Brevet FR2137556A1 — publié le 19721229

La séparation d'hydrocarbures aromatiques purs à partir de leurs mélanges avec des hydrocarbures non aromatiques, en particulier aliphatiques, s'effectue de préférence par extraction ou par distillation extractive avec des solvants sélectifs. 5 On utilise de préférence des solvants ou des mélanges de plusieurs substances appropriées, qui ont un point d'ébullition beaucoup plus élevé que les produits aromatiques à produire. Parmi les hydrocarbures aromatiques, les premiers membres de la série du benzène, en particulier le benzène 10 et les xylènes, ont trouvé un large champ d'application, comme substances de départ pour la préparation de produits intermédiaires importants, tels que l'acide maléique, le caprolactame, l'acide phtalique, l'acide téréphtalique, et des composés analogues, tandis que le besoin en toluène pur est un peu plus 15 faible. Il est connu que, dans la production de produits aromatiques purs à partir de leurs mélanges avec des hydrocarbures non aromatiques par extraction ou distillation extractive, la proportion de solvant, c'est-à-dire la quantité 20 pondérale à mettre en oeuvre de solvant par unité de poids des produits aromatiques contenus dans le mélange introduit, devient d'autant plus grande, que les chaînes latérales sur le noyau de benzène du composé aromatique à produire sont plus nombreuses et/ou plus longues. Cette proportion de solvant est donc pour 25 la production des xylènes, moins favorable que pour la production du benzène. Les mélanges utilisables disponibles pour de tels processus de production de produits aromatiques sont essentiellement le benzène de cokerie, l'essence de pyrolyse (Dripoil, 30 Dripojene) obtenue lors du craquage thermique d'hydrocarbures en oléfines inf éri eures, et les hydrofornats (produits obtenus par le procédé Platforming) riches en produits aromatiques, obtenus par un raffinage catalytique-hydrogénant de fractions d'huile minérale naphténiuue. Ces mélanges utilisables se 35 différencient dans leur teneur en produits non aromatiques qui, dans du benzène de cokerie, peu.t être inférieure à 10 >•, dans de l'essence de pyroloyse, de 40 à 50 et dans des réformats, d'environ 20 à 40 et dans la répartition des produits aromatiques sur les garnies d'ébullition du benzène, du toluène et 40 des xylènes. Tandis que dans du benzène de cokerie le benzène 72 16122 2137556 est prédominant, le mélange des isomères de xylène peut être le composant principal dans des hydroformats, Le toluène est représenté dans les trois mélanges mis en oeuvre d'une manière assez uniforme avec une fraction de 20 à 30 % de la teneur en 5 produits aromatiques. Pour la fraction en produits aromatiques de ces mélanges utilisés, le point d'ébullition du benzène est la limite inférieure d'ébullition. Comme gamme d'ébullition des produits aromatiques à produire, le benzène, le toluène et les 10 xylènes, on obtient par distillation à partir des mélanges mis en oeuvre une fraction connue sous le nom de "fraction BTX" (fraction benzène-toluène-xylène) d'environ 70 à 150°C, et on amène le tout à un dispositif d'extraction ou de distillation extractive directement ou après une subdivision ultérieure en 15 deux ou trois fractions. Il dépend de la nature du mélange mis en oeuvre et des composants aromatiques à produire de savoir si une telle subdivision ultérieure est avantageuse, et combien de fractions sont séparées. Les mélanges mis en oeuvre qui contien-20 nent plusieurs composants aromatiques et ont par conséquent une gamme d'ébullition plus grande, sont généralement traités par extraction par solvant. Pour des mélanges mis en oeuvre avec uniquement un composant aromatique et par conséquent une gamme d'ébullition étroite, la distillation extractive est souvent 25 avantageuse. Chaque problème de traitement commence par la préparation d'une fraction de mise en oeuvre spéciale, dont la teneur en produits non aromatiques est diminuée à une valeur maximale appropriée pour l'extraction ou la distillation ex-30 tractive, et dans laquelle éventuellement aussi un ou plusieurs des composants aromatiques à produire sont enrichis. La préparation de cette fraction de mise en oeuvre spéciale s'effectue par distillation dans une colonne préalable ou encore dans plusieurs colonnes préalables. Selon 35 le type et la quantité des produits non aromatiques contenus dans le mélange utilisé et la précision optimale de la gamme d'ébullition de la fraction mise en oeuvre, des proportions de reflux comprises entre 3/1 et 10/1 sont nécessaires dans ce dispositif de distillation préalable à un ou à plusieurs étages. La pro-4-0 portion de reflux est la proportion quantitative du distillât 72 16122 3 2137556 , ramené à lg. J;ête de, la colonne par rapport au distillât produit. L'évaporation répétée du reflux dans la colonne entraine un besoin élevé en chaleur, qui lors de grandes proportions de reflux, peut compromettre l'économie de l'ensemble de l'instal-5 lation. La consommation de vapeur dans de tels dispositifs de distillation préalables est souvent plus grande que dans les installations de production de produits aromatiques proprement dites. On a découvert qu'on peut diminuer considéra-10 blement le besoin en chaleur de ce dispositif de distillation préalable, si on transforme ce dernier en dispositif de distillation extractive partielle. Cela est réalisé en remplaçant le reflux de distillât introduit en tête de colonne au moins partiellement par un solvant sélectif pour des produits aroma-15 tiques, bouillant à une gamme plus élevée que les produits aromatiques à produire. De préférence, on choisit le solvant qui est utilisé comme solvant sélectif cfarn la séparation ultérieure proprement dite des produit? aromatiques par extraction ou distillation extractive. Ensuite, on obtient à partir de la 20 distillation préalable un produit de fond de cuve qui contient le mélange à mettre en oeuvre avec une fraction de produits non aromatiques diminuée et éventuellement aussi une limite d'ébullition inférieure plus élevée, et le solvant ajouté. Ce produit de fond de cuve est amené au dispositif d'extraction ou de 25 distillation extractive ultérieur, en tant que mélange mis en oeuvre. Pour le fonctionnement pratique de ce dispositif d'extraction ou de distillation extractive, cela signifie qu'on introduit avec le mélange mis en oeuvre également une partie du solvant sélectif. 30 La présente invention a pour objet un procédé de production d'hydrocarbures aromatiques purs à partir de leurs mélanges avec des hydrocarbures non aromatiques, par extraction par solvant ou par distillation extractive avec un solvant sélectif, dont la température d'ébullition est supérieure d'une 35 certaine valeur à celle des produits aromatiques à produire, une fraction utilisée provenant du mélange de mise en oeuvre brut, . enrichie dans sa teneur en produits aromatiques par une distillation préalable, étant chargée dans le dispositif d'extraction par solvant ou de distillation extractive ultérieur. 40 Le procédé suivant l'invention est caractérisé 72 16122 4 2137556 en ce que la fraction de distillât ramenée comme reflux au dispositif de distillation préalable est remplacée au "moins partiellement par un solvant sélectif, bouillant à une température plus élevée d'une certaine valeur que celle des produits aroma-5 tiques à produire. Ce solvant sélectif est avantageusement"dérivé du courant de solvant, maintenu en circulation daiis- l1 installation d'extraction par solvant ou de distillation extractive ultérieure. Le produit de fond de cuve du dispositif de distilla-10 tion préalable, contenant du solvant, est introduit, en tant que fraction de la mise en oeuvre, dans le dispositif d'extraction par solvant ou de distillation extractive ultérieur. Pour la distillation préalable, transformée en distillation extractive partielle, le solvant doit être 15 anhydre. Un mode opératoire avec différents solvants peut en résulter, si la distillation préalable est suivie d'une extraction par solvant, dans laquelle le solvant reçoit, pour augmenter sa sélectivité, une addition d'eau. Dans ce cas, on peut prélever du solvant anhydre pour la distillation préalable, à 20 partir du dispositif de traitement de l'extrait et de celui de récupération du solvant existant dans toute installation d'extraction. Le schéma synoptique d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est représenté 25 par exemple dans la figure unique annexée. L'installation est constituée par le dispositif de distillation préalable suivant l'invention comprenant la colonne 1 et par un dispositif d'extraction usuel et connu 2. Ce dispositif d'extraction peut être un dispositif d'extraction 30 par solvant ou un dispositif de distillation extractive, et il contient, outre l'extracteur proprement dit, également les installations de traitement ultérieures, par exemple la colonne de séparation du solvant par distillation à partir de l'extrait, un dispositif de récupération des restes de solvant, qui sont 35 entraînés par le produit de raffinage, et des dispositifs analogues. Comme ces parties d'installation appartiennent à l'équipement normal d'un dispositif d'extraction, elles ne sont pas représentées séparément, pour simplifier le schéma synoptique, mais au contraire elles sont incorporées dans le bloc 2» 40 Le produit de fond de cuve du dispositif de 72 16122 5 2137556 distillation préalable 1 est amené, en tant que matière mise en oeuvre, au dispositif d'extraction 2 par la conduite 3. A partir du dispositif d'extraction 2, on prélève le produit raffiné par la conduite 4 et l'extrait par la conduite 5. Le 5 mélange mis en oeuvre pour le traitement est chargé dans le dispositif de distillation préalable 1 par la conduite 6 sur un des plateaux moyens. Sur un plateau plus haut que ce dernier, un courant partiel de solvant anhydre, dérivé du circuit de solvant du dispositif d'extraction 2, est chargé par l'inter-10 médiaire de la conduite 7. La colonne de distillation préalable 1 est chauffée, d'une manière connue, au moyen d'un dispositif d'ébullition 8. A la tête de la colonne, le distillât est dérivé par la conduite 9, condensé dans un condensateur 10, et recueilli dans le récipient 11. Une fraction du distillât peut 15 être ramenée dans la conduite 12, en tant que reflux à la tête de la colonne. Le reste est éliminé par l'intermédiaire de la conduite 13 en tant que produit final. Dans plusieurs cas d'application, on peut opérer sans reflux du distillât, et on peut charger le solvant à la tête de la colonne de distillation 20 préalable. De petites quantités de solvant entraînées par le distillât dans la conduite 13 peuvent être, d'une manière connue, récupérées par distillation sous forme de résidu ou par extraction avec de l'eau. Dans ce but, on peut très souvent utiliser des dispositifs qui sont en tout état de cause contenus 25 dans l'installation d'extraction ultérieure 2. Ainsi qu'il ressort des exemples ci-après, l'introduction du solvant sélectif dans le dispositif de distillation préalable 1 par l'intermédiaire de la conduite 7 permet une diminution sensible du reflux à partir de la conduite 12 30 en tête de colonne. Pour une quantité donnée du mélange mis en oeuvre, la quantité de reflux détermine le besoin en chaleur du dispositif de distillation préalable. Exemple 1 Une fraction Cg brute, qu'on obtient comme 35 produit intermédiaire dans une raffinerie, par exemple comme produit de fond de cuve d'une colonne de stabilisation, et qui contient environ 20 % en poids de produits aromatiques, en particulier du benzène, est traitée selon le procédé suivant l'invention. Les données numériques de cet exemple se rapportent 40 à un débit de 100 kg par heure de mélange mis en oeuvre. 72 16122 e 2137556 100 kg du mélange mis en oeuvre contiennent Isobutane o, 10 kg n-butane o, 15 kg Isopentane 9, 53 kg n-pentane 7, 25 kg Isohexane 33, 94 kg n-hexane 15, 69 kg Heptane 12, 31 kg benzène 16, 39 kg toluène 4, 64 kg 100, 00 kg 15 100 kg/h de ce mélange mis en oeuvre sont chargés sur le 15ème plateau de la colonne de distillation préalable 1, comprenant 45 plateaux. Au 40ème plateau, on charge 21,03 kg/h de solvant sélectif, constitué par 60 $ en poids de N-méthylpyrroli-20 done et de 40 % en poids d'éthyléneglycol. Le rapport entre la quantité de solvant et la fraction de produits aromatiques dans le mélange introduit est donc de 1/1. Comme produit de tête de cette distillation, on obtient par heure, dans le récipient 11,110,06 kg d'hydrocarbures de la composition suivante : 0,20 kg 0,30 kg 19,06 kg 14,50 kg 50,00 kg 16,00 kg • 10,00 kg 110,06 kg Dans l'état de marche qui s instaure, on 25 ramène 55,03 kg de ce distillât par heure, en tant que reflux (conduite 12) à la tête de la colonne. La. proportion du reflux est donc de 1/1. Comme produit de fond de cuve, on soutire du dispositif de distillation préalable 66,00 kg par heure d'un produit ayant la composition suivante : A Isobutane n-butane Isopentane n-pentane Isohexane 30 n-hexane heptane 72 16122 7 .2137556 Isohexane 8,94 kg n-hexane 7,69 kg heptane 7,31 kg benzène 16,39 kg toluène 4,64 kg solvant 21,03 kg 66,00 kg On charge ce produit de fond de cuve, par l'intermédiaire de la conduite 3, dans le dixième étage d'un 10 dispositif d'extraction par solvant à 24 étages. Dans le 24ème étage du dispositif d'extraction, on charge 60 kg de solvant. Dans le dispositif d'extraction par solvant, 44,97 kg/h de la fraction d'hydrocarbures contenu dans le produit de fond de cuve sont extraits avec au total 81,03 kg/h de solvant, ce qui 15 correspond à une proportion de solvant d'environ 4/1. Si on voulait produire la fraction d'hydrocarbures du produit de fond de cuve avec la même composition, sans faire appel au solvant, dans une simple rectification, on devrait opérer pour une même dimension de colonne avec une pro-20 portion du reflux de 4/1, ce qui signifierait une augmentation de 300 % du besoin en chaleur. Exemple 2 A partir d'une fraction de xylène brute, qui contient encore un peu de toluène, on doit produire du xylène 25 très pur. Ce mélange mis en oeuvre a la composition suivante : n-heptane 6,6 % en poids Isoheptane 3,8 "fo " M n-octane 4,6 % " " Isooctane 2,7 % n " 30 Cg + carbures aliphatiques 2,3 % " n toluène 2,0 fo " " N xylène 78,0 % " rt ^ Par heurej on charge 100 kg de ce mélange mis en oeuvre sur le 15ème plateau de la colonne de distillation préalable qui comprend 45 plateaux. A proximité de la tête de la colonne, au 40ème plateau, on charge par heure 80 kg de N-méthyl-pyrro-lidone. La quantité du solvant et la fraction des produits 40 aromatiques dans le mélange introduit sont dans un rapport de 1/1; 72 16122 s 2137556 ,-»vV '•>. ^ comme produit de tête de cette distillation, on obtient par heure, dans le récipient 11,33,4 kg de distillât. Ce'distillât a la composition suivante : n-heptane 39,7 en poids 5 Isoheptane 22,7 % " " n-octane '13,7 1° " " Isooctane 6,0 % n " toluène 11,9 " " xylène 6,0 % " " 10 Dans l'état de marche qui s'établit, on ramène par heure 16,7 kg de ce distillât, en tant que reflux, par l'intermédiaire de la conduite 12, à la tête de la colonne de distillation préalable 1. Comme produit de fond de cuve, on soutire 15 par heure, dans le dispositif de distillation préalable 1, 163 kg d'un produit ayant la composition suivante : xylène 77,0 kg n-octane 2,3 kg 20 Isooctane 1,7 kg Cg+carbures aliphatiques 2,3 kg N-méthylpyrrolidone 80,0 kg Ce produit de fond de cuve est amené par l'intermédiaire de la conduite 3 à l'installation d'extraction 2, 2 5 qui est dans ce cas un dispositif de distillation extractive à 50 plateaux. Le produit de fond de cuve est chargé sur le 30ème plateau, tandis qu'au 45ème plateau on amène par heure 80 kg de N-méthylpyrrolidone. Canre extrait, on produit dans cette installa-30 tion d'extraction 76,0 kg de xylène très pur„ Si le dispositif de distillation préalable fonctionne en tant que simple dispositif de rectification pour une même dimension de colonne, donc sans intervention du solvant sélectif, on doit opérer, pour obtenir un produit de fond de 35 cuve ayant la même composition, avec une proportion du reflux de 4/1, ce qui représente une augmentation de 400 % du besoin en chaleur. Il doit être entendu que le procédé de la présente invention n'est en aucune façon limitée aux modes 40 d'exécution décrits ci-dessus et que bien des modifications 72 16122 9 2137556 peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. 72 16122 10 2137556 REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'hydrocarbures aromatiques purs à partir de leurs mélanges avec des hydrocarbures non aromatiques, par extraction par solvant et/ou distillation extractive avec un solvant sélectif, bouillant à une température supérieure d'une certaine valeur à celle des produits aromatiques à produire, dans lequel une fraction de la mise en oeuvre provenant du mélange brut, utilisé dont la teneur en produits aromatiques est enrichie par une distillation préalable est chargée dans le dispositif d'extraction par solvant ou de distillation extractive ultérieure, caractérisé en ce que la fraction de distillation ramenée en tant que reflux au dispositif de distillation préalable est remplacée, au moins partiellement, par un solvant anhydre sélectif et bouillant à une température supérieure d'une certaine valeur à celle des produits aromatiques à produire. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le solvant sélectif est dérivé du courant de solvant maintenu en circulation dans l'installation d'extraction par solvant ou de distillation extractive ultérieure. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le produit de fond de cuve du dispositif de distillation préalable, contenant du solvant, est introduit, en tant que fraction mise en oeuvre, dans le dispositif d'extraction par solvant ou de distillation extractive ultérieur»