituée surtout de m-xylène et de p-xylène, à l'installation de cristallisation du p-xylène et -à l'installation de conversion pour obtenir d'abord du p-xylène cristallisé et ensuite un supplément de p-xylène formé a partir de m-xylène. On fait passer l'o-xylène et les fractions lourdes dans l'effluent de l'installation de conversion, avec d'autres xylènes, à encore une autre étape où ils sont séparés du p-xylène en queue, la seconde séparation d'o-xylène et de fractions lourdes dans cette opération. On renvoie directement le reste, qui est riche en p-xylène, à l'installation de cristallisation pour qu'il soit traité par une charge supplémentaire vnant de la colonne de fractionnement de l'éthylbenzène. La faculté de variation des rapports de produit pour une composition donnée de charge de départ est tout à fait limitée dans le procédé précédent. Ainsi, outre les investissements considérables résultant des nombreuses étapes, qui représentent chacune une distillation séparée avec les installations associées de conduite, de pompage, de refroidissement et de chauffage, la pratique de la technique antérieure est limitée dans sa capacité à s'adapter à des changements de- son mélange de produits, par exemple-production de p-xylène aux dépens de l'o-xylène, ou production d'o-xylène aux dépens du m-xylène et donc de p-xylène supplémentaire, selon les conditions changeantes du marché. On trouvera ci-dessous une description détaillée de l'invention, conjointement à un mode de réalisation illustratif représenté sur le schéma technologique ci-joint. Si l'on se réfère au schéma technologique, une charge de début appropriée au fractionnement et à la conversion Eour produire du p-xylène, comme celle que l'on obtient de l'essence lourde de réformation catalytique, est introduite dans le système par la ligne 10, de préférence à une température de 1820C et en provenance directe d'une colonne de fractionnement de récupération de toluène (non représentée). La composition de la charge de début peut typiquement être : 0,5 mole pour cent de fractions légères (toluène, benzène, naphtalènes en C7, etc.); 15,85 moles pour cent d'éthylbenzène; 16,59 moles pour cent de p-xylène; 41,61 moles pour cent de m-xylène; 20,21 moles pour cent d'o-xylène; et fractions lourdes (cumène--ca 25%, méthyléthylbenzène, etc.).La ligne 10 d'alimentation entre dans le système au niveau d'une zone de fractionnement généralement repérée par 12. La zone 12 est définie par une colonne 14 à plusieurs sections et à plusieurs plateaux, qui petit être une seule unité verticale, deux sections reliées~entre elles, ou, comme représenté, prendre la forme de trois sections reliées entre elles, une section inférieure 14a, une section intermédiaire 14b et une section supé- rieure 14c. La ligne 10 d'alimentation entre dans la section inter ;'épiaire 14b à peu près en son milieu.Dans la section 14b il est prévu une température interne qui entraene vers le haut les constituants fractions légères et éthylbenzène de la charge de debut pour qu'ils soient acheminés de la section intermédiaire, le long de la ligne 16, au bas de la section- supérieure 14c. Dans la section supérieure 14c les produits de tête de la section intermédiaire 14b sont encore fractionnés de sorte qu'un courant de tête formé surtout d'éthylbenzène, contenant les fractions légères de la charge de départ, est recueilli en tête et envoyé le long de la ligne 18 hors de la zone 12 de fractionnement pour que l'éthylbenzène soit sépare. Les queues de la section supérieure 14c sont renvoyées le long de la ligne 20 à la section intermédiaire 14b. Les queues de la section intermédiaire 14b, après le passage en tête des fractions légères et de l'éthylbenzène, comprenant surtout du m-xylène, du p-xylène, de l'o-xylène et des fractions lourdes, sont envoyées le long de la ligne 22 à partir de la sec- tion intermédiaire pour être encore fractionnées. Une partie de ces queues est recueillie sous forme d'un courant latéral le long de la ligne 24 pour être traitée hors de la zone 12 de fractionneo ment afin que le p-xylène soit isolé, et le reste est envoyé le long de la ligne 26 au sommet de la section inférieure 14a. Sinon, le courant latéral peut être prélevé d'uni point quelconque de la zone 12 de fractionnement au-dessous du point d'entrée de la ligne 10 d'alimentation dans la zone, et il en résulte une variation correspondante de la teneur en o-xylène du courant latéral et une plus grande souplesse du mélange de produits. Dans la section inférieurel4a les queues passent continuellement dans la boucle 28 du rebouilleur et dans le rebouilleur 30 pour maintenir la température de la section au niveau voulu. Une partie des queues, comprenant l'o-xylène et les fractions lourdes, est recueillie le long de la ligne 32 à sa sortie de la zone 12 de fractionnement pour que l'o-xylène soit séparé. Le zeste de l'alimentation de la section inférieure 14a, comprenant surtout du m-xylène et du p-xylène, est envoyé en tete le long de la ligne 34 au bas de la section intermédiaire 14b. Il est visible que les trois sections sont disposées de façon à jouer le role d'une seule colonne avec le benzène et les fractions légères recueillis en tête, l'o-xylène et les fractions lourdes recueillis en queue, et un mélange à prédominance de m-xy- lente et de p-xylène recueilli comme courant latéral. Le courant de tête formé surtout d'éthylbenzène, qui contient aussi des fractions légères, dans la ligne 18, est en partie re foulé par passage dans la boucle 36 comportant un réfrigérant 38 et un accumulateur 40, et est envoyé hors de la zone 12 de fractionnement. Ce courant de tête est traité de façon conventionnelle dans la zone de séparation de l'éthylbenzène pour enlever les fractions légères, autant que nécessaire , en vue de la récupéra- tion de l'étliylbenzène de pureté voulue.Ainsi, le courant de tête est envoyé le long de la ligne 18 à la colonne 42,dans laquelle sont les f a-tions légères /distillées entête par la ligne 44, en partie renvcyéescomme reflux à-la colonne 42 par la boucle 46 de refroidissement, contenant un réfrigérant 48 et un accumulateur 50, et envies au rebut ou de préférence renvoyées à la réformation de l'essence lourde et à la colonne de récupération du toluène (non représentées) pour récupération du toluène ou des autres produits intéressants. L'éthylbenzène du courant de tête de la zone de fractionnement est recyclé par la boucle 52 du rebouilleur de la colonne, à travers la ligne 56, pour être récupéré comme produit dlt procédé. Le courant de queue de la zone 12 de fractionnement, dans la ligne 32, est traité de façon conventionnelle dans la zone de séparation de l'o-xylène pour que l'o-xylène soit séparé des fractions lourdes. Ainsi, le courant de queue est envoyé le long de la ligne 32 à la colonne 58, dans laquelle l'o-xylène distille en tête pour être récupéré par la ligne 60, comme produit du procédé, depuis la boucle 62 de reflux contenant le réfrigérant 64 et l'accumulateur 66. Les fractions lourdes sont recueillies en queue par la boucle 68 du rebouilleur, contenant le rebouilleur 70 et-la ligne 72, avant d'aller au rebut ou autraitement ultérieur. Le courant latéral recueilli de la section intermédiaire 14b de la zone 12 de fractionnement est envoyé le long de la ligne 24 à la zone d'isolement du p-xylène.-Le p-xylène est isolé de façon conventionnelle de son mélange avec le m-xylène par refroidissement préliminaire du mélange dans le réfrigérant 74 et par refroidisse- ment total dans l'appareil de cristallisation 76, pour que le constituant p-xylène à point de fusion plus haut cristallise, et par séparation le long de la ligne 68. C'est aussi de façon conventionnelle que le liquide surnageant (restant après cristallisation du p-xylène), riche en m-xylène qui n'est pas un produit intéressant, est isomérisé ou transformé dans un appareil de conversion 80 en produits plus importants.A ce stade des procédés conventionnels, on distille l'effluent de l'appareil de conversion 80 pour séparer le produit p-xylène, avant retour à l'appareil de crstalliSation 76, et on obtient en même temps l'o-xylène et les fractions lourdes dans l'appareil de conversion. Le traitement de l'effluent de l'appareil de conversion s'écarte dans le présent procédé de la pratique conventionnelle. Ainsi, à la suite du passage du courant latéral de m-xylène et de p-xylène le long de la ligne 24 à l'appareil de cristallisation 76 du p-xylène, de la cristallisation du p-xylène dans cet appareil et de la récupération du produit cristallin par la ligne 78, le liquide surnageant qui reste et qui est riche en m-xylène est envoyé par la ligne 82 à l'appareil de conversion 80. Là, par des techniques bien connues qui ne font pas partie de cette invention; comprenant l'addition d'hydrogène gazeux par la ligne 84, les isomères autres que le p-xylènesont transformés en p-xylène.L'effluent riche en p-xylène de l'appareil de conversion 80, contrairement à ce qui se fait dans les procédés antérieurs, n'est pas recyclé pour récupération immédiate du p-xylène, à la suite de lte:-ïèvement des fractions lourdes. Au contraire, dahs le présent procédé, l'effluent de l'appareil de conversion est envoyé le long de la ligne 86 à la même zone 12 de fractionnement utilisée pour fractionner la charge de départ initiale. La ligne 86 entre dans la zone 12 au niveau de la section inférieure 14e et au-dessous de la ligne 24 de souti rage du courant latéral de la section intermédiaire 14b. Ainsi la ligne 24 se trouve entre deux lignes d' alimentation, la ligne 10 amenant la charge de départ à la zone 12 et la ligne 86 amenant l'effluent de l'appareil de conversion à la meme zone.Les fractions légères produites dans l'appareil de conversion 80 sont recueillies par la ligne 88. Dans la zone 12, l'effluent de l'appareil de con version est fractionné tout-à-fait de la même façon que la charge de départ et, ce qui est important, avec le même flux thermique. C'est-à-dire que les constituants p-xylène et o-xylène sont mélangés aux quantités fournies-par la charge de départ de ces produits et sont éventuellement envoyés hors de la colonne de fractionnement avec les constituants correspondants de la charge de départ. I1 importe de remarquer que l'o-xylène produit par conversion est introduit par la ligne 86 dans la zone 12 de fractionnement et est fractionné dans cette zone avec l'o-xylène provenant de la charge de départ pour être recueilli de la colonne en compagnie des fractions lourdes dans la ligne 32. Ainsi, il suffit de procé der der à une seule séparation de l'-o-xylène et les deux étapes qui demandent d' importantes utilités, la séparation de liéthylbenzène et la séparation de l'o-xylèn-e,s'effectuentavec le même flux ther mique. Un aspect particulièrement intéressant du présent procédé est la souplesse du mélange de produits. Si l'on se réfère au schéma technologique on peut voir que le produit o-xylène obtenu de la colonne 58 peut être envoyé dans la ligne 60 et être renvoyé, par la ligne 90 en pointillés, à la zone de séparation du p-xylène, et y être incorporé à l'alimentation de l'appareil de conversion 80, 80, dans la ligne 82. Un réglage approprié des conditions opéra- toires de l'appareil de conversion, d'une façon connue, permet de transformer l'o-xylène, au moins partiellement, en p-xylène, ce qui augmente le rendement de p-xylène aux dépens de l'o-xylène. De même, la teneur en z-xylène du courant latéral, par réglage appro prié des conditions opératoires de l'appareil de conversion, d'une façon connue, peut être transformée en o-xylène, au moins partiellement, ce qui augmente la production d'o-xylène. Ainsi, on peut produire beaucoup plus ou beaucoup moins d'o-xylène qu'il n'y en a dans la charge de départ. EXEMPLE Pour fractionner et transformer une charge de départ typique d'essence lourde réformée ayant une analyse (en kilomoles par heure) d'à peu près Fractions légères (C7 ) 0,122 Ethylbenzène 41,66 p-Xylènç 43,59 m-kylène 109,37 o-Xylène 53,106 Fractions lourdes (Cg+) 14,96 on agence un appareil selon le schéma technologique ci-joint com prenar.t (1) une colonne à plusieurs sections contenant 370 plateaux divisés en une section inférieure qui comprend une colonne de 70 plateaux, une section intermédiaire qui comprend une colonne de 150 plateaux et une section supérieure qui comprend aussi une colonne de 150 plateaux, ayant un total d'environ 252 étages théoriques, un rapport de reflux de 14,0 (basé sur la charge fraiche) pouvant fonctionner sous 11,0 kg/cm2 (pression de l'accumulateur 40) et pouvant admettre une quantité de chaleur de 34,3 MM kcalbheu- re; (2) une colonne à éthylbenzène de 40 plateaux et 26 étages théoriques, ayant un rapport de reflux de 1,5, pouvant fonctionner sous 11,0 kg/cm2 et pouvant admettre une quantité de chaleur de 0,63 Et kcal/heure; (3) une colonne à o-xylène de 55 plateaux et 35 étages théoriques, ayant un rapport de reflux de 3-,2, pouvant travailler sous 11,0 kg/cm2 et pouvant admettre une quantité de chaleur de 2,62 MM kcal/heure; et (4) une installation de récupération du p-xylène comprenant une unité conventionnelle de cristallisation et une unité conventionnelle d'isomérisation. Une répartition des produits en différents points de l'appareil est la suivante TABLEAU Kilozuoles- Zone de fractionnement Zone de sépara par heure (Colonne 14) tion d'o-xylène Charge (Colonne 58) de Tête courant Frac- Constituant Départ Latéral Queues (o-xylène)tions Lourdes C7- 0,122 1,79 4,94 - - - Ethylbenzène 41,66 40,38 58,409 0,014 0,014 p-Xylène 43,59 0,14 198,41 0,513 0,503 0,009 m-Xylène 109,37 0,05 457,58 1,40 1,35 0,05 o-Xylène 53,106 - 150,23 54,852 45,14 9,711 C91 14,96 - 11,98 23,26 0,458 22,80 TOTAL 262,80 42,37 881,55 80,032 47,468 32,56 Zone de séparation p-xylène Isomérisa Moles d' éthylbenzène (app.de crystalli- tion (App. (Colonne 42) sation 76) de conver sion 80) Fractions Ethyl- Filtrat Recyclage Constituant légères du benzène p-Xylène (pour 1'Ap. après en distillat de queue de conver- lèvement sion des frac tions lé ères C7- 3,76 0,19 0,11 1,08 4,77 Ethyîbenzène 1,78 87,25 0,22 128,55 125,99 p-Xylène 0,31 249,68 187,74 342,77 m-Xylène 0,11 1,67 1007,17 770,91 o-Xylène 0,56 338,43 342,84 C91 0,05 26,37 44,72 TOTAL 5,54 87,85 252,19 1689,34 1632,00 On obtient du fractionnement et de la conversion ci-dessus (1) 95% de l'éthylbenzène contenu dans la charge de départ, à une pureté minimale de 99% et contenant un maximum de 0,5 mole pour cent de fractions légères et de 0,5 mole pour cent de xylène total; (2) 85% de l'o-xylène contenu dans la charge de départ, à une pureté minimale de 95% et contenant un maximum de 4,0 molespour cent d'autres produits C8Hlo et de 1,0 mole pour cent de fractions lourdes; et (3) le maximum de p-xylène compatible avec la récupération de l'éthylbenzène et de l'o-xylène à une pureté minimale de 99,0%. En outre les fractions lourdes contiennent moins de 30% de produits C8H10. R E V E N D I C A T I O N S 1. Un procédé de fractionnement et de conversion de charges de départ contenant de l'éthylbenzène et des xylènes, comprenant l'introduction dans une zone de fractionnement à plusieurs niveaux, à la hauteur du premier plateau dçalimentation, d'une charge de départ contenant surtout des hydrocarbures aromatiques en C8, la séparation par voie thermique de ladite charge de dfiparten fractions constituantes à différents niveaux de la zone de fractionnement, le recueil de la zone d'un courant dette formé surtout d'éthylbenzène, d'un courant de queue formé surtout d'o-xylène et contenant des fractions lourdes, et à une hauteur inférieure audit premier plateau d'alimentation,d'un courant latéral formé surtout d'un mélange d'isomères m-xylène et p-xylène, le traitement dudit courant latéral pour en isoler le p-xylène cristallin et le récupérer comme produit, puis un nouveau traitement dudit courant latéral dans une zone de conversion pour transformer l'isomère m-xylène présent danse courant latéral en d'autres isomères de xylène, et le renvoi de l'effluent de la zone de conversion à ladite zone de fractionnement pour y séparer le p-xylène produit par conversion et l'o-xylène produit par conversion dans ledit effluent. 2. Un procédé selon la revendication 1, comprenant l'introduction de l'effluent de la zone de conversion sur un second plateau d'alimentation au-dessous du premier plateau d'alimentation dans ladite zone de fractionnement. 3. Un procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit courant latéral est soutiré entre lesdits plateaux d'alimentation. 4. Un procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel le courant latéral est au moins deux fois plus important que le courant de charge de départ. 5. Un procédé selon les revendications 1, 2, 3 ou 4, comprenant la transformation du m-xylène en o-xylène. 6. Un procédé selon les revendications 1, 2, 3 ou 4, comprenant la transformation du m-xylène en p-xylène. 7. Un procédé selon les revendications précédentes 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, comprenant aussi l'utilisation du flux thermique pour séparer la charge de départ en fractions constituantes et séparer l'effluent de la zone de conversion en constituants o-xylène et p-xylène. 8. Un procédé selon les revendications précédentes 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, dans lequel ladite charge de départ contient au moins 10% en poids d'éthylbenzène. 9. Un procédé selon la revendication 8, dans lequel la séparation par voie thermique de la charge de départ et de l'effluent de la zone de conversion se fait à une température comprise entre 175 et 2600C. 10. Un procédé selon la revendication 9, dans lequel ladite séparation par voie thermique se fait à des pressions comprises entre 1,05 et 4,55 kg/cm2. 11. Un procédé selon la revendication 4, dans lequel on sépare au moins la quantité de p-xylène qui se trouve dans la charge de départ. 12. Un procédé selon la revendication 11, comprenant la transformation du m-xylène du courant latéral en o-xylène. 13. Un procédé selon les revendications îl ou 12, comprenant le renvoi de l'o-xylène fractionné à la zone de conversion pour le transformer en p-xylène.